水轮机泵取代电动机改造冷却塔技术paper

1、“水轮机泵取代电动机改造冷却塔技术原理“水轮机泵取代电动机改造冷却塔”。所谓“无电机冷却塔”：是不用电机抽风，运转时无环境污染的玻璃钢与金属件，水泥件等组成的混合结构工业、民用、家用冷却塔。水力取风是在冷却塔本身不再装置电动机，减速器等部件，而由专利产品“水轮机”完成满足热交换所需的通风量，不增加原循环水泵应有的电流，达到冷却效果的一种新型冷却塔。无电机冷却塔与一般冷却塔的区别及工作原理：无电机冷却塔与行业上的冷却塔之区别在于:（1）无电机冷却塔采取了更先进的专利技术。（2）在外观上采用了新的布水取风器，取消了电机减速器，一般冷机塔还是采用机电动力取风，存在着电耗、噪声等弊病。 无电机冷塔的工

2、作原理是由抽风动力来自于水动力，不是通常的机电动力，由循环水系统的水泵送来的水动力完成布水取风的任务，同时抽风和布水。水泵送水的压力完全足够承担布液抽风的任务，故可以省略电机。无须再增加水压，水泵与一般传统冷塔的使用相同。无电机冷却塔的优点是：(1)环保。冷却塔取消电机以后就没有噪声环保问题。(2)节电。按国家标准冷却塔耗电一年就等于塔价。如果换上无电机冷却塔水轮机就没有这项支出。(3)冷效。水力取风是随水压力的增减而转速增减，风量也随之增减，所以无电机冷却塔水轮机的气水比始终稳定在最佳状态，冷效最好。(4)长寿。水力取风结构简单，运转平稳，维修方便，可长期连续工作。(5)安全。无电机冷却塔水

3、轮机可在防爆环境安全运行。(6)适用广。无电机冷却塔水轮机适用一切类型的冷塔，还可对一切类型的老塔进行改造，塔型越大，经济意义越大。无电机冷却塔水轮机的技术指标:(1) 电耗等于零。(2) 冷效大于0.75。(3) 负荷率大于0.95（实测水量与设计水量之比）。(4) 噪声小于50分贝。(5) 热负荷率大于0.95（实测散热量与设计散热量之比）。无电机冷却塔的工况条件:进塔水压:0.5-5t家用塔大于0.015Mpa;5-50t微型塔大于0.025 Mpa;50-100t小塔大于0.04 Mpa;100-1000t中塔大于0.06 Mpa;1000-4000t大塔大于0.08 Mpa. 老塔改

4、用水轮机以后，泵的功率电流、压力、流量情况如何？老塔泵的扬程已经确定，无法改变，改造后加上水轮机的阻力不增加原泵的功率电流。事实上泵的功率是随着流量的增加而增加，流量的减少而减少，所以沿泵流程上增设水轮机，使阻力增加流量减少，泵功率就不增加。改造后的冷却塔水轮机阻力很低，恰好在泵的最高效率范围里面，流量减少极微，使压力增加后，流量减少3%，电流减少1%。整塔运转冷效优于原塔。 【水轮机耗功极小的关键所在】1. 水轮机所需要带动冷却风扇的功耗远小于原电机带动风扇功耗：因为常用的异步电机的功率因数（磁滞损耗产生发热）损耗；2. 电机和减速机的机械效率多机串联损耗大（多机串联损耗环节多）；3. 电机

5、、减速机效率低（从产生很大噪声即可知，转变成声能损耗掉，作为电机保护，采用皮带轮减速，则皮带打滑、发热损耗更大）；4. 电机转速恒定，不随水流量变化造成过剩功耗； 5. 由于季节等因素冷却水量降低时，拖动水泵的电机负载降低，机械效率也会明显降低；6. 对供水泵增加水轮机的负荷后，使拖动水泵的电机负载提高，电机的效率不会下降（由于顾及电机启动扭矩大，选电机常常“大马拉小车”，按异步电机的特性而言，一般还会提高效率），由于相对水泵提水功耗来说水轮机功耗很小（差2个数量级），一升一降使得功耗很小；7. 水轮机随负荷调整转速，无“过吹”，水飘散率低，循环量可略微降低；8. 电机、减速机转速高，冷却差，

6、寿命短，机械磨损后效率降低，后期功耗加大很快；9. 改用水轮机以后塔的水流量是否会减少而影响使用效果？冷却循环水泵的工作效率一般在80%，老塔改用水轮机以后，水压略有增加，但流量不变，泵电流也没有明显的增量。究其原因是泵效率提高，增加了有用功，即不改变原泵功率，仅提高泵效率，水压增加，使流量不变。泵有一个工作特性曲线，在其额定的工作范围内，效率、流量、压力、轴功率之间的关系均能相互制约，相互利用，在某一范围内曲线是相对稳定的，稍有变化不影响其它参数。根据实际操作，冷塔由原来的电机改成水轮机以后泵压增加，电流无变化，流量不变。所以老塔改用水轮机以后塔的水流量不会减少，不会影响使用效果。1

7、0; 水动风机的原理冷却塔的进塔循环水压头一般是5-8m。由此可推算进冷却塔的水流中具备着水头5-8m乘上相应的进塔水流量的功率。如100th标准塔的能耗为2.2kW左右，即100th标准塔所用的风叶的实际轴功率为2.2kW左右，风机效率高的还低于2.2kW，200th塔是4.5 kW左右，1000th是22kW左右，4000th是90kW左右，依次类推。既然现有冷却塔在正常运转 情况下的水流中具备着这样的能量，为什么不可以将其利用起来，而白白的浪费掉。冷却塔的进水压头的要求是根据塔的管路损失、塔的高度和布水的喷射力共同所需的总和来确定。其中布水的喷射力所需的压头

8、仅0.5-1 m就足够了。这些工作压力来自于循环水泵，水泵的扬程选型计算是冷却塔所处位置的高度、沿程管路损失、弯头、阀门的阻力，以及用水设备阻力的总和。泵的流量口是按冷却塔公称名义匹配的，如100th塔即匹配100th泵，500th即匹配500th泵。泵的扬程乘上流量即为水流所具备的功率，进塔水的压头是总扬程减去供水系统阻力损失以后所剩下的58m。这宝贵的5-8m，大有文章可做。把它先通过水轮机而获得输出功率来驱动风机，可以完全省去风机电机。实际上工业选泵的扬程，为了确保流量，还必须考虑泵的效率，按规定扬程只允许大不允许小，它为水轮机提供了富裕的水头。所以凡是冷却塔符合常规设计选型，

9、完全可以由水轮机取代风机电机，大可不必担心水轮机的原动力不够而影响风量、冷效。而通过水轮机以后的余压足够完成布水和其它管路损失。如图1所示为水动风机冷却塔的结构图，水轮机的位置在布水系统的上部，水流经水轮机以后的出水到布水的位差即可获得0.5-1 m的水头。2  水动风机冷却塔的节能这种结构原理的冷却塔笔者经过5年的研制试验，一百多家用户的实用，证实可省去电机，节电可观，水动风机冷却塔大有节能价值。我国按200th标准塔折算有50万台，200th标准塔的电耗以国家标准规定的0.04kWt为7.5kW，宏观地全部改成水轮机来驱动风叶，则可节电240亿度，以上海地区峰

10、谷电平均0.5元度计算，每年节约120亿元。从单塔的节能效果看200Vh塔每天用电4.5×24=108度，每年39420度，电费0.5元度每年19710元，工业用电1元度计算是39420元，这笔帐算起来十分清楚。节约的全部是利润。塔的大小完全可以照此推算。 3  微型水轮机的研制要达到这样节能的效果，关键是如何配好水轮机，市场水轮机大都用于水力发电，其功率在100kW以上，而冷却塔的功率均在100kW以下，即使有小功率的水轮机也不能直接拿来用上，要么水压头过高，要么形状结构不适应，为此笔者专门研制了冷却塔专用水轮机如图2。笔者称它为微型水轮机，双击贯流式

11、，转轮的进水角度为30°，叶片的弦倾角为22.5°，叶片17片，叶片的线型遵照尽可能地完全利用能量的方法设计，进水口的水头为5-8m，完全解决了冷却风叶所需的转速、轴功率，实际应用经法定检测单位检测效果十分满意。4  水动风机冷却塔的冷却效果2001年5月31日上海节能服务中心对上海乳品培训中心由浙江联丰玻璃钢厂生产的2台同类型200th塔进行测试，其中1台的风机运行系统仅进行水轮机改造，其它部位不变。2台塔在同时运行，工况相同的情况下，进行热力性能，节能效果对比测试，其对比后测试数据如表1(北塔为经水轮机改造)。测试结果表明，水泵没有增加功率，扬程没有

12、改变，风叶电机却取消了，因此电耗等于零，实现了节电100。 表1 测试数据对比  进塔参数 出塔水温/t2/ 风叶直径/m 电机功率/kw 水泵压力/MPa 水泵功率/kw 进出水温差t/ 冷幅t/ 比电耗a 噪声/dB(A) 干球1/ 湿球1/ 水温t1/ 北塔 23.5 17 21.9 19.9 2.8 0 0.18 14.99 2&

13、#160;2.9 0 49 南塔 23 17.5 22 20.2 2.8 3.923 0.18 16.44 1.8 2.7 0.02 61 5 结语水轮机应用于冷却塔不论是改造也好，整台新塔也好，优点在于：节能。该塔利用水轮机取代风叶电机，完全节省了风叶电机的运行电耗，且没有增加循环水泵的负担。无噪声。水轮机的能量转换是在水流道内完成的；控制湍振的雷诺数，使水轮机不会发出干扰的噪声。高效。水轮机轴直接输出风叶，不需再通过其它减速器等，且随着水流量的变化而风量相