水轮机工作原理

水动风机冷却塔工作原理

在冷却塔的水气热交换中，水蒸发吸收潜热、湿空气升温吸收显热，是冷却水温度降低的原因，所以在冷却过程中保持最佳气水比是确保冷却效果主要因素。气水比实质上就是气的质量与水的质量的比。如果不用电机驱动风机，改用水轮机来驱动风机，那么就变成了用多少水流量转换成推动空气的质量，来与热水进行热交换，电机是用多少千瓦的电功率来转换成推动空气的质量进行热交换。用水轮机取代冷却塔电机的必要条件，首先是进冷却塔水流所具备的能量——功率。其水能的计算如下：

水轮机的工作参数主要有：水头H (m);流量Q (m3/h或m3/s);出力P (KW；效率n( % ;转速n (r/min );水流速度V (m/s); 水的容重(重度)丫，丫值为1000kg/m3或9810N/m等。

( 1 ) 水头H( m); 水轮机的水头(工作水头)，是指水轮机进口和出口截面处单位重量的水流能量差。进入冷却塔内水轮机的水头是提升水泵的富余水头H (也称毛水头)，从水轮机进口到出口在转轮中的水头损失为△ h,则水轮机的工作水头为：

H=H c- △ h

( 2-1 )

H 又称水轮机的净水头,是水轮机做功的有效水头。在冷却塔中，提升水泵是根据冷却水量和需要的扬程选定的，在流量Q不变

的前提下，H是个不变的定值，不像水电站那样存在最大水头fax，最小水头Hnin和加权平均水头H W o H也是水动风机水轮机的设计水头，即水轮机的效率水头。

（2）流量Q（m3/s ）水轮机的流量是单位时间内通过水轮机某一既定断面的水流体积，通常用Q（m3/s ）表示。在额定水头下，水轮机的额定转速、额定出力运行时所对应的水流量，称为设计流量，对水动风机水轮机来说，就是冷却塔的设计冷却水量（m3/h ）。

（3）转速n（r/min ）水轮机的转速是水轮机转轮在单位时间内旋转的次数，用n 表示，常用单位r/min 。冷却塔中，水轮机是立轴安装，直接与风机轴连接，水轮机与风机同步旋转，故水轮机与风机的转速是相同的，水轮机效率达到85%以上。

（4）出力P （KW与效率n（%

水轮机出水是水轮机轴端输出的功率，常用P表示，单位为KW 水轮机的输入功率为单位时间内通过水轮机的水流总能量，即水流的出力，用P n表示，则R为：

P n= 丫QH= （9810/1000 ）QH=9.81QH （KW ）

（2-2 ）

由于水量通过水轮机时存在一定的阻力、摩擦等的能量消耗，所以水轮机出力总是小于水流出力P n。水轮机的输出功率P （即出力）与输入功率P n （水流出力）之比为水轮机效率，用n t表示，因存在

能量消耗，故n t<1。水轮机效率达到85%。因此，水轮机的出力P 计算式为：

P=R n t=9.81QH n t ( KW )

( (2-3)

这里需要说明的是这里水轮机的出力(P)实际上是轴功率(常

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用N表示)，单位均为KW水的容重为1000kg/m，式(2-2 )中9810N/m, 是用牛顿表示，故9810/1000=9.81 。另一种计算方式：如不除以102，则有效轴功率为N效=丫・Q • H-n,其单位为kgm/s , 1KW=102kgm/s 故丫

/102=1000/102=9.804。即N 效=9.8047QH^( KW。它的误差仅为(9.81-

9.804 )/9.81=0.06%，故是一致的，两种计算均可使用。

水轮机是将水能转化为水轮机轴端的出力(轴功率)。产生旋转力矩M用来克服风机的阻抗力矩，并以角速度3 =2n n/60旋转。水

轮机出力P、旋转力矩M和角速度3之间的关系为：

P=M2 n n/60 ( 2-5 )

式中：3——水轮机旋转角速度( rad/s )；

M——水轮机主轴输出的旋转力矩(N・m ；

n ——水轮机转速( r/min )。

一般普通冷却塔匹配的电机电耗，国家标准规定为标准塔小于

0.035kW/t 、中温塔小于0.05kW/t 。改用水轮机驱动，不用再考虑电机匹配，只考虑进塔水流的能量是否达到风机的轴功率。参照相应的气水比空气量和风机轴功率的统计表，达到对应值即可满足冷却要求。风机的风量关键在于轴功率，只要轴功率达到风机的额定值，转

速自然达到，风量自然也达到

水动风机冷却塔自从南京星飞冷却设备股份有限公司问世以来，

经过几千家用户多年来使用实现证明对企业节能增效做出了一定的贡献。水动风机冷却塔具有充分的新颖性和创新性，国内外文献均无

相同结构的报道，说明该产品具有原创资格。

水动风机冷却塔是利用循环水的回水动能来推动水轮机转动，水

轮机的输出轴与风机相连，带动风机旋转取风，完成气水热量交换。

水动风机冷却塔其核心技术是高效率水轮机（图1），它把循环水进入布水器时直接释放而浪费的能量收集利用，驱动风机，在冷却塔的设计条件和选用参数不变的情况下，代替电机成为风机动力源来进行冷却，达到节能目的。

卓能牌

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2 水轮机绪牺

图1实样图

水动风机冷却塔在水轮机进水口前增设了旁通管道，水动风机的

转速可以通过调节旁通阀门来实现，当需要增大风机转速时，将阀门开启程度关小，则风机转速增大，反之则阀门开启大。达到在循环水量不变情况下，确保温降要求，实现对冷却塔处理温降调控的目的（图3）。在对设备维护保养时，可以先开启旁通阀，然后关闭水轮机进水阀，使循环水从旁直接进入布水系统，停止水轮机，进入塔内维护检修，同时不影响循环水系统运行。

图3 旁通装置图

由于水动风机冷却塔省去了电机和减速机，可大大降低冷却塔的震动和噪声、漂水,减少对环境的污染；水轮机相对传统的电机，其故障率低,同时因取消了电机、减速箱、电缆及配电柜等，从而免除日常的维护保养费用；因水动风机冷却塔上无任何电气设备，杜绝了漏电, 漏油现象,从而可在任何防爆环境下安全运行；随着季节的更替，水动风机转速随着水流量或压力的变化而变化，风量也随之改变，使冷却塔的气水比稳定在最佳的状态，以达到冷却的最佳效果；凡是使用传统冷却塔的场合，均可采用水动风机冷却塔，并能对所有类型的传统冷却塔进行节能改造，实施节能技改时间越早，改造的塔型越大，节能效果就越明显