反击式水轮风机在冷却水塔的应用

时间：2022-10-05 18:27:47 建筑毕业论文我要投稿

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反击式水轮风机在冷却水塔的应用

　　反击式水轮风机在冷却水塔的应用【1】

　　摘要：文章简要介绍了反击式水轮风机的工作原理、应用要求和运行特点，并以在实际改造中应用的例子为说明，进一步阐述了反击式水轮风机应用的可行性及节能效果。

　　关键词：反击式水轮风机;循环水泵;富余扬程;富余流量

　　我公司制氧工艺流程为20000m3/h外压缩空分流程，设计有冷却水为1000m3/h的冷却水塔。

　　冷却水供水过程采用闭式循环，冷却水塔为传统的电机冷却风机进行冷却。

　　其工艺流程为回水首先经过收水器收集后再均匀分配到各个喷头，水自上而下流经规整填料，后由风机进行冷却、降温。

　　常规的循环水泵为二用一备，正常供水压力为0.38MPa，回水压力为0.20MPa，正常水温在25℃左右。

　　为了能达到有更好的节能的目的，通过查阅资料对比反击式水轮风机冷却的工作原理和适用场合后决定对其中的一台冷却风机进行技术改造，也即把原来由电机风机冷却改为直接由反击式水轮风机进行冷却。

　　1 反击式水轮风机的工作原理

　　反击式水轮风机的工作原理就是利用循环水泵本身固有的机械特性也即水泵的富余扬程来推动反击式水轮机做功，再通过传动轴输出功率进而带动风机对循环水进行冷却、降温。

　　2 反击式水轮风机的应用要求

　　从反击式水轮风机的工作原理我们可以知道，应用反击式水轮风机主要是利用水泵的余压来做功，因此在选择水轮机的应用时，保证水泵具有富余的流量和富余的扬程是我们应用水轮机的前提条件。

　　然而它们二者之间又是一种相互依存的关系：系统中存在的必然的富余流量可在很大程度上转化为富余扬程，而设置水轮机使阻力的增加又必然会导致流量的减少，因此从应用反击式水轮风机来说，富余流量的存在起着至关重要的作用。

　　这里对于系统中所形成的充裕的富余流量，主要包含有在对系统设计时的热力学、传热学计算，从换热设备热负荷、换热面积到整个循环系统中冷却水需求量的各个环节均放有的一定的余量，再到水泵选型时富余量的考虑方面。

　　而同样对于水泵的富余扬程，通过查阅资料我们也可以得知，在水泵本身设计时所应该具有的几个方面，包括：从流体力学方面计算，在计算设备和管路阻损及提升高度、输送距离的每个环节均放有的一定的余量;在计算出总的阻损后还应再有1.1至1.3的压力倍乘，并以此作为水泵选型的依据;加上我们往往在对水泵进行选型时，因没有恰好与选定参数一致的扬程，而选择扬程较大的水泵;还有在对水泵系统设计时所需要考虑到的由于汽蚀、结垢等原因的影响而导致水泵的效率降低等，因此也都必须留有一定的富余扬程，以保证设备的长期正常运行。

　　综合以上方面即是水泵的固有机械特性，也是我们选择应用反击式水轮风机的首要

　　条件。

　　3 应用反击式水轮风机进行冷却的特点

　　首先，与传统的电机风机相比，反击式水轮风机的动力来源主要为水力，这既节省了设备的电耗，而作为水轮机的传动轴又可以直接与风机相连，中间不需要再通过其他的减速器和传动轴等的连接，也大大减少了设备的日常管理和维修保养费用;其次，由于是单独使用水轮机，其本身结构也相对简单，主要部件为叶轮，没有易损件，维护起来也比较方便。

　　在风机的主要性能冷却效果方面，由于水轮机的转速是随着循环水流量的增减而增减，风量亦随之而增减，这在季节变化的时候，能让冷却塔的气水比都稳定在最佳的比例状态，从而达到很好的冷却效果。

　　在安全方面，由于不使用电，也可以从根本上杜绝由于电机带电而引起的各种安全隐患，这尤其在空分要求较为严格的防爆区域内也可以保证其的安全运行。

　　在环保方面，由于反击式水轮冷却风机的应用，在冷却塔中省去了风机电机和减速箱，因此可有效地降低因机械传动和摩擦引发的振动和噪音，杜绝了漏油和机械维修，加上由于水轮机的能量转换是在水流道上进行，噪音也减小了很多，这些方面也都大大减少了对周围环境的污染。

　　而对于在风机的冷却过程中所引起的飘水问题，由于水轮机本身具备的可调的转速特性，也让飘水损失能有效地减少，这一方面减少了循环水池的补充水量，节约了相应的水费支出，另一方面也极大地降低了飘水所引起的对冷却塔周围环境的影响，更适宜风机的长期连续运行。

　　4 实施改造措施

　　通过计算对比我厂1000m3/h循环水塔的实际运行情况

　　(下转第49页)

　　(上接第59页)

　　后，可以发现在循环水系统中还存有较大的富余扬程(20m左右)，可以应用于反击式水轮风机。

　　其具体的改造措施为：在不改变原来的风筒和基础上，取消原来电机、减速机与风机的连接，取代之以水轮机与风机的连接;在进水管路的支配上，把由原来直接进入收水器的水管，改为先经过水轮机后再经过收水器，同时也为了能更有效地对水轮机进行流量调整，另外也增设了一路旁通管路直接引入收水器。

　　各路分管道在进水之前都各自用一个截止阀门加以流量调节和控制。

　　5 实际改造效果

　　改造完成后，通过对循环水温降的观察和进一步对比：改造前，开一台风机，冷却水的温降在7℃左右，运行水轮机后，温降在5℃左右，随后再观察其他在用设备的冷却效果后也发现这些设备的主要性能参数都没有明显的变化，证明冷却水温度满足实际的运行要求。

　　再后对循环水泵的运行参数观察后也发现，除了原先的水泵出口压力有所增加，由原来的0.38MPa上升到0.40MPa左右，而其对应的循环水流量也由原来的1800m3/h下降到1500m3/h左右，观察水泵的电流没有明显的上升变化。

　　6 结语

　　反击式水轮风机在作为常温冷却水的冷却方式时，只要在循环水系统中水泵本身具有充足的富余扬程和富余流量且对温降要求不是特别高的情况下，可以利用原有的管道、基础进行改造，这在水能的再次利用方面具有很高的价值并且达到很好的经济节能效益。

　　以我公司改造过的为例，一台冷却风机的电机额定功率为45kW，以每年实际运行时间350天计算，不包含计算其他节省的支出和维护费用等，单纯电耗每年约可节省45×24×350=378000kW・h，具有非常可观的经济效益。

　　参考文献

　　[1]于波，肖惠民.水轮机原理与运行[M].北京：中国电力出版社，2008.

　　反击式水轮机型号选择计算研究【2】

　　摘要：水轮机的型号选择是水电站设计中的一项重要工作，在水电站中，正确，合理的选择水轮机，对充分利用水流能量，保证电站机组的正常运行，降低成本，节约管理费用等均有直接的关系。

　　关键词：水轮机型号转轮转速标准直径

　　0 引言

　　由于自然条件的差异，每个水电站都有不同的水头和流量，每个水电站需要根据各自的具体参数和要求，选择技术上合理，造价低，经济上能获得最大效益的水轮机，其内容包括：机组台数及水轮机型号确定、水轮及装置方式的确定、转轮直径与机组同步转速确定、机组运转综合特性曲线的计算和绘制、水轮机最大吸出高度的计算和绘制和安装高程的计算、待选方案的综合比较。

　　1 机组台数及水轮机型号确定

　　1.1 水轮机型式及转轮型号确定

　　1.1.1 水轮机型式主要由所给出的原始数据，根据水轮机的应用水头范围按下表进行选择。

　　1.1.2 水轮机转轮型号主要按照原始资料中的最高水头查《混流式水轮机转轮型谱参数表》，经过初步比较判断选择多个型号的转轮将其详细参数记录下来。

　　经过对各机型参数的初步比较，选取上述部分水轮机机型进行计算，记录具体参数并复制相应的模型综合特性曲线。

　　1.2 机组台数选择一般情况下各电站均不采用一台机组的设计。

　　故在满足处理要求的情况下，可采用2 台、3 台、4台、5、6……台机组的设计方案进行计算比较，并比较所得结果，最终确定所选择的台数。

　　2 水轮机基本参数计算

　　根据电站水头选定水轮机型号后，利用转轮模型综合特性曲线计算水轮机的基本参数D1、n、Hs等。

　　分别对所选的模型水轮机按照所选择的台数进行计算，求得转轮直径、机组同步转速，并根据计算结果最终确定机组台数。

　　将确定台数的机组方案画运转综合曲线作进一步比较。

　　2.1 转轮直径

　　D1=■ N=■

　　其中：N为水轮机的额定出力;Z为所选定的机组台数;Nf为发电机的额定容量;ηf发电机的效率大型机组取ηf=96%~97%，小型机组取ηf=95%~97%;Q11为限制工况点上的单位流量;Hr为电站的设计水头。

　　根据上部计算所得的直径，查表确定水轮机的标准直径

　　2.2 计算水轮机的转速

　　n=■

　　其中：Hcp为加权平均水头;Hcp=(0.9~0.95)Hr(河床式取小值);n110为模型机最优工况下的单位转速。

　　按照计算所得的原型水轮机转速，结合发电机的同步转速，查找接近并且偏大的同步转速，确定水轮机的标准转速。

　　2.3 校验水轮机的运行范围按照查得的标准直径D1验证水轮机出力是否满足要求

　　N=9.81Q11D12Hr■η 其中：η=ηm+Δη

　　当N大于水轮机的额定出力时，说明D1符合要求;

　　按照查得的标准直径D1和标准转速n计算出水轮机在最大水头、设计水头和最小水头下的单位转速n11

　　n11=■

　　按照计算所得的单位转速在模型综合特性曲线上找到各方案所穿越的效率区，选择通过最高效率区域的方案。

　　2.4 水轮机运转综合特性曲线在确定转轮型号、转轮直径D1以及标准转速n 后，结合模型水轮机综合特性曲线，将水轮机的工作水头范围划分为若干个区域，从中选取5个特征水头进行列表计算，求出在各水头下，原形水轮机效率与出力之间的关系，吸出高度与出力之间的关系，并在坐标纸上以原型水轮机效率或吸出高度和出力为纵横坐标描出各点，最后用光滑的曲线将各点连接，得到η= f(P)、Hs=f(P)曲线，在曲线上做η=常数，Hs=常数的水平线，找出各点，对应在以水头，出力为纵横坐标的图上描点，最后用光滑的曲线将各点连接。

　　2.5 水轮机的最大吸出高度Hs

　　Hs=10-■-(σ+ΔσM)H

　　其中:

　　?荦为下游水面到海平面的标高;

　　H为净水头、包括最大，最小，设计水头的五个特征水头值;

　　Δσ为水轮机气蚀系数的修正值，查参考资料确定;

　　σ为模型水轮机的气蚀系数，由各水头所对应的的n11m在模型综合特性曲线上与5%出力限制线相交，由各交点读出。

　　由以上计算中选择一个最小值作为最大允许吸出高度

　　水轮机的吸出高度直接关系着水轮机的气蚀性能，在确定水轮机的安装高程时，可以通过选择合理的吸出高度Hs来控制转轮出口处的压力值，以防止翼型空化的严重发生。

　　2.6 水轮机安装高程的确定吸出高度Hs是一个相对值，无法反映出绝对高程，因此要确定安装标记基准，就需要计算出水轮机的安装高程。

　　水轮安装高程为：?荦=?荦w+Hs+■

　　其中?荦w为下游尾水位;