摘要：水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔利用水輪機(jī)代替電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，該塔和傳統(tǒng)的電機(jī)冷卻塔相比，其冷卻能力、外形尺寸、噪聲等均滿足要求，當(dāng)冷卻泵的富余揚(yáng)程可以滿足水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)需要時(shí)，節(jié)能效果較為明顯。

關(guān)鍵詞：冷卻塔、水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔、水輪機(jī)

1、前言

目前我國(guó)的能源問(wèn)題已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)發(fā)展的重要因素，為此國(guó)務(wù)院從戰(zhàn)略和全局的高度做出了《關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能工作的決定》，要求各級(jí)地方政府和企業(yè)要充分認(rèn)識(shí)節(jié)能工作的重要性和緊迫性，并采取有力措施，調(diào)動(dòng)社會(huì)各方面力量做好節(jié)能工作。對(duì)多數(shù)企業(yè)而言，電費(fèi)是未被企業(yè)控制的最后一項(xiàng)成本。

冷卻塔電動(dòng)風(fēng)機(jī)是消耗電能的主要設(shè)備之一，而我國(guó)在用冷卻塔技術(shù)落后，許多企業(yè)風(fēng)機(jī)電機(jī)選型偏大;循環(huán)水泵系統(tǒng)因嚴(yán)重汽蝕或多年失修而效率低下;風(fēng)、水、熱交換介質(zhì)三者未能很好匹配等，凡此種種直接導(dǎo)致了冷卻塔冷卻效果的降低和能耗的增加。因此，在目前能源緊張的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)中，全方位的對(duì)冷卻塔進(jìn)行節(jié)能改造已成為當(dāng)務(wù)之急。

2、水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的定義及特點(diǎn)

簡(jiǎn)單的講：冷卻塔是一個(gè)散熱裝置，是一種利用水的蒸發(fā)吸熱原理來(lái)散去工業(yè)上或制冷空調(diào)中產(chǎn)生的廢熱以保證系統(tǒng)運(yùn)行的裝置，他能將冷卻水的溫度降下來(lái);而水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔利用水輪機(jī)代替電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，該冷卻塔和傳統(tǒng)的電機(jī)冷卻塔相比，采用渦輪增壓水輪技術(shù)，利用冷卻塔設(shè)備原有的循環(huán)冷卻水推動(dòng)風(fēng)機(jī)散熱，廢除在傳統(tǒng)的冷卻塔中用電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的散熱方式，省卻機(jī)械減速裝置和電機(jī)。開創(chuàng)冷卻塔行業(yè)節(jié)能、環(huán)保、省成本的新篇章。

特點(diǎn)：節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全、高效、通用。

3、水輪機(jī)的動(dòng)力和阻力分析

3.1 冷卻塔專用水輪機(jī)的動(dòng)力計(jì)算

由能量方程式推算水輪機(jī)的輸出軸功率公式為

W=γ×Q×H×η （kw）

γ—水的容重1000×9.81N/m3 ? Q—水流量m3 /s

H—水頭m ? ? ? ? ? η—水輪機(jī)的效率，0.88

水輪機(jī)水頭由伯努利方程計(jì)算：H=Z+P+V2 /2g

由于冷卻塔專用水輪機(jī)采用立軸形式，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪是立置的，它的進(jìn)出水位在同一平面上，沒有位能。Z=0（Z—水輪機(jī)進(jìn)出水位之差）

沖擊式水輪機(jī)是開放型的，進(jìn)出水都與空氣接觸，進(jìn)出口的水流的壓力都保持在同一個(gè)大氣壓上，壓力差很小，可以忽略不計(jì)，即沒有壓能。P=0（P—水流內(nèi)具備的壓力）

水流在噴出之時(shí)，已經(jīng)把壓能轉(zhuǎn)變成速度能—-動(dòng)能。所以冷卻塔專用的雙擊式水輪機(jī)在討論水頭時(shí)僅計(jì)算動(dòng)能。冷卻塔的進(jìn)塔水壓就是水頭，由下式計(jì)算

H=V2/2g（由于水流的速度V是單位面積上的過(guò)流水量）

V=Q/S（S—過(guò)流斷面積 ㎡）

水頭公式又可以用H=Q2/2gS2 來(lái)計(jì)算

歸并上述公式后得冷卻塔專用水輪機(jī)的出力W=9.81× Q3/2gS2 ×0.88 =0.44Q3/S2

很顯然，當(dāng)已知供塔泵的流量Q以后，決定水輪機(jī)出力的關(guān)鍵是過(guò)流斷面S，斷面越小流速越大，出力就越大。但縮小斷面，流量就會(huì)減少，這是一對(duì)相互依賴的矛盾，要達(dá)到最佳狀態(tài)只有在確定流量的情況下，確定過(guò)流斷面，才能表現(xiàn)出一個(gè)最好的出力情況。

3.2 水輪機(jī)的阻力怎么計(jì)算

冷卻塔的循環(huán)水管路中，增設(shè)一個(gè)水輪機(jī)無(wú)疑是增加阻力，阻力增加水流量減少，還影響換熱設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。阻力嚴(yán)重甚至于會(huì)造成換熱設(shè)備管子爆裂的事故。水動(dòng)飛機(jī)冷卻塔水輪機(jī)阻力僅為0.5m（0.005Mpa），很小。這相當(dāng)于在管路中增多一個(gè)彎頭或]閥門的阻力。不會(huì)影響其它設(shè)備。0.5m的阻力，相比于噴霧塔的噴嘴阻力，顯然要小得多。水輪機(jī)阻力實(shí)在小，可以大大放心改造現(xiàn)有冷卻塔，無(wú)須擔(dān)心換熱設(shè)備增加負(fù)擔(dān)。

水輪機(jī)的阻力由水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪前的速度和水流道形狀決定。水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的水輪機(jī)流道是漸縮圓弧形，阻力由局部水頭損失公式計(jì)算H= ξV2/2g ，ξ -- 阻力系數(shù) = 0.081 由實(shí)驗(yàn)實(shí)際使用中獲得。當(dāng)8m水頭運(yùn)作時(shí)，由較小的流速獲得最高出力，用上式計(jì)算得，水輪機(jī)的阻力為0.5m。

4、經(jīng)濟(jì)效益分析

冷卻能力接近的兩種塔，由于水動(dòng)塔進(jìn)塔水壓需5m 左右水頭，普通塔的布水水頭只需2m，就把原來(lái)由冷卻塔的耗電量轉(zhuǎn)為冷卻泵消耗?？紤]管道路徑較長(zhǎng)，彎頭多，往往超出計(jì)算水頭損失，為了保證循環(huán)水系統(tǒng)正常工作，我們?cè)谶x型時(shí)，把原2m 的布水水頭作為安全因素來(lái)考慮，所以冷卻泵二次選型的揚(yáng)程比原揚(yáng)程高5m，重新選型后部分水泵功率有所增加。

例：電機(jī)冷卻塔涼水能力100m3/h，電機(jī)功率N=5.5kW，冷卻水泵型號(hào)為IS100-80-125，Q=100m3/h，H=20m，電機(jī)功率N=11kW，將其改造為水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔后，涼水能力不變的情況下依然為100m3/h，冷卻水泵調(diào)整為IS100-80-160，Q=100m3/h，H=32m，電機(jī)功率N=15kW，總電負(fù)荷減少16.5-15=1.5kW，

年節(jié)約電費(fèi)（按平均每天運(yùn)行24小時(shí)，電價(jià)0.5元/度，一年運(yùn)行330天計(jì)算）

年節(jié)約電量1.5kW×24×330=11880kW

年節(jié)約電費(fèi)11880×0.5=5940元

5、結(jié)論

水輪機(jī)工作是依靠水的壓力。認(rèn)為冷卻塔用水輪機(jī)必需有富余的揚(yáng)程才能應(yīng)用。這是一個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。

水輪機(jī)是靠水壓來(lái)進(jìn)行工作的。進(jìn)塔水壓被用掉了，流過(guò)水輪機(jī)以后就沒有了水壓，無(wú)法用于布水。這是一個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。

雙擊式水輪機(jī)效率很低，冷卻塔是少量的水量和壓頭，被雙擊式水輪機(jī)占用了部分水量，就影響了冷卻塔的冷卻效果。這是一個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。

水輪機(jī)適用于500噸/時(shí)以下的小型冷卻塔，不適用于700噸/時(shí)以上的大型冷卻塔，尤其是3000噸/時(shí)以上的大型冷卻塔，大型冷卻塔與小型冷卻塔有明顯不同的概念，不能混淆套用。這是一個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。

參考文獻(xiàn)

[1]金亞飚.鋼鐵企業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)探討{J}.冶金能源。

[2]金亞飚.鋼鐵冶金工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水力平衡設(shè)計(jì){J}.給水排水

作者簡(jiǎn)介：劉彬，1991年出生，男，遼寧省錦州市義縣人，滿族，本科，研究方向：采暖通風(fēng)。