反擊式水輪風(fēng)機(jī)在冷卻水塔中的應(yīng)用

摘要：文章簡(jiǎn)要介紹了反擊式水輪風(fēng)機(jī)的工作原理、應(yīng)用要求和運(yùn)行特點(diǎn)，并以在實(shí)際改造中應(yīng)用的例子為說(shuō)明，進(jìn)一步闡述了反擊式水輪風(fēng)機(jī)應(yīng)用的可行性及節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：反擊式水輪風(fēng)機(jī)；循環(huán)水泵；富余揚(yáng)程；富余流量

中圖分類號(hào)：TK730 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）11-0059-02

我公司制氧工藝流程為20000m3/h外壓縮空分流程，設(shè)計(jì)有冷卻水為1000m3/h的冷卻水塔。冷卻水供水過(guò)程采用閉式循環(huán)，冷卻水塔為傳統(tǒng)的電機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻。其工藝流程為回水首先經(jīng)過(guò)收水器收集后再均勻分配到各個(gè)噴頭，水自上而下流經(jīng)規(guī)整填料，后由風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻、降溫。常規(guī)的循環(huán)水泵為二用一備，正常供水壓力為0.38MPa，回水壓力為0.20MPa，正常水溫在25℃左右。為了能達(dá)到有更好的節(jié)能的目的，通過(guò)查閱資料對(duì)比反擊式水輪風(fēng)機(jī)冷卻的工作原理和適用場(chǎng)合后決定對(duì)其中的一臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，也即把原來(lái)由電機(jī)風(fēng)機(jī)冷卻改為直接由反擊式水輪風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻。

1 反擊式水輪風(fēng)機(jī)的工作原理

反擊式水輪風(fēng)機(jī)的工作原理就是利用循環(huán)水泵本身固有的機(jī)械特性也即水泵的富余揚(yáng)程來(lái)推動(dòng)反擊式水輪機(jī)做功，再通過(guò)傳動(dòng)軸輸出功率進(jìn)而帶動(dòng)風(fēng)機(jī)對(duì)循環(huán)水進(jìn)行冷卻、降溫。

2 反擊式水輪風(fēng)機(jī)的應(yīng)用要求

從反擊式水輪風(fēng)機(jī)的工作原理我們可以知道，應(yīng)用反擊式水輪風(fēng)機(jī)主要是利用水泵的余壓來(lái)做功，因此在選擇水輪機(jī)的應(yīng)用時(shí)，保證水泵具有富余的流量和富余的揚(yáng)程是我們應(yīng)用水輪機(jī)的前提條件。然而它們二者之間又是一種相互依存的關(guān)系：系統(tǒng)中存在的必然的富余流量可在很大程度上轉(zhuǎn)化為富余揚(yáng)程，而設(shè)置水輪機(jī)使阻力的增加又必然會(huì)導(dǎo)致流量的減少，因此從應(yīng)用反擊式水輪風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，富余流量的存在起著至關(guān)重要的作用。這里對(duì)于系統(tǒng)中所形成的充裕的富余流量，主要包含有在對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的熱力學(xué)、傳熱學(xué)計(jì)算，從換熱設(shè)備熱負(fù)荷、換熱面積到整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)中冷卻水需求量的各個(gè)環(huán)節(jié)均放有的一定的余量，再到水泵選型時(shí)富余量的考慮方面。而同樣對(duì)于水泵的富余揚(yáng)程，通過(guò)查閱資料我們也可以得知，在水泵本身設(shè)計(jì)時(shí)所應(yīng)該具有的幾個(gè)方面，包括：從流體力學(xué)方面計(jì)算，在計(jì)算設(shè)備和管路阻損及提升高度、輸送距離的每個(gè)環(huán)節(jié)均放有的一定的余量；在計(jì)算出總的阻損后還應(yīng)再有1.1至1.3的壓力倍乘，并以此作為水泵選型的依據(jù)；加上我們往往在對(duì)水泵進(jìn)行選型時(shí)，因沒(méi)有恰好與選定參數(shù)一致的揚(yáng)程，而選擇揚(yáng)程較大的水泵；還有在對(duì)水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所需要考慮到的由于汽蝕、結(jié)垢等原因的影響而導(dǎo)致水泵的效率降低等，因此也都必須留有一定的富余揚(yáng)程，以保證設(shè)備的長(zhǎng)期正常運(yùn)行。綜合以上方面即是水泵的固有機(jī)械特性，也是我們選擇應(yīng)用反擊式水輪風(fēng)機(jī)的首要

條件。

3 應(yīng)用反擊式水輪風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻的特點(diǎn)

首先，與傳統(tǒng)的電機(jī)風(fēng)機(jī)相比，反擊式水輪風(fēng)機(jī)的動(dòng)力來(lái)源主要為水力，這既節(jié)省了設(shè)備的電耗，而作為水輪機(jī)的傳動(dòng)軸又可以直接與風(fēng)機(jī)相連，中間不需要再通過(guò)其他的減速器和傳動(dòng)軸等的連接，也大大減少了設(shè)備的日常管理和維修保養(yǎng)費(fèi)用；其次，由于是單獨(dú)使用水輪機(jī)，其本身結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單，主要部件為葉輪，沒(méi)有易損件，維護(hù)起來(lái)也比較方便。在風(fēng)機(jī)的主要性能冷卻效果方面，由于水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速是隨著循環(huán)水流量的增減而增減，風(fēng)量亦隨之而增減，這在季節(jié)變化的時(shí)候，能讓冷卻塔的氣水比都穩(wěn)定在最佳的比例狀態(tài)，從而達(dá)到很好的冷卻效果。在安全方面，由于不使用電，也可以從根本上杜絕由于電機(jī)帶電而引起的各種安全隱患，這尤其在空分要求較為嚴(yán)格的防爆區(qū)域內(nèi)也可以保證其的安全運(yùn)行。在環(huán)保方面，由于反擊式水輪冷卻風(fēng)機(jī)的應(yīng)用，在冷卻塔中省去了風(fēng)機(jī)電機(jī)和減速箱，因此可有效地降低因機(jī)械傳動(dòng)和摩擦引發(fā)的振動(dòng)和噪音，杜絕了漏油和機(jī)械維修，加上由于水輪機(jī)的能量轉(zhuǎn)換是在水流道上進(jìn)行，噪音也減小了很多，這些方面也都大大減少了對(duì)周圍環(huán)境的污染。而對(duì)于在風(fēng)機(jī)的冷卻過(guò)程中所引起的飄水問(wèn)題，由于水輪機(jī)本身具備的可調(diào)的轉(zhuǎn)速特性，也讓飄水損失能有效地減少，這一方面減少了循環(huán)水池的補(bǔ)充水量，節(jié)約了相應(yīng)的水費(fèi)支出，另一方面也極大地降低了飄水所引起的對(duì)冷卻塔周圍環(huán)境的影響，更適宜風(fēng)機(jī)的長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。

4 實(shí)施改造措施

通過(guò)計(jì)算對(duì)比我廠1000m3/h循環(huán)水塔的實(shí)際運(yùn)行情況

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后，可以發(fā)現(xiàn)在循環(huán)水系統(tǒng)中還存有較大的富余揚(yáng)程（20m左右），可以應(yīng)用于反擊式水輪風(fēng)機(jī)。其具體的改造措施為：在不改變?cè)瓉?lái)的風(fēng)筒和基礎(chǔ)上，取消原來(lái)電機(jī)、減速機(jī)與風(fēng)機(jī)的連接，取代之以水輪機(jī)與風(fēng)機(jī)的連接；在進(jìn)水管路的支配上，把由原來(lái)直接進(jìn)入收水器的水管，改為先經(jīng)過(guò)水輪機(jī)后再經(jīng)過(guò)收水器，同時(shí)也為了能更有效地對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行流量調(diào)整，另外也增設(shè)了一路旁通管路直接引入收水器。各路分管道在進(jìn)水之前都各自用一個(gè)截止閥門加以流量調(diào)節(jié)和控制。

5 實(shí)際改造效果

改造完成后，通過(guò)對(duì)循環(huán)水溫降的觀察和進(jìn)一步對(duì)比：改造前，開(kāi)一臺(tái)風(fēng)機(jī)，冷卻水的溫降在7℃左右，運(yùn)行水輪機(jī)后，溫降在5℃左右，隨后再觀察其他在用設(shè)備的冷卻效果后也發(fā)現(xiàn)這些設(shè)備的主要性能參數(shù)都沒(méi)有明顯的變化，證明冷卻水溫度滿足實(shí)際的運(yùn)行要求。再后對(duì)循環(huán)水泵的運(yùn)行參數(shù)觀察后也發(fā)現(xiàn)，除了原先的水泵出口壓力有所增加，由原來(lái)的0.38MPa上升到0.40MPa左右，而其對(duì)應(yīng)的循環(huán)水流量也由原來(lái)的1800m3/h下降到1500m3/h左右，觀察水泵的電流沒(méi)有明顯的上升變化。

6 結(jié)語(yǔ)

反擊式水輪風(fēng)機(jī)在作為常溫冷卻水的冷卻方式時(shí)，只要在循環(huán)水系統(tǒng)中水泵本身具有充足的富余揚(yáng)程和富余流量且對(duì)溫降要求不是特別高的情況下，可以利用原有的管道、基礎(chǔ)進(jìn)行改造，這在水能的再次利用方面具有很高的價(jià)值并且達(dá)到很好的經(jīng)濟(jì)節(jié)能效益。以我公司改造過(guò)的為例，一臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)的電機(jī)額定功率為45kW，以每年實(shí)際運(yùn)行時(shí)間350天計(jì)算，不包含計(jì)算其他節(jié)省的支出和維護(hù)費(fèi)用等，單純電耗每年約可節(jié)省45×24×350=378000kW·h，具有非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]于波，肖惠民.水輪機(jī)原理與運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

作者簡(jiǎn)介：陳成敦（1979—），男，福建泉州人，福建三安鋼鐵有限公司機(jī)電工程助理工程師，研究方向：空分設(shè)備的日常管理和維護(hù)。

（責(zé)任編輯：吳 濤）