論析冷卻塔結(jié)構(gòu)及特點

王遠洋 羅振強 李吉家 馬桂霞 張學(xué)軍

摘要：冷卻塔（The cooling tower）是用水作為循環(huán)冷卻劑，從一系統(tǒng)中吸收熱量排放至大氣中，以降低水溫的裝置;其冷是利用水與空氣流動接觸后進行冷熱交換產(chǎn)生蒸汽，蒸汽揮發(fā)帶走熱量達到蒸發(fā)散熱、對流傳熱和輻射傳熱等原理來散去工業(yè)上或制冷空調(diào)中產(chǎn)生的余熱來降低水溫的蒸發(fā)散熱裝置，以保證系統(tǒng)的正常運行，裝置一般為桶狀，故名為冷卻塔。冷卻塔是集空氣動力學(xué)、熱力學(xué)、流體學(xué)、化學(xué)、生物化學(xué)、材料學(xué)、靜、動態(tài)結(jié)構(gòu)力學(xué)，加工技術(shù)等多種學(xué)科為一體的綜合產(chǎn)物。水質(zhì)為多變量的函數(shù)，冷卻更是多因素，多變量與多效應(yīng)綜合的過程。本文對橫流式冷卻塔結(jié)構(gòu)進行了介紹，通過分析冷卻塔的特點，從而達到優(yōu)化設(shè)計的目的。

關(guān)鍵詞：冷卻塔;結(jié)構(gòu);設(shè)計

橫流式冷卻塔是一種可將水冷卻的裝置。采用兩側(cè)進風(fēng)，靠頂部的風(fēng)機，使空氣經(jīng)由塔兩側(cè)的填料，與熱水進行介質(zhì)交換，濕熱空氣再排向塔外。水流從塔上部垂直落下，空氣水平流動通過淋水填料，氣流與水流正交的冷卻塔。

1.冷卻塔的種類

1）開式冷卻塔的冷卻原理就是，通過將循環(huán)水以噴霧方式，噴淋到玻璃纖維的填料上，通過水與空氣的接觸，達到換熱，再有風(fēng)機帶動塔內(nèi)氣流循環(huán)，將與水換熱后的熱氣流帶出，從而達到冷卻。

此種冷卻方式，首期的投入比較的少，但是運營成本較高（水耗、電耗）。

2）閉式冷卻塔的冷卻原理是，簡單來說是兩個循環(huán)：一個內(nèi)循環(huán)、一個外循環(huán)。沒有填料，主核心部分為紫銅管表冷器。

①內(nèi)循環(huán)：與對象設(shè)備對接，構(gòu)成一個封閉式的循環(huán)系統(tǒng)（循環(huán)介質(zhì)為軟水）。為對象設(shè)備進行冷卻，將對象設(shè)備中的熱量帶出到冷卻機組。

②外循環(huán)：在冷卻塔中，為冷卻塔本身進行降溫。不與內(nèi)循環(huán)水相接觸，只是通過冷卻塔內(nèi)的紫銅管表冷器進行換熱散熱。在此種冷卻方式下，通過自動控制，根據(jù)水溫設(shè)置電機的運行。

兩個循環(huán)，在春夏兩季環(huán)境溫度高的情況下，需要兩個循環(huán)同時運行。秋冬兩季環(huán)境溫度不高，大部分情況下只需一個內(nèi)循環(huán)。

閉式冷卻塔，或稱密閉式冷卻塔，也稱封閉式冷卻塔，簡稱閉塔。

閉式冷卻塔源于蒸發(fā)冷卻器，而實際上乃是一種將水冷式冷卻器和常規(guī)冷卻塔的性能相結(jié)合的熱交換器，也是一種界于水冷器與空冷器之間的熱交換器，所以還有廠家稱之為“蒸發(fā)空冷器”。

2、冷卻塔的結(jié)構(gòu)

2.1冷卻塔塔體（F.R.P）

F.R.P材質(zhì)一般稱為纖維強化樹脂，在國內(nèi)被稱為玻璃鋼;乃是將玻璃纖維涂浸樹脂為一層，再由數(shù)層玻璃纖維涂浸樹脂所組成。F.R.P包含了玻璃纖維的強固性，有足夠的結(jié)構(gòu)強度來抵抗高風(fēng)速以及強震，即使遭受外力侵襲破損，仍然可以很容易的在工地現(xiàn)場修復(fù)。

所有的F.R.P材料都有外部膠殼，膠殼中均含有紫外線抑制劑，以保證塔體以及水盤的結(jié)構(gòu)的完整不受紫外線的侵襲、破壞。膠殼的外表的非常的平滑、光亮美觀，且具有耐久性，不需作外表的維護、保養(yǎng)工作。

2.2冷卻塔設(shè)計

本冷卻塔是方形橫流，橫流抽吸式設(shè)計。軸流式的風(fēng)機于水塔的頂端，也就是出風(fēng)口處，瓶狀風(fēng)口外形設(shè)計，免除了必需考慮風(fēng)向來決定水塔擺放位置的限制。瓶狀外形及抽吸式風(fēng)機設(shè)計，能有效提高風(fēng)量以及降低電機的電力消耗。

2.3冷卻塔水盤（E.R.P）

水盤與塔體一樣是以F.R.P材料制造，碗狀設(shè)計能使盤維持最少的水量，而不致使空氣吸進系統(tǒng)，水盤中裝有排水口以方便水盤清洗作業(yè)，所有的配管接頭都裝設(shè)在方便配管工作的位置。

2.4冷卻塔支架

HKY型的水塔支架是采用F.R.P材料與冷卻塔一體成型，具有不生銹、耐化學(xué)性侵蝕的特性，至于大型HKY型則采用熱浸鍍鋅鋼管制成的支架，亦有良好的防銹功能。

2.5散熱材（P.V.C.蜂巢型）

冷卻塔散熱材是采用硬質(zhì)P.V.C.布，以熱壓成型或真空成型所制成，其特殊的成型設(shè)計，能使空氣與水的接觸面達到最大，使熱交換率也達到最大。散熱材的P.V.C.布材質(zhì)，耐腐蝕以及生物性的侵蝕，如冷卻塔能保持水質(zhì)潔凈，則散熱材可保長期使用。P.V.C.布的耐熱溫度為，瞬間耐溫50℃，長期使用耐溫45℃。

2.6散水系統(tǒng)

布水系統(tǒng)：方形橫流式冷卻塔采用固定管式布水系統(tǒng)，配用三濺式噴嘴布水，具有配水均勻、低水壓、不淤塞等特點，將水流均勻分散后布灑到填料上，確保熱交換的充分進行。

3、冷卻塔的結(jié)構(gòu)特征

1）塔體：型線合理，氣流平穩(wěn)，材質(zhì)優(yōu)良，色彩鮮艷，表面膠衣樹脂內(nèi)含有抗紫外線劑，耐老化，強度高，重量輕，耐腐蝕。下塔體按訂貨要求，可配有溢水、排污、自動給水管，可由此處直接吸水，省去冷卻池，上面裝有防噪消聲墊，有效降低了滴水聲。

2）填料：采用改性聚氯乙烯波片，橫向增加了凸筋，水的再分配能力強，阻力小，熱力性能好，耐高溫70度、低溫50度，阻燃性好。

3）旋轉(zhuǎn)布水器及布水管：裝有不銹鋼球軸承，運轉(zhuǎn)靈活可靠，水頭低，布水均勻，采用鋁合金或制成的布水管，管上安裝收水板，克服了飄水現(xiàn)象。

4）風(fēng)機：由清華大學(xué)工程力學(xué)系根據(jù)系列冷卻塔參數(shù)設(shè)計的低噪聲、高效率風(fēng)機，鋁合金板翼型或葉片、噪聲小、效率高。

5）電機：由清華大學(xué)電機系在Y型系列安裝尺寸的基礎(chǔ)上，為冷卻塔設(shè)計的低噪聲節(jié)能電機、密封防水性能好、耐高溫、效率高、噪聲小。

6）減速裝置：采用了滌綸纖維增強氯丁橡膠動力帶傳動，耐高溫、效率高，遇水不伸展，克服了打滑現(xiàn)象，噪聲很小。

7）吸聲設(shè)施：超低噪聲型冷卻塔在進風(fēng)口外增加了帶吸聲材料的屏蔽，并在上下兩部裝有吸聲柵，以達到最大的降噪效果。在上塔體出風(fēng)口安裝了帶吸聲材料的喇叭口屏蔽及吸聲柵，降低了風(fēng)機及電機傳出來的噪聲。

8）進風(fēng)窗：裝有百葉片，減少飄水，氣流阻力小，特別適合北方地區(qū)及全年都需要使用冷卻塔的單位。