水動風機冷卻塔水輪機工作原理

雙擊式水輪機從噴嘴出來的水流射流，先后兩次沖擊在轉軸葉片上，其工作原理基本上如圖8-9所示。圖中繪出了兩次沖擊的速度三角形的分析。現從力學的動量矩、合力矩及水輪機的功率來分析工作原理。根據動量矩原理，在單位時間內，動量矩等于外力的合力矩，按圖8-9所示的速度三角形和力的分析，流量Q是不變的，C1、C2、C3、C4分別為速度三角形中的絕對速度，L1、L2、L3、L4分別與絕對速度垂直的距離，則合力矩M為：M=QC1L1+QC2L2+QC3L3+QC4L48-13為獲得高的、理想的葉輪效率，設計要求在葉輪的出口處未被利用的能量盡量小，即要求下一個葉片出口處的絕對速度C4趨向于零，即QC4L4→0，則式8-13成為：M=QC1L1+QC2L2+QC3L38-14式8-14中，QC3L3是出口的動量矩，QC2L2是入水口的動量矩，由于能量的轉換需要，前者是減小的，后者是增加的。從圖8-9可見：L2=L3，C2=C3，Q相等，則QC2L2=QC3L3，即互補為零，則葉輪的實際動量矩是最終剩下來的葉片入口動量矩M=QC1L1。轉輪進口水流絕對速度的方向角為α1，根據力學動量矩相等原則得：M=QC1L1=QC1R1cosα18-15水輪機出力P即功率是角速度ω與動量矩的乘積，則得：P=ωM=ωQC1R1cosα18-16水輪機輸入功率為γ·Q·H，則式8-16成為：P=ωM=ωQC1R1cosα1=γ·Q·H8-17水輪機的效率為η，則有效軸功率為：P效=ωMη=ωQC1R1cosα1η=γ·Q·H·η=9、81Q·H·η8-18式中符號同前。上述計算式說明質量流量在能量轉換前后沒有變化，從式8-18可見，水輪機的軸功率與Q·H·η成正比。對冷卻塔來說，各種規格的冷卻塔其設計的冷卻水量Q是定值，則P與H和η成正比，故要求新研制的用于驅動冷卻塔風機的雙擊式水輪機效率η要高。同時H越大，則軸功率也大，但這里的H是指提升水泵的富余水頭，對于在使用的老塔來講，水泵早已選好，如果水泵的富余水頭能達到水輪機的軸功率和設計的轉速，則此冷卻塔可以改造，用水輪機來驅動風機，替代原來的電動機驅動風機，達到節電節能的目的。反之，則不能改造。綜合上述，用于冷卻塔水動風機的雙擊式水輪機如圖8-10所示，與用于水力發電的水輪機相比，是很小的水輪機，可稱得上是微型水輪機，實際上比水電站的模型水輪機還小。水流經過水輪機的阻力損失視水輪機及Q、H、V的大小有所不同，對于冷卻塔中采用槽式、池式配水系統來說，水輪機出水具有自由表面，阻力損失很小，相對來說水輪機效率高；對于冷卻塔采用管式配水來說，水輪機出水為壓力流，阻力損失一般在0、5m左右，則水輪機效率相對低些，即出力P會小些。但只要達到設計的軸功率和轉速，就能保證風量和冷卻效果。關鍵是軸功率，即為9、81·Q·H·η值。

冷卻塔計算機選型

冷卻塔的塔型較多，其計算涉及氣象條件P、θ、τ等、冷卻水量Q、進出塔水溫t1、t2以及冷卻塔形式、填料種類及規格、風機性能等多方面條件與因素，計算工作大而繁。國內部分單位根據循環冷卻水工程的實際需要和不同情況，編制了一些冷卻塔的設計計算程序。有的程序用于冷卻塔的設計計算，有的程序用于冷卻塔的選型。采用計算機計算，既提高了設計計算的精確性，又節省了計算的工作量和時間，是必然發展的趨勢。化工部第三設計研究院針對化工系統編制的數種冷卻塔通風圖主要為大塔，包括鋼筋混凝土塔，編制了逆流式機械通風冷卻塔的選型程序。該程序采用麥克爾焓差法編制，將逆流式機械通風冷卻塔的計算，歸納為四線二點的求解。由填料的熱力特性曲線和氣象條件、水溫計算的冷卻塔的操作曲線的交點，可求得氣水比λ和冷卻任務數N；由風機的特性曲線和塔的通風阻力曲線的交點，可求得風機工作點的風量G。由工作點的風量G和氣水比λ，即可求得冷卻水量Q。計算機計算程序簡化框圖見圖9-3所示，該程序將冷卻塔的參數數據庫設計成開放式可隨時增加、刪除或修改。可根據用戶的要求，自行將新的冷卻塔塔型、各種填料、風機和氣象參數加入數據庫中。這樣可不斷地更新數據庫，使計算程序更具有適應性和實用性。