浅谈水动风机冷却塔在工业企业的应用

摘要：水动风机冷却塔利用水轮机代替电机驱动风机，该塔和传统的电机冷却塔相比，其冷却能力、外形尺寸、噪声等均满足要求，当冷却泵的富余扬程可以满足水轮机驱动需要时，节能效果较为明显。

关键词：冷却塔、水动风机冷却塔、水轮机

1、前言

目前我国的能源问题已经成为制约经济发展和社会发展的重要因素，为此国务院从战略和全局的高度做出了《关于加强节能工作的决定》，要求各级地方政府和企业要充分认识节能工作的重要性和紧迫性，并采取有力措施，调动社会各方面力量做好节能工作。对多数企业而言，电费是未被企业控制的最后一项成本。

冷却塔电动风机是消耗电能的主要设备之一，而我国在用冷却塔技术落后，许多企业风机电机选型偏大;循环水泵系统因严重汽蚀或多年失修而效率低下;风、水、热交换介质三者未能很好匹配等，凡此种种直接导致了冷却塔冷却效果的降低和能耗的增加。因此，在目前能源紧张的严峻现实中，全方位的对冷却塔进行节能改造已成为当务之急。

2、水动风机冷却塔的定义及特点

简单的讲：冷却塔是一个散热装置，是一种利用水的蒸發吸热原理来散去工业上或制冷空调中产生的废热以保证系统运行的装置，他能将冷却水的温度降下来;而水动风机冷却塔利用水轮机代替电机驱动风机，该冷却塔和传统的电机冷却塔相比，采用涡轮增压水轮技术，利用冷却塔设备原有的循环冷却水推动风机散热，废除在传统的冷却塔中用电机驱动风机的散热方式，省却机械减速装置和电机。开创冷却塔行业节能、环保、省成本的新篇章。

特点：节能、环保、经济、安全、高效、通用。

3、水轮机的动力和阻力分析

3.1 冷却塔专用水轮机的动力计算

由能量方程式推算水轮机的输出轴功率公式为

W=γ×Q×H×η （kw）

γ—水的容重1000×9.81N/m3   Q—水流量m3 /s

H—水头m           η—水轮机的效率，0.88

水轮机水头由伯努利方程计算：H=Z+P+V2 /2g

由于冷却塔专用水轮机采用立轴形式，水轮机的转轮是立置的，它的进出水位在同一平面上，没有位能。Z=0（Z—水轮机进出水位之差）

冲击式水轮机是开放型的，进出水都与空气接触，进出口的水流的压力都保持在同一个大气压上，压力差很小，可以忽略不计，即没有压能。P=0（P—水流内具备的压力）

水流在喷出之时，已经把压能转变成速度能—-动能。所以冷却塔专用的双击式水轮机在讨论水头时仅计算动能。冷却塔的进塔水压就是水头，由下式计算

H=V2/2g（由于水流的速度V是单位面积上的过流水量）

V=Q/S（S—过流断面积 ㎡）

水头公式又可以用H=Q2/2gS2 来计算

归并上述公式后得冷却塔专用水轮机的出力W=9.81× Q3/2gS2 ×0.88 =0.44Q3/S2

很显然，当已知供塔泵的流量Q以后，决定水轮机出力的关键是过流断面S，断面越小流速越大，出力就越大。但缩小断面，流量就会减少，这是一对相互依赖的矛盾，要达到最佳状态只有在确定流量的情况下，确定过流断面，才能表现出一个最好的出力情况。

3.2 水轮机的阻力怎么计算

冷却塔的循环水管路中，增设一个水轮机无疑是增加阻力，阻力增加水流量减少，还影响换热设备的正常运转。阻力严重甚至于会造成换热设备管子爆裂的事故。水动飞机冷却塔水轮机阻力仅为0.5m（0.005Mpa），很小。这相当于在管路中增多一个弯头或]阀门的阻力。不会影响其它设备。0.5m的阻力，相比于喷雾塔的喷嘴阻力，显然要小得多。水轮机阻力实在小，可以大大放心改造现有冷却塔，无须担心换热设备增加负担。

水轮机的阻力由水流进入转轮前的速度和水流道形状决定。水动风机冷却塔的水轮机流道是渐缩圆弧形，阻力由局部水头损失公式计算H= ξV2/2g ，ξ -- 阻力系数 = 0.081 由实验实际使用中获得。当8m水头运作时，由较小的流速获得最高出力，用上式计算得，水轮机的阻力为0.5m。

4、经济效益分析

冷却能力接近的两种塔，由于水动塔进塔水压需5m 左右水头，普通塔的布水水头只需2m，就把原来由冷却塔的耗电量转为冷却泵消耗。考虑管道路径较长，弯头多，往往超出计算水头损失，为了保证循环水系统正常工作，我们在选型时，把原2m 的布水水头作为安全因素来考虑，所以冷却泵二次选型的扬程比原扬程高5m，重新选型后部分水泵功率有所增加。

例：电机冷却塔凉水能力100m3/h，电机功率N=5.5kW，冷却水泵型号为IS100-80-125，Q=100m3/h，H=20m，电机功率N=11kW，将其改造为水动风机冷却塔后，凉水能力不变的情况下依然为100m3/h，冷却水泵调整为IS100-80-160，Q=100m3/h，H=32m，电机功率N=15kW，总电负荷减少16.5-15=1.5kW，

年节约电费（按平均每天运行24小时，电价0.5元/度，一年运行330天计算）

年节约电量1.5kW×24×330=11880kW

年节约电费11880×0.5=5940元

5、结论

水轮机工作是依靠水的压力。认为冷却塔用水轮机必需有富余的扬程才能应用。这是一个错误的认识。

水轮机是靠水压来进行工作的。进塔水压被用掉了，流过水轮机以后就没有了水压，无法用于布水。这是一个错误的认识。

双击式水轮机效率很低，冷却塔是少量的水量和压头，被双击式水轮机占用了部分水量，就影响了冷却塔的冷却效果。这是一个错误的认识。

水轮机适用于500吨/时以下的小型冷却塔，不适用于700吨/时以上的大型冷却塔，尤其是3000吨/时以上的大型冷却塔，大型冷却塔与小型冷却塔有明显不同的概念，不能混淆套用。这是一个错误的认识。

参考文献

[1]金亚飚.钢铁企业循环冷却水系统节能设计探讨{J}.冶金能源。

[2]金亚飚.钢铁冶金工业循环冷却水系统水力平衡设计{J}.给水排水

作者简介：刘彬，1991年出生，男，辽宁省锦州市义县人，满族，本科，研究方向：采暖通风。