淺談水動風機冷卻塔在工業企業的應用

摘要：水動風機冷卻塔利用水輪機代替電機驅動風機，該塔和傳統的電機冷卻塔相比，其冷卻能力、外形尺寸、噪聲等均滿足要求，當冷卻泵的富余揚程可以滿足水輪機驅動需要時，節能效果較為明顯。

關鍵詞：冷卻塔、水動風機冷卻塔、水輪機

1、前言

目前我國的能源問題已經成為制約經濟發展和社會發展的重要因素，為此國務院從戰略和全局的高度做出了《關于加強節能工作的決定》，要求各級地方政府和企業要充分認識節能工作的重要性和緊迫性，并采取有力措施，調動社會各方面力量做好節能工作。對多數企業而言，電費是未被企業控制的最后一項成本。

冷卻塔電動風機是消耗電能的主要設備之一，而我國在用冷卻塔技術落后，許多企業風機電機選型偏大;循環水泵系統因嚴重汽蝕或多年失修而效率低下;風、水、熱交換介質三者未能很好匹配等，凡此種種直接導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峻現實中，全方位的對冷卻塔進行節能改造已成為當務之急。

2、水動風機冷卻塔的定義及特點

簡單的講：冷卻塔是一個散熱裝置，是一種利用水的蒸發吸熱原理來散去工業上或制冷空調中產生的廢熱以保證系統運行的裝置，他能將冷卻水的溫度降下來;而水動風機冷卻塔利用水輪機代替電機驅動風機，該冷卻塔和傳統的電機冷卻塔相比，采用渦輪增壓水輪技術，利用冷卻塔設備原有的循環冷卻水推動風機散熱，廢除在傳統的冷卻塔中用電機驅動風機的散熱方式，省卻機械減速裝置和電機。開創冷卻塔行業節能、環保、省成本的新篇章。

特點：節能、環保、經濟、安全、高效、通用。

3、水輪機的動力和阻力分析

3.1 冷卻塔專用水輪機的動力計算

由能量方程式推算水輪機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—水輪機的效率，0.88

水輪機水頭由伯努利方程計算：H=Z+P+V2 /2g

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

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

水流在噴出之時，已經把壓能轉變成速度能—-動能。所以冷卻塔專用的雙擊式水輪機在討論水頭時僅計算動能。冷卻塔的進塔水壓就是水頭，由下式計算

H=V2/2g（由于水流的速度V是單位面積上的過流水量）

V=Q/S（S—過流斷面積 ㎡）

水頭公式又可以用H=Q2/2gS2 來計算

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

很顯然，當已知供塔泵的流量Q以后，決定水輪機出力的關鍵是過流斷面S，斷面越小流速越大，出力就越大。但縮小斷面，流量就會減少，這是一對相互依賴的矛盾，要達到最佳狀態只有在確定流量的情況下，確定過流斷面，才能表現出一個最好的出力情況。

3.2 水輪機的阻力怎么計算

冷卻塔的循環水管路中，增設一個水輪機無疑是增加阻力，阻力增加水流量減少，還影響換熱設備的正常運轉。阻力嚴重甚至于會造成換熱設備管子爆裂的事故。水動飛機冷卻塔水輪機阻力僅為0.5m（0.005Mpa），很小。這相當于在管路中增多一個彎頭或]閥門的阻力。不會影響其它設備。0.5m的阻力，相比于噴霧塔的噴嘴阻力，顯然要小得多。水輪機阻力實在小，可以大大放心改造現有冷卻塔，無須擔心換熱設備增加負擔。

水輪機的阻力由水流進入轉輪前的速度和水流道形狀決定。水動風機冷卻塔的水輪機流道是漸縮圓弧形，阻力由局部水頭損失公式計算H= ξV2/2g ，ξ -- 阻力系數 = 0.081 由實驗實際使用中獲得。當8m水頭運作時，由較小的流速獲得最高出力，用上式計算得，水輪機的阻力為0.5m。

4、經濟效益分析

冷卻能力接近的兩種塔，由于水動塔進塔水壓需5m 左右水頭，普通塔的布水水頭只需2m，就把原來由冷卻塔的耗電量轉為冷卻泵消耗。考慮管道路徑較長，彎頭多，往往超出計算水頭損失，為了保證循環水系統正常工作，我們在選型時，把原2m 的布水水頭作為安全因素來考慮，所以冷卻泵二次選型的揚程比原揚程高5m，重新選型后部分水泵功率有所增加。

例：電機冷卻塔涼水能力100m3/h，電機功率N=5.5kW，冷卻水泵型號為IS100-80-125，Q=100m3/h，H=20m，電機功率N=11kW，將其改造為水動風機冷卻塔后，涼水能力不變的情況下依然為100m3/h，冷卻水泵調整為IS100-80-160，Q=100m3/h，H=32m，電機功率N=15kW，總電負荷減少16.5-15=1.5kW，

年節約電費（按平均每天運行24小時，電價0.5元/度，一年運行330天計算）

年節約電量1.5kW×24×330=11880kW

年節約電費11880×0.5=5940元

5、結論

水輪機工作是依靠水的壓力。認為冷卻塔用水輪機必需有富余的揚程才能應用。這是一個錯誤的認識。

水輪機是靠水壓來進行工作的。進塔水壓被用掉了，流過水輪機以后就沒有了水壓，無法用于布水。這是一個錯誤的認識。

雙擊式水輪機效率很低，冷卻塔是少量的水量和壓頭，被雙擊式水輪機占用了部分水量，就影響了冷卻塔的冷卻效果。這是一個錯誤的認識。

水輪機適用于500噸/時以下的小型冷卻塔，不適用于700噸/時以上的大型冷卻塔，尤其是3000噸/時以上的大型冷卻塔，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。這是一個錯誤的認識。

參考文獻

[1]金亞飚.鋼鐵企業循環冷卻水系統節能設計探討{J}.冶金能源。

[2]金亞飚.鋼鐵冶金工業循環冷卻水系統水力平衡設計{J}.給水排水

作者簡介：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。