張飛狂
(飛狂冷卻設(shè)備有限公司，上海 201406)

　　摘要：分析了冷卻塔進塔水流的能量情況，認為進塔水流富余的能量足夠推動風(fēng)機的運行。研制了新型水輪機來取代風(fēng)葉電機，經(jīng)試用， 當冷卻塔進水的富余水頭為5—8m時，可以滿足推動水輪機的要求。這種由水輪權(quán)推動的風(fēng)機特別適用于大型冷卻塔。
　　關(guān)鍵詞：水輪機；風(fēng)機；冷卻塔；節(jié)能
　　中圖分類號：TU991.42　　 文獻標識碼：B　　 文章編號：1009—2455(2004)01—0060—02

　　冷卻塔的熱能交換能力主要由氣水比來決定，多少質(zhì)量流量的熱水用多少質(zhì)量流量的空氣進行熱交換即可實現(xiàn)冷卻塔的預(yù)期溫降。而空氣是不論用什么方法獲得，一般常用電機驅(qū)動風(fēng)機獲取。
　　如果改用水輪機來驅(qū)動，那么水輪機的軸功率與電機功率相同即可實現(xiàn)。塔的結(jié)構(gòu)、外形、尺寸、冷卻原理都不需改變。

1 水動風(fēng)機的原理

　　冷卻塔的進塔循環(huán)水壓頭一般是5-8m。由此可推算進冷卻塔的水流中具備著水頭5-8m乘上相應(yīng)的進塔水流量的功率。如100t／h標準塔的能耗為2.2kW左右，即100t／h標準塔所用的風(fēng)葉的實際軸功率為2.2kW左右，風(fēng)機效率高的還低于2.2kW，200t／h塔是4.5 kW左右，1000t／h是22kW左右，4000t／h是90kW左右，依次類推。既然現(xiàn)有冷卻塔在正常運轉(zhuǎn) 情況下的水流中具備著這樣的能量，為什么不可以將其利用起來，而白白的浪費掉。
　　冷卻塔的進水壓頭的要求是根據(jù)塔的管路損失、塔的高度和布水的噴射力共同所需的總和來確定。其中布水的噴射力所需的壓頭僅0.5-1 m就足夠了。這些工作壓力來自于循環(huán)水泵，水泵的揚程選型計算是冷卻塔所處位置的高度、沿程管路損失、彎頭、閥門的阻力，以及用水設(shè)備阻力的總和。泵的流量口是按冷卻塔公稱名義匹配的，如100t／h塔即匹配100t／h泵，500t／h即匹配500t／h泵。泵的揚程乘上流量即為水流所具備的功率，進塔水的壓頭是總揚程減去供水系統(tǒng)阻力損失以后所剩下的5—8m。這寶貴的5-8m，大有文章可做。把它先通過水輪機而獲得輸出功率來驅(qū)動風(fēng)機，可以完全省去風(fēng)機電機。實際上工業(yè)選泵的揚程，為了確保流量，還必須考慮泵的效率，按規(guī)定揚程只允許大不允許小，它為水輪機提供了富裕的水頭。所以凡是冷卻塔符合常規(guī)設(shè)計選型，完全可以由水輪機取代風(fēng)機電機，大可不必擔(dān)心水輪機的原動力不夠而影響風(fēng)量、冷效。而通過水輪機以后的余壓足夠完成布水和其它管路損失。如圖1所示為水動風(fēng)機冷卻塔的結(jié)構(gòu)圖，水輪機的位置在布水系統(tǒng)的上部，水流經(jīng)水輪機以后的出水到布水的位差即可獲得0.5-1 m的水頭。

2 水動風(fēng)機冷卻塔的節(jié)能

　　這種結(jié)構(gòu)原理的冷卻塔筆者經(jīng)過5年的研制試驗，一百多家用戶的實用，證實可省去電機，節(jié)電可觀，水動風(fēng)機冷卻塔大有節(jié)能價值。我國按200t／h標準塔折算有50萬臺，200t／h標準塔的電耗以國家標準規(guī)定的0.04kW／t為7.5kW，宏觀地全部改成水輪機來驅(qū)動風(fēng)葉，則可節(jié)電240億度，以上海地區(qū)峰谷電平均0.5元／度計算，每年節(jié)約120億元。從單塔的節(jié)能效果看200Vh塔每天用電4.5×24=108度，每年39420度，電費0.5元／度每年19710元，工業(yè)用電1元／度計算是39420元，這筆帳算起來十分清楚。節(jié)約的全部是利潤。塔的大小完全可以照此推算。

3 微型水輪機的研制

　　要達到這樣節(jié)能的效果，關(guān)鍵是如何配好水輪機，市場水輪機大都用于水力發(fā)電，其功率在100kW以上，而冷卻塔的功率均在100kW以下，即使有小功率的水輪機也不能直接拿來用上，要么水壓頭過高，要么形狀結(jié)構(gòu)不適應(yīng)，為此筆者專門研制了冷卻塔專用水輪機如圖2。筆者稱它為微型水輪機，雙擊貫流式，轉(zhuǎn)輪的進水角度為30°，葉片的弦傾角為22.5°，葉片17片，葉片的線型遵照盡可能地完全利用能量的方法設(shè)計，進水口的水頭為5-8m，完全解決了冷卻風(fēng)葉所需的轉(zhuǎn)速、軸功率，實際應(yīng)用經(jīng)法定檢測單位檢測效果十分滿意。

4 水動風(fēng)機冷卻塔的冷卻效果

　　2001年5月31日上海節(jié)能服務(wù)中心對上海乳品培訓(xùn)中心由浙江聯(lián)豐玻璃鋼廠生產(chǎn)的2臺同類型200t／h塔進行測試，其中1臺的風(fēng)機運行系統(tǒng)僅進行水輪機改造，其它部位不變。2臺塔在同時運行，工況相同的情況下，進行熱力性能，節(jié)能效果對比測試，其對比后測試數(shù)據(jù)如表1(北塔為經(jīng)水輪機改造)。
　　測試結(jié)果表明，水泵沒有增加功率，揚程沒有改變，風(fēng)葉電機卻取消了，因此電耗等于零，實現(xiàn)了節(jié)電100％。

表1 測試數(shù)據(jù)對比

5 結(jié)語

　　水輪機應(yīng)用于冷卻塔不論是改造也好，整臺新塔也好，優(yōu)點在于：
　　①節(jié)能。該塔利用水輪機取代風(fēng)葉電機，完全節(jié)省了風(fēng)葉電機的運行電耗，且沒有增加循環(huán)水泵的負擔(dān)。
　　②無噪聲。水輪機的能量轉(zhuǎn)換是在水流道內(nèi)完成的；控制湍振的雷諾數(shù)，使水輪機不會發(fā)出干擾的噪聲。
　　③高效。水輪機軸直接輸出風(fēng)葉，不需再通過其它減速器等，且隨著水流量的變化而風(fēng)量相應(yīng)變化，始終穩(wěn)定在較好的氣水比。
　　④使用壽命長。水輪機結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此只要達到材料設(shè)計強度和密封，其壽命是長期的。一旦出現(xiàn)故障，維修也極為簡單，更換一些標準件即可，比電機減速器的維修要省卻許多麻煩。
　　⑤安全。冷卻塔電機有漏電傷人，火花爆炸的潛在危險，水輪機不用電，且質(zhì)量輕，高處作業(yè)不再為起吊卸下電機減速器而為難，增加了冷卻塔的運行環(huán)境安全性。
　　⑥適用。對任何形式的冷卻塔都適用，特別適用于特大型的冷卻塔。越大越可靠。

作者簡介：張飛狂(1946—)，男，浙江上虞人，電話(021) 56476697，kittypuda@sina.com。