水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔水輪機(jī)工作原理

雙擊式水輪機(jī)從噴嘴出來的水流射流，先后兩次沖擊在轉(zhuǎn)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(xiàn)從力學(xué)的動(dòng)量矩、合力矩及水輪機(jī)的功率來分析工作原理。根據(jù)動(dòng)量矩原理，在單位時(shí)間內(nèi)，動(dòng)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(shè)計(jì)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(gè)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(dòng)量矩，QC2L2是入水口的動(dòng)量矩，由于能量的轉(zhuǎn)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(bǔ)為零，則葉輪的實(shí)際動(dòng)量矩是最終剩下來的葉片入口動(dòng)量矩M=QC1L1。轉(zhuǎn)輪進(jìn)口水流絕對速度的方向角為α1，根據(jù)力學(xué)動(dòng)量矩相等原則得：M=QC1L1=QC1R1cosα18-15水輪機(jī)出力P即功率是角速度ω與動(dòng)量矩的乘積，則得：P=ωM=ωQC1R1cosα18-16水輪機(jī)輸入功率為γ·Q·H，則式8-16成為：P=ωM=ωQC1R1cosα1=γ·Q·H8-17水輪機(jī)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(jì)算式說明質(zhì)量流量在能量轉(zhuǎn)換前后沒有變化，從式8-18可見，水輪機(jī)的軸功率與Q·H·η成正比。對冷卻塔來說，各種規(guī)格的冷卻塔其設(shè)計(jì)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(qū)動(dòng)冷卻塔風(fēng)機(jī)的雙擊式水輪機(jī)效率η要高。同時(shí)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(dá)到水輪機(jī)的軸功率和設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速，則此冷卻塔可以改造，用水輪機(jī)來驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，替代原來的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，達(dá)到節(jié)電節(jié)能的目的。反之，則不能改造。綜合上述，用于冷卻塔水動(dòng)風(fēng)機(jī)的雙擊式水輪機(jī)如圖8-10所示，與用于水力發(fā)電的水輪機(jī)相比，是很小的水輪機(jī)，可稱得上是微型水輪機(jī)，實(shí)際上比水電站的模型水輪機(jī)還小。水流經(jīng)過水輪機(jī)的阻力損失視水輪機(jī)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(tǒng)來說，水輪機(jī)出水具有自由表面，阻力損失很小，相對來說水輪機(jī)效率高；對于冷卻塔采用管式配水來說，水輪機(jī)出水為壓力流，阻力損失一般在0、5m左右，則水輪機(jī)效率相對低些，即出力P會小些。但只要達(dá)到設(shè)計(jì)的軸功率和轉(zhuǎn)速，就能保證風(fēng)量和冷卻效果。關(guān)鍵是軸功率，即為9、81·Q·H·η值。

冷卻塔計(jì)算機(jī)選型

冷卻塔的塔型較多，其計(jì)算涉及氣象條件P、θ、τ等、冷卻水量Q、進(jìn)出塔水溫t1、t2以及冷卻塔形式、填料種類及規(guī)格、風(fēng)機(jī)性能等多方面條件與因素，計(jì)算工作大而繁。國內(nèi)部分單位根據(jù)循環(huán)冷卻水工程的實(shí)際需要和不同情況，編制了一些冷卻塔的設(shè)計(jì)計(jì)算程序。有的程序用于冷卻塔的設(shè)計(jì)計(jì)算，有的程序用于冷卻塔的選型。采用計(jì)算機(jī)計(jì)算，既提高了設(shè)計(jì)計(jì)算的精確性，又節(jié)省了計(jì)算的工作量和時(shí)間，是必然發(fā)展的趨勢。化工部第三設(shè)計(jì)研究院針對化工系統(tǒng)編制的數(shù)種冷卻塔通風(fēng)圖主要為大塔，包括鋼筋混凝土塔，編制了逆流式機(jī)械通風(fēng)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(jī)械通風(fēng)冷卻塔的計(jì)算，歸納為四線二點(diǎn)的求解。由填料的熱力特性曲線和氣象條件、水溫計(jì)算的冷卻塔的操作曲線的交點(diǎn)，可求得氣水比λ和冷卻任務(wù)數(shù)N；由風(fēng)機(jī)的特性曲線和塔的通風(fēng)阻力曲線的交點(diǎn)，可求得風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)的風(fēng)量G。由工作點(diǎn)的風(fēng)量G和氣水比λ，即可求得冷卻水量Q。計(jì)算機(jī)計(jì)算程序簡化框圖見圖9-3所示，該程序?qū)⒗鋮s塔的參數(shù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)成開放式可隨時(shí)增加、刪除或修改。可根據(jù)用戶的要求，自行將新的冷卻塔塔型、各種填料、風(fēng)機(jī)和氣象參數(shù)加入數(shù)據(jù)庫中。這樣可不斷地更新數(shù)據(jù)庫，使計(jì)算程序更具有適應(yīng)性和實(shí)用性。