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简要对水轮机冷却塔的动力分析
添加时间：2013-2-20 文章录入：本站 文章来源：原创
水动风机冷却塔问世以来，对节能作出了一定的贡献。经中国科学院上海文献情报中心查新，水动风机冷却塔具有充分的新颖性和创新性，国内外文献均无相同结构的报道。说明该产品具有原创资格。由于冷却塔业内对水轮机取代风机电机节电 100% 心存疑虑。有的教授级冷却塔专家不懂冲击式水轮机的特点，误求转轮前后水压差，作出错误判断。有的用户持谨慎态度，不敢为人先。为此有必要把冷却塔专用水轮机的特点作进一步阐述。
1.冷却塔专用水轮机的动力由能量方程式推算。
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
Z—水轮机进出水位之差
P—水流内具备的压力
V—水流的速度m/s
g—重力加速度9.81
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
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 .
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=V 2/2g
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=Q 2/2g S 2 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× Q 3/2g S 2 ×0.88 =0.44 Q 3/ S 2
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。
我们设计按 8.4683m 水头计算，由此得水轮机出力W= 9.81×8.4683×Q×0.88 = 73.1 Q (kw)
当知道冷却塔的流量以后，就能确切地计算得到水轮机的功率，对照风叶轴功率是否符合 , 即可应用于冷却塔电机塔的改造。
如： 2000t/h 的冷却塔水轮机轴功率为W= 73.1Q=73.1×0.55555=40.6KW
所对应的风叶实际轴功率应该小于 40.6KW (否则该风机效率较差)，该塔运转完全正常，完全可取代电动机，节电 100% 。关键的一点，要知道进该塔的水头有没有 8m 的余地。
由于设计人员在设计循环水系统时，选择塔的进水压力没有标准依据，造成现有的冷却塔进塔水压高低差别较大。流量没有到额定值，进塔水压为零的冷却塔也大有塔在。所以用水轮机改造冷却塔并不是所有的冷却塔都适合。一旦可以进行改造，说明该塔有富余扬程存在，节电100 %。不具备富余扬程条件，我们就不改，也不存在节电百分之几的结果。新的冷却塔也一样以两个条件为本。
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。水动风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。水动飞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 。
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