張飛狂
(飛狂冷卻設備有限公司，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機的運行。研制了新型水輪機來取代風葉電機，經試用， 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。這種由水輪權推動的風機特別適用于大型冷卻塔。
　　關鍵詞：水輪機；風機；冷卻塔；節能
　　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，多少質量流量的熱水用多少質量流量的空氣進行熱交換即可實現冷卻塔的預期溫降。而空氣是不論用什么方法獲得，一般常用電機驅動風機獲取。
　　如果改用水輪機來驅動，那么水輪機的軸功率與電機功率相同即可實現。塔的結構、外形、尺寸、冷卻原理都不需改變。

1 水動風機的原理

　　冷卻塔的進塔循環水壓頭一般是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標準塔所用的風葉的實際軸功率為2.2kW左右，風機效率高的還低于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。既然現有冷卻塔在正常運轉 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動風機，可以完全省去風機電機。實際上工業選泵的揚程，為了確保流量，還必須考慮泵的效率，按規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設計選型，完全可以由水輪機取代風機電機，大可不必擔心水輪機的原動力不夠而影響風量、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所示為水動風機冷卻塔的結構圖，水輪機的位置在布水系統的上部，水流經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 水動風機冷卻塔的節能

　　這種結構原理的冷卻塔筆者經過5年的研制試驗，一百多家用戶的實用，證實可省去電機，節電可觀，水動風機冷卻塔大有節能價值。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定的0.04kW／t為7.5kW，宏觀地全部改成水輪機來驅動風葉，則可節電240億度，以上海地區峰谷電平均0.5元／度計算，每年節約120億元。從單塔的節能效果看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，工業用電1元／度計算是39420元，這筆帳算起來十分清楚。節約的全部是利潤。塔的大小完全可以照此推算。

3 微型水輪機的研制

　　要達到這樣節能的效果，關鍵是如何配好水輪機，市場水輪機大都用于水力發電，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，要么形狀結構不適應，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計，進水口的水頭為5-8m，完全解決了冷卻風葉所需的轉速、軸功率，實際應用經法定檢測單位檢測效果十分滿意。

4 水動風機冷卻塔的冷卻效果

　　2001年5月31日上海節能服務中心對上海乳品培訓中心由浙江聯豐玻璃鋼廠生產的2臺同類型200t／h塔進行測試，其中1臺的風機運行系統僅進行水輪機改造，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，節能效果對比測試，其對比后測試數據如表1(北塔為經水輪機改造)。
　　測試結果表明，水泵沒有增加功率，揚程沒有改變，風葉電機卻取消了，因此電耗等于零，實現了節電100％。

表1 測試數據對比

5 結語

　　水輪機應用于冷卻塔不論是改造也好，整臺新塔也好，優點在于：
　　①節能。該塔利用水輪機取代風葉電機，完全節省了風葉電機的運行電耗，且沒有增加循環水泵的負擔。
　　②無噪聲。水輪機的能量轉換是在水流道內完成的；控制湍振的雷諾數，使水輪機不會發出干擾的噪聲。
　　③高效。水輪機軸直接輸出風葉，不需再通過其它減速器等，且隨著水流量的變化而風量相應變化，始終穩定在較好的氣水比。
　　④使用壽命長。水輪機結構簡單，運轉平穩，因此只要達到材料設計強度和密封，其壽命是長期的。一旦出現故障，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，且質量輕，高處作業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。