CN101586573B - 冷却塔风机专用筒形冲动式水力驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷却塔风机专用筒形冲动式水力驱动器，可有效解决水轮机能量转换效率低、平面尺寸大和转速不匹配的问题，其解决的技术方案是，包括有引水室、导水室、涡轮和主轴，引水室下面的导水室内装有环形轴向导叶，水流由引水室直接进入导叶，经导叶改变方向后以无撞击进口方式进入其下部的涡轮室，涡轮室内装有冲动型涡轮，水流经涡轮作功后由尾水管的出水口排出，引水室、导水室、涡轮室均为同一直径，自上而下排列成圆筒状，蜗轮室上部穿过引水室经密封在涡轮主轴上装有组合轴承，涡轮主轴与风机的风机轴直连，本发明结构独特，效率高，尺寸小，振动轻，更适合在工业冷却塔上安装，主要用于替代原风机驱动电动机，以达到节能、安全和减少维护的目的。

Description

冷却塔风机专用筒形冲动式水力驱动器

一、技术领域

本发明涉及水动力风机冷却塔，特别是一种专用于工业冷却塔节能技术改造或与节能型新型冷却塔配套的冷却塔风机专用筒形冲动式水力驱动器。

二、背景技术

常用的工业冷却塔节能改造中，利用冷却塔供、配水系统一般留有的压力余量，用一种水轮机来驱动冷却塔风机，可以替代原风机驱动电动机。达到节能与少维护的目的。

目前，应用于工业冷却塔的水轮机，是采用双击式水轮机、混流式水轮机或轴流式水轮机。这些类型的水轮机的工作条件与冷却塔风机参数不匹配，都存在一些不足。双击式水轮机本来在无压状态下工作，用到冷却塔的有压系统后会使水轮机能量转换的效率低下，当容量较大或水压较高时还易发生振动。轴流式或普通混流式水轮机一般比转速比较高，其转速难以与冷却塔风机匹配。一种较好的方案是采用超低比转速混流式水轮机，可使水轮机转速与风机匹配，但超低比转速混流式水轮机平面尺寸较大，影响冷却塔气流的通道。为此，有必要克服现有风机水力驱动装置的缺陷，研究出一种转速合适、结构紧凑、尺寸较小的新型冷却塔风机水力驱动装置。

三、发明内容

针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明提供一种冷却塔风机专用筒形冲动式水力驱动器，可有效解决水轮机能量转换效率低、平面尺寸大和转速不匹配的问题，其解决的技术方案是，包括有引水室、导水室、涡轮和主轴，引水室下面的导水室内装有环形轴向导叶，水流由引水室直接进入导叶，经导叶改变方向后以无撞击进口方式进入其下部的涡轮室，涡轮室内装有冲动型涡轮，水流经涡轮作功后由尾水管的出水口排出，引水室、导水室、涡轮室均为同一直径，自上而下排列成圆筒状，蜗轮室上部穿过引水室经密封在涡轮主轴上装有组合轴承，涡轮主轴与风机的风机轴直连，其工作原理是，压力水流经压力管道首先进入引水室，然后进入导水室，水流经过导水室后增加水流的环量，并沿轴向均匀进入涡轮，水流在涡轮中进行能量转换，把水能变成旋转机械能，经涡轮轴带动冷却塔风机转动。这种水力驱动器为圆筒状结构，圆筒的上部是一个环形引水室，下面装有环形轴向导叶，水流由引水室直接进入导叶，经导叶改变方向后进入其下部的冲动型涡轮，从导叶出来的水流以无撞击进口方式进入涡轮叶片流道，作功后经尾水管排出。引水室、导水室、涡轮均为同一直径，自上而下排列成圆筒状，故称筒形水力驱动器。蜗轮室上部穿过引水室经密封在涡轮主轴上装有组合轴承，主轴与风机轴直连。本发明结构独特，工作原理新颖，与传统的水轮机有明显不同，传统的水轮机有冲击式和反击式，冲击式水轮机为无压工作方式，只靠动能作功，而反击式水轮机主要靠势能做功，流道为有压系统。本发明的筒形水力驱动器的涡轮为冲动式，采用汽轮机的冲动式涡轮原理进行设计，使涡轮不仅具有冲击式水轮机的特点，也具有反击式水轮机的特点，涡轮全周进水，涡轮在有压系统中工作，水流轴向进入，轴向流出。因此，过流能力强，尺寸紧凑。大弯曲度的涡轮叶片适合冷却塔供配水系统的剩余压力与流量条件，比转速和单位转速较低，与风机转速有很好的匹配性，适应驱动冷却塔风机的功率与转速要求。与现有应用于冷却塔的几种水轮机相比，效率高，尺寸小，振动轻，更适合在工业冷却塔上安装，主要用于替代原风机驱动电动机，以达到节能、安全和减少维护的目的。本发明也可应用于小型水电站。

四、附图说明

图1为本发明的结构剖面主视图

1-引水室；    2-导水室；    3-蜗轮；    4-涡轮室与尾水管；

5-主轴；      6-轴承；      7-密封；    8-风机；9-出水口；

10-尾水管

图2为环形导水室的透视图

2-导水室

五、具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

由图1、2所示，本发明包括有引水室、导水室、涡轮和主轴，引水室1下面的导水室2内装有环形轴向导叶，水流由引水室直接进入导叶，经导叶改变方向后以无撞击进口方式进入其下部的涡轮室4，涡轮室4内装有冲动型涡轮3，水流经涡轮作功后由尾水管10的出水口9排出，引水室、导水室、涡轮室均为同一直径，自上而下排列成圆筒状，蜗轮室上部穿过引水室经密封7在涡轮主轴5上装有组合轴承6，涡轮主轴与风机8的风机轴直连。

为了保证水流能量的有效利用，所说的引水室1为圆环形，矩形断面，沿圆周方向等宽等高，便于上部布置轴承箱；所说的导水室2为轴向式，位于引水室下部，8～12个导叶均匀布置在圆环状的导水室中，并呈环形均匀装在引水室1下部的圆环内壁上，起着导水和形成水流环量的作用；所说的涡轮3为主要的做功部件，为保证涡轮有较大的做功能力，采用冲动型的叶片，叶片数目较多，为9～16片，叶片进出口之间有较大的弯曲度，进出口角度差为100°～130°；所说的涡轮室4为圆形腔体，涡轮室下部出水口与尾水管上口部直径相同，构成一体结构，尾水管呈收缩状；所说的组合轴承6为推力径向组合轴承。

引水室、导水室及其环形轴向导叶、涡轮3和涡轮室及尾水管构成过流系统；涡轮3、主轴5、密封7和组合轴承6构成能量传递系统。

本发明的积极贡献在于：

1、水力驱动器新的工作原理

现有的冷却塔风机水力驱动器均按照发电用水轮机的理论设计，或冲击式(双击式)，或反击式(混流式)，但本发明采用汽轮机的冲动式涡轮理论进行设计，大弯度的叶片具有冲击式水轮机的特点，而筒形有压流道具有反击式水轮机的特点，这二者结合是实现驱动器做功能力强、且能在有压水流系统高效工作的关键技术，也是水力驱动器具有低比转速、低单位转速、转速与风机相匹配的原因。

2、采用筒形的独特结构

本发明包含了三种新型独特部件。

(1)等直径的圆筒形流道。圆环形的引水室1、圆环形的导水室2和涡轮室3均为等直径，上下一体筒形布置，流道流畅，阻力小，结构紧凑，尺寸小。

(2)环形导水室2。设置一个位于引水室下方的环形轴向导水机构，进口角为30°～45°，出口角为22°～30°(度)，这样可保证流出导叶的水流以无撞击进口状态进入涡轮3，实现能量的高效转换。

(3)涡轮3。本驱动器的核心部件涡轮属冲动型，不仅工作原理特别，结构也非常新颖，涡轮外形属轴流式，但叶片形状属冲动式，弯曲度大，叶片数量多，做功能力强，但比转速低，正好符合冷却塔风机的要求。

考虑到冷却塔风机的轴向载荷和水轮机形成的轴向水推力，专用水利驱动器的轴承6采用推力径向组合轴承。

本发明的有益效果是使用本发明技术对传统的冷却塔进行技术改造，替代原驱动电动机及传动机构，可以达到节能、环保和少维护的目的。也可形成系列产品，与新型节能型冷却塔配套，使工业冷却塔系统更加安全高效。

与目前使用的双击式、混流式冷却塔专用水轮机相比，本发明的筒形冲动式水力驱动器从工作原理、结构设计方面都具有明显的优越性，并且加工容易，造价低，是非常有应用前景的一项技术，其产品高效、小尺寸、运行稳定，有巨大的经济和社会效益。

Claims (4)

1.一种冷却塔风机专用筒形冲动式水力驱动器，包括有引水室、导水室、涡轮和主轴，其特征在于，引水室(1)下面的导水室(2)内装有环形轴向导叶，水流由引水室直接进入导叶，经导叶改变方向后以无撞击进口方式进入其下部的涡轮室(4)，涡轮室(4)内装有冲动型涡轮(3)，水流经涡轮作功后由尾水管(10)的出水口(9)排出，引水室、导水室、涡轮室均为同一直径，自上而下排列成圆筒状，蜗轮室上部穿过引水室经密封(7)在涡轮主轴(5)上装有组合轴承(6)，涡轮主轴与风机(8)的风机轴直连，所述的导水室(2)为轴向式，位于引水室下部，8～12个导叶均匀布置在圆环状的导水室中，并呈环形均匀装在引水室(1)下部的圆环内壁上，所述的涡轮(3)为冲动型的叶片，叶片数目为9～16片，叶片进出口之间进出口角度差为100°～130°，所述的涡轮室(4)为圆形腔体，涡轮室下部出水口与尾水管上口部直径相同，构成一体结构，尾水管呈收缩状。

2.根据权利要求1所述的冷却塔风机专用筒形冲动式水力驱动器，其特征在于，所说的引水室(1)为圆环形，矩形断面，沿圆周方向等宽等高。

3.根据权利要求1所述的冷却塔风机专用筒形冲动式水力驱动器，其特征在于，所说的组合轴承(6)为推力径向组合轴承。

4.根据权利要求1所述的冷却塔风机专用筒形冲动式水力驱动器，其特征在于，所说的引水室、导水室及其环形轴向导叶、涡轮(3)和涡轮室及尾水管构成过流系统；涡轮(3)、主轴(5)、密封(7)和组合轴承(6)构成能量传递系统。

Images