CN102817764A - 循环冷却水系统富余扬程优化利用的技术装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置，包括水轮机和SSS离合器。水轮机由循环冷却水系统的进塔循环水驱动，水轮机通过SSS离合器连接到循环冷却水系统的冷却塔的电机。当水轮机的转速大于电机的转速时，SSS离合器啮合，水轮机和电机共同驱动循环冷却水系统的风机。当水轮机的转速小于电机的转速时，SSS离合器分离，电机单独驱动风机。本发明通过使用水轮机和SSS离合器，实现了对循环冷却水系统的富裕扬程的最大化利用，是节能技术的重要进步。

Description

循环冷却水系统富余扬程优化利用的技术装置

技术领域

本发明涉及流体工程领域，尤其涉及一种循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置。

背景技术

由于对一般的冷却水系统在进行设计选泵的时候，既要确保流量，又必须考虑水泵的效率以及电机的功率，因此会选得过高(扬程许大不许小)，导致相当一部分流体能量白白地浪费了。根据行业内调查，冷却塔的进塔循环水(即进入冷却塔的入口处的水)压头差异较大，压头一般是8～13m，而配水所需的压头不同配水方式亦不相同，通常不超过3m，可见存在着富裕扬程高，并没有得到充分的利用。这样，在当今能源短缺的形势下，对循环冷却水系统中存在的富余扬程进行回收利用，已引起设计、制造、运行和管理部门的关注，并已进行了对富裕扬程的回收利用的试点探索。

目前，现有技术多数是通过设计水动风机来实现对冷却水系统中的富余扬程的利用，即在冷却塔水系统具有充足富裕扬程的前提下，采用水轮机代替冷却塔风机的电机来直接驱动风机进行热交换。水轮机的叶轮接受了流体的能量，发生旋转，将进水的富余压头转换为动能，起到了代替原风机电机的作用。但是，在水动风机的设计中，有的采用的是使用水轮机直接驱动冷却塔风机转动，即将原装置中包括驱动风机的电机及减速器的整套设备拆除，而在风机下面安装低速立式水轮机，直接驱动风机转动；有些只拆除电机改用较高速的水轮机驱动。这样，只有在水系统富余扬程足够的条件下(一般需10～13米的扬程)，当全部水流量都通过水轮机时，水轮机的轴功率才有可能足以驱动冷却塔风机全速转动，使通风量满足冷却塔排热量的需求。但是在夏季运行时，冷却水系统通常要求冷却水流量较大，这样管网系统流阻亦会增大，而配水系统要求水压较高，这样富余扬程会相对偏小，因此会影响水轮机驱动风机的轴功率值，导致配水系统压力下降。

随着我国节能技术的进步以及循环水系统能效标准和设计规范的修订，在夏季确保运行功能的前提下，冷却水系统的富余扬程在不断减少，为了确保系统的安全和持续稳定运行，此时将全部用水轮机驱动冷却塔风机的转动，但实际操作中部分试点单位发现存在流体功率不足的现象。对此部分单位采用提高循环水泵站水泵的扬程或增设加压水泵的措施，但采用这一技术措施，会导致水系统增加过多扬程，由此导致水泵能耗增高过多。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置，实现对循环冷却水系统的富裕扬程的优化利用。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置，通过使用水轮机和SSS离合器，实现对循环冷却水系统的富裕扬程的充分的回收利用。

为实现上述目的，本发明提供了一种循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置，其特征在于，包括水轮机和SSS离合器，所述水轮机由所述循环冷却水系统的进塔循环水驱动，所述水轮机通过所述SSS离合器连接到所述循环冷却水系统的冷却塔的电机；当所述水轮机的转速大于所述电机的转速时，所述SSS离合器啮合，所述水轮机和电机共同驱动所述冷却塔的风机；当所述水轮机的转速小于所述电机的所述转速时，所述SSS离合器分离，所述电机单独驱动所述风机。

进一步地，所述电机是感应电机。

进一步地，所述SSS离合器的输入轴连接到所述水轮机的输出轴，所述SSS离合器的输出轴连接到所述电机的第一轴伸端，所述电机的所述第一轴伸端在所述电机的冷却风扇侧，所述电机的第二轴伸端通过所述冷却塔的变速箱连接到所述风机。

进一步地，所述进塔循环水为热水。

进一步地，所述SSS离合器是棘轮式离合器。

进一步地，所述循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置还包括设置在所述冷却塔的顶部的恒压水箱，所述恒压水箱上设置有通气孔，所述通气孔使所述恒压水箱的内部空间与外界大气连通；所述水轮机的排出水经过所述水轮机的排水管进入所述恒压水箱，继而从所述恒压水箱进入所述循环冷却水系统的配水管。

进一步地，所述恒压水箱具有出水管，通过设定所述出水管在所述恒压水箱内的开口的高度以使所述恒压水箱内的液体的液面高度恒定。

进一步地，所述恒压水箱内设置有三角形堰板、进水管和出水管，所述三角形堰板把所述恒压水箱内的液体分成第一液体部分和第二液体部分，所述进水管的开口在所述第一液体部分内，所述出水管的开口在所述第二液体部分内，通过设定所述出水管的所述开口的高度以使所述第二液体部分的液面高度恒定。

进一步地，所述进水管的所述开口在水流进入的方向上呈渐扩状，所述出水管的所述开口在水流排出的方向上呈渐缩状。

在本发明的最佳实施方式中，本发明的循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置包括设置在循环冷却水系统的冷却塔顶部处的水轮机、SSS离合器和恒压水箱。其中，水轮机通过SSS离合器连接到循环冷却水系统的冷却塔的电机。水轮机由循环冷却水系统的进塔循环水驱动，当其转速大于电机的转速时，SSS离合器啮合，水轮机、电机共同驱动冷却塔的风机，电机轻载运行；当其转速小于电机的转速时，SSS离合器分离，电机单独驱动风机。

由此可见，本发明的循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置通过使用水轮机实现了对循环冷却水系统的富裕扬程的回收利用。本发明通过在水轮机和电机之间设置SSS离合器，在富裕扬程足够大时主要靠水轮机驱动风机；在富裕扬程不够大时，主要由电机驱动风机而水轮机脉冲式地输出功率辅助电机驱动风机；在富裕扬程较小甚至为零时，主要由电机驱动风机。这样，本发明实现了对循环冷却水系统的富裕扬程的最大化利用，是节能技术的重要进步。并且，本发明的循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置的恒压水箱能保证循环冷却水系统的配水压力的恒定，从而确保循环冷却水系统的配水的均匀性。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置的结构示意图。

图2是本发明的循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置中的恒压水箱的另一种结构的示意图。

具体实施方式

如图1所示，在本发明的一个实施例中，本发明的循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置包括水轮机20、SSS离合器30和恒压水箱40，水轮机20、SSS离合器30和恒压水箱40都设置在循环冷却水系统的冷却塔10的顶部，例如水轮机20和SSS离合器30设置在循环冷却塔系统的通风装置中。其中，SSS离合器是同步自换档(Synchro-Self-Shifting)离合器，是棘轮式离合器。水轮机20通过SSS离合器30连接到冷却塔10的电机12，电机12是感应电机。具体地说，SSS离合器30的输入轴连接到水轮机20的输出轴，SSS离合器30的输出轴连接到风机电机12的第一轴伸端18，电机12的第一轴伸端18在电机12的冷却风扇侧，电机12的第二轴伸端17通过冷却塔10的变速箱13连接到风机14。风机14之外是风机排风筒15。

循环冷却水系统的进水管11连接到水轮机20，由进塔循环水驱动水轮机20，其中进塔循环水是热水。水轮机20的排出水从水轮机20的排水管21进入恒压水箱40，继而从恒压水箱40的出水管41进入循环冷却水系统的配水管16。恒压水箱40上设置有通气孔(未图示)以使恒压水箱40的内部空间与外界大气连通，本实施例中此通气孔设置在恒压水箱40的顶部。如图1所示，通过设定出水管41在恒压水箱40内的开口的高度可以使恒压水箱40内液体的液面高度H保持恒定(即液面高度H的变化率小于5％)，以保证循环冷却水系统的配水压力。进水管11上具有调节阀19以调节进塔循环水的流量，进水管11在其接近于水轮机20的进水口处设有压力表51以测量进入水轮机20的进塔循环水的压力。排水管21上设有压力表52以测量离开水轮机20的排出水的压力。

在本发明的循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置的使用中，电机12以转速n₀转动，进塔循环水驱动水轮机20，使水轮机20以转速n₁转动。当水轮机20的转速n₁大于电机12的转速n₀时，SSS离合器30啮合，水轮机20和电机12共同驱动风机14。此时的电机12处于轻载运行的状态，即其输出的功率等于由其单独驱动风机时的输出功率减去此时水轮机的输出功率。当水轮机20的转速n₁小于电机12的转速n₀时，SSS离合器30分离，此时电机12处于重载运行状态，即其输出的功率等于由其单独驱动风机14时的输出功率。

这样，当循环冷却水系统的富余扬程足够大时，水轮机20的转速n₁始终大于电机12的转速n₀，SSS离合器30始终处于啮合状态，水轮机20和电机12共同驱动风机14，电机12处于轻载运行的状态(甚至不输出功率)。

当循环冷却水系统的富余扬程不够大时，水轮机20的转速n₁小于电机12的转速n₀，SSS离合器30脱开，电机12单独驱动风机14。由于此时水轮机20的负载减小了，因此在进塔循环水的驱动下其转速增加。当其转速n₁大于电机12的转速n₀时，SSS离合器30啮合，水轮机20和电机12共同驱动风机14，即此时水轮机20也输出功率以驱动风机14；但同时由于水轮机20的负载增加，水轮机20的转速n₁将减小。当转速n₁减小到小于电机12的转速n₀时，SSS离合器30再次脱开，由电机12单独驱动风机14。可见，当循环冷却水系统的富余扬程不够大时，通过SSS离合器30交替地脱开和啮合，可以实现水轮机20脉冲式地输出功率以驱动风机14，从而实现对循环冷却水系统的富余扬程的充分利用。

图2给出了本发明的循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置的另一种结构的恒压水箱140的结构示意图。恒压水箱140的顶部设置有通气孔144和145以使恒压水箱140的内部空间与外界大气连通。恒压水箱140的底部具有出水管141和进水管142，两者之间设置有三角堰板143。三角堰板143将恒压水箱140内的液体分成第一液体部分201和第二液体部分202。如图2所示，恒压水箱140的出水管141的开口在第二液体部分202内，恒压水箱140的进水管142的开口在第一液体部分201内。由进水管142进入恒压水箱140的液体从三角堰板143顶部的三角形开口流入恒压水箱140的出水管141，离开恒压水箱140，继而进入循环冷却水系统的配水管。其中，第二液体部分202的液面高度为H1。通过设定出水管141的开口的高度可以使第二液体部分202的液面高度H1保持恒定(即液面高度H1的变化率小于5％)，以保证循环冷却水系统的配水压力。另外，恒压水箱140的进水管142的开口在水流进入的方向上呈渐扩状，恒压水箱140的出水管141的开口在水流排出的方向上呈渐缩状。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域的技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置，其特征在于，包括水轮机和SSS离合器，所述水轮机由所述循环冷却水系统的进塔循环水驱动，所述水轮机通过所述SSS离合器连接到所述循环冷却水系统的冷却塔的电机；当所述水轮机的转速大于所述电机的转速时，所述SSS离合器啮合，所述水轮机共同驱动所述冷却塔的风机；当所述水轮机的转速小于所述电机的所述转速时，所述SSS离合器分离，所述电机单独驱动所述风机。

2.如权利要求1所述的循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置，其中所述电机是感应电机。

3.如权利要求2所述的循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置，其中所述SSS离合器的输入轴连接到所述水轮机的输出轴，所述SSS离合器的输出轴连接到所述电机的第一轴伸端，所述电机的所述第一轴伸端在所述电机冷却风扇侧，所述电机的第二轴伸端通过所述冷却塔的变速箱连接到所述风机。

4.如权利要求3所述的循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置，其中所述进塔循环水为热水。

5.如权利要求4所述的循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置，其中所述SSS离合器是棘轮式离合器。

6.如权利要求5所述的循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置，其中所述循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置还包括设置在所述冷却塔的顶部的恒压水箱，所述恒压水箱上设置有通气孔，所述通气孔使所述恒压水箱的内部空间与外界大气连通；所述水轮机的排出水经过所述水轮机的排水管进入所述恒压水箱，继而从所述恒压水箱进入所述循环冷却水系统的配水管。

7.如权利要求6所述的循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置，其中所述恒压水箱具有出水管，通过设定所述出水管在所述恒压水箱内的开口的高度以使所述恒压水箱内的液体的液面高度恒定。

8.如权利要求6所述的循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置，其中所述恒压水箱内设置有三角形堰板、进水管和出水管，所述三角形堰板把所述恒压水箱内的液体分成第一液体部分和第二液体部分，所述进水管的开口在所述第一液体部分内，所述出水管的开口在所述第二液体部分内，通过设定所述出水管的所述开口的高度以使所述第二液体部分的液面高度恒定。

9.如权利要求8所述的循环冷却水系统的富余扬程的优化利用装置，其中所述进水管的所述开口在水流进入的方向上呈渐扩状，所述出水管的所述开口在水流排出的方向上呈渐缩状。

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