CN103953489A - 一种用于直驱冷却塔风机的径流式水轮机转轮 - Google Patents

一种用于直驱冷却塔风机的径流式水轮机转轮 Download PDF

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Abstract

一种用于直驱冷却塔风机的径流式水轮机转轮，涉及水动冷却塔直驱径流式水轮机转轮。本发明所述弯曲叶片出水边与上冠的连接点为A，出水边与下环的连接点为B，进水边的高度h与进水边的对应直径D1的比值为0.095～0.105，弯曲叶片的总高度h1与D1的比值为0.218～0.228，A处对应直径为D2D2与D1的比值为0.255～0.265，B处对应直径为D3D3与D1的比值为0.505～0.515，A、B两点之间的直线距离与D1的比值为0.185～0.191。本发明实现了结构简单，加工方便，尺寸小，经济成本低，效率高，充分达到高效节能的目的。

Description

一种用于直驱冷却塔风机的径流式水轮机转轮
技术领域
本发明涉及一种水轮机转轮，具体地说涉及一种水动冷却塔直驱径流式水轮机转轮。
背景技术
水轮机是将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机。由于对工业冷却塔的安全余量、最低条件和环路中水泵工作参数等因素的考虑，冷却塔循环水系统中的水能往往有富余，就成为剩余能量。冷却塔用水轮机把剩余能量转换成绕轴旋转机械能，从而带动风机旋转，取代了风机的驱动设备电动机。
由于冷却塔工作环境的限制，冷却塔水轮机与发电水轮机相比具有其特殊性，因此对该种水轮机的研究具有非常重要的意义。
对于不同的水头跟流量，水轮机转轮形状也各不相同，现有的冷却塔水轮机工作水头较低，转轮进口高，叶片短，水流趋于轴向流动。但这样的转轮要满足较大出力，就需要较多的叶片数，不利于水能的回收，其结构变得复杂且转轮效率不高。同时由于叶片材料特殊，较多的叶片数会增加经济成本。
此外，大部分冷却塔用水轮机转轮采用翼型或薄翼型的叶片，这样能保证单个叶片较大的正背面压差，但由于材料限制，局部较薄部分抗压性能较差，且制造需要特殊的数控机床加工技术，也不利于节约成本。
 
发明内容
本发明目的提供一种结构简单，加工方便，尺寸小，经济成本低，效率高，充分达到高效节能目的的用于直驱冷却塔风机的径流式水轮机转轮。
一种用于直驱冷却塔风机的径流式水轮机转轮，包括平行布置的上冠、下环，上冠、下环之间夹持若干个平行布置的弯曲叶片，所述弯曲叶片的两端分别为进水边、出水边，水流从进水边径向流入然后从出水边轴向流出；所述弯曲叶片呈勺状；出水边与上冠的连接点为A，A处对应直径为D2，出水边与下环的连接点为B，B处对应直径为D3，进水边的对应直径为D1，进水边的高度为h，弯曲叶片的总高度为h1，h与D1的比值为0.095～0.105，h1与D1的比值为0.218～0.228，D2与D1的比值为0.255～0.265，D3与D1的比值为0.505～0.515，A、B两点之间的直线距离与D1的比值为0.185～0.191。
本发明弯曲叶片的进口安放角β1与出口安放角β2之差为148°～159°之间，所述的进口安放角β1为106°～110°，出口安放角β2在-42°～-49°之间。
本发明弯曲叶片在上冠处的断面中线长度L1与直径D1比值为0.555～0.561，与上冠处交接的两个弯曲叶片之间的进口处距离L3与直径D1比值为0.236～0.242，与上冠处交接的两个弯曲叶片之间的出口处距离L4与直径D1比值为0.060～0.066;上述弯曲叶片在下环处的断面中线长度L2与直径D1的比值为0.432～0.438，与下环处交接的两个弯曲叶片之间的进口处距离L5与直径D1比值为0.236～0.242，与下环处交接的两个弯曲叶片之间的出口处距离L6与直径D1比值为0.118～0.124；弯曲叶片在上冠处的断面中线长度L1与弯曲叶片在下环处的断面中线长度L2比值为1.225～1.305。
本发明的上冠为曲面，其母线为三段不等的曲率圆弧，曲率半径R1、R2、R3与D1的比值分别为1.104～1.108、0.225～0.229、0.232～0.236，所述下环为曲面，其母线为两段不等的曲率圆弧，曲率半径R4、R5与D1的比值分别为0.385～0.389、0.194～0.198。
本发明转轮单位转速                                                为常数,其范围在37～57之间，n为风机额定转速，H为水轮机进出水口压力差。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明的一种水动冷却塔直驱径流式水轮机转轮采用等厚度的长弯曲叶片，结构简单，从加工制造到安装都十分方便。
2、本发明的一种水动冷却塔直驱径流式水轮机转轮针对冷却塔水轮机的特点，根据D1与冷却风机转速的关系，为合理设计转轮提供了快捷途径。
3、经试验验证，转轮效率达到96%以上，安装此设计转轮的水轮机充分达到高效节能的目的。
 
附图说明
图1是本发明的转轮整体结构示意图。
图2是本发明的转轮各部分尺寸示意图。
图3是图2中虚线x处截面俯视图。
图4是本发明的转轮弯曲叶片与上冠交接处截面俯视图。
图5是本发明的转轮弯曲叶片与下环交接处截面俯视图。
图6是本发明的弯曲叶片立体结构示意图。
图7是本发明的弯曲叶片主视图。
 
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
如图所示，如图1所示，本发明的一种水动冷却塔直驱径流式水轮机转轮，它包括上冠1，下环2，以及安装在所述上冠1下环2之间的数量为13个的弯曲叶片3，如图2、图3所示，弯曲叶片3两端分别为进水边4和出水边5，水流从进水边4径向流入又从出水边5轴向流出；出水边5与上冠1的连接点为A，与下环2的连接点为B, 所述弯曲叶片3进水边4对应直径为D1，其特征是进水边4高h与D1的比值为00.095～0.105，弯曲叶片3总高h1与D1比值为0.218～0.228，A处所对应直径D2与D1比值为0.255～0.265，B处对应直径D3与D1比值为0.501～0.511，A、B两点的直线距离与D1的比值为0.185～0.191，叶片在上冠1处的断面中线长度L1与叶片在下环2处的断面中线长度L2比值为1.225～1.305，弯曲度由叶片进口安放角β1与出口安放角β2决定，β1与β2之差在148°～159°之间，所述的进口安放角β1为106°～110°，出口安放角β2在-42°～-49°之间，上冠1为曲面，其母线为三段不等的曲率圆弧，曲率半径R1、R2、R3与D1的比值分别为1.104～1.108、0.225～0.229、0.232～0.236，所述下环2也为曲面，其母线为两段不等的曲率圆弧，曲率半径R4、R5与D1的比值分别为0.385～0.389、0.194～0.198。
如图4、图5所示，上述弯曲叶片3在上冠1处的断面中线长度L1与直径D1比值为0.555～0.561，与上冠1处交接的两个弯曲叶片3之间的进口处距离L3与直径D1比值为0.236～0.242，与上冠1处交接的两个弯曲叶片3之间的出口处距离L4与直径D1比值为0.060～0.066;上述弯曲叶片3在下环2处的断面中线长度L2与直径D1的比值为0.432～0.438，与下环2处交接的两个弯曲叶片3之间的进口处距离L5与直径D1比值为0.236～0.242，与下环2处交接的两个弯曲叶片3之间的出口处距离L6与直径D1比值为0.118～0.124；弯曲叶片3在上冠1处的断面中线长度与弯曲叶片3在下环2处的断面中线长度比值为1.225～1.305。
转轮单位转速为常数,其范围在37～57之间，n为风机额定转速，H为水轮机进出水口压力差。
具体实施时，只要确定冷却塔风机转速n，根据使用环境确定，再由进出水口压力差H就可得出直径D1的值，从而由D1的值来确定弯曲叶片3，上冠1下环2及各部分尺寸，即可得出满足额定转速要求的转轮。
以下是几个具体算例：
例1，设单位转速为37，进出水口压力差为13m，风机额定转速为136r/min，算出D1的值为1m，从而设计出类似图1形状的转轮，安装实测结果为流量2532t/h，轴功率72.6kw，效率95.9%，符合设计要求。
例2，设单位转速为41，进出水口压力差为13.5m，风机额定转速为127r/min，算出D1的值为1.2m，从而设计出类似图1形状的转轮，安装实测结果为流量4088t/h，轴功率124kw，效率96.2%，符合设计要求。
例3，设单位转速为57，进出水口压力差为6.6m，风机额定转速为175r/min，算出D1的值为0.85m，从而设计出类似图1形状的转轮，安装实测结果为，流量501t/h，轴功率7kw，效率95.6%，符合设计要求。

Claims (6)

1.一种用于直驱冷却塔风机的径流式水轮机转轮，包括平行布置的上冠（1）、下环（2），上冠（1）、下环（2）之间夹持若干个平行布置的弯曲叶片（3），所述弯曲叶片（3）的两端分别为进水边（4）、出水边（5），水流从进水边（4）径向流入然后从出水边（5）轴向流出；其特征在于所述弯曲叶片（3）呈勺状；出水边（5）与上冠（1）的连接点为A，A处对应直径为D2，出水边（5）与下环（2）的连接点为B，B处对应直径为D3，进水边（4）的对应直径为D1，进水边（4）的高度为h，弯曲叶片（3）的总高度为h1，h与D1的比值为0.095～0.105，h1与D1的比值为0.218～0.228，D2与D1的比值为0.255～0.265，D3与D1的比值为0.501～0.511，A、B两点之间的直线距离与D1的比值为0.185～0.191。
2.根据权利要求1所述的用于直驱冷却塔风机的径流式水轮机转轮，其特征在于上述弯曲叶片（3）为11～15个。
3.根据权利要求1所述的用于直驱冷却塔风机的径流式水轮机转轮，其特征在于上述弯曲叶片（3）的进口安放角β1与出口安放角β2之差为148°～159°之间，所述的进口安放角β1为106°～110°，出口安放角β2在-42°～-49°之间。
4.根据权利要求1所述的用于直驱冷却塔风机的径流式水轮机转轮，其特征在于上述弯曲叶片（3）在上冠处的断面中线长度L1与直径D1比值为0.555～0.561，与上冠处交接的两个弯曲叶片（3）之间的进口处距离L3与直径D1比值为0.236～0.242，与上冠处交接的两个弯曲叶片（3）之间的出口处距离L4与直径D1比值为0.060～0.066;上述弯曲叶片（3）在下环处的断面中线长度L2与直径D1的比值为0.236～0.242，与下环处交接的两个弯曲叶片（3）之间的进口处距离L5与直径D1比值为0.236～0.242，与下环处交接的两个弯曲叶片（3）之间的出口处距离L6与直径D1比值为0.118～0.124；弯曲叶片（3）在上冠（1）处的断面中线长度L1与弯曲叶片（3）在下环（2）处的断面中线长度L2比值为1.225～1.305。
5.根据权利要求1所述的用于直驱冷却塔风机的径流式水轮机转轮，其特征在于上述上冠（1）为曲面，其母线为三段不等的曲率圆弧，曲率半径R1、R2、R3与D1的比值分别为1.104～1.108、0.225～0.229、0.232～0.236，所述下环（2）为曲面，其母线为两段不等的曲率圆弧，曲率半径R4、R5与D1的比值分别为0.385～0.389、0.194～0.198。
6.根据权利要求1所述的用于直驱冷却塔风机的径流式水轮机转轮，其特征在于上述转轮单位转速                                                为常数,其范围在37～57之间，n为风机额定转速，H为水轮机进出水口压力差。
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