CN104632677B - 一种节能型凉水塔风机驱动系统 - Google Patents

一种节能型凉水塔风机驱动系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种节能型凉水塔风机驱动系统，包括水轮机、电动机、运动合成分解装置、风机叶轮组及电气仪表控制系统，水轮机涡壳的进水口与凉水塔进水管相连，水轮机涡壳的出水口与凉水塔分布管相连，水轮机的动力输出轴与运动合成分解装置相连，运动合成分解装置的输出轴与风机叶轮组相连，运动合成分解装置的输入/输出轴与电动机连接，电动机与电气仪表控制系统连接用于控制电动机的转速和转向。本发明具有结构简单、节能效果好、回收效率高、适应性好、成本低的优点。

Description

一种节能型凉水塔风机驱动系统
技术领域
本发明涉及一种节能系统，具体涉及一种利用循环水系统多余的扬程和流程，减少凉水塔风机用能且可以能量回收用以发电的节能型凉水塔风机驱动系统。
背景技术
传统的凉水塔循环水系统主要由循环水泵、凉水塔、冷却风机及其驱动用的电机和齿轮箱组成。在凉水塔的循环水泵系统设计时，对于循环水使用用户的冷却水需求量计算时，考虑到设备和系统管道的阻损，一般都要考虑一些设计余量，在循环水泵选型时还要考虑在此基础上再乘1.1～1.3倍系数，而在具体选型时往往很难凑巧选到参数完全一致的水泵，通常就会选择扬程较大的水泵，所以循环水泵在使用时都存在着大量的富余扬程和流量。
在循环水泵使用过程中，普遍采用阀门调节的方式调节泵的流量。这种调节方法利用改变管道系统阻力的办法，变更管道阻力特性曲线，以便获得适合需要的工作点。关小阀门可以减少流量，但有相当一部分能量消耗在阀门上，虽然阀门的输出达到了工况要求，但是能量的有效比例减少了，而损耗增加了。
在整个循环水系统中，每段水管、弯头都有一定的阻力，冷却塔的位置高低，用户的阻力及压力要求都会在系统中产生阻力，对于这些阻力的估算上并非十分精确，在实际的施工安装过程中都会产生很大的偏差。根据这个初算的数值在选型水泵的扬程时，考虑更安全地满足生产需求，就在克服所计算出的阻力数值的基础上至少加15％的余量来选型。
因此，在实际凉水塔运行过程中总是存在一些多余扬程和流量，这部分能量就会被白白浪费。
目前，针对凉水塔节能技术，主要集中在循环水泵和冷却风机节能两个方面。
在风机节能方面，现有的方式主要是：一种用变频器调速节能，一种用水轮机节能。
变频器节能是根据季节不同，调整改变风机转速，来改变电机功率以达到节能效果。但水泵循环系统中都存在着大量的富余扬程和流量没有被减少或利用。
水轮机节能，就是取消电动机和变速箱，用水轮机作为驱动风机的动力装置。在水动风机冷却塔中，是以水轮机取代电机作为风机动力源,利用循环水系统中富裕的能量来推动水轮机转动。水轮机的输出轴与风机直接相连，带动风机旋转抽风，完成气水热量交换，省去原来为风机提供动力的电机，达到节能的目的。通过水轮机后的水在剩余动能和势能的作用下再流向布水器，完成布水。
但这种方式到了气温低的季节如冬季，气温低导致循环水的温度本身较低，并不需要开动风机就能达到循环水使用用户的要求，因此这部分能量并没有得到回收利用而被白白浪费。另一方面，在气温高的季节如夏季，气温高导致循环水的温度本身较高，可能出现循环泵余量不足，导致水轮机转速达不到要求从而不足以达到冷却效果。因此该技术使用上仍有局限性。
如专利CN103334863A，介绍了一种回收效率高的水轮机装置，可以助力补偿(夏季运行时)和能量回收发电(冬季运行时)。不足之处是它的能量回收发电必须在风机完全停止的情况下进行，造成在气温不太高的情况下如春秋季节并不能回收多余的能量，还是会造成能量浪费；另外，风机的速度调节需要通过管道上的阀门开度调节水流量和扬程来完成，这样仍然存在着管道阻力损耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，提供一种结构简单、节能效果好、回收效率高、适应性好、成本低的节能型凉水塔风机驱动系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种节能型凉水塔风机驱动系统，包括水轮机、电动机、运动合成分解装置、风机叶轮组及电气仪表控制系统，所述的水轮机涡壳的进水口与凉水塔进水管相连，水轮机涡壳的出水口与凉水塔分布管相连，所述的水轮机的动力输出轴与所述的运动合成分解装置相连，所述的运动合成分解装置的输出轴与所述的风机叶轮组相连，所述的运动合成分解装置的输入/输出轴与所述的电动机连接，所述的电动机与所述的电气仪表控制系统连接用于控制所述的电动机的转速和转向。
作为本发明的优选实施方式，风机叶轮组包括叶轮和齿轮变速箱，所述的齿轮变速箱的输入轴与所述的运动合成分解装置的输出轴相连，所述的齿轮变速箱的输出轴与所述的叶轮连接。
作为本发明的优选实施方式，所述的运动合成分解装置包括壳体和设置在所述的壳体内的至少一级行星轮组，所述的行星轮组包括太阳轮、行星架、行星轮和外轮，所述的水轮机的动力输出轴与所述的太阳轮连接，所述的运动合成分解装置的输出轴设置在所述的行星架上，所述的外轮与所述的输入/输出轴通过一组齿轮连接。
作为本发明的优选实施方式，所述的外轮与所述的输入/输出轴通过一组扇形齿轮连接。
作为本发明的优选实施方式，所述的风机叶轮组上还设置有测速传感器，所述的测速传感器与所述的电气仪表控制系统连接将所述的叶轮的转速信号传送到所述的电气仪表控制系统。
作为本发明的优选实施方式，所述的水轮机可以设置在凉水塔风筒内部或风筒外部。
通过本发明的节能型凉水塔风机驱动系统，凉水塔进水管内的高速热水冲击水轮机中的水轮叶；水轮叶受到的冲击力旋转，从而将水能转化为动能向外部设备传输，通过运动合成分解装置，将动能按一定比例传递给风机叶轮组和电动机。流入水轮机的高速热水对水轮叶进行冲击后，流入与水轮机出水口相连的冷却塔分布管进行冷却循环使用。
本发明的节能型凉水塔风机驱动系统，在风机叶轮组上还设置有测速传感器，用来检测叶轮的转速，测速传感器与电气仪表控制系统连接将叶轮的转速信号传送到电气仪表控制系统。电仪控制系统主要由PLC、逆变器、整流回馈单元组成，主要实现调节电动机转速和转向以及将回收能量反馈到电网。电气仪表控制系统根据接受的转速信号，水的进出温度差设定值，来调整电动机的转速，从而改变叶轮的转速。也可以根据叶轮转速设定值，来调整电动机的转速。从而不需要通过调节凉水塔入水管与布水管上的阀门控制水轮机的入水流量，大大减少了管道阻力损耗，提高了能量回收效率和系统适应性，彻底解决了气温变化对凉水塔节能的影响。
本发明中，运动合成分解装置的输入/输出轴与电动机相联，用来为风机输入动力，或将水轮机动量输出，通过电动机转换成电能。本发明的运动合成分解装置设置有三根传动轴，一根为输入轴，一根为输出轴，另一根为输入/输出轴。本发明的运动合成分解装置可以由行星轮组成，如可以由多级行星轮组成，也可以由齿轮组与行星轮组合而成，或由各类齿轮、液力变速装置组合而成。
本发明中，水轮机可以安装在传统的凉水塔齿轮变速箱位置，也可安装在凉水塔风筒的外部，根据具体情况而定。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、节能效果好、回收效率高、适应性好，彻底解决了气温变化对节能的影响。实现了真正的100％能量使用，可以实现风机的无级调速。
天气温度高时，水轮机回收的能量不足以提供风机叶轮组足够的动力，叶轮转速达不到要求，水冷却达不到设计要求时，这部分不足的能量将由电动机通过运动合成分解装置将动力传递到风机叶轮组，来提高叶轮转速。
当温度下降，以水轮机提供的风机叶轮组额定转速为界，当叶轮所需要转速低于该转速时，通过运动合成分解装置将水轮机提供出的多余能量传递给电动机，此时的电动机成为发电机，将动量转变为电量返送到电网上。
2、结构简单，成本低，本发明的节能型凉水塔风机驱动系统可以用于原有凉水塔风机系统的改造，也可用于新的凉水塔风机系统。
附图说明
图1为本发明实施例1的节能型凉水塔风机驱动系统结构示意图；
图2为本发明实施例2的节能型凉水塔风机驱动系统结构示意图；
图3为本发明的节能型凉水塔风机驱动系统的运动合成分解装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种节能型凉水塔风机驱动系统，如图1、图3所示，包括凉水塔风筒1、水轮机5、电动机6、运动合成分解装置4、风机叶轮组和电气仪表控制系统7，水轮机5与运动合成分解装置4连成一体，安装于凉水塔风筒1的外部，呈横卧状态。水轮机5涡壳的进水口51与凉水塔进水管(图未显示)相连，水轮机5涡壳的出水口52与凉水塔分布管(图未显示)相连，风机叶轮组包括叶轮2和齿轮变速箱3，运动合成分解装置4包括壳体41、设置在壳体41内的两级行星轮组42、输出轴43和输入/输出轴44，行星轮组42包括太阳轮421、行星架422、行星轮423和外轮424，水轮机5的动力输出轴53与太阳轮421连接，输出轴43设置在行星422架上，输出轴43与齿轮变速箱3相连，齿轮变速箱3的输出轴32与叶轮2连接，外轮424与输入/输出轴44通过一组扇形齿轮45连接，输入/输出轴44与电动机6连接，电动机6与电气仪表控制系统7连接用于控制电动机6的转速和转向。叶轮2上还设置有测速传感器(图未显示)，测速传感器与电气仪表控制系统7连接将叶轮2的转速信号传送到电气仪表控制系统7。
其工作流程为：凉水塔进水管内的高速热水冲击水轮机5中的水轮叶；水轮叶受到的冲击力旋转，从而将水能转化为动能向外部设备传输，通过运动合成分解装置4和齿轮变速箱3，将动能传递给叶轮2，或通过运动合成分解装置4将动能传递给电动机6。流入水轮机5的高速热水对水轮叶进行冲击后，流入与水轮机5出水口相连的冷却塔分布管进行冷却循环使用。在风机叶轮组上还设置有测速传感器，用来检测叶轮2的转速，测速传感器与电气仪表控制系统7连接将叶轮2的转速信号传送到电气仪表控制系统7。电气仪表控制系统7主要由PLC、逆变器、整流回馈单元组成，主要实现调节电动机6转速和转向以及将回收能量反馈到电网。电气仪表控制系统7根据接受的转速信号，水的进出温度差设定值，来调整电动机6的转速，从而改变叶轮2的转速。也可以根据叶轮2转速设定值，来调整电动机6的转速。从而不需要通过调节凉水塔入水管与布水管上的阀门控制水轮机5的入水流量，大大减少了管道阻力损耗，提高了能量回收效率和系统适应性，彻底解决了气温变化对凉水塔节能的影响。
天气温度高时，水轮机5回收的能量不足以提供风机叶轮组足够的动力，叶轮2转速达不到要求，水冷却达不到设计要求时，这部分不足的能量将由电动机6通过运动合成分解装置4将动力传递到风机叶轮组，来提高叶轮2转速。
当温度下降，以水轮机提供的风机叶轮组额定转速为界，当叶轮2所需要转速低于该转速时，通过运动合成分解装置4将水轮机提供出的多余能量传递给电动机6，此时的电动机6成为发电机，将动量转变为电量返送到电网上。
实施例2
一种节能型凉水塔风机驱动系统，如图2、图3所示，包括凉水塔风筒1、水轮机5、电动机6、运动合成分解装置4、叶轮2和电气仪表控制系统7，水轮机5与运动合成分解装置4连成一体，安装于凉水塔风筒1的内部，水轮机5涡壳的进水口51与凉水塔进水管(图未显示)相连，水轮机5涡壳的出水口52与凉水塔分布管(图未显示)相连，运动合成分解装置4包括壳体41、设置在壳体41内的两级行星轮组42、输出轴43和输入/输出轴44，行星轮组42包括太阳轮421、行星架422、行星轮423和外轮424，水轮机5的动力输出轴53与太阳轮421连接，输出轴43设置在行星422架上，输出轴43与叶轮2相连，外轮424与输入/输出轴44通过一组扇形齿轮45连接，输入/输出轴44与电动机6连接，电动机6与电气仪表控制系统7连接用于控制电动机6的转速和转向。叶轮2上还设置有测速传感器(图未显示)，测速传感器与电气仪表控制系统7连接将叶轮2的转速信号传送到电气仪表控制系统7。
其工作流程与实施例1相同，不同之处是取消齿轮变速箱3后，水轮机5输出的能量通过运动合成分解装置4按比例分解传递给叶轮2和电动机6，电动机6输出的能量通过运动合成分解装置4传递给叶轮2。

Claims (5)

1.一种节能型凉水塔风机驱动系统，包括水轮机、电动机、运动合成分解装置、风机叶轮组及电气仪表控制系统，所述的水轮机涡壳的进水口与凉水塔进水管相连，水轮机涡壳的出水口与凉水塔分布管相连，所述的水轮机的动力输出轴与所述的运动合成分解装置相连，所述的运动合成分解装置的输出轴与所述的风机叶轮组相连，所述的运动合成分解装置的输入/输出轴与所述的电动机连接，所述的电动机与所述的电气仪表控制系统连接用于控制所述的电动机的转速和转向，其特征在于所述的风机叶轮组包括叶轮和齿轮变速箱，所述的齿轮变速箱的输入轴与所述的运动合成分解装置的输出轴相连，所述的齿轮变速箱的输出轴与所述的叶轮连接，所述的运动合成分解装置包括壳体和设置在所述的壳体内的至少一级行星轮组，所述的行星轮组包括太阳轮、行星架、行星轮和外轮，所述的水轮机的动力输出轴与所述的太阳轮连接，所述的运动合成分解装置的输出轴设置在所述的行星架上，所述的外轮与所述的输入/输出轴通过一组齿轮连接。
2.根据权利要求1所述的节能型凉水塔风机驱动系统，其特征在于所述的外轮与所述的输入/输出轴通过一组扇形齿轮连接。
3.根据权利要求1所述的节能型凉水塔风机驱动系统，其特征在于所述的风机叶轮组上还设置有测速传感器，所述的测速传感器与所述的电气仪表控制系统连接将所述的叶轮的转速信号传送到所述的电气仪表控制系统。
4.根据权利要求1所述的节能型凉水塔风机驱动系统，其特征在于所述的水轮机设置在凉水塔风筒内部。
5.根据权利要求1所述的节能型凉水塔风机驱动系统，其特征在于所述的水轮机设置在凉水塔风筒外部。
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