CN104832349A - 带有动力补偿装置的水轮机 - Google Patents

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Abstract

一种带有动力补偿装置的水轮机，它包括蜗壳（1），蜗壳（1）的进水口与进水管（2）的出水口相连通，其特征是在所述的蜗壳（1）的进水管（2）一侧斜装有增压流道（5），增压流道（5）的进水口及出水口与进水管（2）侧面相连通，在所述的增压流道（5）中安装有能使从进水管中进入的冷却水加速增压后再次进入进水管（2）中并与从进水管（2）中的冷却水汇流后进入蜗壳中的增压叶片（3），增压叶片（3）的驱动轴伸出增压流道（5）外与增压电机（4）相连。本发明结构简单，易于实现。

Description

带有动力补偿装置的水轮机
技术领域
本发明涉及一种水轮机，尤其是一种冷却塔中使用的用于替代电机驱动风机叶片转动从而实现节能的水轮机，具体地说是一种能使风机保持恒定转速，特别适用于夏季循环系统中富余压力不足时仍能使风机保持所需转速的带有动力补偿装置的水轮机。
背景技术
    近年来，利用水轮机改造冷却塔已被广大用户接受。利用冷却循环系统中冷却水富余的压力来驱动水轮机并使水轮机带动风机转动具有节能环保的优点。经过多年的实践人们发现在夏季风机满负荷运行时会出现系统富余压力不足，进而影响水轮机转速造成风机转速不稳，影响制冷效果的问题，对此尚无好的解决方法。
发明内容
本发明的目的是是针对现有的水轮机转速受到系统富余压力不足影响而影响系统制冷效果的问题，设计一种带有动力补偿装置的水轮机。
本发明的技术方案是：
一种带有动力补偿装置的水轮机，它包括蜗壳1，蜗壳1的进水口与进水管2的出水口相连通，其特征是在所述的蜗壳1的进水管2一侧斜装有增压流道5，增压流道5的进水口及出水口与进水管2侧面相连通，在所述的增压流道5中安装有能使从进水管中进入的冷却水加速增压后再次进入进水管2中并与从进水管2中的冷却水汇流后进入蜗壳中的增压叶片3，增压叶片3的驱动轴伸出增压流道5外与增压电机4相连，所述的增压叶片3的驱动轴轴线与进水管2的轴线的夹角α满足以下条件：
α= arcsin【1.5D/(L1+L2)】
式中：D为增压叶片的直径，D=2000（W2η2/30.8HV）1/2，其中：W2—增压电机功率(kW)，η2—补偿装置效率，H—补偿水头(m)，V—补偿流速(m/s)；
增压电机功率W2= (W1/η1-9.81×Q×H)/η2，W1为由水轮机带动的风机的轴功率，Q为水轮机的流量，H为系统富余压力，η1为水轮机效率，η2为补偿装置传动效率，功率W的单位为kW，流量Q单位为m3/s,压力H为m；
L1为增压流道流入段的长度，L1=1.2D，L2为增压叶片3到蜗壳入口端的长度，L2=0.9～0.95R，R水轮机转轮第一入水口壳体中心半径。
所述的进水管2和蜗壳中安装有水压压力传感器，水压压力传感器的输出端与增压电机的控制装置相连，增压电机控制装置根据水压压力传感器的数据变频控制增压电机的输出转速，从而使进入蜗轮的水压保持在设定的范围内。
本发明的有益效果：
本发明解决了水冷式空调制冷系统夏天制冷效果稳定的问题，通过适当的增加外加动力使水轮机的输出转速恒定，并通过自适应控制装置实现自动控制。
本发明克服了现有技术的不足，人们通过本发明的公式能很方便地确定各项技术参数，使各项技术指标达到最佳配合，系统运行效果最佳。
本发明首次公开了补偿进水段、汇流段、流量、补偿夹角α的最佳配合关系，为此类增压补偿装置的设计提供了便捷高效的手段。
本发明具有补偿效率高，结构简单，易于实现等一系列优点。
本发明通过在水轮机壳体外围设电力补偿蜗轮（或叶片）增压装置，通过涡轮（叶片）增压使水轮机壳体内部压力提升进行动力补偿，从而提高水轮机输出轴功率，使水轮机达到风机所需的额定转速。
当循环水系统富余压力不足时开启涡轮增压装置或电力机械传动补偿，以补偿富余能量不足部分，使风机达到额定转速，当系统富余压力充裕时可停开涡轮增压装置或电力机械传动补偿装置。
本发明的增压装置充分利用了文丘里管的原理，在蜗轮进水口形成负压区，提高了直接进入蜗壳中的冷却水的流速，使得进入蜗轮中的水压值迅速提高，提高了能量利用率。
附图说明
图1是本发明的增付补偿装置的结构示意图。
图2是本发明的偿倘装置的局部结构示意图。
图中6为电机座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
    如图1-2所示。
一种带有动力补偿装置的水轮机，它包括蜗壳1，蜗壳1的进水口与进水管2的出水口相连通，在所述的蜗壳1的进水管2一侧斜装有如图2所示的增压流道5，增压流道5的进水口及出水口与进水管2侧面相连通，在所述的增压流道5中安装有能使从进水管的补偿水进入段L1进入的冷却水加速增压后再次进入进水管2中并与从进水管2中的冷却水汇流（汇流段长度L2）后进入蜗壳中的增压叶片3，增压叶片3的驱动轴伸出增压流道5外与增压电机4相连，如图1所示，所述的增压叶片3的驱动轴轴线与进水管2的轴线的夹角α满足以下条件：
α= arcsin【1.5D/(L1+L2)】
式中：D为增压叶片的直径，D=2000（W2η2/30.8HV）1/2，其中：W2—增压电机功率(kW)，η2—补偿装置效率，H—补偿水头(m)，V—补偿流速(m/s)；
增压电机功率W2= (W1/η1-9.81×Q×H)/η2，W1为由水轮机带动的风机的轴功率，Q为水轮机的流量，H为系统富余压力，η1为水轮机效率，η2为补偿装置传动效率，功率W的单位为kW，流量Q单位为m3/s,压力H为m；
L1为增压流道流入段的长度，L1=1.2D，L2为增压叶片3到蜗壳入口端的长度，L2=0.9～0.95R，R水轮机转轮第一入水口壳体中心半径。
水轮机效率η1的取值范围一般为0.85-0.9，补偿装置效率η2的取值一般为0.8左右，补偿水头m H2O的取值1-3，补偿流速(m/s) V的取值为3-5：
为了实现节能的目的，所述的增压电机4最后采用变频电机，并所述的进水管2和/或蜗壳中安装有水压压力传感器以实现自适应控制，水压压力传感器的输出端与增压电机的控制装置相连，增压电机控制装置根据水压压力传感器的数据变频控制增压电机的输出转速，从而使进入蜗轮的水压保持在设定的范围内，当蜗壳中的水压保持在设定值范围内时，增压电机的转速保持不变，只有当蜗壳内的压力低于设定值或转轮的速度低于设定值时，增速电机的转速才需要进行相应的调整。此电控装制及控制逻辑可采用现有技术加以实现，但将其与本发明相结合能大大提高整个系统的智能化水平，最大限度地实现节能与舒适度的匹配。
下面以2000m3/h冷却塔用水轮机为例对相关的参数选择作一具体的说明：
常态下冷却塔风机轴功率为W1=43.6kW，现系统供水轮机压力仅有7m，流量2000m3/h=0.56 m3/s，则补偿装置需补偿功率为：
W2= (W1/η1-9.81×Q×H)/η2
=(43.6kW/0.9-9.81×0.56m3/s×7m)/0.8=12.4Kw。
水轮机达到风机运行条件所需压力为:
   H1=W1/(9.81×Q×η1) =43.6kW/(9.81×0.56 m3/s×0.9）=8.8（m）。
补偿装置则提供给水轮机的压力为：8.8m-7m=1.8m.
依据以上计算则补偿装置与水轮机入口夹角计算如下：
增压叶片的直径:  D=2000（W2η2/30.8HV）1/2
=2000（12.4kW×0.8/30.8×1.8m×4m/s）1/2
=423(mm)。
增压流道的长度:
L1=1.2D=1.2×423=507.6(mm)。
L2=0.9R=0.9×936mm=842.4mm。（其中水轮机R=667mm）
补偿装置中心与水轮机入口中心夹角:
α= arcsin【1.5D/(L1+L2)】= arcsin【1.5×423/(507.6+842.4)】
= arcsin(0.47)=28°。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (2)

1.一种带有动力补偿装置的水轮机，它包括蜗壳（1），蜗壳（1）的进水口与进水管（2）的出水口相连通，其特征是在所述的蜗壳（1）的进水管（2）一侧斜装有增压流道（5），增压流道（5）的进水口及出水口与进水管（2）侧面相连通，在所述的增压流道（5）中安装有能使从进水管中进入的冷却水加速增压后再次进入进水管（2）中并与从进水管（2）中的冷却水汇流后进入蜗壳中的增压叶片（3），增压叶片（3）的驱动轴伸出增压流道（5）外与增压电机（4）相连，所述的增压叶片（3）的驱动轴轴线与进水管（2）的轴线的夹角α满足以下条件：
α= arcsin【1.5D/(L1+L2)】
式中：D为增压叶片的直径，D=2000（W2η2/30.8HV）1/2，其中：W2—增压电机功率(kW)，η2—补偿装置效率，H—补偿水头(m)，V—补偿流速(m/s)；
增压电机功率W2= (W1/η1-9.81×Q×H)/η2，W1为由水轮机带动的风机的轴功率，Q为水轮机的流量，H为系统富余压力，η1为水轮机效率，η2为补偿装置传动效率，功率的单位为kW，流量Q单位为m3/s,压力H为m；
L1为增压流道流入段的长度，L1=1.2D，L2为增压叶片（3）到蜗壳入口端的长度，L2=0.9～0.95R，R水轮机转轮第一入水口壳体中心半径。
2.根据权利要求1所述的带有动力补偿装置的水轮机，其特征是所述的进水管（2）和蜗壳中安装有水压压力传感器，水压压力传感器的输出端与增压电机的控制装置相连，增压电机控制装置根据水压压力传感器的数据变频控制增压电机的输出转速，从而使进入蜗轮的水压保持在设定的范围内。
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