CN105091968B - 一种扇形多层滤纸测蒸发冷却设备飘水率的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扇形多层滤纸测蒸发冷却设备飘水率的装置及方法，由对角设置的两个扇形结构组成，测量时对角线的中心与风筒的圆心位置重合，扇形结构由数段连续的不锈钢框架依次连接构成，各段不锈钢框架之间经拉索连接，每段不锈钢框架均为三层结构，各层设有不锈钢框和不锈钢丝圈并夹设有滤纸，各层不锈钢框之间由定距套管分隔，然后用连接螺栓固定构成一段不锈钢框架。与现有技术相比，本发明连续分布，避免了蒸发冷却设备中飘水率沿风筒半径方向的非线性分布问题及近似替代问题，上层滤纸可挡住二次飘水，中层滤纸可抵扣湿气增重，故实验数据的处理简单方便、结果可靠。

Description

一种扇形多层滤纸测蒸发冷却设备飘水率的装置及方法

技术领域

本发明涉及蒸发冷却设备测量领域，尤其是涉及一种测量蒸发冷却设备飘水率的装置及方法。

背景技术

蒸发冷却设备主要是利用水在空气中的蒸发向空气排放工艺循环工质所携带废热的换热设备，包括开式冷却塔、闭式冷却塔、蒸发冷却器、蒸发冷凝器。蒸发冷却设备行业在中国发展良好，在国民生活和工业生产中都有广泛应用，为了保证蒸发冷却设备行业的健康可持续发展，相关主管部门制定了一系列的生产、测试规范，如中国标准GB/T7190.1—2008以及DB 31/T204—2010。其中包括关于开式冷却塔飘水率的测定方法。

飘水率是蒸发冷却设备节水性能的重要指标，控制飘水是蒸发冷却设备节水的重要手段，而能准确测出飘水率是控制飘水的基础。在蒸发冷却设备特别是机械通风蒸发冷却设备的运行过程中，喷头喷洒的小水滴会随风机抽吸的气流运动，绝大部分水滴靠惯性作用被收水器捕集，但仍有少量水滴被气流带出塔外形成飘水。飘水率定义为蒸发冷却设备单位时间的飘水量(飘水的质量流量)与进塔冷却水或者喷淋水质量流量之比。飘水率高意味着蒸发冷却设备耗水量大、浪费水资源，同时对周围环境也造成一定影响。

经过对现有飘水率测量方法的检索，目前存在的方法主要有两种，一是GB/T7190.1—2008中使用的测量飘水率的测试方法——滤纸吸湿法；二是高效集水槽法(中国发明专利，ZL 201210215962.X)。目前，中国国家标准和上海市地方标准中均使用的是滤纸吸湿法，即利用干燥滤纸的吸水性，“将滤纸干燥之后放入塑料袋，用天平称重，取出滤纸，用曲别针将滤纸水平放到各测点，计时。视飘水情况放置1min～5min，快速取出，计时。放入原塑料袋中，用天平称重。得出先后两次称重的差值，精确到0.01g。”最终，通过相关计算得到蒸发冷却设备的飘水率。国标中的滤纸吸湿法尚存在如下问题：1、滤纸在吸收蒸发冷却设备出风口飘水的同时也会吸收气流中的湿汽，而这部分湿气不属于飘水，从而使测量值高于实际值，在原理上有缺陷；2、由于蒸发冷却设备出风口中心为负压，导致蒸发冷却设备飘水在中心处形成回流，若采用单层滤纸进行测试，滤纸吸收蒸发冷却设备出风口飘水的同时也会吸收回水，即二次飘水；3、蒸发冷却设备飘水沿半径方向呈非线性分布，等面积法间断布置滤纸进行测试会产生近似替代误差。收水槽集水法目前主要的缺陷是当飘水很小时，收集不到足够的能够保证测量精度的水量，导致无法使用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能提高飘水率测量的准确性，实时性、使用方便的扇形多层滤纸测蒸发冷却设备飘水率的装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种扇形多层滤纸测蒸发冷却设备飘水率的装置，由对角设置的两个扇形结构组成，测量时对角线的中心与风筒的圆心位置重合，所述的扇形结构由数段连续的不锈钢框架依次连接构成，各段不锈钢框架之间经拉索连接，每段不锈钢框架均为三层结构，各层设有不锈钢框和不锈钢丝圈并夹设有滤纸，各层不锈钢框之间由定距套管分隔，然后用连接螺栓固定构成一段不锈钢框架。

扇形结构的弧度角由蒸发冷却设备出风口直径及单片滤纸大小确定.

优选的，扇形结构的弧度角为3°～8°，出风口直径大者取小值，小者取大值。

一种扇形多层滤纸测蒸发冷却设备飘水率的方法，采用以下步骤：

(1)测量蒸发冷却设备出风口直径，根据出风口直径和单片滤纸大小选择合适弧度角的扇形结构的测试装置，每段不锈钢框架的各层之间通过定距套管分隔，然后用连接螺栓固定该段框架，再用拉索将各段框架连接起来，构成整套测试装置；

(2)精确称量滤纸的质量，然后通过不锈钢丝圈和曲别针将滤纸平整地固定在各层不锈钢框上；

(3)将测试装置平置在出风口上，装置的对角线的中心与风筒的圆心位置重合；放上装置便开始计时，视飘水情况测试1～5min，快速移出测试装置并结束计时，取出滤纸并称重；

(4)计算飘水率：

从上往下，上层滤纸增重中层增重下层增重

则

测试装置的扇形弧度角：

每层扇形装置的面积：

t：出风口边缘的滤纸宽度，mm；

D：蒸发冷却设备出风口直径，mm。

上层扇形装置的实际增重：

中层扇形装置的实际增重：

下层扇形装置的实际增重：

ΔX_t1——装置上层滤纸的增重，mg；

ΔX_m1——装置中层滤纸的增重，mg；

ΔX_b1——装置下层滤纸的增重，mg；

S_s——扇形装置的面积，mm²；

S_f——扇形装置上所对应的滤纸面积，mm²。

蒸发冷却设备出风口处一次飘水量：Q_n＝(ΔX_b-ΔX_m)*60*π/α/1000/1000

二次飘水量：Q_r＝(ΔX_t-ΔX_m)*60*π/α/1000/1000

吸湿量：Q_a＝ΔX_m*60*π/α/1000/1000

蒸发冷却设备的飘水率：P_f＝Q_n/Q_t

P_f——飘水率，％；

Q_t——进塔冷却水流量(质量流量)或者喷淋水质量流量，t/h。

与现有技术相比，由于出风口为圆形，考虑到在半径方向上单位长度所占的面积比是沿着径向增大的，所以本发明装置设计为扇形，这样设计更加合理，也便于计算；本发明装置设计成连续对称分布，可有效解决蒸发冷却设备飘水率沿半径方向的非线性分布问题，避免了近似替代误差；本发明装置设计为三层，可有效解决测量飘水时所存在的二次飘水和吸湿问题，从而提高测量飘水率的准确性；本装置三层结构通过连接螺栓、螺母固定，简单方便，且中间采用定距套管进行分隔，既能有效固定三层框架间的距离，又方便安装与拆卸；本装置可采用不锈钢或更轻质的材料制作，简单易得，方便加工。

附图说明

图1是本发明安装时的结构示意图；

图2是本发明安装时的俯视结构示意图；

图3是本发明的主视结构示意图；

图4是本发明最外侧一个不锈钢框架的结构示意图；

图5是本发明最外侧一个不锈钢框架的俯视结构示意图；

图6是本发明最外侧一个不锈钢框架的主视结构示意图；

图7是滤纸夹放示意图。

图中，1-测试装置、2-拉索、3-风筒、4-不锈钢框、5-不锈钢丝圈、6-连接螺栓、7-定距套管、8-配套螺母、9-滤纸。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种采用扇形多层滤纸测量蒸发冷却设备飘水率的测量装置1，其结构如图1～3所示，在GB/T 7190的滤纸法基础上，由于风筒3为圆形，考虑到沿半径方向上单位长度所占的面积比是沿径向增大的，所以将测试装置形状设计成对角的两个扇形。设计过程中，由蒸发冷却设备出风口直径大小及单片滤纸的大小确定扇形结构的弧度角，为3°～8°，出风口直径大者取小值，小者取大值。而且，将本发明装置设计成连续结构，有效解决了蒸发冷却设备飘水率沿半径方向的非线性分布问题，避免了近似替代误差。另外，将本发明装置设计为三层，有效解决了测量飘水时所存在的二次飘水和吸湿问题。以下是本发明的具体说明。

测量装置1的各段不锈钢框架可直接通过拉索2进行连接，将其置于风筒3的出风口上，即可进行蒸发冷却设备飘水率的测量。该装置为由对角设置的两个扇形结构组成，测量时对角线的中心与风筒3的圆心位置重合，4扇形结构由数段连续的不锈钢框架依次连接构成，每段不锈钢框架均为三层结构，各层设有不锈钢框4和不锈钢丝圈5并夹设有滤纸9，各层不锈钢框4之间由定距套管7分隔，然后用连接螺栓6固定构成一段不锈钢框架。

具体来说，不锈钢框4厚0.8mm，框宽10mm，不锈钢丝圈5直径为1.5mm，不锈钢丝圈5的大小及形状与不锈钢框4相匹配，使钢丝处在框宽的中间位置。各层滤纸是通过不锈钢框4、不锈钢丝圈5及曲别针来固定；由图4～6可知，连接螺栓6用来连接各段的三层不锈钢框4；定距套管7用来间隔固定各层之间不锈钢框4的距离，既方便拆卸又能防止滤纸贴在一起，以免影响测试结果。配套螺母8用来紧固整套装置，以防止在测试过程中，由于风吹导致装置散落，造成安全隐患。定距套管7高10mm、壁厚2mm，其内径略大于连接螺栓6的外径。在操作过程中，先通过连接螺栓6、定距套管7、配套螺母8将装置各段的三层不锈钢框4固定，再使用拉索2将各段装置连接起来；最后使用不锈钢丝圈5及曲别针夹放滤纸，确保滤纸平整。滤纸9的大小与不锈钢框4的外边缘一致，置于不锈钢框4和不锈钢丝圈5之间，如图7所示。固定滤纸时上层不锈钢丝圈5放置在不锈钢框4的上侧，下层是将不锈钢丝圈5放置在不锈钢框4的下侧，中间一层的放置位置没特别要求。目的是让滤纸9在吸收飘水和二次飘水时不被不锈钢框4所阻挡。夹放滤纸前，要将已经干燥过的滤纸放入密封袋中称重并记录数据。

开始测试时，要迅速将扇形多层滤纸测试装置1放置在风筒3的出风口处，同时开始计时，并要保证装置的中心和出风口的圆心重合，整套装置保持水平。测试时间试飘水情况而定，可持续1～5min，飘水大则持续时间短，以免滤纸9吸湿饱和。结束测试时，也要迅速将扇形滤纸测试装置撤离出风口，同时记下测试时间。在测试过程中，有条件时可将该装置以风筒中心为圆心进行旋转测试。测试结束后立即取下滤纸9装入原密封袋并称重记录。测试前后两次称重的差值(增重)即为滤纸的吸水量。在该装置中,最下面一层滤纸吸收了一次飘水和气流中的湿汽；中间一层滤纸仅吸收了气流中的湿汽；最上面的滤纸吸收了二次飘水和气流中的湿汽。在计算飘水率时，最下面一层的增重减去中间一层的增重，即可得到实际的飘水量；最上面一层的增重减去中间一层的增重，即为二次飘水量，能间接反映出风口中间飘水回流的状况。通过此法，我们可以测得扇形滤纸所对应面积的飘水量，根据滤纸实际面积占扇形装置面积的百分比，可以测得扇形所对应面积的飘水量。理论上，滤纸实际面积与扇形装置的面积是一致的，但考虑裁剪误差及不锈钢丝圈的遮挡，要做修正，以滤纸实际迎风面积为准。由于装置是对角的两个扇形结构，通过计算扇形弧度角占圆弧度角的比例，我们即可换算出蒸发冷却设备出口的飘水量。再将测得的单位时间的蒸发冷却设备出口飘水的质量流量除以进塔冷却水或喷淋水的质量流量，即可得到蒸发冷却设备的飘水率。

总结蒸发冷却设备飘水率测试方法的具体步骤如下：

(1)测量蒸发冷却设备出风口直径，根据出风口直径和单片滤纸大小选择合适弧度角的扇形结构的测试装置，每段不锈钢框架的各层之间通过定距套管分隔，然后用连接螺栓6固定该段框架，再用拉索2将各段框架连接起来，构成整套测试装置；

(2)精确称量滤纸的质量，然后通过不锈钢丝圈5和曲别针将滤纸平整地固定在各层不锈钢框4上；

(3)将测试装置平置在出风口上，装置的对角线的中心与风筒3的圆心位置重合；放上装置便开始计时，视飘水情况测试1～5min，快速移出测试装置并结束计时，取出滤纸并称重；

(4)计算飘水率：

从上往下，上层滤纸增重中层增重下层增重

则

测试装置的扇形弧度角：

每层扇形装置的面积：

t：出风口边缘的滤纸宽度，mm；

D：蒸发冷却设备出风口直径，mm。

上层扇形装置的实际增重：

中层扇形装置的实际增重：

下层扇形装置的实际增重：

ΔX_t1——装置上层滤纸的增重，mg；

ΔX_m1——装置中层滤纸的增重，mg；

ΔX_b1——装置下层滤纸的增重，mg；

S_s——扇形装置的面积，mm²；

S_f——扇形装置上所对应的滤纸面积，mm²。

蒸发冷却设备出风口处一次飘水量：Q_n＝(ΔX_b-ΔX_m)*60*π/α/1000/1000二次飘水量：Q_r＝(ΔX_t-ΔX_m)*60*π/α/1000/1000

吸湿量：Q_a＝ΔX_m*60*π/α/1000/1000

蒸发冷却设备的飘水率：P_f＝Q_n/Q_t

P_f——飘水率，％；

Q_t——进塔冷却水流量(质量流量)或者喷淋水质量流量，t/h。

Claims (4)

1.一种扇形多层滤纸测蒸发冷却设备飘水率的装置，其特征在于，该装置由对角设置的两个扇形结构组成，测量时对角线的中心与风筒的圆心位置重合，所述的扇形结构由数段连续的不锈钢框架依次连接构成，各段不锈钢框架之间经拉索连接，每段不锈钢框架均为三层结构，各层设有不锈钢框和不锈钢丝圈并夹设有滤纸，各层不锈钢框之间由定距套管分隔，然后用连接螺栓固定构成一段不锈钢框架。

2.根据权利要求1所述的一种扇形多层滤纸测蒸发冷却设备飘水率的装置，其特征在于，所述的扇形结构的弧度角由蒸发冷却设备出风口直径及单片滤纸大小确定。

3.根据权利要求2所述的一种扇形多层滤纸测蒸发冷却设备飘水率的装置，其特征在于，所述的扇形结构的弧度角为3°～8°，出风口直径大者取小值，小者取大值。

4.一种扇形多层滤纸测蒸发冷却设备飘水率的方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：

(1)测量蒸发冷却设备出风口直径，该方法使用如权利要求1所述的扇形多层滤纸测蒸发冷却设备飘水率的装置，每段不锈钢框架的各层之间通过定距套管分隔，然后用连接螺栓固定该段框架，再用拉索将各段框架连接起来，构成整套测试装置；

(2)精确称量滤纸的质量，然后通过不锈钢丝圈和曲别针将滤纸平整地固定在各层不锈钢框上；

(3)将测试装置平置在蒸发冷却设备的出风口上，装置的对角线的中心与风筒的圆心位置重合；放上装置便开始计时，视飘水情况测试1～5min，快速移出测试装置并结束计时，取出滤纸并称重；

(4)计算飘水率：

从上往下，上层滤纸增重中层增重下层增重

则

测试装置的扇形弧度角：

每层扇形装置的面积：

t：出风口边缘的滤纸宽度，mm；

D：蒸发冷却设备出风口直径，mm；

上层扇形装置的实际增重：

中层扇形装置的实际增重：

下层扇形装置的实际增重：

ΔX_t1——装置上层滤纸的增重，mg；

ΔX_m1——装置中层滤纸的增重，mg；

ΔX_b1——装置下层滤纸的增重，mg；

S_s——扇形装置的面积，mm²；

S_f——扇形装置上所对应的滤纸面积，mm²；

蒸发冷却设备出风口处一次飘水量：Q_n＝(ΔX_b-ΔX_m)*60*π/α/1000/1000；

二次飘水量：Q_r＝(ΔX_t-ΔX_m)*60*π/α/1000/1000；

吸湿量：Q_a＝ΔX_m*60*π/α/1000/1000；

蒸发冷却设备的飘水率：P_f＝Q_n/Q_t；

P_f——飘水率，％；

Q_t——进塔冷却水质量流量或者喷淋水质量流量，t/h。