CN106640491A - 一种高效耐用的冷却塔专用水轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，属于水轮机技术领域。本发明的水轮机，其进水口具有增压变径流道，该增压变径流道的截面形状为矩形，且增压变径流道的高度与叶轮的高度一致，并沿叶轮的外圆切向正对叶轮的叶片，利用合理的进出水口布置以及叶轮的结构优化，使水轮机的进水能量有效作用于叶轮的旋转叶片上，并且通过增压变径流道进一步提高进水压力，降低对叶轮的负面冲击，从而更加高效地驱动叶轮旋转，并且利用叶轮的集水环及集水口设计，使进入水轮机的水经过叶轮的叶片后快速向中间旋转集中，并通过集水口快速排出，充分利用了进水能量，并减少了能量的内部消耗，大幅提高了水轮机的工作效率及使用寿命。

Description

一种高效耐用的冷却塔专用水轮机
技术领域
本发明涉及一种冷却塔水轮机，更具体地说，涉及一种高效耐用的冷却塔专用水轮机。
背景技术
冷却塔是用水作为循环冷却剂，从一系统中吸收热量排放至大气中，以降低水温的装置；其冷却是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等原理来散去工业上或制冷空调中产生的余热来降低水温的蒸发散热装置，以保证系统的正常运行。
为了提高水与空气的换热效率，在冷却塔内需要设置风机。传统的冷却塔采用电动机驱动风机抽风，而电动机需要消耗大量电能，不利于节能和环保，电动机运行时还会产生较大的噪音并伴有振动，存在一定的安全隐患。冷却塔循环水系统中必须存在一定的富余能量，大概20％～25％，而现有的冷却塔水轮机正是将这些“富余能量”转换为高效的机械能，驱动风机旋转，从而100％取代了冷却塔传统风机电机，达到了节能环保的目的。
目前，已经有许多应用于工业冷却塔的专用水轮机技术，但这些水轮机中的很大一部分还是模仿大型水力发电水轮机，仅是通过一定比例缩放即应用于冷却塔中，这样的水轮机往往效率不高，并且使用寿命也不长，所采用的水轮机叶轮结构又较为复杂，加工难度较大。针对这些问题，也有一些新型的改进型冷却塔水轮机出现，一定程度上而言，这些改进型冷却塔水轮机确实起到了提高性能的作用，但在能量利用率和使用寿命上依然没有达到理想的效果，分析原因主要有以下几点：
(1)水轮机的叶轮设计不合理，有部分水流会对叶轮造成一定冲击，导致水流能量利用率不高，并且容易造成水轮机冲击震动，长此以往容易造成水轮机密封失效，造成水轮机损坏；并且现有的水轮机叶轮较为笨重，启动速度慢，转速低；
(2)水轮机的进出水设计不合理，水轮机的进水口大部分设计为叶轮的切向进水，这样有助于驱动叶轮旋转，降低对叶轮的冲击，但进水压力无法得到进一步提升，从而造成能量利用率降低；而由于出水口的设计不合理而造成水轮机内出水速度较低，使水轮机内形成干扰水流，阻碍叶轮转动，使部分水流能量在水轮机内被消耗掉。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有冷却塔水轮机存在的上述不足，提供一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，采用本发明的技术方案，利用合理的进出水口布置以及叶轮的结构优化，使水轮机的进水能量有效作用于叶轮的旋转叶片上，并且通过增压变径流道进一步提高进水压力，降低对叶轮的负面冲击，从而更加高效地驱动叶轮旋转，并且利用叶轮的集水环及集水口设计，使进入水轮机的水经过叶轮的叶片后快速向中间旋转集中，并通过集水口快速排出，充分利用了进水能量，并减少了能量的内部消耗，大幅提高了水轮机的工作效率及使用寿命。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，包括壳体、叶轮、转轴和轴承箱，所述的叶轮通过转轴安装于壳体内，所述的转轴穿过固定在壳体上的轴承箱，且转轴与壳体之间设有轴封装置，所述的壳体的侧壁上设有一个与叶轮位置相对的进水口和两个对置的且位于叶轮下方的出水口，所述的进水口包括扇形管和大口径进水管，所述的扇形管的宽端沿壳体的直径方向固定在壳体上，且扇形管内设有一沿叶轮切向方向尺寸逐渐减小的增压变径流道，所述的扇形管的窄端与大口径进水管相固连；所述的叶轮包括轮盘、沿同一旋转方向垂直固定于轮盘上并由轮盘中心向外辐射的若干叶片和固定在叶片外周上的集水环，所述的集水环与轮盘相平行，且叶片位于集水环与轮盘之间，集水环的中间形成集水口，所述的增压变径流道的截面形状为矩形，且增压变径流道的高度与叶轮的高度一致，并沿叶轮的外圆切向正对叶轮的叶片。
更进一步地，所述的壳体内还设有一位于叶轮下方的布水腔，所述的出水口与布水腔相连通。
更进一步地，所述的叶轮的叶片为平板结构或弧形板结构。
更进一步地，所述的叶轮的轮盘与壳体的上壁、以及叶轮的外周与壳体的侧壁之间留有微小的转动间隙。
更进一步地，所述的进水口的进水方向与出水口的出水方向相垂直，且出水口包括固定在壳体侧壁上的圆形出水管和连接在出水管上的出水法兰。
更进一步地，所述的大口径进水管上还设有进水法兰。
更进一步地，所述的轴承箱与壳体之间还设有用于将轴承箱与壳体相分离的隔离架，该隔离架将轴承箱架空在壳体上。
更进一步地，所述的壳体、叶轮、隔离架和轴承箱的箱体的材质均采用304不锈钢。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，其进水口具有增压变径流道，该增压变径流道的截面形状为矩形，且增压变径流道的高度与叶轮的高度一致，并沿叶轮的外圆切向正对叶轮的叶片，利用合理的进出水口布置以及叶轮的结构优化，使水轮机的进水能量有效作用于叶轮的旋转叶片上，并且通过增压变径流道进一步提高进水压力，降低对叶轮的负面冲击，从而更加高效地驱动叶轮旋转，并且利用叶轮的集水环及集水口设计，使进入水轮机的水经过叶轮的叶片后快速向中间旋转集中，并通过集水口快速排出，充分利用了进水能量，并减少了能量的内部消耗，大幅提高了水轮机的工作效率及使用寿命；
(2)本发明的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，其壳体内还设有一位于叶轮下方的布水腔，出水口与布水腔相连通，该布水腔不仅方便了出水口的布置，而且便于均衡水流，保证水轮机的两个出水口能够快速均匀出水，满足横流式冷却塔的使用，具有节能减噪、水压要求低等特点；
(3)本发明的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，其叶轮的叶片为平板结构或弧形板结构，可采用焊接制作，结构简单，制作方便，且叶轮更加轻便灵活，具有更高的转速；
(4)本发明的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，其叶轮的轮盘与壳体的上壁、以及叶轮的外周与壳体的侧壁之间留有微小的转动间隙，保证了进入水轮机内的水能够充分作用于叶轮的叶片上，提高水轮机的工作效率；
(5)本发明的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，其进水口的进水方向与出水口的出水方向相垂直，布置方便，进出水相互不干扰；且出水口包括固定在壳体侧壁上的圆形出水管和连接在出水管上的出水法兰，大口径进水管上还设有进水法兰，便于水轮机在冷却塔上安装使用；
(6)本发明的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，其轴承箱与壳体之间还设有用于将轴承箱与壳体相分离的隔离架，该隔离架将轴承箱架空在壳体上，有效解决了壳体密封失效而导致轴承箱进水损坏的问题，并且，水轮机的大部分部件均采用304不锈钢，大幅延长了水轮机的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机的结构示意图；
图2为本发明的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机的壳体剖开后的结构示意图；
图3为本发明中的壳体的结构示意图；
图4为本发明中的叶轮的结构示意图。
示意图中的标号说明：
1、壳体；2、叶轮；2-1、轮盘；2-2、叶片；2-3、集水环；2-4、集水口；3、转轴；4、轴承箱；5、隔离架；6、进水口；6-1、扇形管；6-2、增压变径流道；6-3、大口径进水管；6-4、进水法兰；7、布水腔；8、出水口；8-1、出水管；8-2、出水法兰。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例
结合图1至图4所示，本实施例的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，包括壳体1、叶轮2、转轴3和轴承箱4，叶轮2通过转轴3安装于壳体1内，转轴3穿过固定在壳体1上的轴承箱4，且转轴3与壳体1之间设有轴封装置，该轴封装置可采用现有的机械密封结构和油封结构等，轴承箱4与壳体1之间还设有用于将轴承箱4与壳体1相分离的隔离架5，该隔离架5将轴承箱4架空在壳体1上，这样，即使轴封装置失效漏水，也能够保证轴承箱4内不会进水，从而有效防止了轴承箱4损坏，提高了水轮机的使用寿命；上述的隔离架5具有上下两个圆盘，上下两个圆盘之间均匀固定有三根以上的支撑杆，当轴封装置损坏泄漏时，漏出的水能够快速从隔离架5向外流散，有效避免了水流向轴承箱4。壳体1的侧壁上设有一个与叶轮2位置相对的进水口6和两个对置的且位于叶轮2下方的出水口8，较佳地，进水口6的进水方向与出水口8的出水方向相垂直，更加便于进出水口的布置，进出水相互不干扰；进水口6包括扇形管6-1和大口径进水管6-3，在本实施例中，扇形管6-1的截面为矩形，且一端宽一端窄，扇形管6-1的宽端沿壳体1的直径方向固定在壳体1上，且扇形管6-1内设有一沿叶轮2切向方向尺寸逐渐减小的增压变径流道6-2(如图1和图3所示)，该增压变径流道6-2可通过一斜置的隔板隔出，制作简单，采用扇形的进水口结构更加牢固；扇形管6-1的窄端与大口径进水管6-3相固连，这样，在水轮机进水时能够有效提高进水压力，从而提高进水流速，提高水轮机的工作效率；如图4所示，上述的叶轮2包括轮盘2-1、沿同一旋转方向垂直固定于轮盘2-1上并由轮盘2-1中心向外辐射的若干叶片2-2和固定在叶片2-2外周上的集水环2-3，集水环2-3与轮盘2-1相平行，且叶片2-2位于集水环2-3与轮盘2-1之间，集水环2-3的中间形成集水口2-4，增压变径流道6-2的截面形状为矩形，且增压变径流道6-2的高度与叶轮2的高度一致，并沿叶轮2的外圆切向正对叶轮2的叶片2-2，经过增压变径流道6-2增压后，水从叶轮2的侧面切向冲击叶轮2的叶片2-2，带动叶轮2快速旋转，在集水环2-3和轮盘2-1的作用下，配合增压变径流道6-2，水全部从叶轮2的侧面进入，并快速向叶轮2的中心流动，并经过集水口2-4快速旋转流出，充分利用了进水能量，并减少了能量的内部消耗，大幅提高了水轮机的工作效率。本实施例中的叶轮2可采用焊接制作，集水环2-3不仅能够起到集水作用，还可以有效提高叶片2-2的结构强度。叶轮2的叶片2-2可以为平板结构或弧形板结构，均按照一定的斜度布置，结构简单，制作方便，且叶轮2更加轻便灵活，具有更高的转速。
如图2所示，在壳体1内还设有一位于叶轮2下方的布水腔7，出水口8与布水腔7相连通，该布水腔7不仅方便了出水口8的布置，而且便于均衡水流，保证水轮机的两个出水口8能够快速均匀出水，满足横流式冷却塔的使用，具有节能减噪、水压要求低等特点。另外，叶轮2的轮盘2-1与壳体1的上壁、以及叶轮2的外周与壳体1的侧壁之间留有微小的转动间隙，保证了进入水轮机内的水能够充分作用于叶轮2的叶片2-2上，提高水轮机的工作效率。为了便于水轮机在冷却塔上安装，上述的出水口8包括固定在壳体1侧壁上的圆形出水管8-1和连接在出水管8-1上的出水法兰8-2，大口径进水管6-3上还设有进水法兰6-4。同时为了延长水轮机的使用寿命，上述的壳体1、叶轮2、隔离架5和轴承箱4的箱体的材质均为304不锈钢。
本实施例的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，工作时，进水管连接到水轮机的进水口6，经过增压变径流道6-2后提高了水流的压力和速度，并切向作用于叶轮2上，由于增压变径流道6-2的高度与叶轮2的高度一致，水流的能量能够完全作用于叶轮2上，并在集水环2-3的作用下，水流从叶轮2的侧面周向进入，并从叶轮2中部的集水口2-4快速旋转流出，带动叶轮2高效旋转，从而驱动转轴3顶部安装的风叶(图中未示出)旋转，大幅提高水轮机的工作效率，充分利用了冷却塔水系统中的“富余能量”；同时，经过叶轮2后的水在布水腔7内均衡分布后从两个出水口8排出。
本发明的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，利用合理的进出水口布置以及叶轮的结构优化，使水轮机的进水能量有效作用于叶轮的旋转叶片上，并且通过增压变径流道进一步提高进水压力，降低对叶轮的负面冲击，从而更加高效地驱动叶轮旋转，并且利用叶轮的集水环及集水口设计，使进入水轮机的水经过叶轮的叶片后快速向中间旋转集中，并通过集水口快速排出，充分利用了进水能量，并减少了能量的内部消耗，大幅提高了水轮机的工作效率及使用寿命。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，包括壳体(1)、叶轮(2)、转轴(3)和轴承箱(4)，所述的叶轮(2)通过转轴(3)安装于壳体(1)内，所述的转轴(3)穿过固定在壳体(1)上的轴承箱(4)，且转轴(3)与壳体(1)之间设有轴封装置，其特征在于：所述的壳体(1)的侧壁上设有一个与叶轮(2)位置相对的进水口(6)和两个对置的且位于叶轮(2)下方的出水口(8)，所述的进水口(6)包括扇形管(6-1)和大口径进水管(6-3)，所述的扇形管(6-1)的宽端沿壳体(1)的直径方向固定在壳体(1)上，且扇形管(6-1)内设有一沿叶轮(2)切向方向尺寸逐渐减小的增压变径流道(6-2)，所述的扇形管(6-1)的窄端与大口径进水管(6-3)相固连；所述的叶轮(2)包括轮盘(2-1)、沿同一旋转方向垂直固定于轮盘(2-1)上并由轮盘(2-1)中心向外辐射的若干叶片(2-2)和固定在叶片(2-2)外周上的集水环(2-3)，所述的集水环(2-3)与轮盘(2-1)相平行，且叶片(2-2)位于集水环(2-3)与轮盘(2-1)之间，集水环(2-3)的中间形成集水口(2-4)，所述的增压变径流道(6-2)的截面形状为矩形，且增压变径流道(6-2)的高度与叶轮(2)的高度一致，并沿叶轮(2)的外圆切向正对叶轮(2)的叶片(2-2)。
2.根据权利要求1所述的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，其特征在于：所述的壳体(1)内还设有一位于叶轮(2)下方的布水腔(7)，所述的出水口(8)与布水腔(7)相连通。
3.根据权利要求1或2所述的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，其特征在于：所述的叶轮(2)的叶片(2-2)为平板结构或弧形板结构。
4.根据权利要求3所述的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，其特征在于：所述的叶轮(2)的轮盘(2-1)与壳体(1)的上壁、以及叶轮(2)的外周与壳体(1)的侧壁之间留有微小的转动间隙。
5.根据权利要求4所述的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，其特征在于：所述的进水口(6)的进水方向与出水口(8)的出水方向相垂直，且出水口(8)包括固定在壳体(1)侧壁上的圆形出水管(8-1)和连接在出水管(8-1)上的出水法兰(8-2)。
6.根据权利要求5所述的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，其特征在于：所述的大口径进水管(6-3)上还设有进水法兰(6-4)。
7.根据权利要求5所述的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，其特征在于：所述的轴承箱(4)与壳体(1)之间还设有用于将轴承箱(4)与壳体(1)相分离的隔离架(5)，该隔离架(5)将轴承箱(4)架空在壳体(1)上。
8.根据权利要求7所述的一种高效耐用的冷却塔专用水轮机，其特征在于：所述的壳体(1)、叶轮(2)、隔离架(5)和轴承箱(4)的箱体的材质均采用304不锈钢。
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