CN108005922B - 一种冷却塔用复合动力水轮风机 - Google Patents

Abstract

本使用新型提供了一种冷却塔用复合动力水轮风机，包括进水装置、冷却装置、单向动力装置以及进水阀门装置；所述进水装置包括水平设置的进水管道以及呈T型的分水管道；所述分水管道的水平管段内与竖直管段内均设有进水阀门；所述冷却装置包括水轮、电动机以及叶片，所述电动机设置在进水管道外壁并位于水轮正上方，电动机主轴与水轮转轴同轴相连；所述单向动力装置包括一个棘轮以及发电机；所述进水阀门装置包括进水阀门、电磁铁；所述发电机分别与第一电磁铁与第二电磁铁电连接。本发明提出的一种冷却塔用复合动力水轮风机解决了水冷却循环系统中的余压能量浪费和水压不够时不能使得冷却叶片正常工作以及自然风过大时影响冷却水循环的问题。

Description

一种冷却塔用复合动力水轮风机

技术领域

本发明涉及冷却塔节能降温领域，具体涉及一种冷却塔用复合动力水轮风机。

背景技术

循环水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。现行的循环水冷却塔的塔顶风机均由一单独的电动机带动，利用风机的运转加速空气对流，实现塔内水汽热量交换，而循环水由循环水泵带动送到塔顶，然后自然落下。为带动塔顶风机工作，需要大量的电能，而冷却水的重力势能以及循环水泵的富余扬程没有得到有效的利用，白白的浪费掉了。

在每个水冷却循环系统中，由于系统设计原因，都存在可回收利用的余压能量。将水冷却循环系统中的余压能量进行有效利用是节能的重要举措之一。在循环水冷却塔中，利用水轮机将其回水余压能转换为机械能并驱动风机运行，改风机由电机(纯电力)驱动为回水余能(水力)驱动，具有高效节能及产生可观的经济效益。

水轮机运用于冷却塔上，代替电机驱动风机，其必备条件是，冷却塔的上水(回水)余压能量须不小于该冷却塔风机正常运行所需能量。目前，全国存在大量冷却塔，其系统回水余压能量低于风机所需能量。若不对冷却塔风机进行节能改造，则系统回水余压能量被直接浪费，十分可惜。

现采用一种冷却塔用复合动力水轮风机，将回水余压能充分转换做功于风机，同时辅以小功率电机作补偿，两者叠加共同做功驱动风机，使风机达额定转速。对于系统回水余压能量低于风机所需能量的冷却塔，风机节能改造得到很好解决。但是当循环冷却水急剧升高时，循环进水压不足以驱动水轮机带动风机正常转动，导致风机散热转速不足，不能满足对循环水的水气热量交换速度，循环出水口的水温达不到设备要求，如风机转速不能及时提高，将导致循环水温恶性循环提高。并且在驱动较大的风机叶轮时，其水轮机在开始转动时单单依靠循环水的重力势能以及循环水分的富余扬程有时候还不足以驱动风机叶轮转动，从而使得循环水冷却塔系统无法正常工作。

尤其是水轮机一般工作的地方都是沿海的炼油厂以及一些化工厂，而这些工厂的选址地点往往都存在较大风速的自然风。而当自然风的风向与风机叶片转动产生风的方向相反时，会降低风机叶片转动效率，甚至遇到台风袭来时会把风机叶片方向吹动，使得冷却水不能正常循环，影响工厂使用效率。

发明内容

本发明要解决的问题是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种冷却塔用复合动力水轮风机，用以解决水冷却循环系统中的余压能量浪费和水压不够时不能使得冷却叶片正常工作以及自然风过大时影响冷却水循环的问题。

一种冷却塔用复合动力水轮风机，包括进水装置、冷却装置、单向动力装置以及进水阀门装置；

所述进水装置包括水平设置的进水管道以及呈T型的分水管道，所述分水管道上的水平管段的两端分别与进水管道的进水端和外接进水口连通，其竖直管段与冷却塔进水端连通；所述分水管道的水平管段内与竖直管段内均设有进水阀门；

所述冷却装置包括水轮、电动机以及叶片，所述水轮设置在进水管道内且其轴线与进水管道轴线垂直，所述电动机设置在进水管道外壁并位于水轮正上方，电动机主轴与水轮转轴同轴相连，所述叶片设置在电动机主轴远离水轮的一端；

所述单向动力装置包括一个棘轮以及发电机，所述发电机主轴上固定有一个齿轮，所述棘轮为内棘轮且在其外部轮缘上设有与所述齿轮相啮合的轮齿；

所述进水阀门装置包括进水阀门、电磁铁，所述进水阀门的其中一个进水阀门设置在分水管道的水平管段内，另一个进水阀门设置在分水管道的竖直管段内，所述电磁铁包括两个，第一电磁铁固定在分水管道的水平管段外壁并位于其中一个进水阀门下方，第二电磁铁固定在分水管道竖直管段外壁靠其中一个进水阀门的一侧；所述进水阀门包括隔水格栅、过水格栅、弹簧，所述弹簧一端连接在过水格栅，另一端连接在分水管道的相应管段的内壁，以使得所述的隔水格栅与过水格栅能相互配合而打开或关闭分水管道的相应管段。

所述发电机分别与第一电磁铁与第二电磁铁电连接。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明给出的一种冷却塔用复合动力水轮风机，用以解决水冷却循环系统中的余压能量浪费、水压不够时不能使得风机叶片正常工作以及自然风过大时影响冷却水循环的问题。通过在冷却水循环系统中加入水轮，并将叶片与水轮连接，通过冷却水推动水轮转动，进而带动叶片转动，使得冷却水的余压能量得到二次利用；通过在叶片与水轮之间设置电动机，在水压不足或者需要叶片更大功率输出时，启动电动机，为叶片提供额外的辅助动力；同时通过设置进水阀门装置，使得机器能根据叶片的转动情况选择是否断开通入设有水轮的管道中的水，从而避免了叶片反转时，影响冷却水的正常循环过程。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明棘轮-电动机结构示意图示意图；

图3为图1A部放大示意图；

图4为图1B部放大示意图；

图5为图1C部放大示意图；

图6为本发明阀门关闭示意图；

图7为本发明阀门打开示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述：

如图1-7所示，本发明提供一种冷却塔用复合动力水轮风机，包括进水装置1、冷却装置2、单向动力装置3以及进水阀门装置4。

所述进水装置1包括水平设置的进水管道11以及呈T型的分水管道12，所述分水管道12上的水平管段121的两端分别与进水管道11的进水端和外接进水口连通，其竖直管段122与冷却塔进水端连通；所述分水管道12的水平管段121内与竖直管段122内均设有进水阀门41。

所述冷却装置2包括水轮21、电动机22以及叶片23，所述水轮21设置在进水管道11内且其轴线与进水管道11轴线垂直，所述电动机22设置在进水管道11外壁并位于水轮22正上方，电动机22主轴与水轮21转轴同轴相连，此处的电动机22为现有的电机稍加适应性的改进而来，改进方式有很多，例如直接放电机转轴穿出两端，一端与水轮21同轴相连；当然，也可以通过其他传动结构与电动机的主轴传动连接，这些均是本领域技术人员根据具体的安装需要所能做出的适应性设计，因此，本实施例的此处不进一步详述连接细节结。所述叶片23设置在电动机22主轴远离水轮21的一端。

所述单向动力装置3包括一个棘轮31以及发电机32，所述发电机32主轴321上固定有一个齿轮322，所述棘轮31为内棘轮且在其外部轮缘311上设有与所述齿轮322相啮合的轮齿。

所述进水阀门装置4包括进水阀门41、电磁铁42，所述进水阀门41的其中一个进水阀门411设置在分水管道12的水平管段121内，另一个进水阀门412设置在分水管道12的竖直管段122内，所述电磁铁42包括第一电磁铁421与第二电磁铁422，第一电磁铁421固定在分水管道12的水平管段121外壁并位于其中一个进水阀门411下方，第二电磁铁422固定在分水管道12竖直管段122外壁靠其中一个进水阀门411的一侧；所述进水阀门41包括隔水格栅、过水格栅、弹簧，所述弹簧一端连接在过水格栅，另一端连接在分水管道12的相应管段的内壁，以使得所述的隔水格栅与过水格栅能相互配合而打开或关闭分水管道12的相应管段。

所述发电机32分别与第一电磁铁421与第二电磁铁422电连接。

上述方案中，通过在进水管道11外壁设置有电动机22并位于水轮21正上方，电动机22主轴与水轮21转轴同轴相连，叶片23设置在电动机22主轴远离水轮21的一部，同时进水管道11内设置水轮21，使得冷却塔循环用水在进水管道11中通过时，能冲动水轮21旋转，而当水轮21转动时，进而能带动叶片23转动，从而将冷却水的余压转利用转换为叶片23的动能。而当循环冷却水急剧升高时，循环进水压不足以驱动水轮21带动叶片23正常转动，导致叶片23散热转速不足，不能满足对循环水的水气热量交换速度，循环出水口的水温达不到设备要求，如叶片23转速不能及时提高，将导致循环水温恶性循环提高。并且在驱动较大的叶片23时，其水轮21在开始转动时单单依靠循环水的重力势能以及循环水分的富余扬程有时候还不足以驱动叶片23转动，从而使得循环水冷却塔系统无法正常工作，因此在叶片23轴上设置一个电动机22，当叶片23转速不足时，为叶片23提供额外的动力来源。由于冷却塔用复合动力水轮风机的使用地点，往往存在较大的自然风，而自然风速过大之后，可能会影响叶片23的转动，甚至将叶片23吹至反转，进而影响了冷却水的循环过程，因此设置单向动力装置3以及进水阀门装置4，当水轮21被冷却水推动时，带动棘轮31转动，接着发电机32被带动发电，为电磁铁42供电，使得第一电磁铁421吸附第一过水格栅4112，进而打开分水管12的水平管段121；同时使得第二电磁铁422吸附第二过水格栅4122，关闭分水管道12的竖直管段122。而当叶片23被风吹动使得水轮21反向推动冷却水时，棘轮31不能带动发电机32发电，进而使得电磁铁42断电，封闭分水管12的水平管段121，打开分水管12的竖直管段122，从而避免了叶片23被风吹动影响冷却水的正常使用。

作为本发明进一步的实施细节，参照图1、图3、图4、图6、图7所示，所述其中一个进水阀门411包括第一隔水格栅4111、第一过水格栅4112、第一弹簧4113，所述第一隔水格栅4112固定在分水管道12水平管段121内，所述第一弹簧4113一端连接在第一过水格栅4111上方，另一端连接在分水管道12水平管段121腔体内壁顶部；

所述另一个进水阀门412包括第二隔水格栅4121、第二过水格栅4122、第二弹簧4123，所述第二隔水格栅4121固定在分水管道12竖直管段122腔体内，所述第二弹簧4123设置在分水管道12竖直管段122腔体内壁的竖直凹槽1221内，所述第二弹簧4123一端连接在连接在凹槽1221内壁，另一端绕过设置在竖直凹槽1221底部的定滑轮1222连接第二过水格栅4122一侧。

上述方案中，分水管道12在设置进水阀门41处为管段截面为矩形管段，第一隔水格栅4111上的间隙可被第一过水格栅4112上的格栅填充配合，以打开或封闭分水管道12的水平管段121，同样地，第二隔水格栅4121与第二过水格栅4122的之间的缝隙能被相应的格栅填充配合，以打开或封闭分水管道12的竖直管段122。而在初始时刻，没有冷却水流通过进水管道11，电磁铁42处于断电阶段，第一过水格栅4112在第一弹簧4113以及第一过水格栅4112自身重力的作用下，第一隔水格栅4111与第一过水格栅4112配合封闭分水管道12水平管段121，第二过水格栅4122在第二弹簧4123作用下，打开分水管道12的竖直管段122。

作为本发明进一步的实施细节，参照图1所示，所述电机22主轴与水轮21主轴一体成型而构成中心主轴5。

上述方案中，电机22主轴与水轮21主轴一体成型而构成中心主轴5，使得水轮21与电机22以及叶片23为一个整体同步转动。

作为本发明进一步的实施细节，参照图1所示，所述电动机22包括壳体221、定子励磁组222、转子223、刷子224，所述定子励磁组222固定在壳体内壁221，所述转子223设置在壳体221的腔体内并固定在中心主轴5上，所述转子222上线圈连接在中心主轴5上，所述刷子223一端与外接电源连接，所述刷子223另一端与连接在中心主轴5上的线圈滑动连接。

上述方案中，电机22这样的设置，使得电机22的运行与水轮21的转动能同步进行，而不会互相干扰。

作为本发明进一步的实施细节，参照图1、图5所示，所述中心主轴5在与进水管道11以及壳体221的连接处设有隔水密封装置51，所述隔水密封装置51包括双层隔水密封圈511。上述方案中，隔水装置51的设置，避免了进水管道11中的水流进电机22以及单向动力装置3中，导致装置老化生锈。

作为本发明进一步的实施细节，参照图1所示，所述冷却塔用复合动力水轮风机包括两种类型；类型一为立式布置，安装在冷却塔顶玻璃钢风筒之内，叶片23安装于中心主轴5顶端，类型二为卧式布置，安装于冷却塔顶玻璃钢风筒之外，叶片23安装于中心主轴端部5。上述方案中，冷却塔用复合动力水轮风机分别采用立式布置、卧式布置，使得叶片不仅可以直接将风吹入冷却塔中，还能对冷却塔的壳体进行降温。

进一步的是，棘轮31采用的是内棘轮设置，中心主轴5位于棘轮31的中心，且在中心主轴上固定有棘爪312，且在棘轮外部轮311内圈设有配合棘爪312的棘齿，在棘轮31外部轮311外圈上设置有配合发电机32主轴上齿轮322的轮齿。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种冷却塔用复合动力水轮风机，其特征在于，

包括进水装置、冷却装置、单向动力装置以及进水阀门装置；

所述进水装置包括水平设置的进水管道以及呈T型的分水管道，所述分水管道上的水平管段的两端分别与进水管道的进水端和外接进水口连通，其竖直管段与冷却塔进水端连通；所述分水管道的水平管段内与竖直管段内均设有进水阀门；

所述冷却装置包括水轮、电动机以及叶片，所述水轮设置在进水管道内且其轴线与进水管道轴线垂直，所述电动机设置在进水管道外壁并位于水轮正上方，电动机主轴与水轮转轴同轴相连，所述叶片设置在电动机主轴远离水轮的一端；

所述单向动力装置包括一个棘轮以及发电机，所述发电机主轴上固定有一个齿轮，所述棘轮为内棘轮且在其外部轮缘上设有与所述齿轮相啮合的轮齿；

所述进水阀门装置包括进水阀门、电磁铁，所述进水阀门的其中一个进水阀门设置在分水管道的水平管段内，另一个进水阀门设置在分水管道的竖直管段内，所述电磁铁包括两个，第一电磁铁固定在分水管道的水平管段外壁并位于其中一个进水阀门下方，第二电磁铁固定在分水管道竖直管段外壁靠所述其中一个进水阀门的一侧；所述进水阀门包括隔水格栅、过水格栅、弹簧，所述弹簧一端连接在过水格栅，另一端连接在分水管道的相应管段的内壁，以使得所述的隔水格栅与过水格栅能相互配合而打开或关闭分水管道的相应管段；

所述发电机分别与第一电磁铁与第二电磁铁电连接；

其中一个进水阀门包括第一隔水格栅、第一过水格栅、第一弹簧，所述第一隔水格栅固定在分水管道第一管道腔体内，所述第一弹簧一端连接在第一过水格栅上方，另一端连接在分水管道第一管道腔体内壁顶部；

另一个进水阀门包括第二隔水格栅、第二过水格栅、第二弹簧，所述第二隔水格栅固定在分水管道第二管道腔体内，所述第二弹簧设置在分水管道第二管道腔体内壁的竖直凹槽内，所述第二弹簧一端连接在连接在凹槽内壁，另一端绕过设置在竖直凹槽底部的定滑轮连接第二过水格栅一侧；

所述电机主轴与水轮主轴一体成型而构成中心主轴。

2.根据权利要求1所述的一种冷却塔用复合动力水轮风机，其特征在于，

所述电动机包括壳体、定子励磁组、转子、刷子，所述定子励磁组固定在壳体内壁，所述转子设置在壳体的腔体内并固定在中心主轴上，所述转子上线圈连接在中心主轴上，所述刷子一端与外接电源连接，所述刷子另一端与连接在中心主轴上的线圈滑动连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种冷却塔用复合动力水轮风机，其特征在于，

所述中心主轴在与进水管道以及壳体的连接处设有隔水密封装置，所述隔水密封装置包括双层隔水密封圈。