CN108571901A - 一种新型冷却水塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型冷却水塔，它包括水塔壳体；水塔壳体的顶端设有排风孔；水塔壳体的上部设有进水管，且进水管通过支流管与喷淋头连通；支流管与喷淋头呈外切角连通；喷淋头的一端设有水平喷孔；设有水平喷孔的喷淋头一端呈锥形收口状；喷淋头以每两个为一组，且每组喷淋头的水平喷孔呈对向设置；水塔壳体的底部四周设有内倾进风板；水塔壳体的底端设有集水斗，且集水斗的底端与排水管连通。冷却水进入喷淋头后，在其内部呈涡旋状加速流动，喷射的水柱为扇面，提高了换热面积；喷淋头每两个对向设置，喷出的扇形水柱相互撞击打散，能最大限度的提高换热效率，漂水率低，水耗量少，最大程度节约水资源。

Description

一种新型冷却水塔

技术领域

本发明属于冷却水塔技术领域，具体涉及一种用于单塔单风扇无填料喷淋的新型冷却水塔。

背景技术

现有技术中，冷却水塔是一种将水冷却的装置，水在其中与流过的空气进行热交换、质交换，致使水温下降，此装置广泛应用于空调循环水系统和工业用循环水系统中。其基本原理为：需冷却的水在水塔上部通过管道向下喷洒，水塔顶部设有一个很大的抽风机，把空气抽出塔顶，冷空气从塔底的进风口自然吸入，从而利于气流流动，高温水与低温空气进行热交换，加速水的降温；在夏季作业时，冷却水的温度可达到95℃，需要降温至55℃以下才能起到良好的冷却效果。

目前，在喷洒管道的下方都有曲折的且带有S型波浪的填料板，填料板之间相互均匀竖向隔开，高温水体喷洒后在填料板上分散并缓慢下落，以增加水滴的停留散热时间，设计成如此形状是因为有利于水和空气进行对流换热。在工业生产过程中，特别是冶炼作业中产生的废热，都要用到冷却水来导走；即利用冷却水塔将挟带废热和废渣的冷却水在塔内与空气进行热交换，使废热传输给空气并散入大气中；冷却后的水循环进行再利用。

在具体的作业过程中，由于冶炼作业产生的冷却水不仅带有废热还带有固体废渣，采用现有技术的冷却水塔虽然可以起到冷却降温的作用，但是固体废渣在冷却水塔内不断堆积，会将填料板和喷淋头逐渐堵塞，而填料板和喷淋头多为PP硬塑材质受压后会垮塌，冷却水直接下落，热交换效率十分低，散热效果大打折扣，进而影响设备的正常运转；其次，喷淋头由于采用PP硬塑材质，与冷却水中的冶炼废渣难以发生化学反应，虽然可以起到防止腐蚀的作用，但是不耐高温且长时间使用后，废渣淤积量大，不仅会堵塞喷孔，还会压垮喷淋头，造成水流柱状喷射而不是分散的面状喷射，更换率高，使用不便；而金属材质的喷淋头又受到腐蚀的影响难以应用。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在热交换效率低和寿命短的技术问题，提供一种新型冷却水塔，来克服现有技术的不足。

本发明一种新型冷却水塔，它包括内部带有散热腔室的水塔壳体；所述水塔壳体的顶端设有排风孔，且排风孔处设有抽风机；

其要点是所述水塔壳体的上部设有进水管，且进水管通过若干支流管与喷淋头相互连通；所述喷淋头的轴线与支流管的轴线相互呈纵向对应，且支流管与喷淋头相互呈外切角连通；所述喷淋头整体呈圆柱状，且喷淋头的一端设有水平喷孔；所述设有水平喷孔的喷淋头一端呈锥形收口状，且锥形收口的直径向水平喷孔处逐渐缩小；所述喷淋头以每两个为一组，且每组喷淋头的水平喷孔相互呈对向设置；

所述水塔壳体的底部四周设有与散热腔室连通的内倾进风板；所述水塔壳体的底端设有集水斗，且集水斗的底端通过水泵与排水管相互连通。

为了均衡压力并提高喷射效果，所述支流管与喷淋头的连通处设有变径挡环；所述变径挡环的内径小于支流管的内径。

为了提高水流的涡旋速率，所述喷淋头的内部中心处设有锥形导流柱；所述锥形导流柱与水平喷孔相互呈轴线对应。

为了提高换热效率，所述对向设置的喷淋头之间间距为0.8m-1.5m。

为了提高换热效率，所述每组喷淋头呈交错式均匀分布。

为了均衡各个支流管的压力，所述进水管的末端相互连通。

为了提高产品品质，提高喷淋头的耐腐蚀耐高温性能，本发明还对喷淋头材料进行了改进，所述喷淋头按照如下工艺制备而得：

取铝粉100kg、铝镍中间合金30kg、铝铜中间合金10kg、铝钪中间合金10kg；依次放入电熔炉中，升温，控制熔炼温度为800℃，经2小时熔炼，将制备好的熔融液取出，浇注至模具中，以20℃/s的降温速度，冷却至600℃，保温120s，再以10℃/s的速度，冷却至400℃，保温180s，再以10℃/s的速度冷却至室温，脱模得到毛坯；将毛坯进行加热，升温至400℃，升温速度5℃/s，保温30min，然后降温至室温；再升温至500℃，升温速度10℃/s，保温60min，然后降温至室温；去除毛刺即得。

所述铝镍中间合金为AlNi10；所述铝铜中间合金为AlCu30；所述铝钪中间合金为AlSc2。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果主要包括以下几个方面：

本发明结构合理、设计新颖，支流管的轴线与喷淋头的轴线相互纵向对应且支流管与喷淋头呈切角连通，冷却水进入喷淋头后，在其内部呈涡旋状加速流动，喷射的水柱也呈扇形旋转喷射，水柱为扇面，提高了换热面积；同时，变径挡环可提高进入喷淋头的冷却水压力，从而均衡各个不同位置的支流管压力；锥形导流柱用来提高冷却水在喷淋头内部的涡旋速率，提高速度喷射；喷淋头每两个对向设置，喷出的扇形水柱相互撞击打散，能最大限度的提高换热效率，水滴越小散热越快，水滴的大小与抽风机的功率相互调试，呈雾化后的冷却水蒸汽不被抽风机抽出，漂水率低，水耗量少，最大程度节约水资源。本发明解决了现有技术热交换效率低和寿命短的技术问题。

为了提高喷淋头的性能，本发明还涉及对喷淋头材料的改进；本发明通过对在铝粉中添加三种中间合金进行熔炼，解决了烧损以及高熔点金属不易熔入的问题，提高了熔融速度以及合金的稳定性能；在合金的制备过程中，在铝熔液中添加了镍、铜元素，镍和铜与其他金属具备较好的相容型，可改进铝基材的热稳定性和可加工性能，其中，镍元素可在金属表面形成镍卤化物，提高了中性、碱性条件下的耐腐蚀性能，铜元素可以提高合金在海水和酸性条件下的耐腐蚀性能，还能使得耐高温性能进一步得到提升，在高温条件下不软化；钪对铝有着很好的弥散强化作用，可以细化晶粒和抑制再结晶，提高了强度、抗腐蚀以及可塑性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中喷淋头的结构示意主视图。

图3是图2的结构示意右视图。

图4是图3的结构示意剖视图。

图中1、水塔壳体 2、内倾进风板 3、水泵 4、排水管 5、集水斗 6、散热腔室7、喷淋头 8、支流管 9、进水管 10、抽风机 11、排风孔 12、锥形导流柱 13、水平喷孔 14、变径挡环。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，在本发明的描述中，显然下文所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参照图1至图4，本发明它包括内部带有散热腔室6的水塔壳体1；所述水塔壳体1的顶端设有排风孔11，且排风孔11处设有抽风机10；

所述水塔壳体1的上部设有进水管9，且进水管9通过若干支流管8与喷淋头7相互连通；所述喷淋头7的轴线与支流管8的轴线相互呈纵向对应，且支流管8与喷淋头7相互呈外切角连通；所述喷淋头7整体呈圆柱状，且喷淋头7的一端设有水平喷孔13；所述设有水平喷孔13的喷淋头7一端呈锥形收口状，且锥形收口的直径向水平喷孔13处逐渐缩小；所述喷淋头7以每两个为一组，且每组喷淋头7的水平喷孔13相互呈对向设置；

所述水塔壳体1的底部四周设有与散热腔室6连通的内倾进风板2；所述水塔壳体1的底端设有集水斗5，且集水斗5的底端通过水泵3与排水管4相互连通。

为了均衡压力并提高喷射效果，所述支流管8与喷淋头7的连通处设有变径挡环14；所述变径挡环14的内径小于支流管8的内径。

为了提高水流的涡旋速率，所述喷淋头7的内部中心处设有锥形导流柱12；所述锥形导流柱12与水平喷孔13相互呈轴线对应。

为了提高换热效率，所述对向设置的喷淋头7之间间距为0.8m-1.5m。

为了提高换热效率，所述每组喷淋头7呈交错式均匀分布。

为了均衡各个支流管的压力，所述进水管9的末端相互连通。

工作原理：高温冷却水通过进水管进入支流管内，支流管又将水导入喷淋头内；由于支流管的轴线与喷淋头的轴线相互纵向对应且支流管与喷淋头呈切角连通，冷却水进入喷淋头后，在其内部呈涡旋状加速流动，从水平喷孔处喷射出的水柱呈扇形旋转喷射，水柱为扇面，与空气进行换热后热风通过顶端的抽风机排出，换热后的水滴下落进入集水斗，最终通过水泵和排水管排出循环利用。

本发明中的变径挡环提高进入喷淋头的冷却水压力，从而均衡各个不同位置的支流管压力；锥形导流柱用来提高冷却水在喷淋头内部的涡旋速率，提高速度喷射；喷淋头和锥形导流柱配套组装方便，加工简易；喷淋头每两个对向设置，喷出的扇形水柱相互撞击打散，能最大限度的提高换热效率，水滴越小散热越快，水滴的大小与抽风机的功率相互调试，呈雾化后的冷却水蒸汽不被抽风机抽出，漂水率低，水耗量少，最大程度节约水资源。

本发明的冷却水塔改造前后效果对比：

改造前的结构：

采用方形逆流式的S型填料板,材质为改性PP，耐高温≤75℃，耐高温性能差。支流管和喷嘴的管径一致，造成初始水压大，喷射水柱有力，但后续水压低，喷射水柱无力；支流管和喷嘴直线连通并向下喷射，水滴下落快，雾化效果一般不理想，换热效率不高；流量：Q=1000m³/h *1台，风机电机功率30KW, 风机直径4700mm；风量为556000m³/h,叶片材质为玻璃钢，冷却塔单台基础尺寸为7800*8000mm，占地面积大。

存在问题：

该冷却水路属于喷淋形式并通过S型填料板以减少水滴流速使之充分换热为目的，但由于实际工况不同冲渣水温度较高尤其是夏季高达90℃-95℃，且其中含有大量玻璃丝纤维和细小矿物渣粒，极易致使PP材质的S型填料板过热变形或堵塞，水流不畅，影响散热，降温效果差。进水温度t1=80℃，出水温度t2=65℃，温差15℃降温效果低。

改造后的结构形式：

利用原方形逆流式的玻璃钢冷却塔及单风筒和配水主管路，重新布局管网形式，平面间距500mmx1000mm,错位相间对喷，采用喷淋头，喷孔Φ25mm，不会堵塞，而且无需冷却水塔顶端设置集水器。配水系统：为列管式对喷，喷雾型。

改进效果：

因属于喷雾形式，取消了S型填料板的使用,不怕高温和杜绝堵塞、变形故障。其它结构形式及配套水压，风量均不变；夏季进水温度t1=90℃-95℃，出水温度t2=46℃-53℃；冬季进水温度t1=75℃-85℃，出水温度t2=36℃-46℃，冷却效果良好。

实施例2

一种喷淋头，其按照如下工艺制备而得：

取铝粉100kg、铝镍中间合金30kg、铝铜中间合金10kg、铝钪中间合金10kg；依次放入电熔炉中，升温，控制熔炼温度为800℃，经2小时熔炼，将制备好的熔融液取出，浇注至模具中，以20℃/s的降温速度，冷却至600℃，保温120s，再以10℃/s的速度，冷却至400℃，保温180s，再以10℃/s的速度冷却至室温，脱模得到毛坯；将毛坯进行加热，升温至400℃，升温速度5℃/s，保温30min，然后降温至室温；再升温至500℃，升温速度10℃/s，保温60min，然后降温至室温；去除毛刺即得；所述铝镍中间合金为AlNi10；所述铝铜中间合金为AlCu30；所述铝钪中间合金为AlSc2。

实施例3

本发明喷淋头材料的性能测试：

设置对照组，对照组1：不添加铝镍中间合金，其余同实施例2；对照组2：不添加铝铜中间合金，其余同实施例2；对照组3：不添加铝钪中间合金，其余同实施例2；各组别性能参数见表1：

表1

组别	抗拉强度MPa	断裂伸长率%	耐腐蚀性能g/ m2.hr,400h、-10℃	热膨胀系数ppm/℃
					实施例2	321	45.6	0.041	4.9
对照组1	279	40.3	0.069	7.3
					对照组2	268	46.5	0.057	9.6
对照组3	307	42.9	0.073	6.7

如表1所示，本发明通过添加镍、铜以及钪元素，提高了合金材料的力学性能、耐腐蚀耐高温性能，使用寿命大大延长。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种新型冷却水塔，它包括内部带有散热腔室（6）的水塔壳体（1）；所述水塔壳体（1）的顶端设有排风孔（11），且排风孔（11）处设有抽风机（10）；其特征是，

所述水塔壳体（1）的上部设有进水管（9），且进水管（9）通过若干支流管（8）与喷淋头（7）相互连通；所述喷淋头（7）的轴线与支流管（8）的轴线相互呈纵向对应，且支流管（8）与喷淋头（7）相互呈外切角连通；所述喷淋头（7）整体呈圆柱状，且喷淋头（7）的一端设有水平喷孔（13）；所述设有水平喷孔（13）的喷淋头（7）一端呈锥形收口状，且锥形收口的直径向水平喷孔（13）处逐渐缩小；所述喷淋头（7）以每两个为一组，且每组喷淋头（7）的水平喷孔（13）相互呈对向设置；

所述水塔壳体（1）的底部四周设有与散热腔室（6）连通的内倾进风板（2）；所述水塔壳体（1）的底端设有集水斗（5），且集水斗（5）的底端通过水泵（3）与排水管（4）相互连通。

2.根据权利要求1所述的一种新型冷却水塔，其特征是，所述支流管（8）与喷淋头（7）的连通处设有变径挡环（14）；所述变径挡环（14）的内径小于支流管（8）的内径。

3.根据权利要求1所述的一种新型冷却水塔，其特征是，所述喷淋头（7）的内部中心处设有锥形导流柱（12）；所述锥形导流柱（12）与水平喷孔（13）相互呈轴线对应。

4.根据权利要求1所述的一种新型冷却水塔，其特征是，所述对向设置的喷淋头（7）之间间距为0.8m-1.5m。

5.根据权利要求1所述的一种新型冷却水塔，其特征是，所述每组喷淋头（7）呈交错式均匀分布。

6.根据权利要求1所述的一种新型冷却水塔，其特征是，所述进水管（9）的末端相互连通。

7.根据权利要求1-6任其一所述的一种新型冷却水塔，其特征是，所述喷淋头（7）按照如下工艺制备而得：

取铝粉100kg、铝镍中间合金30kg、铝铜中间合金10kg、铝钪中间合金10kg；依次放入电熔炉中，升温，控制熔炼温度为800℃，经2小时熔炼，将制备好的熔融液取出，浇注至模具中，以20℃/s的降温速度，冷却至600℃，保温120s，再以10℃/s的速度，冷却至400℃，保温180s，再以10℃/s的速度冷却至室温，脱模得到毛坯；将毛坯进行加热，升温至400℃，升温速度5℃/s，保温30min，然后降温至室温；再升温至500℃，升温速度10℃/s，保温60min，然后降温至室温；去除毛刺即得。

8.根据权利要求7所述的一种新型冷却水塔，其特征是，所述铝镍中间合金为AlNi10；所述铝铜中间合金为AlCu30；所述铝钪中间合金为AlSc2。