CN109931203A - 一种带永磁动力补偿装置的冷却塔水轮机 - Google Patents
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Abstract
一种带永磁动力补偿装置的冷却塔水轮机，它包括主轴（1），主轴（1）的一端伸入水轮机流道（2）中并安装有水轮机转轮（3），主轴的另一端上安装有风机叶片，主轴（1）的中间段安装在上轴承（4）和下轴承（5）中，其特征是所述的上轴承座和下轴承座之间的主轴段上安装有永久磁铁（9），永久磁铁（9）的外侧安装有转子铁芯（10），在上轴承座和下轴承座组成的轴承座壳体内侧固定有定子铁芯（11），定子铁芯（11）上绕有定子绕组（12），定子绕组（12）与电源控制装置相连；所述的永久磁铁（9）、转子铁芯（10）、定子铁芯（11）和定子绕组（12）构成一电动机永磁动力补偿装置。本发明结构简单，补偿可靠，能提高系统运动的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷却塔节能技术，尤其是一种以水为介质的换热装置用冷却塔，具体地说是一种带永磁动力补偿装置的冷却塔水轮机。
背景技术
众所周知，在石油化工、中央空调等领域，以水为冷媒的换热装置经换热后需要对循环水进行冷却，利用轴流风机对经过冷却塔的循环水进行冷却是一种常用的技术手段，因此，轴流风机需长期运行，消耗大量的能源。为此，中国专利021111693发明了一种利用循环水压驱动水轮机，再利用水轮机带动风机叶片转动的技术，实现了节能效果，每年可节省大量的风机电能损耗，这种技术目前已得到了很好的推广应用，节能效果十分显著，同时噪音也得到了显著的改善。据测算，改造投资只需一至二年即可通过节省电费收回。
经过多年的实践，申请人发现现有的水轮机技术存在一定的局限性，如循环水系统中富余压力不足，则水轮机利用此富余压力所输出轴功率就不足以推动冷却塔风机达到额定转速，这样就降低了冷却塔的冷却效果，影响生产工艺要求。如要使风机达到额定转速就要提高系统供水压力，这样就减少系统循环水量，从而降低换热装置的换热效果，影响生产的正常运行。对此，常无好的解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有的循环水系统因富余压力不足，导致水轮机输出轴功率小于风机额定功率而达不到额定转速，从而影响冷却效果和系统运行稳定的问题，设计一种能在系统富余压力不足时，主动补偿主轴动力使之保持在额定转速下稳定运行的带永磁动力补偿装置的冷却塔水轮机。
本发明的技术方案是：
一种带永磁动力补偿装置的冷却塔水轮机，它包括主轴1，主轴1的一端伸入水轮机流道2中并安装有水轮机转轮3，主轴的另一端安装有风机叶片，主轴1的中间段安装在上轴承4和下轴承5中，上轴承4安装在上轴承座6中，下轴承5安装在下轴承座7中，下轴承座7固定在水轮机壳体8上，上轴承座和下轴承座通过连接件相连，其特征是所述的上轴承座和下轴承座之间的主轴段上安装有永久磁铁9，永久磁铁9的外侧安装有转子铁芯10，在上轴承座和下轴承座组成的轴承座壳体内侧固定有定子铁芯11，定子铁芯11上绕有定子绕组12，定子绕组12与电源控制装置相连；所述的永久磁铁9、转子铁芯10、定子铁芯11和定子绕组12构成一电动永磁动力补偿装置。
所述的电源控制装置能在水轮机需动力补偿时，开启电源给定子绕组供电，使水轮机主轴获得额外的轴功率补充，使主轴按设定的转速转动，当不需动力补偿时，断开定子绕组供电线路，使定子绕组不工作，同时断开供电线路时也切断定子绕组线圈的闭合状态，永磁磁场不能使定子绕组产生电流，从而避免主轴输出轴功率降低。
所述的上轴承座和下轴承座组成的轴承座壳体上设有冷却液通道15，冷却液通道15的进口13与冷却塔的出水相连通，经冷却液通道15吸热后的水通过冷却液出口14排出轴承座壳体外。
所述的永磁动力补偿装置的补偿功率W2（单位为kW）为：
W2=(W1/η1-9.81×Q×H)/η2
式中：W1为风机轴功率，Q为水轮机流量，单位为m3/s, H为系统富余压力，单位为m，η1为水轮机效率，η2为补偿装置传动效率。
本发明的有益效果：
本发明能在系统富余压力不足时对水轮机起补偿作用，确保冷却塔风机在额定风量条件下所需的轴功率，技术关键点是夏季补偿，其他季节不补偿，从而得到节能和环保目的。
本发明能在系统富余压力不足或夏季风机满负荷运行时起辅助作用，达到循环水工艺要求和节能的目的，它适用于任何状态下的循环水系统冷却塔。
本发明结构简单，实现方便，解决了长期制约系统稳定运行的难题，显著提高系统运行的稳定性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
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所示。
一种带永磁动力补偿装置的冷却塔水轮机，它包括主轴1，主轴1的一端伸入水轮机流道2中并安装有水轮机转轮3，主轴的另一端上安装有风机叶片，主轴1的中间段安装在上轴承4和下轴承5中，上轴承4安装在上轴承座6中，下轴承5安装在下轴承7中，下轴承座7固定在水轮机壳体8上，上轴承座和下轴承座通过连接件相连，其特征是所述的上轴承座和下轴承座之间的主轴段上安装有永久磁铁9，永久磁铁9的外侧安装有转子铁芯10，在上轴承座和下轴承座组成的轴承座壳体内侧固定有定子铁芯11，定子铁芯11上绕有定子绕组12，定子绕组12与电源控制装置16（可采用常规技术自行设计制造）相连，所述的电源控制装置能在水轮机需动力补偿时，开启电源给定子绕组供电，使水轮机主轴获得额外的轴功率补充，使主轴按设定的转速转动，当不需动力补偿时，断开定子绕组供电线路，使定子绕组不工作，同时断开供电线路时也切断定子绕组线圈的闭合状态，永磁磁场不能使定子绕组产生电流，从而避免主轴输出轴功率降低。所述的永久磁铁9、转子铁芯10、定子铁芯11和定子绕组12构成一电动永磁动力补偿装置。为了防止电动永磁动力补偿装置运行发热影响效率和寿命，具体实施时，还可在上轴承座和下轴承座组成的轴承座壳体上设有冷却液通道15，冷却液通道15的进口13与冷却塔的出水相连通，经冷却液通道15吸热后的水通过冷却液出口14排出轴承座壳体外。
详述如下：
本发明的水轮机主要是循环水系统冷却塔的节能升级，只要循环水系统中存在富余压力（如势压、阀门闭压等）即可被水轮机利用，在系统富余压力不足的情况下可通过能量补偿方式进行补偿，得到风机所需的轴功率，从而在任何工况条件下都能达到节能的目的。
本发明解决了循环水系统中阀门闭压状态所带来的压损，使流体通畅不产生涡流和振动状况；本发明通过增设永磁电动补偿装置在系统富余压力不足时对水轮机起补偿作用，确保冷却塔风机在额定风量条件下所需的轴功率，技术关键点是夏季补偿，其他季节不补偿，从而得到节能和环保目的。
本发明在水轮机轴承室设一永磁电动装置，永磁嵌入水轮机主轴作为转子，线圈绕组嵌入轴承座作为定子，通过电动驱动主轴使主轴达到动力补偿，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永磁电动补偿装置，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永磁电动补偿装置，当夏季冷却塔冷却效果不足时也可开启补偿装置，增加风量和冷却效果。
补偿装置连接有电源控制装置，当水轮机需动力补偿时，开启电源供电定子绕组，使水轮机主轴获得所需的轴功率，当不需动力补偿时，断开绕组供电线路，使绕组不工作，另断开供电线路时也切断绕组线圈的闭合状态，永磁磁场也不能使绕组产生电流，从而避免主轴输出轴功率降低。
补偿装置还设有绕组冷却装置，利用循环水系统冷却塔出塔的冷却水供绕组降温，夏季冷却水的温度在30℃左右，且水量充足，足够保证绕组的温降。
本发明的能量补偿的理论计算（能量补偿原则是消耗最小能源）：
补偿装置补偿功耗计算：
设：风机轴功率为W1，补偿装置运行功率为W2，水轮机流量为Q，系统富余压力为H，水轮机效率为η1，补偿装置传动效率为η2，则补偿装置功耗选择如下：
W2=(W1/η1-9.81×Q×H)/η2
式中：功率单位为kW，流量Q单位为m3/s,压力H为m。
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 (4)
1.一种带永磁动力补偿装置的冷却塔水轮机，它包括主轴（1），主轴（1）的一端伸入水轮机流道（2）中并安装有水轮机叶片（3），主轴的另一端上安装有风机叶片，主轴（1）的中间段安装在上轴承（4）和下轴承（5）中，上轴承（4）安装在上轴承座（6）中，下轴承（5）安装在下轴承座（7）中，下轴承座（7）固定在水轮机壳体（8）上，上轴承座和下轴承座通过连接件相连，其特征是所述的上轴承座和下轴承座之间的主轴段上安装有永久磁铁（9），永久磁铁（9）的外侧安装有转子铁芯（10），在上轴承座和下轴承座组成的轴承座壳体内侧固定有定子铁芯（11），定子铁芯（11）上绕有定子绕组（12），定子绕组（12）与电源控制装置相连；所述的永久磁铁（9）、转子铁芯（10）、定子铁芯（11）和定子绕组（12）构成一电动机永磁动力补偿装置。
2.根据权利要求1所述的带永磁动力补偿装置的冷却塔水轮机，其特征是所述的电源控制装置能在水轮机需动力补偿时，开启电源给定子绕组供电，使水轮机主轴获得额外的轴功率补充，使主轴按设定的转速转动，当不需动力补偿时，断开定子绕组供电线路，使定子绕组不工作，同时断开供电线路时也切断定子绕组线圈的闭合状态，永磁磁场不能使定子绕组产生电流，从而避免主轴输出轴功率降低。
3.根据权利要求1所述的带永磁动力补偿装置的冷却塔水轮机，其特征是所述的上轴承座和下轴承座组成的轴承座壳体上设有冷却液通道（15），冷却液通道（15）的进口（13）与冷却塔的出水相连通，经冷却液通道（15）吸热后的水通过冷却液出口（14）排出轴承座壳体外。
4.根据权利要求1所述的带永磁动力补偿装置的冷却塔水轮机，其特征是所述的永磁动力补偿装置的补偿功率W2（单位为kW）为：
W2=(W1/η1-9.81×Q×H)/η2
式中：W1为风机轴功率，，Q为水轮机流量，单位为m3/s, H为系统富余压力，单位为m，η1为水轮机效率，η2为补偿装置传动效率。
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