CN114152108A - 一种混合驱动的可调角冷却塔系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冷却塔领域，尤其是一种混合驱动的可调角冷却塔系统，针对现有的不能实现循环水余压余能的合理利用，也不能满足环境高温时段风机大风量的需求，同时在环境低温时段会有浪费余压余能的问题，现提出如下方案，其包括塔体外壳，所述塔体外壳的顶部固定连通有风筒，所述塔体外壳的顶部设置有异步电机和水轮机，所述风筒的内部通过横梁固定连接有减速机，本发明中，可以实现循环水余压余能的合理利用，不仅能够满足环境高温时段叶片可调角风机叶轮大风量的需求，还能消除环境低温时段的浪费，多余的能量能够回收至电网，同时可以通过离合器减小减速机和叶片可调角风机叶轮的功耗和磨损。
Description
技术领域
本发明涉及冷却塔技术领域，尤其涉及一种混合驱动的可调角冷却塔系统。
背景技术
冷却塔主要由壳体、风机、淋水器、填料、集水池构成；冷却塔以水做为冷却媒介，以水循环的方式从其他换热设备吸收热量，在冷却塔内以水蒸发的方式实现循环水的冷却，冷却后的水通过水泵注入其他换热设备，水从其他换热设备吸热后再次返回至冷却塔。
冷却塔的散热量与风机的通风量及环境空气的温、湿度密切相关，现有的冷却塔风机有两种驱动形式：电动机消耗电能驱动风机或利用吸收水循环系统的余压余能拖动水轮机来驱动风机，上述两种方法的缺点是：1、电动机直接驱动风机的方式不能利用循环水系统的余压余能；2、水轮机驱动风机时，正常的余能余压不能满足环境高温时段风机大风量时的功率需求，为满足风机功率的需求，需更换大功率的循环水系统的水泵，人为增加余压余能，风机表面上没有直接消耗电能，其实通过水泵间接的在消耗电能；3、在环境空气的低温时段，冷却塔不需要大风量时，但循环水量保持不变，只能从水轮机前端旁路放水至冷却塔，回水的余压余能不能充分利用，当气温低到一定程度时，冷却塔不需要机械通风，循环水系统的余压余能将完全浪费掉，所以我们提出一种混合驱动的可调角冷却塔系统，用于解决上述所提到问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的不能实现循环水余压余能的合理利用，也不能满足环境高温时段风机大风量的需求，同时在环境低温时段会有浪费余压余能的缺点，而提出的一种混合驱动的可调角冷却塔系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种混合驱动的可调角冷却塔系统，包括塔体外壳，所述塔体外壳的顶部固定连通有风筒，所述塔体外壳的顶部设置有异步电机和水轮机，所述风筒的内部通过横梁固定连接有减速机，所述减速机的输出轴固定连接有叶片可调角风机叶轮，所述减速机的输入轴固定连接有传动轴，所述传动轴与异步电机的输出轴固定连接，所述水轮机的进水口固定连通有进水管，所述水轮机的出水口固定连通有出水管，所述水轮机的输出轴和异步电机的输出轴通过连接组件传动连接，异步电机与电网电性连接。
优选地，所述连接组件包括固定连接在水轮机输出轴上的联轴器，所述水轮机的输出轴通过联轴器与异步电机的输出轴固定连接。
优选地，所述连接组件包括固定套设在异步电机输出轴上的第二同步轮和固定套设在水轮机输出轴上的第一同步轮，所述第一同步轮和第二同步轮的外壁套设有同一个同步带。
优选地，所述连接组件包括固定套设在异步电机输出轴上的第二齿轮和固定套设在水轮机输出轴上的第一齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮相啮合。
优选地，所述异步电机的输出轴和传动轴之间设置有同一个离合器，可以在不驱动叶片可调角风机叶轮的时候，利用异步电机吸收机械能转化为电能回馈发电给电网。
优选地，所述风筒的顶部设置有安全防护网，避免冰雹等进入。
优选地，所述塔体外壳的侧面开设有多个进风口，所述塔体外壳的内部设置有填料可以用于增大循环水与空气的接触面积，以及增加水与空气的接触时间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、相对于独立的循环水能发电系统，本发明不需要配置单独的发电机及其控制系统，而只是使用一台异步电机及控制系统，既用于吸收余压余能发电，又用于拖动叶片可调角风机叶轮运转，并且两种状态的转换因叶片角度调节而自行改变，不需要人为控制，变化的过程是逐渐过渡，对电网没有冲击；
2、循环水能独立驱动叶片可调角风机叶轮系统为满足叶片可调角风机叶轮消耗的需求，需人为增大循环水系统的余压余能，增加循环水系统的功耗，当冷却塔对通风量减小时富裕水能又不能利用，而本发明只是利用循环水系统合理的富裕能量，辅助异步电机共同驱动叶片可调角风机叶轮，当叶片可调角风机叶轮功耗减小时，多余能量可回收至电网；
3、离合器的配置，可使得冬季低温季节不需通风时，循环水的余压余能全部吸收发电，减速机和叶片可调角风机叶轮停止运行减小功耗和磨损；
4、混合驱动，水轮机的输出功率+异步电机的输出功率＝叶片可调角风机叶轮的消耗功率，异步电机和水轮机的功率配置比任何单独驱动的功率配置都要小；通风量需求减少时，调小叶片角度可降低电机功耗，表现为节能，进一步减小至叶轮功耗小于水轮机输出时，表现为吸收余能发电，能量回收。
本发明中，可以实现循环水余压余能的合理利用，不仅能够满足环境高温时段叶片可调角风机叶轮大风量的需求，还能消除环境低温时段的浪费，多余的能量能够回收至电网，同时可以通过离合器减小减速机和叶片可调角风机叶轮的功耗和磨损，使用方便。
附图说明
图1为本发明提出的一种混合驱动的可调角冷却塔系统的三维结构示意图；
图2为本发明提出的一种混合驱动的可调角冷却塔系统的三维剖视结构示意图；
图3为本发明中实施例三的三维图；
图4为本发明中第一同步轮和第二同步轮的三维图；
图5为本发明中实施例四的三维图；
图6为本发明中第一齿轮和第二齿轮的三维图；
图7为本发明中异步电机的固有机械特性曲线图。
图中：1、安全防护网；2、风筒；3、塔体外壳；4、进风口；5、出水管；6、水轮机；7、进水管；8、异步电机；9、叶片可调角叶轮；10、减速机；11、传动轴；12、第一同步轮；13、同步带；14、第二同步轮；15、第一齿轮；16、第二齿轮；17、离合器；18、横梁。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一
参照图1-7，一种混合驱动的可调角冷却塔系统，包括塔体外壳3，塔体外壳3的顶部固定连通有风筒2，塔体外壳3的顶部设置有异步电机8和水轮机6，风筒2的内部通过横梁18固定连接有减速机10，减速机10的输出轴固定连接有叶片可调角风机叶轮9，减速机10的输入轴固定连接有传动轴11，传动轴11与异步电机8的输出轴固定连接，水轮机6的进水口固定连通有进水管7，水轮机6的出水口固定连通有出水管5，水轮机6的输出轴和异步电机8的输出轴通过连接组件传动连接，异步电机8与电网电性连接，异步电机8的输出轴和传动轴11之间设置有同一个离合器17，可以在不驱动叶片可调角风机叶轮9的时候，利用异步电机8吸收机械能转化为电能回馈发电给电网，风筒2的顶部设置有安全防护网1，避免冰雹等进入，塔体外壳3的侧面开设有多个进风口4，塔体外壳3的内部设置有填料可以用于增大循环水与空气的接触面积，以及增加水与空气的接触时间。
实施例二
参照图1-7，一种混合驱动的可调角冷却塔系统，包括塔体外壳3，塔体外壳3的顶部固定连通有风筒2，塔体外壳3的顶部设置有异步电机8和水轮机6，风筒2的内部通过横梁18固定连接有减速机10，减速机10的输出轴固定连接有叶片可调角风机叶轮9，减速机10的输入轴固定连接有传动轴11，传动轴11与异步电机8的输出轴固定连接，水轮机6的进水口固定连通有进水管7，水轮机6的出水口固定连通有出水管5，水轮机6的输出轴和异步电机8的输出轴通过连接组件传动连接，连接组件包括固定连接在水轮机6输出轴上的联轴器，水轮机6的输出轴通过联轴器与异步电机8的输出轴固定连接，异步电机8与电网电性连接，异步电机8的输出轴和传动轴11之间设置有同一个离合器17，可以在不驱动叶片可调角风机叶轮9的时候，利用异步电机8吸收机械能转化为电能回馈发电给电网，风筒2的顶部设置有安全防护网1，避免冰雹等进入，塔体外壳3的侧面开设有多个进风口4，塔体外壳3的内部设置有填料可以用于增大循环水与空气的接触面积，以及增加水与空气的接触时间。
实施例三
参照图1-7，一种混合驱动的可调角冷却塔系统，包括塔体外壳3，塔体外壳3的顶部固定连通有风筒2，塔体外壳3的顶部设置有异步电机8和水轮机6，风筒2的内部通过横梁18固定连接有减速机10，减速机10的输出轴固定连接有叶片可调角风机叶轮9，减速机10的输入轴固定连接有传动轴11，传动轴11与异步电机8的输出轴固定连接，水轮机6的进水口固定连通有进水管7，水轮机6的出水口固定连通有出水管5，水轮机6的输出轴和异步电机8的输出轴通过连接组件传动连接，连接组件包括固定套设在异步电机8输出轴上的第二同步轮14和固定套设在水轮机6输出轴上的第一同步轮12，第一同步轮12和第二同步轮14的外壁传动套设有同一个同步带13，异步电机8与电网电性连接，异步电机8的输出轴和传动轴11之间设置有同一个离合器17，可以在不驱动叶片可调角风机叶轮9的时候，利用异步电机8吸收机械能转化为电能回馈发电给电网，风筒2的顶部设置有安全防护网1，避免冰雹等进入，塔体外壳3的侧面开设有多个进风口4，塔体外壳3的内部设置有填料可以用于增大循环水与空气的接触面积，以及增加水与空气的接触时间。
实施例四
参照图1-7，一种混合驱动的可调角冷却塔系统，包括塔体外壳3，塔体外壳3的顶部固定连通有风筒2，塔体外壳3的顶部设置有异步电机8和水轮机6，风筒2的内部通过横梁18固定连接有减速机10，减速机10的输出轴固定连接有叶片可调角风机叶轮9，减速机10的输入轴固定连接有传动轴11，传动轴11与异步电机8的输出轴固定连接，水轮机6的进水口固定连通有进水管7，水轮机6的出水口固定连通有出水管5，水轮机6的输出轴和异步电机8的输出轴通过连接组件传动连接，连接组件包括固定套设在异步电机8输出轴上的第二齿轮16和固定套设在水轮机6输出轴上的第一齿轮15，第一齿轮15和第二齿轮16相啮合，异步电机8与电网电性连接，异步电机8的输出轴和传动轴11之间设置有同一个离合器17，可以在不驱动叶片可调角风机叶轮9的时候，利用异步电机8吸收机械能转化为电能回馈发电给电网，风筒2的顶部设置有安全防护网1，避免冰雹等进入，塔体外壳3的侧面开设有多个进风口4，塔体外壳3的内部设置有填料可以用于增大循环水与空气的接触面积，以及增加水与空气的接触时间。
工作原理：异步电机8、水轮机6和叶片可调角风机叶轮9三者机械连接，系统运行中存在以下能量关系：水轮机6的输出功率与异步电机8的输出功率等于叶片可调角风机叶轮9输入功率；水轮机6吸收全部的水循环余能，功率恒定输出，等于水轮机6入口处的流量与压力的乘积；异步电机8可工作在电动与发电两种状态，异步电机8的额定功率配置应不小于水轮机6的恒定输出功率；叶片可调角风机叶轮9功率调节系统依据冷却塔流出的水温调节叶片可调角风机叶轮9的风压风量，实现叶片可调角风机叶轮9的功率调节，功率调节范围0-100％；水轮机6的输出功率加上异步电机8输出功率之和应满足最热气温时，叶片可调角风机叶轮9最大风量下的功率需求；当叶片可调角风机叶轮9运行功率大于水轮机6的恒定输出功率时，异步电机8的输出功率为正数，处于电动状态，叶片可调角风机叶轮9由异步电机8和水轮机6共同驱动；当叶片可调角风机叶轮9运行功率小于水轮机6的恒定输出功率时，异步电机8的功率为负数，处于发电状态，水轮机6的输出功率一部分输送给叶片可调角风机叶轮9，另一部分输送给异步电机8，异步电机8处于发电状态，向电网馈电，当环境气温低到一定程度，冷却塔不需要机械通风时，叶片可调角风机叶轮9消耗功率为零，水轮机6功率全部输送给异步电机8，循环水的余压余能全部被吸收发电，电机的发电与电动状态的说明，异步电机8固有机械特性曲线所示，当叶片可调角风机叶轮9需要较大功率时，异步电机8和水轮机6共同驱动叶片可调角风机叶轮9，异步电机8输出扭矩为正值，异步电机8工作在第Ⅰ象限，处于电动状态；叶片可调角风机叶轮9功率较小时，水轮机6同时拖动叶片可调角风机叶轮9和异步电机8，异步电机8输出扭矩为负值，异步电机8工作在第Ⅱ象限，处于发电状态；叶片可调角风机叶轮9功率的变化是逐渐变化的过程，异步电机8的发电-电动状态的切换也是渐变过渡的，对电网没有并网的冲击，当异步电机8和水轮机6的额定转速相同时，异步电机8的输出轴和水轮机6的输出轴使用联轴器同心连接，当异步电机8的电磁同步转速与水轮机6的额定转速不同时，异步电机8的输出轴和水轮机6的输出轴使用第一同步轮12、第二同步轮14和同步带13或第一齿轮15和第二齿轮16连接。
然而，如本领域技术人员所熟知的，水轮机6、异步电机8、叶片可调角叶轮9、减速机10和离合器17的工作原理和接线方法是司空见惯的，其均属于常规手段或者公知常识，在此就不再赘述，本领域技术人员可以根据其需要或者便利进行任意的选配。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种混合驱动的可调角冷却塔系统，包括塔体外壳(3)，其特征在于，所述塔体外壳(3)的顶部固定连通有风筒(2)，所述塔体外壳(3)的顶部设置有异步电机(8)和水轮机(6)，所述风筒(2)的内部通过横梁(18)固定连接有减速机(10)，所述减速机(10)的输出轴固定连接有叶片可调角风机叶轮(9)，所述减速机(10)的输入轴固定连接有传动轴(11)，所述传动轴(11)与异步电机(8)的输出轴固定连接，所述水轮机(6)的进水口固定连通有进水管(7)，所述水轮机(6)的出水口固定连通有出水管(5)，所述水轮机(6)的输出轴和异步电机(8)的输出轴通过连接组件传动连接，异步电机(8)与电网电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种混合驱动的可调角冷却塔系统，其特征在于，所述连接组件包括固定连接在水轮机(6)输出轴上的联轴器，所述水轮机(6)的输出轴通过联轴器与异步电机(8)的输出轴固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种混合驱动的可调角冷却塔系统，其特征在于，所述连接组件包括固定套设在异步电机(8)输出轴上的第二同步轮(14)和固定套设在水轮机(6)输出轴上的第一同步轮(12)，所述第一同步轮(12)和第二同步轮(14)的外壁传动套设有同一个同步带(13)。
4.根据权利要求1所述的一种混合驱动的可调角冷却塔系统，其特征在于，所述连接组件包括固定套设在异步电机(8)输出轴上的第二齿轮(16)和固定套设在水轮机(6)输出轴上的第一齿轮(15)，所述第一齿轮(15)和第二齿轮(16)相啮合。
5.根据权利要求1所述的一种混合驱动的可调角冷却塔系统，其特征在于，所述异步电机(8)的输出轴和传动轴(11)之间设置有同一个离合器(17)。
6.根据权利要求1所述的一种混合驱动的可调角冷却塔系统，其特征在于，所述风筒(2)的顶部设置有安全防护网(1)。
7.根据权利要求1所述的一种混合驱动的可调角冷却塔系统，其特征在于，所述塔体外壳(3)的侧面开设有多个进风口(4)，所述塔体外壳(3)的内部设置有填料。
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