CN120101521B - 一种带转轴的十字挡风墙的混合通风间冷塔 - Google Patents

一种带转轴的十字挡风墙的混合通风间冷塔

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Abstract

本发明公开了一种带转轴的十字挡风墙的混合通风间冷塔，涉及电厂领域，主要用于解决现有间冷塔在复杂气象环境下通风效率较低且能耗较大的问题，本发明间冷塔包括冷塔主体、水平挡墙、冷却三角、十字挡风墙、旋转轴和轴流风机，通过结合自然通风与机械通风的两种混合通风方式，优化了空气流动路径，提升了通风效率。该间冷塔的十字挡风墙上设置有旋转轴，能够根据风速和风向动调整挡风墙的角度，从而控制空气进入塔内的速度和流向，保证间冷塔在不同气候条件下的高效运行。该发明能够显著提高间冷塔的能效比，降低能耗，并且在高温和高风速环境下依然能保持良好的通风性能，具有广泛的应用前景，尤其适用于大型工业冷却系统和节能环保领域。

Description

一种带转轴的十字挡风墙的混合通风间冷塔
技术领域
本发明涉及间冷塔技术领域，具体涉及一种带转轴的十字挡风墙的混合通风间冷塔。
背景技术
间冷塔是工业领域和电力行业中广泛应用的一种设备，主要用于将热水中的热量通过空气冷却带走，以降低温度并将水重新循环使用。间冷塔广泛应用于发电厂、石化厂、大型空调系统以及许多其他需要散热的工业过程中。根据空气流动方式，间冷塔可分为自然通风间冷塔和机械通风间冷塔两种类型。传统的间冷塔主要依靠自然通风或轴流风机提供机械通风，以增强空气流动，提高冷却效率。
然而，现有间冷塔在工作时存在一些问题，导致其运行效率和冷却效果受到限制。首先，现有间冷塔的自然通风效果受到外部气候条件的限制，尤其是在风速较低或气候不稳定时，无法提供足够的空气流量，导致冷却效果不理想。其次，传统间冷塔中的机械通风系统虽然能在一定程度上弥补自然通风的不足，但往往无法灵活调节风机的工作状态，造成能源浪费和运行成本上升。此外，间冷塔的挡风墙多为固定结构，缺乏对环境风速和风向变化的适应性，导致气流分布不均，降低了换热效率。
目前，虽然已出现一些改进型的间冷塔，尝试通过引入控制系统、优化风机运行等手段来提高冷却效率，但大多数技术仍然存在以下问题：一方面，挡风墙和风机的工作模式固定，无法根据气候变化灵活调整；另一方面，间冷塔设计往往侧重于单一的通风方式(自然通风或机械通风)，在风速较低或温度较高的极端情况下，冷却效率依然难以保证。因此，亟需一种能够提高冷却效果、降低能源消耗的间冷塔设计方案，以应对不断变化的气候条件和负荷需求，提高间冷塔的自适应性和工作稳定性。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种带转轴的十字挡风墙的混合通风间冷塔，通过优化通风结构、提高空气流动效率，从而提高间冷塔的冷却效果和能效。本发明的技术方案在传统间冷塔的基础上进行了改进，结合了自然通风与机械通风的优势，采用了一种独特的空气调节系统，使间冷塔在不同气候和负荷条件下都能实现高效冷却。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种带转轴的十字挡风墙的混合通风间冷塔，包括间冷塔主体1、设置在间冷塔主体1下方的水平挡墙2、位于间冷塔主体1底部沿外周圈布置的冷却三角3、位于间冷塔主体1内底部的十字挡风墙4、连接十字挡风墙4的旋转轴5、位于十字挡风墙4之间及顶部的轴流风机6；
所述间冷塔主体(1)为一体化结构，配置有冷却三角3用于热交换过程，采用自然通风与机械通风的混合模式工作；水在冷却三角3中中流动，空气在通过冷却三角3时经过充分的表面式换热过程；十字挡风墙4由两个垂直交叉的挡风板组成，十字挡风墙4设置方向与塔底风口的气流流向呈0°，以便控制风的进入路径；旋转轴5通过转动连接的方式连接十字挡风墙4，通过旋转轴5的旋转以调节十字挡风墙4的角度，从而改善空气流动效率，减少能量消耗；所述十字挡风墙4的结构为十字形状，能够同时控制来自多个方向的风流入间冷塔；间冷塔主体1内部安装有轴流风机6实现机械通风，协同自然通风的十字挡风墙工作，以加强空气的流动性；
所述十字挡风墙4的四个端部安装有风速传感器401、温度传感器402和风向传感器403，根据传感器数据使旋转轴5转动十字挡风墙4至与塔底风口的气流流向呈0°；
该混合通风间冷塔还包括控制系统，该控制系统连接旋转轴5、轴流风机6、风速传感器401、温度传感器402和风向传感器403；所述控制系统能够根据气候变化调节旋转轴5进而调节十字挡风墙的角度和轴流风机6的运行状态。
所述冷却三角3的结构为：将呈长方体形状的冷却柱A 301的一条边与呈长方体形状的冷却柱B 302的一条边重合，两个冷却柱呈三角状布置共同组成冷却三角3的两边，百叶窗303作为冷却三角3的第三边，三种结构共同组成冷却三角3；水在冷却三角3中的冷却柱A 301和冷却柱B 302中流动，空气通过百叶窗303后与冷却柱A 301和冷却柱B 302经过充分的表面式换热过程；所述百叶窗303，用于引导气流经过冷却三角。
所述水平挡墙2设置在冷却三角3上方，防止沉降风扰乱冷却三角3外部顺畅的流场结构，降低换热效率。
所述十字挡风墙4的可调角度为0°-45°，优化空气流入间冷塔的方向和分布；以减少气流的不均匀性和紊乱，提高间冷塔内的空气流动稳定性。
所述旋转轴5自由转动实现调节十字挡风墙4的角度。
所述控制系统能够根据气候变化调节旋转轴5进而调节十字挡风墙的角度和轴流风机6的运行状态，通过一个控制逻辑实现，该控制逻辑具体为：控制系统首先根据读取的风速传感器401、温度传感器402和风向传感器403采集气流方向、环境温度和风速参数，控制旋转轴转动，使十字挡风墙方向与塔底气流流向保持0°夹角，若方向与气流流向角度不为0°，则继续转动旋转轴直至角度为0°；然后进行温度控制环节，控制系统实时监测环境温度，当温度≥30℃时，开启轴流风机6以增强散热效率；若温度低于该阈值30℃，则保持轴流风机6关闭状态；最后，控制系统持续监测环境风速，当环境风速≥16m/s时，无论温度条件如何，均强制关闭轴流风机6，以防止轴流风机6因强风受损。
和现有技术相比，本发明具备如下优点：
(1)优化空气流动路径，提高通风效率：现有间冷塔的挡风墙一般采用固定角度，缺乏灵活性，而本发明采用了带转轴的十字挡风墙，能够根据环境风向与风速变化调节十字挡风墙的角度，最大化利用外部空气流动，从而提高间冷塔的通风效率和冷却效果。
(2)自然通风与机械通风的协同工作：传统间冷塔通常在低风速或夏季高温状态下依赖于机械风机提供通风，而本发明通过十字挡风墙的设计和旋转轴的调节，能够在不同气候和负荷条件下灵活切换自然通风与机械通风的模式，既能有效减少能源消耗，又保证了冷却效果的稳定性，具有较好的经济效益和广泛的应用前景。
(3)冷却效率显著提升：轴流风机和带旋转轴的十字挡风墙的设计优化了气流分布，提高了间冷塔内的空气流动均匀性，减少了气流阻力，从而有效提升了冷却效率。本发明可使得火电厂在夏季高温和有横风的气象条件下，冷却效率提高8％～20％。
(4)适应多变气候条件，提高间冷塔可靠性：本发明能够根据气候变化自动调节十字挡风墙的角度和轴流风机运行状态，使间冷塔在多变的气候条件下都能保持高效的冷却效果，解决了现有技术中由于风速变化而导致冷却效果不稳定的问题。
附图说明
图1-1为混合通风间冷塔整体结构示意图；
图1-2为混合通风间冷塔内部结构示意图；
图1-3为混合通风间冷塔塔底结构俯视图；
图2冷却三角结构示意图；
图3为传感器安装位置示意图；
图4十字挡风墙结构及角度调节示意图；
图5为自动控制逻辑图。
具体实施方式
为更清晰地展示本发明的特点，结合附图对两种典型的运行场景进行详细说明。
如图1-1、图1-2和图图1-3所示，本发明一种带转轴的十字挡风墙的混合通风间冷塔，包括间冷塔主体1、设置在间冷塔主体1下方的水平挡墙2、位于间冷塔主体1底部沿外周圈布置的冷却三角3、位于间冷塔主体1内底部的十字挡风墙4、连接十字挡风墙4的旋转轴5、位于十字挡风墙4之间及顶部的轴流风机6。
所述间冷塔主体1为一体化结构，通过水泥浇筑而成。间冷塔外围配置有多个冷却三角3用于热交换过程，采用自然通风与机械通风相结合的混合模式工作，自然通风主要在横风的条件下通过十字挡风墙引导空气流动，机械通风则由内部的轴流风机6辅助，在自然风无法提供足够通风时启动，保证间冷塔在所有气候条件下均能有效运行；水在冷却三角3中流动，空气在通过冷却三角3时，经过充分的表面式换热过程；十字挡风墙4由两个垂直交叉的挡风板组成，十字挡风墙4设置方向与塔底风口的气流流向呈0°，以便控制风的进入路径；旋转轴5通过转动连接的方式连接十字挡风墙4，通过旋转轴5的旋转以调节十字挡风墙4的角度，从而改善空气流动效率，减少能量消耗；所述十字挡风墙4的结构为十字形状，能够同时控制来自多个方向的风流入间冷塔；间冷塔主体1内部安装有轴流风机6实现机械通风，协同自然通风的十字挡风墙工作，以加强空气的流动性。
如图2所示，冷却三角3由冷却柱A301和冷却柱B302与一面百叶窗303组成，冷却三角3具体结构为：将呈长方体形状的冷却柱A 301的一条边与呈长方体形状的冷却柱B 302的一条边重合，两个冷却柱呈三角状布置共同组成冷却三角3的两边，百叶窗303作为冷却三角3第三条边，三种结构共同组成冷却三角3所述百叶窗303，用于引导气流经过冷却三角。水在冷却三角3中的冷却柱A 301和冷却柱B 302中流动，空气通过百叶窗303后与冷却柱A 301和冷却柱B 302经过充分的表面式换热过程；所述百叶窗303，用于引导气流经过冷却三角。
所述水平挡墙2设置在冷却三角3上方，防止沉降风扰乱冷却三角3外部顺畅的流场结构，降低换热效率。
如图3所示，所述十字挡风墙4由2个垂直交叉的挡风板组成，如图4所示，其可调角度α为0°-45°，优化空气流入间冷塔的方向和分布；以减少气流的不均匀性和紊乱，提高间冷塔内的空气流动稳定性。
如图3所示，所述十字挡风墙4的四个端部安装有风速传感器401、温度传感器402和风向传感器403，监控间冷塔塔底温度、风速与风向变化，根据传感器数据使旋转轴5转动十字挡风墙4至与塔底风口的气流流向呈0°。
该混合通风间冷塔还包括控制系统，该控制系统连接旋转轴5、轴流风机6、风速传感器401、温度传感器402和风向传感器403；所述控制系统能够根据气候变化调节旋转轴5进而调节十字挡风墙的角度和轴流风机6的运行状态，如图5所示，具体控制逻辑为：控制系统首先根据读取的风速传感器401、温度传感器402和风向传感器403采集气流方向、环境温度和风速参数，控制旋转轴转动，使十字挡风墙方向与塔底气流流向保持0°夹角，若方向与气流流向角度不为0°，则继续转动旋转轴直至角度为0°；然后进行温度控制环节，控制系统实时监测环境温度，当温度≥30℃时，开启轴流风机6以增强散热效率；若温度低于该阈值30℃，则保持轴流风机6关闭状态；最后，控制系统持续监测环境风速，当环境风速≥16m/s时，无论温度条件如何，均强制关闭轴流风机6，以防止轴流风机6因强风受损。
具体实施形式分为两个典型实施例：一种是横风环境下的运行方式(实施例1)，另一种是高温横风条件下机械通风与十字挡风墙协同工作的运行方式(实施例2)
实施例1：横风环境下的运行方式
间冷塔运行在风速较高的环境中，风速传感器401检测到风速为8m/s，温度传感器402检测到温度为25℃。
旋转轴5根据传感器的监测数据，调整十字挡风墙4角度0°-45°，减少气流紊乱。确保气流在经过十字挡风墙后分布更加均匀，减少塔内气流旋涡。
实施例2：高温横风条件下机械通风与十字挡风墙协同工作
间冷塔运行在夏季高温环境中，外界温度达到38℃，风速为5m/s。由于外部空气温度较高，需要启动机械通风，同时调整十字挡风墙4以引导横风7进入间冷塔。
旋转轴5通过调节十字挡风墙4的角度范围0°-45°，引导横风7进入间冷塔，同时避免横风7直接冲击间冷塔内部。挡风墙有效分散了横风7的冲击，使气流流向更均匀，并为机械通风创造更稳定的气流环境。
启动轴流风机6，提供额外的机械通风以补充自然通风的不足。初始阶段，轴流风机6以100％的转速运行，快速增强气流流量。轴流风机6与十字挡风墙4协同作用，使进入间冷塔的气流既有自然风的引导，又有机械风的稳定补充，确保间冷塔内部气流量充足。
在高温横风条件下，通过十字挡风墙4调整角度和轴流风机6的机械通风协同作用，实现了稳定的气流分布和高效的冷却效果。

Claims (6)

1.一种带转轴的十字挡风墙的混合通风间冷塔，其特征在于，包括间冷塔主体(1)、设置在间冷塔主体(1)下方的水平挡墙(2)、位于间冷塔主体(1)底部沿外周圈布置的冷却三角(3)、位于间冷塔主体(1)内底部的十字挡风墙(4)、连接十字挡风墙(4)的旋转轴(5)、位于十字挡风墙(4)之间及顶部的轴流风机(6)；
所述间冷塔主体(1)为一体化结构，配置有冷却三角(3)用于热交换过程，采用自然通风与机械通风的混合模式工作；水在冷却三角(3)中流动，空气在通过冷却三角(3)时经过充分的表面式换热过程；十字挡风墙(4)由两个垂直交叉的挡风板组成，十字挡风墙(4)设置方向与塔底风口的气流流向呈0°，以便控制风的进入路径；旋转轴(5)通过转动连接的方式连接十字挡风墙(4)，通过旋转轴(5)的旋转以调节十字挡风墙(4)的角度，从而改善空气流动效率，减少能量消耗；所述十字挡风墙(4)的结构为十字形状，能够同时控制来自多个方向的风流入间冷塔；间冷塔主体(1)内部安装有轴流风机(6)实现机械通风，协同自然通风的十字挡风墙工作，以加强空气的流动性；
所述十字挡风墙(4)的四个端部安装有风速传感器(401)、温度传感器(402)和风向传感器(403)，根据传感器数据使旋转轴(5)转动十字挡风墙(4)至与塔底风口的气流流向呈0°；
该混合通风间冷塔还包括控制系统，该控制系统连接旋转轴(5)、轴流风机(6)、风速传感器(401)、温度传感器(402)和风向传感器(403)；所述控制系统能够根据气候变化调节旋转轴(5)进而调节十字挡风墙的角度和轴流风机(6)的运行状态。
2.根据权利要求1所述的带转轴的十字挡风墙的混合通风间冷塔，其特征在于，所述冷却三角(3)的结构为：将呈长方体形状的冷却柱A(301)的一条边与呈长方体形状的冷却柱B(302)的一条边重合，两个冷却柱呈三角状布置共同组成冷却三角(3)的两边，百叶窗(303)作为冷却三角(3)的第三边，三种结构共同组成冷却三角(3)；水在冷却三角(3)中的冷却柱A(301)和冷却柱B(302)中流动，空气通过百叶窗(303)后与冷却柱A(301)和冷却柱B(302)经过充分的表面式换热过程；所述百叶窗(303)，用于引导气流经过冷却三角。
3.根据权利要求1所述的带转轴的十字挡风墙的混合通风间冷塔，其特征在于，所述水平挡墙(2)设置在冷却三角(3)上方，防止沉降风扰乱冷却三角(3)外部顺畅的流场结构，降低换热效率。
4.根据权利要求1所述的带转轴的十字挡风墙的混合通风间冷塔，其特征在于，所述十字挡风墙(4)的可调角度为0°-45°，优化空气流入间冷塔的方向和分布；以减少气流的不均匀性和紊乱，提高间冷塔内的空气流动稳定性。
5.根据权利要求1所述的带转轴的十字挡风墙的混合通风间冷塔，其特征在于，所述旋转轴(5)自由转动实现调节十字挡风墙(4)的角度。
6.根据权利要求1所述的带转轴的十字挡风墙的混合通风间冷塔，其特征在于，所述控制系统能够根据气候变化调节旋转轴(5)进而调节十字挡风墙的角度和轴流风机(6)的运行状态，通过一个控制逻辑实现，该控制逻辑具体为：控制系统首先根据读取的风速传感器(401)、温度传感器(402)和风向传感器(403)采集气流方向、环境温度和风速参数，控制旋转轴转动，使十字挡风墙方向与塔底气流流向保持0°夹角，若方向与气流流向角度不为0°，则继续转动旋转轴直至角度为0°；然后进行温度控制环节，控制系统实时监测环境温度，当温度≥30℃时，开启轴流风机(6)以增强散热效率；若温度低于该阈值30℃，则保持轴流风机(6)关闭状态；最后，控制系统持续监测环境风速，当环境风速≥16m/s时，无论温度条件如何，均强制关闭轴流风机(6)，以防止轴流风机(6)因强风受损。
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