CN204553057U - 水轮机高效出水装置 - Google Patents

Abstract

一种水轮机高效出水装置，其特征是在水轮机出水管的出水端周向连接至少两个起旋流作用的弧形排水管，使原本出水管中边旋转边向下并从与出水管正交的排水管排出的冷却水在旋转动能的作用下沿与出水管非正交的弧形排水管以旋流的方式排出，以减小冷却水流出排水管出的流阻，提高排水效率。本实用新型能够减少出水流阻，提高出水效率，从而能够在有限的空间中安装水轮机且水轮机的出水效率能够满足工程需求。

Description

水轮机高效出水装置

技术领域

     本实用新型属于一种水轮机技术，尤其是一种用于替代电机带动风扇转动的冷却塔用水轮机，具体地说是一种水轮机高效出水装置。

背景技术

冷却塔是很多行业的重要设备，以前通过电机带动风机的转动，电能消耗大，成本高。当前流行的方法是采用水轮机替代电机，利用进塔水的富余能量来推动水轮机的转动，节能效果非常明显，企业有很强的意愿用水轮机替换电机，市场前景广阔。

但是，由于这些冷却塔是根据以前的标准设计的，采用水轮机替换电机时，现有水动风机冷却塔风筒内风机与机座空间有限，严重影响水轮机的出水效率。

现有的解决方法是对冷却塔的结构进行部分改造，或者设计专门的水轮机，但是这些方法周期长、效率低，且成本高。

由于现有的冷却塔改造过程中使用的出水结构均为中出水管垂直安装，而与出水管相连以便将冷却水排出的排出管则与出水管正交安装，而从水轮机蜗壳中排出的水在出水管中是以旋流的方式下落的，即，冷却水边在出水管中旋转边在重力的作用下下降，冷却水到达排水管时不是以正交的方式进入排水管而是以一个旋流角度斜冲进排水管造成排水不畅，冷却水原有的动能不仅不能起到加速排放的效果，反而会增加流阻，对此，人们并未引起重视和利用，因此如何充分利用冷却水原有的动能来提高出水效率则大有可为。

实用新型内容

本实用新型目的是针对现有的冷却塔用水轮机出水效率不高，冷却水的旋转动能未能充分利用的问题，设计一种水轮机高效出水装置。

本实用新型的技术方案是：

一种水轮机高效出水装置，其特征是在水轮机出水管的出水端周向连接至少两个起旋流作用的弧形排水管，使原本出水管中边旋转边向下并从与出水管正交的排水管排出的冷却水在旋转动能的作用下沿与出水管非正交的弧形排水管以旋流的方式排出，以减小冷却水流出排水管出的流阻，提高排水效率。

所述弧形排水管的旋流角度与水轮机转轮的角度对应设置。

所述弧形排水管为4个。

所述的弧形排水管中旋流水的旋流角ɑ满足以下条件：ɑ=arctg(4L/D)；

式中：ɑ是指直线Sm与mn的夹角，其中Sm是出水管垂直管径中点m、弧形排水管外弧与出水管的交点S的连线，mn是出水管垂直管径中点m，弧形排水管弧开中心线与出水管的交点n的连线，L为出水管垂直管径中点m离p点的直线距离，p点是mn的延长线与弧形排水管弧开中心线的交点，D为出水管的管径；出水管管径满足以下条件：

D=2000(Q/3.14V₁)^1/2

式中：D—出水管直径（mm）

      Q—水轮机出水量（m³/s）

         V₁—出水管中水的流速（m/s），按管径和流量确定V₁的取值在1.8～2.2m/s之间；

所述的弧形排水管的管径满足以下条件：

d=2000(Q/12.56V₂)^1/2

式中：d—旋流管直径（mm）

      Q—水轮机出水量（m³/s）

      V₂—弧形排水管中水的流速（m/s），按管径和流量确定V₂的取值在1.8～2.2m/s之间。

本实用新型的有益效果：

本实用新型首次明确了造成水轮机出水效率不高的原因是旋转动能的浪费，所提供的方法和装置能充分利用冷却水的旋转能动，使排水方向顺应水流原来的方向，在不改变原有结构和尺寸的前提下能明显提高出水效率和出水量。

本实用新型在提高出水效率的同时，还能明显减小水流对排水管的局部冲出，延长水管的使用寿命。

本实用新型能够减少出水流阻，提高出水效率，从而能够在有限的空间中安装水轮机且水轮机的出水效率能够满足工程需求。

附图说明

图1是本实用新型的侧视图。

图2是本实用新型的剖视图。

图3是实用新型的旋流角示意图。

图中1为水轮机出水管，2为出水旋流管，3为与水轮机对接法兰，r表示水轮机出水旋流方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例一。

如图2-3所示。

一种提高水轮机出水效率的方法，其本质是改变出水管下端的水流方向，使之顺应原有的流向而快速从主排水管中流出，具体方法是将水轮机的出水管的出水端周向设置至少两个弧形出水管（图1、3中所示为四个），使原本出水管中边旋转边向下并从与出水管正交的排水管排出的冷却水在旋转动能的作用下沿与出水管非正交的弧形排水管以旋流的方式排出，以减小冷却水流出排水管出的流阻，提高排水效率。如图2所示。

如图3所示，弧形排水管中旋流水的旋流角ɑ满足以下条件：ɑ=arctg(4L/D)；

式中：ɑ是指直线Sm与mn的夹角，其中Sm是出水管垂直管径中点m、弧形排水管外弧与出水管的交点S的连线，mn是水管垂直管径中点m，弧形排水管弧开中心线与出水管的交点n的连线，L为出水管垂直管径中点m离p点的直线距离，p点是mn的延长线与弧形排水管弧开中心线的交点，D为出水管的管径；出水管管径满足以下条件：

D=2000(Q/3.14V₁)^1/2

式中：D—出水管直径（mm）

      Q—水轮机出水量（m³/s）

         V₁—出水管中水的流速（m/s），按管径和流量确定V₁的取值在1.8～2.2m/s之间；

所述的弧形排水管的管径满足以下条件：

d=2000(Q/12.56V₂)^1/2

式中：d—旋流管直径（mm）

      Q—水轮机出水量（m³/s）

      V₂—弧形出水管中水的流速（m/s），按管径和流量确定V₂的取值在1.8～2.2m/s之间。

实施例二。

如图1和图2所示。

一种水轮机高效出水装置，它包括连接于水轮机出水口的出水管1和沿出水管1周向均匀设置的四个起旋流作用的弧形排水管2，使原本出水管中边旋转边向下并从与出水管正交的排水管排出的冷却水在旋转动能的作用下沿与出水管非正交的弧形排水管以旋流的方式排出，以减小冷却水流出排水管出的流阻，提高排水效率。而传统的排水管与出水管的轴线是正交的，冷却水从出水管上端旋流到下端冲击的是排水管的一边，本实用新型的弧形排水管中水仍保护原有的旋流方向进入弧形排水管中顺着弧线流动，旋流的方向水轮机蜗壳中水的旋流方向相同。

在进一步的实施例中，弧形排水管的旋流角度与水轮机转轮的角度对应设置。由于水流的转动方向r是由水轮机转轮确定的，因此根据水轮机转轮的角度可以估算水流的旋转方向，而弧形排水管的旋流角度α（各弧形排水管与出水管所成的角度）根据这一角度设计，能够使出水效率最高，水流的阻力最小。

在进一步的实施例中，旋流管为4个，沿出水管的周向均匀设置。旋流管与冷却塔的部水系统连通，旋流管的数量实际上是根据出水管的管径、旋流管的管径，安装位的空间以及部水系统需求的进水口数量而设计的，在工程上是较佳的方案。

在出水管的周向上，出水管管壁与旋流管管壁的夹角为锐角，即接触边沿出水管管壁的切线和沿旋流管管壁的切线成锐角而非直角，当出水管中的水流进入旋流管时，可以减少水流能量的损失，增加出水效率。

将上述装置应用于水轮机可获得高效出水的水轮机，方式包括在出水管1的端部设置有法兰盘11，通过该法兰盘将其与水轮机固定；还可以采用焊接等其他固定连接方式。或者将其与水轮机一体成型设计。

总之，为解决水动风机冷却塔风筒内风机与机座空间有限，严重影响水轮机的出水效率的技术难题，本申请将水轮机出水装置的有限空间进行技术处理，提高水轮机出水效率。水轮机出水装置依据旋流方向设计出水方向，减少流阻提高效率。

如图3所示，本实用新型的的弧形排水管中旋流水的旋流角ɑ满足以下条件：ɑ=arctg(4L/D)；式中：ɑ是指直线Sm与mn的夹角，其中Sm是出水管垂直管径中点m、弧形排水管外弧与出水管的交点S的连线，mn是出水管垂直管径中点m，弧形排水管弧开中心线与出水管的交点n的连线，L为出水管垂直管径中点m离p点的直线距离，p点是mn的延长线与弧形排水管弧开中心线的交点，D为出水管的管径；出水管管径满足以下条件：

D=2000(Q/3.14V₁)^1/2

式中：D—出水管直径（mm）

      Q—水轮机出水量（m³/s）

         V₁—出水管中水的流速（m/s），按管径和流量确定V₁的取值在1.8～2.2m/s之间；

弧形排水管的管径满足以下条件：

d=2000(Q/12.56V₂)^1/2

式中：d—旋流管直径（mm）

      Q—水轮机出水量（m³/s）

      V₂—弧形排水管中水的流速（m/s），按管径和流量确定V₂的取值在1.8～2.2m/s之间。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

本实用新型未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种水轮机高效出水装置，其特征是在水轮机出水管的出水端周向连接至少两个起旋流作用的弧形排水管，使原本出水管中边旋转边向下并从与出水管正交的排水管排出的冷却水在旋转动能的作用下沿与出水管非正交的弧形排水管以旋流的方式排出，以减小冷却水流出排水管出的流阻，提高排水效率。

2. 根据权利要求1所述的水轮机高效出水装置，其特征是所述弧形排水管的旋流角度与水轮机转轮的角度对应设置。

3. 根据权利要求1所述的水轮机高效出水装置，其特征是所述弧形排水管为4个。

4.根据权利要求1所述的水轮机高效出水装置，其特征是所述的弧形排水管中旋流水的旋流角ɑ满足以下条件：ɑ=arctg(4L/D)；

式中：ɑ是指直线Sm与mn的夹角，其中Sm是出水管垂直管径中点m、弧形排水管外弧与出水管的交点S的连线，mn是出水管垂直管径中点m，弧形排水管弧开中心线与出水管的交点n的连线，L为出水管垂直管径中点m离p点的直线距离，p点是mn的延长线与弧形排水管弧开中心线的交点，D为出水管的管径；出水管管径满足以下条件：

D=2000(Q/3.14V₁)^1/2

式中：D—出水管直径（mm）

      Q—水轮机出水量（m³/s）

         V₁—出水管中水的流速（m/s），按管径和流量确定V₁的取值在1.8～2.2m/s之间。

5.根据权利要求1所述的水轮机高效出水装置，其特征是所述的弧形排水管的管径满足以下条件：

d=2000(Q/12.56V₂)^1/2

式中：d—旋流管直径（mm）

      Q—水轮机出水量（m³/s）

      V₂—弧形排水管中水的流速（m/s），按管径和流量确定V₂的取值在1.8～2.2m/s之间。