CN218379854U - 开式多管路变流量自调节水平衡装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开式多管路变流量自调节水平衡装置，属于水力平衡调节技术领域。它包括壳体，所述壳体的内部限定有静压分流腔；进水通道，一端伸入静压分流腔，包括进水管段和转向管段；所述转向管段包括：转向外管；以及转向内管，所述转向内管的尺寸略小于转向外管，所述转向内管的一端与转向外管活动连接，以使得所述转向内管能够凸伸于转向外管的周面外侧或收缩于转向外管的周面内侧。本实用新型的一种开式多管路变流量自调节水平衡装置，可实现在复杂变流量工况下，自力式自平衡调节分配各管路出水量，消除开式出水水流量不均匀所产生系统能效与运营管理的影响；还可以消除停机水锤现象对管路系统与设备的影响，并减少大量的停机溢流的水资源浪费。

Description

开式多管路变流量自调节水平衡装置

技术领域

本实用新型属于集中式中央空调水力平衡调节技术领域，更具体地说，涉及一种开式多管路变流量自调节水平衡装置。

背景技术

机械通风开式横流冷却塔，冷却塔风机位于塔体中间顶部，塔体两侧为独立的进水洒水盘和散热填料。冷却循环水从上部进水到洒水盘，通过洒水盘上扩散喷头喷洒到散热填料上，冷却后水流经冷却塔底部集水盆汇聚后由出水口流出。冷却空气从两侧散热填料进风口横向流入，与流经填料的热水接触产生蒸发换热后，热空气从由冷却塔中间顶部风机抽出。即该类型开式横流冷却塔特性为，冷却水流自上而下，冷却空气两侧横向流入，上部出风；两侧独立进水、进风、蒸发换热，热空气汇聚后由中间顶部轴流风机抽出。

机械通风开式横流冷却塔在大型商业、工业冷却系统应用中，由于冷却负荷随实际条件变化，通常采用多台冷却塔并联设计，多台冷却塔系统会有多条出水管路。在这类多条管路并联系统中，由于管路扬程阻力、虹吸效应、走管方式、流量变化等问题，容易造成各管路间出水不平衡，导致冷却塔热力性能偏离影响系统运行能效。

开式横流冷却塔在工程应用中，两侧进水接管通常由一根进水管到塔上后分开两只管到两侧塔盘进水口，或两侧各自独立进水管上到塔盘进水口两种方式。进水管通常比进水口高，水平进水管需要一个弯头向下连接到进水口，进水口前需安装阀门作为调节进水量和维护检修用。由于两侧进水管各自分开，进水管高于进水口，且出水口为开式零阻力空间。运行过程中任何一个进水管先处于满管状态，向下出水后，即反向产生负压虹吸效应，形成优势射流状态。导致另一出水口水流量大大低于优势出水口水流量，形成冷却塔两侧各个进水口的水流量分配不均现象。该现象非固定状态，随冷却循环水量变化而变化，无法调节管路阀门来消除。严重时出现一侧有出水，一侧无水流量状态，多台冷却塔组的系统中情况更为恶劣。

当开式横流冷却塔两侧进水量不平衡时，冷却塔两侧填料上的水膜厚、薄不一，或部分填料有水膜、部分填料无水膜状态。而水膜较厚处进风阻力较大，水膜较薄或无水膜处进风阻力较小，导致冷却塔两侧填料水膜较厚处风流量小，水膜较薄或无水处风流量较大，严重影响冷却塔蒸发散热性能。

为让各管路出水量尽可能一致，需要关小流量较大的出水管路阀门。系统流量较大时调节阀门的状态，在系统流量较小时就失去平衡分配效果。小流量调节平衡状态时的阀门开度较小，系统负荷、流量变大时管理扬程阻力较大而导致系统循环输配能耗高。而系统负荷全年变量工况复杂，做到实时对应调整阀门开度成不可能完成的任务。

针对上述问题，目前采用的主流策略是通过平衡阀实现实时监测与调节，以达到保障水力平衡的目标。一个可采取的方案中，可以采用开度可控制的电动调节阀实现实时监测与调节。如申请号为CN202110020078.X、申请日为2021年01月07日的中国实用新型专利公开了一种动态的冷却塔群水系统水力平衡调节方法及系统，基于对实时的冷却水循环泵、各个冷却塔运行状态与频率、冷却塔群冷却水总供水管压力PG、冷却塔组冷却水支管供水压力(PG-1、PG-2、……、PG-m，其中m表示冷却塔组支管总数)，各个冷却塔供水分支管压力(P1-1、P1-2、……、P1-n、……、Pm-1、Pm-2、……、Pm-n，其中m表示冷却塔组支管总数，n表示每个支管中冷却水供水分管总数)等数据的监测、采集，分析各个冷却塔布水分支管压力与冷却塔群冷却水总供水管压力的差△P(即PG与Pm-n的差)，“状态存储数据库”数据比对，以及比例积分微分方法调节电动调节阀开度，再进行数据采集、不平衡率计算，以此循环，直到不平衡率达到预设目标。保障了各个运行的冷却塔适应系统动态运行前提下的冷却塔布水分支管之间的水力平衡需求。又如申请号为CN201821119806.2、申请日为2018年07月16日的中国实用新型专利公开了一种工业流量均衡系统，包括冷却塔、循环水泵、工业水力平衡装置、精馏塔、电动调节阀门、纵向同程管、压力传感器P、温度传感器T，该实用新型能够在精馏塔装置大于1台以上时，根据工业循环系统的流量均衡调整。采用纵向同程结构，经过计算公式，计算同程管网管径，确定实际流量需求。根据精馏塔装置流量均衡的情况，当前运行负荷的大小，对电动调节阀门开度进行实时调节控制；完全解决工业冷却水流量不均衡，而导致系统冗余大、系统能耗高、能量损失大、生产产品品质低等问题。

然而，上述采用开度可控制的电动调节阀实现实时监测与调节的方法成本昂贵，设备运行的效率也较低；并且在安装实施的过程中，无论是对既有建筑，还是新建建筑，工程量和改造难度较大。

另一个可采取的方案中，主要是采用机械式的水力平衡机构对工业冷却水流量均流进行调节。如申请号为CN201520842225.1、申请日为2015年10月28日的中国实用新型专利公开了一种具有水力平衡机构的开式循环冷却水节能系统，包括用于传输循环水的连接管道及沿循环水流方向依次通过连接管道连接的换热器、冷却塔及冷却水泵，所述循环冷却水系统中设置有水力平衡机构，所述冷却水泵为变工况运行冷却水泵。该实用新型通过合理解决开式循环冷却水系统的水力平衡，可消除部分无效冷却流量，并配以与系统相适应变工况运行冷却水泵，以减少能耗，实现开式循环冷却水系统节能。然而，机械式的水力平衡机构的设计增加了冷却水系统的管道总阻力，不仅对冷却水循环泵的扬程有更高的要求，对于系统整体的节能也有一定的影响。

综上所述，如何提供一种在系统负荷、流量复杂变量工况下，自动对应其工况变化，自力调整阀门开度，来平衡各管路间的出水量两侧洒水盘进水量分配不平衡问题，保障多冷却塔并联系统在冷却循环水系统复杂变量工况下蒸发冷却热力性能的开式多管路变流量自调节水平衡装置是本领域技术人员急需解决的技术问题。

实用新型内容

1、要解决的问题

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种开式多管路变流量自调节水平衡装置。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

开式多管路变流量自调节水平衡装置，设置于冷却塔进水管，包括：

壳体，所述壳体的内部限定有静压分流腔；

进水通道，一端伸入静压分流腔，包括进水管段和转向管段；所述进水管段与冷却塔进水管连通，用于流入冷却循环水；所述转向管段与进水管段连通，用于将进水管段内的横向进水转向为向上出水，向上出水的出水高度不低于进水管段最高点以下三分之一位置处；

所述转向管段包括：

转向外管；以及

转向内管，所述转向内管的尺寸略小于转向外管，所述转向内管的一端与转向外管活动连接，以使得所述转向内管能够凸伸于转向外管的周面外侧或收缩于转向外管的周面内侧；所述转向内管包括：

挡水面，垂直于转向内管的进水方向，用于在使用中承受冷却循环水的水压力；

多个出水面，每个出水面上均设有若干个异型变截面出水口；

所述挡水面与所述多个出水面共同限定所述转向内管；

所述转向内管内冷却循环水流量增加时，所述挡水面在冷却循环水的水压力作用下带动转向内管朝凸伸于转向外管周面外侧方向移动，以增加多个出水面上的出水口的出水面积；所述转向内管内冷却循环水流量减小时，所述转向内管朝收缩于转向外管周面内侧方向移动，以减小多个出水面上的出水口的出水面积；

所述转向内管上弧度大于45°、小于90°的管段为调节管段，所述异型变截面出水口设置于所述转向内管的调节管段位置。

优选的，所述挡水面的尺寸略大于转向外管的周面，以使得所述转向内管收缩于转向外管的周面内侧时所述挡水面与转向外管的周面水平重合。

优选的，所述静压分流腔的有效过流投影截面积大于所述进水通道的进水投影截面积1.5倍或1.5倍以上。

优选的，还包括：

出水管道，设于壳体上，连通所述静压分流腔；

所述出水管道的出水口最高点低于所述转向外管最高点。

优选的，所述静压分流腔的顶面与所述转向外管出水面之间的垂直高度大于所述进水通道的半径，所述静压分流腔顶部始终保持有一定量的气体。

优选的，所述静压分流腔内还设置有挡板；所述挡板用于所述转向内管完全伸出于所述转向外管周面时限制所述转向内管运动。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

本实用新型在开式多管路出水系统中，在各个进水口径和高度一致的情况下，每个出水管路配置开式多管路变流量自调节水平衡装置，可实现在复杂变流量工况下，自力式自平衡调节分配各管路出水量，消除开式出水水流量不均匀所产生系统能效与运营管理的影响；还可以消除停机水锤现象对管路系统与设备的影响，并减少大量的停机溢流的水资源浪费。

附图说明

图1为本实用新型其中一实施例中的一种开式多管路变流量自调节水平衡装置整体结构示意图；

图2为本实用新型其中一实施例中的一种开式多管路变流量自调节水平衡装置正视图；

图3为本实用新型其中一实施例中的转向管段结构示意图；

图中：100、静压分流腔；200、进水通道；210、进水管段；220、转向管段；221、转向外管；222、转向内管；2221、挡水面；2222、出水面；300、出水管道；限位挡板、400。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的介绍。

本实施例提供一种开式多管路变流量自调节水平衡装置，设置于冷却塔进水管，如图1～3所示，包括：

壳体，所述壳体的内部限定有静压分流腔100；

进水通道200，一端伸入静压分流腔100，包括进水管段210和转向管段220；所述进水管段210与冷却塔进水管连通，用于流入冷却循环水；所述转向管段220与进水管段210连通，用于将进水管段210内的横向进水转向为向上出水；

所述转向管段220包括：

转向外管221；以及

转向内管222，所述转向内管222的尺寸略小于转向外管221，所述转向内管222的一端与转向外管221活动连接，以使得所述转向内管222能够凸伸于转向外管221的周面外侧或收缩于转向外管221的周面内侧；所述转向内管222包括：

挡水面2221，垂直于转向内管222的进水方向，用于在使用中承受冷却循环水的水压力；

多个出水面2222，每个出水面2222上均设有若干个异型变截面出水口；

所述挡水面2221与所述多个出水面2222共同限定所述转向内管222；

所述转向内管222内冷却循环水流量增加时，所述挡水面2221在冷却循环水的水压力作用下带动转向内管222朝凸伸于转向外管221周面外侧方向移动，以增加多个出水面2222上的出水口的出水面积；所述转向内管222内冷却循环水流量减小时，所述转向内管222朝收缩于转向外管221周面内侧方向移动，以减小多个出水面2222上的出水口的出水面积。

具体的，本实施例中的开式多管路变流量自调节水平衡装置可以配置于多台冷却塔、多路进水管路的每一路冷却塔进水管前，各路进水管与自调节水平衡装置的进水管段210通过法兰水平横向对接，显而易见地，此时进水管段210内的冷却循环水位横向进水。

常规开式横流冷却塔在工程应用中，进水管通常比进水口高，水平进水管需要一个弯头向下连接到进水口，进水口前需安装阀门作为调节进水量和维护检修用。由于进水管各自独立，进水管高于进水口，且出水口为开式零阻力空间。运行过程中任何一个进水管先处于满管状态，向下出水后，即反向产生负压虹吸效应，形成优势射流状态，导致另一出水口水流量大大低于优势出水口水流量，形成冷却塔两侧水流分配不均现象。该现象非固定状态，随冷却循环水量变化而变化，无法调节管路阀门来消除。严重时出现部分管路有出水，部分管路无水流量状态。

本实施例中通过设置转向管段220，所述转向管段220与进水管段210连通，进而将进水管段210内的横向进水转向为向上出水，向上出水的出水高度不低于进水管段210最高点以下三分之一位置处。此时即使运行过程中冷却塔单元进水管满管，由于破坏了虹吸的条件，也就不会出现反向的负压虹吸效应，避免了出现优势射流的情况。

本实施例中，所述转向外管221和所述转向内管222均为弧形管，二者均具有90°的弧形转向。所述转向内管222的尺寸略小于转向外管221，以使得所述转向内管222内套于所述转向外管221时，转向内管222外壁与转向外管221内壁留有可自由活动的微小缝隙，保证转向内管222始终能够相对于转向外管221自由活动。

本实施例中，所述转向内管222的一端与转向外管221活动连接，以使得所述转向内管222能够凸伸于转向外管221的周面外侧或收缩于转向外管221的周面内侧。更具体的实施方式中，所述转向内管222与所述转向外管221不碰撞的活动圆心点设有活动轴，转向外管221外壁在与转向内管222活动轴重合点设置轴套支撑活动轴的旋转活动；活动轴与转向外管221间设有助力弹簧，助力弹簧弹力小于转向内管222水平状态至转向轴芯力臂总重量。可以理解的是，本实施例中只要求转向内管222能够相对于转向外管221在凸伸于转向外管221的周面外侧与收缩于转向外管221的周面内侧之间活动即可，因此不对转向内管222与转向外管221之间具体的连接方式进行限制。

应当说明的是，上述实施例中所述的转向外管221的周面外侧，是指所述转向外管221靠近转向内管222一侧的周面，同时该周面也是所述转向外管221的出水面2222。

本实施例中，所述挡水面2221与所述多个出水面2222共同限定所述转向内管222。在一个更具体的实施例中，所述挡水面2221为一密封盖板，所述密封盖板的尺寸略大于转向外管221的周面，以使得所述转向内管222收缩于转向外管221的周面内侧时所述密封盖板与转向外管221的周面水平重合。

为了起到止回、消除水锤与溢流的作用，所述密封盖板的外周还设置有弹性密封圈。

冷却循环水进行本实施例中的自调节水平衡装置后，首先所述挡水面2221在冷却循环水的水压力作用下带动转向内管222朝凸伸于转向外管221周面外侧方向移动，也就相当于推动转向内管222沿活动轴做旋转运动，此时多个出水面2222上的出水口的出水面2222积增加；当冷却循环水流量减小时，所述转向内管222朝收缩于转向外管221周面内侧方向移动，此时多个出水面2222上的出水口的出水面2222积减小。

上述过程中，由于可以随水压大小自动调整转向内管222旋转运动角度与异型变截面开口出水量，个别管路原水压力较大，推动调节开口出水后，水压力对应下降，并把水压力分配到其他管路，起到平衡多管路流量分配的性能；通过上述过程，即可消除开式横流冷却塔两侧洒水盆进水量分配不平衡问题，保障冷却塔在冷却循环水系统复杂变量工况下蒸发冷却热力性能。

进一步的设置中，所述静压分流腔100内还设置有挡板400；所述挡板400用于所述转向内管222完全伸出于所述转向外管221周面时限制所述转向内管222运动，避免角度过大。

所述转向内管222上弧度大于45°、小于90°的管段为调节管段，所述异型变截面出水口设置于所述转向内管222的调节管段位置。

所述挡水面2221的尺寸略大于转向外管221的周面，以使得所述转向内管222收缩于转向外管221的周面内侧时所述挡水面2221与转向外管221的周面水平重合。

另一个实施例中，所述静压分流腔100的有效过流投影截面积大于所述进水通道200的进水投影截面积1.5倍或1.5倍以上。在实际工况中，冷却塔中冷却循环水的流量会实时变动。在进水通道200内的冷却循环水为小流量情况下，静压分流腔100内冷却循环水始终不满水，对静压分流腔100内的冷却循环水而言，小流量下，静压分流腔100内的冷却循环水水量小，也就不会满腔，此时冷却循环水在重力影响下从出水通道自动流出；当流量不断增大时，若静压分流腔100内逐渐满水，此时对于整个分流装置而言，从进水通道200到出水通道形成连续的水流。显而易见地，此时静压分流腔100内容易产生负压虹吸效应，导致静压分流腔100其内形成对冷却循环水的阻力，也就增大了管道的总阻力。通过设置所述静压分流腔100的有效过流投影截面积大于所述进水通道200的进水投影截面积1.5倍或1.5倍以上，一能够避免大流量工况下满管产生负压虹吸，另一方面能够在小流量工况下规避进水的压力。

另一个实施例中，所述静压分流腔100的顶面与所述转向外管221出水面2222之间的垂直高度大于所述进水通道200的半径，所述静压分流腔100顶部始终保持有一定量的气体。所述装置还包括：

出水管道300，设于壳体上，连通所述静压分流腔100；

所述出水管道300的出水口最高点低于所述转向外管221最高点以下三分之一位置处，并且出水管300的形式，可以设置成满足上述高度要求的任何角度和方向。如前所述，本申请中静压分流腔100起到两个作用，其一是分水，其二是消除射流虹吸效应。对于第二点来说，为了克服静压分流腔100带来的射流虹吸效应的问题，特别是在小流量工况下，一个重要的条件在于需要始终保持静压分流腔100上部的空气存在。本实施例中通过保证出水通道的最高点低于所述进水通道200的最低点，能够始终保证小流量工况下静压分流腔100上部空气存在，进而能够进一步保证消除射流虹吸效应。

由于进水通道200相较于常规的进水管路直接伸入静压分流腔100，从动力角度分析，冷却循环水在进水通道200内部分回流，满溢，再经过静压分流腔100从出水管道300流出；在回流阶段，由于转向管段220将进水管段210内的横向进水转向为向上出水，部分冷却循环水在转向管段220回流，此时冷却循环水的流速必将受到影响，导致装置增大了系统阻力；而当冷却循环水满溢并经过静压分流腔100从出水管道300流出。若所述静压分流腔100顶壁面与进水通道200之间的垂直高度过小，则静压分流腔100内容易满腔，易发生进出水虹吸效应。通过限定述静压分流腔100的顶面与所述转向外管221出水面2222之间的垂直高度大于所述进水通道200的半径，优选的，所述静压分流腔100顶壁面与进水通道200之间的垂直高度大致上等于进水通道200的半径。能够使得静压分流腔100满腔时进出水的虹吸效应抵消进水通道200朝向静压分流腔100顶壁面方向倾斜所带来的重力对冷却循环水流速的影响，使得两边冷却循环水的分配量尽可能接近或者相等。

本实用新型所述实例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.开式多管路变流量自调节水平衡装置，设置于冷却塔进水管，其特征在于：包括：

壳体，所述壳体的内部限定有静压分流腔；

进水通道，一端伸入静压分流腔，包括进水管段和转向管段；所述进水管段与冷却塔进水管连通，用于流入冷却循环水；所述转向管段与进水管段连通，用于将进水管段内的横向进水转向为向上出水，向上出水的出水高度不低于进水管段最高点以下三分之一位置处；

所述转向管段包括：

转向外管；以及

转向内管，所述转向内管的尺寸略小于转向外管，所述转向内管的一端与转向外管活动连接，以使得所述转向内管能够凸伸于转向外管的周面外侧或收缩于转向外管的周面内侧；所述转向内管包括：

挡水面，垂直于转向内管的进水方向，用于在使用中承受冷却循环水的水压力；

多个出水面，每个出水面上均设有若干个异型变截面出水口；

所述挡水面与所述多个出水面共同限定所述转向内管；

所述转向内管内冷却循环水流量增加时，所述挡水面在冷却循环水的水压力作用下带动转向内管朝凸伸于转向外管周面外侧方向移动，以增加多个出水面上的出水口的出水面积；所述转向内管内冷却循环水流量减小时，所述转向内管朝收缩于转向外管周面内侧方向移动，以减小多个出水面上的出水口的出水面积；

所述转向内管上弧度大于45°、小于90°的管段为调节管段，所述异型变截面出水口设置于所述转向内管的调节管段位置。

2.根据权利要求1所述的开式多管路变流量自调节水平衡装置，其特征在于：所述挡水面的尺寸略大于转向外管的周面，以使得所述转向内管收缩于转向外管的周面内侧时所述挡水面与转向外管的周面水平重合。

3.根据权利要求1所述的开式多管路变流量自调节水平衡装置，其特征在于：所述静压分流腔的有效过流投影截面积大于所述进水通道的进水投影截面积1.5倍或1.5倍以上。

4.根据权利要求1所述的开式多管路变流量自调节水平衡装置，其特征在于：还包括：

出水管道，设于壳体上，连通所述静压分流腔；

所述出水管道的出水口最高点低于所述转向外管最高点以下三分之一位置处。

5.根据权利要求4所述的开式多管路变流量自调节水平衡装置，其特征在于：所述静压分流腔的顶面与所述转向外管出水面之间的垂直高度大于所述进水通道的半径，所述静压分流腔顶部始终保持有一定量的气体。

6.根据权利要求1所述的开式多管路变流量自调节水平衡装置，其特征在于：所述静压分流腔内还设置有挡板；所述挡板用于所述转向内管完全伸出于所述转向外管周面时限制所述转向内管运动。

Images