JP2012528262A - ハイドロダイナミック式省エネ型冷却タワー直連結低速小型混流式水車用ランナ - Google Patents

ハイドロダイナミック式省エネ型冷却タワー直連結低速小型混流式水車用ランナ Download PDF

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Abstract

本発明はハイドロダイナミック式省エネ冷却タワー直連結低速小型混流式水車用ランナに関し、上トップ（１）、下リング（３）及び前記上トップ（１）と下リング（３）との間に装着される曲面ブレード（２）を含み、その特徴は、前記ブレード（２）の入水側（４）の高さｈと対応される入水側（４）の箇所の直径Ｄ１との比値は０．１８〜０．２２、ブレード（２）の全高Ｈと直径Ｄ１との比値は０．３５〜０．４２、出水側（４）と下リング（３）の交点Ａに対応する直径Ｄ２が直径Ｄ１との比値は０．４〜０．６、出水側（４）と上トップとの交点Ｂに対応する直径Ｄ３が直径Ｄ１との比値は０．３〜０．４５、上トップ（１）上の排水円形台の直径Ｄ４と直径Ｄ１との比値は０．１〜０．２、前記直径Ｄ１と冷却ファンブレードの回転速度との関係はＤ１＝ｎ１１×√Ｈ／ｎである。本発明は構造が簡単で、設計装着が便利で、エネルギー転換効率が高い美点を有する。

Description

本発明は冷却タワーに関し、特に冷却タワー駆動用水車のランナに関し、具体的には、減速ボックスを持たなく、水車ランナを合理に設計することで水車の出力回転速度はファン回転速度定格値になさるため、伝統的な反動型水車が使用する減速ボックスを省略するハイドロダイナミック式省エネ冷却タワーの直連結低速小型混流式水車用ランナに関する。
周知のように、省エネの目的を実現するために、現有の空調冷却タワーは既に水車を使用して冷却ファンを駆動し始めた。それは冷却タワー循環水流のエネルギーを充分に利用してそれを水車の駆動力に転換し、水車により水力エネルギーを回転機械エネルギーに転換して冷却ファンを駆動し、伝統的な大功率冷却モータを省いて、省エネ効果が非常に著しい。
現在、我国の工業空調冷却タワー循環水有り余る水頭は一般的に４ｍ〜１５ｍにあり、水管を配置するところは０．５ｍ〜１ｍの圧力水頭が必要となり、このため、この部分の循環水の有り余る水頭を回収するのに用いるウォータータービンは背圧環境下で動作しているが、冷却タワーファン回転速度が比較的に低いし、冷却タワーファンと直接に連結させるためには、低速混流式水車を選ばなければならなくなり、しかし、現在我国の水車モデルレンジにおいて、このような動作環境を満たす、冷却ファンと直接に連結する低速混流式水車はまだなく、一般的な混流式水車を１つの減速器を介して冷却タワーファンと連接する駆動モデルを用いる必要があり、減速ボックスの動作条件が比較的劣るため、騒音が大きい上に、寿命が短く、しかも相応的に製造コストを上げる。このため、このような動作環境を満たす、低単位回転速度で冷却タワーファンと直連結する混流式水車を設計することは、重大な現実意味がある。
本発明の目的は、従来の冷却タワー水車の出力軸が減速ボックスによりファンブレードを駆動することによる騒音が大きく、故障しやすく及び製造コストが高い問題に対して、ハイドロダイナミック式省エネ冷却タワーに応用する直連結低速小型混流式水車ランナを設計し、これでギア減速駆動機構を最終的に省くために基礎を築く。
本発明の技術方案は以下である。
ハイドロダイナミック式省エネ型冷却タワー直連結低速小型混流式水車用ランナであって、上トップ１、下リング３及び前記上トップ１と下リング３との間に装着される曲面ブレード２を含み、前記曲面ブレード２の片端は入水側４であり、該入水側４はランナの高圧側であり、水流の径方向流入側でもあり、前記曲面ブレード２の他端は出水側５であり、該出水側はランナの低圧側であり、水流の軸方向流出側でもあり、出水側５と下リング３の連接点はＡであり、ブレード出水側５と前記上トップ１の連接点はＢである。その特徴は、前記ブレード２の入水側４の高さｈと対応される入水側４の箇所の直径Ｄ１との比値は０．１８〜０．２２、ブレード２の全高Ｈと直径Ｄ１との比値は０．３５〜０．４２、出水側５と下リング３の交点Ａに対応する直径Ｄ２が直径Ｄ１との比値は０．４〜０．６、出水側５と上トップとの交点Ｂに対応する直径Ｄ３が直径Ｄ１との比値は０．３〜０．４５、上トップ１上の排水円形台の直径Ｄ４と直径Ｄ１との比値は０．１〜０．２、前記直径Ｄ１と冷却ファンブレードの回転速度との関係は
Figure 2012528262
 であり、ここで、ｎ１１は単位回転速度と称する常数であり、その値範囲は２８〜４２であり、ｎは冷却ファンブレードの定格回転速度であり、Ｈは入タワー水圧（水柱を単位とする：ｍ）である。
前記曲面ブレード２数量は１６〜２０枚、ブレード翼形の最小厚さと最大厚さとの比は０．２８〜０．３４である。
本発明の有益な効果は以下である。
本発明は冷却タワー用水車が減速ボックスを最終的に省くことに基礎を築いたが、本発明が設計したランナを用いて使用要求を完全に満たすことができ、試験によって、本発明ランナを装着した水車は、その出力回転速度は使用要求を完全に満たすことができ、且つ回転速度の脈動範囲が小さいことを証明した。
本発明の構造が簡単で、その装着と使用は非常に便利である。
本発明は冷却タワー用水車の特徴に対して、創造的に単位回転速度ｎ１１を、伝統的な反動型水車を実際応用する時の８０以上から２８〜４２の間に低減するとともに該単位回転速度により水車効率を影響する肝心な部材としての案内ファンブレードの曲線方程式を確定し、大量の計算と実験によって、ランナ寸法とブレード入水側寸法Ｄ１との間の関係を出し、それとともにＤ１と冷却ファン回転速度との間の関係を出し、ランナの合理設計に快速便利な道を提供した。
実験によって、単位回転速度が２８〜４２間にある場合に確定したブレード入水側寸法Ｄ１が確定したランナの寸法こそ水車の全体効率が８６％前後に維持するようになり、４２より大きいまたは２８より小さくなると、その効率が直線のよりに急速に低減することを証明した。
本発明のランナの立体構造説明図である。 本発明ランナの各部分寸法の説明図である。 本発明曲面ブレードの立体構造説明図である。 本発明曲面ブレードの立体図である。
以下、図面と実施例を合わせて本発明を更に説明する。
図２に示されるように、ハイドロダイナミック式省エネ型冷却タワー直連結低速小型混流式水車用ランナであって、上トップ１、下リング３及び前記上トップ１と下リング３との間に装着される、数量が１６〜２０枚の曲面ブレード２を含み、図１に示すように、曲面ブレード２は翼形構造であり、図３、４に示すように、ブレード翼形の最小厚さと最大厚さとの比が０．２８〜０．３４であり、前記曲面ブレード２の片端は入水側４であり、該入水側４はランナの高圧側であり、水流の径方向流入側でもあり、前記曲面ブレード２の他端は出水側５であり、該出水側はランナの低圧側であり、水流の軸方向流出側でもあり、出水側５と下リング３との連接点はＡであり、ブレード出水側５と上トップ１との連接点はＢであり、前記曲面ブレード２の翼形最小厚さと最大厚さとの比は０．２８〜０．３４であり、曲面ブレード２の寸法とランナ全体の関連部分の寸法との関係は、入水側４の高さｈと対応される入水側４の箇所の直径Ｄ１との比値は０．１８〜０．２２、ブレード２の全高Ｈが直径Ｄ１との比値は０．３５〜０．４２、出水側４と下リング３の交点Ａに対応する直径Ｄ２が直径Ｄ１との比値は０．４〜０．６、出水側４と上トップの交点Ｂに対応する直径Ｄ３が直径Ｄ１との比値は０．３〜０．４５、上トップ１上の排水円形台の直径Ｄ４と直径Ｄ１との比値は０．１〜０．２であり、図２を参照する。入水側直径Ｄ１と冷却ファンブレードの回転速度との関係は
Figure 2012528262
 であり、ここで、ｎ１１は単位回転速度と称する常数であり、その値範囲は２８〜４２であり、ｎは冷却ファンブレードの定格回転速度であり、Ｈは入タワー水圧(水柱を単位とする：ｍ)である。
具体的に実施する場合に、冷却タワーファンブレードの回転速度が確定された後、そして使用環境によりｎ１１値を選定し、一般的には、南方では高い値を選び、北方では低い値を選び、多くの場合は３５が好ましく、そして入タワー水圧Ｈから、Ｄ１の値を確定でき、最後にＤ１の値により曲面ブレード、上トップ及び下リングの各部分寸法を確定して定格回転速度要求を満たすランナを取得できる。
以下は具体的な計算例である。
例１
ｎ１１を３５、入タワー水圧Ｈを１３ｍ、ファンブレードの定格回転速度ｎを１３６ｒ／ｍｉｎとし、０．９２８ｍであるＤ１を得て、形状は図３、４に示す曲面ブレードを設計する。装着実際測定してファンブレードの回転速度は１３７ｒ／ｍｉｎであり、設計要求に合致する。
例２
ｎ１１を３０、入タワー水圧Ｈを１５ｍ、ファンブレードの定格回転速度ｎを１４０ｒ／ｍｉｎとし、０．８３０ｍであるＤ１を得て、形状は図３、４に示す曲面ブレードを設計する。装着実際測定してファンブレードの回転速度は１３８ｒ／ｍｉｎであり、設計要求に合致する。
例３
ｎ１１を４０、入タワー水圧Ｈを１５ｍ、ファンブレードの定格回転速度ｎを１３０ｒ／ｍｉｎとし、１．１９２ｍであるＤ１を得て、形状は図３、４に示す曲面ブレードを設計する。装着実際測定してファンブレードの回転速度は１３１ｒ／ｍｉｎであり、設計要求に合致する。
例４
ｎ１１を２８、入タワー水圧Ｈを１３ｍ、ファンブレードの定格回転速度ｎを１３６ｒ／ｍｉｎとし、０．７４２ｍであるＤ１を得て、形状は図３、４に示す曲面ブレードを設計する。装着実際測定してファンブレードの回転速度は１３０ｒ／ｍｉｎであり、設計要求に合致する。
例５
ｎ１１を４２、入タワー水圧Ｈを１０ｍ、ファンブレードの定格回転速度ｎを１４０ｒ／ｍｉｎとし、０．９４９ｍであるＤ１を得て、図３、４に示す曲面ブレードを設計する。形状は装着実際測定してファンブレードの回転速度は１４５ｒ／ｍｉｎであり、設計要求に合致する。
例６
ｎ１１を２７、入タワー水圧Ｈを１３ｍ、ファンブレードの定格回転速度ｎを１３６ｒ／ｍｉｎとし、０．７１２ｍであるＤ１を得て、形状は図３、４に示す曲面ブレードを設計する。装着実際測定してファンブレードの回転速度は１１０ｒ／ｍｉｎであり、設計要求に合致しない。
例７
ｎ１１を４３、入タワー水圧Ｈを１０ｍ、ファンブレードの定格回転速度ｎを１４０ｒ／ｍｉｎとし、０．９６９ｍであるＤ１を得て、形状は図３、４に示す曲面ブレードを設計する。装着実際測定してファンブレードの回転速度は１２０ｒ／ｍｉｎであり、設計要求に合致しない。
当業者にとっては、本発明が提供したブレードとランナとの間の各パラメーターの関係、及びブレード入水側直径と単位回転速度及び水頭、ファンブレード回転速度との間の関係を参照して木型を便利に取得でき、そして木型により直接にまたは略修正して理想的な転換構造を設計して取得できる。
本発明に記載しない部分はいずれも現有技術に同一でありまたは現有技術を用いて実現できる。

Claims (2)

  1. 上トップ（１）、下リング（３）及び前記上トップ（１）と下リング（３）との間に装着される曲面ブレード（２）を含み、前記曲面ブレード（２）の片端は入水側（４）であり、該入水側（４）はランナの高圧側であり、水流の径方向流入側でもあり、前記曲面ブレード（２）の他端は出水側（５）であり、該出水側はランナの低圧側であり、水流の軸方向流出側でもあり、出水側（５）と下リング（３）の連接点はＡであり、ブレード出水側（５）と前記上トップ（１）の連接点はＢである、ハイドロダイナミック式省エネ型冷却タワー直連結低速小型混流式水車用ランナにおいて、
    前記ブレード（２）の入水側（４）の高さｈと対応される入水側（４）の箇所の直径Ｄ１との比値は０．１８〜０．２２、ブレード（２）の全高Ｈと直径Ｄ１との比値は０．３５〜０．４２、出水側（５）と下リング（３）の交点Ａに対応する直径Ｄ２が直径Ｄ１との比値は０．４〜０．６、出水側（５）と上トップとの交点Ｂに対応する直径Ｄ３が直径Ｄ１との比値は０．３〜０．４５、上トップ（１）上の排水円形台の直径Ｄ４が直径Ｄ１との比値は０．１〜０．２、前記直径Ｄ１と冷却ファンブレードの回転速度との関係は
    Figure 2012528262
     であり、ここで、Ｄ１は入水側（４）に対応される直径であり、直径Ｄ１の単位はｍであり、ｎ１１は単位回転速度と称する常数であり、その値範囲は２８〜４２であり、ｎは冷却ファンブレードの定格回転速度であり、定格回転速度ｎの単位はｒ／ｍｉｎであり、Ｈは入タワー水圧であり、水圧の単位はｍ水柱である、ことを特徴とするハイドロダイナミック式省エネ型冷却タワー直連結低速小型混流式水車用ランナ。
  2. 前記曲面ブレード（２）数量は１６〜２０枚、ブレード翼形の最小厚さと最大厚さとの比は０．２８〜０．３４である、ことを特徴とする請求項１に記載のランナ。
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