1、水動風機原理

冷卻塔的低耗能是冷卻塔技術(shù)發(fā)展中不變的目標。水動風機冷卻塔是一種新型的節(jié)能改進型冷卻塔，近年來逐步開始應用于國內(nèi)企業(yè)的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

一般的冷卻塔，在設計選泵的時候，為了流量，必須考慮水泵的效率，還要顧及電機的啟動扭矩，因此揚程許大不許小，選電機常常是“大馬拉小車"，導致相當一部分能量白白地浪費掉了。據(jù)行業(yè)內(nèi)調(diào)查，冷卻塔的進塔循環(huán)水壓頭一般是5～8m，而布水所需的壓頭通常不超過3m，富余揚程并沒有得到充分的利用。

針對這種情況，出現(xiàn)了水動風機的設計。所謂水動風機，是在冷卻塔本身具有充足富余揚程的前提下，采用水輪機代替電機來驅(qū)動風機進行熱交換。水輪機的結(jié)構(gòu)簡單，主要工作部位是葉輪。葉輪接受了流體的能量，使葉輪旋轉(zhuǎn)，將進水的富余壓頭轉(zhuǎn)換為動能，起到了代替電機的作用。利用水輪機代替電機驅(qū)動風機，只要使水輪機的軸功率與電機的軸功率相同就能達到同樣的冷卻效果，使塔的電耗減少，而塔的外形、結(jié)構(gòu)、尺寸、冷卻原理都不需改變，且水輪機具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、噪聲低、壽命長等優(yōu)點。

但是，并非所有的機械通風冷卻塔都可采用水動風機進行改造，也并非所有的項目或工況均適宜采用水動風機冷卻塔。水動風機冷卻塔應用于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，是必須有客觀條件的，只有在符合其應用條件的前提下，才能取得節(jié)能的效果及想應的經(jīng)濟、社會效益。

2、水動風機冷卻塔的系統(tǒng)條件

由于水輪機轉(zhuǎn)動的原動力來源于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的余壓，即水泵的富余揚程，因此要分析水輪機應用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的條件，就必須對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的能耗加以具體分析。

用水輪機代替冷卻塔電機的必要條件是冷卻塔進水具備充足的能量，通常情況下，進水功率的計算公式為：

P(kW)=9.81 x 進水流量Q(m3/s)x 進水壓頭H(m)

冷卻塔進水壓頭H是由水壓能耗、塔高度和布水噴射力共同所需總和來確定的，其中與水動風機冷卻塔應用密切相關(guān)的是水壓能耗。水壓能耗是指整個循環(huán)水管網(wǎng)系統(tǒng)所產(chǎn)生的水頭損失。包括設備、管路、閥門、敞開水池泄壓等的水頭損失。另外，水壓能耗還包括在設計時所保留的整個循環(huán)水管網(wǎng)系統(tǒng)的設計富裕能力，而該設計富裕能力也就是水動風機冷卻塔應用的動力來源。

通常循環(huán)冷卻水的設計必須保持適當富余量，一般在5%左右，以應對設備老化、管道結(jié)垢等因素對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)供水能力(包括水量和水壓)所帶來的負面影響，而水動風機冷卻塔的使用不應占用該部分的富余量，而是應該采用額外的富裕量，否則的話將影響系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定性，也對換熱設備造成嚴重損害。

由于冷卻塔進水壓頭來自于循環(huán)水泵，如果進水壓頭不足，在水泵流程上增設水輪機，不僅會增大循環(huán)水泵的能耗，還會使系統(tǒng)阻力增加，換熱效率下降，嚴重的還會影響換熱設備的正常運轉(zhuǎn)。因此要求進水壓頭在通過水輪機以后，余壓足夠完成布水和其它管路損失，即水泵的富余揚程要滿足水輪機的能量要求，才能進行水動風機的改造，真正達到節(jié)能的效果。

3、水動風機冷卻塔的優(yōu)缺點

水動風機冷卻塔作為一種新型的節(jié)能改進型冷卻塔，其優(yōu)點在于：

節(jié)電。該塔利用水輪機取代風葉電機，利用進塔水壓節(jié)省了風葉電機的運行電耗。

無噪聲。水輪機的能量轉(zhuǎn)換是在水流道內(nèi)完成的，銷除了冷卻塔機械動力的噪聲源，減小了冷卻塔的噪聲。

水輪機軸功率達到風葉軸功率即可，不需要象電機那樣多出一些功率來應付起動電流的不足。

使用壽命長。水輪機結(jié)構(gòu)簡單，維護更換方便，長期運轉(zhuǎn)無損壞。

安全。不僅可在濕腐高危防爆處使用，而且對于管網(wǎng)系統(tǒng)還有壓力調(diào)節(jié)作用。

水動風機實施起來并非易事，它不僅對水輪機效率要求較高，而且還要求能直接驅(qū)動風機，這樣才有較好地可靠性與使用壽命。驅(qū)動水輪機的能量是來自水泵的富余揚程，如果富余揚程不足，安裝了水輪機，會額外增加阻力，所驅(qū)動的風機可能達不到額定轉(zhuǎn)速，冷卻效果就達不到要求。水輪機本身并不是憑空產(chǎn)生能量的，但對于一些設計余量過大的冷卻塔，的確能起到回收部分能量的作用。

另外，系統(tǒng)中的循環(huán)水量在根據(jù)生產(chǎn)需要隨時發(fā)生變化，因此，為避免水泵揚程富余較多，使進塔水壓過高造成風機轉(zhuǎn)速過快，特別是氣象條件利于冷卻塔降溫時使冷卻水溫度過低，從而影響系統(tǒng)的安全性，需要在冷卻塔進水管及補水管之間設置旁通閥。

水動風機冷卻塔完全靠水力來進行控制冷卻塔的進水，其自動控制能力和可調(diào)節(jié)性相對較差，建議在進水總管上設置可遠程控制的電動流量調(diào)節(jié)閥、壓力表、流量計等，在必要時可以按生產(chǎn)需要直接進行控制和管理。

對于大型循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，當采用多組冷卻塔時，建議僅在多組冷卻塔中設置1臺或2臺水動風機冷卻塔，其余仍采用傳統(tǒng)的電機傳動型冷卻塔，因為電機傳動型冷卻塔運行的可靠性和穩(wěn)定性仍高于水動風機冷卻塔。

4、結(jié) 論

作為一種新型的節(jié)能改進型冷卻塔，水輪機冷卻塔的安裝和改造是要進行詳細技術(shù)論證的，不僅新塔要認真計算循環(huán)水系統(tǒng)中的富余能量，而舊塔改造更要測量原系統(tǒng)中是否存在達到推動水輪機轉(zhuǎn)動的富余能量。

水動風機冷卻塔是以循環(huán)冷卻水系統(tǒng)富余能量作為動能來源的，說到底，水輪機運轉(zhuǎn)所需的能量還是來自于水泵，因此，水輪機代替電機，實質(zhì)還是對原有水泵的富余揚程進行了合理的利用，充分利用進塔水頭的能量以達到節(jié)能的目的。