冷却塔专用超低比转速水轮机的设计研究

发布时间：2020-05-28 12:21

【摘要】：针对冷却塔循环水系统中的富余水能,设计研究一种冷却塔专用水轮机用以回收余能是工业节能的重要举措之一。通过分析冷却塔循环水系统的能量特点,发现冷却塔循环系统中存在可观的可被回收利用的余能。同时,机械通风冷却塔配备的电机电能消耗巨大。通过研究,设计一种冷却塔专用水轮机,将回收的富余水能转换为旋转机械能来驱动风机,可极大提高能源利用效率。课题组根据企业需求,开展了冷却塔专用超低比转速水轮机的设计研究,以期达到简化冷却塔结构和节能的目的。同时,设计研发冷却塔专用水轮机也为拓宽常规发电用水轮机应用领域提供了参考。冷却塔专用水轮机在运行环境和参数设计等方面与常规发电用水轮机存在较大差异,不能完全沿袭传统发电用水轮机的设计思路。因此,作者主要开展了如下的研究工作:(1)分析冷却塔循环水系统能量特点以及冷却塔专用水轮机的比转速特性,确定冷却塔专用水轮机型式为混流式。(2)分析冷却塔专用混流式水轮机与常规发电用水轮机之间的差别,以冷却塔专用水轮机的额定工况参数为基础,根据水轮机设计理论以及现有设计经验初步拟定水轮机相关参数。(3)以一元理论为指导,结合数值积分方法,开展了转轮叶片骨线的计算,得到了具有良好水力性能的转轮。(4)为尽量减小冷却塔专用水轮机径向尺寸,以免对冷却塔运行特性造成影响,提出了一种具有高窄型断面的蜗壳,并对其进行了水力优化设计,得到了一种水力性能良好、径向尺寸较小、便于安装的新型蜗壳。(5)采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术对设计出的超低比转速混流式水轮机进行全流道数值模拟与分析,并根据数值模拟结果针对各过流部件不断进行优化设计。最终得到一种性能指标满足冷却塔运行要求的水轮机。该水轮机在额定工况下出力达到85.67k W,水轮机最优效率达到78.26%。(6)对冷却塔专用水轮机进行了水力性能预估分析。结果表明,在较大流量变化范围和较大转速变化范围内,水轮机出力均匀且都在72k W以上,满足驱动冷却塔风机的动力要求。
【图文】：

系统原理图,混流式水轮机,冷却塔,工业

轮机替代电机去驱动风机时，若水轮机的轴功率现冷却塔的节能改造目标[18-20]。2010 年“工业入选“国家重点节能技术推广目录（第三批）”，见表 1.2 国家重点节能技术推广目录National key energy conservation technology extension cat称技术原理塔用混机技术水轮机的工作动力来自循环冷却水系统水的重势能以及循环水泵的富余扬程，工作时保证冷塔的技术参数，而且循环水泵的能耗不变。水机的输出轴直接与风机连接并带动其转动，，取了原电机驱动风机系统，节约了电能。却塔用混流式水轮机技术被国家发改委列为“十，采用高效节能水动风机冷却塔技术，成功入选厅，关于组织申报 2011 年节能技术改造财政奖励

水体模,转轮

图 3.5 转轮三维水体模型Fig 3.5 Model of three dimensional body of runner body的设计壳出口和转轮进口相连，是水轮机组的核心部件之一，主要由成，其主要作用是将蜗壳中具有一定速度环量的水流引入到转机组重量等荷载均匀地传递到基础上。与金属蜗壳相连的座环与不带蝶形边。两种座环在结构形式和受力特性上有一定差异差别较小。具有一定速度环量的水流在流出蜗壳后，需经过座柱的存在会造成一定水力损失。为减小支柱造成的水力损失，流线型设计，同时对支柱断面进行翼型加厚，从而将水流均匀座环的支柱也被称作固定导叶。导叶的分布圆直径 D0的确定的分布圆直径 D0的确定与转轮的型式、直径以及固定导叶数等3.1 初步拟定。综合考虑，确定导叶的分布圆直径为 1.46m。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK730.2;TU991.42

【参考文献】