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[摘 要]冷却塔利用水轮机代替电机驱动风机，当系统的富余扬程可以满足水轮机的驱动需要时，节能效果明显，而且水轮机具有节电、安全、高效、无噪声等优点。
& M. g" |$ I' R3 u9 Z" O： ^6 D
[关键词]冷却塔；水轮机；进水压头；富余扬程；节能改造
中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0094-01
1 水动风机原理
冷却塔的高效低耗能是冷却塔技术发展中永恒不变的目标。水动风机冷却塔是一种新型的节能环保改进型冷却塔，近年来逐步开始应用于国内企业的工业循环冷却水系统，并得到了大力宣传和市场的认可。
一般的冷却塔，在设计选泵的时候，为了确保流量，必须考虑水泵的效率，还要顾及电机的启动扭矩，因此扬程许大不许小，选电机常常是“大马拉小车”，导致相当一部分能量白白地浪费掉了。据行业内调查，冷却塔的进塔循环水压头一般是5～8m，而布水所需的压头通常不超过3m，富余扬程并没有得到充分的利用。
针对这种情况，出现了水动风机的设计。所谓水动风机，是在冷却塔本身具有充足富余扬程的前提下，采用水轮机代替电机来驱动风机进行热交换。水轮机的结构简单，主要工作部位是叶轮。叶轮接受了流体的能量，使叶轮旋转，将进水的富余压头转换为动能，起到了代替电机的作用。利用水轮机代替电机驱动风机，只要使水轮机的轴功率与电机的轴功率相同就能达到同样的冷却效果，使塔的电耗减少，而塔的外形、结构、尺寸、冷却原理都不需改变，且水轮机具有重量轻、结构简单、维修方便、噪声低、寿命长、安全高效等优点。
但是，并非所有的机械通风冷却塔都可采用水动风机进行改造，也并非所有的项目或工况均适宜采用水动风机冷却塔。水动风机冷却塔应用于工业循环冷却水系统，是必须有一定的客观条件的，只有在符合其应用条件的前提下，才能取得节能、环保的效果及想应的经济、社会效益。
2 水动风机冷却塔的系统条件
由于水轮机转动的原动力来源于循环冷却水系统的余压，即水泵的富余扬程，因此要分析水轮机应用于循环冷却水系统的条件，就必须对循环冷却水系统的能耗加以具体分析。
用水轮机代替冷却塔电机的必要条件是冷却塔进水具备充足的能量，通常情况下，进水功率的计算公式为：
P（kW）=9.81 x 进水流量Q（m3/s）x 进水压头H（m）
冷却塔进水压头H是由水压能耗、塔高度和布水喷射力共同所需总和来确定的，其中与水动风机冷却塔应用密切相关的是水压能耗。水压能耗是指整个循环水管网系统所产生的水头损失。包括设备、管路、阀门、敞开水池泄压等的水头损失。另外，水压能耗还包括在设计时所保留的整个循环水管网系统的设计富裕能力，而该设计富裕能力也就是水动风机冷却塔应用的动力来源。
通常循环冷却水的设计必须保持一定的适当富余量，一般在5%左右，以应对设备老化、管道结垢等因素对循环冷却水系统供水能力（包括水量和水压）所带来的负面影响，而水动风机冷却塔的使用不应占用该部分的富余量，而是应该采用额外的富裕量，否则的话将影响系统的安全、稳定性，也对换热设备造成严重损害。
由于冷却塔进水压头来自于循环水泵，如果进水压头不足，在水泵流程上增设水轮机，不仅会增大循环水泵的能耗，还会使系统阻力增加，换热效率下降，严重的还会影响换热设备的正常运转。因此要求进水压头在通过水轮机以后，余压足够完成布水和其它管路损失，即水泵的富余扬程要满足水轮机的能量要求，才能进行水动风机的改造，真正达到节能的效果。
3 水动风机冷却塔的优缺点
水动风机冷却塔作为一种新型的节能环保改进型冷却塔，其优点在于：
节电。该塔利用水轮机取代风叶电机，利用进塔水压节省了风叶电机的运行电耗。 无噪声。水轮机的能量转换是在水流道内完成的，销除了冷却塔机械动力的噪声源，减小了冷却塔的噪声。
高效。水轮机轴功率达到风叶轴功率即可，不需要象电机那样多出一些功率来应付起动电流的不足。
使用寿命长。水轮机结构简单，维护更换方便，长期运转无损坏。
安全。不仅可在湿腐高危防爆处使用，而且对于管网系统还有一定的压力调节作用。
水动风机实施起来并非易事，它不仅对水轮机效率要求较高，而且还要求能直接驱动风机，这样才有较好地可靠性与使用寿命。驱动水轮机的能量是来自水泵的富余扬程，如果富余扬程不足，安装了水轮机，会额外增加阻力，所驱动的风机可能达不到额定转速，冷却效果就达不到要求。水轮机本身并不是凭空产生能量的，但对于一些设计余量过大的冷却塔，的确能起到回收部分能量的作用。
另外，系统中的循环水量在根据生产需要随时发生变化，因此，为避免水泵扬程富余较多，使进塔水压过高造成风机转速过快，特别是气象条件利于冷却塔降温时使冷却水温度过低，从而影响系统的安全性，需要在冷却塔进水管及补水管之间设置旁通阀。
水动风机冷却塔完全靠水力来进行控制冷却塔的进水，其自动控制能力和可调节性相对较差，建议在进水总管上设置可远程控制的电动流量调节阀、压力表、流量计等，在必要时可以按生产需要直接进行控制和管理。
对于大型循环冷却水系统，当采用多组冷却塔时，建议仅在多组冷却塔中设置1台或2台水动风机冷却塔，其余仍采用传统的电机传动型冷却塔，因为电机传动型冷却塔运行的可靠性和稳定性仍高于水动风机冷却塔。
4 结论
作为一种新型的节能环保改进型冷却塔，水轮机冷却塔的安装和改造是要进行详细技术论证的，不仅新塔要认真计算循环水系统中的富余能量，而旧塔改造更要测量原系统中是否存在达到推动水轮机转动的富余能量。
水动风机冷却塔是以循环冷却水系统富余能量作为动能来源的，说到底，水轮机运转所需的能量还是来自于水泵，因此，水轮机代替电机，实质还是对原有水泵的富余扬程进行了合理的利用，充分利用进塔水头的能量以达到节能的目的。
参考文献
[1] 高凤淮.水动风机冷却塔的应用及节能分析.节能与减排.2010-01-11.
[2] 赵振国.冷却塔. 中国水利水电出版社.2001-11.
& M. g" |$ I' R3 u9 Z" O： ^6 D
[关键词]冷却塔；水轮机；进水压头；富余扬程；节能改造
中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0094-01
1 水动风机原理
冷却塔的高效低耗能是冷却塔技术发展中永恒不变的目标。水动风机冷却塔是一种新型的节能环保改进型冷却塔，近年来逐步开始应用于国内企业的工业循环冷却水系统，并得到了大力宣传和市场的认可。
一般的冷却塔，在设计选泵的时候，为了确保流量，必须考虑水泵的效率，还要顾及电机的启动扭矩，因此扬程许大不许小，选电机常常是“大马拉小车”，导致相当一部分能量白白地浪费掉了。据行业内调查，冷却塔的进塔循环水压头一般是5～8m，而布水所需的压头通常不超过3m，富余扬程并没有得到充分的利用。
针对这种情况，出现了水动风机的设计。所谓水动风机，是在冷却塔本身具有充足富余扬程的前提下，采用水轮机代替电机来驱动风机进行热交换。水轮机的结构简单，主要工作部位是叶轮。叶轮接受了流体的能量，使叶轮旋转，将进水的富余压头转换为动能，起到了代替电机的作用。利用水轮机代替电机驱动风机，只要使水轮机的轴功率与电机的轴功率相同就能达到同样的冷却效果，使塔的电耗减少，而塔的外形、结构、尺寸、冷却原理都不需改变，且水轮机具有重量轻、结构简单、维修方便、噪声低、寿命长、安全高效等优点。
但是，并非所有的机械通风冷却塔都可采用水动风机进行改造，也并非所有的项目或工况均适宜采用水动风机冷却塔。水动风机冷却塔应用于工业循环冷却水系统，是必须有一定的客观条件的，只有在符合其应用条件的前提下，才能取得节能、环保的效果及想应的经济、社会效益。
2 水动风机冷却塔的系统条件
由于水轮机转动的原动力来源于循环冷却水系统的余压，即水泵的富余扬程，因此要分析水轮机应用于循环冷却水系统的条件，就必须对循环冷却水系统的能耗加以具体分析。
用水轮机代替冷却塔电机的必要条件是冷却塔进水具备充足的能量，通常情况下，进水功率的计算公式为：
P（kW）=9.81 x 进水流量Q（m3/s）x 进水压头H（m）
冷却塔进水压头H是由水压能耗、塔高度和布水喷射力共同所需总和来确定的，其中与水动风机冷却塔应用密切相关的是水压能耗。水压能耗是指整个循环水管网系统所产生的水头损失。包括设备、管路、阀门、敞开水池泄压等的水头损失。另外，水压能耗还包括在设计时所保留的整个循环水管网系统的设计富裕能力，而该设计富裕能力也就是水动风机冷却塔应用的动力来源。
通常循环冷却水的设计必须保持一定的适当富余量，一般在5%左右，以应对设备老化、管道结垢等因素对循环冷却水系统供水能力（包括水量和水压）所带来的负面影响，而水动风机冷却塔的使用不应占用该部分的富余量，而是应该采用额外的富裕量，否则的话将影响系统的安全、稳定性，也对换热设备造成严重损害。
由于冷却塔进水压头来自于循环水泵，如果进水压头不足，在水泵流程上增设水轮机，不仅会增大循环水泵的能耗，还会使系统阻力增加，换热效率下降，严重的还会影响换热设备的正常运转。因此要求进水压头在通过水轮机以后，余压足够完成布水和其它管路损失，即水泵的富余扬程要满足水轮机的能量要求，才能进行水动风机的改造，真正达到节能的效果。
3 水动风机冷却塔的优缺点
水动风机冷却塔作为一种新型的节能环保改进型冷却塔，其优点在于：
节电。该塔利用水轮机取代风叶电机，利用进塔水压节省了风叶电机的运行电耗。 无噪声。水轮机的能量转换是在水流道内完成的，销除了冷却塔机械动力的噪声源，减小了冷却塔的噪声。
高效。水轮机轴功率达到风叶轴功率即可，不需要象电机那样多出一些功率来应付起动电流的不足。
使用寿命长。水轮机结构简单，维护更换方便，长期运转无损坏。
安全。不仅可在湿腐高危防爆处使用，而且对于管网系统还有一定的压力调节作用。
水动风机实施起来并非易事，它不仅对水轮机效率要求较高，而且还要求能直接驱动风机，这样才有较好地可靠性与使用寿命。驱动水轮机的能量是来自水泵的富余扬程，如果富余扬程不足，安装了水轮机，会额外增加阻力，所驱动的风机可能达不到额定转速，冷却效果就达不到要求。水轮机本身并不是凭空产生能量的，但对于一些设计余量过大的冷却塔，的确能起到回收部分能量的作用。
另外，系统中的循环水量在根据生产需要随时发生变化，因此，为避免水泵扬程富余较多，使进塔水压过高造成风机转速过快，特别是气象条件利于冷却塔降温时使冷却水温度过低，从而影响系统的安全性，需要在冷却塔进水管及补水管之间设置旁通阀。
水动风机冷却塔完全靠水力来进行控制冷却塔的进水，其自动控制能力和可调节性相对较差，建议在进水总管上设置可远程控制的电动流量调节阀、压力表、流量计等，在必要时可以按生产需要直接进行控制和管理。
对于大型循环冷却水系统，当采用多组冷却塔时，建议仅在多组冷却塔中设置1台或2台水动风机冷却塔，其余仍采用传统的电机传动型冷却塔，因为电机传动型冷却塔运行的可靠性和稳定性仍高于水动风机冷却塔。
4 结论
作为一种新型的节能环保改进型冷却塔，水轮机冷却塔的安装和改造是要进行详细技术论证的，不仅新塔要认真计算循环水系统中的富余能量，而旧塔改造更要测量原系统中是否存在达到推动水轮机转动的富余能量。
水动风机冷却塔是以循环冷却水系统富余能量作为动能来源的，说到底，水轮机运转所需的能量还是来自于水泵，因此，水轮机代替电机，实质还是对原有水泵的富余扬程进行了合理的利用，充分利用进塔水头的能量以达到节能的目的。
参考文献
[1] 高凤淮.水动风机冷却塔的应用及节能分析.节能与减排.2010-01-11.
[2] 赵振国.冷却塔. 中国水利水电出版社.2001-11.