帶負壓的高效低溫橫流式冷卻塔的製作方法
2023-06-09 11:03:26 1
專利名稱：帶負壓的高效低溫橫流式冷卻塔的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種橫流式循環水冷卻塔，特別是一種利用負壓加速循環水冷卻，實現低溫出水的帶負壓的高效低溫橫流式冷卻塔。
背景技術：
早在1925年就有人闡述了有關循環水在冷卻塔內的冷卻作用及其運行機理，並成為大多數人分析冷卻塔運行的理論基礎。但這種理論忽略了水分蒸發對降低水溫的作用。1983年經過對冷卻塔內傳熱介質的嚴格推導，增加了新的冷卻塔運行理論，即由於水的蒸發散熱以及水與空氣接觸時的接觸熱交換，水的汽化潛熱能也是使循環水得到冷卻的重要因素之一，並根據空氣溫度與水溫的關係，接觸熱交換有如下有三種形式1、當空氣溫度低於循環水的溫度時，接觸熱交換作用使循環水得到冷卻。
2、當空氣溫度等於循環水的溫度時，接觸熱交換作用等於零。
3、當空氣溫度高於循環水的溫度時，接觸散熱不是從循環水流向空氣，而是從空氣流向循環水。
由此可見，要想得到低溫冷卻水，必須使水蒸發潛熱把水中的熱量帶走。而水的蒸發受到空氣溼度的限制，使循環水溫不能低於28.3℃溼球溫度。從節能出發我國現行應用的冷卻塔國家標準GB7190.1/2-1997即規定標準幹球31.5℃，溼球溫度28℃，冷卻塔出水溫度為32℃。
這種規定標準對冷卻塔來說是節能的，而對制冷機來說是不節能的，制冷機要求，冷卻水溫越低，產冷量越大，耗能越低。冷卻水下降1℃，電機功率下降4.5％。制冷機效率提高4％。
冷卻塔進、出水定為32-37℃(民用型)、32-39℃(工業型)，這個溫度正好是軍團菌最佳繁殖範圍內(35-40℃)。
冷卻水32℃進入制冷機，制冷機在運行中排氣壓力高(冷卻水溫度下降1℃排氣壓力下降0.05Mpa)，運行電流大，使制冷機運行故障率提高，安全係數降低。
由此可見，要實現水蒸發降低循環冷卻水的出水溫度，其首要條件是環境溫度必須低於水溫，其熱交換和降溫效果才能得到發揮，但實際運行中環境空氣溫度一般與水溫之差有效，影響了其散熱效果的發揮。而根據物理規律，當物體在一定的負壓下其分子間的結合力下降，因此如何降低冷卻塔內的壓力，使之產生一定的負壓，使水分子之間的結合力下降，有利於水份的蒸發，帶走熱量，實現降低冷卻水的目的是目前冷卻塔製造行業普通關心的問題。從投資成本和冷卻塔的實際出發，目前最佳的產生負壓的方法就是在冷卻塔頂部安裝風機的辦法使冷卻塔內產生一定的負壓，但現有的冷卻塔，尤其是橫流式冷卻塔，其所能產生的負壓有限，至使出水溫度較高，製冷效果差。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種能產生較大負壓、出水溫度可遠遠低於國家標準規定的帶負壓的高效低溫橫流式冷卻塔。
本發明的技術方案是一種帶負壓的高效低溫橫流式冷卻塔，包括塔體，塔體內安裝有冷卻水循環系統，塔體的二側設有進風口，位於塔體內、冷卻水循環系統的上部安裝有向上排風並能在塔體內產生負壓的風機，其特徵是所述的風機為能產生工作負壓的多葉片式軸流風機，或離心風機，在塔體的二側進風口上安裝有擋風板。
上述的軸流風機或離心風機的葉片數可為6～16片，且其跟部扭角為頂端扭角的3.0～4.0倍，葉片的跟部與頂端的大扭角差是本發明實現負壓的關鍵，在額定功率不變的前提下，降低排風量，可以提高負壓；排風量可為40000～200000m3/h；轉速為400～550轉/分鐘；功率可為5～25kW；直徑可為1.0～2.6m。
安裝擋風板後的進風口的寬度應小於擋風板的寬度，以減少進風量提高塔內的負壓效果。
冷卻塔塔體內的負壓以控制在5～2000毫米水柱內其性能價格比為最佳，可低則達不到蒸發效果，過高，則勢必增加投資成本。
而冷卻水循環系統的出水溫度以為7～31℃為最佳，過低會增加投資成本，過高會影響製冷效果，塔內宜於細菌，特別是集團菌的繁植。
本發明的有益效果1、通過適當改變風機的結構，增加其葉片數和在進風口處增加擋風板的雙重技術措施可使冷卻塔內的負壓輕鬆地維持在2000mmHg左右，從而使得水分的蒸發十分明顯，降溫效果好，出水溫度最低可達到7攝氏度左右。
2、投入產出高，性能價格比高，詳見附表所示。
3、製冷效率高。對離心式水冷機組、螺杆式水冷機組、活塞式水冷機組等機型的製冷效率都有一定提高，設有幹蒸發器螺杆式制冷機組和活塞式制冷機組製冷效率可提高35-60％，溴化鋰制冷機製冷效率提高30-50％左右，設有滿液式蒸發器的離心式制冷機、螺杆式制冷機的效率可提高50～100％。
4、有利於安全運行，減少運行維護成本。對中央空調的制冷機安全運行大有好處，一方面降低了製冷電機運行電流，對製冷電機有著安全保護作用，特別是對半封閉和全封閉制冷機的電機安全保護作用更大，另一方面延長制冷機運行壽命3～5年，同時降低運行中故障率，降低維修費用。
5、有利於延緩結垢和抑制細菌生長。冷卻塔出水溫度降低到20-31度，避開了軍團菌繁殖的高峰溫度(35～40℃)，對軍團菌繁殖有所克製作用，同時對冷卻水中鈣、鎂離子分離成垢速度有減慢作用。
6、節約投資，可替代制冷機使用。冷卻塔出水溫度可降低到15-20度，以取代制冷機完成低溫冷卻水，可用冷卻出來的低溫水對專用設備進行冷卻。節約投建費用60％，降低運行費用80％左右。
7、當本發明的冷卻塔出水溫度降低到7-15度時，可以取代部分中央空調製冷機直接供給用冷單位，也可經過金屬填料片後與傳熱管中的冷媒水進行熱交換，再供給用冷單位，故中央空調製冷系統可節約投建費用70％，降低運行費用80％左右。
8、本發明的冷卻塔的電功率消耗雖比其它塔型冷卻塔的電功率消耗約大20-60％，但從整個中央空調系統來看，冷卻塔(以500型為例)電機多耗電8kW/h，從製冷效果來說可節能(以500TR制冷機為例)147kw/h，這樣以小的費用代價來換取大的節能，效率可高達1∶18，故綜合節能效果大大提高。祥見附表所列。
圖1是本發明的實施例結構示意圖。
圖2是本發明的金屬填料片結構示意圖。
圖3是本發明的擋風板結構示意圖。
圖4是圖3的右視圖。
圖5是本發明的葉片的結構示意圖。
圖6是本發明的葉片安裝盤的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
如圖1所示。
一種帶負壓的高效低溫橫流式冷卻塔，包括塔體1，塔體1內安裝有冷卻水循環系統，塔體1的二側設有進風口2，二側進風口2上安裝有擋風板3。位於塔體1內、冷卻水循環系統的上部安裝有向上排風並能在塔體1內產生負壓的低速、多葉片式軸流風機4，軸流風機4的功率18.5kW，轉速為450轉/分鐘，額定排風量為180000m3/h。軸流風機4的葉片數可為8～10片，本實施例的葉片採用10片，如圖6所示。其跟部9處的扭角為66度，頂端10處的扭角為18度。部分葉片數與排風量、轉速、功率、直徑的關係見附表1所示。葉片6的結構如圖5所示，其60度橫截面面形狀為一棒球狀。頂端扭角小是為了減少其承壓力，降低功率損耗。葉片6與葉片盤12相連的連接部分11為一圓柱狀，一方面是為了增加其承載力，另一方面是便於安裝和葉片的調整。葉片6的片體8可採用玻璃鋼製造且為中空。
安裝擋風板3後的進風口2的寬度應小於擋風板3的寬度，以減少進風量提高塔內的負壓效果，擋風板3的結構如圖3、4所示，其上連接有一個與固定板7，固定板7與冷卻塔塔體上相應的固定筋相連，擋風板3與固定板7的角度可為135度。擋風板3的寬度可根據出水溫度值進行設定，也可按如下關係自行選擇出水溫度31℃ 擋風板寬20～30mm；出水溫度28℃ 擋風板寬30～35mm；出水溫度25℃ 擋風板寬35～40mm；
出水溫度20℃ 擋風板寬40～45mm；出水溫度15℃ 擋風板寬45～50mm；出水溫度7℃ 擋風板寬50～60mm。
上述參數的冷卻塔可在冷卻塔內實現200毫米水柱，出水溫度可達到7度，遠遠高於國家標準規定的4毫米水柱負壓和32度的出水溫度的要求。如果使負壓蒸發動能和風的表面蒸發動能配合至最佳狀態，其所選用的軸流電機的功率可進一步縮小，實現節能的目的。
為了便於經本發明的冷卻塔冷卻後的冷卻水能直接用於中央空調中，可將相應的冷媒水傳熱管穿裝在金屬填料片5上(如圖2所示)，與本發明的低溫冷卻水直接進行交換，降低冷媒水的溫度。
具體實施時多葉片式軸流風機4還可用離心風機來等效替換。
本實施例將橫流式冷卻塔，通過採用低轉速、高效率、低負壓軸流風機4，見表1，並在冷卻塔進風口2處增加不同規格的擋風板3，以控制冷卻塔內負壓達到5～2000毫米水柱，就能使原設計排風量基本上保持不變(在具體實施中可以高於或低於原排風量10％)。金屬填料傳熱面積基本上不變。目的是增大水的蒸發動能，以使冷卻塔達到7～31℃的低溫度出水。
降低冷卻塔出水溫度至7～31℃，也可使原設計排風量下降30％左右，塔體1內負壓下降到2000毫米水柱以內，也能達到需要溫度值。但是風機電功率增加100％，冷卻塔外殼強度要加大，以適應塔體1內負壓的需要。
本發明冷卻塔還可通過增加橫流式冷卻塔內填料高度增加20-30％，的辦法使水的冷卻流程加長，以使冷卻塔進出水溫差達到5～15℃的目的。
表1
本發明的工作機理為「要加快水的蒸發速度和強度，必須增加水蒸發的動能，這個動能應是負壓力，它使水分子之間引力減小，水分汽化加快，汽化後的水分子快速飛離水液面。」水在冷卻過程中增加了動能後，使水冷卻速度加快，同時又克服環境條件因空氣中溼度對冷卻後水溫度值的影響。
當冷卻水溫低於環境空氣溫度時，高溫氣體從擋風板進入負壓冷卻塔時，空氣分子進行膨脹吸收空氣熱能，空氣中乘餘熱能再傳遞給水。當空氣降溫後，空氣中水分子含量不變，水在向前運行時受到動能作用，水在表面快速蒸發，又增加空氣中溼度，由於空氣受冷卻水溫度下降，溼空氣溫度也再下降，水分體積也跟著起變化，故絕對溼度也將發生變化。水不斷蒸發，水溫不斷下降，空氣不斷再降溫，這種運行形式起到降低冷卻水溫度和空氣中溼度的關鍵作用。
以上理論只能在橫流式塔型中實現7～31℃出水，逆流式塔型無法實現7～31℃出水，這是塔型冷卻方式所決定的。
本實施例的多葉片式軸流風機還可用離心風機來代替，利用離心風機產生的負壓直接作用於冷卻塔內，但其在冷卻塔內的安裝結構比較複雜。
本發明的具體試驗結果如下實驗一。
以本發明的技術試製的TSC262FX4塔型冷卻塔的工作性能見表2所示。
表2
說明1、當日氣溫為35℃測試數據。
2、排風量數據是穩定，在初運行表中排風數值向上浮動10％之內。4、5號擋風板的排風量提高，是因為更換風機，改變了排風量。
3、塔體內負壓出現雙值，是由於氣溫變化和變頻調控所致。
實驗二。
為解決白天氣溫高，夜間氣溫低對冷卻塔出水溫度影響，同時達到冷卻塔節能運行，對冷卻塔風機的電機採用變頻器進行調控，以達到穩定出水溫度，節約運行費用目的。
變頻調控方式以出水溫高低改變供電頻率，改變風機電機轉速，達到排風量改變，控制冷卻塔體內負壓，控制出水達到規定的溫度。
實驗三。
採用超低壓軸流風機或離心式風機，更換擋風機，使負壓式高效率低溫度出水橫流式冷卻塔風機排量下降30％左右，塔體內負壓下降到2000毫米水柱以內也能達到需要溫度值。但是風機電功率增加100％，冷卻塔外殼強度要加大，以括應塔體內負壓需要。祥見表3。
表3
實驗結論1、通過實驗證明，冷卻塔出水溫度降低到20～31℃，對離心式水冷機組、螺杆式水冷機組、活塞式水冷機組等機型的製冷效率都有一定提高，設有幹蒸發器螺杆式制冷機組和活塞式制冷機組製冷效率可提高35～60％，溴化鋰制冷機製冷效率提高30～50％左右，設有滿液式蒸發器的離心式制冷機、螺杆式制冷機的效率可提高50～100％(見表4、5)。
2、冷卻塔出水溫度降低到20～31度，對中央空調的制冷機安全運行大有好處，一方面降低了製冷電機運行電流，對製冷電機有著安全保護作用，特別是對半封閉和全封閉制冷機的電機安全保護作用更大，另一方面延長制冷機運行壽命3～5年，同時降低運行中故障率，降低維修費用。
3、冷卻塔出水溫度降低到20～31度，避開了軍團菌繁殖的高峰溫度(35～40℃)，對軍團菌繁殖有所克製作用，同時對冷卻水中鈣、鎂離子分離成垢速度有減慢作用。
4、冷卻塔出水溫度降低到15～20度；可以取代制冷機可用冷卻出來的水對專用設備的冷卻，可節約投建費用60％，降低運行費用80％左右。
5、冷卻塔出水溫度降低到7～15度；可以取代中央空調製冷機，可用冷卻塔出來的低溫水供給用冷單位。或是利用發明專利200410014629.8採用金屬填料片，在填料片中加入冷媒水傳熱管進行熱交換，以達到低溫冷媒水供給用冷單位，這樣中央空調製冷系統，可節約投建費用70％，降低運行費用80％左右。
表4 YT離心機運行參數對照表
表5 制冷機補充10％～15％製冷劑後運行參數
權利要求
1.一種帶負壓的高效低溫橫流式冷卻塔，包括塔體，塔體內安裝有冷卻水循環系統，塔體的二側設有進風口，位於塔體內、冷卻水循環系統的上部安裝有向上排風並能在塔體內產生負壓的風機，其特徵是所述的風機為能產生工作負壓的多葉片式軸流風機，或離心風機，在塔體的二側進風口上安裝有擋風板。
2.根據權利要求1所述的帶負壓的高效低溫橫流式冷卻塔，其特徵是所述的軸流風機或離心風機的葉片數為6～16片，且其跟部扭角為頂端扭角的3.0～4.0倍。
3.根據權利要求1或2所述的帶負壓的高效低溫橫流式冷卻塔，其特徵是所述的軸流風機或離心風機的排風量為40000～200000m3/h。
4.根據權利要求1或2所述的帶負壓的高效低溫橫流式冷卻塔，其特徵是所述的軸流風機或離心風機的轉速為400～550轉/分鐘。
5.根據權利要求1或2所述的帶負壓的高效低溫橫流式冷卻塔，其特徵是所述的軸流風機或離心風機的功率為5～25kW。
6.根據權利要求1或2所述的帶負壓的高效低溫橫流式冷卻塔，其特徵是所述的軸流風機或離心風機的直徑為1.0～2.6m。
7.根據權利要求1所述的帶負壓的高效低溫橫流式冷卻塔，其特徵是所述的安裝擋風板後的進風口的寬度小於擋風板的寬度。
8.根據權利要求1所述的帶負壓的高效低溫橫流式冷卻塔，其特徵是所述的工作負壓為5～2000毫米水柱。
9.根據權利要求1所述的帶負壓的高效低溫橫流式冷卻塔，其特徵是冷卻水循環系統的出水溫度為7～31℃。
10.根據權利要求2所述的帶負壓的高效低溫橫流式冷卻塔，其特徵是所述的軸流風機或離心風機的葉片數為8～10片，且其跟部扭角為66度，頂端扭角為18度。
全文摘要
本發明公開了一種能產生較大負壓、出水溫度可遠遠低於國家標準規定的帶負壓的高效低溫橫流式冷卻塔，包括塔體，塔體內安裝有冷卻水循環系統，塔體的二側設有進風口，位於塔體內、冷卻水循環系統的上部安裝有向上排風並能在塔體內產生負壓的風機，其特徵是所述的風機為能產生工作負壓的多葉片式軸流風機或離心風機，在塔體的二側進風口上安裝有擋風板。具有水分蒸發明顯、降溫效果好、投入產出高、性能價格比高、製冷效率高、安全可靠、運行維護費用低、延緩結垢和抑制細菌生長、節約投資、節能效果明顯的優點。
文檔編號F28C1/00GK1595037SQ20041004130
公開日2005年3月16日 申請日期2004年7月7日 優先權日2004年7月7日
發明者蔡春餘 申請人:蔡春餘