專利名稱：一種冷卻塔風(fēng)機智能驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種冷卻塔風(fēng)機智能驅(qū)動裝置，具體地說是一種基于電能和機械 能混合驅(qū)動和智能控制的高效節(jié)能型冷卻塔風(fēng)機智能驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
冷卻塔是目前應(yīng)用非常普遍的水資源循環(huán)利用設(shè)備，其主要功能是將含有廢熱的 冷卻水與空氣在塔內(nèi)進行熱交換并對水進行藥物處理，使之達到要求的溫度和水質(zhì)以便進 行再次循環(huán)。由于散熱的需要，冷卻塔中均安裝有功率強大的冷卻風(fēng)機，目前，冷卻塔所使 用的冷卻風(fēng)機絕大部分都是由電動機配合相應(yīng)的減速機構(gòu)驅(qū)動，消耗大量的電能；而另一 方面，目前實際應(yīng)用的大多數(shù)的冷卻塔，其循環(huán)冷卻水在冷卻塔的出水口一般具有較大的 富余水頭(6_16m)未能得到充分利用，白白浪費了大量用于驅(qū)動水泵的電能。因此，冷卻風(fēng) 機和水泵的巨大的電能使得現(xiàn)有的冷卻塔的能源消耗始終停留在非常高的水平。為了提高冷卻塔的能量利用率，降低能耗，目前國內(nèi)有多家企業(yè)和研究機構(gòu)正在 研究采用水輪機及必要的減速機構(gòu)代替電機驅(qū)動風(fēng)機運轉(zhuǎn)，得到水力驅(qū)動型風(fēng)機，通過利 用冷卻塔循環(huán)冷卻水的富余壓力驅(qū)動風(fēng)機運轉(zhuǎn)，充分利用了水泵電機所耗費的電能，同時 節(jié)約了風(fēng)機電機所消耗的電能。發(fā)明專利02111169. 3,200810023030. 9,200710193069. 0 等分別公布了雙擊式、
混流式、貫流式等形式的水輪機驅(qū)動冷卻塔風(fēng)機的實施方案。三種形式的水輪機結(jié)構(gòu)布局 相似，水輪機位于風(fēng)機的下方，利用循環(huán)冷卻水的動能沖擊水輪機轉(zhuǎn)輪，驅(qū)動風(fēng)機運轉(zhuǎn)。其 中，雙擊式水輪機由于輸出轉(zhuǎn)矩較大，可取消減速機，實現(xiàn)了與風(fēng)機直連；而混流式和貫流 式等形式的水輪機由于輸出轉(zhuǎn)矩相對較小，未能取消減速機。三種形式的水輪機中，混流式 水輪機的效率最高，貫流式水輪機其次，而雙擊式水輪機效率最低。依據(jù)以上專利生產(chǎn)的水輪機產(chǎn)品已經(jīng)在循環(huán)冷卻水領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用，取得 了一定的節(jié)能效果，但也存在諸多問題，制約了該項技術(shù)的推廣應(yīng)用。首先，應(yīng)用水力驅(qū)動 型風(fēng)機的冷卻塔與傳統(tǒng)冷卻塔一樣，工作狀態(tài)單一，不能隨各方面條件的變化進行智能化 調(diào)節(jié)從而做到節(jié)能運行。水輪機在驅(qū)動風(fēng)機運轉(zhuǎn)的同時，實際上在間接地通過水泵電機消 耗著電能，所謂冷卻塔節(jié)能100%的提法只不過是因為水泵在系統(tǒng)劃分上不屬于冷卻塔，其 能耗也不算冷卻塔的能耗而已。其次，冷卻塔出水口的富余水頭本是為提高系統(tǒng)可靠性而 預(yù)留的裕量，隨著冷卻塔運行時間的增加，管路管損增大，該富余水頭會逐漸減小。而水輪 機在對該部分富余水頭加以利用使得管路出水口的富余壓力大幅下降，隨著運行時間的增 加，系統(tǒng)的可靠性將會降低。該項技術(shù)的實質(zhì)是以犧牲冷卻塔的工作可靠性裕量來收獲節(jié) 能效果。最后，目前的水力驅(qū)動型風(fēng)機多應(yīng)用于民用領(lǐng)域的冷卻塔，塔型小，節(jié)能潛力不大。 而在節(jié)能潛力遠遠大于民用領(lǐng)域的工業(yè)領(lǐng)域，該項技術(shù)目前并未得到大規(guī)模推廣，其主要 原因是工業(yè)冷卻塔要求的風(fēng)機功率更高，同樣流量的冷卻塔，需要更高的富余水頭。強制推 廣應(yīng)用水力驅(qū)動風(fēng)機，必須以提高水泵揚程作為輔助手段，以保證風(fēng)機正常的運轉(zhuǎn)。而提高 水泵揚程則會增加水泵電機的輸出功率，節(jié)能效果并不理想。該項技術(shù)本質(zhì)上是將系統(tǒng)由于設(shè)計不合理以及過分追求系統(tǒng)可靠性而導(dǎo)致的能量浪費充分利用起來，對于經(jīng)過優(yōu)化設(shè) 計的新型冷卻塔，推廣應(yīng)用的潛力不大。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有冷卻塔由于單純地應(yīng)用水輪機驅(qū)動風(fēng)機運轉(zhuǎn)而帶 來的可靠性下降、推廣應(yīng)用受制約，以及冷卻塔自身存在的工作狀態(tài)單一，無法實現(xiàn)節(jié)能運 行等問題，提出一種基于混合動力和智能控制的冷卻塔風(fēng)機智能驅(qū)動裝置。本實用新型可 以在高可靠性運行的前提下，取得更加顯著的節(jié)能效果。本實用新型的技術(shù)方案如下一種冷卻塔風(fēng)機智能驅(qū)動裝置，由棘輪機構(gòu)、風(fēng)機、水輪機、電動機以及智能控制 器等五部分構(gòu)成。所述風(fēng)機的輪轂與棘輪機構(gòu)的外輪固定，并與棘輪機構(gòu)在同一水平面旋 轉(zhuǎn)；所述水輪機的輸出軸與棘輪機構(gòu)的聯(lián)軸器相連，所述電動機的輸出軸與棘輪機構(gòu)的棘 輪軸利用聯(lián)軸器相連。所述的棘輪機構(gòu)包括棘輪外環(huán)、棘輪內(nèi)星輪、滾柱、頂銷、彈簧、棘輪蓋、軸承蓋、棘 輪軸、擋環(huán)、固定擋圈、軸承、聯(lián)軸器。其中棘輪外環(huán)在水平方向與風(fēng)機的輪轂相固定；棘輪 內(nèi)星輪位于棘輪外環(huán)的內(nèi)側(cè)，與棘輪軸通過鍵實現(xiàn)固定；棘輪軸通過聯(lián)軸器與電動機的輸 出軸相連；滾柱位于棘輪外環(huán)和棘輪內(nèi)星輪之間，棘輪內(nèi)星輪在滾柱運動區(qū)域的相應(yīng)部位 加工成特定的直角缺口形狀，以利于滾柱的運轉(zhuǎn)；頂銷為端部為球面的圓筒形狀，安裝于 棘輪內(nèi)星輪直角缺口切線方向的端面上，棘輪內(nèi)星輪在直角缺口切線方向的端面設(shè)置圓形 孔，以便安裝頂銷；彈簧與頂銷配合使用，安裝于棘輪內(nèi)星輪位于直角缺口切線方向的圓形 孔內(nèi)；棘輪蓋安裝于棘輪外環(huán)的上部，軸承蓋位于棘輪蓋的上部；擋環(huán)和固定擋圈位于棘 輪內(nèi)星輪的外緣、滾柱的上下兩側(cè)；軸承位于棘輪軸的上下兩側(cè)，外圈分別與棘輪外環(huán)和棘 輪蓋固定；聯(lián)軸器位于棘輪外環(huán)的底端，軸孔與水輪機的輸出軸連接。所述的水輪機包括尾水管、轉(zhuǎn)輪、蝸殼、支持蓋、輸出軸、軸承及其支座以及座環(huán)等 七部分。其中座環(huán)位于蝸殼的內(nèi)側(cè)，所述的蝸殼的正切面呈面積逐漸縮小的矩形結(jié)構(gòu)，蝸殼 的一端與冷卻塔循環(huán)用水的入水口相通，在蝸殼的內(nèi)側(cè)設(shè)有與座環(huán)外側(cè)相通的進水口，座 環(huán)中設(shè)有環(huán)形固定導(dǎo)葉。支持蓋壓裝在座環(huán)之上，轉(zhuǎn)輪安裝在座環(huán)中，軸承及其支座安裝在 支持蓋之上，輸出軸的上端與軸承及其支座連接，輸出軸的下端穿過支持蓋與轉(zhuǎn)輪相連，尾 水管的形狀為直錐形，通過法蘭與座環(huán)相連。所述的智能控制器包括電磁流量計、壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、控制 芯片、軟啟動器、接觸器、熔斷器和斷路器等。其中，電磁流量計、壓力傳感器、溫度傳感器以 及濕度傳感器的信號輸出端與控制芯片的信號輸入端相連；控制芯片的信號輸出端與軟啟 動器的信號輸入端以及接觸器的信號輸入端相連；為電源進線接線盒，斷路器的進線端與 電源進線接線盒的出線端相連，斷路器的出線端與熔斷器的進線端相連；所述軟啟動器為 常規(guī)的軟啟動器裝置，所述接觸器為常規(guī)的接觸器器件。軟啟動器的進線端和接觸器的進 線端共同與熔斷器的出線端相連；軟啟動器的出線端和接觸器的出線端共同與電動機的接 線盒相連。本實用新型的優(yōu)越性和技術(shù)效果在于1.與傳統(tǒng)冷卻塔以及應(yīng)用了水力驅(qū)動型風(fēng)機的冷卻塔相比，應(yīng)用本實用新型的冷卻塔可以做到更加節(jié)能。應(yīng)用了本實用新型的冷卻塔可以根據(jù)冷卻水和環(huán)境的參數(shù)靈活調(diào)節(jié)工作狀態(tài)，在 負(fù)荷較高或環(huán)境比較惡劣的條件下，智能控制器控制風(fēng)機電機投入運行，與水輪機一同驅(qū) 動風(fēng)機運轉(zhuǎn)；在其他的大部分時間內(nèi)，在負(fù)荷不是很高或環(huán)境不是很惡劣的條件下，智能控 制器控制風(fēng)機電機退出運行，由水輪機單獨驅(qū)動風(fēng)機運轉(zhuǎn)。如此可以節(jié)約由于冷卻塔冷卻 能力過剩而導(dǎo)致的大量的電能浪費，同時，保證在極端工作條件下，冷卻塔能正常工作。2.與現(xiàn)有的水力驅(qū)動型風(fēng)機相比，本實用新型可以使冷卻塔系統(tǒng)的運行可靠性更 尚o應(yīng)用了本實用新型的冷卻塔在設(shè)計時可以根據(jù)水泵富余揚程的情況合理調(diào)整風(fēng) 機電機投入運行的條件。在水泵富余揚程較高的情況下，減少風(fēng)機電機的運行時間；在水泵 富余揚程較低的情況下，則增加風(fēng)機電機的運行時間，通過合理地調(diào)整能量在水輪機和電 機之間的分配來實現(xiàn)系統(tǒng)可靠性和節(jié)能的兼顧，可靠性高于現(xiàn)有的水力驅(qū)動型風(fēng)機。3.與現(xiàn)有的水力驅(qū)動型風(fēng)機相比，本實用新型有更加廣泛的適用范圍，更有利于 水力驅(qū)動技術(shù)在工業(yè)循環(huán)冷卻水領(lǐng)域的推廣。本實用新型的水輪機對冷卻塔出水口的富余揚程沒有硬性的制約。對于舊冷卻塔 的改造而言，該項特點可大大拓寬改造對象的范圍，許多原本不適合進行水力驅(qū)動型風(fēng)機 改造的冷卻塔也有可能具備改造條件；對于新型冷卻塔而言，應(yīng)用本實用新型可以在參數(shù) 設(shè)計和設(shè)備選取時有更大的自由度，使系統(tǒng)的整體設(shè)計更為優(yōu)化，特別是在工業(yè)冷卻塔領(lǐng) 域，將消除風(fēng)機功率較大對水力驅(qū)動裝置推廣應(yīng)用的制約。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型棘輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實用新型棘輪機構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實用新型水輪機的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實用新型水輪機蝸殼的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本實用新型智能控制器的控制原理示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型包括棘輪機構(gòu)1、風(fēng)機2、水輪機3、電動機4以及智能控 制器5等五部分。所述風(fēng)機2的輪轂在水平方向與棘輪機構(gòu)1的外輪固定，并與棘輪機構(gòu) 1在同一水平面旋轉(zhuǎn)；所述水輪機3的輸出軸與棘輪機構(gòu)1的聯(lián)軸器相連；所述電動機4的 輸出軸與棘輪機構(gòu)1的棘輪軸108利用聯(lián)軸器相連。如圖2所示，所述的棘輪機構(gòu)1包括棘輪外環(huán)101、棘輪內(nèi)星輪102、滾柱103、頂銷 104、彈簧105、棘輪蓋106、軸承蓋107、棘輪軸108、擋環(huán)109、固定擋圈110、軸承111、聯(lián)軸 器112等。其中棘輪外環(huán)101在水平方向與風(fēng)機2的輪轂21相固定，棘輪外環(huán)101利用聯(lián) 軸器112與水輪機3的輸出軸35連接。如圖3所示，風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)時的旋轉(zhuǎn)方向為順時針 方向。在負(fù)荷不是很高或環(huán)境不是很惡劣的條件下，冷卻塔對風(fēng)量的需求較少，水輪機3通 過輸出軸35和棘輪外環(huán)101單獨驅(qū)動風(fēng)機2運轉(zhuǎn)。棘輪內(nèi)星輪102位于棘輪外環(huán)101的內(nèi)側(cè)，與棘輪軸108通過鍵實現(xiàn)固定；進而通過聯(lián)軸器與電動機4的輸出軸相連。滾柱103 位于棘輪外環(huán)101和棘輪內(nèi)星輪102之間，用于從棘輪內(nèi)星輪102向棘輪外環(huán)101間歇傳 遞軸功率，棘輪內(nèi)星輪102在滾柱運動區(qū)域的相應(yīng)部位加工成特定的直角缺口形狀，以利 于滾柱103的運轉(zhuǎn)。頂銷104為端部為球面的圓柱形狀，安裝于棘輪內(nèi)星輪102直角缺口 切線方向的端面上，棘輪內(nèi)星輪102在直角缺口切線方向的端面設(shè)置圓形孔，以便安裝頂 銷104 ；彈簧105與頂銷104配合使用，安裝于棘輪內(nèi)星輪102位于直角缺口切線方向的圓 形孔內(nèi)。頂銷104和彈簧105相配合，向滾柱103提供彈性支撐，當(dāng)棘輪內(nèi)星輪102相對棘 輪外環(huán)101順時針轉(zhuǎn)動時可以保證滾柱103與棘輪外環(huán)101可靠接觸；當(dāng)棘輪內(nèi)星輪102 相對棘輪外環(huán)101逆時針轉(zhuǎn)動時，彈簧105被壓縮，滾柱103與棘輪外環(huán)101脫離接觸，從 而實現(xiàn)棘輪機構(gòu)的間歇傳動。擋環(huán)109和固定擋圈110用于在軸向上固定滾柱103，限制滾 柱103的運動空間，使?jié)L柱103不會在棘輪機構(gòu)1運轉(zhuǎn)的過程中發(fā)生軸向運動或傾斜，如圖 2所示。棘輪蓋106安裝于棘輪外環(huán)101的上部，軸承蓋107位于棘輪蓋106上部，以方便 棘輪機構(gòu)1各部件的拆裝。軸承111位于棘輪軸108的上下兩側(cè)，軸承111的外圈分別與 棘輪外環(huán)101和棘輪蓋106固定；聯(lián)軸器112位于棘輪外環(huán)101的底端，軸孔與水輪機3的 輸出軸35連接。在負(fù)荷不是很高或環(huán)境不是很惡劣的條件下，冷卻塔對風(fēng)量的需求較少，要求風(fēng) 機的轉(zhuǎn)速較低，水輪機3通過輸出軸35和相連的棘輪外環(huán)101單獨驅(qū)動風(fēng)機2運轉(zhuǎn)，而電 動機4和與之相連的棘輪內(nèi)星輪102不投入運轉(zhuǎn)。由于棘輪機構(gòu)1具有單向驅(qū)動的特性， 當(dāng)棘輪外環(huán)101順時針旋轉(zhuǎn)的速度大于棘輪內(nèi)星輪102時，滾柱103與棘輪外環(huán)101脫離 接觸，棘輪外環(huán)101并不向棘輪內(nèi)星輪102傳遞功率，因而不會出現(xiàn)水輪機同時驅(qū)動風(fēng)機和 電動機運行的耗能情況。在負(fù)荷較高或環(huán)境比較惡劣的條件下，冷卻塔對風(fēng)量的需求較大，要求風(fēng)機的轉(zhuǎn) 速較高，電動機4啟動，棘輪內(nèi)星輪102的轉(zhuǎn)速升高，當(dāng)棘輪內(nèi)星輪102的轉(zhuǎn)速與棘輪外環(huán) 101相同時，兩者通過擠壓滾柱103實現(xiàn)固定，棘輪內(nèi)星輪102通過滾柱103向棘輪外環(huán)101 傳遞功率，進而與水輪機3共同驅(qū)動風(fēng)機2運轉(zhuǎn)，為冷卻塔正常運行提供足夠的風(fēng)量。由于 水輪機在負(fù)載降低時，工作轉(zhuǎn)速會升高，持續(xù)輸出功率，因而不會出現(xiàn)電動機同時驅(qū)動風(fēng)機 和水輪機的耗能情況。所述的水輪機3為軸流式水輪機，包括尾水管31、轉(zhuǎn)輪32、蝸殼33、支持蓋34、輸 出軸35、軸承及其支座36以及座環(huán)37等七部分。其中座環(huán)37位于蝸殼33的內(nèi)側(cè)，其特 征是所述的蝸殼33的整體呈蝸殼狀，如圖5所示。如圖4所示，水輪機3正切面沿水流方 向呈面積逐漸縮小的矩形結(jié)構(gòu)，以保證向座環(huán)37均勻供水，同時使流動的水流具有一定的 環(huán)量，更好地推動轉(zhuǎn)輪32的旋轉(zhuǎn)。蝸殼33的一端與冷卻塔循環(huán)用水的入水口相通，在蝸殼 33的內(nèi)側(cè)設(shè)有與座環(huán)37外側(cè)相通的進水口。座環(huán)37作為主要的承力部件，主要用于承載 水輪機3的轉(zhuǎn)輪32、支持蓋34、軸承及其支座36等部件以及棘輪機構(gòu)1、風(fēng)機2、電動機4 等部分的重量，同時作為水輪機3的一個導(dǎo)流部件將蝸殼33中的水流引至轉(zhuǎn)輪32，在座環(huán) 37中設(shè)有環(huán)形固定導(dǎo)葉。支持蓋34壓裝在座環(huán)37之上，承載著轉(zhuǎn)輪32、軸承及其支座36 等部件以及棘輪機構(gòu)1、風(fēng)機2、電動機4等部分的重量，同時將水流由水平方向的運動引導(dǎo) 至豎直方向的運動，使之推動轉(zhuǎn)輪32旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)輪32安裝在輸出軸35的下端，位于座環(huán)37 之中。轉(zhuǎn)輪32將水流流動的動能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)輪32旋轉(zhuǎn)的機械能，通過輸出軸35輸出，進而驅(qū)動負(fù)載運轉(zhuǎn)。軸承及其支座36安裝在支持蓋34之上，用于固定輸出軸35，約束其只能做 軸向轉(zhuǎn)動，不能做橫向或軸向運動。尾水管31的形狀為直錐形，通過法蘭與座環(huán)37相連。 輸出軸35的上端與棘輪機構(gòu)1相連。若水輪機3的轉(zhuǎn)速無法與風(fēng)機2匹配，則需配置相應(yīng) 的減速機構(gòu)。所述的電動機4為普通的三相異步電動機，若電動機4的轉(zhuǎn)速無法與風(fēng)機2匹配， 則需配置相應(yīng)的減速機構(gòu)。如圖6所示，所述的智能控制器5包括電磁流量計501、壓力傳感器502、溫度傳感 器503、溫度傳感器504、溫度傳感器505、濕度傳感器506、控制芯片507、軟啟動器508、接 觸器509、熔斷器510和斷路器511。其中，電磁流量計501、壓力傳感器502、溫度傳感器 503、溫度傳感器504、溫度傳感器505以及濕度傳感器506的信號輸出端與控制芯片507的 信號輸入端相連，分別用于采集循環(huán)冷卻水的流量、壓力、進水溫度、出水溫度等冷卻塔運 行參數(shù)以及干球溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)，然后將采集到的信號送控制芯片507進行分析?？?制芯片507通過分析各傳感器的信息，判斷冷卻塔以及環(huán)境的狀況，確定電機是否投入使 用以及具體的啟停方案，生成具體的控制信號；控制芯片507的信號輸出端與軟啟動器508 的信號輸入端以及接觸器509的信號輸入端相連，具體的控制信號經(jīng)過隔離和放大之后傳 輸給軟啟動器508和接觸器509進行動作。L為電源進線接線盒，斷路器511的進線端與 電源進線接線盒L的出線端相連，斷路器511的出線端與熔斷器510的進線端相連；斷路器 511用于接通和斷開電路，當(dāng)發(fā)生故障尤其是最嚴(yán)重的短路故障時能快速斷開電路；熔斷 器510串接于電路，當(dāng)電路發(fā)生短路或過負(fù)荷時，自動斷開電路，保護后續(xù)的電氣設(shè)備。所 述軟啟動器508為常規(guī)的軟啟動器裝置，所述接觸器509為常規(guī)的接觸器器件。軟啟動器 508的進線端和接觸器509的進線端共同與熔斷器510的出線端相連，軟啟動器508的出 線端和接觸器509的出線端共同與電動機4的接線端相連。當(dāng)電動機4需要啟動時，軟啟 動器508投入工作，控制電動機4實現(xiàn)平滑啟動；當(dāng)電動機完成啟動開始正常運行時，接觸 器509閉合，同時軟啟動器508退出運行。當(dāng)電動機4需要退出運行時，接觸器509斷開， 同時軟啟動器508投入工作，控制電動機4實現(xiàn)平滑停車，退出運行。本實用新型所涉及的一種基于混合動力和智能控制的冷卻塔風(fēng)機智能驅(qū)動裝置 的工作原理本實用新型采用水輪機3和電動機4兩種驅(qū)動裝置驅(qū)動風(fēng)機2運轉(zhuǎn)，當(dāng)水輪機 3單獨驅(qū)動風(fēng)機運轉(zhuǎn)時，稱冷卻塔工作在低功耗運行模式；當(dāng)電動機4投入運行，與水輪機 3共同驅(qū)動風(fēng)機運轉(zhuǎn)時，稱冷卻塔工作在標(biāo)準(zhǔn)運行模式。其中水輪機3的工作原理為具有 一定壓力和流量的循環(huán)冷卻水通過水輪機3的蝸殼33形成一定的速度環(huán)量進入座環(huán)37，通 過座環(huán)37中的導(dǎo)葉以及支持蓋34的導(dǎo)流作用進入轉(zhuǎn)輪32，帶動轉(zhuǎn)輪32旋轉(zhuǎn)，做功后失去 一部分動能的水流從尾水管31流出并進入后續(xù)的冷卻塔布水管。轉(zhuǎn)輪32的旋轉(zhuǎn)經(jīng)輸出軸 35、棘輪機構(gòu)1驅(qū)動風(fēng)機葉片旋轉(zhuǎn)，此時棘輪內(nèi)星輪102并不隨棘輪外環(huán)101旋轉(zhuǎn)。在負(fù)荷不是很高或環(huán)境不是很惡劣的條件下，冷卻塔對風(fēng)量的需求較少，由水輪 機經(jīng)上述過程單獨驅(qū)動風(fēng)機即可，冷卻塔進入低功耗運行模式，由此可以實現(xiàn)冷卻塔系統(tǒng) 的節(jié)能運行。在負(fù)荷較高或環(huán)境比較惡劣的條件下，冷卻塔對風(fēng)量的需求較大，智能控制器5 控制電動機4啟動，其輸出軸41通過棘輪軸108帶動棘輪內(nèi)星輪102旋轉(zhuǎn)，棘輪內(nèi)星輪102 通過滾柱103向棘輪外環(huán)101傳遞功率，進而與水輪機3共同驅(qū)動風(fēng)機2運轉(zhuǎn)，為冷卻塔正常運行提供足夠的風(fēng)量，冷卻塔進入標(biāo)準(zhǔn)運行模式。智能控制器5的控制原理當(dāng)冷卻塔的出水溫度低于設(shè)計值時，循環(huán)冷卻水的冷 卻效果較好，同時表明冷卻塔存在冷卻效能過剩的情況。這時，智能控制器5控制電動機4 退出運行，冷卻塔的風(fēng)機2由水輪機3單獨驅(qū)動，冷卻塔進入低功耗運行模式。當(dāng)冷卻塔的 出水溫度高于設(shè)計值時，循環(huán)冷卻水的冷卻負(fù)荷增加，智能控制器5立即控制電動機4投入 運行，冷卻塔進入標(biāo)準(zhǔn)運行模式。由于電動機4不能隨各項參數(shù)的變化頻繁啟停，因此智能 控制器5在控制電動機4投入運行的同時，依據(jù)各個傳感器所采集的冷卻塔運行狀態(tài)以及 環(huán)境狀況的信息，分析循環(huán)冷卻水冷卻負(fù)荷增加的原因，確定電動機的啟停運行方案，避免 電動機的頻繁啟停以及電能浪費。(1)當(dāng)冷卻塔的出水溫度高于設(shè)計值，同時環(huán)境的干球溫度或空氣濕度高于冷卻 塔低功耗運行模式的設(shè)計值時，導(dǎo)致冷卻塔超負(fù)荷運轉(zhuǎn)的原因是環(huán)境參數(shù)的變化。由于一 天中最高氣溫不會頻繁出現(xiàn)，空氣濕度的變化不會很迅速且環(huán)境參數(shù)的變化有一定的規(guī) 律，因此這個時候電動機4的啟停由智能控制器5進行控制。當(dāng)冷卻塔的出水溫度低于設(shè)計 值，同時環(huán)境的干球溫度和空氣濕度低于冷卻塔低功耗運行模式的設(shè)計值時，智能控制器5 控制電動機4退出運行，冷卻塔進入低功耗運行模式。(2)當(dāng)冷卻塔的出水溫度高于設(shè)計值，同時循環(huán)冷卻水的流量增加時，導(dǎo)致冷卻塔 超負(fù)荷運轉(zhuǎn)的原因是循環(huán)冷卻水流量的增加。智能控制器5依據(jù)流量的穩(wěn)定變化規(guī)律控制 電動機4的啟停，不因循環(huán)冷卻水流量短時的波動而控制電動機4頻繁地隨之啟停。當(dāng)冷 卻塔的出水溫度低于設(shè)計值，同時循環(huán)冷卻水的流量低于冷卻塔低功耗運行模式的設(shè)計值 時，智能控制器5控制電動機4退出運行，冷卻塔進入低功耗運行模式。(3)當(dāng)冷卻塔的出水溫度低于設(shè)計值，同時循環(huán)冷卻水的壓力低于水輪機正常運 行所需的壓力時，導(dǎo)致冷卻塔超負(fù)荷運轉(zhuǎn)的原因是水輪機輸出功率不足引起的風(fēng)機風(fēng)量的 下降。若壓力的下降是冷卻塔長時間運行累積的結(jié)果，則原因是冷卻塔的管路老化導(dǎo)致壓 力損失增大，需要進行正常的維護。智能控制器5在控制電動機4投入運行的同時，在顯示 面板顯示相關(guān)的信息。若管路壓力在短時間內(nèi)迅速下降，則說明管路發(fā)生堵塞或破裂等故 障，需要進行緊急搶修。智能控制器5在控制電動機4投入運行的同時，在顯示面板顯示相 關(guān)的信息。當(dāng)冷卻塔的出水溫度低于設(shè)計值，同時循環(huán)冷卻水的壓力恢復(fù)至水輪機正常運 行所需壓力時，智能控制器5控制電動機4退出運行，冷卻塔進入低功耗運行模式。(4)當(dāng)冷卻塔的出水溫度低于設(shè)計值，同時進水溫度高于設(shè)計值時，導(dǎo)致冷卻塔超 負(fù)荷運轉(zhuǎn)的原因是被冷卻設(shè)備工作異常。智能控制器5控制電動機4投入運行，同時在顯 示面板顯示相關(guān)的信息。由于智能控制器5無法掌握被冷卻設(shè)備的工作情況，因此被冷卻 設(shè)備工作正常后，需在智能控制器5的面板上手動控制電動機4退出運行。由于負(fù)荷較高或環(huán)境比較惡劣的條件或系統(tǒng)故障的情況在全年只占很小的一部 分時間，因此電動機只是根據(jù)需要進行間歇性運行，完全可以保證冷卻塔系統(tǒng)在可靠運行 的前提下，實現(xiàn)節(jié)能降耗。本實用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求一種冷卻塔風(fēng)機智能驅(qū)動裝置，其特征是所述裝置包括棘輪機構(gòu)(1)、風(fēng)機(2)、水輪機(3)、電動機(4)和智能控制器(5)；所述的風(fēng)機(2)的輪轂在水平方向與棘輪機構(gòu)(1)的外輪固定，水輪機(3)的輸出軸通過聯(lián)軸器與棘輪機構(gòu)(1)相連，電動機(4)的輸出軸與棘輪機構(gòu)(1)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻塔風(fēng)機智能驅(qū)動裝置，其特征是所述的棘輪機構(gòu)(1)包 括棘輪外環(huán)(101)、棘輪內(nèi)星輪(102)、滾柱(103)、頂銷(104)、彈簧(105)、棘輪蓋(106)、 軸承蓋(107)、棘輪軸(108)、擋環(huán)(109)、固定擋圈(110)、軸承(111)和聯(lián)軸器(112)；所述 的棘輪外環(huán)(101)與風(fēng)機(2)的輪轂(21)相固定；棘輪內(nèi)星輪(102)位于棘輪外環(huán)(101) 的內(nèi)側(cè)，與棘輪軸(108)通過鍵實現(xiàn)固定；棘輪軸(108)通過聯(lián)軸器與電動機(4)的輸出軸 相連；滾柱(103)位于棘輪外環(huán)(101)和棘輪內(nèi)星輪(102)之間，棘輪內(nèi)星輪(102)在滾柱 運動區(qū)域的相應(yīng)部位加工成直角缺口形狀，以利于滾柱(103)的運轉(zhuǎn)；頂銷(104)為端部為 球面的圓筒形狀，安裝于棘輪內(nèi)星輪(102)直角缺口切線方向的端面上，棘輪內(nèi)星輪(102) 在直角缺口切線方向的端面設(shè)置圓形孔，以便安裝頂銷(104)；彈簧(105)與頂銷(104)配 合使用，安裝于棘輪內(nèi)星輪(102)位于直角缺口切線方向的圓形孔內(nèi)；棘輪蓋(106)安裝于 棘輪外環(huán)(101)的上部，軸承蓋(107)位于棘輪蓋(106)的上部；擋環(huán)(109)和固定擋圈 (110)位于棘輪內(nèi)星輪(102)的外緣，滾柱(103)的上下兩側(cè)；軸承(111)位于棘輪軸(108) 的上下兩側(cè)，軸承(111)的外圈分別與棘輪外環(huán)(101)和棘輪蓋(106)固定；聯(lián)軸器(112) 位于棘輪外環(huán)(101)的底端，軸孔與水輪機(3)的輸出軸(35)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冷卻塔風(fēng)機智能驅(qū)動裝置，其特征是所述的水輪機(3) 包括尾水管(31)、轉(zhuǎn)輪(32)、蝸殼(33)、支持蓋(34)、輸出軸(35)、軸承及支座(36)和座 環(huán)(37)；所述座環(huán)(37)位于蝸殼(33)的內(nèi)側(cè)，所述的蝸殼(33)的正切面呈面積逐漸縮小 的矩形結(jié)構(gòu)，蝸殼(33)的一端與冷卻塔循環(huán)用水的入水口相通，在蝸殼(33)的內(nèi)側(cè)設(shè)有 與座環(huán)(37)外側(cè)相通的進水口，座環(huán)(37)中設(shè)有環(huán)形固定導(dǎo)葉；支持蓋(34)壓裝在座環(huán) (37)之上，轉(zhuǎn)輪(32)安裝在座環(huán)(37)中，軸承及支座(36)安裝在支持蓋(34)之上，輸出 軸(35)的上端與軸承及支座(36)連接，輸出軸(35)的下端穿過支持蓋(34)與轉(zhuǎn)輪(32) 相連；尾水管(31)的形狀為直錐形，通過法蘭與座環(huán)(37)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻塔風(fēng)機智能驅(qū)動裝置，其特征是所述的智能控制器(5) 包括電磁流量計(501)、壓力傳感器(502)、溫度傳感器(503)、溫度傳感器(504)、溫度傳感 器(505)、濕度傳感器(506)、控制芯片(507)、軟啟動器(508)、接觸器(509)、熔斷器(510) 和斷路器(511)；所述的電磁流量計(501)、壓力傳感器(502)、溫度傳感器(503)、溫度傳 感器(504)、溫度傳感器(505)和濕度傳感器(506)的信號輸出端與控制芯片(507)的信 號輸入端相連；控制芯片(507)的信號輸出端與軟啟動器(508)的信號輸入端以及接觸器 (509)的信號輸入端相連；斷路器(511)的進線端與電源進線接線盒(L)的出線端相連， 斷路器(511)的出線端與熔斷器(510)的進線端相連；軟啟動器(508)的進線端和接觸 器(509)的進線端共同與熔斷器(510)的出線端相連；軟啟動器(508)的出線端和接觸器 (509)的出線端共同與電動機(4)的接線盒相連。
專利摘要一種冷卻塔風(fēng)機智能驅(qū)動裝置，包括棘輪機構(gòu)(1)、風(fēng)機(2)、水輪機(3)、電動機(4)和智能控制器(5)。風(fēng)機(2)的輪轂在水平方向與棘輪機構(gòu)(1)的外輪固定，水輪機(3)的輸出軸通過聯(lián)軸器與棘輪機構(gòu)(1)相連，電動機(4)的輸出軸利用軸孔與棘輪機構(gòu)(1)相連。在負(fù)荷不是很高或環(huán)境不是很惡劣的條件下，冷卻塔對風(fēng)量的需求較少，水輪機(3)通過輸出軸(35)和棘輪外環(huán)(101)單獨驅(qū)動風(fēng)機(2)運轉(zhuǎn)。在負(fù)荷較高或環(huán)境比較惡劣的條件下，冷卻塔對風(fēng)量的需求較大，電動機(4)在智能控制器(5)的控制下投入運行，通過棘輪機構(gòu)(1)傳動，與水輪機(3)共同驅(qū)動風(fēng)機(2)運轉(zhuǎn)，為冷卻塔正常運行提供足夠的風(fēng)量。
文檔編號F03B1/00GK201582151SQ20092027775
公開日2010年9月15日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者史金華, 張國強, 郭潤睿 申請人:中國科學(xué)院電工研究所;南京大洋冷卻塔股份有限公司