專利名稱：循環(huán)冷卻水系統(tǒng)富余揚程優(yōu)化利用的技術裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及流體工程領域，尤其涉及一種循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用
>J-U ρ α裝直。
背景技術：
由于對一般的冷卻水系統(tǒng)在進行設計選泵的時候，既要確保流量，又必須考慮水泵的效率以及電機的功率，因此會選得過高(揚程許大不許小)，導致相當一部分流體能量
白白地浪費了。根據(jù)行業(yè)內(nèi)調查，冷卻塔的進塔循環(huán)水(即進入冷卻塔的入口處的水)壓頭差異較大，壓頭一般是8 13m，而配水所需的壓頭不同配水方式亦不相同，通常不超過3m,可見存在著富裕揚程高，并沒有得到充分的利用。這樣，在當今能源短缺的形勢下，對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中存在的富余揚程進行回收利用，已引起設計、制造、運行和管理部門的關注，并已進行了對富裕揚程的回收利用的試點探索。目前，現(xiàn)有技術多數(shù)是通過設計水動風機來實現(xiàn)對冷卻水系統(tǒng)中的富余揚程的利用，即在冷卻塔水系統(tǒng)具有充足富裕揚程的前提下，采用水輪機代替冷卻塔風機的電機來直接驅動風機進行熱交換。水輪機的葉輪接受了流體的能量，發(fā)生旋轉，將進水的富余壓頭轉換為動能，起到了代替原風機電機的作用。但是，在水動風機的設計中，有的采用的是使用水輪機直接驅動冷卻塔風機轉動，即將原裝置中包括驅動風機的電機及減速器的整套設備拆除，而在風機下面安裝低速立式水輪機，直接驅動風機轉動；有些只拆除電機改用較高速的水輪機驅動。這樣，只有在水系統(tǒng)富余揚程足夠的條件下(一般需10 13米的揚程)，當全部水流量都通過水輪機時，水輪機的軸功率才有可能足以驅動冷卻塔風機全速轉動，使通風量滿足冷卻塔排熱量的需求。但是在夏季運行時，冷卻水系統(tǒng)通常要求冷卻水流量較大，這樣管網(wǎng)系統(tǒng)流阻亦會增大，而配水系統(tǒng)要求水壓較高，這樣富余揚程會相對偏小，因此會影響水輪機驅動風機的軸功率值，導致配水系統(tǒng)壓力下降。隨著我國節(jié)能技術的進步以及循環(huán)水系統(tǒng)能效標準和設計規(guī)范的修訂，在夏季確保運行功能的前提下，冷卻水系統(tǒng)的富余揚程在不斷減少，為了確保系統(tǒng)的安全和持續(xù)穩(wěn)定運行，此時將全部用水輪機驅動冷卻塔風機的轉動，但實際操作中部分試點單位發(fā)現(xiàn)存在流體功率不足的現(xiàn)象。對此部分單位采用提高循環(huán)水泵站水泵的揚程或增設加壓水泵的措施，但采用這一技術措施，會導致水系統(tǒng)增加過多揚程，由此導致水泵能耗增高過多。因此，本領域的技術人員致力于開發(fā)一種循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置，實現(xiàn)對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富裕揚程的優(yōu)化利用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置，通過使用水輪機和SSS離合器，實現(xiàn)對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富裕揚程的充分的回收利用。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置，其特征在于，包括水輪機和SSS離合器，所述水輪機由所述循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的進塔循環(huán)水驅動，所述水輪機通過所述SSS離合器連接到所述循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的冷卻塔的電機；當所述水輪機的轉速大于所述電機的轉速時，所述SSS離合器嚙合，所述水輪機和電機共同驅動所述冷卻塔的風機；當所述水輪機的轉速小于所述電機的所述轉速時，所述SSS離合器分離，所述電機單獨驅動所述風機。進一步地,所述電機是感應電機。進一步地，所述SSS離合器的輸入軸連接到所述水輪機的輸出軸，所述SSS離合器的輸出軸連接到所述電機的第一軸伸端，所述電機的所述第一軸伸端在所述電機的冷卻風扇側，所述電機的第二軸伸端通過所述冷卻塔的變速箱連接到所述風機。進一步地，所述進塔循環(huán)水為熱水。進一步地，所述SSS離合器是棘輪式離合器。進一步地，所述循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置還包括設置在所述冷卻塔的頂部的恒壓水箱，所述恒壓水箱上設置有通氣孔，所述通氣孔使所述恒壓水箱的內(nèi)部空間與外界大氣連通；所述水輪機的排出水經(jīng)過所述水輪機的排水管進入所述恒壓水箱，繼而從所述恒壓水箱進入所述循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的配水管。進一步地，所述恒壓水箱具有出水管，通過設定所述出水管在所述恒壓水箱內(nèi)的開口的高度以使所述恒壓水箱內(nèi)的液體的液面高度恒定。進一步地，所述恒壓水箱內(nèi)設置有三角形堰板、進水管和出水管，所述三角形堰板把所述恒壓水箱內(nèi)的液體分成第一液體部分和第二液體部分，所述進水管的開口在所述第一液體部分內(nèi)，所述出水管的開口在所述第二液體部分內(nèi)，通過設定所述出水管的所述開口的高度以使所述第二液體部分的液面高度恒定。進一步地，所述進水管的所述開口在水流進入的方向上呈漸擴狀，所述出水管的所述開口在水流排出的方向上呈漸縮狀。在本發(fā)明的最佳實施方式中，本發(fā)明的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置包括設置在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的冷卻塔頂部處的水輪機、SSS離合器和恒壓水箱。其中，水輪機通過SSS離合器連接到循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的冷卻塔的電機。水輪機由循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的進塔循環(huán)水驅動，當其轉速大于電機的轉速時，SSS離合器嚙合，水輪機、電機共同驅動冷卻塔的風機，電機輕載運行；當其轉速小于電機的轉速時，SSS離合器分離，電機單獨驅動風機。由此可見，本發(fā)明的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置通過使用水輪機實現(xiàn)了對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富裕揚程的回收利用。本發(fā)明通過在水輪機和電機之間設置SSS離合器，在富裕揚程足夠大時主要靠水輪機驅動風機；在富裕揚程不夠大時，主要由電機驅動風機而水輪機脈沖式地輸出功率輔助電機驅動風機；在富裕揚程較小甚至為零時，主要由電機驅動風機。這樣，本發(fā)明實現(xiàn)了對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富裕揚程的最大化利用，是節(jié)能技術的重要進步。并且，本發(fā)明的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置的恒壓水箱能保證循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的配水壓力的恒定，從而確保循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的配水的均勻性。以下將結合附圖對本發(fā)明的構思、具體結構及產(chǎn)生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。


圖I是本發(fā)明的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置的結構示意圖。圖2是本發(fā)明的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置中的恒壓水箱的另一種結構的示意圖。
具體實施例方式如圖I所示，在本發(fā)明的一個實施例中，本發(fā)明的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置包括水輪機20、SSS離合器30和恒壓水箱40，水輪機20、SSS離合器30和恒壓水箱40都設置在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的冷卻塔10的頂部，例如水輪機20和SSS離合器30設置在循環(huán)冷卻塔系統(tǒng)的通風裝置中。其中，SSS離合器是同步自換檔(Synchro-Self-Shifting)離合器,是棘輪式離合器。水輪機20通過SSS離合器30連接
到冷卻塔10的電機12，電機12是感應電機。具體地說，SSS離合器30的輸入軸連接到水輪機20的輸出軸,SSS離合器30的輸出軸連接到風機電機12的第一軸伸端18,電機12的第一軸伸端18在電機12的冷卻風扇側，電機12的第二軸伸端17通過冷卻塔10的變速箱13連接到風機14。風機14之外是風機排風筒15。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的進水管11連接到水輪機20，由進塔循環(huán)水驅動水輪機20，其中進塔循環(huán)水是熱水。水輪機20的排出水從水輪機20的排水管21進入恒壓水箱40，繼而從恒壓水箱40的出水管41進入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的配水管16。恒壓水箱40上設置有通氣孔(未圖示)以使恒壓水箱40的內(nèi)部空間與外界大氣連通，本實施例中此通氣孔設置在恒壓水箱40的頂部。如圖I所示，通過設定出水管41在恒壓水箱40內(nèi)的開口的高度可以使恒壓水箱40內(nèi)液體的液面高度H保持恒定(即液面高度H的變化率小于5% )，以保證循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的配水壓力。進水管11上具有調節(jié)閥19以調節(jié)進塔循環(huán)水的流量，進水管11在其接近于水輪機20的進水口處設有壓力表51以測量進入水輪機20的進塔循環(huán)水的壓力。排水管21上設有壓力表52以測量尚開水輪機20的排出水的壓力。在本發(fā)明的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置的使用中，電機12以轉速Iitl轉動，進塔循環(huán)水驅動水輪機20，使水輪機20以轉速Ii1轉動。當水輪機20的轉速Ii1大于電機12的轉速Iitl時，SSS離合器30哨合,水輪機20和電機12共同驅動風機14。此時的電機12處于輕載運行的狀態(tài)，即其輸出的功率等于由其單獨驅動風機時的輸出功率減去此時水輪機的輸出功率。當水輪機20的轉速Ii1小于電機12的轉速Iitl時，SSS離合器30分離，此時電機12處于重載運行狀態(tài)，即其輸出的功率等于由其單獨驅動風機14時的輸出功率。這樣，當循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程足夠大時，水輪機20的轉速Ii1始終大于電機12的轉速％，SSS離合器30始終處于嚙合狀態(tài)，水輪機20和電機12共同驅動風機14，電機12處于輕載運行的狀態(tài)(甚至不輸出功率)。當循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程不夠大時，水輪機20的轉速Ii1小于電機12的轉速n0,SSS離合器30脫開，電機12單獨驅動風機14。由于此時水輪機20的負載減小了，因此在進塔循環(huán)水的驅動下其轉速增加。當其轉速Ii1大于電機12的轉速Iitl時，SSS離合器30嚙合，水輪機20和電機12共同驅動風機14，即此時水輪機20也輸出功率以驅動風機14 ；但同時由于水輪機20的負載增加，水輪機20的轉速Ii1將減小。當轉速Ii1減小到小于電機12的轉速Iitl時，SSS離合器30再次脫開，由電機12單獨驅動風機14?？梢姡斞h(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程不夠大時，通過SSS離合器30交替地脫開和嚙合，可以實現(xiàn)水輪機20脈沖式地輸出功率以驅動風機14，從而實現(xiàn)對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的充分利用。圖2給出了本發(fā)明的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置的另一種結構的恒壓水箱140的結構示意圖。恒壓水箱140的頂部設置有通氣孔144和145以使恒壓水箱140的內(nèi)部空間與外界大氣連通。恒壓水箱140的底部具有出水管141和進水管142，兩者之間設置有三角堰板143。三角堰板143將恒壓水箱140內(nèi)的液體分成第一液體部分201和第二液體部分202。如圖2所示，恒壓水箱140的出水管141的開口在第二液體部分202內(nèi)，恒壓水箱140的進水管142的開口在第一液體部分201內(nèi)。由進水管142進入恒壓水箱140的液體從三角堰板143頂部的三角形開口流入恒壓水箱140的出水管141，離開恒壓水箱140，繼而進入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的配水管。其中，第二液體部分202的液面高度
為Hl。通過設定出水管141的開口的高度可以使第二液體部分202的液面高度Hl保持恒定(即液面高度Hl的變化率小于5%)，以保證循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的配水壓力。另外，恒壓水箱140的進水管142的開口在水流進入的方向上呈漸擴狀，恒壓水箱140的出水管141的開口在水流排出的方向上呈漸縮狀。以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域的技術人員依本發(fā)明的構思在現(xiàn)有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置，其特征在于，包括水輪機和SSS離合器，所述水輪機由所述循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的進塔循環(huán)水驅動，所述水輪機通過所述SSS離合器連接到所述循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的冷卻塔的電機；當所述水輪機的轉速大于所述電機的轉速時，所述SSS離合器嚙合，所述水輪機共同驅動所述冷卻塔的風機；當所述水輪機的轉速小于所述電機的所述轉速時，所述SSS離合器分離，所述電機單獨驅動所述風機。
2.如權利要求I所述的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置，其中所述電機是感應電機。
3.如權利要求2所述的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置，其中所述SSS離合器的輸入軸連接到所述水輪機的輸出軸，所述SSS離合器的輸出軸連接到所述電機的第一軸伸端，所述電機的所述第一軸伸端在所述電機冷卻風扇側，所述電機的第二軸伸端通過所述冷卻塔的變速箱連接到所述風機。
4.如權利要求3所述的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置，其中所述進塔循環(huán)水為熱水。
5.如權利要求4所述的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置，其中所述SSS離合器是棘輪式離合器。
6.如權利要求5所述的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置，其中所述循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置還包括設置在所述冷卻塔的頂部的恒壓水箱，所述恒壓水箱上設置有通氣孔，所述通氣孔使所述恒壓水箱的內(nèi)部空間與外界大氣連通；所述水輪機的排出水經(jīng)過所述水輪機的排水管進入所述恒壓水箱，繼而從所述恒壓水箱進入所述循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的配水管。
7.如權利要求6所述的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置，其中所述恒壓水箱具有出水管，通過設定所述出水管在所述恒壓水箱內(nèi)的開口的高度以使所述恒壓水箱內(nèi)的液體的液面高度恒定。
8.如權利要求6所述的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置，其中所述恒壓水箱內(nèi)設置有三角形堰板、進水管和出水管，所述三角形堰板把所述恒壓水箱內(nèi)的液體分成第一液體部分和第二液體部分，所述進水管的開口在所述第一液體部分內(nèi)，所述出水管的開口在所述第二液體部分內(nèi)，通過設定所述出水管的所述開口的高度以使所述第二液體部分的液面高度恒定。
9.如權利要求8所述的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置，其中所述進水管的所述開口在水流進入的方向上呈漸擴狀，所述出水管的所述開口在水流排出的方向上呈漸縮狀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富余揚程的優(yōu)化利用裝置，包括水輪機和SSS離合器。水輪機由循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的進塔循環(huán)水驅動，水輪機通過SSS離合器連接到循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的冷卻塔的電機。當水輪機的轉速大于電機的轉速時，SSS離合器嚙合，水輪機和電機共同驅動循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的風機。當水輪機的轉速小于電機的轉速時，SSS離合器分離，電機單獨驅動風機。本發(fā)明通過使用水輪機和SSS離合器，實現(xiàn)了對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的富裕揚程的最大化利用，是節(jié)能技術的重要進步。
文檔編號F03B13/00GK102817764SQ201210271658
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權日2012年8月1日
發(fā)明者任世瑤 申請人:上海交通大學