【摘要】：針對冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)中的富余水能,設(shè)計研究一種冷卻塔專用水輪機用以回收余能是工業(yè)節(jié)能的重要舉措之一。通過分析冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)的能量特點,發(fā)現(xiàn)冷卻塔循環(huán)系統(tǒng)中存在可觀的可被回收利用的余能。同時,機械通風(fēng)冷卻塔配備的電機電能消耗巨大。通過研究,設(shè)計一種冷卻塔專用水輪機,將回收的富余水能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能來驅(qū)動風(fēng)機,可極大提高能源利用效率。課題組根據(jù)企業(yè)需求,開展了冷卻塔專用超低比轉(zhuǎn)速水輪機的設(shè)計研究,以期達(dá)到簡化冷卻塔結(jié)構(gòu)和節(jié)能的目的。同時,設(shè)計研發(fā)冷卻塔專用水輪機也為拓寬常規(guī)發(fā)電用水輪機應(yīng)用領(lǐng)域提供了參考。冷卻塔專用水輪機在運行環(huán)境和參數(shù)設(shè)計等方面與常規(guī)發(fā)電用水輪機存在較大差異,不能完全沿襲傳統(tǒng)發(fā)電用水輪機的設(shè)計思路。因此,作者主要開展了如下的研究工作:(1)分析冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)能量特點以及冷卻塔專用水輪機的比轉(zhuǎn)速特性,確定冷卻塔專用水輪機型式為混流式。(2)分析冷卻塔專用混流式水輪機與常規(guī)發(fā)電用水輪機之間的差別,以冷卻塔專用水輪機的額定工況參數(shù)為基礎(chǔ),根據(jù)水輪機設(shè)計理論以及現(xiàn)有設(shè)計經(jīng)驗初步擬定水輪機相關(guān)參數(shù)。(3)以一元理論為指導(dǎo),結(jié)合數(shù)值積分方法,開展了轉(zhuǎn)輪葉片骨線的計算,得到了具有良好水力性能的轉(zhuǎn)輪。(4)為盡量減小冷卻塔專用水輪機徑向尺寸,以免對冷卻塔運行特性造成影響,提出了一種具有高窄型斷面的蝸殼,并對其進行了水力優(yōu)化設(shè)計,得到了一種水力性能良好、徑向尺寸較小、便于安裝的新型蝸殼。(5)采用計算流體動力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)技術(shù)對設(shè)計出的超低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機進行全流道數(shù)值模擬與分析,并根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果針對各過流部件不斷進行優(yōu)化設(shè)計。最終得到一種性能指標(biāo)滿足冷卻塔運行要求的水輪機。該水輪機在額定工況下出力達(dá)到85.67k W,水輪機最優(yōu)效率達(dá)到78.26%。(6)對冷卻塔專用水輪機進行了水力性能預(yù)估分析。結(jié)果表明,在較大流量變化范圍和較大轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi),水輪機出力均勻且都在72k W以上,滿足驅(qū)動冷卻塔風(fēng)機的動力要求。
【圖文】：

輪機替代電機去驅(qū)動風(fēng)機時，若水輪機的軸功率現(xiàn)冷卻塔的節(jié)能改造目標(biāo)[18-20]。2010 年“工業(yè)入選“國家重點節(jié)能技術(shù)推廣目錄（第三批）”，見表 1.2 國家重點節(jié)能技術(shù)推廣目錄National key energy conservation technology extension cat稱 技術(shù)原理塔用混機技術(shù)水輪機的工作動力來自循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水的重勢能以及循環(huán)水泵的富余揚程，工作時保證冷塔的技術(shù)參數(shù)，而且循環(huán)水泵的能耗不變。水機的輸出軸直接與風(fēng)機連接并帶動其轉(zhuǎn)動，，取了原電機驅(qū)動風(fēng)機系統(tǒng)，節(jié)約了電能。卻塔用混流式水輪機技術(shù)被國家發(fā)改委列為“十，采用高效節(jié)能水動風(fēng)機冷卻塔技術(shù)，成功入選廳，關(guān)于組織申報 2011 年節(jié)能技術(shù)改造財政獎勵

圖 3.5 轉(zhuǎn)輪三維水體模型Fig 3.5 Model of three dimensional body of runner body的設(shè)計殼出口和轉(zhuǎn)輪進口相連，是水輪機組的核心部件之一，主要由成，其主要作用是將蝸殼中具有一定速度環(huán)量的水流引入到轉(zhuǎn)機組重量等荷載均勻地傳遞到基礎(chǔ)上。與金屬蝸殼相連的座環(huán)與不帶蝶形邊。兩種座環(huán)在結(jié)構(gòu)形式和受力特性上有一定差異差別較小。具有一定速度環(huán)量的水流在流出蝸殼后，需經(jīng)過座柱的存在會造成一定水力損失。為減小支柱造成的水力損失，流線型設(shè)計，同時對支柱斷面進行翼型加厚，從而將水流均勻座環(huán)的支柱也被稱作固定導(dǎo)葉。導(dǎo)葉的分布圓直徑 D0的確定的分布圓直徑 D0的確定與轉(zhuǎn)輪的型式、直徑以及固定導(dǎo)葉數(shù)等3.1 初步擬定。綜合考慮，確定導(dǎo)葉的分布圓直徑為 1.46m。
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK730.2;TU991.42

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2685233