水輪機(jī)在循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用

孫肖潤 王曉強(qiáng) 孫攀 鄒廣東 張偉忠(中國石化中原油田分公司石油化工總廠 河南 濮陽 457165)

一、設(shè)備現(xiàn)狀概述

循環(huán)水冷卻塔是利用水和空氣的接觸，通過蒸發(fā)作用來散去工業(yè)上或制冷空調(diào)中產(chǎn)生的廢熱的一種設(shè)備。到目前為止，有許多冷卻塔冷卻時所用的風(fēng)機(jī)均由電動機(jī)帶動，這些電動機(jī)一年所耗電能是十分巨大的。中原油田石化總廠動力車間有7座涼水塔，7臺電動風(fēng)機(jī)。每臺電動風(fēng)機(jī)功率為30k W。如圖一。

圖一、原涼水塔風(fēng)機(jī)由電機(jī)驅(qū)動

二、水輪機(jī)改造

為了節(jié)約電能，對循環(huán)水場1#、3#、5#、7#涼水塔風(fēng)機(jī)由電機(jī)驅(qū)動改造為KER700水輪機(jī)驅(qū)動。如圖二。

圖二 水輪機(jī)安裝示意圖

1.工作原理

（1）冷卻塔

冷卻塔有多種形式和種類，機(jī)械通風(fēng)冷卻塔是其中應(yīng)用很廣泛的一種。

機(jī)械通風(fēng)冷卻塔是利用水和空氣的接觸，通過蒸發(fā)作用來散去工業(yè)上或制冷空調(diào)中產(chǎn)生的廢熱的一種設(shè)備。其基本原理是干燥（低焓值）的空氣經(jīng)過塔頂部風(fēng)機(jī)的抽吸，由進(jìn)風(fēng)口處進(jìn)入冷卻塔內(nèi)，飽和蒸汽分壓力大的高溫水分子向壓力低的空氣流動，濕熱（高焓值）的水自布水系統(tǒng)灑入塔內(nèi)。當(dāng)水膜和空氣接觸時，一方面空氣與水直接傳熱，主要的一方面由于水蒸氣表面和空氣之間存在壓力差，在壓力的作用下產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象，帶走蒸發(fā)潛熱，將水中的熱量帶走即蒸發(fā)傳熱，從而達(dá)到降溫的目的。按冷卻溫度分有標(biāo)準(zhǔn)型冷卻塔、中溫型冷卻塔、高溫型冷卻塔，本水輪機(jī)適用于標(biāo)準(zhǔn)型冷卻塔、中溫型冷卻塔和部分高溫型冷卻塔。

（2）水輪機(jī)

圖三 系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換示意圖

KER700水輪機(jī)是通過利用循環(huán)水的壓力回水，有壓水流通過水輪機(jī)進(jìn)水流道作用在轉(zhuǎn)輪葉片上，驅(qū)動轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，并通過主軸將頂部的風(fēng)機(jī)帶動，產(chǎn)生冷卻效果。在此過程中，水輪機(jī)在不增加水泵負(fù)荷的前提下，充分利用水泵出水的富余動能，轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，從而代替電機(jī)轉(zhuǎn)動風(fēng)機(jī)，最大限度節(jié)約涼水塔風(fēng)機(jī)電耗，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

水輪機(jī)必須在規(guī)定的工作壓力下工作（＜0.15MPa）。若水量過大或壓力過大，會使得水輪機(jī)轉(zhuǎn)速高于額定的轉(zhuǎn)速。這時可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)水輪機(jī)的活動導(dǎo)葉來調(diào)節(jié)水量大小進(jìn)而控制轉(zhuǎn)速或在進(jìn)水口和出水口之間加一個細(xì)管作為旁通，細(xì)管上配有一個小閥門，經(jīng)過閥門的調(diào)節(jié)，小部分水流不經(jīng)水輪機(jī)直接流入布水器入口，使得水輪機(jī)在額定的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。

水輪機(jī)作為水力的原動力，它將水能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。本水輪機(jī)是混流式水輪機(jī)的一種——反擊式水輪機(jī)，它用于取代傳統(tǒng)冷卻塔所配的電機(jī)、減速機(jī)。工作時以水泵輸送到冷卻塔中的水為動力，驅(qū)動水輪機(jī)，帶動冷卻塔的風(fēng)葉轉(zhuǎn)動，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

2.水輪機(jī)基本結(jié)構(gòu)

水輪機(jī)由減速機(jī)、支撐架、頂板蓋、蝸殼、轉(zhuǎn)輪、尼龍密封軸承、尾水管等組成。 如圖四。

圖四 水輪機(jī)結(jié)構(gòu)圖

三、水輪機(jī)應(yīng)用分析

經(jīng)過試運(yùn)行，4臺水輪機(jī)轉(zhuǎn)速基本達(dá)到或超過原涼水塔風(fēng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，節(jié)能效果明顯，運(yùn)行狀況良好。

2013年，4臺水輪機(jī)累計運(yùn)行17894小時，循環(huán)水場原風(fēng)機(jī)電機(jī)功率：30KW。則年節(jié)約電量：約50萬度，每度電按0.7元計算，則預(yù)計每年可節(jié)約成本：約35萬元