水輪機在工業生產中的合理應用及注意事項

勾朝陽(中國石油新疆烏石化分公司，新疆烏魯木齊830019)

水輪機在工業生產中的合理應用及注意事項

勾朝陽(中國石油新疆烏石化分公司，新疆烏魯木齊830019)

水輪機作為新興技術在工業生產中應用，在環保和節能上優勢顯著，但是設計和使用不當會給生產和運行帶來諸多煩惱。在此對于水輪機的設計、安裝提出一些個人意見和看法。

水輪機;涼水塔;葉片;轉速;冷卻效果

自古以來人類一直在大自然中尋找能量并加以利用，最常見的是水、風和光的應用。特別是進入大工業生產時代后，隨著環境污染的加劇，“保護環境，保護自然”成為世界環境保護的主題，自然能源、清潔能源的開發和利用，成為各行各業的首選。對于水力的利用，人類很早就發明了水車，利用水流推動進行灌溉、推磨等代替人工作業。

1 水輪機論述

在目前許多工業生產行業中，如電力、石油、化工、鋼鐵和輕紡等，都需要利用冷卻塔通過蒸發作用來散去工業上或制冷空調中產生的廢熱；而涼水塔冷卻時所用的風機均有電動機帶動，這些電動機一年所耗電能是十分巨大的

水輪機作為水力的原動力，它將水能轉換成旋轉機械能，用于取代冷卻塔所配的風機電機和減速箱。工作時以循環水系統中的富余壓力作為動力源，通過水輪機驅動冷卻塔上部的風葉轉動，從而達到節能的目的。

1.1 水輪機工作原理原理：

水輪機應用的理論基礎是在循環水回水系統包涵著一定能量，這部分能量包括：機泵出口供出循環水到達生產裝置最高冷卻器后富裕壓頭；生產裝置最高冷卻器與循環水布水管進口之間高低位差；循環水本身介質流動具有的能量。既然循環水系統中存在上述富余能量，那么借助水輪機把循環水系統中的富余能量的一部分利用起來，用水輪機取代傳統的電機作為風機動力，使風機由原來的電力驅動改為水力驅動，給循環水降溫，會省去風機電機的能耗。

水輪機的工作動力完全來自于循環水系統的能量，把原先循環水系統的能量回收二次利用，確保在不另增加水泵情況下降低電耗。

1.2 水輪機具有以下優點：

⑴、結構簡單：組要有主軸、軸承座、蝸殼、轉輪組成，省去了電動機、連接軸、變速齒輪機構。

⑵、轉速慢：一般風機轉速不超過300r/min，而電動機轉速一般都在900r/min以上，通過變速箱降速來達到風機葉片需要的轉速；而水輪機可以通過蝸殼內轉輪轉動直接達到風機轉速的要求。轉速的降低可以減少配件的磨損，降低風機運行中的振動和存在的風險因素。相應減少風機停機和檢修頻次，降低檢維修費用。

⑶、風機轉速可以調控：利用上水管閥開度調節水量可以控制風機轉速，特別是北方春秋晝夜溫差變化較大季節，可以隨時根據水溫變化調節風機轉速。

⑷、節能：水輪機最大的優點就是節能。一般常用的風機匹配電動機最小功率為30KW，按北方氣溫每年至少要運行8個月，因此每臺風機每年至少用電（30*24*30*8）17.28萬度，這部分電能可以全部節約下來。

從水輪機具有的優點來看，無論是從維修、運行還是節能，采用水輪機代替電機還是比較劃算的。但是再好的東西使用不恰當，最后都會成為雞肋。因此在采用水輪機時的前提條件和安裝時需要考慮和注意的事項尤為重要。

2 風機改造應用水輪機設計時注意事項：

由于大部分企業在建廠的同時就建有冷卻塔并安裝風機，要使用水輪機一般都是在原有風機上改造，因此在考慮應用水輪機前，首先要滿足兩個條件：一是回水壓力，二是回水流量。在滿足這兩個條件下再繼續進行設計。

在設計中還需要注意一下幾點：

(1)水輪機進水口與原進涼水塔布水管液位差。由于水輪機進水管位置一般比進涼水塔布水管管線位置較高，因此要保證水輪機進水流量和壓力，必須對同一冷卻系統涼水塔上水管線進行限量，以此來保證水輪機所帶風機轉速。但是這樣就減少了電動機風機涼水塔進水量，降低了冷卻效果；同時各涼水池液位因流水量的變化產生偏差需要進行調節平衡。因此設計時要考慮水輪機具有足夠的進水量或將所有進水管高度一起提升。

(2)水輪機應用要考慮冬季防凍。在北方冬季天氣寒冷，不需要水輪機運行，但是涼水塔還需要投用降溫，或者因水流量過小造成填料結冰，需要加大進水量化冰。所以在水輪機立管上需要增加進布水管旁通線，在必要時停止水輪機運行，有可以保證涼水塔正常運行達到冷卻效果。

(3)水輪機葉片安裝高度。由于風機風筒時內凹型，葉片安裝高度要嚴格按照標準規定執行。或高或低都將降低風筒通風量，降低冷卻效果。一般葉片安裝高度在縮頸最小處上下100mm處。

3 水輪機選擇和安裝上注意事項：

(1)葉片安裝角度。風機葉片安裝角度比較重要，葉片角度過大風機轉速提不起來，或者轉速達到要求但是風速過大造成失水量大；另外風機葉片角度過大，負荷也會加大，如果葉片強度不夠容易折損。葉片角度過小，風量不夠，涼水塔冷卻效果達不到要求。一般水輪機廠家都會盡量減小葉片角度以此來保證風機轉速。葉片安裝角度標準為葉稍邊緣水平夾角的8～12o。

(2)水輪機安裝中心位置。如果中心位置沒有找準，風機葉片會蹭風筒壁，長時間運行對風機會帶來安全隱患。

(3)水輪機安裝要保持水平。因為水輪機安裝不平，葉片安裝后就會顯示傾斜，運行時風機會失衡產生振動，對地腳螺栓和機體都會帶來影響。

總之，水輪機的應用還屬于新技術，前景很好，但是使用不當，不但會給操作帶來不便，還會給安全生產帶來隱患。所以在決定使用前要做好充足的技術準備工作。

[1]石油化工設備維護保養檢修規程-通用設備《軸流式風機維護檢修規程》.

[2]設備隨機配戴的《水輪機使用說明書》.

勾朝陽（1966-）男，漢族，新疆烏石化職工，助理工程師，主要從事設備管理工作。