方胜良
浙江干氏制冷设备有限公司 浙江省绍兴市 312369
摘要：能源作为人类社会发展的重要资源，是国家稳定的重要保障。随着人们物质生活水平的不断提升，对于能源的需求在不断增长，并因此导致了环境污染等一系列问题。能源作为一种不可再生能源，为了有效缓解日益突出的能源供需矛盾，将节能环保作为企业生产运营过程中的重要原则是必要的。在冷却塔中电动风机的耗能是巨大的，且冷却塔内循环冷却水具有的富余能量被白白浪费，为实现对能源的合理利用，帮助企业实现节能减排，笔者对一种新型的水轮风机进行介绍，该水轮风机以循环冷却水出口的富余能力作为动力，进而带动风扇旋转制冷。
关键词：水轮风机；电动风机；节能；措施
一、水轮风机代替电动风机的必要性
冷却塔内的循环冷却水在出口处具有一定的富余压力，由于设计的局限性，富余压力被严重浪费，通过对水轮风机代替电动风机这一课题进行研究，可以设计出一种性能更好的水轮机，对冷却塔循环冷却水出口的富余压能量进行合理利用，并以此为动力带动风扇制冷，起到节约能源的作用。
（一）通过将水轮风机带动电动风机，可以有效减少冷却塔内的能源消耗，提升对能源的利用率，合理的配置冷却塔结构，帮助企业减少项目运行的成本，降低对周边环境的影响，从而获取更高的经济效益与社会效益。
（二）通过采用水轮风机可以帮助企业实现对废旧能源的合理利用，与水电站的电动风机不同，水轮风机的结构较小，出力低、流量与转速受冷却塔条件的影响较大，为了推动水轮风机代替电动风机，要求水轮风机具备较好的性能、结构简单以及安装维护便捷，这对于水轮风机的设计工作者提出了更高的要求。
（三）我国作为一个能源消耗大国，在过去的一段时间，为了实现经济的飞速发展，采取了粗放式的经济发展模式，既浪费了大量的能源，又对周边环境产生了影响，改变经济发展模式，开展节能工作刻不容缓。通过对水轮风机进行改造，可以大幅度减少冷却塔中富余能源的消耗，提升企业对能源的利用率，帮助企业形成竞争优势及品牌形象，从而获取更高的经济效益与社会效益。
二、水轮风机的技术改造
水轮风机可以有效的将动能或者势能转化为机械能，是保持水电站运转不可或缺的设备，通过生产技术的不断发展，现代水轮风机的性能更好，结构形式更为多样，可以适用的范围也更为广泛。依据转轮转换水流能量方式的不同，可以将水轮风机划分为反击式水轮机和冲击式水轮机。其中，反击式水轮机实现了对水流动能及势能的合理利用，水流占据了水轮机的整个流道，水流是有压流动的，因此会沿着转轮外圆整周进水，水流在从进水口到出水口的过程中，水流压力逐步减小。与反击式水轮机相比，冲击式水轮机仅仅利用了水流的动能，利用特殊的装置将高压水流变成高速的自由射流，射流会与转轮相互作用。此外，在冲击式水轮机中，转轮因为不是整周进水，导致过流量较小。不同类型的水轮机在不同的环境下可以体现出不同的性能，因此水轮风机的设计者应当根据实际情况合理的选用水轮机，在对水轮机的类型进行选择时需要遵循以下几个步骤，首先是根据水轮机的工作条件确定适用的比转速，其次根据水轮机的比转速适用范围确定水轮机的类型。
在冷却塔中，为了保证冷却塔的循环出水口具有充足的压力，进而使布水器喷头能够有力地向下洒水达到致冷效果，传统的水轮机存在许多问题，无法代替冷却塔中的电动风机，在此基础上对传统双击式水轮机进行改造，新型的双击式节能水轮机在以下几个方面做出了改进：首先是新型双击式节能水轮机的主轴采用了立式布置的方式，使水轮机转轮与水流可以在同一平面内运动，其次是水流在尾水管出口为有压流动，再者是过流部件的尺寸更小，结构更加紧凑。为了提升新型双击式节能水轮机的性能，做到水轮机的出力最大，需要对喷嘴尺寸、转轮直径以及转轮叶片数进行计算，水轮机主要由喷嘴、转轮以及尾水管组成，通过计算可以更为科学的确定水轮机的尺寸与性状。其中，转轮叶片数的确定对于水轮机的改造至关重要，叶片数可以直接影响水流的流态以及水轮机的出力，叶片越多，做工的叶片也就越多，水轮机的出力也就越高，但叶片数量的增长会导致水流排挤作用的出现，从而影响过流能力，因此转轮叶片的数量必须基于对水流流态以及水轮机出力的综合考量，转轮叶片数在17时可以发挥出较好的性能。
在对喷嘴尺寸、转轮直径以及转轮叶片数进行计算后，可以初步设计出一台性能较好的水轮机，为了充分发挥新型水轮机的性能，还需要对水轮机各过流部件进行一定程度的优化，首先需要考虑对过流部件尺寸方案的选择，尺寸优化的核心在于转轮直径、转轮叶片数以及喷嘴形状。喷嘴包角的大小会对水流性能产生影响，通常喷嘴包角的角度应设置在70°~100°，直径范围设置为0.5m~0.8m。
通过上述方案设计出的水轮机具有以下的优势：结构简单、稳定性强、易于安装与维护，通过实验可以发现设计点效率为75%左右，可以较好的满足冷却塔中的工作要求，实现对循环冷却水中富余能量的充分利用，代替传统的电动风机。但新型的水轮机在循环冷却水中富余能量中等的情况下效果不明显，因此需要对水轮机结构形式进行不断的探索。混流式水轮机是反击式水轮机的一种，主要由以下几个部分组成：蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮以及尾水管，混流式水轮机中水流的运动特点为水流从径向导叶流出后，沿径向流入转轮，然后在转轮内水流转向为沿水轮机主轴方向流出转轮，再流入尾水管而至下游，这一结构形式可以较好的应用于循环冷却水中富余能量中等的情况。
结束语
综上所述，随着工业化进程以及城市化进程的不断推进，我国对于能源的需求在不断增长，但我国对煤炭、石油等不可再生能源的储备却在不断减少，能源不足从一定程度上制约了国家经济的发展以及社会的进步，通过用水轮风机代替电动风机，利用冷却塔循环冷却水出口的富余能量推动水轮机转轮，从而带动风扇旋转，起到节能的作用。笔者相信水轮风机的设计将会在实践中不断完善，有效提升对能源的利用率。
参考文献
[1] 李琪飞, 陈祥玉, 孟庆,等. 不同空化数下水泵水轮机相关特性数值计算与分析[J]. 农业机械学报, 2020, v.51(01):137-145.
[2] 朱国俊, 吉龙娟, 冯建军,等. 鱼类通过混流式水轮机转轮时受压强及剪切损伤的概率分析[J]. 农业工程学报, 2019, 35(02):55-62.
[3] 李浩亮, 耿博, 刘德民,等. 混流式水泵水轮机转轮周围腔体间隙宽度对水力稳定性的影响研究[C].抽水蓄能电站工程建设文集2019.
[4] 蒙淑平, 刘冬, 丁萁琦,等. 孤网模式下水轮机调节系统参数敏感性分析[J]. 水电能源科学, 2020(10).
作者简介：方胜良（1966-01-26），男，汉族，籍贯：浙江省绍兴市上虞区，当前职称：高级工程师，学历：大学本科，研究方向：机电类风机制造业