專利名稱：一種冷卻塔風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用雙轉(zhuǎn)輪超低比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及水輪機(jī)，特別是一種冷卻塔風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用雙轉(zhuǎn)輪超低比轉(zhuǎn)速軸流式 水輪機(jī)。
二背景技術(shù)：
常用的工業(yè)冷卻塔節(jié)能改造中，利用冷卻塔水系統(tǒng)一般留有的壓力余量，用一種 水輪機(jī)來驅(qū)動(dòng)冷卻塔風(fēng)機(jī)，可以替代原風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，達(dá)到節(jié)能與減少維護(hù)的目的。但在 冷卻塔水流系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)的特殊條件下，常規(guī)發(fā)電用的水輪機(jī)均不合適，需要開發(fā)新的水輪 機(jī)，才能達(dá)到與冷卻塔水流條件相符合的要求。當(dāng)水輪機(jī)與風(fēng)機(jī)直聯(lián)時(shí)，根據(jù)冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)的壓力、流量和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速三個(gè)特 征參數(shù)所計(jì)算的水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速，必然是超低比轉(zhuǎn)速或超低比轉(zhuǎn)速的，而且水輪機(jī)需要與換 熱器、布水器一同在串聯(lián)的有壓水流系統(tǒng)中工作。沖擊式水輪機(jī)雖然符合低比轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)， 但這類水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪需要在無壓狀態(tài)工作，不適合在串聯(lián)的有壓水流系統(tǒng)中使用；超低比 轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)，可使水輪機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)機(jī)匹配，但超低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)平面尺寸較 大，影響冷卻塔氣流的通道；常規(guī)軸流式水輪機(jī)過流能力強(qiáng)，可以減小水輪機(jī)平面尺寸，但 其比轉(zhuǎn)速太高，在冷卻塔上與風(fēng)機(jī)以直聯(lián)方式使用時(shí)，會(huì)使水輪機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離最優(yōu)工況。用常 規(guī)軸流式水輪機(jī)直聯(lián)驅(qū)動(dòng)冷卻塔風(fēng)機(jī)，結(jié)果，水輪機(jī)的效率非常低，如何解決水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速 高，尺寸大，效率低的問題為眾所期待。
三
實(shí)用新型內(nèi)容針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本實(shí)用新型之目的就是提供一種冷卻塔風(fēng) 機(jī)驅(qū)動(dòng)用雙轉(zhuǎn)輪超低比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機(jī)，可有效解決水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速高，尺寸大，效率低的 問題。本實(shí)用新型解決的技術(shù)方案是，包括機(jī)殼、引水室和轉(zhuǎn)輪室，機(jī)殼上部有垂直裝在 機(jī)殼內(nèi)的主軸，機(jī)殼內(nèi)下部有轉(zhuǎn)輪室，轉(zhuǎn)輪室內(nèi)有裝在同一主軸上同向旋轉(zhuǎn)的低比轉(zhuǎn)速軸 流式的第一轉(zhuǎn)輪和第二轉(zhuǎn)輪，機(jī)殼上口部周向有蝸殼引水室，引水室里面裝有徑向?qū)~ (又稱導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，以下同)，引水室下部呈90°彎曲狀和轉(zhuǎn)輪室相連通，轉(zhuǎn)輪室的出口和機(jī) 殼的出口相連通，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)上面裝有頂蓋，頂蓋上有主軸密封，軸承座固定在頂蓋上，內(nèi)有 主軸的軸承，軸承座上部裝有軸承蓋，主軸上端部裝風(fēng)機(jī)，所說的第一轉(zhuǎn)輪上的第一轉(zhuǎn)輪葉 片進(jìn)口角1 = 140° 160°，出口角32 = 90°，第一轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)、出口之間的角度差為 50° 70°，所說的第二轉(zhuǎn)輪上的第二轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口角β3 = 90°，出口角β4 = 20° 40°，第二轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)、出口角度差為50° 70°，第一轉(zhuǎn)輪進(jìn)口到第二轉(zhuǎn)輪出口之間葉 片的總角度差為100° 140°。本實(shí)用新型利用軸流式水輪機(jī)過流能力強(qiáng)、尺寸小的優(yōu)勢，并從技術(shù)上克服其比 轉(zhuǎn)速過高的缺點(diǎn)，是創(chuàng)新性研究出的一種低比轉(zhuǎn)速雙轉(zhuǎn)輪軸流式水輪機(jī)，其轉(zhuǎn)速與冷卻塔 風(fēng)機(jī)匹配良好，且結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸較小，效率高。四
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)主視圖。圖2為本實(shí)用新型的蝸殼轉(zhuǎn)輪室水平截面圖。圖3為本實(shí)用新型的第一轉(zhuǎn)輪、第二轉(zhuǎn)輪流動(dòng)狀態(tài)圖。
五具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明。由圖1-圖3給出，本實(shí)用新型包括機(jī)殼、引水室和轉(zhuǎn)輪室，水輪機(jī)中心有垂直裝在 機(jī)殼5內(nèi)的主軸8，機(jī)殼內(nèi)下部有轉(zhuǎn)輪室13，轉(zhuǎn)輪室內(nèi)有裝在同一主軸上同向旋轉(zhuǎn)的低比轉(zhuǎn) 速軸流式的第一轉(zhuǎn)輪3和第二轉(zhuǎn)輪4，機(jī)殼上口部周向有引水室1，引水室里面裝有徑向?qū)?水葉2 (又稱導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，以下同)，引水室下部呈90°彎曲狀和轉(zhuǎn)輪室相連通，轉(zhuǎn)輪室的出口 和機(jī)殼的出口相連通，導(dǎo)水葉上部裝有頂蓋10，頂蓋上有主軸密封6，軸承座11固定在頂蓋 10上，主軸裝在軸承座內(nèi)的軸承7內(nèi)，軸承座上部裝有軸承蓋12，主軸上端部裝風(fēng)機(jī)9，所說 的第一轉(zhuǎn)輪3上的第一轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口角^ = 140° 160°，出口角32 = 90°，第一轉(zhuǎn) 輪葉片進(jìn)、出口之間的角度差為50° 70°，所說的第二轉(zhuǎn)輪4上的第二轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口角 β3 = 90°，出口角β4 = 20° 40°，第二轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)、出口角度差為50° 70°，第一 轉(zhuǎn)輪進(jìn)口到第二轉(zhuǎn)輪出口之間葉片的總角度差為100° 140°。為了保證使用效果，所說的引水室1為圓斷面金屬蝸殼式；所說的第一轉(zhuǎn)輪的葉 片和第二轉(zhuǎn)輪的葉片數(shù)為8 16個(gè)，多于常規(guī)軸流式轉(zhuǎn)輪的葉片數(shù)；所說的第一轉(zhuǎn)輪3和 第二轉(zhuǎn)輪4的輪轂比(VD1 = 0. 6 0. 8 ；在具體實(shí)施時(shí)，所說的第一轉(zhuǎn)輪的葉片進(jìn)口角
為140°、150°、160°中的一種，第一轉(zhuǎn)輪的葉片進(jìn)、出口之間的角度差為50°、60°、 70°中的一種，所說的第二轉(zhuǎn)輪的葉片出口角34為20°、30°、40°中的一種，第二轉(zhuǎn)輪的 葉片進(jìn)、出口角度差為50°、60°、70°中的一種，第一轉(zhuǎn)輪進(jìn)口到第二轉(zhuǎn)輪出口之間葉片 的總角度差為100°、110°、120°、130°、140°中的一種；所說的第一轉(zhuǎn)輪和第二轉(zhuǎn)輪的 輪轂比(IhA)1為0. 6,0. 7,0. 8中的一種。本實(shí)用新型的工作原理是1、采用同軸同向旋轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)輪接力式工作，這是本實(shí)用新型創(chuàng)新的關(guān)鍵之一，由圖1 所示，本實(shí)用新型的關(guān)鍵是在常規(guī)軸流式水輪機(jī)的基礎(chǔ)上改變其能量轉(zhuǎn)換的核心部件_水 輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。在同一根主軸上裝置兩個(gè)同向旋轉(zhuǎn)的低比轉(zhuǎn)速軸流式第一轉(zhuǎn)輪和第二轉(zhuǎn)輪。常 規(guī)軸流式水輪機(jī)的引水室、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪室及輔助的主軸和密封型式基本不變，引水室1 為圓斷面金屬蝸殼。引水室里面裝有徑向?qū)畽C(jī)構(gòu)2，壓力水流經(jīng)壓力管道首先進(jìn)入引水 室，水流由引水室進(jìn)入徑向?qū)~，導(dǎo)葉改變水流的環(huán)量后，作90°轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)向90°后沿軸 向均勻進(jìn)入第一轉(zhuǎn)輪，水流在第一轉(zhuǎn)輪中完成1/2能量轉(zhuǎn)換，第一轉(zhuǎn)輪的出口水流以無撞 擊進(jìn)口狀態(tài)進(jìn)入第二轉(zhuǎn)輪，在第二轉(zhuǎn)輪中完成剩余的1/2水能轉(zhuǎn)換，把帶有剩余1/2能量的 水流送入第二轉(zhuǎn)輪4，第二轉(zhuǎn)輪同樣以無撞擊進(jìn)口狀態(tài)接受水流，并以法向出口狀態(tài)將做功 后的水流排入下游管道，把水能變成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，經(jīng)轉(zhuǎn)輪主軸帶動(dòng)冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。本實(shí)用 新型的獨(dú)特之處在于，兩個(gè)轉(zhuǎn)輪呈接力方式協(xié)同工作，第一轉(zhuǎn)輪的重點(diǎn)是滿足水輪機(jī)的良 好進(jìn)口條件，保證水流以無撞擊進(jìn)口狀態(tài)進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，使轉(zhuǎn)輪進(jìn)口水力損失最??；第二轉(zhuǎn)輪的
4重點(diǎn)是滿足水輪機(jī)的良好出口條件，出口水流保持法向出口，使出口水力損失最小。兩轉(zhuǎn)輪 均采用大輪轂比、多葉片，且兩轉(zhuǎn)輪的葉片均采用大彎曲度的空氣動(dòng)力翼型作斷面，這樣可 使兩水輪機(jī)都有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)都是低比轉(zhuǎn)速的。兩轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)出、口角度的設(shè) 計(jì)保證了兩轉(zhuǎn)輪呈平滑的接力方式工作。兩個(gè)低比轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)輪接力式組合可使雙轉(zhuǎn)輪水輪機(jī) 具有更低的比轉(zhuǎn)速，滿足冷卻塔用水輪機(jī)超低比轉(zhuǎn)速的要求，使之在冷卻塔水系統(tǒng)的剩余 壓力與流量條件下，與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速有很好的匹配性。與現(xiàn)在用于冷卻塔的幾種水輪機(jī)相比，本 實(shí)用新型效率高，尺寸小，振動(dòng)輕，更適合在工業(yè)冷卻塔上安裝，主要用于替代原風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)，以達(dá)到節(jié)能、安全和減少維護(hù)的目的。也可應(yīng)用于小型水電站。2、采用大彎曲度空氣動(dòng)力翼型作葉片斷面，這是轉(zhuǎn)輪具有低比轉(zhuǎn)速特性的重要條 件。是本實(shí)用新型創(chuàng)新的核心，如圖3所示，由于第一轉(zhuǎn)輪，其進(jìn)口角^ = 140° 160°， 出口角β2 = 90°，葉片進(jìn)、出口之間的角度差為50° 70°。所說的第二轉(zhuǎn)輪，其進(jìn)口角 β3 = 90°，出口角34 = 20° 40°，同樣具有很大的彎曲度，葉片進(jìn)、出口角度差也為 50° 70°。從第一轉(zhuǎn)輪進(jìn)口到第二轉(zhuǎn)輪出口之間葉片的總角度差為100° 140°，這是 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪超低比轉(zhuǎn)速的又一個(gè)關(guān)鍵。同時(shí)，第一轉(zhuǎn)輪的無撞擊進(jìn)口、第二轉(zhuǎn)輪的法向出口及 第一、第二轉(zhuǎn)輪間水流的光滑過渡，有效實(shí)現(xiàn)水流能量的充分轉(zhuǎn)換與水輪機(jī)的高效率。3、多葉片大輪轂比。第一、第二轉(zhuǎn)輪的葉片數(shù)均在8 16之間，遠(yuǎn)多于常規(guī)軸流 式轉(zhuǎn)輪的葉片數(shù)。且第一、第二轉(zhuǎn)輪的輪轂比CVD1 = 0. 6 0. 8，也遠(yuǎn)大于常規(guī)軸流式轉(zhuǎn) 輪，這是實(shí)現(xiàn)超低比轉(zhuǎn)速軸流式轉(zhuǎn)輪的第三個(gè)關(guān)鍵措施。通過以上三項(xiàng)技術(shù)措施，使軸流式水輪機(jī)達(dá)到了超低比轉(zhuǎn)速，可與冷卻塔的水流 條件相匹配，以實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)與冷卻塔風(fēng)機(jī)的直聯(lián)。本實(shí)用新型的積極貢獻(xiàn)在于1、通過采用雙轉(zhuǎn)輪接力式工作方式，使水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速降低1/2，實(shí)現(xiàn)軸流式水輪 機(jī)的超低比轉(zhuǎn)速化，使軸流式水輪機(jī)能夠適合冷卻塔的水流條件，與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速匹配良好，并 發(fā)揮軸流式水輪機(jī)過流能力強(qiáng)，尺寸小的優(yōu)勢。2、雙轉(zhuǎn)輪均采用大輪轂比、多葉片，且均采用大彎曲度的空氣動(dòng)力翼型作葉片斷 面，既保證了轉(zhuǎn)輪能量轉(zhuǎn)換的高效率，又實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)輪的低比轉(zhuǎn)速化。使軸流式水輪機(jī)適合了 冷卻塔的水流與風(fēng)機(jī)的特殊要求。本實(shí)用新型的有益效果是使用本實(shí)用新型技術(shù)對傳統(tǒng)的冷卻塔進(jìn)行技術(shù)改造，替 代原驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以達(dá)到節(jié)能、環(huán)保和少維護(hù)的目的。也可形成系列產(chǎn)品，與 新型節(jié)能型冷卻塔配套，使工業(yè)冷卻塔系統(tǒng)更加安全高效。與目前使用的雙擊式、混流式冷卻塔專用水輪機(jī)相比，本實(shí)用新型的雙轉(zhuǎn)輪軸流 式水輪機(jī)從工作原理、結(jié)構(gòu)方面都有明顯的優(yōu)越性，加工容易，價(jià)格低，效率高、小尺寸、運(yùn) 行穩(wěn)定，有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
權(quán)利要求一種冷卻塔風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用雙轉(zhuǎn)輪超低比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機(jī)，包括機(jī)殼、引水室和轉(zhuǎn)輪室，其特征在于，水輪機(jī)中心有垂直裝在機(jī)殼(5)內(nèi)的主軸(8)，機(jī)殼內(nèi)下部有轉(zhuǎn)輪室(13)，轉(zhuǎn)輪室內(nèi)有裝在同一主軸上同向旋轉(zhuǎn)的低比轉(zhuǎn)速軸流式的第一轉(zhuǎn)輪(3)和第二轉(zhuǎn)輪(4)，機(jī)殼上口部周向有引水室(1)，引水室里面裝有徑向?qū)~(2)，引水室下部呈90°彎曲狀和轉(zhuǎn)輪室相連通，轉(zhuǎn)輪室的出口和機(jī)殼的出口相連通，導(dǎo)水葉上部裝有頂蓋(10)，頂蓋上有主軸密封(6)，軸承座(11)固定在頂蓋(10)上，主軸裝在軸承座內(nèi)的軸承(7)內(nèi)，軸承座上部裝有軸承蓋(12)，主軸上端部裝風(fēng)機(jī)(9)，所說的第一轉(zhuǎn)輪(3)上的第一轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口角β1＝140°～160°，出口角β2＝90°，第一轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)、出口之間的角度差為50°～70°，所說的第二轉(zhuǎn)輪(4)上的第二轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口角β3＝90°，出口角β4＝20°～40°，第二轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)、出口角度差為50°～70°，第一轉(zhuǎn)輪進(jìn)口到第二轉(zhuǎn)輪出口之間葉片的總角度差為100°～140°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻塔風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用雙轉(zhuǎn)輪超低比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機(jī)，其特征 在于，所說的引水室(1)為圓斷面金屬蝸殼式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻塔風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用雙轉(zhuǎn)輪超低比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機(jī)，其特征 在于，所說的第一轉(zhuǎn)輪的葉片和第二轉(zhuǎn)輪的葉片數(shù)為8 16個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻塔風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用雙轉(zhuǎn)輪超低比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機(jī)，其特征 在于，所說的第一轉(zhuǎn)輪(3)和第二轉(zhuǎn)輪(4)的輪轂比(VD1 = 0. 6 0. 8。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻塔風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用雙轉(zhuǎn)輪超低比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機(jī)，其特征 在于，所說的第一轉(zhuǎn)輪的葉片進(jìn)口角P1SHCT、150°、160°中的一種，第一轉(zhuǎn)輪的葉片 進(jìn)、出口之間的角度差為50°、60°、70°中的一種，所說的第二轉(zhuǎn)輪的葉片出口角日4為 20°、30°、40°中的一種，第二轉(zhuǎn)輪的葉片進(jìn)、出口角度差為50°、60°、70°中的一種，第 一轉(zhuǎn)輪進(jìn)口到第二轉(zhuǎn)輪出口之間葉片的總角度差為100° UlO0、120°、130°、140°中的 一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷卻塔風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用雙轉(zhuǎn)輪超低比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機(jī)，其特征 在于所說的第一轉(zhuǎn)輪和第二轉(zhuǎn)輪的輪轂比CVD1為0. 6,0. 7,0. 8中的一種。
專利摘要本實(shí)用新型涉及冷卻塔風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用雙轉(zhuǎn)輪超低比轉(zhuǎn)速軸流式水輪機(jī)，有效解決水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速高，尺寸大，效率低的問題，機(jī)殼上部有裝在機(jī)殼內(nèi)的主軸，機(jī)殼內(nèi)下部的轉(zhuǎn)輪室內(nèi)有裝在主軸上的兩轉(zhuǎn)輪，機(jī)殼上口部的引水室里有徑向?qū)~，引水室下部呈90°彎曲狀和轉(zhuǎn)輪室相連通，轉(zhuǎn)輪室出口和機(jī)殼出口相連通，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)上的頂蓋上有主軸密封，軸承座固定在頂蓋上，內(nèi)有主軸的軸承，軸承座上部有軸承蓋，主軸上端部裝風(fēng)機(jī)，第一轉(zhuǎn)輪的葉片進(jìn)口角β1＝140°～160°，出口角β2＝90°，第一轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)、出口之間的角度差為50°～70°，第二轉(zhuǎn)輪的葉片進(jìn)口角β3＝90°，出口角β4＝20°～40°，第二轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)、出口角度差為50°～70°，總角度差為100°～140°，本實(shí)用新型過流能力強(qiáng)、尺寸小，效率高。
文檔編號(hào)F03B3/06GK201714558SQ20102020060
公開日2011年1月19日 申請日期2010年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月24日
發(fā)明者任巖, 李小芹, 李延頻, 陳德新, 馬俊朋 申請人:李延頻;陳德新