专利名称：带负压的高效低温横流式冷却塔的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种横流式循环水冷却塔，特别是一种利用负压加速循环水冷却，实现低温出水的带负压的高效低温横流式冷却塔。
背景技术：
早在1925年就有人阐述了有关循环水在冷却塔内的冷却作用及其运行机理，并成为大多数人分析冷却塔运行的理论基础。但这种理论忽略了水分蒸发对降低水温的作用。1983年经过对冷却塔内传热介质的严格推导，增加了新的冷却塔运行理论，即由于水的蒸发散热以及水与空气接触时的接触热交换，水的汽化潜热能也是使循环水得到冷却的重要因素之一，并根据空气温度与水温的关系，接触热交换有如下有三种形式1、当空气温度低于循环水的温度时，接触热交换作用使循环水得到冷却。
2、当空气温度等于循环水的温度时，接触热交换作用等于零。
3、当空气温度高于循环水的温度时，接触散热不是从循环水流向空气，而是从空气流向循环水。
由此可见，要想得到低温冷却水，必须使水蒸发潜热把水中的热量带走。而水的蒸发受到空气湿度的限制，使循环水温不能低于28.3℃湿球温度。从节能出发我国现行应用的冷却塔国家标准GB7190.1/2-1997即规定标准干球31.5℃，湿球温度28℃，冷却塔出水温度为32℃。
这种规定标准对冷却塔来说是节能的，而对制冷机来说是不节能的，制冷机要求，冷却水温越低，产冷量越大，耗能越低。冷却水下降1℃，电机功率下降4.5％。制冷机效率提高4％。
冷却塔进、出水定为32-37℃(民用型)、32-39℃(工业型)，这个温度正好是军团菌最佳繁殖范围内(35-40℃)。
冷却水32℃进入制冷机，制冷机在运行中排气压力高(冷却水温度下降1℃排气压力下降0.05Mpa)，运行电流大，使制冷机运行故障率提高，安全系数降低。
由此可见，要实现水蒸发降低循环冷却水的出水温度，其首要条件是环境温度必须低于水温，其热交换和降温效果才能得到发挥，但实际运行中环境空气温度一般与水温之差有效，影响了其散热效果的发挥。而根据物理规律，当物体在一定的负压下其分子间的结合力下降，因此如何降低冷却塔内的压力，使之产生一定的负压，使水分子之间的结合力下降，有利于水份的蒸发，带走热量，实现降低冷却水的目的是目前冷却塔制造行业普通关心的问题。从投资成本和冷却塔的实际出发，目前最佳的产生负压的方法就是在冷却塔顶部安装风机的办法使冷却塔内产生一定的负压，但现有的冷却塔，尤其是横流式冷却塔，其所能产生的负压有限，至使出水温度较高，制冷效果差。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能产生较大负压、出水温度可远远低于国家标准规定的带负压的高效低温横流式冷却塔。
本发明的技术方案是一种带负压的高效低温横流式冷却塔，包括塔体，塔体内安装有冷却水循环系统，塔体的二侧设有进风口，位于塔体内、冷却水循环系统的上部安装有向上排风并能在塔体内产生负压的风机，其特征是所述的风机为能产生工作负压的多叶片式轴流风机，或离心风机，在塔体的二侧进风口上安装有挡风板。
上述的轴流风机或离心风机的叶片数可为6～16片，且其跟部扭角为顶端扭角的3.0～4.0倍，叶片的跟部与顶端的大扭角差是本发明实现负压的关键，在额定功率不变的前提下，降低排风量，可以提高负压；排风量可为40000～200000m3/h；转速为400～550转/分钟；功率可为5～25kW；直径可为1.0～2.6m。
安装挡风板后的进风口的宽度应小于挡风板的宽度，以减少进风量提高塔内的负压效果。
冷却塔塔体内的负压以控制在5～2000毫米水柱内其性能价格比为最佳，可低则达不到蒸发效果，过高，则势必增加投资成本。
而冷却水循环系统的出水温度以为7～31℃为最佳，过低会增加投资成本，过高会影响制冷效果，塔内宜于细菌，特别是集团菌的繁植。
本发明的有益效果1、通过适当改变风机的结构，增加其叶片数和在进风口处增加挡风板的双重技术措施可使冷却塔内的负压轻松地维持在2000mmHg左右，从而使得水分的蒸发十分明显，降温效果好，出水温度最低可达到7摄氏度左右。
2、投入产出高，性能价格比高，详见附表所示。
3、制冷效率高。对离心式水冷机组、螺杆式水冷机组、活塞式水冷机组等机型的制冷效率都有一定提高，设有干蒸发器螺杆式制冷机组和活塞式制冷机组制冷效率可提高35-60％，溴化锂制冷机制冷效率提高30-50％左右，设有满液式蒸发器的离心式制冷机、螺杆式制冷机的效率可提高50～100％。
4、有利于安全运行，减少运行维护成本。对中央空调的制冷机安全运行大有好处，一方面降低了制冷电机运行电流，对制冷电机有着安全保护作用，特别是对半封闭和全封闭制冷机的电机安全保护作用更大，另一方面延长制冷机运行寿命3～5年，同时降低运行中故障率，降低维修费用。
5、有利于延缓结垢和抑制细菌生长。冷却塔出水温度降低到20-31度，避开了军团菌繁殖的高峰温度(35～40℃)，对军团菌繁殖有所克制作用，同时对冷却水中钙、镁离子分离成垢速度有减慢作用。
6、节约投资，可替代制冷机使用。冷却塔出水温度可降低到15-20度，以取代制冷机完成低温冷却水，可用冷却出来的低温水对专用设备进行冷却。节约投建费用60％，降低运行费用80％左右。
7、当本发明的冷却塔出水温度降低到7-15度时，可以取代部分中央空调制冷机直接供给用冷单位，也可经过金属填料片后与传热管中的冷媒水进行热交换，再供给用冷单位，故中央空调制冷系统可节约投建费用70％，降低运行费用80％左右。
8、本发明的冷却塔的电功率消耗虽比其它塔型冷却塔的电功率消耗约大20-60％，但从整个中央空调系统来看，冷却塔(以500型为例)电机多耗电8kW/h，从制冷效果来说可节能(以500TR制冷机为例)147kw/h，这样以小的费用代价来换取大的节能，效率可高达1∶18，故综合节能效果大大提高。祥见附表所列。
图1是本发明的实施例结构示意图。
图2是本发明的金属填料片结构示意图。
图3是本发明的挡风板结构示意图。
图4是图3的右视图。
图5是本发明的叶片的结构示意图。
图6是本发明的叶片安装盘的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示。
一种带负压的高效低温横流式冷却塔，包括塔体1，塔体1内安装有冷却水循环系统，塔体1的二侧设有进风口2，二侧进风口2上安装有挡风板3。位于塔体1内、冷却水循环系统的上部安装有向上排风并能在塔体1内产生负压的低速、多叶片式轴流风机4，轴流风机4的功率18.5kW，转速为450转/分钟，额定排风量为180000m3/h。轴流风机4的叶片数可为8～10片，本实施例的叶片采用10片，如图6所示。其跟部9处的扭角为66度，顶端10处的扭角为18度。部分叶片数与排风量、转速、功率、直径的关系见附表1所示。叶片6的结构如图5所示，其60度横截面面形状为一棒球状。顶端扭角小是为了减少其承压力，降低功率损耗。叶片6与叶片盘12相连的连接部分11为一圆柱状，一方面是为了增加其承载力，另一方面是便于安装和叶片的调整。叶片6的片体8可采用玻璃钢制造且为中空。
安装挡风板3后的进风口2的宽度应小于挡风板3的宽度，以减少进风量提高塔内的负压效果，挡风板3的结构如图3、4所示，其上连接有一个与固定板7，固定板7与冷却塔塔体上相应的固定筋相连，挡风板3与固定板7的角度可为135度。挡风板3的宽度可根据出水温度值进行设定，也可按如下关系自行选择出水温度31℃ 挡风板宽20～30mm；出水温度28℃ 挡风板宽30～35mm；出水温度25℃ 挡风板宽35～40mm；
出水温度20℃ 挡风板宽40～45mm；出水温度15℃ 挡风板宽45～50mm；出水温度7℃ 挡风板宽50～60mm。
上述参数的冷却塔可在冷却塔内实现200毫米水柱，出水温度可达到7度，远远高于国家标准规定的4毫米水柱负压和32度的出水温度的要求。如果使负压蒸发动能和风的表面蒸发动能配合至最佳状态，其所选用的轴流电机的功率可进一步缩小，实现节能的目的。
为了便于经本发明的冷却塔冷却后的冷却水能直接用于中央空调中，可将相应的冷媒水传热管穿装在金属填料片5上(如图2所示)，与本发明的低温冷却水直接进行交换，降低冷媒水的温度。
具体实施时多叶片式轴流风机4还可用离心风机来等效替换。
本实施例将横流式冷却塔，通过采用低转速、高效率、低负压轴流风机4，见表1，并在冷却塔进风口2处增加不同规格的挡风板3，以控制冷却塔内负压达到5～2000毫米水柱，就能使原设计排风量基本上保持不变(在具体实施中可以高于或低于原排风量10％)。金属填料传热面积基本上不变。目的是增大水的蒸发动能，以使冷却塔达到7～31℃的低温度出水。
降低冷却塔出水温度至7～31℃，也可使原设计排风量下降30％左右，塔体1内负压下降到2000毫米水柱以内，也能达到需要温度值。但是风机电功率增加100％，冷却塔外壳强度要加大，以适应塔体1内负压的需要。
本发明冷却塔还可通过增加横流式冷却塔内填料高度增加20-30％，的办法使水的冷却流程加长，以使冷却塔进出水温差达到5～15℃的目的。
表1
本发明的工作机理为“要加快水的蒸发速度和强度，必须增加水蒸发的动能，这个动能应是负压力，它使水分子之间引力减小，水分汽化加快，汽化后的水分子快速飞离水液面。”水在冷却过程中增加了动能后，使水冷却速度加快，同时又克服环境条件因空气中湿度对冷却后水温度值的影响。
当冷却水温低于环境空气温度时，高温气体从挡风板进入负压冷却塔时，空气分子进行膨胀吸收空气热能，空气中乘余热能再传递给水。当空气降温后，空气中水分子含量不变，水在向前运行时受到动能作用，水在表面快速蒸发，又增加空气中湿度，由于空气受冷却水温度下降，湿空气温度也再下降，水分体积也跟着起变化，故绝对湿度也将发生变化。水不断蒸发，水温不断下降，空气不断再降温，这种运行形式起到降低冷却水温度和空气中湿度的关键作用。
以上理论只能在横流式塔型中实现7～31℃出水，逆流式塔型无法实现7～31℃出水，这是塔型冷却方式所决定的。
本实施例的多叶片式轴流风机还可用离心风机来代替，利用离心风机产生的负压直接作用于冷却塔内，但其在冷却塔内的安装结构比较复杂。
本发明的具体试验结果如下实验一。
以本发明的技术试制的TSC262FX4塔型冷却塔的工作性能见表2所示。
表2
说明1、当日气温为35℃测试数据。
2、排风量数据是稳定，在初运行表中排风数值向上浮动10％之内。4、5号挡风板的排风量提高，是因为更换风机，改变了排风量。
3、塔体内负压出现双值，是由于气温变化和变频调控所致。
实验二。
为解决白天气温高，夜间气温低对冷却塔出水温度影响，同时达到冷却塔节能运行，对冷却塔风机的电机采用变频器进行调控，以达到稳定出水温度，节约运行费用目的。
变频调控方式以出水温高低改变供电频率，改变风机电机转速，达到排风量改变，控制冷却塔体内负压，控制出水达到规定的温度。
实验三。
采用超低压轴流风机或离心式风机，更换挡风机，使负压式高效率低温度出水横流式冷却塔风机排量下降30％左右，塔体内负压下降到2000毫米水柱以内也能达到需要温度值。但是风机电功率增加100％，冷却塔外壳强度要加大，以括应塔体内负压需要。祥见表3。
表3
实验结论1、通过实验证明，冷却塔出水温度降低到20～31℃，对离心式水冷机组、螺杆式水冷机组、活塞式水冷机组等机型的制冷效率都有一定提高，设有干蒸发器螺杆式制冷机组和活塞式制冷机组制冷效率可提高35～60％，溴化锂制冷机制冷效率提高30～50％左右，设有满液式蒸发器的离心式制冷机、螺杆式制冷机的效率可提高50～100％(见表4、5)。
2、冷却塔出水温度降低到20～31度，对中央空调的制冷机安全运行大有好处，一方面降低了制冷电机运行电流，对制冷电机有着安全保护作用，特别是对半封闭和全封闭制冷机的电机安全保护作用更大，另一方面延长制冷机运行寿命3～5年，同时降低运行中故障率，降低维修费用。
3、冷却塔出水温度降低到20～31度，避开了军团菌繁殖的高峰温度(35～40℃)，对军团菌繁殖有所克制作用，同时对冷却水中钙、镁离子分离成垢速度有减慢作用。
4、冷却塔出水温度降低到15～20度；可以取代制冷机可用冷却出来的水对专用设备的冷却，可节约投建费用60％，降低运行费用80％左右。
5、冷却塔出水温度降低到7～15度；可以取代中央空调制冷机，可用冷却塔出来的低温水供给用冷单位。或是利用发明专利200410014629.8采用金属填料片，在填料片中加入冷媒水传热管进行热交换，以达到低温冷媒水供给用冷单位，这样中央空调制冷系统，可节约投建费用70％，降低运行费用80％左右。
表4 YT离心机运行参数对照表
表5 制冷机补充10％～15％制冷剂后运行参数
权利要求
1.一种带负压的高效低温横流式冷却塔，包括塔体，塔体内安装有冷却水循环系统，塔体的二侧设有进风口，位于塔体内、冷却水循环系统的上部安装有向上排风并能在塔体内产生负压的风机，其特征是所述的风机为能产生工作负压的多叶片式轴流风机，或离心风机，在塔体的二侧进风口上安装有挡风板。
2.根据权利要求1所述的带负压的高效低温横流式冷却塔，其特征是所述的轴流风机或离心风机的叶片数为6～16片，且其跟部扭角为顶端扭角的3.0～4.0倍。
3.根据权利要求1或2所述的带负压的高效低温横流式冷却塔，其特征是所述的轴流风机或离心风机的排风量为40000～200000m3/h。
4.根据权利要求1或2所述的带负压的高效低温横流式冷却塔，其特征是所述的轴流风机或离心风机的转速为400～550转/分钟。
5.根据权利要求1或2所述的带负压的高效低温横流式冷却塔，其特征是所述的轴流风机或离心风机的功率为5～25kW。
6.根据权利要求1或2所述的带负压的高效低温横流式冷却塔，其特征是所述的轴流风机或离心风机的直径为1.0～2.6m。
7.根据权利要求1所述的带负压的高效低温横流式冷却塔，其特征是所述的安装挡风板后的进风口的宽度小于挡风板的宽度。
8.根据权利要求1所述的带负压的高效低温横流式冷却塔，其特征是所述的工作负压为5～2000毫米水柱。
9.根据权利要求1所述的带负压的高效低温横流式冷却塔，其特征是冷却水循环系统的出水温度为7～31℃。
10.根据权利要求2所述的带负压的高效低温横流式冷却塔，其特征是所述的轴流风机或离心风机的叶片数为8～10片，且其跟部扭角为66度，顶端扭角为18度。
全文摘要
本发明公开了一种能产生较大负压、出水温度可远远低于国家标准规定的带负压的高效低温横流式冷却塔，包括塔体，塔体内安装有冷却水循环系统，塔体的二侧设有进风口，位于塔体内、冷却水循环系统的上部安装有向上排风并能在塔体内产生负压的风机，其特征是所述的风机为能产生工作负压的多叶片式轴流风机或离心风机，在塔体的二侧进风口上安装有挡风板。具有水分蒸发明显、降温效果好、投入产出高、性能价格比高、制冷效率高、安全可靠、运行维护费用低、延缓结垢和抑制细菌生长、节约投资、节能效果明显的优点。
文档编号F28C1/00GK1595037SQ20041004130
公开日2005年3月16日 申请日期2004年7月7日 优先权日2004年7月7日
发明者蔡春余 申请人:蔡春余