一种水动冷却塔直驱径流式水轮的制造方法
【专利摘要】一种水动冷却塔直驱径流式水轮机，涉及水轮机的【技术领域】，具体地说涉及一种水动冷却塔直驱径流式水轮机。本发明包括蜗壳、安装在蜗壳上内部布置有导叶的座环、转轮以及直锥形尾水管，蜗壳出水口和导叶进水口、导叶出水口和转轮进水口、转轮出水口和尾水管8进水口顺次相连通，轴下端向下依次与轴承座、转轮及泄水锥连接，轴上端连接冷却风机，所述水轮机为比转速小于60m.kW的低比转速水轮机。本发明实现了结构简单，加工方便，制造成本低，出力大效率高，适于大规模推广的冷却塔水轮机，高效节能的目的。
【专利说明】一种水动冷却塔直驱径流式水轮机
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及水轮机的【技术领域】，具体地说涉及一种水动冷却塔直驱径流式水轮机。
[0003]
【背景技术】
[0004]水轮机是将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机。由于工业冷却塔循环管路水压需要安全余量以及水泵型号选择偏保守，冷却塔循环水系统中的水能往往有富余，就成为剩余能量。冷却塔用水轮机把剩余能量转换成绕轴旋转机械能，从而带动风机旋转，取代了风机的驱动设备电动机。
[0005]由于冷却塔工作环境的限制，冷却塔水轮机与发电水轮机相比具有其特殊性，因此对该种水轮机的研究具有非常重要的意义。为了提高水轮机的工作效率，其中比较重要的问题是解决 水轮机尺寸要适应冷却塔有限安装空间，以及与风机功率、转速匹配等问题。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明目的是提供一种结构简单，加工方便，制造成本低，出力大效率高，适于大规模推广的冷却塔水轮机，高效节能的水动冷却塔直驱径流式水轮。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明的一种水动冷却塔直驱径流式水轮机，它包括蜗壳、安装在蜗壳上内部布置有导叶的座环、转轮以及直锥形尾水管，蜗壳出水口和导叶进水口、导叶出水口和转轮进水口、转轮出水口和尾水管8进水口顺次相连通，轴下端向下依次与轴承座、转轮及泄水锥连接，轴上端连接冷却风机，所述水轮机为比转速小于60m.kff的低比转速水轮机。
[0009]本发明转轮的单位转速常数，位于37~57之间，η为风机额定
转速，H为水轮机进出水口压力差，Dl为转轮进水口直径；所述转轮流道部分尺寸关系为hi与Dl比值为0.095~0.105,h2与Dl比值为0.218~0.228，D2与Dl的比值为0.501~
0.511，所述转轮包括上冠、下环、夹持在上冠和下环之间的13片弯曲叶片，所述上冠为曲面，其母线为三段不等的曲率圆弧，曲率半径R1、R2、R3与Dl的比值分别为1.104~1.108、
0.225~0.229,0.232~0.236 ;所述下环为曲面，其母线为两段不等的曲率圆弧，曲率半径R4、R5与Dl的比值分别为0.385~0.389,0.194~0.198，所述弯曲叶片呈勺状，弯曲度由叶片进口安放角β I与出口安放角β2决定，β I与β2之差在之间，所述的进口安放角β?为106°~110°，出口安放角β 2在-42°~-49°之间，弯曲叶片厚度相等；其中hi为转轮的进水口高、Dl为转轮的进水口直径、h2为转轮流道高、D2为转轮的出水口直径。
[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
本发明的一种水动冷却塔直驱径流式水轮机，通过合理的设计匹配，只需要知道冷却
风机的额定转速n，再根据使用环境确足H11由进出口压力差H可得出转轮的进水口直径
Dl的值，再根据转轮的进水口直径Dl的值优化确定水轮机各部分最佳尺寸即可得出满足额定转速、出力要求的水轮机，本发明针对冷却塔水轮机的特点，根据转轮的进水口直径Dl与冷却风机转速的关系，提供了一种合理设计水轮机的快捷途径。
[0011]本发明的一种水动冷却塔直驱径流式水轮机采用13个长的等厚度弯曲叶片的转轮，结构简单，从加工制造到安装都十分方便，水轮机整体尺寸小，设计工况效率能保持在87%以上，最优工况效率能达到91%，充分达到高效节能的目的。
[0012]
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的整体结构正视图。
[0014]图2是本发明的蜗壳断面尺寸图。
[0015]图3是本发明的 转轮截面图。
[0016]图4是本发明的座环截面图。
[0017]图5是本发明的导叶三视图。
[0018]图6是本发明的泄水锥示意图。
[0019]图7是图6的俯视图。
[0020]
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述:
如图1-4所示，本发明的一种水动冷却塔直驱径流式水轮机，它包括它包括蜗壳1、安装在蜗壳内部布置有单列环形对称导叶2的上下座环3、转轮7以及直锥形尾水管8，蜗壳I出水口和导叶2进水口、导叶2出水口和转轮7进水口、转轮7出水口和尾水管8进水口顺次相连通，轴10下端向下依次与轴承座9、转轮7以及泄水锥11相连接，轴10上端连接冷却风机，所述的水轮机转轮为低比转速转轮，比转速小于60m.kff,转轮7单位转速
Uu^nxmisfW为常数，其范围在37~57之间，η为风机额定转速，H为水轮机进出水口
压力差，Dl为转轮7的进水口直径。
[0022]导叶2经销轴或焊接方法安装在座环3之间，销轴与水流方向垂直。导叶2起支撑和导流的作用，数目为13~16个，导叶高b即为进水边高hi ;弯曲叶片6焊接在上冠4和下环5之间；泄水锥11通过螺纹联接方式固定在旋转轴上，并对转轮7起到支撑作用。
[0023]风机的额定转速η跟水轮机进出水口压力差H确定后，就可唯一确定转轮进水口直径D1，从而确定整个水轮机各部分尺寸。尺寸关系如下:如图1、图3所示，本发明转轮
7的单位转速#为常数，位于37~57之间，η为风机额定转速，H为水轮机
进出水口压力差，Dl为转轮进水口直径；所述转轮7流道部分尺寸关系为hi与Dl比值为0.095~0.105，h2与Dl比值为0.215~0.225，D2与Dl的比值为0.505~0.515，所述转轮7包括上冠4、下环5、夹持在上冠4和下环5之间的13片弯曲叶片6，所述上冠4为曲面，其母线为三段不等的曲率圆弧，曲率半径R1、R2、R3与Dl的比值分别为1.104~1.108、
0.225~0.229,0.232~0.236 ;所述下环5为曲面，其母线为两段不等的曲率圆弧，曲率半径R4、R5与Dl的比值分别为0.385~0.389,0.194~0.198，所述弯曲叶片6呈勺状，弯曲度由叶片进口安放角β I与出口安放角β 2决定，β?与β2之差在148°~159°之间，所述的进口安放角β I为106°~110°，出口安放角β 2在-42°~-49°之间，弯曲叶片6厚度相等；
其中hi为转轮7的进水口高、Dl为转轮7的进水口直径、h2为转轮流道高、D2为转轮7的出水口直径。
[0024]如图4所示，本发明的座环3包括平行布置的上座环、下座环，上座环、下座环的外边缘为半圆角，上座环的圆角半径R6与Dl比值为0.015~0.019，下座环的圆角半径R7与Dl比值0.009~0.013，上座环的厚度h4与Dl的比值为0.028~0.043、下座环的厚度h6与Dl的比值为0.018~0.033，座环3内圆直径L3与Dl比值为1.037~1.047，上座环的外圆直径L2与Dl的比值为1.328~1.338，下座环的外圆直径L4与Dl的比值为1.314~
1.324 ;所述座环3中导叶2数量为13~16个，导叶头部迎水面与背水面圆滑连接，导叶高b即为转轮7的进水口高hl，导叶采用对称导叶，其内圆直径D3、外圆直径D4与Dl的比值分别为1.065~1.071、1.234~1.240 ;其中Dl为转轮7的进水口直径。
[0025]如图1所示，本发明直锥形尾水管8的高h3与转轮进水口直径Dl的比值为
0.25~0.75，扩散角度为15°~30°。
[0026]如图2所示，本发明的蜗壳I为椭圆蜗壳，椭圆截面长轴a与短轴b的比值，a’与b’的比值均为1.10~1.35，蜗壳I的左右尺寸LI与Dl比值为2.05~2.20，其中Dl为转轮7的进水口直径。
[0027]如图6、图7所示，本发明的泄水锥11为直锥型，泄水锥11高h7与Dl比值为0.05~0.11，宽L6与Dl比值为0.115~0.125，上端圆台直径R8与Dl比值为0.125~0.135，下端圆台直径L5与Dl比值为0.043~0.053，其中Dl为转轮7的进水口直径。
[0028]本发明的一种水动冷却 塔直驱径流式水轮机，工作时，冷却水以一定的压力、流量由进水管通过蜗壳I进入导叶2形成的流道，在导叶2的引导下带有一定旋转环量进入转轮7，并推动转轮7转动，水流的压能和动能传递给转轮7，使其具有旋转机械能并获得输出功率，驱动风机散热。
【权利要求】
1.一种水动冷却塔直驱径流式水轮机，其特征在于包括蜗壳(I)、安装在蜗壳(I)上内部布置有导叶(2)的座环(3)、转轮(7)以及直锥形尾水管(8)，蜗壳(I)出水口和导叶(2)进水口、导叶(2)出水口和转轮(7)进水口、转轮(7)出水口和尾水管(8)进水口顺次相连通，轴(10)下端向下依次与轴承座(9)、转轮(7)及泄水锥(11)连接，轴(10)上端连接冷却风机，所述水轮机为比转速小于60m.kff的低比转速水轮机。
2.根据权利要求1所述的水动冷却塔直驱径流式水轮机，其特征在于上述导叶(2)为单列环形布置对称导叶。
3.根据权利要求1所述的水动冷却塔直驱径流式水轮机，其特征在于上述转轮(7)的单位转速mII=n*D1.√H为常数,位于37~57之间,η为风机额定转速,H为水轮机进出水口压力差，Dl为转轮进水口直径；所述转轮7流道部分尺寸关系为hi与Dl比值为0.095~.0.105，h2与Dl比值为0.218~0.228，D2与Dl的比值为0.501~0.511，所述转轮7包括上冠4、下环5、夹持在上冠4和下环5之间的11~15片弯曲叶片6，所述上冠4为曲面，其母线为三段不等的曲率圆弧，曲率半径Rl、R2、R3与Dl的比值分别为1.104~1.108、.0.225~0.229,0.232~0.236 ;所述下环5为曲面，其母线为两段不等的曲率圆弧，曲率半径R4、R5与Dl的比值分别为0.385~0.389,0.194~0.198，所述弯曲叶片6呈勺状，弯曲度由叶片进口安放角β I与出口安放角β 2决定，β I与β 2之差在148°~159°之间，所述的进口安放角β I为106°~110°，出口安放角β 2在-42°~-49°之间，弯曲叶片(6)厚度相等； 其中hi为转轮(7)的进水口高、Dl为转轮(7)的进水口直径、h2为转轮流道高、D2为转轮(7)的出水口直径。
4.根据权利要求1所述的水动冷却塔直驱径流式水轮机，其特征在于上述座环(3)包括平行布置的上座环、下座环，上座环、下座环的外边缘为半圆角，上座环的圆角半径R6与Dl比值为0.015~0.019，下座环的圆角半径R7与Dl比值0.009~0.013，上座环的厚度h4与Dl的比值为0.028~0.043、下座环的厚度h6与Dl的比值为0.018~0.033，座环3内圆直径L3与Dl比值为1.037~1.047，上座环的外圆直径L2与Dl的比值为1.328~.1.338，下座环的外圆直径L4与Dl的比值为1.314~1.324 ;所述座环3中导叶2数量为.13~16个，导叶头部迎水面与背水面圆滑连接，导叶高b即为转轮7的进水口高hl，导叶采用对称导叶，其内圆直径D3、外圆直径D4与Dl的比值分别为1.065~1.071、1.234~.1.240 ;其中Dl为转轮(7)的进水口直径。
5.根据权利要求1所述的水动冷却塔直驱径流式水轮机，其特征在于上述直锥形尾水管(8)的高h3与转轮进水口直径Dl的比值为0.25~0.75，扩散角度为15°~30°。
6.根据权利要求1所述的水动冷却塔直驱径流式水轮机，其特征在于上述蜗壳(I)为椭圆蜗壳，椭圆截面长轴与椭圆截面短轴之间的比值为1.10~1.35，蜗壳I的左右尺寸LI与Dl比值为2.05~2.20，其中Dl为转轮(7)的进水口直径。
7.根据权利要求1所述的一种水动冷却塔直驱径流式水轮机，其特征在于上述泄水锥(11)为直锥型，泄水锥11高h7与Dl比值为0.05~0.11，宽L6与Dl比值为0.115~.0.125，上端圆台直径R8与Dl比值为0.125~0.135，下端圆台直径L5与Dl比值为0.043~.0.053，其中Dl为转轮(7)的进水口直径。
【文档编号】F03B13/00GK103953491SQ201310332529
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2013年8月2日 优先权日:2013年8月2日
【发明者】周大庆, 郑源, 张晓石, 屈波, 张在滨, 柳冲, 丁惠华, 陈洋 申请人:河海大学