一种非均匀分区配水系统及安装该系统的湿式冷却塔的制作方法

本实用新型涉及一种非均匀分区配水系统及安装该系统的湿式冷却塔，属于火力发电厂和原子能发电领域。

背景技术：

自然通风逆流湿式冷却塔是火电厂及核电厂常用的冷端设备，主要通过水与空气直接接触进行热质交换以达到降低水温的目的。在冷却塔传统设计中，配水系统一般采用均匀配水方式，即淋水密度在整个配水面上沿径向是均匀一致的。研究表明，以冷却塔中央竖井为中心指向塔外壁的径向方向上，风速、风量呈现由小到大逐渐增强的分布特征。冷空气经冷却塔进风口进入雨区，外围区域空气流量大，温度和湿度低，换热效果好，是强换热区；而仅有少部分气流克服淋水阻力进入冷却塔中心区域，在径向行程中同淋水发生传热传质，温度和湿度迅速增加，到达中心区域时已接近饱和状态，如此以来中心区域的循环水得不到有效冷却，成为弱换热区。如此以来，导致冷却塔的冷却能力没有得到充分利用，冷却效率较低。

中国专利201510318806.X公开了一种冷却塔配水系统、冷却塔及冷却塔配水方法，该冷却塔配水系统包括至少一根供水管，所述供水管的一端用于与冷却塔的中央竖井连通；所述供水管上设有多个喷射装置，所述喷射装置的喷口高程以中央竖井为中心由内向外逐渐降低，且所述喷射装置的喷口均朝上设置。该方案虽然实现了一定程度上配水的均匀性，但是其非均匀性有待进一步提升，同时在实际使用过程中效果并不理想。

中国专利201410307376.7公开了一种冷却塔的换热装置，其包括喷溅机构和填料机构，喷溅机构包括具有入水口和多个出水口的配水系统和具有第一组喷嘴、第二组喷嘴和第三组喷嘴的喷嘴群，其中由第一组喷嘴、第二组喷嘴和第三组喷嘴形成的冷却平面与塔筒的轴线垂直相交；冷却平面包括布置有第一组喷嘴的中心区、布置有第二组喷嘴的内部区和布置有第三组喷嘴的外围区；中心区、内部区和外围区均呈环状且在塔筒径向上中心区、内部区和外围区依次设置，填料机构包括在塔筒的径向上依次设置的第一区域、第二区域和第三区域，第一区域和第二区域分别在塔筒轴线方向上与中心区和内部区投影对应，第一区域的淋水密度小于第二区域的淋水密度。本方案在在非均匀性上的控制有待加强，同时对具体的喷嘴分布缺乏技术启示，同时喷嘴数量整体要求较高，成本高昂。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，成本低廉，配水方式更加合理的非均匀分区配水系统及安装该系统的湿式冷却塔。该系统并不采用常规的均匀配水方式，而是采用非均匀分区配水方式，使空气和水能充分接触换热，充分利用冷却塔的冷却能力，提高冷却塔效率。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种非均匀分区配水系统，包括中央竖井和配水管，中央竖井和配水管连通，配水管上设置有多个喷头，喷头包括喷头主体和喷嘴，喷头主体和喷嘴相连，喷头主体与配水管相连，其特征在于：所述配水管有多根，所有配水管形状完全相同，所有配水管以中央竖井为中心辐射状分布；任意一根配水管与中央竖井之间的夹角为α，该配水管与安装在该配水管上的喷头之间的夹角为β，其中45°≤α≤75°，安装在同一根配水管上的所有喷头相互平行；配水管的长度为L，每根配水管上安装的喷头数量为N个，沿配水管方向，第n个喷头与第n+1个喷头之间的距离为L_n，1≤n≤N-1；喷嘴截面为圆形，喷嘴上设置有多个圆形的喷孔，喷孔的圆心沿多个圆弧分布，所有圆弧具有相同的圆心，分布在同一个圆弧上的喷孔具有相同的半径，分布在同一个圆弧上相邻的两个喷孔与圆弧圆心构成的圆心角为θ，喷嘴的半径为R,任意一个圆弧的半径为r，分布在该圆弧上的喷孔半径为r',其中冷却塔内径向风速分布并不均匀，从进风口到中央竖井的行程中，由于淋水阻力的存在，风速逐渐减小，因此根据风水匹配的原则，为了使气水比处处均匀一致，应该优化配水方式以适应气流流场分布。针对冷却塔塔内风速外围大、中心小的分布特征，冷却塔配水方式需要适应塔内气流流场分布规律，可以适当减小中心区域淋水密度，增加外围淋水密度。通过调整配水管和喷溅装置间距，并分区合理选择喷嘴口径，在保证夏季最大供水流量的前提下，由里向外逐渐加大配水流量，适应塔内气流流场的分布规律，使淋水密度与划分区域的通风密度相吻合，实现高风区多淋水、低风区少淋水的配置，从而提高全塔的冷却效果。采用喷嘴的非垂直分布，充分利用重力，将水滴尽可能大范围的覆盖，保证了空间范围内均匀变化的非均匀分布，充分考虑到风速的连续变化。每根配水管上安装的最靠近中央竖井的喷头为第1个喷头，然后依次向外为第2个喷头、第3个喷头直至第N个喷头。采用本方案的设计靠近中心部分的区域对应的喷嘴数量较少，可以近似看成均匀区，靠近外侧的部分对应的喷嘴数量较多，充分考虑风速影响，另一方面喷嘴数量较多，同时喷嘴倾斜安装设计，使外围部分的淋水密度多次叠加，实现外围部分的连续变化，同时兼顾了成本和实际使用效果。喷嘴和喷孔的大小结构设计，综合考虑重力以及距离的影响，使靠近外侧的淋水得到多次叠加，实现淋水在空间上均匀变化以及在空间上的非均匀分布。

本实用新型所述喷头主体内部设置有加压装置，喷头边缘设置有卡扣，喷嘴表面覆盖有喷嘴罩，喷嘴罩通过卡扣安装在喷头上。根据实际的冷却任务，可以控制喷淋量，降低成本。

本实用新型所述喷头上安装有转动轴，喷头通过转动轴安装在配水管上，转动轴的前端设置有前限位结构，转动轴的后端设置有后限位结构。

本实用新型所有配水管的一端连接于中央竖井上的同一点，所有配水管另一端的连线为正弦曲线，该正弦曲线函数式为其中h为配水管两端之间的垂直高度，γ为配水管的序号。充分的高度才能实现淋水的充分覆盖。所有配水管的一端高低分布，形成正弦曲线，充分形成交错式结构，，使淋水密度实现进一步非均匀化分布和均匀化变化。

本实用新型所述配水管与中央竖井连接的一端设置设置有滚轮，滚轮的上方设置有上限位机构，滚轮的下方设置有下限位机构，滚轮连接有电机，上限位机构和下限位机构均固定在中央竖井上，滚轮上设置有卡位机构。

一种湿式冷却塔，安装有非均匀分区配水系统，其内部由上到下依次包括配水区、填料区和雨区，喷头安装在配水区上方，其特征在于：所述喷头与配水区之间垂直高度为h',

本实用新型所述配水区由内到外依次分为内区、中间区和外区，其中内区为圆形，中间区和外区为环形，其中外区的淋水密度大于中间区的淋水密度，中间区的淋水密度大于内区的淋水密度。

本实用新型所有配水管的一端连接于中央竖井上的同一点，所有配水管另一端的连线为正弦曲线，过高的结构设计对冷却塔的高度要求高，过低的高度无法实现淋水的有效多次叠加。

相比现有技术，本实用新型采用多次叠加的非均匀淋水分布，同时实现了淋水密度的非均匀分布和均匀变化，最外围气流速度变化较快，其对应的淋水密度变化可以近似为二次函数变化，中间气流速度变化放缓，可以将对于的淋水密度近似为线性变化，中间部分的气流变化较小，对于的淋水密度可以近似为常数。

附图说明

图1是本实用新型实施例非均匀分区配水系统主视结构示意图(单配水管)。

图2是本实用新型实施例喷嘴的主视结构示意图。

图3是本实用新型实施例非均匀分区配水系统立体结构示意图。

图4是本实用新型实施例的湿式冷却塔剖面结构示意图(无非均匀分区配水系统)。

图5是本实用新型实施例的湿式冷却塔俯视结构示意图(无配水管)。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图5。

本实施例为一种非均匀分区配水系统，包括中央竖井6和配水管5，中央竖井6和配水管5连通，配水管5上设置有多个喷头，喷头包括喷头主体和喷嘴12，喷头主体和喷嘴12相连，喷头主体与配水管5相连，配水管5有多根，所有配水管5形状完全相同，所有配水管5以中央竖井为中心辐射状分布。

任意一根配水管5与中央竖井6之间的夹角为α，该配水管5与安装在该配水管5上的喷头1之间的夹角为β，其中45°≤α≤75°，安装在同一根配水管5上的所有喷头相互平行；配水管5的长度为L，每根配水管5上安装的喷头数量为N个，沿配水管5方向，第n个喷头与第n+1个喷头之间的距离为L_n，1≤n≤N-1。

本实施例中，为描述方便，取N＝4进行说明。从右到左，配水管5上安装的依次为一号喷头1、二号喷头2、三号喷头3和四号喷头4。一号喷头1、二号喷头2、三号喷头3和四号喷头4之间相互平行。一号喷头1和二号喷头2沿配水管5的方向上间距为L₁，二号喷头2和三号喷头3沿配水管5的方向上间距为L₂，三号喷头3和四号喷头4沿配水管5的方向上间距为L₃。作为优选，本实施例中α＝75°，β＝20°。L₁≈0.056L,L₂≈0.049L,L₃≈0.046L。

喷嘴12的截面为圆形，喷嘴12上设置有多个圆形的喷孔7，喷孔7的圆心沿多个圆弧分布，所有圆弧具有相同的圆心，分布在同一个圆弧上的喷孔7具有相同的半径，分布在同一个圆弧上相邻的两个喷孔7与圆弧圆心构成的圆心角为θ，喷嘴12的半径为R,任意一个圆弧的半径为r，分布在该圆弧上的喷孔7半径为r',其中

本实施例中共有四个圆弧，四个圆弧在喷嘴12的截面上由上到下排布，为描述简便，图中同一个圆弧上共分布两个喷孔7。本实施例中θ＝50°，r＝2.5R,r'＝0.1R。

冷却塔内径向风速分布并不均匀，从进风口到中央竖井的行程中，由于淋水阻力的存在，风速逐渐减小，因此根据风水匹配的原则，为了使气水比处处均匀一致，应该优化配水方式以适应气流流场分布。针对冷却塔塔内风速外围大、中心小的分布特征，冷却塔配水方式需要适应塔内气流流场分布规律，可以适当减小中心区域淋水密度，增加外围淋水密度。通过调整配水管和喷溅装置间距，并分区合理选择喷嘴口径，在保证夏季最大供水流量的前提下，由里向外逐渐加大配水流量，适应塔内气流流场的分布规律，使淋水密度与划分区域的通风密度相吻合，实现高风区多淋水、低风区少淋水的配置，从而提高全塔的冷却效果。采用喷嘴的非垂直分布，充分利用重力，将水滴尽可能大范围的覆盖，保证了空间范围内均匀变化的非均匀分布，充分考虑到风速的连续变化。每根配水管上安装的最靠近中央竖井的喷头为第1个喷头，然后依次向外为第2个喷头、第3个喷头直至第N个喷头。采用本方案的设计靠近中心部分的区域对应的喷嘴数量较少，可以近似看成均匀区，靠近外侧的部分对应的喷嘴数量较多，充分考虑风速影响，另一方面喷嘴数量较多，同时喷嘴倾斜安装设计，使外围部分的淋水密度多次叠加，实现外围部分的连续变化，同时兼顾了成本和实际使用效果。喷嘴和喷孔的大小结构设计，综合考虑重力以及距离的影响，使靠近外侧的淋水得到多次叠加，实现淋水在空间上均匀变化以及在空间上的非均匀分布。

作为优选，喷头主体内部设置有加压装置，喷头边缘设置有卡扣，喷嘴12表面覆盖有喷嘴罩，喷嘴罩通过卡扣安装在喷头上。根据实际的冷却任务，可以控制喷淋量，降低成本。

作为优选，喷头上安装有转动轴，喷头通过转动轴安装在配水管上，转动轴的前端设置有前限位结构，转动轴的后端设置有后限位结构。

作为优选，所有配水管5的一端连接于中央竖井6上的同一点，所有配水管5另一端的连线为正弦曲线，该正弦曲线函数式为其中h为配水管两端之间的垂直高度，γ为配水管的序号。充分的高度才能实现淋水的充分覆盖。所有配水管5的一端高低分布，形成正弦曲线，充分形成交错式结构，，使淋水密度实现进一步非均匀化分布和均匀化变化。

附图中以逆时针方向分布为一号配水管51、二号配水管52和三号配水管53。一号配水管51对应的γ＝1，二号配水管52对应的γ＝2，三号配水管53对应的γ＝3。

作为优选，配水管5与中央竖井6连接的一端设置设置有滚轮，滚轮的上方设置有上限位机构，滚轮的下方设置有下限位机构，滚轮连接有电机，上限位机构和下限位机构均固定在中央竖井6上，滚轮上设置有卡位机构。

本实施例还包括一种湿式冷却塔，该湿式冷却塔安装有非均匀分区配水系统。

湿式冷却塔包括筒体8，筒体8内部由上到下依次包括配水区9、填料区10和雨区11，喷头安装在配水区9上方，喷头与配水区9之间垂直高度为h',

本实施例中h'＝3L。

本实用新型所述配水区由内到外依次分为内区A、中间区B和外区C，其中内区A为圆形，中间区B和外区C为环形，其中外区C的淋水密度大于中间区B的淋水密度，中间区B的淋水密度大于内区A的淋水密度。

在冷却塔的筒体8内部配水区9截面上，正中心为中央竖井6，内区A的半径为R_A，淋水密度为Q_A。中间区B的半径为R_B,，淋水密度为Q_B。外区C的的半径为R_c，淋水密度为Q_C。其中R_A＜R_B＜R_C。Q_A＜Q_B＜Q_C，保证内区A、中间区B和外区C总淋水量一定。

本实施例采用多次叠加的非均匀淋水分布，同时实现了淋水密度的非均匀分布和均匀变化，最外围气流速度变化较快，其对应的淋水密度变化可以近似为二次函数变化，中间气流速度变化放缓，可以将对于的淋水密度近似为线性变化，中间部分的气流变化较小，对于的淋水密度可以近似为常数。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。