并联式冷却塔组水力平衡调节装置及并联式冷却塔组的制作方法

1.本实用新型属于集中式中央空调和工业工艺冷却水系统中冷却塔及开式管路的水力平衡调节技术领域，更具体地说，涉及一种并联式冷却塔组水力平衡调节装置及并联式冷却塔组。


背景技术：

2.机械通风开式横流冷却塔，冷却塔风机位于塔体中间顶部，塔体两侧为独立的进水洒水盘和散热填料。冷却循环水从上部进水到洒水盘，通过洒水盘上扩散喷头喷洒到散热填料上，冷却后水流经冷却塔底部集水盆汇聚后由出水口流出。冷却空气从两侧散热填料进风口横向流入，与流经填料的热水接触产生蒸发换热后，热空气从由冷却塔中间顶部风机抽出。即该类型开式横流冷却塔特性为，冷却水流自上而下，冷却空气两侧横向流入，上部出风；两侧独立进水、进风、蒸发换热，热空气汇聚后由中间顶部轴流风机抽出。
3.开式横流冷却塔在工程应用中，两侧进水接管通常由一根进水管到塔上后分开两只管到两侧塔盘进水口，或两侧各自独立进水管上到塔盘进水口两种方式。进水管通常比进水口高，水平进水管需要一个弯头向下连接到进水口，进水口前需安装阀门作为调节进水量和维护检修用。由于两侧进水管各自分开，进水管高于进水口，且出水口为开式零阻力空间。运行过程中任何一个进水管先处于满管状态，向下出水后，即反向产生负压虹吸效应，形成优势射流状态。导致另一出水口水流量大大低于优势出水口水流量，形成冷却塔各个进水口的水流量分配不均现象。该现象非固定状态，随冷却循环总水量变化而变化，无法调节管路阀门来消除。严重时出现一侧有出水，一侧无水流量状态，多台冷却塔组的系统中情况更为恶劣。
4.当开式横流冷却塔两侧进水量不平衡时，冷却塔两侧填料上的水膜厚、薄不一，或部分填料有水膜、部分填料无水膜状态。而水膜较厚处进风阻力较大，水膜较薄或无水膜处进风阻力较小，导致冷却塔两侧填料水膜较厚处风流量小，水膜较薄或无水处风流量较大，严重影响冷却塔蒸发散热性能。
5.为解决上述问题，很多项目在运行前期有进行循环水系统调适，对冷却塔布水做了设计工况下的水力平衡调适工作，保障在额定工况下系统运行时能满足设计水平衡要求，但是空调系统全年运行时有超过80％的时间不在额定工况下运行，冷却侧设备(冷却塔、冷却水循环泵)运行也会有多种组合的情况，在非额定工况下运行时，采用上述人工调试的方式，即使投入了专门的人力，也无法时刻满足系统水力平衡实时变化的动态需求，何况所需要付出的人力成本是巨大的且效果不显著。
6.针对上述问题，目前采用的主流策略是通过平衡阀实现实时监测与调节，以达到保障水力平衡的目标。一个可采取的方案中，可以采用开度可控制的电动调节阀实现实时监测与调节。如申请号为cn202110020078.x、申请日为2021年01月07日的中国实用新型专利公开了一种动态的冷却塔群水系统水力平衡调节方法及系统，基于对实时的冷却水循环泵、各个冷却塔运行状态与频率、冷却塔群冷却水总供水管压力pg、冷却塔组冷却水支管供
水压力 (pg-1、pg-2、
……
、pg-m，其中m表示冷却塔组支管总数)，各个冷却塔供水分支管压力(p1-1、 p1-2、
……
、p1-n、
……
、pm-1、pm-2、
……
、pm-n，其中m表示冷却塔组支管总数，n表示每个支管中冷却水供水分管总数)等数据的监测、采集，分析各个冷却塔布水分支管压力与冷却塔群冷却水总供水管压力的差
△
p(即pg与pm-n的差)，“状态存储数据库”数据比对，以及比例积分微分方法调节电动调节阀开度，再进行数据采集、不平衡率计算，以此循环，直到不平衡率达到预设目标。保障了各个运行的冷却塔适应系统动态运行前提下的冷却塔布水分支管之间的水力平衡需求。又如申请号为cn201821119806.2、申请日为2018年07月 16日的中国实用新型专利公开了一种工业流量均衡系统，包括冷却塔、循环水泵、工业水力平衡装置、精馏塔、电动调节阀门、纵向同程管、压力传感器p、温度传感器t，该实用新型能够在精馏塔装置大于1台以上时，根据工业循环系统的流量均衡调整。采用纵向同程结构，经过计算公式，计算同程管网管径，确定实际流量需求。根据精馏塔装置流量均衡的情况，当前运行负荷的大小，对电动调节阀门开度进行实时调节控制；完全解决工业冷却水流量不均衡，而导致系统冗余大、系统能耗高、能量损失大、生产产品品质低等问题。
7.然而，上述采用开度可控制的电动调节阀实现实时监测与调节的方法成本昂贵，设备运行的效率也较低；并且在安装实施的过程中，无论是对既有建筑，还是新建建筑，工程量和改造难度较大。
8.另一个可采取的方案中，主要是采用机械式的水力平衡机构对工业冷却水流量均流进行调节。如申请号为cn201520842225.1、申请日为2015年10月28日的中国实用新型专利公开了一种具有水力平衡机构的开式循环冷却水节能系统，包括用于传输循环水的连接管道及沿循环水流方向依次通过连接管道连接的换热器、冷却塔及冷却水泵，所述循环冷却水系统中设置有水力平衡机构，所述冷却水泵为变工况运行冷却水泵。该实用新型通过合理解决开式循环冷却水系统的水力平衡，可消除部分无效冷却流量，并配以与系统相适应变工况运行冷却水泵，以减少能耗，实现开式循环冷却水系统节能。然而，机械式的水力平衡机构的设计增加了冷却水系统的管道总阻力，不仅对冷却水循环泵的扬程有更高的要求，对于系统整体的节能也有一定的影响。
9.综上所述，如何提供一种低成本、对现有冷却塔改造工程量小、且能够避免冷却水系统的管道总阻力的并联式冷却塔组水力平衡调节装置及并联式冷却塔组是亟需解决的技术难题。


技术实现要素：

10.1、要解决的问题
11.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种并联式冷却塔组水力平衡调节装置及并联式冷却塔组，以在保证冷却塔两侧水流分配均等的同时，尽可能减小现有冷却塔改造工程量，且能够减小冷却水系统的管道总阻力。
12.2、技术方案
13.为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。
14.并联式冷却塔组水力平衡调节装置，包括：
15.壳体，具有一供冷却循环水进入的进水通道、至少两个用于供冷却循环水排出的出水通道、以及连通进水通道和出水通道的静压分流腔；
16.分流板，居中地固定设置于静压分流腔内，分别止抵在所述静压分流腔的顶壁面和底壁面上，以将所述静压分流腔分隔为至少两个体积均等的分流腔；
17.其中，所述进水通道包括第一端和第二端，所述第一端伸入到静压分流腔之内，且布置成所述第一端至少有一部分朝向静压分流腔顶壁面方向倾斜；所述第一端的末端封闭，并在其顶部开设有满溢口，所述分流板穿过所述第一端并将所述满溢口均等分隔为若干个出水口，每一出水口连通一分流腔，每一分流腔连通一出水通道；
18.至少两个出水通道的最高点低于所述进水通道的最低点。
19.进一步可选的技术方案中，所述静压分流腔的径向横截面面积大于进水通道的进水投影截面积1.5倍。
20.进一步可选的技术方案中，所述满溢口的开口投影截面积小于等于进水通道截面积，所述满溢口的开口最低点不低于进水通道的最高点以下三分之一位置处。
21.进一步可选的技术方案中，所述出水通道的出水投影截面积与任意分流腔进水投影截面积相等或相近。
22.进一步可选的技术方案中，至少两个出水通道在静压分流腔上开设的高度相等，且至少两个出水通道在静压分流腔上开设的高度不高于静压分流腔径向高度的三分之一。
23.进一步可选的技术方案中，所述静压分流腔顶壁面与进水通道之间的垂直高度不小于进水通道的半径。
24.作为本技术的第二个方面，提供一种并联式冷却塔组，包括进水总管、至少两个冷却塔单元以及如上任一项所述的并联式冷却塔组水力平衡调节装置，所述进水通道的一端连接进水总管，所述出水通道分别连通冷却塔单元的进水口。
25.3、有益效果
26.相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：
27.(1)本实用新型通过将所述第一端布置成至少有一部分朝向静压分流腔顶壁面方向倾斜，这就使得进水通道伸入静压分流腔的一端的最低点不低于进水通道另一端的最高点，这样就保证了静压分流腔的进水口始终高于进水总管的出水口，此时无论开式横流冷却塔两侧进水管是由一根进水管到塔上后分开两只管到两侧塔盘进水口，还是两侧各自独立进水管上到塔盘进水口，即使运行过程中冷却塔单元进水管满管，由于破坏了虹吸的条件，也就不会出现反向的负压虹吸效应，避免了出现优势射流的情况；
28.(2)本实用新型利用分流板穿过所述第一端并将所述满溢口均等分隔为若干个出水口，每一出水口连通一分流腔，每一分流腔连通一出水通道，进而能够保证冷却塔两侧水流分配均等。满溢口的开口投影截面积小于等于进水通道截面积。满溢口的开口最低点不低于进水通道的最高点以下的三分之一，保障水平进水口转为上出水，形成满溢出水；进水通道水量小，出水通道流速小；进水通道水量大，出水通道流速快；整个系统由于相较于常规工况仅需要增加一个水力平衡调节装置，对现有冷却塔改造工程量也较小，能够满足水平衡设计要求；
29.(3)本实用新型一方面将所述第一端布置成至少有一部分朝向静压分流腔顶壁面方向倾斜，另一方面保证至少两个出水通道的最高点低于所述进水通道的最低点，并同时保证所述静压分流腔的径向横截面面积大于进水通道的进水投影截面积1.5倍或1.5倍以上，特别是在小流量工况下，利用进水通道的上出水和腔内上部空气，能够在静压分流腔内
形成不满腔，也就消除了进出水通道之间的虹吸效应带来的阻力问题，极大减轻了系统的进水压力。
附图说明
30.图1为本技术中的联式冷却塔组水力平衡调节装置立体图；
31.图2为本技术中的联式冷却塔组水力平衡调节装置正视图；
32.图中：100、进水通道；110、满溢口；200、出水通道；300、静压分流腔；400、分流板。
具体实施方式
33.在以下说明书中，将引用多个术语，这些术语应被定义为具有以下含义。
34.除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数引用。
35.除非另外指示，否则如本文所使用的近似语言，诸如“大体地”、“基本上”和“约”指示如本领域普通技术人员将认识到的，如此修饰的术语可以仅适用于近似程度，而不是绝对或完美程度。因此，由一个或多个术语(诸如“约”、“大约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。这里以及整个说明书和权利要求书中，可以识别范围限制。除非上下文或语言另有指示，否则这些范围可以组合和/或互换，并且包括其中包含的所有子范围。
36.除此之外，除非另外指示，否则术语“第一”、“第二”等在本文中仅用作标记，并且不旨在对这些术语所涉及的项目施加顺序、位置或分级要求。此外，例如，对“第二”项目的引用不要求或排除存在例如“第一”或较低编号的项目或者“第三”或更高编号的项目。
37.下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步进行描述。
38.实施例1
39.如图1～2所示，作为本技术其中一个实施例，提供一种并联式冷却塔组水力平衡调节装置，包括壳体和分流板400。
40.壳体具有一供冷却循环水进入的进水通道100、至少两个用于供冷却循环水排出的出水通道200、以及连通进水通道100和出水通道200的静压分流腔300。由于本实施例中的水力平衡调节装置一般应用于单塔，在一个优选的实施例中，所述出水通道200设置有两个。
41.所述进水通道100包括第一端和第二端，所述第一端伸入到静压分流腔300之内，所述第二端与进水总管通过连接法兰连接，其中，进水总管是指开式横流冷却塔的进水总管，静压分流腔300由壳体限定得到。
42.分流板400居中地固定设置于静压分流腔300内，也就是分流板400位于静压分流腔300 的纵向轴截面，分别止抵在所述静压分流腔300的顶壁面和底壁面上，以将所述静压分流腔 300分隔为至少两个体积大体上均等的分流腔。这意味着，借助于分流板400，静压分流腔 300的两个分流腔彼此之间不连通，进而能够实现分流。
43.值得说明的是，请参考图1。由于图1示出的水力平衡调节装置中出水通道200设置为两个，且两个出水通道200在壳体上对称式设置，而分流腔通过分流板400限定，因此此时分流板400在结构上示出为一个矩形板结构。但在一个变形的方案中，分流板400也可以不为矩形板。例如当两个出水通道200在壳体上相邻设计时，此时分流板400可做出适应性变
形。
44.具体地，所述第一端布置成至少有一部分朝向静压分流腔300顶壁面方向倾斜；示例性的，请参考图1，所述第一端的末端布置成为向上倾斜的切口；可以理解，所述第一端也可以整体布置成向上倾斜的方式，也就是从所述进水通道100伸入静压分流腔300的位置至第一端的末端，所述进水通道100朝向静压分流腔300顶壁面方向倾斜。
45.所述第一端的末端封闭，所述第一端在其顶部开设有满溢口110，当所述进水通道100 内满水时通过所述满溢口110冷却循环水能够从所述进水通道100流进静压分流腔300。
46.所述分流板400穿过所述第一端并将所述满溢口110均等分隔为若干个出水口，每一出水口连通一分流腔，每一分流腔连通一出水通道200。
47.由于所述第一端布置成至少有一部分朝向静压分流腔300顶壁面方向倾斜，这就使得进水通道100伸入静压分流腔300的一端的最低点不低于出水通道200另一端的最高点，这样就保证了静压分流腔300的进水口始终高于进水总管的出水口，此时无论开式横流冷却塔(也就是冷却塔单元)两侧进水管是由一根进水管到塔上后分开两支管到两侧塔盘进水口，还是两侧各自独立进水管上到塔盘进水口，即使运行过程中冷却塔单元进水管满管，由于破坏了虹吸的条件，也就不会出现反向的负压虹吸效应，避免了出现优势射流的情况。
48.对静压分流腔300而言，本实施例中静压分流腔300的型腔为一个圆柱腔，但静压分流腔300的形状不仅仅局限于此，圆柱腔的限定能够尽可能减少冷却循环水进入静压分流腔300 后冷却循环水与壳体之间碰撞，进而能够规避动力损失，减少进水通道100的进水压力。
49.由于进水通道100直接与静压分流腔300连通且其中一端伸入静压分流腔300，则静压分流腔300的进水投影截面积至少大于或等于进水通道100的进水投影截面积。此时，静压分流腔300可以起到蓄水的作用，进而减缓冷却循环水的流速，一定程度上也能够避免冷却循环水进入静压分流腔300后在静压分流腔300内形成涡流。
50.对于冷却循环水而言，冷却循环水首先通过进水通道100的第二端进入进水通道100，一段时间后进水通道100内水位不断上升并最终满管；满管时，冷却循环水通过满溢口110，分流至两个分流腔，并最终从两个分流腔上的出水通道200流出。本实施例中，所述出水通道200的出水投影截面积与任意分流腔进水投影截面积相等或相近，以保证开式横流冷却塔两侧进水量平衡。
51.实施例2
52.在实际工况中，冷却塔中冷却循环水的流量会实时变动。在进水通道100内的冷却循环水为小流量情况下，静压分流腔300内冷却循环水始终不满水，对静压分流腔300内的冷却循环水而言，小流量下，静压分流腔300内的冷却循环水水量小，也就不会满腔，此时冷却循环水在重力影响下从出水通道200自动流出；当流量不断增大时，若静压分流腔300内逐渐满水，此时对于整个分流装置而言，从进水通道100到出水通道200形成连续的水流。显而易见地，此时静压分流腔300内容易产生负压虹吸效应，导致静压分流腔300其内形成对冷却循环水的阻力，也就增大了管道的总阻力。
53.基于此，本实施例提供一种联式冷却塔组水力平衡调节装置，与实施例1基本相
同。不同之处在于，所述静压分流腔300的径向横截面面积与进水通道100的进水投影截面积之比大于等于1.5，优选为3。如上所述，通过限定所述静压分流腔300的径向横截面面积与进水通道100的进水投影截面积之比大于等于1.5，特别是在小流量工况下，利用进水通道100 的上出水和腔内上部空气，能够在静压分流腔300内形成不满腔，也就消除了进出水通道200 之间的虹吸效应带来的阻力问题，极大减轻了系统的进水压力。
54.实施例3
55.本实施例提供一种联式冷却塔组水力平衡调节装置，与实施例1基本相同。不同之处在于，至少两个出水通道200的最高点低于所述进水通道100的最低点。如前所述，本技术中静压分流腔300起到两个作用，其一是分水，其二是消除射流虹吸效应。对于第二点来说，为了克服静压分流腔300带来的射流虹吸效应的问题，特别是在小流量工况下，一个重要的条件在于需要始终保持静压分流腔300上部的空气存在。本实施例中通过保证出水通道200 的最高点低于所述进水通道100的最低点，能够始终保证小流量工况下静压分流腔300上部空气存在，进而能够进一步保证消除射流虹吸效应。
56.实施例4
57.本实施例提供一种联式冷却塔组水力平衡调节装置，与实施例3基本相同。不同之处在于，两个出水口在静压分流腔300上开设的高度相等，且两个出水口在静压分流腔300上开设的高度不高于静压分流腔300径向高度的三分之一。从而保证静压分流腔300上部始终有空气。
58.实施例5
59.本实施例提供一种联式冷却塔组水力平衡调节装置，与实施例3基本相同。不同之处在于，满溢口110的开口投影截面积小于等于进水通道100的截面积。满溢口110的开口最低点不低于进水通道100的最高点以下的三分之一位置处，优选的，满溢口齐平于或略高于进水通道100的最高点，保障水平进水口转为上出水，形成满溢出水。满溢口110的开口投影截面积根据所需的最低流量变化区间进行调整制作。
60.实施例6
61.本实施例提供一种联式冷却塔组水力平衡调节装置，与实施例1基本相同。不同之处在于，所述静压分流腔300顶壁面与进水通道100之间的垂直高度不小于进水通道100的半径。本具体实施方式提供的技术方案中，显而易见地，由于进水通道100相较于常规的进水管路直接伸入静压分流腔300，从动力角度分析，冷却循环水在进水通道100内部分回流，满溢，再经过静压分流腔300从出水管道流出；若所述静压分流腔300顶壁面与进水通道100之间的垂直高度过小，则静压分流腔300内容易满腔，易发生进出水虹吸效应。通过限定所述静压分流腔300顶壁面与进水通道100之间的垂直高度不小于进水通道100的半径，优选的，所述静压分流腔300顶壁面与进水通道100之间的垂直高度大致上等于进水通道100的半径。一方面能够避免静压分流腔300空腔，造成系统空转；另一方面，能够使得静压分流腔300 满腔时进出水的虹吸效应抵消进水通道100朝向静压分流腔300顶壁面方向倾斜所带来的重力对冷却循环水流速的影响，使得两边冷却循环水的分配量尽可能接近或者相等。
62.实施例7
63.一种并联式冷却塔组，包括进水总管、至少两个冷却塔单元以及如实施例1～6上任一项所述的并联式冷却塔组水力平衡调节装置，所述进水通道100的一端连接进水总管，
所述出水通道200分别连通冷却塔单元的进水口。
64.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
65.以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。