专利名称：冷却塔风机专用有压斜击式水轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及水轮机，特别是一种专用于工业冷却塔节能技术改造或与节能 型新型冷却塔配套的冷却塔风机专用有压斜击式水轮机。
二背景技术：
常用的工业冷却塔节能改造中，利用冷却塔供、配水系统一般留有的压力 余量，用一种专用的水轮机来驱动冷却塔风机，可以替代原风机驱动电动机。 达到节能与少维护的目的。
目前应用于工业冷却塔的专用水轮机，是采用双击式水轮机、混流式水轮 机或轴流式水轮机。这些类型的水轮机的工作条件与冷却塔风机参数不匹配， 都存在一些不足。双击式水轮机本来在无压状态下工作，用到冷却塔的有压系 统后会使水轮机能量转换的效率低下。轴流式水轮机属于高比转速水轮机，而 冷却塔需要低比转速水轮机才能使水轮机转速与风机匹配。混流式水轮机平面 尺寸较大，影响冷却塔气流的通道。传统的斜击式水轮机属于冲击式水轮机， 应用于比较高的水头和比较小的流量条件，靠喷嘴为转轮供水，过流能力低， 尺寸大，需要在无压条件工作，不适合直接在冷却塔系统中应用，因此，其改 进势在必行。
三
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明目的就是提供一种冷却塔风 机专用有压斜击式水轮机，可有效解决水轮机在冷却塔方面应用时能量转换率 低的问题。其解决的技术方案是，用反击式水轮机的理论重新设计水轮机的流 道。有压斜击式水轮机由有压引水室、环形轴向导叶、转轮、尾水管构成过流 系统，转轮发出的功率由主轴传递给冷却塔风机。引水室为矩形断面，沿圆周 方向等宽，沿高度渐变减小(即沿着圆周方向渐縮小矩形断面引水室)，断面面 积与引水室包角成比例(正比)，均匀渐变小，转轮全圆周方向均匀进水，引水 室下面装有环形轴向导叶，水流由引水室直接进入导叶，导叶下面装有置于转 轮室的斜击式转轮，从导叶出来的水流以无撞击进口方式进入斜击式转轮，并
以法向出口状态进入转轮室下部的尾水管，转轮室与尾水管为一体结构。转轮 上部顺序装有主轴密封与推力径向组合轴承。本发明结构新颖独特，与传统的 斜击式水轮机不同，属于反击式水轮机型式，转轮全周进水，转轮在有压系统 中工作，水流轴向进入，轴向流出。因此，过流能力强，尺寸紧凑，工作条件 适合冷却塔供配水系统的剩余压力与流量，并能适应驱动冷却塔风机的功率与 转速要求。水轮机转轮采用斜击式，但流道按照反击式水轮机的理论进行设计， 结构独特，适合在冷却塔的有压水系统工作，其转速与冷却塔参数完全匹配。 而且与现在用于冷却塔的几种水轮机相比，效率高，尺寸小，振动轻，更适合 在工业冷却塔上安装，主要用于替代原风机驱动电动机，以达到节能、安全和 减少维护的目的。也可应用于小型水电站，其过流能力是现有斜击式水轮机的 数倍。
四
图l为本发明的结构剖面主视图(图中箭头为水流方向)。
图2为本发明引水室部分立体图(图中箭头为水流方向)。
图3为本发明转轮进出口水流速度呈三角形状态图(图中V^V2为绝对速度， 仏、U2为圆周速度，Wt、 W2为相对速度，15°为水流夹角)。
图4为本发明在冷却塔的安装使用状态图。
五具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式
作详细说明。
由图l-4所示，本发明包括有引水室、转轮和主轴，引水室l为矩形断面， 沿圆周方向等宽，沿高度渐变减小(即沿着圆周方向渐縮小矩形断面引水室)， 断面面积与引水室包角(圆周角)成比例(正比)，均匀渐变小，转轮全圆周方 向均匀进水，引水室下面装有环形轴向导叶2，水流由引水室直接进入导叶，导 叶下面在主轴7上装有置于转轮室的斜击式转轮3，从导叶出来的水流以无撞击 进口方式进入斜击式转轮3，并以法向出口进入转轮室下部的尾水管4，转轮上 部装置密封5，密封5上部装有组合轴承6。
为了保证使用效果，所说的导叶2沿水流方向呈环形均匀分布在引水室1 下部的环形导水机构上；
所说的转轮室为圆形腔体，尾水管4上口部的直径小于转轮室上部直径， 转轮室下部出水口与尾水管4上口部直径相同，构成一体结构，尾水管呈圆柱 状；导叶2出口角为22.5° (度)，导叶2的数量为转轮叶片数量的1/2;所说 的组合轴承6为推力径向组合轴承。
引水室l、环形轴向导叶2、转轮3和转轮室及尾水管4构成过流结构；主 轴7、密封5和组合轴承6构成能量传递结构。
本发明在使用时，如图4所示，水轮机A安装在冷却塔的配水管8和风机 9之间即可。
本发明的积极贡献在于
1、 有压斜击式水轮机的新结构
斜击式水轮机转轮进出口速度三角形如图3所示。考察斜击式水轮机的设 计参数，叶片的进出口角度均与比转速30~50m.kW的低比速混流式水轮机接近, 水轮机出口水流是法向出口。斜击式水轮机虽然是冲击式水轮机型式，但流道 参数接近低比速反击式水轮机。根据水轮机的基本方程式，斜击式水轮机转轮 以反击式水轮机型式在有压封闭流道内工作时，其叶片形状与进出口水流条件， 仍能满足高效地能量转换的要求。而且，当以轴向导叶代替喷嘴，实行转轮全 周进水时，转轮在有压水流中工作时，其过流能力可以提高数倍，可以实现水 轮机小尺寸、大容量，这种新结构是任何现有水轮机无法相比的。
2、 采用有压斜击式水轮机的独特部件
本发明的有压斜击式水轮机包含了三种新型独特部件。 (1)渐变矩形断面引水室1。传统的斜击式水轮机没有蜗壳，压力水经喷 嘴形成无压射流冲击转轮叶片。为了实现有压全周进水的要求，设置一个沿着 圆周方向渐縮的矩形断面引水室。与包角(即圆周角)成比例均匀渐变的断面 面积，保证了转轮的均匀进水。引水室下面设置环形轴向导叶2替代原斜击式 水轮机的喷嘴，实现转轮全周进水。
(2) 环形轴向导叶2。传统的斜击式水轮机没有导叶，从喷嘴流出的射流 以22.5°的方向冲击转轮叶片。有压斜流式水轮机取消原喷嘴，设置一个位于 蜗壳下方的环形轴向导水机构，导叶出口角设为22.5° ，这样可保证流出导叶 的水流以无撞击进口状态进入转轮3，实现能量的高效转换。环形轴向导水机构 的导叶数目为转轮叶片数量的1/2。
(3) 尾水管4。原斜击式水轮机没有尾水管。最后以法向出口流出水轮机， 经尾水管4排向冷却塔的布水总管，经布水系统喷淋倒塔下。尾水管为有压状 态，可以使水轮机利用转轮出口至布水总管之间的水头。
考虑到冷却塔风机的轴向载荷和水轮机形成的轴向水推力，专用水轮机的 轴承6采用推力径向组合轴承。
本发明的有益效果是使用本发明技术对传统的冷却塔进行技术改造，替代 原驱动电动机及传动机构，可以达到节能、环保和少维护的目的。也可形成系 列产品，与新型节能型冷却塔配套，使工业冷却塔系统更加安全高效。
与目前使用的双击式、轴流式冷却塔专用水轮机相比，本发明的有压斜击 式水轮机从工作原理、结构方面都有明显的优越性，是非常有应用前景的一项 技术。产品高效、小尺寸、运行稳定，有巨大的经济和社会效益。
权利要求
1、一种冷却塔风机专用有压斜击式水轮机，包括有引水室、转轮和主轴，其特征在于，引水室(1)为矩形断面，沿圆周方向等宽，沿高度渐变减小，断面面积与引水室包角成比例均匀渐变小，转轮全圆周方向均匀进水，引水室下面装有环形轴向导叶(2)，水流由引水室直接进入导叶，导叶下面在主轴(7)上装有置于转轮室的斜击式转轮(3)，从导叶出来的水流以无撞击进口方式进入斜击式转轮(3)，并以法向出口进入转轮室下部的尾水管(4)，转轮上部装置密封(5)，密封(5)上部装有组合轴承(6)。
2、 根据权利要求1所述的冷却塔风机专用有压斜击式水轮机，其特征在于， 所说的导叶(2)沿水流方向呈环形轴向均布在引水室(1)下部的转轮室内壁 上。
3、 根据权利要求1所述的冷却塔风机专用有压斜击式水轮机，其特征在于， 所说的转轮室为圆形腔体，尾水管(4)上口部的直径小于转轮室上部直径，转 轮室下部出水口与尾水管(4)上口部直径相同，构成一体结构，尾水管呈圆柱 状。
4、 根据权利要求1所述的冷却塔风机专用有压斜击式水轮机，其特征在于， 所说的导叶(2)出口角为22.5。，导叶(2)的数量为转轮叶片数量的1/2。
5、 根据权利要求1所述的冷却塔风机专用有压斜击式水轮机，其特征在于， 所说的组合轴承(6)为推力径向组合轴承。
6、 根据权利要求1所述的冷却塔风机专用有压斜击式水轮机，其特征在于， 所说的引水室(1)、环形轴向导叶(2)、转轮(3)和转轮室及尾水管(4)构 成过流结构，主轴(7)、密封(5)和组合轴承(6)构成能量传递结构。
全文摘要
本发明涉及一种冷却塔风机专用有压斜击式水轮机，可有效解决水轮机在冷却塔方面应用时能量转换率低的问题，其解决的技术方案是，包括有引水室、转轮和主轴，引水室为矩形断面，沿圆周方向等宽，沿高度渐变减小，断面面积与引水室包角成比例，均匀渐变小，转轮全圆周方向均匀进水，引水室下面装有环形轴向导叶，水流由引水室直接进入导叶，导叶下面在主轴上装有置于转轮室的斜击式转轮，从导叶出来的水流以无撞击进口方式进入斜击式转轮，并以法向出口进入转轮室下部的尾水管，转轮上部装置密封，密封上部装有组合轴承，本发明结构新颖独特，过流能力强，尺寸紧凑，效率高，振动轻，节能、安全和减少维护。
文档编号F03B1/00GK101363392SQ20081014137
公开日2009年2月11日 申请日期2008年9月16日 优先权日2008年9月16日
发明者庞辉春, 陈德新 申请人:河南新飞纪元科技有限公司