工业冷却塔专用超低比转速混流式水轮机的特性研究

摘要

将冷却塔的剩余水能进行利用是节能的重要措施之一。利用水轮机将剩余水能转换为机械能来驱动风机，是水轮机的一个崭新应用领域。通过水轮机利用余压来驱动风机的冷却塔被称作“水动力冷却塔”。目前还缺乏有关冷却塔专用水轮机设计和运行的专门研究，很多开发者在专用水轮机设计或应用上沿袭发电水轮机的设计思路，导致冷却塔水动力改造失败。因此，本文系统研究了冷却塔专用超低比转速混流式水轮机的主要特性。主要研究内容如下：
　　 (1)通过对冷却塔专用水轮机的工作环境和工作条件的研究，发现专用水轮机具有超低比转速特性的原因是其具有超低单位转速特性，这和发电水轮机和水泵水轮机有很大的差别。基于理论分析、CFD计算和相关实验，研究了专用水轮机的流道参数对其过流能力的影响，建立了用于估算其过流能力的近似公式，解决了专用水轮机初步设计时水轮机的过流量估算问题。
　　 (2)基于水轮机、风机的相似律、相关实验及内部流动的CFD分析，揭示了水轮-风机组特殊的转速-流量特性、水头-流量特性以及工况自适应特性，为水轮-风机组的设计与运行提供了依据。
　　 (3)基于水轮-风机组的工况自适应特性，揭示了水轮-风机组中水轮机的工况自相似特性，即单位转速和单位流量保持常数。这是一个从未被发现的非常重要的特性。说明：只要设计时使水轮机处于较好的工况，运行时水轮-风机组就可以保持在较好工况。
　　 (4)基于专用水轮机特殊的过流特性和工作特性，揭示了专用水轮机的工况调节规律，为水轮-风机组的运行、调节提供了技术支持。