冷卻塔風(fēng)機(jī)是循環(huán)水系統(tǒng)的核心設(shè)備，就循環(huán)水設(shè)備管理情況看，無論是從設(shè)備的數(shù)量、維修工作量、耗電量等哪個(gè)方面來講，冷卻塔風(fēng)機(jī)都占有很大比重。風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)占車間設(shè)備總量的57%，維修工時(shí)占總量的60%，電耗占總量的22%。

1 水動(dòng)風(fēng)機(jī)原理

冷卻塔的低耗能是冷卻塔技術(shù)發(fā)展中不變的目標(biāo)。水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔是一種新型的節(jié)能改進(jìn)型冷卻塔，近年來逐步開始應(yīng)用于國內(nèi)企業(yè)的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

一般的冷卻塔，在設(shè)計(jì)選泵的時(shí)候，為了流量，須考慮水泵的效率，還要顧及電機(jī)的啟動(dòng)扭矩，因此揚(yáng)程許大不許小，選電機(jī)常常是“大馬拉小車"，導(dǎo)致相當(dāng)一部分能量白白地浪費(fèi)掉了。據(jù)行業(yè)內(nèi)調(diào)查，冷卻塔的進(jìn)塔循環(huán)水壓頭一般是5～8m，而布水所需的壓頭通常不超過3m，富余揚(yáng)程并沒有得到充分的利用。

針對(duì)這種情況，出現(xiàn)了水動(dòng)風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)。所謂水動(dòng)風(fēng)機(jī)，是在冷卻塔本身具有充足富余揚(yáng)程的前提下，采用水輪機(jī)代替電機(jī)來驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行熱交換。水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，主要工作部位是葉輪。葉輪接受了流體的能量，使葉輪旋轉(zhuǎn)，將進(jìn)水的富余壓頭轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，起到了代替電機(jī)的作用。利用水輪機(jī)代替電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，只要使水輪機(jī)的軸功率與電機(jī)的軸功率相同就能達(dá)到同樣的冷卻效果，使塔的電耗減少，而塔的外形、結(jié)構(gòu)、尺寸、冷卻原理都不需改變，且水輪機(jī)具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、噪聲低、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

但是，并非所有的機(jī)械通風(fēng)冷卻塔都可采用水動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，也并非所有的項(xiàng)目或工況均適宜采用水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔。水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，是須有客觀條件的，只有在符合其應(yīng)用條件的前提下，才能取得節(jié)能的效果及想應(yīng)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

2 水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的系統(tǒng)條件

由于水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的原動(dòng)力來源于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的余壓，即水泵的富余揚(yáng)程，因此要分析水輪機(jī)應(yīng)用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的條件，就須對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的能耗加以具體分析。

用水輪機(jī)代替冷卻塔電機(jī)的必要條件是冷卻塔進(jìn)水具備充足的能量，通常情況下，進(jìn)水功率的計(jì)算公式為：

P(kW)=9.81 x 進(jìn)水流量Q(m3/s)x 進(jìn)水壓頭H(m)

冷卻塔進(jìn)水壓頭H是由水壓能耗、塔高度和布水噴射力共同所需總和來確定的，其中與水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔應(yīng)用密切相關(guān)的是水壓能耗。水壓能耗是指整個(gè)循環(huán)水管網(wǎng)系統(tǒng)所產(chǎn)生的水頭損失。包括設(shè)備、管路、閥門、敞開水池泄壓等的水頭損失。另外，水壓能耗還包括在設(shè)計(jì)時(shí)所保留的整個(gè)循環(huán)水管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)富裕能力，而該設(shè)計(jì)富裕能力也就是水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔應(yīng)用的動(dòng)力來源。

通常循環(huán)冷卻水的設(shè)計(jì)須保持適當(dāng)富余量，一般在5%左右，以應(yīng)對(duì)設(shè)備老化、管道結(jié)垢等因素對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)供水能力(包括水量和水壓)所帶來的負(fù)面影響，而水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的使用不應(yīng)占用該部分的富余量，而是應(yīng)該采用額外的富裕量，否則的話將影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也對(duì)換熱設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p害。

由于冷卻塔進(jìn)水壓頭來自于循環(huán)水泵，如果進(jìn)水壓頭不足，在水泵流程上增設(shè)水輪機(jī)，不僅會(huì)增大循環(huán)水泵的能耗，還會(huì)使系統(tǒng)阻力增加，換熱效率下降，嚴(yán)重的還會(huì)影響換熱設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此要求進(jìn)水壓頭在通過水輪機(jī)以后，余壓足夠完成布水和其它管路損失，即水泵的富余揚(yáng)程要滿足水輪機(jī)的能量要求，才能進(jìn)行水動(dòng)風(fēng)機(jī)的改造，達(dá)到節(jié)能的效果。

3 水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的優(yōu)缺點(diǎn)

水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔作為一種新型的節(jié)能改進(jìn)型冷卻塔，其優(yōu)點(diǎn)在于：

節(jié)電。該塔利用水輪機(jī)取代風(fēng)葉電機(jī)，利用進(jìn)塔水壓節(jié)省了風(fēng)葉電機(jī)的運(yùn)行電耗。

無噪聲。水輪機(jī)的能量轉(zhuǎn)換是在水流道內(nèi)完成的，銷除了冷卻塔機(jī)械動(dòng)力的噪聲源，減小了冷卻塔的噪聲。

水輪機(jī)軸功率達(dá)到風(fēng)葉軸功率即可，不需要象電機(jī)那樣多出一些功率來應(yīng)付起動(dòng)電流的不足。

使用壽命長。水輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)更換方便，長期運(yùn)轉(zhuǎn)無損壞。

水動(dòng)風(fēng)機(jī)實(shí)施起來并非易事，它不僅對(duì)水輪機(jī)效率要求較高，而且還要求能直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，這樣才有較好地可靠性與使用壽命。驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)的能量是來自水泵的富余揚(yáng)程，如果富余揚(yáng)程不足，安裝了水輪機(jī)，會(huì)額外增加阻力，所驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)可能達(dá)不到額定轉(zhuǎn)速，冷卻效果就達(dá)不到要求。水輪機(jī)本身并不是憑空產(chǎn)生能量的，但對(duì)于一些設(shè)計(jì)余量過大的冷卻塔，的確能起到回收部分能量的作用。

另外，系統(tǒng)中的循環(huán)水量在根據(jù)生產(chǎn)需要隨時(shí)發(fā)生變化，因此，為避免水泵揚(yáng)程富余較多，使進(jìn)塔水壓過高造成風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速過快，特別是氣象條件利于冷卻塔降溫時(shí)使冷卻水溫度過低，需要在冷卻塔進(jìn)水管及補(bǔ)水管之間設(shè)置旁通閥。

水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔完全靠水力來進(jìn)行控制冷卻塔的進(jìn)水，其自動(dòng)控制能力和可調(diào)節(jié)性相對(duì)較差，建議在進(jìn)水總管上設(shè)置可遠(yuǎn)程控制的電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥、壓力表、流量計(jì)等，在必要時(shí)可以按生產(chǎn)需要直接進(jìn)行控制和管理。

對(duì)于大型循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，當(dāng)采用多組冷卻塔時(shí)，建議僅在多組冷卻塔中設(shè)置1臺(tái)或2臺(tái)水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔，其余仍采用傳統(tǒng)的電機(jī)傳動(dòng)型冷卻塔，因?yàn)殡姍C(jī)傳動(dòng)型冷卻塔運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性仍高于水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔。

怎樣提高冷卻塔風(fēng)機(jī)的節(jié)能降耗效率、確定設(shè)備的長周期運(yùn)行，下面就簡單講一下主要的方法和措施：

1、橫流式冷卻塔宜控制填料頂部至風(fēng)機(jī)吸入段下緣的高度等于或大于風(fēng)機(jī)直徑的0.2倍。

2、逆流式冷卻塔填料頂面至風(fēng)筒進(jìn)口之間氣流收縮段的高度應(yīng)符合下列規(guī)定：

a 當(dāng)塔頂蓋板為平頂時(shí)，從填料頂面算起的氣流收縮段頂角宜小于90°;當(dāng)平頂蓋板下設(shè)有導(dǎo)流圈(傘) 時(shí)，從收水器頂面算起的氣流收縮段頂角可采用90°～110°。

b 當(dāng)冷卻塔頂蓋板自收水器以上為收縮型時(shí)，收縮段蓋板的頂角宜采用90°～110°。

3、橫流式冷卻塔的淋水填料從頂部至底部應(yīng)有向塔的垂直中軸線的收縮傾角。點(diǎn)滴式淋水填料的收縮傾角宜為9°～11°;薄膜式淋水填料的收縮傾角宜為5°～6°。

4、雙側(cè)進(jìn)風(fēng)的逆流式冷卻塔宜設(shè)中部擋風(fēng)隔板，隔板上緣距填料支撐梁底200～300mm，下緣伸入塔的集水池水面以下。

5、橫流式冷卻塔宜設(shè)置防止空氣從填料底至水面間短路流通的措施。