專利名稱：用于冷卻塔風機的有壓斜擊式水輪機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及水輪機，特別是一種專用于冷卻塔風機的有壓斜擊式水輪機。
二背景技術：
常用的工業冷卻塔節能改造中，利用冷卻塔供、配水系統一般留有的壓力 余量，用一種專用的水輪機來驅動冷卻塔風機，可以替代原風機驅動電動機，達 到節能與少維護的目的。
目前應用于工業冷卻塔的專用水輪機，是采用雙擊式水輪機、混流式水輪 機或軸流式水輪機。這些類型的水輪機的工作條件與冷卻塔風機參數不匹配， 都存在一些不足。雙擊式水輪機本來在無壓狀態下工作，用到冷卻塔的有壓系 統后會使水輪機能量轉換的效率低下。軸流式水輪機屬于高比轉速水輪機，而 冷卻塔需要低比轉速水輪機才能使水輪機轉速與風機匹配。混流式水輪機平面 尺寸較大，影響冷卻塔氣流的通道。傳統的斜擊式水輪機屬于沖擊式水輪機， 應用于比較高的水頭和比較小的流量條件，靠噴嘴為轉輪供水，過流能力低， 尺寸大，需要在無壓條件工作，不適合直接在冷卻塔系統中應用，因此，其改 進勢在必行。
三
實用新型內容
針對上述情況，為克服現有技術缺陷，本實用新型目的就是提供一種用于 冷卻塔風機的有壓斜擊式水輪機，可有效解決水輪機能量轉換率低和不能直接 在冷卻塔系統中應用的問題。其解決的技術方案是，用反擊式水輪機的理論重 新設計水輪機的流道。有壓斜擊式水輪機由有壓引水室、環形軸向導葉、轉輪、 尾水管構成過流系統，轉輪發出的功率由主軸傳遞給冷卻塔風機。引水室為矩 形斷面，沿圓周方向等寬，沿高度漸變減小(即沿著圓周方向漸縮小矩形斷面 引水室)，斷面面積與引水室包角成比例(正比)，均勻漸變小，轉輪全圓周方 向均勻進水，引水室下面裝有環形軸向導葉，水流由引水室直接進入導葉，導 葉下面裝有置于轉輪室的斜擊式轉輪，從導葉出來的水流以無撞擊進口方式進
3入斜擊式轉輪，并以法向出口狀態進入轉輪室下部的尾水管，轉輪室與尾水管 為一體結構。轉輪上部順序裝有主軸密封與推力徑向組合軸承。故本實用新型 結構包括有引水室、轉輪和主軸，引水室下面裝有環形軸向導葉，水流由引水 室直接進入導葉，導葉下面在主軸上裝有置于轉輪室的斜擊式轉輪，轉輪室與 其下部的尾水管為一體結構，轉輪室上部有穿過引水室經密封在斜擊式轉輪主 軸上裝有組合軸承，本實用新型結構新穎獨特，與傳統的斜擊式水輪機不同， 屬于反擊式水輪機型式，轉輪全周進水，轉輪在有壓系統中工作，水流軸向進 入，軸向流出。因此，過流能力強，尺寸緊湊，工作條件適合冷卻塔供配水系 統的剩余壓力與流量，并能適應驅動冷卻塔風機的功率與轉速要求。水輪機轉 輪采用斜擊式，但流道按照反擊式水輪機的理論進行設計，結構獨特，適合在 冷卻塔的有壓水系統工作，其轉速與冷卻塔參數完全匹配。而且與現在用于冷 卻塔的幾種水輪機相比，效率高，尺寸小，振動輕，更適合在工業冷卻塔上安 裝，主要用于替代原風機驅動電動機，以達到節能、安全和減少維護的目的。 也可應用于小型水電站，其過流能力是現有斜擊式水輪機的數倍。
四
圖1為本實用新型的結構剖面主視圖(圖中箭頭為水流方向)。
圖2為本實用新型引水室部分立體圖(圖中箭頭為水流方向)。
圖3為本實用新型轉輪進出口水流速度呈三角形狀態圖(圖中V2為絕對 速度，IL、 U2為圓周速度，Wh W2為相對速度，22.5°和15°分別為進出口水流的 特征角度)。
圖4為本實用新型在冷卻塔的安裝使用狀態圖。
五具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作詳細說明。 由圖1-4所示，本實用新型包括有引水室、轉輪和主軸，引水室下面裝有 環形軸向導葉2，水流由引水室直接進入導葉，導葉下面在主軸7上裝有置于轉 輪室的斜擊式轉輪3，轉輪室與其下部的尾水管4為一體結構，轉輪室上部有穿 過引水室1經密封5在斜擊式轉輪3主軸上裝有組合軸承6。為了保證使用效果，所說的引水室1為矩形斷面，沿圓周方向等寬，沿高 度漸變減小(即沿著圓周方向漸縮小矩形斷面引水室)，斷面面積與引水室包角 (圓周角)成比例(正比)，均勻漸變小，轉輪全圓周方向均勻進水，轉輪進出 口水流速度呈三角形，從導葉出來的水流以無撞擊進口方式進入斜擊式轉輪3; 導葉2沿水流方向均布在引水室1下部的環形腔內。
所說的轉輪室為圓形腔體，尾水管4上口部的直徑小于轉輪室上部直徑， 轉輪室下部出水口與尾水管4上口部直徑相同，構成一體結構，尾水管呈圓柱 狀；導葉2出口角為22.5° (度)，導葉2的數量為轉輪葉片數量的1/2;所說 的組合軸承6為推力徑向組合軸承。
引水室l、環形軸向導葉2、轉輪3和轉輪室及尾水管4構成過流系統；主 軸7、密封5和組合軸承6構成能量傳遞機構。
本實用新型在使用時，如圖4所示，水輪機A安裝在冷卻塔的配水管8和 風機9之間即可。
本實用新型的積極貢獻在于
1、 有壓斜擊式水輪機的新結構
斜擊式水輪機轉輪進出口速度三角形如圖3所示。考察斜擊式水輪機的設 計參數，葉片的進出口角度均與比轉速30~50m.kW的低比速混流式水輪機接 近，水輪機出口水流是法向出口。斜擊式水輪機雖然是沖擊式水輪機型式，但 流道參數接近低比速反擊式水輪機。根據水輪機的基本方程式，斜擊式水輪機 轉輪以反擊式水輪機型式在有壓封閉流道內工作時，其葉片形狀與進出口水流 條件，仍能滿足高效地能量轉換的要求。而且，當以軸向導葉代替噴嘴，實行 轉輪全周進水時，轉輪在有壓水流中工作時，其過流能力可以提高數倍，可以 實現水輪機小尺寸、大容量，這種新結構是任何現有水輪機無法相比的。
2、 采用有壓斜擊式水輪機的獨特部件
本實用新型的有壓斜擊式水輪機包含了三種新型獨特部件。 (1)漸變矩形斷面引水室1。傳統的斜擊式水輪機沒有蝸殼，壓力水經噴嘴形成無壓射流沖擊轉輪葉片。為了實現有壓全周進水的要求，設置一個沿著 圓周方向漸縮的矩形斷面引水室。與包角(即圓周角)成比例均勻漸變的斷面
面積，保證了轉輪的均勻進水。引水室下面設置環形軸向導葉2替代原斜擊式 水輪機的噴嘴，實現轉輪全周進水。
(2) 環形軸向導葉2。傳統的斜擊式水輪機沒有導葉，從噴嘴流出的射流 以22.5°的方向沖擊轉輪葉片。有壓斜流式水輪機取消原噴嘴，設置一個位于 蝸殼下方的環形軸向導水機構，導葉出口角設為22.5° ，這樣可保證流出導葉 的水流以無撞擊進口狀態進入轉輪3，實現能量的高效轉換。環形軸向導水機構 的導葉數目為轉輪葉片數量的1/2。
(3) 尾水管4。原斜擊式水輪機沒有尾水管。最后以法向出口流出水輪機， 經尾水管4排向冷卻塔的布水總管，經布水系統噴淋倒塔下。尾水管為有壓狀 態，可以使水輪機利用轉輪出口至布水總管之間的水頭。
考慮到冷卻塔風機的軸向載荷和水輪機形成的軸向水推力，專用水輪機的 軸承6采用推力徑向組合軸承。
本實用新型的有益效果是使用本實用新型技術對傳統的冷卻塔進行技術改 造，替代原驅動電動機及傳動機構，可以達到節能、環保和少維護的目的。也 可形成系列產品，與新型節能型冷卻塔配套，使工業冷卻塔系統更加安全高效。
與目前使用的雙擊式、軸流式冷卻塔專用水輪機相比，本實用新型的有壓 斜擊式水輪機從工作原理、結構方面都有明顯的優越性，是非常有應用前景的 一項技術。產品高效、小尺寸、運行穩定，有巨大的經濟和社會效益。
權利要求1、一種用于冷卻塔風機的有壓斜擊式水輪機，包括有引水室、轉輪和主軸，其特征在于，引水室下面裝有環形軸向導葉(2)，導葉下面在主軸(7)上裝有置于轉輪室的斜擊式轉輪(3)，轉輪室與其下部的尾水管(4)為一體結構，轉輪室上部有穿過引水室(1)經密封(5)在斜擊式轉輪(3)主軸上裝有組合軸承(6)。
2、 根據權利要求1所述的用于冷卻塔風機的有壓斜擊式水輪機，其特征在 于，所說的引水室(1)為矩形斷面，沿圓周方向等寬，沿高度漸變減小，斷面 面積與引水室包角成比例均勻漸變小，轉輪全圓周方向均勻進水，轉輪進出口 水流速度呈三角形，從導葉出來的水流以無撞擊進口方式進入斜擊式轉輪(3)。
3、 根據權利要求1所述的用于冷卻塔風機的有壓斜擊式水輪機，其特征在 于，所說的導葉(2)沿水流方向均布在引水室(1)下部的環形腔內。
4、 根據權利要求1所述的用于冷卻塔風機的有壓斜擊式水輪機，其特征在 于，所說的轉輪室為圓形腔體，尾水管(4)上口部的直徑小于轉輪室上部直徑， 轉輪室下部出水口與尾水管(4)上口部直徑相同，構成一體結構，尾水管呈圓 柱狀。
5、 根據權利要求1所述的用于冷卻塔風機的有壓斜擊式水輪機，其特征在 于，所說的導葉(2)出口角為22.5。，導葉(2)的數量為轉輪葉片數量的1/2。
6、 根據權利要求1所述的用于冷卻塔風機的有壓斜擊式水輪機，其特征在 于，所說的組合軸承(6)為推力徑向組合軸承。
專利摘要本實用新型涉及一種用于冷卻塔風機的有壓斜擊式水輪機，可有效解決水輪機能量轉換率低和不能直接在冷卻塔系統中應用的問題，其解決的技術方案是，包括有引水室、轉輪和主軸，引水室下面裝有環形軸向導葉，水流由引水室直接進入導葉，導葉下面在主軸上裝有置于轉輪室的斜擊式轉輪，轉輪室與其下部的尾水管為一體結構，轉輪室上部有穿過引水室經密封在斜擊式轉輪主軸上裝有組合軸承，本實用新型結構新穎獨特，過流能力強，尺寸緊湊，振動輕，節能、安全和減少維護，也可應用于小型水電站，其過流能力是現有斜擊式水輪機的數倍。
文檔編號F03B1/00GK201250747SQ20082014923
公開日2009年6月3日 申請日期2008年9月16日 優先權日2008年9月16日
發明者龐輝春, 陳德新 申請人:河南新飛紀元科技有限公司