水轮机在工业生产中的合理应用及注意事项

勾朝阳(中国石油新疆乌石化分公司，新疆乌鲁木齐830019)

水轮机在工业生产中的合理应用及注意事项

勾朝阳(中国石油新疆乌石化分公司，新疆乌鲁木齐830019)

水轮机作为新兴技术在工业生产中应用，在环保和节能上优势显著，但是设计和使用不当会给生产和运行带来诸多烦恼。在此对于水轮机的设计、安装提出一些个人意见和看法。

水轮机;凉水塔;叶片;转速;冷却效果

自古以来人类一直在大自然中寻找能量并加以利用，最常见的是水、风和光的应用。特别是进入大工业生产时代后，随着环境污染的加剧，“保护环境，保护自然”成为世界环境保护的主题，自然能源、清洁能源的开发和利用，成为各行各业的首选。对于水力的利用，人类很早就发明了水车，利用水流推动进行灌溉、推磨等代替人工作业。

1 水轮机论述

在目前许多工业生产行业中，如电力、石油、化工、钢铁和轻纺等，都需要利用冷却塔通过蒸发作用来散去工业上或制冷空调中产生的废热；而凉水塔冷却时所用的风机均有电动机带动，这些电动机一年所耗电能是十分巨大的

水轮机作为水力的原动力，它将水能转换成旋转机械能，用于取代冷却塔所配的风机电机和减速箱。工作时以循环水系统中的富余压力作为动力源，通过水轮机驱动冷却塔上部的风叶转动，从而达到节能的目的。

1.1 水轮机工作原理原理：

水轮机应用的理论基础是在循环水回水系统包涵着一定能量，这部分能量包括：机泵出口供出循环水到达生产装置最高冷却器后富裕压头；生产装置最高冷却器与循环水布水管进口之间高低位差；循环水本身介质流动具有的能量。既然循环水系统中存在上述富余能量，那么借助水轮机把循环水系统中的富余能量的一部分利用起来，用水轮机取代传统的电机作为风机动力，使风机由原来的电力驱动改为水力驱动，给循环水降温，会省去风机电机的能耗。

水轮机的工作动力完全来自于循环水系统的能量，把原先循环水系统的能量回收二次利用，确保在不另增加水泵情况下降低电耗。

1.2 水轮机具有以下优点：

⑴、结构简单：组要有主轴、轴承座、蜗壳、转轮组成，省去了电动机、连接轴、变速齿轮机构。

⑵、转速慢：一般风机转速不超过300r/min，而电动机转速一般都在900r/min以上，通过变速箱降速来达到风机叶片需要的转速；而水轮机可以通过蜗壳内转轮转动直接达到风机转速的要求。转速的降低可以减少配件的磨损，降低风机运行中的振动和存在的风险因素。相应减少风机停机和检修频次，降低检维修费用。

⑶、风机转速可以调控：利用上水管阀开度调节水量可以控制风机转速，特别是北方春秋昼夜温差变化较大季节，可以随时根据水温变化调节风机转速。

⑷、节能：水轮机最大的优点就是节能。一般常用的风机匹配电动机最小功率为30KW，按北方气温每年至少要运行8个月，因此每台风机每年至少用电（30*24*30*8）17.28万度，这部分电能可以全部节约下来。

从水轮机具有的优点来看，无论是从维修、运行还是节能，采用水轮机代替电机还是比较划算的。但是再好的东西使用不恰当，最后都会成为鸡肋。因此在采用水轮机时的前提条件和安装时需要考虑和注意的事项尤为重要。

2 风机改造应用水轮机设计时注意事项：

由于大部分企业在建厂的同时就建有冷却塔并安装风机，要使用水轮机一般都是在原有风机上改造，因此在考虑应用水轮机前，首先要满足两个条件：一是回水压力，二是回水流量。在满足这两个条件下再继续进行设计。

在设计中还需要注意一下几点：

(1)水轮机进水口与原进凉水塔布水管液位差。由于水轮机进水管位置一般比进凉水塔布水管管线位置较高，因此要保证水轮机进水流量和压力，必须对同一冷却系统凉水塔上水管线进行限量，以此来保证水轮机所带风机转速。但是这样就减少了电动机风机凉水塔进水量，降低了冷却效果；同时各凉水池液位因流水量的变化产生偏差需要进行调节平衡。因此设计时要考虑水轮机具有足够的进水量或将所有进水管高度一起提升。

(2)水轮机应用要考虑冬季防冻。在北方冬季天气寒冷，不需要水轮机运行，但是凉水塔还需要投用降温，或者因水流量过小造成填料结冰，需要加大进水量化冰。所以在水轮机立管上需要增加进布水管旁通线，在必要时停止水轮机运行，有可以保证凉水塔正常运行达到冷却效果。

(3)水轮机叶片安装高度。由于风机风筒时内凹型，叶片安装高度要严格按照标准规定执行。或高或低都将降低风筒通风量，降低冷却效果。一般叶片安装高度在缩颈最小处上下100mm处。

3 水轮机选择和安装上注意事项：

(1)叶片安装角度。风机叶片安装角度比较重要，叶片角度过大风机转速提不起来，或者转速达到要求但是风速过大造成失水量大；另外风机叶片角度过大，负荷也会加大，如果叶片强度不够容易折损。叶片角度过小，风量不够，凉水塔冷却效果达不到要求。一般水轮机厂家都会尽量减小叶片角度以此来保证风机转速。叶片安装角度标准为叶稍边缘水平夹角的8～12o。

(2)水轮机安装中心位置。如果中心位置没有找准，风机叶片会蹭风筒壁，长时间运行对风机会带来安全隐患。

(3)水轮机安装要保持水平。因为水轮机安装不平，叶片安装后就会显示倾斜，运行时风机会失衡产生振动，对地脚螺栓和机体都会带来影响。

总之，水轮机的应用还属于新技术，前景很好，但是使用不当，不但会给操作带来不便，还会给安全生产带来隐患。所以在决定使用前要做好充足的技术准备工作。

[1]石油化工设备维护保养检修规程-通用设备《轴流式风机维护检修规程》.

[2]设备随机配戴的《水轮机使用说明书》.

勾朝阳（1966-）男，汉族，新疆乌石化职工，助理工程师，主要从事设备管理工作。