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环水系统水轮机特性选型

发表时间:2021-10-23 14:51

一、 循环水系统水轮机特性选型

菱捷专利为反击混流式水轮机,其他厂家使用(或专利)冲击式水轮机

水动能回收型冷却塔和冷却塔节能改造技术的核心是水轮机,水轮机的效率决定改造的成功与否,而影响水轮机效率的因素从水轮机选型、到工艺结构都对节能改造的系统富余能量的有效利用起着决定性的作用。

3.1水轮机的分类

水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类

冲击式水轮机工作原理:冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转,有收缩喷嘴,能把水流能量转变为高速射流的动能主要是动能的转换。


对于冲击式水轮机而言,需尽可能减小管道面积以输出更多的能量。对所有的冲击式水轮机而言进水口处都有明显的变径(如下图2),也就相当于在管道上增加了一个阀门,多消耗了一部分能量。

反击式水轮机能量计算公式:P=ρg Q H

对于反击式水轮机而言,需尽可能增加势能以输出更多的能量。通过反击式水轮机的转轮来增加势能,满足输出功率要求,没有管道变径(如下图1),不存在额外的能量损耗。

对循环水系统而言,反击式水轮机高效率的利用系统中的流量和扬程提供的势能比冲击式水轮机减小管道面积获得更高动能更可取。

对工业循环水系统而言,额外增加阻力会减少水泵的输出流量。

所以对工业循环水系统而言,冲击式水轮机不可取。

3.3两种形式水轮机的效率比较

在反击式水轮机中,水流充满整个转轮流道,全部叶片同时受到水流的作用,所以在同样的水头下,转轮直径小于冲击式水轮机。最高效率也高于冲击式水轮机。



根据冷却塔节能技改所应用工业循环水系统的特性,利用循环水系统富余能量驱动水轮机运转,在工业循环水中较小流量和较小压头的前提下,系统能量的有效利用是建立在水轮机高效率的基础上。在相同的流量和水头下,反击式混流水轮机比冲击式水轮机效率更高,可提供更大的轴功率和更高的转速

所以对工业循环水系统而言,冲击式水轮机不可取。

附:市场上的反击式水轮机与冲击式水轮机对比

反击式水轮机与冲击式水轮机对比

内 容

反击式混流水轮机

冲击式水轮机

工作原理

反击式水轮机是利用水流的压力和动能来做功

冲击式水轮机是利用高速水流冲击叶片或水斗来做功

工艺结构

蜗壳球墨铸铁一体铸造

转轮不锈钢一体铸造

蜗壳钢结构焊接

转轮钢结构焊接

工艺优势

铸件结构流道尺寸更精确,流道表面更光滑,有利于提高水轮机的效率

钢结构焊接成本低。

工艺、质量保障性低。

实际效率

0.8

-

最高效率

0.95

0.91

应 用

世界上使用最广泛的一种水轮机其结构较简单,最高效率也比轴流式的高。

这类水轮机都用于高水头电站,水头变化相对较小,速度变化不大,因而效率受负荷变化的影响较小,效率曲线比较平缓。

水头范围

混流式水轮机适用的水头范围很宽,为5700

小型水斗式用于水头40250m,大型水斗式用在水头4004500m

3.4混流式水轮机的选型

水轮机效率的高低主要看水轮机的转轮,水轮机的转轮是大型发电机组厂家经过多次的试验和改型确定的,其叶片的形状是不可以轻易改变的,对于一定形状的叶片,分别给出三个参数:单位流量(Q1)、单位转速(n1)和单位功率(N1),同一种叶片形状做成不同大小的转轮其上述参数不变。对于特定的转轮,选定了转轮直径(D)和水轮机的利用水头(H)后,水轮机的输出转速(n)、过流量(Q)和输出功率(N)可通过下面的公式求得。


水轮机的选型是这样的,对于选定的转轮型号,也就是选定水轮机的上述参数后,再选定一个转轮直径,并根据实际水轮机利用的水头计算水轮机的过流量和输出功率,如果过流量和输出功率满足我们要求的流量和风机轴功率时,则水轮机型号选择合适,如不能满足要求,则更换转轮直径和水轮机型号,直到计算出来的水轮机过流量和输出功率满足要求,这时计算出的转速就是水轮机的输出转速,用该转速和风机轴转速的比即为减速器的减速比。

3.5水轮机配套减速器作用

绘制功率限制线的目的是考虑到水轮机在最大功率下运行时,已不可能按正常规律进行功率调节。水轮机在超过95﹪最大功率运行时,若导叶开度增大,流量会增大,单功率并不一定增加,甚至可能会减少。这是因为此时转轮中的水力损失急剧增加,水轮机效率下降对功率的影响超过了流量对功率的影响。这种情况使调速器对水轮机的调节性变得很差,可能会危及水轮机的运行稳定。为了避免发生这种情况,并保证水轮机具有一定的功率储备,故将水轮机限制在最大功率的95﹪(大型水轮机有时取97﹪)范围内运行。

新研制的混流式水轮机转轮,其模型综合特性曲线中还标出了初生空化线,给类涡带发生的区域和无涡带区以及保证运行范围等。图为混流式水轮机的模型综合特性曲线图。

摘自:中国电力出版社08年版《水轮机原理与运行》P240页

结论:根据混流式水轮机模型综合特性曲线,保证水轮机在最大功率下运行,则输出轴的转速远高于冷却塔风机所需的转速,如果强制性降低水轮机的转速,则会大大降低水轮机效率,为保证水轮机的运行高效稳定,减速机的作用是显而易见的。

一、 菱捷设备特点

4.1菱捷专利-反击式混流水轮机

水动能回收型冷却塔和冷却塔节能改造技术的核心是水轮机,我公司根据冷却塔热力特性和循环系统特性自主研发的混流反击式水轮机,该水轮机的水能回收利用率高,从而对低能量富裕的冷却塔循环水系统实现改造而达到100%节能的目的。水轮机结构采用混流反击形式,有以下优势:

a、 水轮机蜗壳采用一次成型整体铸造工艺,精度高,流道表面更光滑,有利于提高水轮机的效率

b、 水轮机转轮采用一次成型整体铸造工艺,精度高,导叶可调节,在不同的压头范围内可调节转速,满足转速要求。

c、 水轮机为球墨铸铁材质,耐磨性好,耐腐蚀性强,在偏碱或偏酸等水质较差的情况下均可正常运行。

d、 我公司生产的混流反击式水轮机,较其他形势水轮机更效率高,应用水头范围更广。我公司拥有完整的水轮机生产线和一流的加工设备,产品精度高,质量好,性能稳定,使用寿命长。


4.2菱捷专利---双剖分式油封



传统减速机,这些设备中的传统密封元件——骨架式油封,最长寿命为8000小时,到期必须更换.更换时需对设备停机解体,费工费时。而传统的剖分式油封为单剖分,剖分口易错位、整体刚度差,因此,油封的剖分技术成为密封行业的难题。

1.立体定位技术——由骨架和密封主体的立体定位对接,保障径向和轴向的双向锁定,实现剖分端面的辅助定位和自动锁紧。

2.微量挤压配合——剖分处骨架两端口在自由状态下有微量间距,对接后密封主体剖分端面自动形成微量挤压配合,确保弹性补偿和密封性能。打破了传统骨架油封不能剖分的常规,开辟了密封技术的新领域。

优势特点:

a.骨架采用特种高分子复合弹性材料,确保剖分后的回弹性和刚度。

b.以进口特种合成橡胶为弹性主体,且磨擦系数极低,使用寿命长。

c.弹性材料唇口配合进口Z形弹簧,提高唇口对轴的追随性,避免了硬质材料唇口的固有缺点。

d采用双剖分式油封在减速机与水轮机连接部位,不需要拆分设备即可方便地更换,并杜绝因油封老化造成的减速机损坏等现象。

由于水轮机输出轴位置工况复杂---无油,有压,摩擦力大,水平冲击大,长期运行会造成严重磨损,而水轮机传统密封方式以机械密封和盘根密封为主,考虑机械密封的寿命和盘根密封的磨损,水轮机密封问题是水轮机一大难题。同时因水流冲击会产生水平位移,造成设备震动,严重损坏减速机。

4.3.1菱捷公司采用阶梯式尼龙迷宫密封,从根本上解决传统的水轮机耐磨、密封性、的问题.

4.3.2尼龙非常耐磨,一般硅基耐磨尼龙的耐磨寿命为20000小时,解决了传统水轮机机械磨损的寿命问题.

4.3.3也相当于已各华东轴承,在此位置安装一个滑动华东轴承,可有效解决因水轮机转轮运动时造成的水平冲击,确保系统运行平稳、提高抗压强度,延长寿命.

4.3.4尼龙迷宫密封是在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿,齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔,被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。
4.3.5由于尼龙迷宫密封的转子和机壳间存在间隙,无固体接触,毋须润滑,并允许有热膨胀,适应高温、高压、高转速频率的恶劣环境。尼龙密封圈比一般密封圈密封性能更好,在轴承运转时,由于温度升高,轴承与尼龙密封圈之间的水泡会把间隙堵死,从而提高密封性能.

结论:阶梯式尼龙迷宫密封有效防止漏水、减少因水流引起的水平震动延长减速机的寿命,是替代传统密封的地最好方法.

4.4菱捷冷却塔专用GPRS远程数据采集管理系统

4.4.1概述

当前冷却塔故障问题已经成为影响循环水系统以至于全面生产环节中的重要因素。建立冷却塔故障数据远程管理的保障系统,是冷却塔运行以及循环水管理的需要。一直以来冷却塔运行中,漏油、过振等突发事故,危害巨大,因此冷却塔运行参数远程监控终端,通过对冷却塔系统运行数据动态远程监控、分析、预报、及时发现故障尤其是突发故障先兆,迅速做出反应,实时给予决策支持并实施自动监控,为循环水系统正常运转以及全面生产提供安全保障;为设备管理部门提供多层次信息管理和决策支持手段,在兼顾现场调度和故障隐患预判的基础上实现循环水系统安全运行。

4.4.2系统组成

冷却塔运行参数远程管理系统主要由中心监控站、手机、现场传感器(测振仪、油位计、油温计、风量仪等)、远程数据采集终端以及冷却塔运行情况分析软件组成。系统拓扑结构示意图如下:



4.4.3系统部分

根据现场应用情况整个冷却塔专用GPRS远程数据采集管理系统被分成三大部分。

第一部分是现场数据采集装置,实时将现场的油位、油温、震动、风量、流量等数据采集到智能远程测控终端内并支持测量信号种类的扩展,根据实时数据实现数据采集现场的自动报警,防止事故的发生;并且由智能远程测控终端将数据采用主动或被动的方式发送到监控中心;

第二部分是监控中心及冷却塔运行参数分析软件,它实现对数据的接收、存储、显示、数据请求以及曲线显示、报表打印输出等信息管理工作和方便地访问实时和历史数据,并通过菱捷十年冷却塔制造经验,编写的冷却塔运行参数分析软件,对所采集信号进行运行分析和故障预测。

第三部分是短信息预警系统,该短信息预警硬件仍以现场智能远程测控终端为基础,通过编程,可实现在冷却塔运行参数分析软件检测到不良状态时,自动以手机短信息的方式将报警信息发送到管理人员的移动电话上,使管理人员及时了解到现场的不良状况,从而为安全生产作业提供信息保证。       

4.4.4硬件部分

1)、基本原理:

通过RS—485总线将数字传感器(也可采用模拟输出传感器)与数据采集终端连为一体,构成现场监控单元。数据采集终端内置:CPU模块、数据存储模块、控制模块、GPRS/CDMA数据通信模块。可现场接入多路模拟量、开关量、继电器信号等数据,然后直接通过 GPRS 无线模块将现场数据与远程控制中心连接,将采集数据实时发送到远程数据库服务器,并存储到数据库中。 通过该系统,即使在远离观测现场的异地,也能方便地对各种环境要素如流量、压力等数据的采集读取,真正实现了远程监测和数据共享的功能。除数据远程采集、实时监控外,系统还可实现远程手机报警,并通过用户手机远程控制现场设备。



               (设备结构示意图)






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