[发明专利]提高水轮机出水效率的方法及结构

说明书

技术领域

     本发明属于一种水轮机技术，尤其是一种用于替代电机带动风扇转动的冷却塔用水轮机，具体地说是一种提高水轮机出水效率的方法及结构。

背景技术

冷却塔是很多行业的重要设备，以前通过电机带动风机的转动，电能消耗大，成本高。当前流行的方法是采用水轮机替代电机，利用进塔水的富余能量来推动水轮机的转动，节能效果非常明显，企业有很强的意愿用水轮机替换电机，市场前景广阔。

但是，由于这些冷却塔是根据以前的标准设计的，采用水轮机替换电机时，现有水动风机冷却塔风筒内风机与机座空间有限，严重影响水轮机的出水效率。

现有的解决方法是对冷却塔的结构进行部分改造，或者设计专门的水轮机，但是这些方法周期长、效率低，且成本高。

由于现有的冷却塔改造过程中使用的出水结构均为中出水管垂直安装，而与出水管相连以便将冷却水排出的排出管则与出水管正交安装，而从水轮机蜗壳中排出的水在出水管中是以旋流的方式下落的，即，冷却水边在出水管中旋转边在重力的作用下下降，冷却水到达排水管时不是以正交的方式进入排水管而是以一个旋流角度斜冲进排水管造成排水不畅，冷却水原有的动能不仅不能起到加速排放的效果，反而会增加流阻，对此，人们并未引起重视和利用，因此如何充分利用冷却水原有的动能来提高出水效率则大有可为。

发明内容

本发明目的是针对现有的冷却塔用水轮机出水效率不高，冷却水的旋转动能未能充分利用的问题，发明一种提高水轮机出水效率的方法，同时提供一种相应的水轮机高效出水装置。

本发明的技术方案之一是：

一种提高水轮机出水效率的方法，其特征是在水轮机的出水管的出水端周向设置至少两个弧形出水管，使原本出水管中边旋转边向下并从与出水管正交的排水管排出的冷却水在旋转动能的作用下沿与出水管非正交的弧形排水管以旋流的方式排出，以减小冷却水流出排水管出的流阻，提高排水效率。

所述的弧形出水管的数量为四个。

所述的弧形排水管中旋流水的旋流角ɑ满足以下条件：ɑ=arctg(4L/D)；

式中：ɑ是指直线Sm与mn的夹角，其中Sm是出水管垂直管径中点m、弧形排水管外弧与出水管的交点S的连线，mn是水管垂直管径中点m，弧形排水管弧开中心线与出水管的交点n的连线，L为出水管垂直管径中点m离p点的直线距离，p点是mn的延长线与弧形排水管弧开中心线的交点，D为出水管的管径；出水管管径满足以下条件：

D=2000(Q/3.14V₁)^1/2

式中：D—出水管直径（mm）

      Q—水轮机出水量（m³/s）

         V₁—出水管中水的流速（m/s），按管径和流量确定V₁的取值在1.8～2.2m/s之间；

所述的弧形排水管的管径满足以下条件：

d=2000(Q/12.56V₂)^1/2

式中：d—旋流管直径（mm）

      Q—水轮机出水量（m³/s）

      V₂—弧形出水管中水的流速（m/s），按管径和流量确定V₂的取值在1.8～2.2m/s之间。

本发明的技术方案之二是：

一种水轮机高效出水装置，其特征是在水轮机出水管的出水端周向连接至少两个起旋流作用的弧形排水管，使原本出水管中边旋转边向下并从与出水管正交的排水管排出的冷却水在旋转动能的作用下沿与出水管非正交的弧形排水管以旋流的方式排出，以减小冷却水流出排水管出的流阻，提高排水效率。

所述旋流排水管的旋流角度与水轮机转轮的角度对应设置。

所述旋流管为4个。

所述的弧形排水管中旋流水的旋流角ɑ满足以下条件：ɑ=arctg(4L/D)；

式中：ɑ是指直线Sm与mn的夹角，其中Sm是出水管垂直管径中点m、弧形排水管外弧与出水管的交点S的连线，mn是出水管垂直管径中点m，弧形排水管弧开中心线与出水管的交点n的连线，L为出水管垂直管径中点m离p点的直线距离，p点是mn的延长线与弧形排水管弧开中心线的交点，D为出水管的管径；出水管管径满足以下条件：

D=2000(Q/3.14V₁)^1/2

式中：D—出水管直径（mm）