水 輪機(jī)主要工作部件是葉輪，葉輪接受了流體的能量，使葉輪旋轉(zhuǎn)。以宏觀的角度來研究能量的轉(zhuǎn)換，從而建立冷卻塔水輪機(jī)的基本方程。葉輪式水輪機(jī)主要有沖擊式 和反擊式兩種。雙擊式是沖擊式其中的一種，選用雙擊式是它的轉(zhuǎn)輪葉片之間水流有自由表面，不會對葉片產(chǎn)生氣蝕，延長使用壽命；轉(zhuǎn)輪前后水流沒有壓差；集中 用速度能對葉片兩次沖擊，能量的轉(zhuǎn)換效率較高；水流變化較大時(shí)適應(yīng)能力較好；立軸布置適合冷卻塔的特殊空間及電機(jī)減速器原位更換；增設(shè)尾水管，回收能量為 布水服務(wù)。

一、水輪機(jī)工作是依靠水的壓力。認(rèn)為冷卻塔用水輪機(jī)必需有富余的揚(yáng)程才能應(yīng)用。這是一個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)識。

　　凡符合***標(biāo)準(zhǔn)而在正常運(yùn)行的冷卻塔，進(jìn)塔的水流一定具有冷卻塔用于噴淋布水的壓力。水輪機(jī)用這個(gè)水壓即可正常發(fā)揮水輪機(jī)的工作，不要再額外要求增加有富余的水壓。一般冷卻塔的進(jìn)塔水壓***少不會少于3米。而水輪機(jī)技術(shù)發(fā)展至今，3米水頭即可很好發(fā)揮水輪機(jī)的效率。所以凡是國標(biāo)運(yùn)行的冷卻塔都可以用水輪機(jī)來取代，包括新裝備的冷卻塔。

二、水輪機(jī)是靠水壓來進(jìn)行工作的。進(jìn)塔水壓被用掉了，流過水輪機(jī)以后就沒有了水壓，無法用于布水。這是一個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)識。

　　水 輪機(jī)的做功主要有三個(gè)能量。一是水流的動能，冷卻塔進(jìn)水，從進(jìn)入水輪機(jī)再到布水器，水流的流速不變，因?yàn)槊荛]的循環(huán)水管路中沒有水流被分流出去，沒有損 失，動能是質(zhì)量與速度的乘積，質(zhì)量不變，速度不變，所以動能不變。在水輪機(jī)中速度變化用于做功，但在出水輪機(jī)的尾水速度還原了。在水流的全程中動能不會損 失掉，一直保持到布水器的進(jìn)口。二是勢能沒有損失，水輪機(jī)***在布水器上方，它的進(jìn)出水口處在同一個(gè)水平線中，勢能是高度與質(zhì)量的乘積，進(jìn)出水位高度不 變，所以勢能也沒有損失。進(jìn)水輪機(jī)時(shí)用了勢能，在出水輪機(jī)時(shí)被還原了。三是壓能，壓能是水壓力與水質(zhì)量的乘積。壓能如果全部被用掉了，還有動能。還有從水 輪機(jī)尾水管到布水器之間的垂直高度的勢能。足夠布水的能量。但水輪機(jī)不可能全部用掉水頭。

　　根據(jù)動量矩定理，在單位時(shí)間內(nèi)，動量矩的變化等于外力的合力矩。按圖1所示，合力矩M = QC1L1+ QC2L2+ QC3L3+ Q***L4

　　為獲得較好的葉輪效率，要求在葉輪的出口處未被利用的能量盡量少，即把下一個(gè)葉片出口處***速度盡量趨向零。則

　　M = QC1L1+ QC2L2+ QC3L3

　　上式的后兩項(xiàng)中的一項(xiàng)是出水口的動量矩，另一項(xiàng)是入水口的動量矩，由于轉(zhuǎn)換的需要，一個(gè)減少，一個(gè)增加，互補(bǔ)為零，***終剩下初始葉片的入口動量矩為這個(gè)葉輪的實(shí)際動量矩。

　　M = QC1L1= QC1COSα1R

　　葉輪旋轉(zhuǎn)的功為角速度（ω）與動量矩的乘積。

　　P = ωM = ωQC1COSα1R

　　葉**的原始動能是流量（Q）與揚(yáng)程(H)的乘積，要使水流的能量轉(zhuǎn)換為葉輪的能量，只有令兩式相等才能實(shí)現(xiàn)。

　　ωQC1COSα1R = QH

　　上 式說明質(zhì)量流量在能量轉(zhuǎn)換前后沒有變化，水流的揚(yáng)程就是水輪機(jī)的能量，揚(yáng)程越高，動量越大。凡冷卻塔一定具有進(jìn)塔水壓，進(jìn)塔水壓即為可轉(zhuǎn)換的能量，可滿足 風(fēng)葉的實(shí)際軸功率。冷卻循環(huán)水泵的揚(yáng)程在系統(tǒng)中是一個(gè)定值，在改造時(shí)加上水輪機(jī)，阻力增加，不會增加泵的電流，反而會減少電流。水輪機(jī)的阻力很小，只相應(yīng) 地減少趨零的電流。

　　在我國的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中只有JB/T 7640—1994的機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“雙擊式水輪機(jī)系列型譜”較簡單地介紹了一些性能參數(shù)，但該標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式規(guī)定均為臥式，且使用范圍功率12kW至100Kw，水頭大于8m , 流量大于0.1m3/s , 為了適用于冷卻塔，只得另辟蹊徑，創(chuàng)新一種立軸帶有尾水管的微型水輪機(jī)，如圖2。2003年1月8日獲專利權(quán)。2003年10月8日發(fā)明專利公告。

　　冷卻塔匹配的電機(jī)電耗，***標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)塔小于0.04kW/t 、中溫塔小于0.06kW/t 推算。改用水輪機(jī)***，不用再考慮電機(jī)匹配，只考慮進(jìn)塔水流的能量是否達(dá)到風(fēng)葉的軸功率。表2列示水頭功率，是減去水輪機(jī)阻力0.5m以后，與相應(yīng)的氣水比空氣量和風(fēng)葉軸功率的統(tǒng)計(jì)表，達(dá)到對應(yīng)值即可達(dá)到冷卻效果。風(fēng)葉的風(fēng)量是在多少軸功率轉(zhuǎn)速情況下產(chǎn)出，關(guān)鍵是軸功率，只要軸功率達(dá)到風(fēng)葉的額定值，轉(zhuǎn)速自然達(dá)到，風(fēng)量自然也達(dá)到。

注：風(fēng)葉軸功率等于水輪機(jī)輸出軸功率，按每3.3•104m3/h風(fēng)量1kW計(jì)算。***標(biāo)準(zhǔn)匹配電機(jī)功率為標(biāo)準(zhǔn)塔小于0.04kW/t,中溫塔小于0.06kW/t。

三測試2003年8月1日由上海交通大學(xué)、上海節(jié)能中心聯(lián)合對模型水輪機(jī)進(jìn)行測試，測試數(shù)據(jù)如下：

　　流量：94m3/h

　　水頭：4m

　　傳感器顯示功率：0.9Kw

　　轉(zhuǎn)速：326r/min

　　計(jì)算得水輪機(jī)的效率為0.88，JB/T標(biāo)準(zhǔn)為0.82。

　　2003年8月5日又對上海乳制品研究所的200t/h塔經(jīng)水輪機(jī)改造后去掉風(fēng)機(jī)電機(jī)使用3年的塔進(jìn)行對比性測試。

　　泵IS—150—125—250 3臺，其中1臺為備泵，揚(yáng)程20m, 流量200t/h, 塔兩臺，距地面14m, 風(fēng)機(jī)電機(jī)軸功率3.9Kw, 制冷機(jī)8FS10, Q = 134400kcal/h 2臺。1臺泵供1臺塔1臺制冷機(jī)。用戶長期使用該塔，完全節(jié)約了5.5kW的電機(jī)，節(jié)電100％，3年來節(jié)省了大量的電費(fèi)。用戶反映極為滿意。