冷却塔的工作原理、安装、选型及故障分析

一、冷却塔工作基本原理
干燥（低焓值）的空气经过风机的抽动后，自进风网处进入冷却塔内；饱和蒸汽分压力大的高温水分子向压力低的空气流动，湿热（高焓值）的水自播水系统洒入塔内。当水滴和空气接触时，一方面由于空气与水的直接传热，另一方面由于水蒸汽表面和空气之间存在压力差，在压力的作用下产生蒸发现象，带走蒸发潜热，将水中的热量带走即蒸发传热，从而达到降温之目的。

二、冷却塔的工作过程
以圆形逆流式冷却塔的工作过程为例：
热水自主机房通过水泵以一定的压力经过管道、横喉、曲喉、中心喉将循环水压至冷却塔的播水系统内，通过播水管上的小孔将水均匀地播洒在填料上面；干燥的低晗值的空气在风机的作用下由底部入风网进入塔内，热水流经填料表面时形成水膜和空气进行热交换，高湿度高晗值的热风从顶部抽出，冷却水滴入底盆内，经出水管流入主机。

一般情况下，进入塔内的空气、是干燥低湿球温度的空气，水和空气之间明显存在着水分子的浓度差和动能压力差，当风机运行时，在塔内静压的作用下，水分子不断地向空气中蒸发，成为水蒸气分子，剩余的水分子的平均动能便会降低，从而使循环水的温度下降。

从以上分析可以看出，蒸发降温与空气的温度（通常说的干球温度）低于或高于水温无关，只要水分子能不断地向空气中蒸发，水温就会降低。但是，水向空气中的蒸发不会无休止地进行下去。

当与水接触的空气不饱和时，水分子不断地向空气中蒸发，但当水气接触面上的空气达到饱和时，水分子就蒸发不出去，而是处于一种动平衡状态。蒸发出去的水分子数量等于从空气中返回到水中的水分子的数量，水温保持不变。由此可以看出，与水接触的空气越干燥，蒸发就越容易进行，水温就容易降低。

三、冷却塔分类

四、冷却塔组成
1、淋水填料：
将需要冷却的水（热水）多次溅洒成水滴或形成水膜，以增加水和空气的接触面积和时间，促进水和空气的热交换。水的冷却过程主要在淋水填料中进行。

2、配水系统：
将热水均匀分布到整个淋水填料上，热水分布均匀与否，对冷却效果影响很大。如水量分配不均匀，不仅直接降低冷却效果，也会造成部分冷却水滴飞溅而飘逸到塔外。

3、通风设备：
在机械通风冷却塔中利用通风机产生预计的空气流量，以保证要求的冷却效果。

4、空气分配装置：
利用进风口、百叶窗和导风板等装置，引导空气均匀分布于冷却塔整个截面上。

5、通风筒：
通风筒的作用是创造良好的空气动力条件，减少通风阻力，并将排出冷却塔的湿热空气送往高空减少湿热空气回流。

机械通风冷却塔的通风筒又称风筒。风筒式自然通风冷却塔的通风筒起通风和将湿热空气送往高空的作用。

6、除水器：
将排出湿热空气中所携带的水滴与空气分离，减少逸出水量损失和对周围环境的影响。

7、塔体：
冷却塔的外部围护结构，机械通风冷却塔和风筒式自然通风冷却塔的塔体是封闭的，起到支撑、维护和组织合适气流的功能；开放式冷却塔的塔体沿塔高做成开敞的，以便自然风进入塔体。

8、集水池：
设于冷却塔下部，汇集淋水填料落下的冷却水，有时集水池还具有一定的储备容积，起调节流量作用。

9、输水系统：
进水管将热水送到配水系统，进水管上设置阀门，以调节冷却塔的进水量，出水管将冷却后的水送往用水设备或循环水泵。在集水池还装设补充水管、排污管、溢流管、放空管等，必要时还可在多台冷却塔之间设连通管。

10、其它设施：
包括检修门、检修梯、走道、照明、电气控制、避雷装置以及必要时设置的飞行障碍标志等，有时为了测试需要还设置冷却塔测试部件。

上述各种部件的不同组合，构成各种形式和用途的冷却塔：开放点滴式冷却塔、风筒式自然通风冷却塔、抽风（或鼓风）逆流式冷却塔、抽风横流式冷却塔等。

五、冷却塔的适用范围
工业生产或制冷工艺过程中产生的废热，一般要用冷却水来导走。冷却塔的作用是将携带废热的冷却水在塔内与空气进行热交换，使废热传输给空气并散入大气中。

例如：火电厂内，锅炉将水加热成高温高压蒸汽，推动汽轮机做功使发电机发电，经汽轮机作功后的废汽排入冷凝器，与冷却水进行热交换凝结成水，再用水泵打回锅炉循环使用。这一过程中乏汽的废热传给了冷却水，使水温度升高，携带废热的冷却水，在冷却塔中将热量传递给空气，从风筒处排入大气环境中。

冷却塔应用范围：主要应用于空调冷却系统、冷冻系列、注塑、制革、发泡、发电、汽轮机、铝型材加工、空压机、工业水冷却等领域，应用最多的为空调冷却、冷冻、塑胶化工行业。

六、冷却塔的安装参考
1、环境选择：
（1）、应避免装于防水通道、易反射音量的高墙，应装于屋顶或空气流通的地方。
（2）、两台或以上冷却塔并用时，应注意塔身间距。
（3）、不应安装在四面有外墙或密不透风的地方，并应注意塔身与外墙间距。
（4）、应避免安装有煤烟及灰尘较多的地方，以防止上面堵塞。
（5）、应远离厨房及锅炉房等到较热的地方。

2、安装要点：
（1）、基础应水平不能倾斜，冷却塔中心线垂直于水平面。
（2）、对于175t以上冷却塔的出入水管应调协支座。
（3）、当两台或以上水泵时，应在两盆之间加一平衡水管。
（4）、循环出入水接驳，宜用避震喉连接。
（5）、冷却塔风机叶片应与塔壁间隙一致，决不允许两侧间隙相差太大，发现问题要及时解决。
（6）、电机及减速器要定期检查维修，减速器应检查油位。

3、启动检查：
（1）、所有螺丝是否紧固，塔内是否有杂物。
（2）、风扇及淋水系统转动是否顺畅。
（3）、 检查电源与马达电压是否一致。
（4）、皮带组合安装是否正确。
（5）、开启补水阀将水盆及水管完全注满水，水位低于满水喉25mm。
（6）、起动时，先于水泵、后开风机，检查风向、及风量，及时调整直至达到要求为止。
（7）、停止时，先停风机后停水泵。

4、运行检查：
（1）、保持水塔内清洁，定期做水质处理。
（2）、运行约60h后，须重新检查皮带拉力确保正常。
（3）、齿轮减速箱油位及运行150h后须更换润滑油。

七、冷却塔选型的依据
01选型须知
1、请注明冷却塔选用的具体型号，或每小时处理的流量。
2 、冷却塔进塔温度和出塔水温。
3、请说明给什么设备降温、现场是否有循环水池，现场安装条件如何。
4、若需要备品备件及其他配件，有无其他要求等请注明。
5、非常条件使用请说明使用环境和具体情况，以便选择适当的冷却塔型号。
6、特殊情况、型号订货时请标明，以双方合同、技术协议约定专门进行设计。

冷却塔详细选型：
1、首先要确定冷却塔进水温度，从而选择标准型冷却塔、中温型冷却塔还是高温型冷却塔。
2、确定使用设备或者可以按照现场情况对噪声的要求，可以选择横流式冷却塔或者逆流式冷却塔。
3、根据冷水机组或者制冷机的冷却水量进行选择冷却塔流量，一般来讲冷却塔流量要大于制冷机的冷却水量。（一般取1.2—1.25倍）。
4、多台并联时尽量选择同一型号冷却塔。
其次，冷却塔选型时要注意：
1、冷却塔的塔体结构材料要稳定、经久耐用、耐腐蚀，组装配合精确。
2、配水均匀、壁流较少、喷溅装置选用合理，不易堵塞。
3、冷却塔淋水填料的型式符合水质、水温要求。
4、风机匹配，能够保证长期正常运行，无振动和异常噪声，而且叶片耐水侵蚀性好并有足够的强度。风机叶片安装角度可调，但要保证角度一致，且电机的电流不超过电机的额定电流。
5、电耗低、造价低，中小型钢骨架玻璃冷却塔还要求质量轻。
6﹑冷却塔应尽量避免布置在热源、废气和烟气发生点、化学品堆放处和煤堆附近。
7、冷却塔之间或塔与其它建筑物之间的距离，除了考虑塔的通风要求，塔与建筑物相互影响外，还应考虑建筑物防火、防爆的安全距离及冷却塔的施工及检修要求。
8、冷却塔的进水管方向可按90°、180°、270°旋转。
9、冷却塔的材料可耐-50℃低温，但对于最冷月平均气温低于-10℃的地区订货时应说明，以便采取防结冰措施。冷却塔造价约增加3%。
10、循环水的浊度不大于50mg/l，短期不大于100mg/l不宜含有油污和机械性杂质，必要时需采取灭藻及水质稳定措施。
11、布水系统是按名义水量设计的，如实际水量与名义水量相差±15%以上，订货时应说明，以便修改设计。
12、冷却塔零部件在存放运输过程中，其上不得压重物，不得曝晒，且注意防火。冷却塔安装、运输、维修过程中不得运用电、气焊等明火，附近不得燃放爆竹焰火。
13、圆塔多塔设计，塔与塔之间净距离应保持不小于0.5倍塔体直径。横流塔及逆流方塔可并列布置。
14、选用水泵应与冷却塔配套，保证流量，扬程等工艺要求。
15、当选择多台冷却塔的时候，尽可能选用同一型号。
02三个指标
此外，衡量冷却塔的效果还通常采用三个指标：
（1）冷却塔的进水温度t1和出水温度t2之差Δt。Δt被称为冷却水温差，一般来说，温差越大，则冷却效果越好。对生产而言，Δt越大则生产设备所需的冷却水的流量可以减少。但如果进水温度t1很高时，即使温差Δt很大，冷却后的水温不一定降低到符合要求，因此这样一个指标虽是需要的，但说明的问题是不够全面的。
（2）冷却后水温t2和空气湿球温度ξ的接近程度Δt’。Δt’=t2-ξ(℃)Δt’称为冷却幅高。Δt’值越小，则冷却效果越好。事实上Δt’不可能等于零。
（3）考虑冷却塔计算中的淋水密度。淋水密度是指1m2有效面积上每小时所能冷却的水量。用符号q表示。q=Q/Fm3/m2.h（Q-冷却塔流量，m3/h；F-冷却塔的有效淋水面积，m2）。
03方法/步骤
冷却塔的制冷量要根据使用地的湿球温度、相对湿度、空气流动速度、喷淋水量、冷却介质粘度系数、换热管热阻等参数进行繁琐的热工计算。一般选型时用户可按以下简单方式进行，根据计算的制冷量（Kcal/h），选择相应制冷能力冷却塔。
☆根据冷却介质流量、温差计算 Qs=cm△t
Qs-冷却介质散热量，单位Kcal/h；
C-冷却介质比热容，单位Kcal(kg·℃)，水的比热容为1Kcal/kg·℃；
m-冷却介质质量，也即流量，单位为kg/h；
△t-冷却介质进、出口温差，单位为k或℃。
☆根据设备无效功率计算 Qs=额定功率（Kw）*比例*860(Kcal/(h·kw))
☆根据淬火件产量计算 Qs=淬火件产量（kg/h）*淬火件比热容*淬火件温差。

　　已知基它条件确定冷却塔循环水量的常用公式：
　　a.冷却水量=主机制冷量（KW）×1.2×1.25×861/5000（m3/h）
　　b.冷却水量=主机冷凝器热负荷（kcal/h）×1.2/5000（m3/h）
　　c.冷却水量=主机冷凝器热负荷（m3/h）×1.2（m3/h）
　　d.冷却水量=主机制冷量（冷吨）×0.8（m3/h）
　　e.冷却水量=主机蒸发器热负荷（kcal/h）×1.5×1.25/5000（m3/h）
　　f.冷却水量=主机蒸发器热负荷（m3/h）×1.2×1.25（m3/h）
　　g.冷却水量=主机蒸发器热负荷（冷吨）×1.2×1.25×3024/5000（m3/h）
　　注：以上：1.2为选型余量1.25为冷凝器负荷系数。
　　h.远大溴化锂主机每100万大卡的制冷量在
　　工况①：37.5/32/28，（冷却水流量：300~330m3/h）配350-400的塔；
　　工况②：37/30/28，（冷却水流量：248m3/h）配450的塔。

八、冷却塔常见问题和故障的分析与解决方法

九、冷却塔的正确操作方法

冷却塔虽然是空调制冷系统中的附属设备，但它却担负着散发整个系统所吸收的总热量的重要任务。因此，对冷却塔的操作正确与否，直接关系到整个空调系统的制冷效果和节能。由于以上谈到的冷却塔的误操作比较普遍，并且从开机到关机的整个过程都存在，所以其危害极大，应引起有关操作人员和管理人员的高度重视。

冷却塔正确的操作方法和要求是：
1、冷却塔的使用台数与机组的开启台数相匹配。
2、关闭不开风机的冷却塔的进、出水阀，防止冷却水在不使用的塔中流过。
3、临时增开的冷却塔风机，在关掉该风机后，千万不要忘记关闭该塔的进、出水阀，
4、每班开机后均要检查冷却塔的运行情况，如发现未开风机的冷却塔有冷却水经过，要及时关闭该塔进出水阀。将托水盘水位调节好。空调系统的冷凝器、蒸发器、螺杆式冷水机，有的机组装有电动阀，但电动阀容易出故障、失灵，故应加强检查，确保系统正常、正确运行制冷过程实际上是一个热交换过程。冷水机组的热交换较之窗式、分体式、柜式空调复杂，前者为间接制冷，后者为直接制冷。

十、冷却塔的噪声治理
冷却塔噪声的评价指标
目前，对冷却塔噪声有两种不同的评价指标，其一为针对冷却塔设计和生产厂家的国家产品标准GB/T7190.1—1997、GB/T7190.2—1997《玻璃纤维增强塑料冷却塔》，标准对不同循环水量与型号的产品规定用户的国家标准GB3096-2008《声环境质量标准》，标准对不同环境区域规定了最高声级。
冷却塔噪声治理现状
如果企业按照GB/T7190.1—1997、GB/T7190.2—1997的最高限值生产冷却塔，所有产品都不能满足国标GB3096—2008对于二类以下地区夜间噪声≤45~50dB(A)的要求，只有少数几种低吨位超低噪声型号的冷却塔可以满足少部分区域夜间噪声标准的要求。
   目前冷却塔的降噪措施并非行之有效，如声屏障对于低频波的绕射无能为力，隔声罩会阻碍气流流动导致热湿交换不良，对宽频噪声吸声效果差等，这使得冷却塔的噪声控制日益受到人们的重视。
   因此，冷却塔周围的居民和政府的环保部门依据国家环境噪声标准GB3096—2008要求冷却塔用户对冷却塔产生的噪声污染治理。
   冷却塔噪声声源冷却塔噪声源主要由以下４个部分组成：
１）风机进排气噪声；
２）淋水噪声；
３）风机减速器和电动机噪声；
４）冷却塔水泵、配管和阀门噪声。
声源属性：噪声源为落水区下的巨大圆形水面，为塔内冷却落水对池水的大面积连续的液体间撞击产生的稳态水噪声；是机械噪声、空气动力噪声、电磁噪声之外的一种特殊噪声。
声源特征
声源声级：80dB（A）左右。
频谱：音频分布呈高频（1000－16000 Hz）及中频（500－1000Hz）成分为主的峰形曲线；峰值位于4000Hz左右。
声速：c＝340m/s。
波长：λ＝c／f；1.36m（250 Hz）～0.02 m（1000 Hz），以0.085m（4000 Hz）为主。两个最主要噪声源风机噪音：声波长，穿透能力强，声音衰减不明显，治理困难。
空气在冷却塔顶导流管内产生湍流和摩擦激发的压力扰动，产生噪声，同时桨叶与空气作用产生振动向外辐射噪声，风机的空气动力噪声是主要声源。
两个最主要噪声源落水噪音：主要为高频，治理较为容易。
冷却塔的循环水经填料层自由下落到落水槽，所产生冲击噪声。的强度与落水速度的平方成正比。测量的结果表明落水的A声级噪声达到70dB，这属于冷却塔需治理的噪声源之一。

声波的距离衰减规律落水噪声随距离的衰减特性符合半球面波在传播过程中随着能量分布的扩大而衰减的规律，其“点声源” 的距离衰减规律为距离每增加一倍声能衰减 6dB。用公式表达即为： L1－L2= 20 lg（r2／r1）
式中：L1，L2——离声源边缘由近及远二个测点的声级值，dB；
r2／r1——远、近二个测点分别到声源边缘的距离之比。
当 r2／r1＝2时，lg（r2／r1）＝0.3010，于是 L1－L2= 20 lg（r2／r1）＝6 dB。
冷却塔为“点声源”的起始位置
根据已有距离衰减实测资料，分析各起始位置d（视进风口为声源边缘）的规律可知，视冷却塔为“点声源”的起始位置d可用下式估算：
    d＝a1/2/4
式中：a——冷却塔面积，m2。
以目前我国常见范围的 2000 m2的冷却塔为例，其“点声源”起始位置d点（以进风口底缘为起点）为11.18 m。由此可见，设在离塔（以进风口底缘为起点）12 m以外的噪声测点基本上都可将所有的冷却塔视为“点声源”
如按“点声源”的距离衰减规律即距离每增加一倍声能衰减 6dB计，则50m处的声级应分别为 65.7及 71.ldB（A）：100 m处的声级应分别为 59.7及65.ldB（A）；200 m处的声级应分别为53.7 及 59.ldB（A），220 m处的声级用公式推算则应分别为52.9及58.3 dB（A）。这就是噪声影响范围（力度）的大致评估，它包含了目前常见的各类大小塔型范围。借助此法，我们便可根据 10－25 m处（各塔与其塔型大小相应的“点声源”起始位置）以远测点实测所得声级，评估各种塔型（单塔）的噪声影响范围（力度）。但这只是一种理想条件下的简便、粗略的评估方法。

降噪原理
声波在传播过程中遇到障碍时，就会发生反射、透射和绕射三种现象。声屏障就是在声源与受声点之间插入一个设施，用以隔断并吸收声源到达受声点的直达声波，使部分声波受阻反射，部分声波则经吸收衰减后通过屏体透射（极小）和屏顶绕射等附加衰减形式到达受声点，达到减轻受声点的噪声影响、取得降噪效果的目的。
风机低频噪音治理：
消声器选择非常重要，一般消声器对中低频噪音效果不明显，抗性消声器治理效果好，但频率选择性十分强，所以一般选择阻抗复合式消声器。

阻抗复合消声器是指将声吸收和声反射恰当地组合起来的消声器。它同时既有阻性消声器消除中、高频噪声和抗性消声器消除低、中频噪声的特性，具有宽频带的消声效果。
落水高频噪声治理
治理相对容易，但要注意隔音治理同时避免影响散热性能的发挥，虽然消声器和消声百叶可以大幅降噪，但要合理设计，及设计时要综合考虑散热性能和动力性能。结构不合理就达不到降噪目的，流阻太大会影响冷却塔工作，降低制冷能力：动力性能设计不好也会增加阻力，甚至会产生混响噪声，所以治理过程中要综合考虑。
几种常见的冷却塔降噪方法

   声导流片法（消声弯头）
消声导流片法及特点在冷却塔进风口安装消声导流片，通过消声导流片的消声作用，来减少冷却塔噪声对外界的影响 ，也称为消声器法。理论及试验表明其降噪量可以达到35dB(A)，甚至更高；在降噪量15—2OdB(A)时，与声屏障造价相当，在20dB(A)以上降噪量时是唯一可选方案；结构紧凑，不占建筑物额外场地，基本无须维护 。
消声导流片法（消声弯头）
隔声屏障一般设计为距冷却塔进风口的距离大于冷却塔进风口高度，屏障高度等于屏障到进风口的距离。降噪效果一般在10-15dB(A)，理论上降噪量可2OdB(A)左右，但存在着声波绕射问题，在声影区范围内降噪量较好，绕射区和声亮区降噪效果较差，因此实际工程上很难将其影响区内噪声降低20dB(A)；对通风影响不大，维护比较简单；建设声屏障的技术要求不高，但对结构要求相当高，并且投资成本随着高度的增加成倍增加；

隔声屏障法及特点：
隔声屏障
声屏障的结构可分为地上和地下二部分，地上部分为厚约 20 cm的屏蔽声波的巨型、连续板式立面（包括斜撑），其顶部为扇形吸声体或内倾式遮檐；地下部分则为承重、抗倾覆（风荷载）的基础。
声屏障的降噪效果声波遇到屏障发生的绕射现象会减弱声屏障的隔声作用，而绕射能力与声波的频率有关，所以声屏障的降噪效果与声波的频率即波长的关系很大。声屏障对于波长短、不易绕射的高频波的屏蔽作用十分显著，可以在屏障后面形成很长的声影区；而对于波长、具有很强绕射能力的低频波的屏蔽作用则十分有限。当然，也可以通过加高屏障的办法来削弱绕射声波对受声点的影响。由于声屏障对高频声波产生明显有效的屏蔽作用，而冷却塔落水噪声的频谱以中高频成分为主，所以采用声屏障可以取得一定的降噪效果。

声屏障的降噪效果以声影区中紧挨屏障的局部区域为最好，最高可达 25 db
声影区以外的降噪声级则由于中频绕射声波的到达而有所反弹，但对于高频波而言，衰减量一般还可达到 10－15dB。
然而由于冷却塔落水噪声中尚含有中频成分，所以其降噪效果会有折扣。对于建筑外受声点来说，为取得满意的降噪效果，在不影响进风的前提下，尚应通过加大屏障高度调节之。
安装隔声屏障时主要注意的是隔声屏障离冷却塔百叶进风 口的距离在1m左右以保冷却塔换气进风口不受阻，从而使冷却塔冷却效果更好。
为防止噪声绕射而影响消声导流片的声学效果，可以在消声导流片附近安装一定长度的声屏障，起到辅助降噪作用。
落水消声法及特点 ：即在冷却塔底部水面以上安装落水消能 降噪材料，从源头着手降低噪声源。 降噪 效果一般在6—10dB(A)；初次投资较少，对通风散热没有影响；缺点是降噪量较少，部件易损坏，维护工作量大， 需要持续投入，并还可能引起凝汽器管子堵塞的问题。
“落水消能降噪器” 以六角蜂窝斜管为主体形式，层高18cm，由竖向导入段、无声擦贴斜段、粘滞减速斜段、疏散洒落挑流段等四个功能段组成。
消声垫
弹簧减振器

弹簧减震器的选型方法：
1.弹簧减震器荷重范围选择
设备运转重量M * 130% /减震器安装数量N=弹簧减震器载重范围；
例：风机运转重量为：5吨重；单台风机需要安装4个弹簧减震器；求单个弹簧减震器的载重是多少？
依公式可得：5000公斤 * 130% /4 = 1625公斤
根据弹簧减震器的参数，弹簧减震器规格参数即可找到适合该台冷却塔使用的弹簧减震器规格。
2.设备安装弹簧减震器数量的确定：
具体办法如果设备厂家有提供此数据，则依厂方规定；一般情情况下减震器安装间隔不超过2M,依此可计算出弹簧减震器安装数量，考虑到设备的稳定性，每个冷却塔的减震设计为4个。
3.弹簧减震器类型的选择：
大部分情况下，弹簧减震器的功能和作用都是一样的，不同类型的减震器的差别在于外形结不同而已。限制型弹簧减震器简单介绍如下：
限制型弹簧减震器的结构特点在于设有限制减震器高度的装置，这一特点有利于应用在机器运转重量变化较大的设备，避免减震器安装后，机器的高度发生较大变化，而引起设备某些结构受到破坏。例：冷却水塔、水冷机组等大型设备。