水动风机的由来及可行性
在被开发利用的能源中主要有热能、水能、风能和核能，它们之中主要是转换为电能，用于工业与民用之中。循环冷却水中消耗的是电能，日常的运行成本中，除维护管理的少量费用之外，主要成本是电耗。
机械通风冷却塔的能耗
冷却塔的电能消耗主要为以下两方面：
1. 水泵的能耗
水泵的能耗通常由两部分组成，一部分是用水泵从热水池取水，把热水提升到冷却塔内配水管网系统，通过配水管均匀配水；另一部分是水泵从冷却后的冷水集水池中取水，把冷水提升到冷却设备或产品的地方。如果需要冷却的设备或产品位置较高，而冷却塔的位置较低，则热水靠重力流流入冷却塔中进行冷却，可省去热水池和提升热水的水泵。循环水系统来讲，水泵的能耗包括这两部分，如果有旁流处理系统和补充水系统，则也应包括在内。从热水进入冷却塔和利用热水水力驱动风机来说，则指的是从热水池取水把热水送入冷却塔内的水泵能耗。要使“水往高处流”，这部分的水泵能耗是必须的，也是难以节省的。
2. 电动机驱动风机的能耗
机械通风冷却塔的风量是靠风机的风叶转动来达到水冷却所需要的设计风量，而风机是靠配备的电动机来驱动的，这部分能耗成为冷却塔日常运行的主要成本。
现以500t／h 逆流式标准型（Δt =5 ℃）冷却塔为例，气水比（G ／Q 重量比）为0.68计，则风量G =340000m3／h ，配用风机直径4000m m ，选用电动机为1815k W ，则冷却塔运行一年以240d 计，电费以0.6 元／k W 计，这一年中500t／h 标准型冷却塔一年消耗的能量（电能） 为106560k W ，计电费63936 元。某化肥厂冷却水量30000m3／h ， 配用3000m3／h 组合式横流塔10 台，每台选用风机直径8000m m ，配用电动机功率113.1k W ，按240d 计，则一年的电耗和电费分别为6514560k W 和3908736 元，即391 万元／a �？杉玫缍淙此缁牡牡缒芎偷绶咽窍嗟笨晒鄣�， “水动风机冷却塔”研究的就是是否可利用提升水泵压能转换为动能，推动水轮机与风机旋转，达到相同的设计风量与冷却效果的条件下，而省去电动机。
冷却塔水轮机驱动风机的可行性
1 .提升水泵的扬程 水泵从热水池取水，提升到冷却塔配水管出口（含喷嘴出口）所需要的压力由以下几部分组成：
（1 ）净扬程（h 净）：
水泵在热水池吸水的最低水位标高至冷却塔内配水管中心线的标高，称为水泵需要的净扬程，用H 净（或h 净）表示。例如，地面标高±0.00 计，水泵在热水池中最低吸水水位标高为-2.2m ，冷却塔内配水管中心的标高为12.8m （槽式、池式配水标高以水面计），则水泵的净扬程h 净=12.8 -（-2.2 ）=15.0m 。
（2 ）管路中的沿程水头损失（h λ ）：
从水泵吸水管至冷却塔内的配水管，水流在管道内流动过程中因摩擦产生的能量损失，称为沿程水头损失（h λ ）。在相同管径、 相同流量情况下，管道内壁光洁度越好，水头损失越小，故塑料管、玻璃钢管、复合管的水头损失小于钢管、铸铁管（含球墨铸铁管）。
管内的流速与管道直径成反比，沿程水头损失与流速平方成正比，故流量不变的情况下，管径越小，流速越大，水头损失就增大。若在较长的输水系统中，沿程各段的管道直径可能是变化的，则应按管径的不同分别计算沿程水头损失（h λ ），最后相加得Σh λ 。对于冷却塔来说，沿程的流量是不变化的，因此管径也是相同的，故不存在分段计算。沿程水头损失可根据管径、流速、管道长度、管道材料查“水力计算表”而得。
（3 ）局部水头损失（h f ）
从水泵吸水管头部起，管道系统中设有喇叭口、各种弯头（管）、异径管、阀门、止回阀、三通管等，水流流经这些部门均会造成能量损失，称为局部损失，计算式为h f =ξ（V 2／2g ）。因阻力系数ξ和流速V 不同，故各局部阻力h fi 是不相同的，把计算所得的各局部阻力损失相加，得系统中的总局部水头损失Σh f 。
综上所述，水泵所需要的理论扬程为：
2 .选用水泵的扬程
式（8-1 ）是设计计算所得水泵需要的理论扬程，但考虑到各种原因，其中包括可能产生的计算误差，运行过程中管内壁粗糙度的增加、管道过水断面的缩小等，均会增加能量的消耗而增加水头损失，故设计单位在确定水泵扬程时，在理论扬程的基础上再增加≥ 4m ，则设计单位确定的水泵扬程为：
而实际选用的水泵扬程比式（8-2 ）的要大，原因主要为以下两方面：一是按式（8-2 ）的扬程要求不容易选到水泵，如选小一些扬程的水泵，则不安全，故选用的水泵扬程比式（8-2 ）的大；二是用户单位在选用水泵时并不知道设计单位在理论扬程基础上已加上≥ 4m ，因此在式（8-2 ）的基础上又增加了约5m 左右的扬程。所以实际选用的水泵扬程比理论扬程一般都大于5m 以上，称为水泵的富余水头，或称为富余压力。
例如某400t／h 冷却水的冷却塔，计算结果的h 净=13.5m ，Σh λ =2.8m ，Σh f =1.7m ，故水泵的理论扬程为H =13.5 +2.8 +1.7 =18m ；现若考虑确保安全，在理论扬程基础上再增加5m 水头，则水泵扬程为H =18m +5m =23m 。按原H =18m、Q =400t／h ，可选用10sh -13A 水泵，主要参数为：
Q =342～482m3／h ；H =22.2～17.4m
水泵轴功率N =25.8～28k W ；
电动机轴功率N =40k W ；
效率η=80 %， 83 %。
现要求水泵扬程H =23m ，则选用10sh -13 水泵，主要参数为： Q =360～576m3／h ；H =27.0～19.0m
水泵轴功率N =33.1～36.4k W ；
电动机轴功率N =55k W ；
效率η=80.0 %～86.0 %。
查10sh -13 水泵特性曲线，当流量Q =400m3／h 时，水泵的扬程（压力）为26m ，因此水泵的实际富余水头为8m 。电动机功率增加了15k W 。
按标准型（Δt =5 ℃）400m3／h 低噪声冷却塔，配用的风机直径为3800m m ，转速为n =165r／min，风量G =185000m3／h，配用的电动机功率为N =715kW。现按Q =400m3／h ，水泵富余水头8m 为例，能产生715k W 的轴功率使水轮机驱动风机转动，达到设计的风量，则就可省去715k W 的电动机，达到节约能量的目的。
利用水泵富余水头H 产生推动水轮机转动的有效轴功率计算式为：
式中 γ——水的密度（kg／L 或kg／m 3 ），1m3 ·H2O =1000kg ；
Q——水泵的流量（m3／s）；
H——水泵的富余扬程（m ）；
η——水轮机的效率，越高越好，现研制的推动冷却塔风机的最高效率可到88 %，一般为70 %～80 %左右。 如果式（8-3）中不除以102 ，则单位为（kg·m）／s ，故1k W =1.36 马力，所以除以102 得功率的单位为k W 。因水的密度γ =1000kg／m3 ，则1000／102 =9.804 ，代入式（823 ）得：
现按上述：Q =400m3／h ≈ 0.1111m3／s；H =8m ；水轮机效率η=85 %～88 %。代入式（8-4 ）中，得N效= 7.41～7.67k W ，而原配的驱动冷却塔风机的电动机功率N =7.5k W ，这说明利用水泵的富余水头来推动水轮机驱动风机转动，达到设计要求的风量和冷却效果，是可能的和可行的，关键是要研制高效的、符合冷却塔中推动风机转动达到设计转速的水轮机。
水轮机的选型
水轮机冷却塔概述
水轮机是一种把水流能量转换成旋转机械能的动力机械。在水力发电中利用水电站的水头和流量作功，即水轮机通过主轴带动发电机将旋转机械能转换成电能。水轮机的基本工作参数为水头H、流量Q、出力P、效率η、转速n 。
按水流对转轮作用方式的不同，水轮机可分为反击式水轮机和冲击式水轮机两大类，每类又分为若干形式，各种水轮机及其应用水头范围见表8-1 。
1. 反击式水轮机 反击式水轮机转动区内的水流在通过转轮叶片通道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，并在转轮空间曲面形叶片的约束下连续不断地改变流速的大小和方向，从而对转轮叶片产生一个反作用力驱动转轮旋转。当水流通过水轮机后，其动能和势能大部分被转换成转轮的旋转机械能。
（1 ）混流式水轮机（见图8-1 ）
混流式水轮机的水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮�；炝魇剿只τ盟贩段Ы瞎�，约为20～700m 。结构简单，运行稳定且效率高，是现代应用最广泛的一种水轮机。
（2 ）轴流式水轮机（见图8-2 ）
轴流式水轮机的水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水流保持轴向流动，轴流式水轮机的常用水头约为3～50m 。轴流式在中低水头、大流量场合中得到广泛应用。根据转轮叶片在运行中能否转动，又可分为轴流定桨式（水轮机的转动叶片是固定不动的）和轴流转桨式（叶片可根据运行的改变而转动）两种。前者结构简单、造价较低，但在偏离设计工况运行时效率会急剧下降，故一般用于水头较低、出力较小及水头变化幅度较小的场合；后者扩大了高效率区的范围，提高了运行的稳定性。但需要一个操作叶片转动的机构。因而结构较复杂，造价较高，一般用于水头、出力均有较大变化幅度的场合。
（3 ）斜流式水轮机（见图8-3 ）
斜流式水轮机水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动。斜流式水轮机的转轮叶片大多做成可转动的形式，具有较宽的高效率区，适用于水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40～200m 。斜流式水轮机是在轴流转桨式水轮机基础上改进而来，其结构形式及性能特征与轴流转桨式 水轮机类似，但由于其倾斜桨叶操作机构的结构特别复杂，加工工艺要求和造价均较高，一般在大中型场合使用，但应用不普遍。
（4 ）贯流式水轮机（见图8-4 ）
贯流式水轮机是一种流道近似为直筒式的卧轴式水轮机，它不设引水蜗壳，叶片可做成固定的和可转动的两种。它的优点是流道平直、过流量大、效率高。但由于转动叶片外缘的线速度大、周线长，因而旋转密封困难。目前这种机型已很少使用。
2. 冲击式水轮机
冲击式水轮机的转轴始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已转变成高速自由射流，该射流冲击转轮的部分轮叶，并在轮叶的约束下发生流速大小和方向的改变，从而将其动能大部分传递给轮叶，驱动转轮旋转。在射流冲击轮叶的整个过程中，射流内的压力基本不变，近似为大气压。冲击式水轮机按射流冲击转轮的方式不同可分为水斗式、斜击式和双击式三种。
（1 ）水斗式水轮机（见图8-5 ）
水斗式水轮机亦称切击式水轮机。从喷嘴出来的高速自由射流沿转轮圆周切线方向垂直冲击轮叶。这种水轮机适用于高水头、小流量的场合，特别是当水头超过400m 时，由于结构强度和气蚀等条件的限制，混流式水轮机已不太适用，则常采用水斗式水轮机。
（2 ）斜击式水轮机（图8-6 ）
从喷嘴出来的自由射流沿着与转轮旋转平面成一角度的方向，从转轮的一侧进入轮叶再从另一侧流出轮叶。与水斗式相比，其过流量较大，但效率较低，因此这种水轮机一般多用于中小型场合，适用水头20～300m 。
（3 ）双击式水轮机（图8-7 ）
从喷嘴出来的射流先后两次冲击在转轮叶片上。这种水轮机结构简单、制作方便，但效率较低，转轮叶片强度差，适用于单机出力小于1000k W 场合，适用水头为5～100m 。
双击式水轮机的转轮由两个圆盘和一定数量的叶片组成。
叶片形状为圆弧形或渐开线形，后者效率高，但制造工艺较复杂。水轮机的效率与叶片数目有关，在一定范围内，叶片越多，效率越高，负荷变化时效率变化也越小。
双击式水轮机转轮直径是指转轮于射流中心线相切处的节圆直径。其过流量主要与转轮宽度有关，可按照流量的变化，来选定相应的转轮宽度。因此，转轮的直径和转速，可在较大的范围内进行选择，这样就能制造直径小、转速高、成本低的双击式水轮机。
水动风机冷却塔水轮机选型
1 .选型要求 用于冷却塔内推动风机转动的水轮机，由于冷却塔本身要求和条件的限制，不是上述介绍的水轮机均可适用，而应根据要求进行分析研究后选型。用于冷却塔水轮机的基本要求为：
（1 ）水头（H ）低、流量（Q ）小。
冷却塔的大小是由循环冷却水量来决定的，一般在100～3000t／h ，再小的有50～30t／h 等，再大的有4000t／h 。这按秒流量计一般为0.0278～0.833t／s 。与水力发电的水量相比，是很小的流量；从水头来看，用于冷却塔的水轮机水头是利用提升水泵的富余水头，其可利用水头的范围为H =4～20m ，通常为5～15m ，这与水力发电的峡谷、库区等水位小得多。
因此，用于水动风机冷却塔的水轮机，应是低水头、小流量的水轮机才能符合要求。高水头大流量的肯定不适用。
（2 ）体积小，阻力少
冷却塔中风机的轴功率等于风经过冷却塔各部分阻力的总和。风机设在风筒下部始端，原用电动机带动风机时，风机由设在风筒顶端的支架固定。现采用水轮机驱动风机，水轮机设在冷却塔配水管以上由中间进水管顶端，水轮机立轴与风机相连接，省去了原来的风机支架，水轮机、风机的重量均由中间进水管承受。省去了风机支架，减少了支架的通风阻力，但增设了水轮机，则增加了水轮机的阻力，如水轮机体积大，则阻力也增大，故要求水轮机体积尽可能小，以减小阻力，有利于驱动水轮机。
（3 ）能耗省、效率高
水泵的剩余（富余）水头是有限的，要用来推动水轮机驱动风机转动，达到设计的转速和风量，这就要求充分地利用富余水头的能量，水轮机的转轮要轻，阻力要小，能耗要省。同时要求水轮机的效率要高，尽可能达到80 %以上，以提高水轮机的有效轴功率。
（4 ）立轴式安装
风机叶片处在同一水平面，风机轴与叶片垂直，而水轮机必须是立轴式布置，而且应是小型水轮机。立轴布置还可以降低进水管水头损失，提高水轮机效率。
（5 ）便于安装维护
水轮机是金属体，有一定的重量，又安装在冷却塔内上部正中，因此有一定的难度。小塔的水轮机可能人工就位安装，但大塔的水轮机必须用机械吊装就位，故要求水轮机重量轻、便于安装。同时水轮机位于塔内上部，投入运行后维护修理很不方便，所以维护修理要少、工作量要小。
还有其他方面的要求，不多论述了。
2 .水轮机选型
根据上述要求，对照表821 中水轮机形式和适用的水头范围，只有反击式中的轴流式、 贯流式和冲击式中双击式符合水动风机水轮机选型范围，故其他形式一律不予考虑。
反击式水轮机的水流始终是连续充满整个转轮的有压流动。轴流式水轮机的常用水头范围为3～50m ，符合水动风机水轮机的要求，但它适用于大流量，在大型水电站中使用，其模型水轮机流量为0.835m3／s 和1.236m3／s 。而3000t／h 冷却塔的流量为0.833m3／s ，轴流式水轮机在实际应用中的流量均＞ 10m3／s ，因此不宜用作水动风机水轮机。
贯流式水轮机的适应水头为2～30m ，很适用于水动风机水轮机，但是贯流式水轮机的主轴都采用卧轴布置形式，如要布置成立轴式，则增加结构的复杂性，而在冷却塔内安装则要求简单、体积小，故基本上不考虑。
这样只剩下冲击式中的双击式水轮机（见图8-7 ），其适应水头为5～100m ，水动风机水轮机的水头在此范围内。其比转速n s =35～150 ，甚至更高，比转速也称比速，其含义是：在1m 水头下，产生1k W 功率时的水轮机转速。比转速n s 是一个综合性参数，它集中反映了水轮机的转速n、水头H 和出力N 之间的关系，表示一个水轮机系列的特征。
在水头和出力相同的情况下，n s 愈大，转速n 愈大，则机组尺寸愈小，机组造价低；在水头和转轮直径相同的情况下，n s 大的水轮机可发出更多的出力（即出力大）。在冲击式水轮机中，单喷嘴水斗式水轮机比转速≤ 30 ；斜击式水轮机n s =30～70 ；而双击式水轮机n s 为最高。而且适用于发电量1000k W 以下，即流量（Q ）小，适应冷却塔的水流量。
同时双击式水轮机两次冲击转轮上叶片转动叶轮，结构也简单，便于制作。综合上述，选用冲击式中的双击式水轮机作为水动风机水轮机，但根据冷却塔的特点和需要，在现双击式水轮机基础上进行适当而必要的改进和提高，如各种类型的冷却塔，其冷却水量和富余水头基本上是不变的；双击式水轮机的转轮始终处于大气中，在喷嘴射流冲击轮叶的整个过程中，射流内的压力基本不变，近似为大气压。这对于冷却塔中槽式、池式配水系统来说是符合的，但对管式配水系统来说，配水管内也是有压的，即水流通过转轮叶片流道及进口与出口始终是连续的有压流动，这又是反击式水轮机的特性，故对双击式水轮机用于冷却塔水动风机中需进行改进和重新设计。
结合图8-7 ，因水泵富余水头H 和冷却水量Q 基本上是不变的，不存在流量和压力的调节，故可取消调节闸板3 和舵轮4 ；喷嘴为矩形过水断面，断面的大小决定于流速V 的大小，有利于高速射流的动能传递给轮叶，驱动转轮按设计转速n 转动；为提高效率，应适当增加叶片，并把叶片形状做成渐开线形等。
水轮机工作原理
水轮机冷却塔的工作参数
水轮机的工作参数主要有：水头H （m ）；流量Q （m 3／h 或m 3／s ）；出力P （k W ）；效率η（%）；转速n （ r／min ）；水流速度V （m／s ）；水的密度γ，γ 值为1000kg／m3 或9810N／m3 等。
1 .水头H （m ）：
水轮机的水头（工作水头），是指水轮机进口和出口截面处单位质量的水流能量差。进入冷却塔内水轮机的水头是提升水泵的富余水头H c （也称毛水头），从水轮机进口到出口在转轮中的水头损失为Δh ，则水轮机的工作水头为：
H 又称水轮机的净水头，是水轮机做功的有效水头。在冷却塔中，水泵是根据冷却水量和需要的扬程选定的，在流量Q 不变的前提下，H 是个不变的定值，不像水电站那样存在最大水头H max ，最小水头H min 和加权平均水头H W 。H 也是水动风机水轮机的设计水头，即水轮机的效率水头。
2 .流量Q （m3／s）
水轮机的流量是单位时间内通过水轮机某一既定断面的水流体积，通常用Q （m3／s ）表示。在额定水头下，水轮机以额定转速、额定出力运行时所对应的水流量，称为设计流量，对水动风机水轮机来说，就是冷却塔的设计冷却水量（m3／h ）。
3 .转速n （r／min ）
水轮机的转速是水轮机转轮在单位时间内旋转的次数，用n 表示，常用单位为r／min 。冷却塔中，水轮机是立轴安装，直接与风机轴连接，水轮机与风机同步旋转，故水轮机与风机的转速是相同的。
4 .出力P （k W ）与效率η（%）
水轮机出力是水轮机轴端输出的功率，常用P 表示，单位为k W 。
水轮机的输入功率为单位时间内通过水轮机的水流总能量，即水流的出力，用P n 表示，则P n 为：
由于水流通过水轮机时存在一定的阻力、摩擦等的能量消耗，所以水轮机出力总是小于水流出力P n 。水轮机的输出功率P （即出力）与输入功率P n （水流出力）之比为水轮机效率，用ηt 表示，因存在能量损耗，故ηt ＜ 1 。
因此，水轮机的出力P 计算式为：
这里需要说明的是式（8-6 ）、（8-8 ）与前述的式（8-3 ）、（8-4 ）的一致性，这里水轮机的出力（P ）实际上是轴功率（常用N 表示），单位均为k W 。水的密度为1000kg／m3 。
式（8-6 ）中9810N／m3 ，是用N 表示，故9810／1000 =9.81 。式（8-3 ）中如不除以102 ，则有效轴功率为N 效=γ·Q·H·η，其单位为（kg·m ）／m3 。1k W =102 （kg·m ）／s ，故γ／102 =1000／102 =9.804 ，这就是式（8-4 ），即N 效=9804Q·H·η（k W ）。它的误差仅为（9.81 -9.804 ）／9.81 =0.06 %，故是一致的，两种计算均可使用。
水轮机是将水能转化为水轮机轴端的出力（轴功率），产生旋转力矩M 用来克服风机的阻抗力矩，并以角速度ω=2πn ／60 旋转。水轮机出力P 、旋转力矩M 和角速度ω 之间的关系为：
式中 ω——水轮机旋转角速度（rad／s ）；
M——水轮机主轴输出的旋转力矩（N2m ）；
N——水轮机转速（r／min ）。
水轮机冷却塔的水流运动合成与分解
当水轮机处于某一稳定情况时，其工作水头、 流量和转速都不变（用于冷却塔中的水轮机就处在此状态下工作。一般来说，H、Q、V 均是不变），并认为：水流在蜗壳、导水管、尾水管中的流动，以及在转轮中相对于转动叶片的运动，也都是恒定运动，则此时水轮机内的水流运动，可以看作是不随时间而变化的恒定流动，但仍是空间的三元流动，目前还难以用数学公式来精确地描述。
通常，采用速度三角形来分析稳定情况下水轮机内的流动。水流质点在转轮内的复合运动，可分解成两种运动：一种是水流质点从转轮进口沿叶片流道至转轮出口的流动，称水流相对于转轮的相对运动；另一种是水流质点同时随转轮的转动而旋转的圆周运动，称牵连运动。对地球而言，水流在水轮机内的运动是上述两种运动的复合运动，称绝对运动。水轮机中某一点的水流运动情况可用该点的速度三角形来描述。速度三角形是流场中同一点的速度与分速度按平行四边形法则构成的向量三角形。转轮进、出口处的速度三角形，是研究水轮机工作过程和进行转轮水力设计的工具。
转轮中的水流运动可看成上述相对运动与圆周运动（或称牵连运动）的合成。根据这个特点可以用下列速度构成速度三角形：绝对速度V，即在静止地面上看到的水流速度；相对速度W，即随转轮运动时见到的水流速度；圆周速度U，即考察点随转轮转动时的线速度，其值为：
式中 U——圆周速度（m／s）；
D——考察点所在圆周直径（m ）；
N——水轮机转速（r／min ）。
若用速度关系表示，则有：
构成的速度三角形如图8-8 （a ）。
在实际应用中为了分析的方便又常把绝对速度沿圆周速度方向和垂直于圆周速度的方向正交分解，可得到两个分速度［图8-8 （b ）］：
1 .速度的圆周分速度Vu ，即绝对速度按正交分解在圆周速度方向的分速度，称绝对速度圆周分速度。
2 .轴向速度Vm ，即绝对速度按正交分解在轴向平面上的分速度，因Vm 在轴平面上，故Vm 称为轴向速度。若用速度关系表示，则有：
构成的速度三角形如图8-8 （b ）所示。在转轮的水力设计时，或当分析水流在转轮中的流动，常常要应用到这两个速度分量。
水动风机冷却塔水轮机的工作原理
双击式水轮机从喷嘴出来的水流射流，先后两次冲击在转轴叶片上，其工作原理基本上如图8-9 所示。图中绘出了两次冲击的速度三角形的分析。现从力学的动量矩、合力矩及水轮机的功率来分析工作原理。
根据动量矩原理，在单位时间内，动量矩等于外力的合力矩，按图8-9 所示的速度三角形和力的分析，流量Q 是不变的，C1、C2、C3、C4分别为速度三角形中的绝对速度，L1、 L2、L3、L4分别与绝对速度垂直的距离，则合力矩M 为： M =QC1L1 +QC2L2 +QC3L3+QC4L4 （8-13 ）
为获得高的、理想的叶轮效率，设计要求在叶轮的出口处未被利用的能量尽量小，即要求下一个叶片出口处的绝对速度C4 趋向于零，即QC4L4 → 0 ，则式（8-13 ）成为： M =QC1L1 +QC2L2+QC3L3 （8-14 ）
式（8-14 ）中，QC3L3是出口的动量矩，QC2L2是入水口的动量矩，由于能量的转换需要，前者是减小的，后者是增加的。从图8-9 可见：L2 =L3 ，C2 =C3 ，Q 相等，则QC 2L2 =QC3L3 ，即互补为零，则叶轮的实际动量矩是最终剩下来的叶片入口动量矩M =QC1L1 。转轮进口水流绝对速度的方向角为α1 ，根据力学动量矩相等原则得： M =QC1L1 =QC1R1cosα1 （8-15 ）
水轮机出力P （即功率）是角速度ω 与动量矩的乘积，则得： P =ωM =ωQC1R1cosα1 （8-16 ）
水轮机输入功率为γ·Q·H ，则式（8-16 ）成为： P =ωM =ωQC1R1cosα1 =γ·Q·H （8-17 ）
水轮机的效率为η，则有效轴功率为： P效=ωMη =ωQC1R1cosα1η=γ·Q·H·η=9.81Q·H·η （8-18 ）
式中符号同前。
上述计算式说明质量流量在能量转换前后没有变化，从式（8-18 ）可见，水轮机的轴功率与Q·H·η成正比。对冷却塔来说，各种规格的冷却塔其设计的冷却水量（Q ）是定值，则P 与H 和η 成正比，故要求新研制的用于驱动冷却塔风机的双击式水轮机效率η要高。同时H 越大，则轴功率也大，但这里的H 是指提升水泵的富余水头，对于在使用的老塔来讲，水泵早已选好，如果水泵的富余水头能达到水轮机的轴功率和设计的转速，则此冷却塔可以改造，用水轮机来驱动风机，替代原来的电动机驱动风机，达到节电节能的目的。反之，则不能改造。
综合上述，用于冷却塔水动风机的双击式水轮机如图8-10 所示，与用于水力发电的水轮机相比，是很小的水轮机，可称得上是“微型”水轮机，实际上比水电站的模型水轮机还小。水流经过水轮机的阻力损失视水轮机及Q、H、V 的大小有所不同，对于冷却塔中采用槽式、池式配水系统来说，水轮机出水具有自由表面，阻力损失很小，相对来说水轮机效率高；对于冷却塔采用管式配水来说，水轮机出水为压力流，阻力损失一般在0.5m 左右，则水轮机效率相对低些，即出力P 会小些。但只要达到设计的轴功率和转速，就能保证风量和冷却效果。关键是轴功率，即为9.81·Q·H·η值。
水轮机冷却塔的动力分析
根据水轮机工作水头的定义和伯努利能量方程，在水轮机入口立过水断面1-1 ，水轮机出口立过水断面2-2 ，则存在单位质量水体的能量E1和E2 ，得基本能量表达式为：
式中 E——单位质量水体的能量（m ）；
Z——相对某一基准的位置高度（m ），称为某截面的水流单位位置势能，即比位能；
P——相对压力（N／m2或Pa ），P／γ称为某截面的水流单位压力势能，即比压能；
γ——水的密度（9810N／m3 ）；
α——断面动能不均匀系数，计算中常取α1 =α2 =1 ；
g——重力加速度（m／s2 ）；
V——断面平均流速（m／s ），αv 2／2g 称为某截面的水流单位动能，即比能（m ）。αv2／2g、P ／γ与Z 的三项之和为某水流截面水的总比能。
从式（8-22 ）可见：水轮机的有效轴功率（出力）与流量的三次方成正比，与效率η成正比，而与水流过水断面积F 的平方成反比。显然，要提高水轮机的有效轴功率P 效，则要增加流量Q、提高效率η，缩小过水断面积F 。冷却塔中的流量Q 基本上是不变的，水轮机的效率η也在有限范围内变化，一般要求达到80 %以上，因此水轮机的冲击能量（动能）主要是靠缩小过水断面积F、提高流速V 来实现的。
水轮机在冷却塔内安装位置见图8-11 （注：标准型逆流式圆形冷却塔中的安装位置）。水轮机立轴安装，与风机轴直接连接，同步旋转。原冷却塔的进、出水管位于塔内的正中，既是进水管又是立柱，承担布水管等重量。现进水管从上部穿过塔体水平进入水轮机，出发点是想减少阻力增加动能，但塔外进水管在某些场合会影响美观，同时中间立管未充分发挥作用。故进水管从何处进入，视具体情况和不同要求而定。从图8-11 可见： 采用水动风机水轮机基本上没有影响原冷却塔的部件和结构；并且减少了原设在风筒顶部的风机支架、电动机及其位置和传动装置系统。
水动风机冷却塔
水轮机冷却塔改造的基本原则和条件
水动风机冷却塔问世以来，首先用于对已有的电动风机冷却塔的改造中。改造的基本原则和条件为：
1. 不改变原来的设计水量和风量
冷却塔根据设计的冷却水量，按设计的气象参数、进出塔水温差Δt、气水比λ等，计算出设计风量G ，确定风机直径和配用的电动机功率等。则改用水轮机驱动风机后，在冷却水量保持不变的前提下，仍达到原来的冷却风量和冷却效果。也就是说，采用的水轮机轴功率达到原来配用的电动机功率，则风机的转速、风量、冷效等均能达到。
2 .冷却塔的部件、结构保持不变
无论是圆形逆流式机械通风冷却塔，还是组合式方形逆横式机械通风冷却塔，其塔体都由上壳体（风筒及收缩段）、中壳体和进风口（窗）、底盘组成。塔体内自上而下为：风机支架（位于风筒顶部）、风机、收水器、布水（配水）系统、填料、填料支架。原电动机及传动减速系统设在风筒外部（注：小型塔电动机在风机支架正中立轴安装，与风机轴连接，同步旋转），进、出塔水管设在塔内正中。现改造采用的水轮机设在风机与收水器之间（见图8-11 ，图中收水器未绘出，应在布水系统上面），水轮机体积小，安装较方便，进水管可由原正中进入，也可在收缩段从外部水平进入�？杉�，冷却塔原来的结构和部件基本均没有改变，改造的工作量小，较方便简单。
3. 利用原有的提升水泵，不增加扬程
原冷却塔的提升水泵，是根据设计水量和需要的扬程（压力）选用的，并考虑多方面的因素和选泵的实际情况，选用的水泵一般均有较富余的水头。在电动机驱动风机的冷却塔中，这部分富余水头未被利用，实际上是被浪费了。现利用这部分水泵的富余水头来推动水轮机驱动风机，达到相同的轴功率、转速和风量，没有调换水泵和增加扬程。如果水泵的富余水头虽然能推动水轮机，但达不到轴功率（也达不到转速和风量），则该塔就不能改造，即不能用水轮机代替电动机驱动风机。否则要调换扬程高的水泵，那么就不一定经济和省电。
4. 达到节能省电、降低噪声、便于维护管理的目的
利用水泵的富余水头来推动水轮机驱动风机的首要目的是省去电动机、节省电耗、降低运行成本，同时达到降低冷却塔噪声和便于维护管理的目的。
上述4 个方面的基本原则和条件，是相辅相成的，包含着对冷却塔改造的出发点、动机和目的。
水动风机冷却塔的实践
利用水轮机驱动冷却塔风机问世以来，首先用于对现有冷却塔（通常称为老塔）的改造中，至今已改造了100 多台，多数为圆形逆流式玻璃钢机械通风冷却塔，部分为方形组合式逆横流式玻璃钢机械通风冷却塔。其中有民用塔和工业塔，有标准型（低温）塔和中温塔，不少塔改造至今已运行3 年以上，一切正常，均达到了4 条原则中的第4 条目的，用户普遍感到满意。为更清楚地说明问题，现举以下实例。
【例1 】上海某研究所设2 台200m3／h 玻璃钢逆流式（圆形）机械通风冷却塔，每台塔的冷却水供一台8FS10 制冷机（134400kcal／h ）进行冷却，选用IS150-125-250 水泵3台，2 用1 备，1 台水泵供1 台塔和1 台制冷机。风机的有效轴功率为3.9k W ，配用的电动机为5.5k W 。提升水泵至冷却塔配水管高度及沿程损失与局部损失是H =h 净+h l +h f =11.7m 。
IS150-125-250 为单级单吸悬臂式离心泵，主要参数为：
Q1 =130m3／h ，H =22m ；Q2 =200m3／h ，H =20m ；Q3 =250m3／h ，H =18m 。
配用电动机为Y180 M-4 ，功率N =18.5k W ，η=81 %，转速为n =1460r／min 。
则冷却水量Q =200m3／h ，水泵扬程H =20m ，则富余水头为H富=20 -11.7 =8.3m 。
水轮机效率以85 %计，那么水轮机的有效轴功率为：
P效=9.81 ×H ×Q ×η=9.81 ×8.3 ×0.056 ×0.85 =3.88k W ≈ 3.9k W
改造至今近5 年来运行正常省去了2 台5.5k W 的电动机，每年运行以240d 计，已节电为：
5.5 ×2 ×240 ×24 ×5 =316800k W ，每1k W 以0.6 元计，节省19 万元。用户非常满意。
【例2 】河南某股份有限公司有同规格并列3 台逆流式机械通风冷却塔，两边的2 台塔不进行改造，中间1 台冷却水量700m3／h 塔进行改造（用水轮机代替电动机驱动风机），该塔的基本情况为：Q =700m3／h ，风机直径4.7m ，风机型号为JXLF-47 ，风机的主要参数为：风量G =31.8～64 万m3／h ，全压85～178Pa ，叶轮转速10～280r／min ，叶片安装角度8°～15°，叶片6 片，轴功率12.7～31.5k W ，配用电动机功率14～37k W ，减速机型号FZ-350 。
配用的提升水泵型号为：12Sh-13A 双吸离心泵，主要参数为：Q =551～810m3／h（0.153～0.225m3／s），扬程H =30～24m ，泵轴功率N =56.7～65.8k W ，配用电动机功率N =75k W 。转速n =1470r／min 。查水泵特性曲线得Q =700m3／h 时，H =27m 。
从水泵吸水水位至冷却塔配水位高度约13.1m ，塔距水泵水平距离约50m ，沿管有3个异径管，10 个弯头和1 个阀门。沿程水头损失和局部水头损失之和（hl +hf）为2.8m ，则水泵实际需扬程H =h净+hl +hf =13.1 +2.8 =15.9m 。富余水头为27 -15.9 =11.1m ，水轮机效率以80 %计，则水轮机的有效轴功率为： P效=9181 ×1111 ×011944 ×018 =16193k W
风机转速达到n ≥ 185r／min ，风量达到G =60 万m3／h ，与左、右两台500m3／h 塔的比较见表8-2 。
水轮机的轴功率，在η不变时，决定于流量Q 和水泵的富余水头H ，这两者是可以互补的，有的可能Q 小但H 大，有的可能Q 大但H 小，只要9.81 ×H ×Q ×η达到水轮机所要的轴功率，则就能进行改造。例如山西某有限公司，设计冷却水量700m3／h ，采用2台逆流式机械通风冷却塔，每台冷却水量350m3／h 。但实际运行中总冷水量仅为530m3／h ，每台塔冷却水量只有265m3／h ，按设计水量缺少85m3／（h·台）。但水泵总扬程H =45m ，冷却塔高仅14m ，加上管道的沿程水头损失和局部水头损失，总和不会超过25m ，则水泵富余水头≥ 20m ，以20m 计，水轮机效率以η=78 %，则水轮机的有效轴功率为：
P效=9.81 ×H ×Q ×η=9.81 ×20 ×（265／3600 ）×0.78 =11.3k W
可见水轮机有效轴功率达到11.3k W ，远大于实际所需要的有效轴功率，改造是成功的，也说明Q 与H 是可以互补的。
水动风机冷却塔的优特点
用水轮机代替电动机驱动冷却塔风机，在达到设计的冷却风量和冷却效果的前提下，与原电动机驱动风机冷却塔相比较，有以下几方面优特点：
1. 塔体、结构、部件保持不变
无论是安装水轮机的新塔还是老塔改造，其原来的塔形（圆形逆流塔、方形组合塔、横流塔）均保持原样，无改变。内部的结构、 部件也无改变，仅在配水系统上部安装了一台与风机连轴的水轮机（入口与进水管连接），还省去了塔顶的风机支架、 电动机及变速传动装置系统。
2. 节能节电、大幅度降低运行成本
利用水轮机驱动风机的目的是省去驱动风机的电动机，在不增加提升水泵扬程的基础上，利用水泵富余水头做功，达到节能节电、大幅度降低运行成本的目的。
现按标准型（即Δt =5 ℃）逆流塔为例来计算节能节电情况。按一年365d 中运行天数为250d 计，一天按24h 计，电费按0.6 元／k W 计，冷却水量50～1000m3／h 共11 种规格，其1 年和10 年所节省的电能和运行成本费见表8-3 。如果一个循环冷却水量为5 万m3／h 的企业，则按上述数据计算，需要冷却水量为3000m3／h 的塔近17 台，每台配用电动机功率为80.72k W ，则总功率为17 ×80.72 =1378.24k W ，需要支付电费494 万元，则10 年为4940 万元�？杉欠浅？晒鄣氖�。
3. 降低冷却塔的噪声
冷却塔按噪声大小可分为标准型［65～75dB （A ）］、低噪声型［62～72dB （A ）］、超低噪声型［57～67dB （A ）］3 种，均为A 声计。大塔趋向上限，小塔超向下限。冷却塔噪声为：风机转动产生的噪声、淋水噪声、风机、电机、传动装置共振产生的噪声，有时共振产生的噪声占了较重要的地位。
现用水轮机取代了电动机、水轮机轴与风机轴直接连接，又省去传动装置系统，故基本上不存在共振，也就消除了共振引起的噪声。更为重要的是，原风机支架设在风筒顶上，风机悬吊在风筒内，风机运转时不仅整个塔体振动，而且风机的波动也大，现风机与水轮机连轴，支承在正中进水管上，稳定、振动小，故风机引起的噪声也大幅度降低。如表8-2 所示，噪声从75dB （A ）降低到65dB （A ），从标准型成为低噪声塔。
冷却塔的噪声往往成为环境污染源之一，环保局对冷却塔的噪声有严格的要求和限制，一般安静居住小区白天≤ 55dB （A ），晚上≤ 50dB （A ）（注：减少5dB （A ），人的耳朵听到的声音减小一倍），因此对于饭店、宾馆、影剧院等冷却塔产生的噪声，对周围居住的居民影响较大，往往造成居民白天不能休息，晚上无法睡觉，投诉较多。现用水轮机取代电动机驱动风机，大幅度降低噪声，具有明显的环境效益和社会效益。
4. 减少了维护管理工作量
冷却塔的日常维护管理，除适当时间更换填料、防止喷嘴堵塞和管道内异物沉积等之外，大量的、较多的是电动机、传动变速系统的日常维护管理工作。如电机不转、发热、产生异常噪声、达不到转速；变速箱出现噪声、齿轮磨损、皮带打滑、油位太低等。现电机、变速装置系统等均取消了，因此这些日常维护管理工作也不存在了，大大减少了维护管理工作量。
从上述可见，取消电动机，用水轮机驱动风机，具有明显的经济效益、环保效益、社会效益和运行管理效益。
水动风机节能分析与设计要求
用水轮机取代电动机驱动风机，具有明显的优特点，但不同规格的冷却塔究竟具有多少富余水头可以进行改造，如何理解水动风机冷却塔的节能等，本节进行一些分析研究和讨论，共同进行必要的商榷。
冷却塔水轮机轴功率及所需水头
1. 轴功率与需要水头计算的说明与假设 因变化的因素很多，不少参数是有条件使用的，因此需作适当的说明和必要的假设，但有些假设条件可能偏高，也可能偏低，计算的结果与客观实际会有一定出入。尽管如此，通过这些说明和假定所计算的结果，会得到一定的启示，有一个粗略的了解和大致的应用范围，是有一定的收益的。
说明和假设大致如下：
（1 ）有些风机的轴功率，是可以从风机的样本中根据需要的风量直接查到的。而有些风机样本中，只有配用电动机的功率，没有风机轴功率，则要把电动机功率换算成风机轴功率。而不同电动机的效率范围很大，最高达到88 %；而小的仅为34 %，但大多数的电动机效率在70 %～80 %之间，小电动机效率一般均小于70 %，大电动机相对效率较高，计算中采用：小电动机效率以60 %计，偏中型的电动机以70 %～73 %计，偏大功率的电动机效率以75 %～80 %计。
（2 ）风机传动装置的效率，小塔（一般100m3／h 以内的），电动机立轴直接驱动风机，效率以100 %计；联轴器直接驱动效率98 %计；三角皮带（含齿轮）传动95 %计。
（3 ）水轮机的效率变化幅度也较大，高的可达88 %，而低的仅70 %左右，一般小流量水轮机效率较高，大流量水轮机相对较低。同时水轮机效率还与冷却塔配水形式有关。计算中小流量（小于200m3／h ）塔效率按85 %计；300m3／h 以上塔水轮机效率按80 %计，都略偏高了一些。
（4 ）标准型塔（Δt =5 ℃）的风量按气水比λ=0.65 计算；中温塔（Δt =10 ℃）的风量按气水比λ=0.85 计算。此气水比值都在设计范围内，是设计中接近采用的值。
（5 ）风机的有效轴功率是按风量直接从风机样本查得或按配用的电动机功率换算得来。而水轮机做功需要达到风机轴功率所要的水头（H ），是按风机轴功率N 计算而来，计算公式为：H =N ／9.81 ·Q ·η，N 单位为k W ；Q 单位为m3／s；η单位为%。
2. 水轮机所需要的计算水头
现按循环冷却水量从50～4000m3／h ，以标准型塔（Δt =5 ℃）和中温塔（Δt =10 ℃）两种塔型，对水轮机达到冷却风量所需要轴功率的水头（H ）进行计算，见表8-4 。
通过计算，从表8-4 看，有以下几方面的规律与特点：
（1 ）流量小的冷却塔，水轮机轴功率所需要的H 相对小，随着流量的增大，需要的H 也增加。Δt =5 ℃的塔，水量从Q =50m3／h ， Q =4000m3／h ，需要的压力水头从7.5m左右上升到15m 左右；Δt =10 ℃的塔，水量从Q =50m3／h ， Q =3000m3／h ，需要的压力水头从12.50m 左右上升到18.50m 左右。
（2 ）中温型塔因风机需要的轴功率比低温塔大，故相同流量的塔，水轮机需要的压力水头也大，多数要大3m 以上，故中温塔水泵的富余水头要比低温塔水泵富余水头大得多，否则H 不能满足要求而无法改造。 （3 ）低温塔水量1500m3／h 以上的，水轮机需要的压力水头H ＞ 13m ；中温塔1500m3／h 以上的，水轮机需要的压力水头H ＞ 16.5m 。一般水泵的富余水头这么高是较少的，如水泵达不到此富余水头，则较难改造。如果改造则风机转速、风量和冷却效果等可能达不到原来的要求。
（4 ）中温塔（Δt =10 ℃）多数为中小型塔，大于1000 m3／h 的很少，基本上都是低温塔。因此对塔的改造来说，主要是系列低温塔，其次是中小型中温塔。对于大于1000m3／h 的中温塔，一是很少，二是水泵的富余扬程要大（＞ 16.5m ），因此不是改造的对象。
表8-4 中计算所需要的水轮机压力水头H 值是建立在上述5 个假定条件基础上的，实际情况有所不同，故存在着误差，仅供参考。究竟能否改造，要根据当地塔的实际情况进行分析研究，计算确定。
水轮机在新冷却塔中的使用
水轮机代替电动机驱动风机存在前述的4 个方面优特点，因此不仅用于老塔的改造中，也必然会与新冷却塔配套使用，那么提升水泵扬程（压力）如何确定，是否像老塔那样从省去了风机电动机来说而达到100 %节能，对这些问题应进行分析和研究。
1. 提升水泵的扬程
在设计中，从热水池把水提升到冷却塔配水系统所需要的扬程，是按计算所得理论值再加4～6m 的富余水头确定的。常用的富余水头为4m 左右。按表8-4 的计算，此水头做功是达不到水轮机所需要的轴功率的，则转速、风量、冷却都无法达到设计的要求。因此提升水泵的扬程必须满足水轮机所需要的水头（H ）值，那么水泵的扬程如何确定，可分以下两种情况讨论：
（1 ）不考虑设计需要的富余水头
不考虑设计需要的富余水头就是不另增加4～6m 的水压，对水轮机来说，这4～6m的水头也用来推动水轮机做功了，则水泵需要的扬程用公式表示为： H扬=h净+Σ h1 +Σhf +h机�。╩ ） （8-23 ）
式中 H扬———水泵扬程（m ）；
h净———水泵吸水池最低水位到冷却塔配水系统高度（m ）；
Σh1 ———从水泵吸水管到塔配水系统管道中的沿程水头损失总和（m ）；
Σhf ———从水泵吸水管到塔配水系统的喇叭口、阀门、弯头等局部水头损失之和（m ）；
h机———水轮机轴功率所需要的水头H （m ）。
设计考虑的4～6m 富余水头是因考虑可能产生的计算误差和今后管道粗糙度增加与沉淀物结垢，水头损失增加而设的安全系数。现选泵扬程中未考虑该因素（注：改造塔中原有多余水头全部利用了，也未考虑该因素）。从能量消耗来说，虽是节能了，但从运行、长期保持设计风量和水冷却效果来说，欠较安全。
（2 ）考虑设计需要的富余水头
考虑设计的富余水头是指水泵扬程达到水轮机轴功率所需要的水头之后，还需增加4～ 6m 扬程。用公式表示为： H扬=h净+Σh1 +Σhf +h机+（4～6）�。╩） （8- 24 ）
水泵扬程比式（8-23 ）多了4～6m ，考虑了可能产生的计算误差和今后的阻力增加，故是偏安全的。
以上两种选泵扬程方式中采用哪种方式为妥，要视具体情况而定。例如，在设计计算相对较精确，基本不大会产生多大误差的情况下，如果水泵提升系统的管道和配件采用的是塑料管和配件（PVC 、UPVC 、PE 、ABS 等）、钢塑、铝塑等复合管、玻璃钢管等，这可考虑采用第一种选择水泵扬程的方式。原因是上述水管内壁非常光滑，光洁度好，阻力很小，而且耐酸碱腐蚀、不易粗糙，也不易沉淀结垢而缩小过水断面，故基本上可不考虑富余水头或略考虑些即可。但如果管道系统采用的是铸铁管、钢管，甚至钢筋混凝管等，则要考虑今后阻力增大而消耗的水头损失，选择第二种水泵扬程的方式为妥。
2. 节能情况分析
假定设计的富余水头定为5m ，按第一种选择水泵扬程的方法，这5m 水头也用来推动水轮机做功了，则按表8-3 、8-4 中电动机功率和风机所需的轴功率及需要的水头来计算和分析节能的情况，见表8-5 。表中的节能是建立在已利用5m 富余水头的基础上，“需增加水头”一项中的值是达到水轮机轴功率值“做功需要水头”减去5m 得来的，这个增加水头能做多少功立在“增加水头做的功”一项中，然后把原风机配用的电动机功率减去“增加水头做的功”，得到“减少的功率”，也就是节省的功率（电能），再除以电动机功率得节能的百分比值。
由表8-5 可见：
（1 ）Δt =5 ℃的低温型新塔，在利用5m 富余水头（对塔来讲即没有考虑富余水头）的情况下，除4000m3／h 塔（节能43.6 %）之外，节能均在50 %以上，高的达到近80 %。
（2 ）节能的基本规律为：中小型塔节能多，大塔节能少。表中可见，≤ 200m3／h 的塔，节能＞ 70 %；300～400m3／h 的塔，节能在60 %， 70 %；≥ 500m3／h 的（除1000m 3／h ）节能在50 %左右�？杉�，Q 从小→ 大，节能从大→ 小。
没有考虑富余水头，对塔的长期运行来说，缺乏安全感，时间长了，阻力会增大，摩阻损失增加，做功的水头会减少，则会影响水轮机转速、风量、水量和冷却效果，故应适当地考虑富余水头。现假定水泵的富余水头仍为5m ，而这5m 水头不考虑用于水轮机做功，那么节能的情况可参见表8-6 。表中、实际水头可做功的功率、 一项中，小于150m3／h 的水轮机效率按η=0.85 计，大于150m3／h 的水轮机效率η=0.80 计。节能百分比是按“原配电动机功率”减去“实际水头可做功的功率”，再除以“原配电动机功率”而得。
从表8-6 可见：
（1 ）表中节能一项中有正值和负值（即正值为节能，负值不但不节能，反而增加能耗），表中最大的节能值仅为16.4 %，而反而增加能耗的高达19.82 %。存在既节能又耗能两种情况。
（2 ）从表8-6 可见：水量≤ 400m3／h 的塔，在不利用5m 富余的情况下，还是节能的，但节能是有限的，一般不超过20 %；而水量＞ 400m3／h 的塔，在不利用5m 富余水头的情况下，基本趋势是反而增加能耗，高的近20 %。
（3 ）无论新塔还是老塔改造，只有充分利用提升水泵多余的5m 左右富余水头，才能达到节能省电的目的，才有意义。否则，考虑要慎重，要通过计算根据是否节能作决定。
对于中温塔（Δt =10 ℃），除部分适合于老塔改造之外，其水泵的富余水头要远大于5m ，对新塔如不利用富余水头来说，反而会增加能耗而不经济，这里不再论述。
水动风机冷却塔节能分析与设计要求
用水轮机取代电动机驱动风机，具有明显的优特点，但不同规格的冷却塔究竟具有多少富余水头可以进行改造，如何理解水动风机冷却塔的节能等，本节进行一些分析研究和讨论，共同进行必要的商榷。