板翅式空氣冷卻器的應(yīng)用及研究

李寶麟

摘 要：近些年來(lái)，隨著環(huán)境保護(hù)壓力的增大和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的要求越來(lái)越迫切，以風(fēng)電為代表的可再生清潔能源的裝機(jī)容量在電力系統(tǒng)的比重不斷增加。當(dāng)今世界風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)為單機(jī)容量的逐步增大，直接導(dǎo)致機(jī)艙內(nèi)部各系統(tǒng)散熱量相應(yīng)增大。因風(fēng)電機(jī)組大多分布在惡劣的荒漠、沿海地區(qū)，空氣冷卻器便成為機(jī)艙內(nèi)部進(jìn)行各系統(tǒng)冷卻的主要設(shè)備。空氣冷卻器分為板翅式和翅片管式，文章主要從板翅式空氣冷卻器著手，分別對(duì)空氣冷卻器的概述、分類(lèi)、結(jié)構(gòu)、選擇原則、應(yīng)用及存在不足等方面進(jìn)行探討，以供參考。

關(guān)鍵詞：空氣冷卻器；風(fēng)電；應(yīng)用

前言

空氣冷卻器實(shí)際是以可再生資源風(fēng)為冷卻介質(zhì)，對(duì)相關(guān)介質(zhì)進(jìn)行冷卻的設(shè)備。目前很多領(lǐng)域都已經(jīng)應(yīng)用了空氣冷卻器，尤其是行走機(jī)械和水資源困難的地方。在實(shí)際應(yīng)用中，空氣冷卻器取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，由此可見(jiàn)，空氣冷卻器的發(fā)展前景十分光明。

1 空氣冷卻器的概述

1.1 空氣冷卻器的分類(lèi)

空氣冷卻器分為板翅式和翅片管式。板翅式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，散熱面積大，除用于風(fēng)冷卻器外，還可做成油-油和水-油熱交換器，散熱效率高，強(qiáng)制對(duì)流空氣散熱系數(shù)為35-350W/（m2.℃）。翅片管式冷卻器是用圓管外嵌入翅片，散熱面積可達(dá)光管的8-10倍。用作油介質(zhì)時(shí)，翅片管式的傳熱系數(shù)為光管的220%。本文只探討板翅式空氣冷卻器。

1.2 板翅式空氣冷卻器冷卻方式的分類(lèi)

空氣冷卻是指利用空氣與冷卻器內(nèi)部介質(zhì)直接進(jìn)行熱交換達(dá)到冷卻效果?？諝饫鋮s又包括自然通風(fēng)冷卻和強(qiáng)制通風(fēng)冷卻兩種方式。自然通風(fēng)冷卻是指不設(shè)置任何輔助設(shè)備，冷卻器暴露在空氣中，通過(guò)空氣自然流通將熱量帶走。強(qiáng)制通風(fēng)冷卻式利用空氣強(qiáng)迫對(duì)流的對(duì)流換熱系數(shù)大于自然對(duì)流的對(duì)流換熱系數(shù)，其換熱效果要大于自然通風(fēng)冷卻。一般在自然通風(fēng)冷卻無(wú)法滿(mǎn)足冷卻需求的條件下，通過(guò)對(duì)空氣冷卻器外部裝設(shè)風(fēng)扇等強(qiáng)制擾流裝置，進(jìn)行強(qiáng)制鼓風(fēng)，已達(dá)到冷卻效果。

1.3 板翅式空氣冷卻器的基本結(jié)構(gòu)

板翅式空氣冷卻器的結(jié)構(gòu)單元由翅片、隔板、封條和導(dǎo)流片組成。在金屬隔板上放一層翅片，然后再翅片上放一層金屬隔板，在金屬隔板上面放一層導(dǎo)流片，兩邊以邊緣封條密封，組成一個(gè)基本單元，如此一層層疊置固定，放置釬焊爐中釬焊成整體。如圖1所示。其中翅片和導(dǎo)流片的型式及排列方式對(duì)冷卻器的熱傳導(dǎo)系數(shù)和冷卻能力有較大影響。

2 空氣冷卻器的選擇原則及計(jì)算

2.1 選擇原則

在選擇冷卻器時(shí)應(yīng)首先要求冷卻器安全、可靠、有足夠的散熱面積、壓力損失小、散熱效率高、體積小、重量輕等。然后根據(jù)使用場(chǎng)合、作業(yè)環(huán)境情況選擇冷卻器類(lèi)型。如使用現(xiàn)場(chǎng)是否有冷卻水源，是否隨行走機(jī)械一起運(yùn)動(dòng)等，當(dāng)存在以上情況時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇空氣冷卻器。

2.2 冷卻器的傳熱計(jì)算

高溫的液壓油和低溫的空氣分別從冷卻器的壁面兩側(cè)流過(guò)時(shí)，如圖2所示，由于壁面的熱傳導(dǎo)作用和運(yùn)動(dòng)流體和對(duì)流傳遞作用，熱量從液壓油傳遞給空氣。傳熱的基本方程是

？覫=k×A×Δt

式中：？覫-換熱量（W）；k-傳熱系數(shù)（W/（m2·℃））；A-冷卻器換熱面積（m2）；Δt-冷熱介質(zhì)的平均對(duì)數(shù)溫差（℃）

設(shè)計(jì)和選用冷卻器時(shí)，應(yīng)以較小冷卻器的外形尺寸，獲得較大的kA值，即較小的熱阻，使單位時(shí)間內(nèi)逸散更多的熱量。

3 板翅式空氣冷卻器應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)與不足

3.1 應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

板翅式空氣冷卻器采用免費(fèi)無(wú)限取用且腐蝕性低的空氣為冷卻介質(zhì)，在很大程度上起到了節(jié)水減排的用作。這些先天的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于風(fēng)電行業(yè)來(lái)說(shuō)顯得至關(guān)重要。因在風(fēng)電機(jī)組塔頂機(jī)艙內(nèi)，齒輪箱、發(fā)電機(jī)、變頻器等在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，如果熱量不能及時(shí)排除，會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。如果采用水冷卻器，還需要考慮初始生水，后續(xù)補(bǔ)水和水處理等措施，還需頻繁清理冷卻器水側(cè)的水垢和微生物結(jié)垢及沉積處，將耗費(fèi)大量的人力、物力的投入。而且塔筒高度通常為60米左右，甚至更高，只有選擇合適尺寸和散熱能力的板翅式空氣冷卻器才能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 應(yīng)用中的不足

空氣冷卻器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，初投資和運(yùn)行費(fèi)用低、利于管理與維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因此空氣冷卻器風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。然而，其制冷效果受氣溫影響較大，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度低時(shí)，冷卻效果好，設(shè)備運(yùn)行效率和功率高；當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度升高時(shí)，冷卻效果降低，設(shè)備的運(yùn)行效率和功率隨之下降。冷卻器在使用過(guò)程中，周?chē)諝獾臏囟纫陀诶鋮s器的出口溫度。運(yùn)行過(guò)程中要檢查噪聲情況，分析原因，采取隔音、避音等消聲措施。安裝要牢靠，連接部位可加橡膠墊，以防止因電機(jī)、風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動(dòng)作用造成疲勞破壞。需定期清理冷卻器，出去灰塵和粘附物，校正風(fēng)扇在使用中產(chǎn)生的變形，以取得良好的冷卻效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，隨著世界各國(guó)對(duì)清潔能源開(kāi)發(fā)的重視，無(wú)論是在陸上風(fēng)電還是海上風(fēng)電都得到了較快發(fā)展。板翅式空氣冷卻器因其自身的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特點(diǎn)，也得到了廣泛應(yīng)用。相信隨著對(duì)冷卻器研究的不斷深入和優(yōu)化，未來(lái)會(huì)有更好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

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