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.華北電力大學機械工程學院(071003) 溫新林 王秀梅保定市金能換熱設備有限公司(071000) 宿新天
感應加熱設備在工作中產生大量的熱量,若不及時散熱,會嚴重影響設備的使用性能和壽命。目前使用感應加熱設備的用戶因自身條件各不相同對于冷卻水系統重視不夠,未按規定使用純凈水而使用井水或自來水,造成冷卻部位結垢,局部溫度升高嚴重影響電器元件的可靠性和使用壽命。研究和實際應用表明,單個半導體元件溫度比正常工作溫度范圍每升高10℃,系統的可靠性將降低50%。因此電子技術的發展需要良好的散熱手段來保證。這種散熱手段要求具有緊湊性,可靠性,高效散熱率不需要維修等特點。純凈水冷卻系統,往往配備板式換熱器、二次循環水泵、水池、冷卻塔等部件來冷卻一次純凈水。二次冷卻水消耗量大,板式換熱器換熱表面及冷卻塔表面易結垢,嚴重地影響換熱能力,清洗時費工費力,重新裝配時容易出現泄漏問題。為了解決上述弊端,采用新型空氣冷卻器一次換熱,傳熱管形成高熱流密度,由快速的空氣流把熱量散發到大氣中去。純凈水在新型的空氣冷卻器和高頻加熱設備內閉路循環,被冷卻系統長期不結水垢,不被異物堵塞,冬季在冷卻水中加入防凍劑杜絕了水路被凍壞的故障。
1 對冷卻水系統的要求
感應加熱設備中的電子管、線圈、晶閘管、功率器件、感應器等元器件均需冷卻水冷卻。冷卻水進水溫度不宜超過35℃,出水溫度不應超過60℃。水的pH值宜在5.6～8.5范圍內,硬度≤60mg/L,電阻率4kΩ/cm2。冷卻水系統應配置分水器、回水箱,以保證設備的正常供水和回水。分水器的進出口均需加裝閥門、壓力表等。分水器的出水管數量、口徑由感應加熱設備的進出水口及感應器、輸出變壓器等決定。分水器要加裝泄水管以便調節水壓?；厮涞某鏊芸趶綉笠恍?以便保證回水暢通。感應加熱設備的出水應該能直接觀察到,為防塵可采用透明有機玻璃防護罩。不允許封閉水箱,因為封閉水箱容易造成回水不暢,危及到感應加熱設備的安全。電源冷卻水和淬火用水不要共用一個水箱,以免雜質進入感應加熱設備造成過早地損壞電器元器件。水壓的要求:1)輸出功率為10～60kW,水壓0.1～2MPa; 2)輸出功率為100～200kW,水壓1.5～3MPa;3)輸出功率為250～500kW,水壓2.5～6MPa。每次開機前操作人員應該查看水流、水壓情況,若發現有異?，F象應及時排除。
2 工作原理
2.1 新型空氣冷卻器換熱原理
空氣冷卻器由翅片管束、噴淋系統、軸流風機、循環水泵及溫控箱等組成。在設計過程中采用了1種強化傳熱技術,使得新型空氣冷卻器總傳熱系數比未采用該項技術提高了35%以上。通過合理布局,從而使空氣流道暢通,外掠氣體分離點后移,旋渦壓變小,明顯地增強了外側傳熱效果。同時降低風機功率,電耗隨之減少,達到了節能效果。傳熱管束整體熱浸鋅技術,使得高頻電阻焊接翅片管的熱阻降至最低限度,同時增強翅片管抗腐蝕能力。冷卻水系統為封閉循環,其熱量傳遞到翅片管外表面之后被強迫對流的空氣帶走,實現冷卻水散熱的目的。這種空氣冷卻器是1次換熱,不同于常規冷卻水經過板式換熱器進行二次水冷。
2.2 輔助措施
在環境溫度較高和要求冷卻水溫度降得較低時,在風機和傳熱管束之間增設噴淋裝置,可使傳熱管表面溫度降至濕球溫度,增大溫差傳熱效果。溫度實現自動控制,滿足不同工藝過程對溫度的要求。
3 空氣冷卻器的特點
3.1 節水
由原來的二次換熱,水-水冷卻,改為一次空氣冷卻,只需要少量的純凈水循環工作,避免感應加熱設備冷卻部位結垢,需要噴淋時僅消耗少量水。
3.2 節電
采用大風量、小功率的軸流風機,耗電較低。溫度實現自動控制,達到設定值后,風機自動停轉。如:100kW高頻加熱設備在直流高壓作用下陽極水路對地耗電量,普通水為8kW左右,純凈水只有70W左右。
3.3 體積小
空氣冷卻器結構緊湊,無需水池,板式換熱器,二次循環水泵及冷卻塔等部件。
3.4 不結垢
純凈水閉路循環,水質干凈,不結水垢,無雜物進入,不長青苔,不會阻塞管路。
3.5 運行安全
空氣冷卻器與感應加熱設備分開布置,不影響感應加熱設備的正常工作,在突然停電停水時空氣冷卻器靠位差繼續供水對設備進行冷卻。
3.6 易維修
冬季可以加入防凍液避免系統結冰造成管路堵塞。傳熱管與空氣換熱僅僅在外表面進行,即使傳熱管外表面出現灰塵,清洗很容易,日常無需維修。
3.7 壽命長
傳熱管內外表面進行熱浸鋅處理,起到防腐蝕作用,空氣冷卻器的壽命大大提高。
4 應用實例
這種空氣冷卻器已經成功地應用于高頻淬火感應加熱設備的冷卻工藝,天津某液壓公司應用空氣冷卻器冷卻200kW高頻加熱設備的實測數據見表1,以空氣冷卻代替水冷是一種行之有效的方法。即使在夏季高溫季節冷卻水溫度也可以控制在35℃以下。
5 結語
在熱處理及焊管生產過程中采用空氣冷卻器冷卻高中頻淬火感應加熱設備元器件是一種經濟可行的節能節水途徑,其技術先進,運行安全可靠,可使冷卻水溫控制在35℃以下。解決了原來感應加熱設備冷卻問題所無法解決且又無法回避的諸多弊端,對整個感應加熱設備在其生產過程中節能、節水及提高安全可靠性起到了積極作用。
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