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淬火介質冷卻方式的革命

    保定市金能換熱設備有限公司研制開發的淬火介質空氣冷卻器成果鑒定會于2006年8月13日在保定市貴賓樓飯店如愿召開,會議由河北省科技廳組織,委托保定市科技局主持.

組織鑒定單位聘請9名同行業專家組成鑒定委員會,天津大學熱能工程系趙鎮南教授擔任主任委員,河北農業大學機電學院孫維連教授和國防科技工業科技成果推廣轉化研究中心呂德隆高級工程師擔任副主任委員,另外還有北京航空航天大學邢玉明教授等6名委員.趙鎮南主任委員主持會議聽取課題匯報,經過考察現場、鑒定委員質疑,主研人答辯,鑒定委員評議。與會專家一致認為:該產品在節能、節水、環保方面效果突出,經濟效益、社會效益顯著。在鑒定會結束后,本刊記者采訪了設備主研人宿新天、宋重福。

記者:目前,淬火介質冷卻方式比較常用的是水冷換熱器,貴公司是在什么背景下想到改變傳統的淬火介質冷卻方式的?

宿總:2000年愛協林工業爐工程(北京)有限公司為東風汽車集團公司制造的連續滲碳爐,淬火油冷卻原來采用板式換熱器加冷卻塔,冷卻效果不好,滲碳件汽車齒輪硬度達不到設計要求,出現軟點。愛協林公司委托我們幫助解決這一難題。當時國內淬火油的冷卻普遍采用油——水換熱器,冷卻水采用冷卻塔二次冷卻。其弊病是:①油——水換熱器壁面一旦泄漏,冷卻水滲入高溫油中后,產生水蒸汽會引發爆炸的危險。②由于冷卻塔處于大氣環境中,灰塵和雜質進入冷卻水中以后必然導致板式換熱器的換熱面產生污垢,惡化傳熱性能,傳熱能力大大降低。③水冷系統消耗電功率較大。④耗水量大

記者:要達到同樣的冷卻效果,為什么空氣冷卻器比水換熱器消耗的電功率要少?

宿總:該空氣冷卻器采用了一種強化傳熱技術,使空氣冷卻器的總傳熱系數比常規提高了32%~40%。通過合理布局,使空氣流道暢通,外掠氣體分離點后移,旋渦壓變小,明顯增強外側傳熱效果,從而使風機功率降低,電耗隨之減小,達到節能的目的。

翅片與管子采用高頻焊接整體熱浸鋅,徹底消除管與翅片之間的導熱熱阻,使其傳熱性能大大改善,同時整個翅片管的抗腐蝕能力增強。

該空氣冷卻系統中實現了密閉循環,在接近環境空氣的濕球溫度下進行空冷,冷卻效率高。空氣冷卻器由冷卻排管、噴霧系統、大風量軸流風機、循環泵及溫度控制箱等幾部分組成,通過采用先進的氣——液強化傳熱措施,大大地提高傳熱效果。

記者:空氣冷卻器有哪些主要組成部件,在部件的選用或是結構設計上是如何體現節能的?

宿總:①傳熱管:根據換熱量以及其他參數,確定熱換面積,傳熱管數量、品種和規格來布置傳熱管。傳熱管采用高頻焊接翅片,其擴展面積增大8倍以上,大大增強了空氣的換熱能力。②風機:功率小,根據傳熱系數和冷卻能力選擇適宜功率的軸流風機。③空氣冷卻器本體:換熱排管為錯排,幾個流程均勻布置,風量風速達到平衡,大大提高換熱能力。充分合理地利用傳熱原理,獲得最佳的傳熱效果。④輔助部件:在環境溫度較高和要求熱流體溫度降得較低時,在風機和傳熱管之間增設噴霧裝置,可使傳熱管表面溫度降至環境溫度,增大傳熱溫差。

記者:請您簡要地介紹一下空氣冷卻器的傳熱設計原理。

宿總:根據換熱量、溫度、流量及壓降等參數,確定換熱面積、傳熱管數量、品種和規格,當流體通過傳熱管時,產生旋轉(運動),即旋渦輸送流體到換熱表面,增加對流運動,避免流體在壁面流動分離。由于節距、升角、內翅片厚度作用,破壞熱邊界層,產生二次流,其內表面比光滑壁面擴展3~5倍。

翅片管采用高頻焊接,其優點是氣流從層流過渡到湍流區,克服了光管外表面流動不穩定而使傳熱因子下降的弊病。

典型空氣冷卻器的熱工參數如下(淬火油介質):油側流速1.5m/s,管內對流換熱系數389W/(m2.℃);空氣側流速度15m/s,對流換熱系數 114W/(m2.℃),翅片比7.8;空氣冷卻器總傳熱系數263W/(m2.℃),對數平均溫差17.6℃,水側阻力降0.2MPa,空氣側阻力降 230Pa。

記者:空氣冷卻器具有節水、節能、環保等一系列的優點,還是請您做一個總結吧。

宋總:①除環境溫度較高,淬火介質需要冷卻到和環境溫度接近,需要啟動噴淋系統時用少量水,其他工況條件下根本不用水,而是用取之不盡、用之不竭、且不需要付費的空氣作冷卻介質,帶走熱量。②空氣冷卻器運轉平穩,可靠程度高。③水有腐蝕性,需要控制灰塵的尺寸和沉積,而空氣基本上對空氣冷卻器不產生腐蝕作用。④由于過程流體總在管側,因而,減輕了空冷器的設計難度。⑤水冷系統更容易造成過程流體的污染,而空冷系統則無此之憂。⑥空氣的吹送可以幫助對空氣側的結垢進行周期性的清洗,也可以每半年或一年進行一次化學清洗,而水冷系統需要經常進行清洗。⑦空冷器運行費用僅為水冷系統的20%~30%。由于水冷卻系統中水泵進行水循環需要消耗大馬力的功率,以及進行水處理所需的昂貴費用,故水冷系統的運行費用更高。⑧空冷器可以減少對環境的影響;如對湖水、河流等的加熱,廢氣及污水的排放等。

記者:淬火介質空氣冷卻器從提出課題,到產品基本走向成熟,至今已經有6年了,請您對設備的運行狀況,取得的經濟效益、社會效益及存在的問題和不足做一個客觀的評價,以利于用戶正確選用,也利于貴公司不斷改進和創新。

宋總:①淬火介質空氣冷卻器經過6年多的運行,數百次的現場測試結果表是,其設計制造與安裝是成功的,填補了國內一項空白,獲實用新型專利(ZL03249016.X)。②徹底解決了原來淬火油冷卻器冷卻能力不足及管路漏油問題,冷卻能力顯著提高,解決了工作時油煙較大,極易引起燃燒的難題,淬火能力比原來有較大幅度提升,提高了熱處理行業的勞動生產率。③該產品的通用性強,適應于工業上各種冷卻需要,操作維修簡單,運行情況良好,無堵塞、無水垢。④經濟效益顯著,產品累計銷售額達5000萬元,節電節水社會效益達9100萬元。⑤該項技術對行業有重大影響,在節能、環保方面有特殊價值,符合建立節約型社會的國家大政方針。

前面,我談了空氣冷卻器好多優點,下面我也介紹一下存在的問題及改進方案。問題:體積較大,外形不夠精致,以現代產品審美觀衡量,造型尚不夠流暢;噪聲也較大,對一些生產車間環保指數要求較高的場所顯得不協調。改進方案:深入現場調查設備的運行狀況,誠懇征求用戶意見,實現優化設計,精心制作,嚴格檢驗;風機、水泵、油泵選用低噪聲的產品。


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