板翅式空氣冷卻器的應用及研究

李寶麟

摘 要：近些年來，隨著環(huán)境保護壓力的增大和能源結構調(diào)整的要求越來越迫切，以風電為代表的可再生清潔能源的裝機容量在電力系統(tǒng)的比重不斷增加。當今世界風力發(fā)電技術的發(fā)展趨勢表現(xiàn)為單機容量的逐步增大，直接導致機艙內(nèi)部各系統(tǒng)散熱量相應增大。因風電機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艙內(nèi)部進行各系統(tǒng)冷卻的主要設備?？諝饫鋮s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，分別對空氣冷卻器的概述、分類、結構、選擇原則、應用及存在不足等方面進行探討，以供參考。

關鍵詞：空氣冷卻器；風電；應用

前言

空氣冷卻器實際是以可再生資源風為冷卻介質，對相關介質進行冷卻的設備。目前很多領域都已經(jīng)應用了空氣冷卻器，尤其是行走機械和水資源困難的地方。在實際應用中，空氣冷卻器取得了良好的經(jīng)濟效益，由此可見，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

空氣冷卻器分為板翅式和翅片管式。板翅式結構簡單，散熱面積大，除用于風冷卻器外，還可做成油-油和水-油熱交換器，散熱效率高，強制對流空氣散熱系數(shù)為35-350W/（m2.℃）。翅片管式冷卻器是用圓管外嵌入翅片，散熱面積可達光管的8-10倍。用作油介質時，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

空氣冷卻是指利用空氣與冷卻器內(nèi)部介質直接進行熱交換達到冷卻效果?？諝饫鋮s又包括自然通風冷卻和強制通風冷卻兩種方式。自然通風冷卻是指不設置任何輔助設備，冷卻器暴露在空氣中，通過空氣自然流通將熱量帶走。強制通風冷卻式利用空氣強迫對流的對流換熱系數(shù)大于自然對流的對流換熱系數(shù)，其換熱效果要大于自然通風冷卻。一般在自然通風冷卻無法滿足冷卻需求的條件下，通過對空氣冷卻器外部裝設風扇等強制擾流裝置，進行強制鼓風，已達到冷卻效果。

1.3 板翅式空氣冷卻器的基本結構

板翅式空氣冷卻器的結構單元由翅片、隔板、封條和導流片組成。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流片，兩邊以邊緣封條密封，組成一個基本單元，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。其中翅片和導流片的型式及排列方式對冷卻器的熱傳導系數(shù)和冷卻能力有較大影響。

2 空氣冷卻器的選擇原則及計算

2.1 選擇原則

在選擇冷卻器時應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)使用場合、作業(yè)環(huán)境情況選擇冷卻器類型。如使用現(xiàn)場是否有冷卻水源，是否隨行走機械一起運動等，當存在以上情況時，應優(yōu)先選擇空氣冷卻器。

2.2 冷卻器的傳熱計算

高溫的液壓油和低溫的空氣分別從冷卻器的壁面兩側流過時，如圖2所示，由于壁面的熱傳導作用和運動流體和對流傳遞作用，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-冷熱介質的平均對數(shù)溫差（℃）

設計和選用冷卻器時，應以較小冷卻器的外形尺寸，獲得較大的kA值，即較小的熱阻，使單位時間內(nèi)逸散更多的熱量。

3 板翅式空氣冷卻器應用中的優(yōu)勢與不足

3.1 應用中的優(yōu)勢

板翅式空氣冷卻器采用免費無限取用且腐蝕性低的空氣為冷卻介質，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，對于風電行業(yè)來說顯得至關重要。因在風電機組塔頂機艙內(nèi)，齒輪箱、發(fā)電機、變頻器等在運行過程中會產(chǎn)生大量的熱量，如果熱量不能及時排除，會造成較大的經(jīng)濟損失。如果采用水冷卻器，還需要考慮初始生水，后續(xù)補水和水處理等措施，還需頻繁清理冷卻器水側的水垢和微生物結垢及沉積處，將耗費大量的人力、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)濟效益。

3.2 應用中的不足

空氣冷卻器具有結構簡單，初投資和運行費用低、利于管理與維護等優(yōu)點，因此空氣冷卻器風力發(fā)電系統(tǒng)得到了廣泛的應用和推廣。然而，其制冷效果受氣溫影響較大，當進風溫度低時，冷卻效果好，設備運行效率和功率高；當進風溫度升高時，冷卻效果降低，設備的運行效率和功率隨之下降。冷卻器在使用過程中，周圍空氣的溫度要低于冷卻器的出口溫度。運行過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、風扇運轉產(chǎn)生振動作用造成疲勞破壞。需定期清理冷卻器，出去灰塵和粘附物，校正風扇在使用中產(chǎn)生的變形，以取得良好的冷卻效果。

4 結束語

目前，隨著世界各國對清潔能源開發(fā)的重視，無論是在陸上風電還是海上風電都得到了較快發(fā)展。板翅式空氣冷卻器因其自身的結構及運行特點，也得到了廣泛應用。相信隨著對冷卻器研究的不斷深入和優(yōu)化，未來會有更好的發(fā)展前景。

參考文獻

[1]黎啟柏.液壓元件手冊[Z].1992，12.

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