海水冷却系统

关键词： 冷却系统 凝汽器 海水 暗渠

海水冷却系统（精选四篇）

海水冷却系统 篇1

核电海水冷却系统的冷却对象主要是凝汽器,还有少部分作为密闭冷却水的冷媒水,单台机组海水循环量约为30m3/s,海水从引水口经暗渠明渠,到达旋转鼓网,然后送达各用户点。海生物/微生物控制方案由原先的电解盐水,因为诸多集中问题,改为外购次氯酸钠溶液直接投加,投加方式采用在取水口/鼓网前冲击性,每天一次,每周5次,每次每个机组5吨。

秦山二核四台机组由于投运时间的差异,海生物/微生物污染情况有所不同。三四号机组由于运行时间相对短,从大修打开的凝汽器出水穹室看,还不算严重,海生物主要以水螅虫为主,有少量藤壶。一二号机组的情况和三四号类似,但情况相对严重些,在鼓网处就发现较多的贝类海生物,而且打开的凝汽器及管道的情况也要严重些。总体来说,除了一些局部区域,秦山二核的海生物控制是受控的。

秦山二核的海生物/微生物控制得益于两点:1)相对高剂量的次氯酸钠投加;2)海水的高悬浮物。

尽管我国尚未对电厂温排水余氯排放还没有制定强制性标准,但国际上,这种标准却是十分严苛的:氯会影响生物,在海水出水口不能检测到余氯。

2 国际上关于余氯对水生生物及环境的影响研究

海洋生态系统是一个完整的动态系统,食物链交错存在,任何一个种群的变化都可能导致其他种群的巨大变化,余氯产生的影响如下:

A.余氯对浮游生物的影响

由于浮游植物的自我恢复能力很强,在受到外界余氯的影响后会有损失,但很快自行恢复。实验和实际运行发现,优势种群可能会发生变化。

而余氯对浮游动物的影响则很敏感。

B.余氯对贝类的影响

余氯可造成贝类滤食率、足活动频率、外壳开闭频率、耗氧量、足丝分泌量、排粪量等亚致死参数的降低,从而使贝类失去附着能力。当余氯浓度低于1mg L-1时,贝类仍可以打开外壳进行摄食,但摄食速率降低;浓度更高时,贝类便被迫关闭外壳,依靠体内积蓄的能量和缺氧呼吸作用生存,直至能量完全消耗或代谢废物达到毒害水平。

余氯对不同贝类种类,年龄,季节等方面都有不同影响。

C.余氯对鱼类的影响

余氯对鱼类的影响余氯对鱼鳃有损伤作用,使鱼鳃组织发生病变,从而影响并阻碍鱼鳃与水中溶解氧的交换。余氯也可能会通过鱼鳃组织渗入血液中,把血液中能携带氧的还原性血红蛋白氧化成不能携带氧的正铁血红蛋白,还可能抑制正铁血红蛋白还原性酶的活性,从而导致血液运载氧的能力下降。

有些鱼类可以通过自身的调节,对氯产生一定的抗性,提高自身对氯的忍耐力。令人奇怪的是,鱼类群体比鱼类个体对氯更敏感。

D.余氯的其他负面影响

1)余氯导致的氯代烃污染

由于海水的污染状况加剧,其本身具有的COD/TOC等都将与余氯结合成THM(三氯甲烷),这是严格控制的致癌物质。

显然,THM的浓度与排放余氯和水体的COD/TOC有着直接的关系,尽管海水冷却系统不直接是我们的饮用水源,但THM通过直接或间接的循环,对我们的周围水体造成潜在的影响。

2)余氯对腐蚀的影响

余氯对于碳钢/镀锌管/铸铁管等的腐蚀在饮用水的输送过程中是经常出现的问题;在海水系统中,由于大量离子尤其是氯离子/硫酸根离子的存在,在余氯和高流速促进下,腐蚀有时将变得不可思议。从核电系统的海水冷却系统中管道和设备材质来看,很多地方采用了涂层保护,但依然在没有受到涂层保护或涂层剥落处面临强腐蚀趋势,基本上在某些特定区域,每年大修都有管道更换项目。稳定的余氯控制和恰当的投加浓度控制是减缓这种腐蚀的主要手段。

3 对策

从前面部分的阐述我们总结如下:

1)在目前次氯酸钠溶液剂量条件和海水水质条件下,海水冷却系统的海生物/微生物基本可控;

2)3/4号机组由于投运时间短,海生物/微生物控制情况好于1/2号机组;

3)余氯排放将对周围水系的水生物产生诸多负面影响,这是毋庸置疑的,而实际影响程度需要数据来评估;

4)目前的余氯排放水平从次氯酸钠溶液投加剂量和类似系统的经验来看是过量的。余氯的检测需要常态化;

5)高余氯将导致系统潜在的高腐蚀速率,影响设备和管道寿命;

6)高余氯导致高THM,影响环境安全;

7)我们国家暂时没有强制性的余氯排放标准,但我们需要未雨绸缪,为将来面临的瓶颈做好充分的技术储备。

为此,我们我们将来的工作计划围绕着:

A.如何降低余氯的排放

从次氯酸钠溶液实际使用来看,基本满足了对系统海生物/微生物的控制,但我们缺乏对系统各监测点余氯的监测,这种监测是应该常规监测;监测点的设立包括凝汽器海水进水,凝汽器海水出水,海水排放口。通过这些数据,可以大致了解余氯在系统内的衰减曲线,为次氯酸钠溶液的投加浓度提供依据。

1)海水冷却进水:从加药点5ppm浓度,到凝汽器进水可以考察余氯的基础消耗,主要被系统的COD和悬浮物消耗;

2)海水冷却出水:经过凝汽器的温升,余氯的消耗;

3)海水排放口:这点数据是最重要的,因为这直接关系到对环境的影响,也是未来环保监测点。

现在,我们有了专利的次氯酸钠溶液增效剂技术Act-Brom活性溴技术,通过将次氯酸钠溶液中的氯部分转化成溴,从而显著提升其整体杀菌效率;从另一方面来讲,同等效率的杀菌效率,次氯酸钠溶液的用量理论上可以降低80%。从大量实际使用业绩来看,大约可以降低50%。

我们知道,次氯酸钠溶液的杀菌能力主要是由次氯酸钠水解产生的次氯酸贡献的,p H越高,它的杀菌能力越差,因为次氯酸的产生越少。通过将次氯酸钠转化为次溴酸钠,杀菌效率显著提升是因为次溴酸的杀菌效率明显高于次氯酸,更为重要的是次溴酸根也是有杀菌作用的,而次氯酸跟是没有杀菌作用的。

我们的水体p H一般接近8,在这种条件下,次氯酸钠溶液的杀菌效率几乎已经损失了80%。这是Acti Brom活性溴技术为什么显著提升次氯酸钠溶液效率的根本原因。在实际应用中,氯转化为溴的效率不可能是100%的,这取决于Acti Brom产品与次氯酸钠溶液的配比投加浓度,所以实际使用中,杀菌作用的是次溴酸、次溴酸根、次氯酸的混合物;实际监测中,我们依然测定余氯,即使海水冷却进水的余氯目标浓度降到0.1-0.3ppm时,实际使用经验告诉我们足以满足系统的微生物/海生物控制,可以放心地将次氯酸钠溶液的使用量降低一半。

B.如何对现在余氯排放对水生物的影响进行评估

大亚湾核电曾经在2000年对大亚湾周围水系进行过类似研究,当时由中科院南海海洋研究所、中国水产科学研究院南海水产研究所联合完成,余氯排放在0.01-0.02低位,每天60分钟的排放对选定的一些水生物没有明显影响。(现在大亚湾核电有时采用连续加氯,且投加浓度较以前也明显上升)

秦山核电没有对排放口进行余氯监测,所以当务之急是建立这种常规监测体系。

参考文献

海水冷却系统 篇2

（一）一、复习提问

1、汽油供给装置由哪些组成？

2、汽油喷射系统由哪些元件组成？

二、导入新课

上节课我们学习汽油机燃油供给系统，今天我们继续学习发动机冷却系统。

三、讲授新课

8.1冷却系统的功用及组成

（一）冷却系统的功用

是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内。冷却系统既要防止发动机过热，也要防止冬季发动机过冷。在冷态下的发动机起动之后，冷却系统还要保证发动机迅速升温，尽快达到正常的工作温度。

（二）冷却系统的分类

发动机的冷却系统有风冷与水冷之分。以空气为冷却介质的冷却系统称风冷系统，以冷却液为冷却介质的称水冷系统。汽车发动机，尤其是轿车发动机大都采用水冷系统，只有少数汽车发动机采用风冷系统。

（三）冷却系的组成

汽车发动机的冷却系统为强制循环水冷系统，即利用水泵提高冷却液的压力，强制冷却 液在发动机中循环流动。强制循环水冷系统由水泵、散热器、冷却风扇、节温器、补偿水 桶、发动机机体和气缸盖中的水套以及其他附属装置等组成。

8.2 冷却液

（一）冷却液的作用

1、为了适应冬季行车的需要，在水中加入防冻剂制成冷却液，以防止循环冷却水冻结。

2、防冻剂有防止冷却液过早沸腾的附加作用。

（二）冷却液的成分

1、最常用的防冻剂是乙二醇。冷却液中水与乙二醇的比例不同，其冰点也不同。

2、在水中加人防冻剂还同时提高了冷却液的沸点。

3、防冻剂中通常含有防锈剂和泡沫抑制剂。防锈剂可延缓或阻止发动机水套壁及散热器的锈蚀或腐蚀。冷却液中的空气在水泵叶轮的搅动下会产生很多泡沫，这些泡沫将妨碍水套壁的散热。泡沫抑制剂能有效地抑制泡沫的产生。在使用过程中，防锈剂和泡沫抑制剂会逐渐消耗殆尽，因此，定期更换冷却液是十分必要的。

4、在防冻剂中，一般还要加入着色剂，使冷却液呈蓝绿色或黄色，以便识别。

8.3 散热器

（一）散热器的作用

发动机水冷系统中的散热器由进水室、出水室及散热器芯等三部分构成。冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过。热的冷却液由于向空气散热而变冷，冷空气则因为吸收冷却液散出的热量而升温，所以散热器是一个热交换器。

（二）散热器的分类

1、按照散热器中冷却液流动的方向，可将散热器分为纵流式和横流式两种。

纵流式散热器芯竖直布置，上接进水室，下连出水室，冷却液由进水室自上而下地流过散热器芯进入出水室。横流式散热器芯横向布置，左右两端分别为进、出水室，冷却液自进水室经散热器芯到出水室横向流过散热器。

2、散热器芯结构形式分类。

（1）管片式散热器芯由散热管和散热片组成。

（2）管带式散热器芯由散热管及波形散热带组成。

（3）板式散热器芯的冷却液通道由成对的金属薄板焊合而成。

（三）散热器盖

1、闭式水冷系统可使系统内的压力提高98～1 96 kPa，冷却液的沸点相应地提高到 1 20℃左右，从而扩大了散热器与周围空气的温差，提高了散热器的换热效率。由于散热器 散热能力的增强，可以相应地减小散热器尺寸。

2、闭式水冷系统可减少冷却液外溢及蒸发损失。

散热器盖的作用是密封水冷系统并调节系统的工作压力。当把散热器盖盖在散热器加冷 却液口上并锁紧时，散热器盖的上密封衬垫在压力阀弹簧的作用下与加冷却液口的上密封面贴紧，散热器盖的下密封衬垫与加冷却液口的下密封面贴紧，这时水冷系统被封闭。

（四）补偿水桶

补偿水桶由塑料制造并用软管与散热器加冷却液口上的溢流管连接。其作用当冷却液受热膨胀时，部分冷却液流人补偿水桶；而当冷却液降温时，部分冷却液又被吸回散热器，所以冷却液不会溢失。

四、课堂小结

（一）冷却系统的功用、分类、组成

（二）、冷却液的作用、成分

（三）、散热器的作用、分类

（四）散热器盖

（五）补偿水桶

海水冷却工程科学用海评价研究 篇3

21世纪是海洋的世纪, 海洋是生命的摇篮和资源的宝库, 是全球生命支持系统的一个重要组成部分。随着沿海社会经济的快速发展和淡水资源危机的不断加剧, 海水冷却技术已成为缓解沿海地区淡水资源紧缺局面的有效途径之一[1,2,3]。海水冷却技术按工艺可分为海水直流冷却和海水循环冷却两种。海水直流冷却历史悠久、技术成熟, 已广泛应用于沿海电力、石化等高耗水行业。近年来, 海水循环冷却作为一种环保型节水新技术逐渐受到重视并迅速发展, 目前我国已基本掌握海水循环冷却防腐、阻垢、防生物附着和海水冷却塔关键技术, 成功实施了千吨级、万吨级和十万吨级工程示范, 产业化推广不断深入。

随着沿海地区海水冷却工程的兴建, 海水冷却工程科学用海问题日益引起业界的高度关注, 而国内外相关研究大多集中在海水冷却温排水和余氯对海洋环境影响方面[4,5,6], 尚无对海水冷却工程科学用海评价的系统研究。为此, 全面开展海水冷却工程科学用海研究, 建立评价指标体系和评价方法, 为海水冷却工程项目用海评价提供理论依据和技术支撑, 对于合理开发利用海洋, 保障沿海地区海洋资源、环境与社会经济的协调可持续发展具有重要意义。

2 海水冷却工程科学用海内涵

海水冷却工程科学用海是指在符合海域自然属性、有效节约淡水资源、满足冷却用户正常生产需求的前提下, 确保冷却工程用海与海洋环境、海洋资源以及社会经济协调、可持续发展。

3 海水冷却工程科学用海指标体系设置原则

3.1 全面性与代表性原则

海水冷却工程科学用海指标体系是一个多种因素综合作用的有机整体, 应从不同角度全面反映科学用海的主要特征和状况。同时, 应结合海水冷却工程科学用海的重要环节和过程, 在指标选取上注重代表性和典型性, 避免指标的重叠或交叉, 使指标体系简洁、易用。

3.2 系统性与层次性原则

海水冷却工程科学用海评价是一个复杂的系统工程, 涉及自然条件、海洋环境与资源、社会经济、用海效益等众多方面和不同因素, 因此指标体系的设计应根据影响因素之间的特性和相互关系, 构建系统完整、层次分明的评价指标体系。

3.3 科学性与实用性原则

评价指标的设置应客观反映海水冷却工程科学用海的实际状况, 既要科学规范、内涵明确, 又要实用、可靠, 使指标数据具有良好的可获性和准确性, 便于量化处理, 确保评价方法科学合理、计算模型易于掌握。

4 海水冷却工程科学用海指标体系与系统分析

4.1 海水冷却工程科学用海指标体系构建

本研究通过深入分析海水冷却工程科学用海的特性和关键影响因素, 提出并建立海水冷却工程科学用海指标体系, 包括自然条件适宜性、海洋环境影响度、社会发展协调性和工程用海效益4个子系统 (表1) , 旨在实现海水冷却工程用海与自然条件、海洋环境、社会发展以及自身效益的和谐统一与可持续发展。

4.2 海水冷却工程科学用海系统分析

4.2.1 自然条件适宜性

自然条件是海水冷却工程用海的基础, 良好适宜的自然条件是保证海水冷却工程安全、经济、稳定运行的基本前提, 因此海水冷却工程选址论证须充分考察海域自然条件对工程用海的适宜性, 包括海洋水文、取水水质和工程地质3个指标。海水冷却工程用海适宜的自然条件是海水温度低、海水交换能力强、取水水质好和无不良海洋地质灾害。

(1) 海洋水文条件:表征工程海域水文动力条件对海水冷却工程的适宜性和影响程度, 包括水温和海水交换能力。水温低则冷却效果好, 对海水冷却工程有利。海水交换能力强, 有利于海水冷却工程温排水、残余药剂等污染物的稀释和扩散。

(2) 取水水质条件:表征工程海域取水水质条件对海水冷却工程的适宜性和影响程度, 取水水质越好, 则海水冷却水处理难度越小, 越有利于海水冷却工程的正常稳定运行。海水冷却工程关键的取水水质指标为浊度和异养菌总数。

(3) 工程地质条件:表征区域地质环境对海水冷却工程建设的适宜性和影响程度, 包括场地类别和地震烈度两个指标。场地类别是根据工程场地覆盖层厚度和场地土刚度等因素, 按有关规定对建设场地所作的分类, 用以反映不同场地条件对地震的综合放大效应, 通常分为4类。地震烈度是指地震引起的地面震动及其影响的强弱程度, 分为十二级。

4.2.2 海洋环境影响度

海洋环境与人类的生产和生活息息相关, 与海水冷却工程用海相互影响、相互制约。海水冷却工程在满足正常生产需求的前提下, 应尽量消除或降低对海洋环境的污染和破坏。本研究提出用海洋环境影响度表征海水冷却工程对海洋环境的影响程度, 包括海水水质影响、海洋沉积物影响和海洋生态环境影响3个指标。

(1) 海水水质影响:表征海水冷却工程排放水对海水水质环境的污染程度, 包括4℃温升影响、药剂影响和盐度影响3个指标。海水冷却工程排水的特征污染物主要是温升、残余药剂和浓盐水 (循环冷却) , 这些污染物对海水水质会造成不良影响, 并进而影响海洋生态环境。

(2) 海洋沉积物影响:表征海水冷却工程排放水对海水沉积物环境的污染程度, 包括有机碳和硫化物两个指标, 分别表征海水冷却工程排放的有机药剂以及含硫化合物对海洋沉积物的影响程度。

(3) 海洋生态环境影响:表征海水冷却工程对海洋生态环境的影响程度, 包括浮游植物、浮游动物和底栖生物3个指标。浮游植物是海洋生态系统中最主要的初级生产者, 不仅为浮游动物、甲壳动物、软体动物和仔稚鱼提供食物和必需的营养成分, 还可指示海洋水质的好坏及全球气候的变化。浮游动物在海洋生态系统中扮演着重要角色, 既是消费者 (掠食者) , 又是生产者, 并对物质循环和垂直流动起重要作用, 其种类组成、分布与海洋环境密切相关。底栖生物是海洋生态系统的重要组成部分, 底栖生物的栖息地相对稳定, 活动空间范围较小, 对海域环境变化反应敏感度较高, 其种类组成、数量分布及其生态群落多样性等将直接反映该海域生态环境状况, 常被作为评价海洋环境影响的重要指标之一。

4.2.3 社会发展协调性

社会发展是海水冷却工程用海的内在动力和归宿, 海水冷却工程用海应与社会发展和谐统一。社会发展协调性表征海水冷却工程用海与当地社会发展的协调程度, 包括法规政策符合性和周边用海活动协调性两个指标。

(1) 法规政策符合性。法规政策符合性是指海水冷却工程用海与国家涉海法律法规、政策规划的符合程度, 包括海洋功能区划符合性和涉海规划符合性两个指标。我国《海域使用管理法》明确规定国家实行海洋功能区划制度, 海洋功能区划是指导科学用海的规范性文件。海水冷却工程用海首先必须符合国家和地方海洋功能区划要求, 不得影响海洋功能区划主导功能的发挥。同时, 也要符合区域涉海规划的要求, 促进区域海洋经济和社会发展。

(2) 周边用海活动协调性。周边用海活动协调性是指海水冷却工程用海应与周边其他用海活动相协调, 尽量减少或避免相关利益冲突, 实现区域用海活动的和谐有序, 包括海洋权属协调性和生产作业协调性两个指标。海洋权属协调性是指海水利用工程用海与周边其他用海活动在宗海图、用海类型、用海面积、用海期限等海洋权属方面不存在冲突。生产作业协调性是指海水冷却工程用海不得妨碍周边其他用海活动正常的生产作业, 如海水冷却温排水不得对周边海水养殖区或生态保护区产生不良的影响。

4.2.4 工程用海效益

海水冷却工程以海水替代淡水作为工业冷却水, 从而节约淡水资源、缓解沿海地区日益严重的水资源危机, 其用海效益突出表现在海水利用效率和节水效益两个指标。

(1) 海水利用效率。海水利用效率是指产生相同的用海效益所耗费海水量的多少, 包括海水浓缩倍数和排放水再利用两个指标。海水浓缩倍数反映了在冷却系统中海水循环利用的程度, 即海水利用效率的高低。在海水循环冷却系统中, 海水经换热设备完成一次冷却后, 再经冷却塔冷却并循环使用。海水在循环利用的过程中由于蒸发而产生浓缩, 海水浓缩倍数越大, 则海水利用效率越高, 海水循环冷却的浓缩倍数一般控制在1.5~2.0之间。在海水直流冷却系统中, 海水经换热设备完成一次性冷却后即直接排海, 其浓缩倍数可视为1 (即不浓缩) 。由此可见, 海水循环冷却的海水利用效率高于海水直流冷却。排放水再利用是指遵循循环经济的发展理念, 将海水冷却工程排放水回收再利用, 以减少污染物排放, 提高资源利用效率。目前, 排放水再利用主要包括利用海水直流冷却温排水作为反渗透海水淡化装置进水、发展海水养殖等, 以及利用海水循环冷却排放的浓盐水发展盐化工等综合利用技术。

(2) 节水效益。节水效益是指海水冷却工程节约的淡水资源量及其价值, 包括工程冷却水量和淡水资源稀缺程度两个指标。工程冷却水量表征节约淡水资源量的多少, 工程冷却水量越大, 则相应替代的淡水资源量越多。淡水资源稀缺程度反映了海水冷却工程节水效益的相对多少, 淡水资源越缺乏的地区, 则海水冷却工程产生的节水效益相对越大。国际上通常采用人均水资源量来表征一个地区淡水资源稀缺程度, 可分为不缺水、轻度缺水、中度缺水、重度缺水和极度缺水五级。

5 海水冷却工程科学用海评价方法

所谓评价是指人们参照一定标准对评价客体的价值高低或优劣进行评判比较的一种认知过程, 同时也是一种决策过程。海水冷却工程科学用海评价是一个复杂的系统, 涉及多个指标、多种因素, 因此本研究运用层次分析法对海水冷却工程科学用海进行综合评价。

层次分析法[7,8]是由美国著名数学家、运筹学家萨迪于20世纪70年代中期提出, 具有实用、简洁的特点, 是一种定性与定量相结合的多目标综合决策方法, 适于海水冷却工程科学用海评价。层次分析法的基本原理是将待评价的复杂问题分解成若干组成因素, 并将各因素按支配关系分组, 形成递阶层次结构模型;再由专家或决策者对所列指标通过重要程度的两两比较逐层进行判断评分, 利用计算判断矩阵的特征向量确定下层指标对上层指标的贡献程度或权重, 从而得到最基层指标对于总体目标的重要性权重排序。

5.1 建立层次结构模型

通过系统分析海水冷却工程科学用海关键影响因素, 明确因素的内在逻辑关系, 建立递阶层次结构模型。

5.2 构建判断矩阵

根据层次结构模型, 构造判断矩阵A。判断矩阵A表示同一层次中各个因素对于上一层某个因素的重要程度, 由专家按照1~9标度法对同一层元素重要性程度进行两两比较并赋值 (表2) 。

注:2, 4, 6, 8表示上述相邻判断的中间值, 如果重要性颠倒则用标度的倒数表示.

5.3 计算最大特征根和特征向量

计算判断矩阵A的最大特征值对应的特征向量, 将特征向量归一化, 然后利用方根法计算特征向量, 即权重。

方根法求解特征向量:

将判断矩阵每一行相乘并开n次方根得:

式中:bij为判断矩阵A中元素的值, 对任意的i, j=1, 2, …, n;αi为特征矩阵的横向量。

对α= (α1, α2, …, αn) T向量进行归一化处理, 即

则向量W= (w1, w2, …, wn) T, 即为所求得的特征向量。

计算判断矩阵的最大特征值:

式中:A为判断矩阵; (AW) i为矩阵AW的第i个分量, 对任意的i=1, 2, …, n。

5.4 一致性检验

由于客观事物的复杂性以及专家认识的局限性, 专家所作的比较判断矩阵与客观事实可能不相符, 因此需要对矩阵A进行一致性检验。

一致性检验的指标为:

一致性指标:

一致性比率:

式中:RI为随机一致性指标均值 (表3) 。

通常以CR作为检验一致性的判别式, 若CR<0.1, 则认为判断矩阵A具有满意的一致性, 所得特征向量即为指标权重。

6 结束语

为适应海水冷却工程用海日益增长的形势和科学用海评价的需要, 本研究通过系统分析关键影响因素, 建立了海水冷却工程科学用海评价指标体系和评价方法, 对海水冷却工程科学用海评价进行了有益探索, 这将有利于保护海洋资源和生态环境, 促进沿海地区社会经济的可持续发展。但应该看到, 鉴于认识水平和技术手段的限制, 该指标体系和评价方法还有待完善, 需要在实践中进一步检验并不断丰富和发展。

参考文献

[1]侯纯扬.海水冷却技术[J].海洋技术, 2002, 21 (4) :33-40.

[2]侯纯扬, 武杰, 赵楠, 等.海水直流冷却水系统金属腐蚀、污损生物附着及其对策[J].海洋技术, 2002, 21 (4) :41-45.

[3]侯纯扬, 武杰, 赵楠, 等.海水循环冷却系统腐蚀、污垢和菌藻控制技术研究[J].海洋技术, 2002, 21 (4) :47-50.

[4]MATTEUCCI G, MAGAGNINI M, ARMENI M, et al.Ecological assessment of a marine coastal area affected by a power plant water discharge (Brindisi, Adriatic Sea) [J].The Open Environmental&Biological Monitoring Journal, 2011 (4) :45-56.

[5]林昭进, 詹海刚.大亚湾核电站温排水对邻近水域鱼卵、仔鱼的影响[J].热带海洋, 2000, 19 (1) :44-50.

[6]曾江宁.电厂温排水对亚热带海域生态影响的研究[D].杭州:浙江大学, 2008.

[7]王莲芬, 许树柏.层次分析法引论[M].北京:中国人民大学出版社, 1990.

拖拉机水冷却系统总体设计 篇4

拖拉机工作时,发动机内与高温燃气相接触的零件受到强烈加热,如不加以适当的冷却,会使内燃机过热,充气系数下降,燃烧不正常(爆燃、早燃等),机油变质或烧损,零件的摩擦和磨损加剧,引起内燃机的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化。但是,如果冷却过强,则柴油机工作粗爆,散热损失和摩擦损失增加,零件的磨损加剧,也会使内燃机工作变坏。因此,冷却系统的主要任务是保证发动机在最适宜的温度状态下工作。

1 拖拉机的工况及对冷却系统的要求

一个良好的冷却系统,散热能力能满足拖拉机在各种工况下使用的需要。当工况和环境条件变化时,仍能保证发动机可靠地工作和维持最佳的冷却水温度。

(1)应在短时间内,排除系统的压力。

(2)应考虑膨胀空间,一般其容积占总容积的4%～6%。

(3)在发动机高速运转、系统压力盖打开时,水泵进口应为正压。

(4)有一定的缺水工作能力,缺水量大于第一次未加满冷却液的容积。

(5)设置水温报警装置。

(6)密封好,不得漏气、漏水。

(7)冷却系统消耗功率小,启动后能在短时间内达到正常工作温度。

(8)使用可靠,寿命长,制造成本低。

2 冷却系统的总体布置

冷却系统总布置主要考虑两方面,一是空气流通系统,二是冷却液循环系统。在设计中必须做到提高进风系数和冷却液循环中的散热能力。

提高通风系数,总的进风口有效面积和散热器正面积之比≥30%。对于空气流通不顺的结构,需要加导风装置使风能有效地吹到散热器的正面积上,提高散热器的利用率。

在整机空间布置允许的条件下,尽量增大散热器的迎风面积,减薄芯子厚度。这样可充分利用风扇的风量和拖拉机的迎面风,提高散热器的散热效率。在布置散热系统时,还要考虑散热器和周边的间隙。

2.1 散热器布置

拖拉机散热器一般采用纵流水结构,散热器强度及悬置的可靠性较好。横流水结构散热器能充分地利用有限空间最大限度地增加散热器的迎风面积,主要用于限制高度的拖拉机上,如果园拖拉机、大棚拖拉机等。散热器的安装通常使用减振器,以尽量减少散热器的振动强度。主悬置点与其连接的部件总成之间以胶垫或胶套等柔性非金属材料过渡,达到减振的目的。主悬置点的胶垫压缩量一般为其自由高度的1/5左右。

2.2 护风罩布置

护风罩的作用是确保风扇产生的风量全部流经散热器,提高风扇效率。护风罩对低速大功率风扇效率提高特别显著。风扇与护风罩的径向间隙越小,风扇的效率越高。但间隙过小,车在行驶中由于振动会造成风扇与护风罩之间的干涉。风扇与护风罩之间的径向间隙一般控制在15～25 mm。风扇与护风罩的轴向位置一般为,风扇径向投影宽度的2/3在护风罩内,1/3在护风罩外,以增加导流减小背压。

2.3 风扇布置

风扇直径大小应和散热器的形状相协调,条件允许时可增大风扇的直径,降低风扇转速,以达到减小功率消耗和降低噪声的目的。

2.4 节温器布置

目前与拖拉机配套的发动机上应用的节温器均采用蜡式感应体节温器。当冷却水温度升高时蜡膨胀,节温器开启,冷却水流经散热器进行大循环。当冷却水温度降低时蜡体积缩小,节温器关闭,冷却水不经过散热器,短路流经发动机刚体进行小循环。节温器一般布置在发动机的出水口处。要求节温器的泄漏量小,全开时流通面积大。增大节温器的流通面积可以通过提高节温器阀门的升程和增加阀门的直径来实现。国外较先进的节温器多通过提高阀门升程来增大流通面积,这样可以减少因增大节温器阀门直径带来的卡滞、密封不严等问题。但是,大节温器的升程,对节温器技术要求较高。国产发动机多采用两只节温器并排布置的方式,增加节温器的流通面积。

2.5 水泵布置

水泵的流量及扬程根据不同的发动机而定。流量一般为发动机额定功率的1.5～2.7倍。扬程一般为0.7～1.5 kpa,扬程过高对冷却系统的密封性会产生不利的影响。在配套发动机时,水泵已经由发动机厂家确定好,一般不需配套设计。

2.6 膨胀水箱的布置

国内拖拉机上配套的发动机外形体积较大,由于空间布局限制,中小型拖拉机上膨胀水箱较少使用,膨胀水箱主要用于大型拖拉机上。膨胀水箱尽量靠近散热器布置,使得水管长度最短;膨胀箱的高度要高于冷却系统所有部件。

2.7 前机罩的布置

由于拖拉机的作业环境较为恶劣,尤其是秸秆还田作业,杂草碎屑满天飞,很容易将散热器堵塞。因此前机罩的设计布置至关重要,主要应注意以下几点。

(1)进风面积要足够大。

(2)能够很好地过滤掉冷却空气中较大的杂质(杂草、秸秆碎屑等)。

(3)能与散热器周边形成良好的密封,防止热空气回流。

3 主要部件匹配设计要点、参数设计和选型

3.1 主要部件设计要点

(1)在整机总布置空间允许的条件下,尽量增大散热器的迎风面积。

(2)在保证风量不变的条件下,可以适当增加风扇直径,降低风扇转速,减少噪声和功率消耗。

(3)冷却系统的最高水温应以发动机的允许使用水温为标准。

(4)节温器的全开温度应为发动机正常工作水温范围的中限,开启温度应为发动机正常工作水温范围的下限。但因节温器的自身特性,开启温度一般低于全开温度10℃左右。

3.2 参数设计及选型

(1)参数设计。在设计或选用冷却部件时应以散入冷却系统的热量Qw为原始数据,来计算冷却系统的循环水量和冷却空气量,以便设计或选用散热器和风扇。

热量Qw用以下经验公式计算:

式中A—传给冷却系统的热量站燃料热能的百分比,对柴油机A=0.18～0.25;

ge—燃料消耗率,kg/kW·h,柴油机取0.21～0.27;

Ne—发动机有效功率,kW。

hn—若水冷式机油散热器,要增加散热量,Qw增大5%～10%。

在算出发动机所需的散走的热量后,可用下式计算冷却水循环量Vw:

式中Δtw—冷却水循环的容许温升(6～12℃);

γw—水密度,(1 000 kg/m3);

cw—水比热(4.187 kJ/kg·℃)。

冷却空气需要量Va用下式计算:

式中△ta—散热器前后流动空气的温度差,10～30℃

γa—空气密度,γa—般取1.01 kg/m3

cpa—空气定压比热,可取cpa=1.047 kJ/kg·℃

(2)散热器及其选用。目前,拖拉机常用的散热器芯部结构主要分为管片式和管带式两种结构,按材料分有铜和铝两种材质。铜散热器制造及维修方便,但成本较高。铝散热器对制造工艺要求较高,芯体一般采用硬钎焊;由于材质较软,仅能做成管带式结构。铝散热器价格便宜,随着钎焊工艺的发展,在拖拉机上已大量使用,有取代铜散热器的趋势。

散热器的计算所根据的原始参数是散热器散发的热量和散热器的外形尺寸。散热器散发的热量就等于发动机传给冷却液的热量。

已知散热器散发的热量后,所需散热面积Fs可由下式计算:

式中Ks—散热器的传热系数;

Δt—散热器中冷却水和冷却空气平均温度差。

(3)风扇的选择。拖拉机上采用的风扇均为轴流式,结构简单,系统布置方便,低压下扇风量大。一般采用增强尼龙制造的风扇,韧性好,不易变形,效率高。选择冷却风扇时主要参照空间尺寸和需要的扇风量。风扇的扇风量Vf按下式计算:

式中Va—冷却空气需要量;

ηvf—风扇容积效率,0.7～0.9。

3.3 冷却系统性能试验验证

冷却系统设计完成之后,还应该进行充分的试验验证。目前拖拉机水冷却系统的试验方法主要有两种,工况模拟试验和补偿试验两种。

(1)工况模拟试验。工况模拟试验方法比较直观可靠,但对试验设备要求较高。将拖拉机连接到PTO试验台上,连接好相关设备,试验车间温度调整至需要的温度进行测试,分别在发动机最大功率点、标定点和最大扭矩点进行试验,读取3种工况下冷却液温度稳定后最高数值T1,与发动机最高允许工作温度值T0进行比较,可以直观得出是否满足使用要求。

(2)补偿试验。补偿试验方法相对简单,对试验设备要求也相对较低,但存在一定的误差。当试验车间环境温度在26℃以上时,将拖拉机连接到PTO试验台上,连接好相关设备。分别在发动机最大功率点、标定点和最大扭矩点进行试验,读取3种工况下冷却液温度稳定后最高数值T1和当时的环境温度值T3 (散热器正前方1 m处)。用发动机最高允许工作温度T0-T1+T3得出的数值,即得出拖拉机可以满足的使用环境温度。

4 结论