冷却机制

关键词：

冷却机制（精选七篇）

冷却机制 篇1

1 实验材料及方法

实验材料取自某钢厂生产的热轧25mm厚钢板,其化学成分(质量分数/%)为:0.08 C,1.67 Mn,0.23 Si,0.22 Ni,0.22 Mo,0.052 Cr,0.028 Cu,0.032 Al,0.046 V,0.014 Ti,0.011 P,0.0021 S。取ϕ3mm×10mm的标准热膨胀试样。在Formastor-Digital全自动相变仪上测定静态CCT曲线。具体工艺步骤为:在真空状态下以10℃/s的加热速率加热到1200℃并保温300s后,以10℃/s的冷速冷却到850℃保温30s,然后分别以0.03,0.06,0.14,0.28,0.9,1.7,4.2,9,17,42℃/s的冷速将试样冷却至室温,测得试样在冷却过程中的膨胀曲线,图1为测定 CCT曲线的工艺示意图。冷却至室温后的试样用体积分数为4%硝酸乙醇溶液侵蚀,在MEF-4M金相显微镜对每一冷速下的金相组织分别进行计算机采集,并利用HD9-45型维氏硬度计测试HV硬度,选用载荷294N,每一样品取三点,取平均值。

2 结果与讨论

2.1 钢的相变点

以200℃/h(即0.06℃/s)升降速率测得缓慢加热过程奥氏体转变开始温度点Ac1(685℃)和终止温度点Ac3(850℃),奥氏体缓慢冷却过程铁素体转变开始温度点Ar3(750℃)和终止温度点Ar1(600℃)。

不同冷速下相变温度点如表1所示,可以看出,随过冷度的不断增加,相变温度点出现逐渐下降的趋势,实测结果符合理论上的变化趋势。

2.2 CCT曲线

根据不同冷却速率下的温度-膨胀量曲线,找出不同冷速下的各种相变起始点温度和终止点温度,结合金相-硬度试验法得到图2所示的CCT曲线。

从图2可以看出,当钢从奥氏体以不同冷速冷却时,存在三种相变区:奥氏体向铁素体和珠光体的转变、贝氏体转变和马氏体转变。在小于0.9℃/s的冷速范围内,相变组织为铁素体和珠光体;在1.7~17℃/s冷速范围,相变产物全部为贝氏体组织。实验测得马氏体转变点Ms=458℃,根据实测结果显示,当冷速达到42℃/s时,相变产物为马氏体与贝氏体的混合组织。

2.3 冷却速率对相变组织特征及其形成机制的影响

图3为实验用钢在不同冷却速率条件下的金相组织,图4为不同冷速下的维氏硬度。当冷速为0.03℃/s时,其显微组织为近似等轴的多边形铁素体PF和珠光体P,硬度为HV118,铁素体为大块近似等轴多边形状,珠光体分布在多边形铁素体的晶界上,如图3(a)所示,且晶粒较为粗大,约为40μm。

这里,发现一个很有价值的现象。当冷速提高到0.06~0.28℃/s时,珠光体开始部分退化,形成退化

珠光体PD ,而以往在中高碳钢中发现退化珠光体一般需要有较大过冷度,其相变温度为400~600℃,且需要一定的孕育期[4,5]。图5为实验钢TEM形貌。为进一步探究退化珠光体的精细结构和形成机制,对实验钢的组织进行了透射电镜观察,如图5(a)所示。一般认为[6]退化珠光体与珠光体在形貌上的区别在于:退化珠光体是非片层相间形貌,通过铁素体和渗碳体分别独立长大形成;珠光体是片层相间形貌,通过铁素体和渗碳体协同交替生长而成。退化珠光体是在连续冷却相变过程中由富碳奥氏体转变而成,在奥氏体向铁素体转变过程中,碳向未相变奥氏体富集,碳是奥氏体稳定化元素,富碳的奥氏体稳定性很高,相变稳度降低,在较低的相变温度下,相变驱动力较大,导致渗碳体和铁素体分别独立形成。从图3(b)~(d)看出,随着冷速的增加,珠光体退化现象越明显,也再次印证这一点。

但是,通常在这样的低冷速下,近似平衡态相变过程,难以发生珠光体的退化现象,珠光体提早退化或许与实验钢低合金元素过多,对组织转变的耦合交互作用,引起碳活度的变化所致,与轻微的局部过冷或成分偏析对低碳钢相变孕育期的涨落起到迅速放大的作用有关。图4显示,其冷速在此范围内,硬度迅速增加,或许可以说明这种耦合交互作用对低碳钢迅速放大的影响。研究[4,5,6]认为在一定过冷度条件下, 尤其是低碳钢,均匀的过冷奥氏体也可以转变为非片状珠光体(碳化物呈断续的短片状或近似球状的珠光体)。

退化珠光体一般认为存在三种形成机制[4,5,6]:(1)与铁素体交替长大的渗碳体片由于碳原子扩散减慢致使其纵向长大断续导致珠光体退化(渗碳体片纵向长大断续方式)。(2)相间沉淀导致珠光体退化的相间沉淀方式。(3)除渗碳体片纵向长大断续和相间沉淀引起珠光体退化外,在过冷度较大的条件下,在过饱和的奥氏体中珠光体形核率及长大速度最快, 可以均匀地大量地形成渗碳体核心, 随后向各方向等速长大, 而形成方位紊乱的近似球形的渗碳体颗粒,随后贫碳的奥氏体区转变为铁素体, 形成退化珠光体(均匀形核各方向等速长大方式)。

由图3(b)~(d)可知,其组织类型应为多边形铁素体PF+珠光体P+退化珠光体PD ,随冷速增加,组织逐步细化。

当冷速达到0.9℃/s 时,组织转变出现少量的针状铁素体AF,如图3(e)所示,组织进步细化,PF约20μm。因AF在晶内形核并长大,对后续相变组织起到分割作用,图5(b)为AF的透射电镜形貌,AF附近依存着多边形铁素体PF,有效地抑制了PF的晶粒长大,提高了钢的力学性能,此时的硬度为HV162。此外,还可以看出AF具有高的亚结构和位错密度的非等轴铁素体,并带有一定数量的岛状马氏体和渗碳体组织。一般认为[7,8]AF具有切变和扩散混合型相变机制,形成温度略高于上贝氏体。图3(e)组织类型为包含多边形铁素体PF+珠光体P+退化珠光体PD+少量针状铁素体AF的混合组织。

值得一提的是,在钢铁材料的研究中,对利用TiO2 等第二相非均匀形核形成与焊缝组织相似的铁素体也称为针状铁素体组织[9]。由于控制轧制钢板中的针状铁素体与焊缝及第二相非均匀形核的针状铁素体形态明显不同。Gregg和Bhadeshia[10]认为针状铁素体为晶内形核的贝氏体铁素体, 该类铁素体因为它们受到了邻近独立形成的板条所导致的硬碰撞而受到阻碍相对独立生长,不成束。另外, 也有一类呈针状的铁素体组织被称为魏氏体铁素体, 该类组织在贝氏体相变之前产生, 其形核受扩散机制控制, 生长机制或为切变机制或为扩散机制[7,11,12,13]。

由图3可以看出,当冷速在1.7℃/s时,出现以粒状贝氏体GB为主和少量板条贝氏体LB,硬度有了较大提高,达到HV183。当冷速在4.2~17℃/s,出现以典型板条贝氏体为主和少量粒状贝氏体的混合组织,原奥氏体晶界清晰可见,硬度从HV198提高到HV240,力学性能显著提高。由图5(c)可知,LB由相互平行且具有很高位错密度的铁素体板条和碳化物构成,板条界为小角度晶界,板条束界面为大角度晶界。板条间有时有条状分布的残余奥氏体A膜。

此外,由图5(c)发现孪晶马氏体的存在,一般低碳钢中马氏体亚结构以位错组态出现,很少形成孪晶马氏体的亚结构,这应当归因于实验钢中添加了淬透性元素Mo,Ni和Mn,使得相变过程局域内碳的扩散变得困难,切应力过大所致。当冷速为42℃/s时(见图3(j)),硬度提高至HV287,此时出现明显的马氏体组织。

实验钢连续冷却转变过程冷速与组织、硬度的关系如表2所示。

综上所述,在对实验钢连续转变曲线CCT测定过程中,钢出现组织多元化,形成机制复杂化,但仍然可以按照相变组织简单归类为铁素体和珠光体转变、贝氏体转变、马氏体转变。其中PF和P为近似平衡态相变,因PD的形成需要局部或一定的过冷度,本文作者认为可以归类为非平衡组织范畴。

3 结论

(1)采用热膨胀法和金相法测定了实验钢的连续冷却转变曲线, 以0.06℃/s冷速测的相变临界点Ac3=850℃,Ac1=685℃,Ar3=750℃,Ar1=600℃。

(2)对实验钢CCT曲线测定过程的各个冷速分别予以讨论,当冷速为0.03℃/s时,相变组织为PF+P;冷速为0.06~0.28℃/s时,出现退化珠光体PD,其相变组织为PF+P+PD;冷速为0.29℃/s时,出现针状铁素体,其相变组织为PF+P+PD+AF;冷速为1.7℃/s时,组织为GB+LB;冷速为4.2~17℃/s时,组织为LB+GB;冷速为42℃/s时,组织为LB+M。

(3)低冷速下低碳钢中出现退化珠光体是由于多元低合金元素的耦合交互作用,引起碳活度的变化所致。针状铁素体在晶内形核并长大,对后续相变组织起到分割作用,利于细化组织。低碳钢中的局部孪生马氏体的形成归因于淬透性元素对钢局域相变切应力过大所致。

热轧层流冷却的冷却策略研究 篇2

关键词：热轧带钢,冷却策略,工艺制度,冷却模式

在热轧带钢生产中, 层流冷却是重要的工艺环节, 其控制的卷取温度决定了成品带钢的加工性能, 力学性能和物理性能, 所以热轧生产必须对层流冷却系统进行严格控制和管理。

为了达到带钢的组织性能要求, 层流冷却必须制定冷却工艺制度, 即冷却策略, 主要包括冷却模式、冷却速度和目标卷取温度。由于冷却策略在层流冷却中的重要作用, 很多研究者对此进行了研究[1,2,3,4]。本文从冷却模式、冷却速度和目标卷取温度几个方面进行了研究, 介绍了我们提供的冷却模式, 以及我们最近开发的两段式冷却模式, 并对冷却速度和目标卷取温度进行了分析。

1 层流冷却系统简介

层流冷却装置布置在精轧机之后, 卷取机之前的输出辊道上、下方。根据冷却集管水量的大小分为粗冷段和精冷段。粗冷段集管的水量大, 冷却能力强, 带钢冷却主要集中在粗冷段;精冷段集管的水量较小, 冷却能力较弱, 主要是用于控制卷取温度的精度。在第一个冷却区段的入口、最后一个冷却区段的出口、以及相邻两个冷却区段之间均设有侧喷, 用于除去带钢上表面的积水。在精轧末机架的出口装有测厚仪, 测量带钢终轧时的实际厚度。在精轧末机架的出口、粗冷段和精冷段之间, 以及精冷段之后分别装有高温计, 分别测量相应位置的实际温度。层流冷却的常规设备布置图如图1所示, 其中中间高温计在某些热轧厂未布置。

2 层流冷却的冷却策略

层流冷却的冷却策略是带钢冷却的工艺制度, 主要包括带钢的冷却模式、冷却速度和目标卷取温度, 是影响热轧最终产品组织性能的重要因素。本文主要就冷却模式、冷却速度和目标卷取温度进行分析和研究。

2.1 冷却模式

冷却模式是指层流冷却阀门的开启顺序和方向, 决定了带钢从精轧机出来后, 经过水冷区和空冷区的先后。因为粗冷段的冷却能力较强, 发生组织性能的转变主要是在粗冷段, 而精冷段主要用于控制卷取温度的精度。所以对于冷却模式, 我们主要是对粗冷段而言。根据热轧生产的特点和要求, 我们提供了早冷模式、晚冷模式和空冷模式, 以及我们最近开发的两段式冷却模式。

2.1.1 早冷模式

早冷模式是在带钢离开精轧机末机架后在粗冷段以一定的冷却速度经过水冷, 然后经过空冷, 最后由精冷段的水冷进行微调的冷却模式。在这种冷却模式下, 阀门开启时从精轧机出口开始, 朝着卷取机的方向开启;阀门关闭时朝着精轧机出口方向关闭。其冷却路径如图2所示。

2.1.2 晚冷模式

晚冷模式是在带钢离开精轧机末机架后在粗冷段先经过空冷, 再以一定的冷却速度经过水冷, 最后由精冷段的水冷进行微调的冷却模式。在这种冷却模式下, 阀门开启时从卷取机方向开始, 朝着精轧机出口方向开启;阀门关闭时朝着卷取机的方向关闭。其冷却路径如图3所示。

2.1.3 两段式冷却

近年来, 一些热轧厂需要生产一些品种钢, 常规的早冷和晚冷模式已不再满足要求。为此, 我们开发了两段式冷却模式, 并应用到生产现场。两段式冷却是带钢从精轧机出来后, 在粗冷段经过水冷→空冷→再水冷→再空冷, 最后经过精冷段适当水冷微调的冷却模式。两段式冷却的两段水冷区可以具有不同的冷却速度, 以满足冷却工艺对产品组织性能的特殊要求;并且两段水冷区之间的空冷时间可调节。两段式冷却的冷却路径如图4所示。

2.1.4 空冷模式

在精轧机组和卷取机之间, 不采用水冷, 而使带钢在空气中通过辐射和对流自然冷却。此模式适用于一些薄规格带钢或仅需自然冷却的带钢。

2.2 冷却速度

冷却速度是针对水冷而言, 是指带钢在一定的冷却时间里达到多大的温降, 温降越大, 冷却速度越大;反之越小。冷却速度是决定带钢组织性能的重要因素之一。一般说来, 某个钢种和规格的冷却速度目标值由工艺专业在生产前确定。

在层流冷却系统中, 通过配置不同的喷水模式, 即阀门开启的稀疏程度来控制带钢的冷却速度。对于常规热轧生产, 我们一般配置5种基本喷水模式。这里, 以一组冷却集管有4个阀门为例, 常规的喷水模式有4/4模式, 3/4模式, 2/4模式, 1/4模式和空冷模式。4/4模式表示每4个阀门里打开4个阀门, 上、下集管对称打开。其他的喷水模式以此类推。

在同一种喷水模式下, 不同的带钢厚度和带钢运行速度会有不同的冷却速度。层流冷却模型会根据精轧出口温度、带钢速度和带钢厚度等因素, 自动选择一种喷水模式, 以尽可能地接近目标冷却速度, 从而满足工艺要求。

2.3 目标卷取温度

目标卷取温度也是决定带钢组织性能的重要因素之一。一般说来, 目标卷取温度由工艺专业根据订单要求, 以及热轧厂工艺和设备特点在生产前事先制定好的。各个钢种和规格制定一定的目标卷取温度。表1是某热轧厂的具有代表性的钢种和规格的目标卷取温度:

3 结束语

热轧层流冷却的冷却策略是热轧生产的重要工艺制度, 是决定带钢组织性能的主要因素, 本文从冷却模式、冷却速度和目标卷取温度几个方面进行了研究。

参考文献

[1]霍向东, 柳得橹, 孙贤文, 等.CSP层流冷却工艺对低碳钢组织和性能的影响[J].钢铁, 2003, 38 (8) :30-34.

[2]成小军, 贾友生, 李志超, 等.卷取温度对Ti-IF钢板组织及性能的影响[J].金属热处理, 2012, 37 (6) :85-88.

[3]齐亮, 申帮坡, 胡义锋, 等.卷取温度对钒管线钢组织和性能的影响研究[J].热加工工艺, 2012, 41 (10) :23-25.

冷却机制 篇3

蒸发冷却器是利用热湿交换原理进行直接蒸发冷却降温的节能产品。蒸发冷却器使用循环水进行直接蒸发冷却降温, 与大型空调机组配套使用;是针对干热、温差较大及缺水地区而设计的, 主要用于核电、火力发电企业的设备降温。蒸发冷却器夏季用于室内降温, 可起到既节能又降低运行费用的目的。本文以三门核电一期工程蒸发式空气冷却机组JDK55蒸发冷却器为例, 介绍蒸发冷却器的设计方案, 包括设计计算、产品特点和日常维护等。

2 蒸发冷却器计算

2.1 设计工况

JDK55蒸发式空气冷却机组:风量55000m3/h;蒸发冷却器进口干球温度32℃, 相对湿度68%;蒸发冷却器出口干球温度27.5℃, 相对湿度92.5%;要求蒸发冷却器饱和效率η>90%。

2.2 理论计算

(1) 加湿量计算 (见图1) :查焓湿图:t1=32℃, d1=20.47g/kg·干空气, h1=84.73kJ/kg·干空气, t2=27.5℃, d2=21.55g/kg·干空气, h2=82.76kJ/kg·干空气, tmax=27℃, dmax=22.62g/kg·干空气。

含湿量=d2-d1=21.55-20.47=1.08g/kg·干空气

则JDK55蒸发式空气冷却机组加湿量=55000×1.2×1.08/1000=71.28kg/h

(3) 冷量:△h=h1-h2=84.73-82.76=1.97kJ/kg·干空气

则JDK55蒸发式空气冷却机组冷量=55000×1.2×1.97/3600=36.12kW

1.循环水泵 (双) 2.PLC变频电控箱3.温湿度外控信号4.智能电子除垢自清洗水过滤器5.喷雾系统流量调节阀6.喷雾系统7.湿膜系统8.进水阀9.进水过滤器10.快速补水电磁阀11.补水浮球开关12.溢水口13.地漏14.排水电磁阀/泵15.液位差控制器16.过滤网17.电导率检测装置18.水泵液保护开关19.水泵流量调节阀装置20.水温检测装置21.流量开关22.压力表

(4) 补充水量:上述设计工况需要用减焓加湿降温方式, 即采用进排水混合降水温的方式, 可根据水温值来自动调控:排水电磁阀或排水泵, 来保证降温要求。

为维持降温所需的水温, 必须定时排走一部分水。假设给水温度20℃, 进风温度32℃, 每小时应排走水箱内定量的水约300～500kg/h。

补充水量=加湿量+排水量

则JDK55蒸发式空气冷却机组补充水量=71.28+300=371.28kg/h

2.3 降温焓湿图 (如图1)

这里t1-t3-t4-t2′围成的区域为等焓加湿区域。

进口干球温度32℃, 相对湿度40%～68%

查焓湿图:t1=32℃, d1=20.47g/kg·干空气, h1=84.73kJ/kg·干空气, 相对湿度68%;t2=27.5℃, d2=21.55g/kg·干空气, h2=82.76kJ/kg·干空气, 相对湿度92.5%;t2′=27.5℃, d2′=22.32g/kg·干空气, h2′=84.73kJ/kg·干空气, 相对湿度95.7%;tmax=27℃;t3=32℃, d3=11.88g/kg·干空气, h3=62.72kJ/kg·干空气, 相对湿度40%;t4=22℃, d4=15.94g/kg·干空气, h4=62.72kJ/kg·干空气, 相对湿度95.9%;其中t1-t2′为等焓线, t3-t4为等焓线。

看图得出t1-t2为减焓加湿线。当混水温度小于湿球温度时, 这一过程即为减焓加湿过程。

2.4 蒸发冷却器选型

为保证蒸发冷却器饱和效率>90%, 采用复合加湿降温方式:刺孔不锈钢湿膜 (填料) 300mm+单排喷雾+挡水板结构。蒸发冷却器结构布置图如图2;蒸发冷却器水电系统图如图3。

3 蒸发冷却器设计原理和产品特点

此直接蒸发冷却器是专为国内外干热地区电站、核电站行业设计制作的, 是利用热湿交换原理与金属导热原理进行直接蒸发冷却降温的节能产品。该机组使用循环水进行直接蒸发冷却降温, 与大型空调机组配套使用;是针对干热、温差较大及缺水地区而设计的, 主要用于核电、火力发电企业的设备降温, 经济、节能、实用。夏季用于室内降温, 起到节能又降低运行费用的目的。蒸发器主体结构及框架全部采用不锈钢材料, 保证不霉变、高寿命, 且易反复清洗, 采用复合加湿降温方式, 饱和效率≥90%, 远期运行可靠性好。

在此项目中, 我们采用低温混合水的传导降温与等焓加湿冷却相结合的方式-减焓冷却降温方式。

减焓冷却降温实施方法:主要是通过水箱内的水温传感器检测水温, 当温度高于设定值时, 排水电磁阀排掉水箱内部分水, 补充低温水, 利用供水温度低 (约20℃以下) 与原水箱内水混合后达到设定值, 再利用不锈钢湿膜独特的良好导热性能, 使喷雾水及湿膜表面循环水温度维持在20℃～26℃范围内, 直接对空气进行冷却降温, 此种方式为直接传导冷却与等焓加湿复合方式。即使在极端气候条件下, 也可确保冷却器的降温效率。

4 蒸发冷却器产品特点

(1) 采用复合加湿蒸发降温方式:即采用不锈钢刺孔湿膜+喷雾+挡水板结构方式。较传统单一湿膜蒸发冷却器, 增加了喷雾横向布水并延长了有效气化热湿交换距离, 既解决了高风速迎风无水, 又解决了金属膜不吸水的弱点, 进而提高了综合饱和效率 (≥90%) 。

(2) 采用特殊结构的铝合金大沟槽 (15mm) 挡水板 (≥4m/s) , 使高风速空调的占空距离大大减小, 过水率小于0.3g/kg。

(3) 主体结构全部采用不锈钢材料, 高寿命、不霉变, 可重复清洗寿命最高达40年。

(4) 蒸发冷却填料采用专利刺孔结构, 利用水的张力浸润原理, 穿透浸润, 提高了饱和效率, 冲孔可减小风阻。

(5) 采用高效雾式过滤旋转防堵双雾头, 可任意调节喷雾方向, 缩短布水范围与汽化距离;在动态风速下, 保持雾粒充满加湿段, 起到加湿、清洗净化作用。快速可换, 防阻塞, 易清洗。

(6) 双可靠性设计: (a) 进水采用粗过滤器, 出水采用智能电子刷式自清洗装置, 便于维护有效保证喷雾孔不堵, 喷雾头采用细滤等多级过滤方式, 维护清洗方便, 远期运用可靠。 (b) 针对水箱小, 供水大的瞬间供水保证要求, 采用电控式防水波动装置设计与低水位无水保护设计。 (c) 水路采用无水检测装置, 确保水泵在粗过滤堵塞清理的工况下, 水泵安全运行。 (d) 用帽式溢流装置代替反水弯, 防止高水位溢出。 (e) 针对冷却段较短的局限, 采用旋转双喷头, 以利于雾粒分布均匀, 缩短汽化与横向布水距离。

(7) 采用进口PLC控制柜, 全自控, 屏幕可显, 可远程控制, 安全可靠。

(8) 采用温度传感器控制排水可调, 手动与自动控制。

(9) 主体结构采用不锈钢设计, 高寿命。

(10) 设有独特防侧过水设计, 防水箱搜风带水设计。

(11) 水箱采用厚度2mm不锈钢焊接, 水箱内安装有机械浮球自动补水机构与快速补水电磁阀、防水位波动及保护水泵的液位控制器。确保动态条件下的远期无人值班安全运行。

(12) 水泵为多级离心式管道泵, 进口德国WILO品牌, JDK150机组采用湿膜供水及喷雾供水泵各一台, 保证足够使用流量及压力。

(13) 流量检测装置。在水泵出水管路中安装流量检测装置, 随时检测出水压力, 避免水泵由于进水口过滤网堵塞等问题, 使泵产生空转而烧损水泵。

(14) 水泵设有流量调节分路及反冲洗装置, 以变调节喷雾量及清洁水箱内一级过滤网, 延长清理时间。

(15) 在等焓加湿降温的设计上, 又增加了减焓冷却降温方式, 水箱设置排水电磁阀及水温传感器, 当水温超过设定值时, 自动排放水, 并且同时补充外部低温水, 把水温控制在20℃-26℃范围内。

(16) 智能电子除垢自清洗装置。具有对原水进行过滤并自动对滤芯进行清洗排污的功能, 且清洗排污时系统供水不间断。清洗方式简单, 且清洗循环电子监控, 可实现自动清洗排污。全自动自清洗过滤控制系统中的各参数均可调节。

(17) 电导率检测装置能随时检测水箱内的水质导电率, 检测水质水垢指标, 并根据设定值实现自动调节水箱内水质的导电率, 防止水垢积附在喷雾系统内, 造成喷头堵塞及减少湿膜及挡水板的表面结垢。

5 蒸发冷却器日常维护

(1) 清洗部件:水箱内过滤器正常情况下每半月清理一次;如果水质较差, 应一周或更短时间清理一次;清理时, 反旋开快拧接头, 过滤器托盘取出, 冲洗里面的杂质或沉淀物;或用备件更换使用;未装过滤器, 严禁开机, 以防供水泵堵塞无法使用;蒸发冷却器如长时间停用, 应把水箱内水排空, 以免水变质;水箱底及箱壁:每半年一次或视实际工况定;蒸发器湿膜、挡水板等需3～5年清洗一次, 用外接自来水或高压泵水枪冲刷。

(2) 清洗水箱办法:打开进水开关阀处的放水开关, 可接入冲洗软管, 放水刷洗, 或用专用清洗自吸泵 (自备) , 置于水箱中清洁冲刷、抽吸、排放, 反复几次, 干净为止或用高压水冲洗即可;

(3) 地区性水质差解决办法:加软化水装置即可解决, 可与厂家检测并选购。

(4) 循环水变质解决办法:加大排水比例 (>15%) ;采用高频电极软水器, 安装在喷雾回水旁通管上即可 (可向厂家选购) , 水箱长时间停用则排空并清理污物, 及时用清水清洗。

(5) 过水解决办法 (应严格预先做好密封, 以防为主) : (a) 拦水板下边水箱出风面过水解决办法:湿膜:减少后排膜供水量, 适当关小每块膜右侧水量调节阀;喷淋:减小供水量增大卸流量, 调整旁通阀, 压力表显示0.2～0.25MPa。 (b) 水箱侧底边 (角) 有飞沫现象解决办法 (>4m/s风速, 易产生此现象) :预先在水箱左右两侧加装L型侧封板;外形尺寸视情况由安装方自定, 可与厂家咨询。 (c) 水箱水质原因:水质浓度变化或残留清洁剂易产生的飞溅泡沫解决方法是换水、定期清洗。 (d) 调整水位方法:水位降低不得超过70mm;

冷却机制 篇4

传统的空冷设备在电站机组中已经得到了广泛应用, 但是该系统占地面积大、结构复杂、施工困难, 适用于电站或石化等大型机组设备, 不适合在某些换热量小、水量低、冷却灵活性要求高的冷却系统中使用, 因此我们设计研发了一种适用于冷却要求更加灵活的小型空气冷却装置。该空气冷却装置是针对压缩机设备的冷却水进行降温散热的专用设备。该装置具有结构紧凑、效率高、噪声低、振动小、占地面积小等特点, 产品适应性强、运行经济、性能可靠、安装容易、操作简单。

1 空气冷却装置工作原理

该空气冷却装置的工作原理为:通过冷却器并联, 灵活地控制换热面积, 调节压缩机设备的冷却水流通通路, 从而使压缩机设备的冷却水温度得到更稳定的控制。压缩机设备的冷却水通过空气冷却装置的卧式水泵加压使冷却水流入冷却器, 冷却器外部由轴流风机带动空气流通, 使设备使用水通过冷却器与流经的空气进行换热, 将冷却水的温度降低, 达到散热冷却的目的, 从而达到设备使用水的出水温度要求。该空气冷却装置内设有3台换热面积不同的冷却器, 换热面积大小比例为3∶2∶1。3台冷却器以并联的方式连接, 每台冷却器的入口处均设有一个电动三通阀, 可灵活地控制空气冷却装置中3台冷却器的进出水情况。由于压缩机的设备使用水温度会随着当时环境的不同、运行工况的不同而发生变化, 然而设备使用水的温度要控制在40℃以下, 因此需要该空气冷却装置的调节能力更加灵活、多变。当压缩机的设备使用水出水温度较高时, 3台冷却器同时进水, 所有轴流风机同时运转, 此时该空气冷却装置换热能力最强, 当压缩机的设备使用水出水温度稍低于峰值时, 通过电气控制将轴流风机关闭一部分, 在换热面积不变的情况下减小风量, 从而减小换热量来控制设备使用水的降温效果。以此类推可设置出多档控制, 可以更加灵活地控制压缩机设备使用水的温度, 运行原理如图1所示。

P1.水泵1 P2.水泵2 HR1.冷却器1 HR2.冷却器2 HR3.冷却器3 RG1.电动三通阀1 RG2.电动三通阀2 RG3.电动三通阀3 F1、F2、F3.风机

表1为该装置各个档位说明。

通过变换风量和换热器的投入使用情况可灵活地控制换热量, 从而达到控制设备冷却水水温的目的。在此只介绍5档, 如果有特殊要求, 还可只使3台换热器进水, 不开风机增加档位等。

2 空气冷却装置结构

该空气冷却装置主要由轴流风机、冷却器、结构框架、膨胀水箱、水管路等主要部分构成, 结构特点为占地面积小、结构设计紧凑。如图2所示。

2.1 冷却器

铜管配合铝翅片的波纹设计以交错方式排列。以此保证冷却器具有更高的热传递性能和更低的空气阻力;准16无缝铜管内流通设备冷却水, 和空气逆流换热, 将流经冷却器的设备冷却水降温。机组内共设3个冷却器, 在风侧, 3个冷却器为并联;在水侧, 3个冷却器也为并联, 通过分配风侧和水侧的介质的通断, 可以更灵活地调节和控制设备冷却水的出水温度, 使其达到压缩机设备冷却水的温度要求。经多年工作经验总结, 该冷却器在结构强度方面同时具有很高的可信度, 而且由于换热管采用了壁厚为1 mm的紫铜管, 因此该冷却器的防腐性能也很出色。

2.2 框架

空气冷却装置结构框架由型钢焊接制造而成, 底座采用槽钢[126×53×5.5焊接而成, 连接框架部分采用槽钢[100×48×5.3焊接而成, 外形美观, 结构坚固, 外表面喷涂底漆面漆防腐能力强, 保证机组的结构强度, 用来支撑管路、表冷器、风机、膨胀水箱、轴流风机等。支撑膨胀水箱位于机组最高处, 为此设计了爬梯, 便于膨胀水箱的检测与维修。

2.3 膨胀水箱

膨胀水箱采用304不锈钢板焊接制造, 内设浮球阀和液位浮子开关。当设备冷却水的温度出现波动时, 由于液体热胀冷缩的作用, 系统内水的体积会有改变, 膨胀水箱能够使系统维持稳定:在系统内冷却水的温度上升, 系统内的水受热膨胀时, 可以容纳设备冷却水的体积增加量;而在系统内冷却水的温度降低而使其体积收缩时, 膨胀水箱可为系统补充设备使用水。在设备运行中膨胀水箱还同时作为空气冷却装置水管路系统的定压装置。浮球阀和液位浮子根据膨胀水箱水位的高低变化作出相应反应, 当水位低于设定水位时, 浮球阀门开启, 而液位浮子则发出信号, 使连接浮球阀的供水管路上的补水泵开启, 对管路系统进行补水, 确保系统满水运行。膨胀水箱放置在空气冷却装置顶部, 设备水管路的最高点, 水箱采用不锈钢制作, 容积为0.64 m3。膨胀水箱的运行重量约为1t。

2.4 水管路

水管路采用304不锈钢管焊接而成, 将空气冷却装置内表冷器、水泵、阀门等设备联接起来。在表冷器水侧入口处均设有电动三通阀, 电动三通阀采用304不锈钢制造。水管路的最终端进出管口采用对焊法兰连接, 方便了该空气冷却装置管路与压缩机管路组合件的连接与安装。

2.5 水泵

该空气冷却装置水泵采用ISW型单级单吸卧式离心泵。泵轴的绝对同心度及叶轮优异的动静平衡, 保证平稳运行、无振动。不同材质的硬质合金密封, 保证了不同介质输送均无泄漏。两个低噪音轴承支撑下的水泵, 运转平稳, 除电机微弱声响基本无噪音。该空气冷却装置的水管路系统中, 为保证该装置水系统的运行平稳, 该空气冷却装置在设计过程中采用了两台水泵并联设计, 其中一台水泵为该空气冷却装置正常运行下使用, 而另一台此时为不工作状态;当正在运行的水泵出现故障停止工作时, 电控系统则发出信号从而使另一台水泵继续工作, 这样可以在不影响装置工作的前提下去对出现故障的那台水泵进行维修, 保证了该空气冷却装置能够一直保持工作状态, 不会出现影响压缩机工作效率的状况。

3 结论

该空气冷却装置在传统空冷系统的工作原理基础上, 通过对冷却器和风机等主要部件的结构改装及使用方法的改变, 提高了空气冷却装置的使用灵活性, 降低了空冷设备的占地面积和施工难度, 减小了由于设备体积庞大而造成的运输困难。由于该空气冷却装置可灵活的设置出多档控制, 在压缩机设备使用水温度不同的情况下, 可由不同级别的换热面积或风量来控制换热量, 灵活的控制设备使用水的出水温度。

参考文献

[1]丁尔谋.发电厂空冷技术[M].北京:水利电力出版社, 1992.

[2]苏德权.通风与空气调节[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2002.

[3]刘学来.热工学理论基础[M].北京:中国电力出版社, 2008.

[4]赵荣义.简明空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1998.

冷却机制 篇5

通过对氯化钙溶液物性的研究, 及对新型冷却系统的试验结果表明, 以氯化钙溶液作为冷却液, 以耐腐材料制作发动机冷却系统, 符合发动机对散热的需求, 该冷却系统仍兼容乙二醇型冷却液, 有极强的适应性。该研究是全新发动机冷却液、冷却系统的研究方向, 对降低发动机冷却液成本及开拓氯化钙应用范围具有重要意义。

1 氯化钙溶液作为冷却液的性能研究

溶液在相同浓度时, 氯化钙溶液和乙二醇溶液相比, 有更低的冰点, 更高的沸点, 满足作为发动机冷却液的基本要求 (低冰点高沸点) 。发动机冷却液对溶液的性质有更高的要求, 通过在相同冰点时, 对比氯化钙溶液与乙二醇溶液的沸点、比热容、导热系数、动力粘度等物理性质, 来分析氯化钙溶液作为发动机冷却液的可行性。见表1。

经查阅资料可知, 两种溶液的沸点均随溶液浓度的增大而增大, 冰点随溶液浓度的增大呈现先减后增的变化趋势, 氯化钙溶液在质量浓度为30% 左右时, 冰达点到最低值-55℃, 沸点110℃;乙二醇溶液在质量浓度为65% 左右时, 冰点达到最低值-58℃, 沸点112℃。在冰沸点方面, CaCl2 溶液符合作为发动机冷却液的要求。

从表1 数据可知, 随着溶液冰点的降低, 两种溶液的比热容均减小, 减小的趋势接近, 在相同冰点时, 氯化钙溶液的比热容与乙二醇溶液的相差0.2 ~ 0.3kJ/ (kg·K) , 数值接近;导热系数方面, 氯化钙溶液随着冰点的降低变化幅度较小, 数值稳定在0.55W/ (m·K) , 而乙二醇溶液在温度较高时, 导热系数与氯化钙溶液接近, 而随着冰点的降低, 下降较多, 在导热系数稳定性上, 不如氯化钙溶液;在溶液动力粘度上, 随着冰点的降低, 两种溶液的动力粘度均增大, 但氯化钙溶液的增大幅度远小于乙二醇溶液。因此, 在低温时, 氯化钙溶液的流动性更好, 两种溶液的沸点均随冰点的降低而增大, 变化幅度接近。可知, 相同冰点时, 在导热系数、低温流动性方面, 氯化钙溶液性能优于乙二醇溶液;在比热容、沸点方面, 两种溶液性能接近, 所以氯化钙溶液在物性方面符合作为发动机冷却液的要求, 且性能优于乙二醇冷却液。

在对冷却性能有更高要求时, 可以向氯化钙溶液中加入NaNO2, 使冰点进一步下降 ( 见表2) , 冰点可比相同浓度下不加Na NO2的CaCl2溶液减少约20%, 能在更为寒冷的地区使用。

注: (1) 河南省分析测试中心DCS测定结果。

2 冷却系统的改进及测试

2.1 冷却系统材料的选择

汽车冷却系统分为水冷系统和油冷系统, 水冷系统主要由水箱、水泵、水管、散热器、风扇、节温器等组成。由于氯化钙溶液具有腐蚀性, 冷却系统在材料选择上需要满足散热和耐腐蚀。新型冷却系统, 主要采用现在车用冷却系统零部件的替换优化的方法进行制作。

(1) 冷却水道衬里的选择。冷却水道衬里要求传热性好, 耐腐蚀, 耐高温且成型简单等。经查阅资料可知, 浸渍不透性石墨材料能满足要求, 已在工业防腐设备中大量应用, 衬里技术相对成熟;优良的耐腐蚀性能;优良的导热性能, 其导热系数是一般碳钢的三倍左右;热膨胀系数小, 耐热冲击性好, 热稳定性高 (最高耐受温度400℃, 能耐受气缸外壁温度) 。但衬里技术相对复杂, 增加发动机的制造成本。替代方案是采用耐腐蚀涂层, 价格低廉, 同样能达到气缸壁的传热要求。

(2) 水泵的选择。耐腐蚀水泵主要有陶瓷泵、钛泵、聚四氟乙烯衬里泵, 其中耐腐蚀、耐高温性能最好的是聚四氟乙烯衬里水泵, 其可以耐受高温下任何浓度的强酸、强碱、强氧化剂的腐蚀, 长期工作温度-250 ~ +260℃。而发动机水泵工作温度在-60 ~ +120℃之间, 陶瓷衬里水泵同样满足要求。

(3) 管路的选择。主要有两种材料的水管, 聚四氟乙烯水管和硅胶管。硅胶管连续使用温度在-40 ~ 300℃之间, 耐腐蚀性能优, 连接方便, 化学性稳定。

(4) 散热器的选择。散热器要求散热性能好, 耐腐蚀。因此, 可以在散热器内壁涂覆防腐涂料, 由于涂层较薄, 对原始材料导热性能的影响可以忽略不计, 故防腐涂层能满足散热器对性能的要求, 可使用的有CH-784 环氧氨基防腐蚀性涂料、SY-92 型环氧酚醛防腐蚀涂料等;还可以采用浸渍不透性石墨管制作新型散热器。

2.2 冷却系统及冷却液性能测试

冷却系统模型采用陶瓷衬里水泵、聚四氟乙烯水管、浸渍不透性石墨衬里结构、浸渍不透性石墨管散热器制作而成, 能实现冷却系统的基本功能。试验采用质量浓度为30% 的氯化钙溶液, 闭式循环系统, 进行恒定功率仿发动机燃烧加热系统, 分3 组分别连续测试36h。实验结果表明, 组建的冷却系统不存在材料腐蚀现象, 完全可以耐受氯化钙水溶液的腐蚀;氯化钙溶液方面, 由于采用闭式循环系统, 氧气无法混入, 且无水分蒸发情况, 溶液性质较稳定, 没有产生混浊沉淀现象。结果表明, 氯化钙溶液和新型冷却系统能达到发动机散热的需求。

3 结语

通过上述分析, 可以得出以下结论。

(1) 氯化钙溶液在物性方面完全符合发动机冷却液的性能要求, 纯净溶液最低冰点达到-55℃, 沸点110℃, 完全能满足汽车发动机散热系统在冬季的使用, 且具有成本低、不可燃、清洁安全等优点。 (2) 在对冷却液品质有更高要求的地区, 可以通过添加亚硝酸钠, 来降低冰点, 提高沸点, 以满足高负荷发动机散热的需求。但NaNO2对环境有一定污染, 今后可考虑用其他添加剂代替。 (3) 新型冷却系统完全能耐受氯化钙溶液的腐蚀, 散热方面也优于常规冷却系统, 在性能上完全可以取代现有冷却系统。 (4) 由于氯化钙溶液含钙离子, 长期使用会引起系统结垢, 影响热交换。因此, 冷却系统应采用闭式循环结构, 在必要时可加入阻垢剂, 防止发生结垢。

摘要：根据溶液的依数性可知, 相同浓度的溶液, 电解质溶液的沸点高于有机溶剂溶液, 冰点低于有机溶剂溶液, 更符合发动机冷却系统对冷却液的基本要求。通过对氯化钙溶液物性的研究, 结合市面上流行的乙二醇型冷却液的性能, 探究氯化钙溶液作为车用冷却液的可行性。氯化钙溶液有一定的腐蚀性, 采用新材料制作的发动机冷却系统, 通过材料的理论性能分析和实验结果表明, 采用合适的技术氯化钙溶液完全可以替代乙二醇型冷却液, 作为新型的发动机冷却液使用。

关键词：氯化钙,冷却液,新型冷却系统

参考文献

[1]天津化工研究院.无机盐工业手册[M].北京:化学工业出版社, 1999.

[2]中国腐蚀与防护学会.缓蚀剂[M].北京:化学工业出版社, 1989.

[3]秦国治, 田志明.防腐蚀技术及应用实例[M].北京:化学工业出版社, 2002.

[4]黄建中, 左禹.材料的耐蚀性和腐蚀数据[M].北京:化学工业出版社工业装备与信息工程出版中心, 2003.

冷却机制 篇6

冷却液的主要功能是能量传递,影响发动机的冷却效率,进而影响发动机的动力性和经济性[1]。除要求其具有出色的热传递特性外,还应具有抗沸、抗冻、防腐蚀等特点。在过去数年中,传统冷却液以乙二醇水溶液作基液[2]。

水的热导率较大,冷却效果优良,但沸点低[3],故目前冷却液中的水含量逐渐减小甚至已研发出无水冷却液;使用乙二醇溶液虽然可以提高沸点(50%浓度下为107℃),但乙二醇有毒且易生成酸性物质腐蚀发动机,难以满足愈发严格的发动机要求。丙二醇沸点高、凝点低且无毒抗蚀,用其配制基液比乙二醇更为安全,但其热导率较低,如何在水含量小的情形下增强其冷却效果是一大难题。

“纳米流体”[4]概念被提出后,受到极大的关注和广泛应用。向水中添加Cu纳米粒子,其热导率可从1.24增至1.78[5]。Cu纳米粒子还能降低溶液的过冷度和增大努塞尔数[6]。CuO纳米粒子能极大增强热导率并降低乙二醇基液的黏度[7]。使用TiO2纳米冷却液能够增强风冷散热器的散热性能[8],而SiO2粒子也可增强水的传热速率和摩擦因数[9]。ZnO纳米粒子添加到基液中后,流体的黏度随氧化锌纳米粒子浓度的增加和温度的升高而降低,而热导率则相反[10]。Al2O3纳米粒子也被广泛研究,如将氧化铝纳米粒子添加到丙二醇中,纳米流体的黏度随粒子浓度升高而增大;同时,热导率也有极大提高[11]。

但纳米流体依然存在许多问题,如不同组的试验结果之间存在差异,并且在池沸腾状态下纳米粒子不能增强流体的散热性[12],故纳米冷却液仍需进一步的研究。本文以获取其冷却性能为目的,利用Fire软件对冷却水套进行三维流场模拟,得到其流场速度、传热系数分布及压力损失等信息。通过对不同浓度下的冷却液性能进行比较分析,探明其最佳体积配比,为进一步研发提供理论参考。

1 纳米冷却液的组成和性能

1.1 氧化铝纳米冷却液的性能

本文中所使用的氧化铝纳米溶液由丙二醇基液(90%体积分数的丙二醇与10%体积分数的水混合得到)、10nm纳米粒子和分散剂组成。纳米粒子的浓度在1%~5%之间变换。

冷却液的物性由文献[11]中获得。表1为不同浓度下纳米冷却液的沸点。

从表1可以发现,氧化铝纳米冷却液的沸点均高于120℃,保证冷却液在高温下的冷却效果。随着纳米粒子浓度的增大,冷却液的沸点降低。

如图1所示,在70℃前,纳米冷却液的热导率随温度的升高而减小,并在之后随其增大。这表明温度对氧化铝纳米冷却液的物性影响极大。此外,黏度随温度升高而降低,比定压热容则增大。

粒子浓度对冷却液物性的影响在于:随着粒子浓度的提高,黏度和热导率增大,比定压热容下降。表2给出了90℃和100℃下不同浓度的纳米冷却液物性。其中,φ为溶液中氧化铝纳米粒子所占的体积分数;ρ、cp、μ、k分别为纳米流体的密度、比定压热容、黏度和热导率;而Δpξ、U和v则表示流体在水套中的压力损失、传热系数及流速。

1.2 模型建立和网格划分

计算时采用的发动机为某型增压中冷柴油机,利用三维软件Pro/E建立冷却水套模型后,将其导入Fire软件并进行网格划分,以用于模拟计算。发动机的水套网格如图2所示。网格总数为217 520。左下端进水,右上口出水。

根据发动机的水泵参数,设置边界条件为:入口流量0.823m/s,进口温度338K,入口湍动能1m2/s2,湍动能尺度0.001m;出口条件设置梯度为0[13]。

计算时将冷却液的流动视为稳态、三维黏性不可压缩的湍流流动,湍流方程k-z-f。用Simple方法进行稳态计算,并使用标准壁函数进行处理。

2 计算结果分析

2.1 粒子浓度的影响

为研究氧化铝纳米粒子浓度对冷却性能的影响,设置冷却液的温度为90℃,在此温度下对冷却液的散热性能进行模拟分析。

在冷却水套中,水流沿程压力的剧烈变化会使冷却水套产生气泡导致穴蚀,故进口与出口的压力差值(即压力损失)越小越好。如图3所示,尽管浓度不同,冷却液在水套中的压力分布趋势却基本一致:总体压力分布均匀,结构突变处和进、出口压力损失较大。对水套进行切片,得到其内部压力损失(图4),发现水套底部的压力几乎不变,而顶部的分布趋势为从左至右压力逐渐减小,从而产生局部压力损失。而横梁处结构紧凑,面积较小,局部压力损失对其造成的危害较大,进而影响水套的冷却性能,其余结构突变处也会产生类似影响,故需降低结构突变处的热负荷和热疲劳,要求冷却液在结构突变处的流速达1m/s以上。

通过仿真得到溶液在进出口的压力损失,将其绘制成图5发现:向基液中添加纳米粒子后,压降会略微上升,在2%浓度时达最大值;之后随着比例增大,压降减小。但总体分析相差并不大,2%与5%浓度的纳米溶液,其压降之差为100Pa,这说明浓度变化对压降的影响比较小。

如图6所示,基液与1%纳米液的传热系数对比显示分布趋势大致相同,而1%纳米液的传热系数值明显较大。由图7亦可发现:水套顶部两端拐角处的传热系数明显高于其他部位,整体而言左半部分的传热系数比右半部分小(进口处的传热系数明显小于出口处),说明传热系数在结构突变处和靠近出口处的数值较大,快速传递热量以降低热负荷。由图8可见:添加纳米粒子后,冷却液在水套顶部的传热系数从3 500增至4 210W/(m2·K),并在2%浓度时达到最大值4 280W/(m2·K),满足发动机的散热要求。冷却液在水套底部的传热系数变化趋势与其在水套顶部的变化一致。继续添加纳米粒子则会减小传热系数,5%时甚至不如基液。这是因为:传热系数的值随黏度减小或热导率增大而增加;向基液中添加纳米粒子后,极大提高了热导率,故1%纳米液的传热系数有极大提升;1%~2%时,黏度略微增大,与热导率相比,黏度增幅较小,相互作用下,传热系数有轻微增大;继续添加纳米粒子使得溶液黏度急剧增大,此时热导率的增幅较小,故传热系数减小。

如图9所示,水套底部的流速分布比较均匀且较小,进、出口的流速相比底部有所增大;而在水套顶部,由于此处接近燃烧室,热负荷大,故顶部平均流速较大。在结构突变处的流速大于水套底部的值。这些结论清晰地展现在图10中,并且还可发现冷却液在靠近水套内壁时的流速较大。横梁区处的流速亦高达2.5m/s,实现快速降温,降低热负荷。图11反映了不同浓度下冷却液在水套中的流速值,所有浓度下流速均大于0.5m/s,满足工程要求。从图11发现,浓度增大时流速略有减小。经计算可得,顶部处基液与5%纳米液的流速差值为0.033m/s,而底部处的流速差值仅为0.07m/s。这说明浓度增大并不会导致流速剧烈变化。

通过分析,发现纳米粒子提高溶液的冷却性能是通过增大其传热系数实现的,而对流速和压降的影响并不大。纳米粒子虽对增强冷却效果有作用,但并非没有限度,超过限度时会降低冷却性能。在本次分析中,发现2%浓度下纳米冷却液的冷却性能最佳。

2.2 工作温度的影响

发动机的工作状况会发生变化,这将导致工作温度的变化,从而影响冷却效果。本文中对20~120℃下1%浓度氧化铝纳米冷却液的冷却性能进行模拟分析,发现其性能变化较大,如图12所示。

由图12(a)可见,压降在80℃前随温度升高而增大,而在之后逐渐减小。不同温度下的差值不大,最小值(20℃)与最大值(80℃)相差400Pa。温度升高可减小黏度(表2),从而增大流速。由图12(b)可见,20℃与120℃之间的流速差值为0.363m/s。在发动机温度接近100℃时,散热能力迅速增大,对发动机进行快速降热,保证其正常工作。而高于100℃后,传热系数增幅减小但仍持续增大。其原因是热导率随温度升高而增大,黏度则随之减小,它们共同作用使传热系数明显增大。温度较低时,纳米冷却液的传热系数较低(图12(c)),有利于发动机的暖机作业。分析结果显示,氧化铝纳米冷却液的最佳工作温度为120℃,此时其传热系数和流速最大,而水套进出口的压力损失也可以接受。

3 结论

(1)相比于基液,氧化铝纳米冷却液的传热系数有较大提高,加入氧化铝纳米粒子后的压力损失和流量没有明显变化,表明氧化铝纳米颗粒通过提高传热系数以增强冷却性能。

(2)使用氧化铝纳米颗粒需要适量,2%浓度为最佳。纳米颗粒过多会降低冷却性能。

冷却机制 篇7

关键词：水动能冷却塔,转炉设备,应用

1. 概述

在钢铁企业中, 为了对各种设备及炼钢、轧钢工艺用水进行冷却, 需要大量的水冷却设备, 其中各种形式冷却塔是普遍采用设备之一。冷却塔塔体内密排网格或其他形式填料, 布水器固定在塔内填料上端, 通过上塔水泵把高温水输送到塔上部布水器, 使水均匀的落在塔内填料上, 通过冷却塔风扇旋转, 形成一定流量的冷却风对水进行冷却, 从而使水的温度得到一定程度的降低。传统形式的冷却塔都是由防水电机带动冷却塔风扇形成冷却空气流, 对水进行冷却, 此种形式冷却塔历史悠久, 对冶金等各种行业水处理在一定时期内发挥了巨大作用。但随着时代发展, 钢铁企业节能降耗需求的日益突出及低碳环保理念的盛行, 企业在发展过程中呼唤新型节能设备的问世和使用。水动能冷却塔是目前国内近期发展起来的节能型冷却水系统, 它利用水轮机取代传统风机电机作为冷却塔风机动力源, 使风机由电力驱动改为水力驱动, 达到节能增效和免除电机维护的目的。

2. 水动能冷却塔工作原理

传统的电机驱动风机冷却塔冷却水经上塔泵直接输送至布水器, 由布水器排出顺塔体内填料落下进行冷却后再循环利用。而水动能冷却塔水经上塔泵先输送至水轮机, 经水轮机后再进入布水器, 水轮机利用冷却塔上塔水流的多余水能进行工作, 冷却塔上塔水流的多余水能是指满足布水器要求之外的剩余能量, 它通常以压能、位能和动能的形式存在。水轮机将多余水能转变为旋转机械能, 驱动风机转动, 增强冷却塔的冷却效果。当上塔水流的多余能量足以满足风机驱动功率的要求时, 水轮机有足够的出力以驱动风机达到额定转速, 且不增加水泵的能耗。传统型冷却塔的上塔泵在功率不提高的情况下, 水流基本能满足水动能冷却塔的工作要求。

3. 水动能冷却塔的结构

水动能冷却塔外部与传统普通型冷却塔大体类似, 上部为风筒下部为塔体漂水挡板, 内部从上至下依次为:风机、水轮机、水轮机进出水管、水轮机基座、布水管、填料、收水器等 (图1) 。

水轮机由蜗壳、座环、转轮、尾水管、轴、轴承构成。外壳设计独特, 断面呈逐渐缩小状, 可以保证水流均匀地进入水轮机, 座环除了支撑水轮机的相关部件外还起到调整水流方向的作用, 水轮机内部转轮是水能转变为机械能的主要部件, 做功后水流经尾水管进入布水器, 通常情况下, 水轮机轴与风机直接相联, 水轮机产生的动力经水轮机轴传递给风机, 从而实现对上塔水的冷却功能。

4.80t转炉净环水水动能冷却塔应用改造

(1) 水动能冷却塔的选用

青钢80t转炉净环水冷却塔由于原先设计冷却能力不足, 屡屡出现水温高的情况, 尤其是夏天问题更加突出, 为此在2010年5月份对其进行改造。不增加上塔泵的情况下在原先冷却塔旁另增加一座同能力冷却塔, 本着节能降耗、降低生产成本的原则, 选用了水动能冷却塔。

原先净环水上塔泵共有3台在线使用, 开二备一, 单台泵电机功率55kW, 扬程27.5m, 流量511m3/h。经专业厂家技术人员现场分析完全满足水动能冷却塔建造条件, 经研究决定投资20万元在原先冷却塔基础上另加两座ZLF-500型水动能冷却塔, 单台设计最高水流量500m3/h, 风机风扇外径Φ3200mm, 转速100~160r/min。

(2) 改造后实际使用情况

青钢80t转炉净环水水动能冷却塔2011年1月正式投入使用, 对投入使用半年时间的冷却塔进行现场运行情况跟踪结果如下:老塔与新塔总上塔流量1360m3/h, 由于现在新老两塔合用一根水管, 故在管道阀均完全开启状态下新水动能冷却塔流量为680m3/h, 经两塔进水管阀调节水动能冷却塔进水流量可达800m3/h, 压力可达0.3MPa, 此时水动能冷却塔风机转速达130r/min, 现上塔水温度为38℃, 冷却后温度为30℃, 冷却效果经现场检测基本达到工艺上的使用要求。