冷却原理

关键词：

冷却原理（精选六篇）

冷却原理篇1

1. 工作原理

该型装载机冷却风扇液压及控制系统结构如附图所示,其主要由P3泵、风扇马达调节器、PB调压阀、MA502电磁阀、MA202电磁阀、SE502压力传感器、SE504压力传感器等组成。P3泵为风扇马达的动力源,其调节器可调节流量并控制其输出压力不高于26 MPa。

P3泵输出的压力油通过MA502电磁阀驱动风扇马达,MA502电磁阀的通、断由V-ECU电控单元控制。

P3泵输出的压力油同时供给制动和冷却风扇油路。制动油路中设有PB减压阀,其调定压力为12 MPa。制动油路设置蓄能器,其作用有二:一是在液压系统正常运转时,将压力能储存;二是当系统压力过低(如柴油机意外熄火)时,将压力能释放,以使制动油路获得足够的制动压力。

制动油路中安装的MA202电磁阀由V-ECU电控单元控制。其作用是当踩踏制动器踏板后,可增大P3泵输出流量,同时增大风扇马达的流量。

蓄能器上安装有SE502和SE504压力传感器,这2个传感器分别与V-ECU电控单元连接。SE502压力传感器的作用是在系统压力低时,将信号输入电控单元,由电控单元控制MA502电磁阀,将风扇马达油路切断,以使P3泵输出的压力油全部供给制动油路,该功能被称为 “制动优先”。SE504压力传感器的作用是当制动系统压力低于12 MPa时,将信号输入电控单元。电控单元接到信号后,便会发出报警信号。

2. 故障排查方法

造成风扇不转、转速异常故障原因大都是液压系统压力低、制动油路泄漏和电控系统故障等。

(1)液压系统压力过低

液压系统压力低的原因可能是P3泵及其调节器出现故障,其检查方法如下:

首先,将压力表接到中心阀块测压口PFF上。再将该阀块上MA502电磁阀和MA202电磁阀的接线插头拔下,以将风扇马达油路和制动油路切断。

其次,将该测压口上端的制动油路的PB调压阀回油管拆下,并用螺塞将中心阀块上的出油口封住。

再次,启动柴油机并使其转速最高。若此时压力表的示值为21～26 MPa,则表明调节器正常。如果达不到该压力值,应将调节器拆检清洗。

最后,将调节器装复,调整调压弹簧压紧力,将P3泵的输出压力调节到规定值。若压力值依然过低,可将该调节器调节螺钉拆下,通过内部加垫片方法使调节器的输出压力增高。若压力依然达不到规定值,应检修P3泵。

(2)制动油路泄漏

制动油路泄漏的排查方法如下:

将压力表接到蓄能器测压点处,启动柴油机并使其转速最高,若此时压力表的示值为12～15 MPa,表明制动PB调压阀正常。如果压力达不到该值,应将该阀拆检、清洗和调整(方法参照前述调节器处理方法)。

将柴油机熄火,踩踏制动器踏板2～4次,如果压力表的示值缓慢下降至0,说明蓄能器工作正常。若踩踏制动器踏板1次,压力表的示值迅速为0,表明蓄能器泄漏,应维修或更换。如果上述检测时,显示压力值不稳定,说明蓄能器上端连接的截止阀有故障,将截止阀更换即可。

(3)电控系统故障

该机型电控系统故障的检查重点是MA502、MA202电磁阀,以及蓄能器上的SE502、SE504传感器。

MA502、MA202电磁阀的电阻值应为10～30Ω。如果其阻值过高,表明该阀线圈断路;如果阻值过低,表明该阀短路。

在柴油机运转时,MA502、MA202电磁阀插头的输入电压应为24 V。如无电压,应检查电磁阀到V-ECU电控单元导线是否存在断路。

检查SE502、SE504压力传感器是否有故障的方法如下:

首先,将压力表接在蓄能器测压点处,启动柴油机。

其次,测量电控单元EA36端口(该端口与SE502压力传感器连接)的电压。若蓄能器压力低时该端口电压为0,而在压力高时该端口电压为24 V,则表明SE502压力传感器良好,反之则表明该传感器有故障,应更换。

再次,检测电控单元EA10端口(该端口与SE504压力传感器连接)的电压。在蓄能器压力低于12 MPa时,该端口电压为24 V,同时报警器报警;在压力高于13.7 MPa时,该端口电压应为0。若检测结果与上述相符,表明该传感器良好,反之则表明该传感器有故障,应更换。

冷却原理篇2

文章摘要：目前，家用加热装置种类繁多，而且已经发展到较先进的程度，而家用冷却装置却鲜有见到。但是在生活中时常会遇到需要冷却的地方。本设计采用价格低廉、实用简单的STC89C52单片机作为主控中心，利用小型的风冷装置作为降温设备，再辅以MLX90614红外温度传感器和DS18B20接触式温度传感器作为温度检测装置，共同构成风冷降温系统。能够以较快的速度将目标温度降到设定温度值。

关键词：自动冷却；温度控制；单片机；风冷。

引言：目前，市场上家用电器中加热设备种类繁多，但冷却设备却几乎没有，但是很多时候都会遇到需要将液体或者固体降温，例如在医院给病人喝水而水温却过高，给幼儿喂汤药而太烫时等等，一般情况下都是对其吹气促使其快速冷却，非常不便捷。针对于此，本设计能够很好的解决此问题，利用单片机自动处理数据的能力先采集室内温度和需要降温的物体温度，然后根据人为设置的预定温度，使用风冷设备对其迅速降温，当需要降温的物体温度达到设定温度值时，风冷设备自动停止并报警。

为了方便对本设计的理解，特作以下定义：物体温度为被降温的物体的温度，即MLX90614所测得的温度值；设置温度即人为设置的温度值，当物体温度降到设置温度值附近时时单片机会发送指令令风扇停止转动；室内温度为DS18B20检测到的室内温度值。

1.自动冷却装置功能说明

家用自动冷却装置外观示意图如图1所示，该装置能实现两种功能：主要功能是将高温物体降温到设定温度值；次要功能是利用风冷温度的快速传递将低温物体快速升温，但前提是室温高于被降温物体温度。

在1602液晶显示屏中，如图1所示，①显示的是当前室内温度，②是MLX90614检测到的被降温物体的温度，③显示的是设置温度，即要降低的目标温度。将物体放到风冷装置体后，在控制面板中提供两种控制方式：a）长按“设置”键后，1602液晶显示屏设置温度处光标闪烁，此时通过“+”“-”设置物体降温的目标温度值，当然，设置温度值应随室内温度而定，再按“确认”键，风扇即开始给物体降温，直至物体温度到达设置温度值附近，风扇停止并灯光和声音报警提示；b）按“一键室温”后，设置温度自动设置为室内温度，并且风冷装置开始工作，直至将物体温度降温或升温至室内温度值附近，风扇停止并灯光声音报警提示。若中途需要中断降温，则长按“停止”键即可停止。

2.自动冷却装置设计原理

家用自动冷却装置使用STC89C52RC单片机，外部晶振采用12MHz,外设主要有1602液晶显示屏、继电器、MLX90614红外温度传感器、DS18B20接触式温度传感器、蜂鸣器、6颗高亮LED灯和弹出式按键，主要工作过程是：先由MLX90614和DS182B20收集室内温度和物体温度值，再将两温度值传递给STC89C52单片机，单片机开启继电器控制风扇转动，同时单片机判断物体温度值是否已达到设置温度，若达到设置温度值，单片机发送指令给继电器使风扇停止转动。整个装置内部设计原理图如图2所示。

2.1温度检测模块

温度检测模块由DS18B20接触式温度传感器与MLX90614红外温度传感器构成，如图3所示。MLX90614红外温度测量是通过热辐射原理来测量温度的，是一种非接触式温度测量方式，与接触式温度测量相比，不会干扰测量对象的温度场、响应速度快、精度高、测量范围广。其内部采用低噪声放大器、17bA/D转换器及功能强大的DSP处理单元，因而具有较高的温度分辨率和测量精度：该温度计测温范围为-40~+125℃，出厂前经过工厂校正，具有数字PWM和SMBus输出方式[1].因而使用MLX90614不仅测量方便，而且测量速度、返回数值到单片机速度也迅速，但是受到红外辐射不均匀的影响，被降温物体外表不应光滑，因其反射率高，误差较大；并且被测物体也不能是透明物体，这样才能保持测量的准确性。

DS18B20是接触式温度传感器，采用“单总线”的数据传输方式，大大节约了硬件的开销，其测量温度范围为-55℃~+125℃，并且精度高，可到±0.5℃。应用范围也很广泛[2].本设计采用DS18B20作为室内温度测量的传感器，其能够稳定的反应当前环境的温度，作为设置温度的参考。

2.2声光报警模块

由于51单片机的输出能力较弱，所以此处使用PNP型三极管充当开关管，由于三极管的放大作用，可以将单片机输出的微小电流放大并且驱动高亮LED灯和蜂鸣器。本设计在LED灯处使用PWM输出方式使LED灯具有呼吸灯效果。

2.31602液晶显示模块

液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，在嵌入式应用系统中得到越来越广泛的应用。它可以显示两行，每行16个字符，因此可相当于32个LED数码管，而且比数码管显示的信息还多。采用单+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比[3].1602液晶显示屏的程序操作方式为并行口操作方式，通过D0-D7并行连接将数据传输给单片机，基本操作方法分为3步：a）先根据1602的时序要求将写数据子函数和写命令子函数写好；b）初始化1602,主要是根据1602手册规定的地址，设置1602的显示方式；c）写入命令和数据，命令有相应的地址，数据可根据1602手册表示出来。

2.4继电器模块

继电器的驱动模式和LED灯一样，使用PNP型三极管驱动继电器，从而使220V交流电流接通，风扇旋转，又由于继电器内部是线圈结构，而三极管可承受的反向电压较小，所以加一个二极管防止继电器通电和断开时的反向电压过大击穿三极管，起保护作用。

3.软件程序设计

在设计程序中，由于单片机开机后各引脚都是高电平，所以继电器控制、LED控制和蜂鸣器控制均采用高电平关闭，低电平开启的方式[4].4.测试数据对比

为了检验产品的效果，做了如下测试，另外为了减少外部环境的干扰，使测试场所处于无风的环境，并且使室温保持恒定，同时本设计其他主电路板上的参数见原理图上的标注。

a）在同一室温条件下，测试其降温效果，分别让两杯200ml的开水放于本产品与25℃环境下，同时开始测试开水降到50℃所需要的时间，结果如表1.b）在同一室温条件下，测试升温效果，分别让两杯200ml的温度为18℃的水放于本产品与30℃环境下，同时开始测试18℃升到26℃所需要的时间，结果如表1.通过表1可以看出，此设计利用风冷降温极大的缩短了冷却时间，大大的提高了效率，但是升温效果并不明显，可见其比较适合降温，而升温效果还有待改进。另一方面它实现自动化降温过程，当温度到达预定值能够报警提醒。

5.设计展望

未来的时代将是智能化的时代，目前本设计仅仅是实现自动化，未来将考虑加入无线传输模块，将其与智能手机连接在一起，并通过可视化的手机操作控制其运转。另外还可加入人性化的操作控制，例如定时、预设模式等等，将其实现智能化。另外在降温方面还可加入压缩机制冷，将会使其降温更快。

参考文献：

冷却原理篇3

摘要：船舶海水冷却水系统是船舶动力装置的重要组成部分，它通过冷却水的循环带走了主机和辅机运转过程中散发出来没有转化为机械能的热量，从而避免了因大量热量的积累而造成的金属疲劳脆化和润滑油的失效。

关键词：动力装置；冷却水系统；热量

中图分类号：U664.814 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）27-0005-02

1 船舶海水冷却系统的用途

船舶动力装置工作时，有大量机械设备要散发出热量，冷却系统的功用就是对需要散热的设备供以足够的淡水、海水、江水或冷却油，进行冷却，以保证其在正常的温度范围内工作。冷却系统一般包括冷却对象如主、辅机、其它被冷却设备以及海水门、阀件、热交换器、海水泵或淡水泵、膨胀水箱等设备。由此可知，冷却管路或者其它管路的设计都不是孤立进行的，它既要考虑本系统内部的联系，又要考虑本系统跟其它系统的联系，要选取合理的设计参数，使系统布置合理，系统工作效率最高，同时使整个动力装置系统管路最短，材料最省，投资最小，这就对动力装置的设计提出了很高的要求。

2 某三用工作船（以下简称“本船”）海水冷却系统中需冷却的设备船舶简介

2.1 船型

本船有一层甲板，双层底和边舱，甲板可承受5 t/m2的载荷。居住舱室的甲板室设于艏楼甲板，驾驶室设于艏楼顶层。机舱设于艉部，包括两套独立的推进装置，每套装置含有主机、调解离合器和全回转可调桨。主要用于装运泥浆、盐浆、燃油等多种液货和散装货物。

建造数量：2。

入级：LR（英国船级社）。

挂旗：巴拿马（巴西）。

航速：在不使用轴带发电机和吃水4 m以及蒲氏3级风速的情况下，航速不低于15节。

载重吨：本船在吃水6.45 m、海水比重1.025的情况下载重至少4 000 t。

2.2 主要技术参数及数量

2.2.1 船型参数

总长：84.60 m；

型宽：16.60 m；

两柱间长：74.20 m ；1ST甲板高：7.80 m；

肋距：0.60 m。

2.2.2 主要设备

主机（马克）：2 550 kW×2台；

全回转轴桨×2台。

主发电机：600 kW×2台；

应急发电机：100 kW×2台；

水冷式轴发：1 400 kW×2台；

侧推器600 kW×2台

锅炉174 kW×1台

电液式锚缆机2台、绞缆机4台。

克令吊5 t×1台、1 t×1台

DP自动定位系统、干货、液货系统等。

3 本船海水冷却系统的热平衡计算

3.1 冷却系统的流程图

①根据主机厂家资料上的推荐，主机采用闭式循环冷却，即海水冷却淡水。主机海水泵从海水总管吸入海水，分两路，一路进主机然后先后冷却滑油冷却器、淡水冷却器排出舷外，另一路冷却齿轮箱滑油冷却器后排出舷外。主机海水泵发生故障时，也可由总用消防泵应急替代。

②根据主发电机厂家资料上的推荐，主发电机采用闭式循环冷却，即海水冷却淡水。主发电机海水泵从海水总管吸入海水，进主发电机直接冷却，主发电机淡水冷却器后排出舷外。

③主机淡水冷却系统利用主机自带的淡水冷却泵打循环高温淡水经主机自带的淡水冷却器进行冷却。

根据厂家资料绘制的冷却流程图，如图1所示。

3.2 冷却系统的热平衡计算

经查厂家资料，主机和主机滑油冷却器及主机淡水冷却器的热交换冷却水量均为40.5 m3/h，齿轮箱滑油冷却器的热交换冷却水量为10.2 m3/h。发电机淡水冷却器的热交换水量为12.5 m3/h，发电机自带的海水冷却泵的参数为15 m3/h和0.3 m3/h。

4 本船海、淡水冷却系统内各设备及管路的参数和规格

4.1 海水冷却泵

由热平衡计算中可得出海水泵排量为：

Q1= Q2+ Q3=10.2+40.5=50.7 m3/h

其中，Q2=10.2 m3/h表示齿轮箱热交换冷却水量。 Q3=40.5 m3/h表示主机低温水冷却水量。

由于管路阻力比较复杂，要根据实际的管系放样后才能算出。一般情况下，海水泵的扬程都是根据系统估一个经验值。本船根据设备的压降差，扬程估为0.35 MPa。根据以上的计算结果，我们可以选定单台海水泵的技术参数为55 m3/h、0.35 MPa。

4.2 冷却系统管路的选材

4.2.1 此本船冷却水系统中所用管系等级的选择

按照管子的设计压力和实际温度，管子可分为3级，见表2。

表2 管子的设计压力和实际温度

注：

①当管系的设计压力和设计温度，其中一个参数达到表中Ⅰ级规定时，即定为Ⅰ级管系；当设计压力和设计温度2个参数均达到表中Ⅱ级或Ⅲ级规定时，即定位Ⅱ级管系或Ⅲ级管系；

②其他介质是指空气、水、滑油和液压油；

③不受压的开式管路，如泄放管、溢流管、透气管和锅炉放汽管路也为Ⅲ级管系。

根据规范，本船上冷却水系统中的所有管子应为Ⅲ级管系。

4.2.2 本船冷却水系统中所用管系材料的选择及处理

从原则上来讲，各种管子所用管子材料的选择应根据管路的用途、介质的种类和参数（压力与温度）而定。设计时应根据规范的要求，按造船规格书的规定，并以造船成本的核算等方面因素来选用。

各种管路一般均应采用钢质管（无缝钢管或焊接钢管）。

仪表盘应使用无缝铜管。

除钢管外，如船东要求海水冷却管改用镀塑钢管、铜—镍管或铝黄铜管，但应在造船规格书中写明并由经济管理部门核成本差价。

而管子的处理则分为镀锌、涂塑、磷化、涂覆焦油环氧。

因为本次设计没有涉及到船东的特别要求，因此管子的选用只需满足规范即可。考虑到节约造船成本，因此本船的冷却水管均采用镀锌无缝钢管，压力表等仪表盘的接管采用无缝铜管。

4.2.3 海水箱容量的计算

海水箱容量参照公式：每750 kw发动机功率配约1 m3的海水箱容量（此发动机功率为主机功率加上船舶营运所必须的辅发动机功率）

本船的海水箱容积：

V=（1 471×2+122×2）/750=4.248 m3

因此选定本船的海水箱容积为4.5 m3/个，共2个，分布在本船的左右舷。

4.2.4 淡水膨胀水箱

本船淡水膨胀水箱的容量参照主机厂家的推荐，设为0.9 m3，同时主机厂家资料上对于淡水膨胀水箱的高度也有安装要求，要求淡水膨胀水箱的底部要高出主机汽缸盖2～3 m。

同时参照主机厂家的资料，在淡水膨胀水箱的下端接一路通径为25的补水管至主机高温淡水冷却系统上，用于补充主机高温淡水冷却系统中因蒸发而流失的水，补水管规格选用DN25镀锌无缝钢管，尺寸为φ34×2.5 mm。

另外，参照主机厂家的资料，在主机高温淡水冷却系统管路的最高点设置一路透气管接至淡水膨胀水箱，用于整个主机高温淡水冷却系统中的透气，透气管规格选用φ6×1 mm的镀锌无缝钢管。

根据以上计算结果，结合规范和规格书要求用阀件以及一些管路附件将相关设备等完善到海、淡水冷却系统的原理图上，并附以相关技术说明。

5 结语

由于在设计初期做了比较充分的研究，本船设计合理，分布紧凑，经济性好，赢得了船东很高的评价。

参考文献：

[1] 中国船舶工业总公司.船舶设计使用手册轮机分册[M].北京：国防工业出版社，1999.

[2] 陈铁铭.船舶管系[M].北京：人民交通出版社，2007.

冷却原理篇4

板式换热器是一种具有很强热交换能力, 体积小巧, 重量轻的换热器。其传热系数是常规换热器的数倍, 单位体积换热面积很大。但是板式换热器的耐压性能和密封性能较差, 制约了其在工程中的应用。但是在船舶工程中, 作为流体冷却装备, 正好的适应了船舶机舱中, 对换热器的要求, 所以在船舶行业中, 板式冷却器的应用越来越广泛, 成熟。

1 板式换热器的结构和特点

板式冷却器作为现代船舶中广泛应用的换热设备, 它的性能好坏直接影响到船上能源的消耗。所以, 有效的提高板式冷却器的性能以及更完善的管理使用板式冷却器已经成为实现降低船舶运营成本的重要手段之一。目前船用市场中, 广泛应用的冷却器厂家有瑞典 (Alfa Laval) 和德国GEA公司。

1.1 板式换热器的基本结构

板式换热器 (如图1) 是由具有一定波纹形状的一系列金属片叠装在一起而成的一种高效换热器, 由高效波纹板片和其框架组成。板片由螺栓夹紧在固定压紧板和活动压紧板之间, 板与板之间用橡胶密封隔开, 从而在换热器的内部形成了许多流通通道 (如图2) 。压紧板上有与外接设备连接的接管。板片用优质耐腐蚀金属薄板压制而成, 四角处有供介质进出的角孔, 上下有挂孔。

板式换热器主要分为框架式 (可拆卸式) 和钎焊式两大类, 板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹本和瘤形波纹板三种。

板片是由不同材料的薄板用不同的磨具压制成形状各异的波纹, 板片四周的四个孔用于介质流通。框架由固定压紧板、活动压紧板、上下导杆和夹紧螺栓组成。

1.2 板式换热器的应用及特点

热交换器在船舶中得到广泛的应用, 例如:柴油机, 中央冷却器, 缸套水冷却器, 活塞冷却器, 润滑油冷却器, 预热器, 海水淡化系统、主辅机润滑冷却器、气缸套淡水冷却器、燃油加热器、蒸汽凝水器、给水加热器等。

板式换热器是针对传统换热器热交换率低、设备体积大而研制开发出的较为新型的热交换器, 目前已经在船舶轮机中广泛应用。

它的特点如下:

1) 传热系数高, 当雷诺数为200时就可以达到湍流状态, 是同等流速的管壳式换热器的3~5倍。

因此, 它与常规的管壳式换热器相比, 在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下, 其传热系数要高出很多, 在适用范围内有取代管壳式换热器的趋势。

2) 板式换热器结构紧凑, 占地面积小, 单位体积内的换热面积为管壳式的2~5倍。

3) 对数平均温差大, 末端温差小。

4) 易于改变换热面积和流程组合。仅改变换热器的板数, 就可以增加或减少换热面积;改变板片排列, 就可以达到所要求的流程组合, 适应新的换热工况。

5) 价格低廉, 制作方便, 具有很高的经济性。板式换热器比管壳式换热器价格低40~60%, 其传热板采用冲压加工, 标准化程度高, 可大批量生产。

6) 不易结垢, 容易清洗。板式换热器内部充分湍流, 所以不易结垢。只要松开压紧螺栓, 就可以松开板束, 卸下板片进行清洗。

7) 板式换热器容量较小, 单位长度的压力损失小, 热损失小。

8) 流体压力不能过大, 介质温度不能过高, 否则有可能泄露。板式换热器工作流体介质压力不宜超过25bar, 流体温度应低于250摄氏度, 否则有可能泄露。

9) 板片间距小, 容易堵塞。板式换热器板片之间通道很窄, 一般只有2~5mm, 当介质中有较大颗粒或纤维物质时, 容易堵塞通道。

2 板式换热器的原理以及船舶上运用

2.1 板式换热器在船舶上运用

在船用系统中, 大型的板式冷却器如下图3中所示。

柴油机冷却系统中, 板式中央冷却器作为冷却系统中重要的冷却终端, 如空冷器, 滑油冷却器, 高温淡水冷却器, 中央冷却器等, 承担着控制船舶高温水及低温水和主滑油等流体介质温度的作用。

高温、低温两路淡水分别冷却不同船舶设备, 使机舱动力系统适应性强, 提高设备工作性能。

所以, 板式换热器功能的好坏, 决定这船舶动力系统的工作稳定与否。

而且, 船舶冷却水控制系统主要任务是随热负荷变化自动控制执行机构来保证冷却水温度稳定。这就要求板式冷却器要有温度控制灵敏而且有效的能力。

在影响板式冷却器工作效率的几个因素中, 简单的介绍下工程热力学研究人员, 在几个相关实验中得出的结论。

2.2 板式换热原理浅析

研究人员对板式换热器进行实验, 采用有限扩散电流技术 (DNCT) , 通过类比关系法来估算传热效率。通过实验观察发现, 当波纹倾角β在60度以前, 摩擦因素f和传热可二本因子j都随倾角增大而快速升高;当倾角β达到80°时, f和j上升速度明显减缓, 达到极大值。他还发现, 换热器通道中的流体主要流动形态有两种, 当β未达到45°时, 流动状态为两组十字交叉流;当β达到80°时, 流体仍沿着沟槽流动, 但折返点不再出现在板片的左右两侧, 而是在波纹的触点上。有研究表明, 当对板式换热器进行实验, 研究板式换热器设计选型及使用过程中需要注意的问题。有效传热面积温差△tm、水流速w、污垢热阻R和壁温tw对其影响很大。对板式换热器进行实验, 研究了板片的波纹形状及几何参数对换热性能的影响, 并通过实例对特定板型尺寸的换热器换热性能进行比较。相同外形条件下, 人字形板换热效率远高于平直板;实际设计中要提高换热效率, 需要从波纹形式进行研究改进。研究人员根据已有的实验数据, 阐述了板式换热器人字形波纹通道的基本流动模式和波纹倾角对换热性能的影响。人字形波纹的倾角是影响板式换热器性能的最重要因素。板式换热器较大的阻力是限制其应用的重要因素。流畅可视化技术是观察复杂几何形状通道内流体流动的有效方法。

综上所述, 在确定了板式换热器的内部换热元件的材料和设计之后, 在日常使用中, 需要注意的是控制换热面积, 控制冷却介质流速等, 在实际的操作中, 要定期对换热片进行清洁保养, 去除污垢, 保证足够的换热面积, 控制出口阀开度, 以及冷却系统压力, 保证冷却介质流速w。

3 总结

船用板式冷却器作为控制船舶动力系统冷却介质温度的终端设备, 板式冷却器在船舶上应用非常广泛, 作为轮机技术人员, 需要加深对板式冷却器原理和结构的理解, 加强船舶冷却系统的管理, 保证冷却器在最佳工况服务船舶, 有效的降低船舶的能耗。

摘要：船舶机舱的动力装置中, 各型装备的能量转换, 都势必伴随着热能的产生。例如主机及辅机的滑油冷却, 低温淡水冷却, 主辅机缸套水冷却, 燃油温度控制或制淡装置, 蒸汽冷凝等过程都要用到换热器, 所以换热器称为现代船舶机舱内不可或缺的重要装备之一。

关键词：板冷,热交换,船舶

参考文献

[1]王松汉等.板翅式换热器.北京工业出版社.

[2]罗棣庵, 焦芝林, 顾传宝.超低流阻板式换热器的实验研究.工程物理学报, 1987.

冷却原理篇5

发射机是一个复杂庞大的电子系统, 内部集成了各种规格、型号的电子元器件, 其功率密度要求在正常工作时, 须具备良好的通风、散热途径。随着现代发射技术的发展和功率器件制造技术的不断进步, 发射机的组装密度、功率密度不断提高也已成为当前发展的重要标志。

1 发射机冷却系统工作基本原理

冷却系统的基本任务就是发挥出适合本发射设备需求的冷却效果, 以便满足发射设备高可靠性的要求。为了保证发射机的运行可靠性, 冷却系统一直是作为整个工作使用过程中的重要一环。在进行发射机冷却系统设计时, 应结合发射机本身的实际情况, 从以下几个方面加以考虑:

1) 冷却系统具有良好的冷却功能。保证发射机内需要进行热控设计的电子元器件能够在规定的环境 (尤其是高温环境) 中正常的工作。

2) 冷却系统具备高可靠性。在规定的使用期限内, 冷却系统的可靠性指标应大于等于主系统分配给冷却系统的可靠性指标要求。冷却系统中的元器件的可靠性指标应该符合冷却系统可靠性指标的分配要求。

3) 冷却系统具有宽泛的环境适应性。冷却系统的冷却能力在设计中必须有一定的裕量, 以适应工程上的变化和长期使用后由于积灰、污垢引起的流体阻力的增加而造成的散热能力的下降等情况。

4) 冷却系统具有方便的维修性, 其操作、维护简便。

5) 冷却系统应有良好的安全设计。加强电气安全设计, 同时转动部件以及采用的冷却介质等对操作人员应无危害, 此外, 冷却介质须与其接触的元器件表面相容。

6) 设计的冷却系统要有优良的性价比。其成本核算应包括初次的投资成本、日常运行以及长期维护费用等。

2 空气冷却

采用空气来冷却发射机设备发热器件, 是一种比较直接的冷却形式, 其冷却系统构成简单, 设备成本低, 维护比较方便。空气冷却又分为自然风冷与强迫风冷两种方式, 其中, 以自然风冷最为简单。强迫风冷又可划分为开放式风冷和闭式空调风循环冷却。

2.1 自然风冷

自然风冷也称为低压风冷却。下文结合大功率发射机具体阐述。

2.2 强迫风冷

2.2.1 强迫风冷设计原理

发射机设备强迫空气冷却系统设计的主要依据是在额定的耗散功率下, 力求使用最小的驱动功率, 达到元器件温度低于允许的安全工作温度, 以确保电子器件的使用寿命。

2.2.2 强迫风冷设计基本原则

1) 确定冷却空气进气温度及压力, 确定每一元器件的允许温度。

2) 强迫通风的气流方向应与自然对流方向取得一致。不发热或发热量小的元器件排列在气流的上游 (即进口端) , 发热大或耐温高的元件排列在气流出口端。

3) 强迫风冷时, 进风口、出风口应尽量远离, 防止气流短路。当器件在较高的进风温度下工作时, 一定要将进风温度为20℃所得出的计算加以修正, 并推算到相应进风温度时的实际情况。

4) 通风管道应尽量短, 缩短管道长度可以降低风道的阻力损失, 避免采用急剧弯曲。

5) 在选择、安置风机时, 应充分考虑到振动、噪音以及滤尘等问题。

6) 尽量使管道密封, 所有搭接台阶都应顺着气流流动方向。进风口结构应使其气流的阻力最小, 且要起到滤尘作用。

2.3 空气冷却在短波大功率电子管发射机上的实际应用

TSW2500型大功率电子管发射机的RF机箱、控制机箱和TSM部分, 是通过低压风冷却的。根据当地温度环境可选择新鲜风、混合风或循环风系统。机房实际中采用的是循环风系统。

机房内的暖风经精密空调净化和冷却后, 经过通风柜顶部循环风百叶窗被低压风机抽入, 再次经粗粒灰尘过滤网和细粒灰尘过滤网由风筒送入RF机箱和TSM部分。RF机箱内的空气温度变高后, 通过机箱顶部的开口排出机箱外。在风筒上装有外扩散开口, 用于给TSM放大器提供风冷, 把冷风吹向TSM机箱的后部。一方面, 冷风在TSM机箱内对功率模块冷却吹风后温度升高排出机箱外, 另一方面, 冷风也对TSM变压器进行冷却。机房内的热空气再通过精密空调送达通风柜顶部循环风百叶窗流入通风柜。

低压风机由发射机控制部分的配电箱供电, 风百叶窗或混合风门由低压分配柜A200供电。风过滤网通过风差压开关来监测, 如果过滤网严重阻塞, 导致风压过低, 风差压开关动作, 发出一个故障信号给发射机控制系统, 表示到发射机的冷却风量不足。射频机箱内进风口处安装有风量检测开关K131, 如果低压风冷系统发生故障, K131断开, 送出一个故障信号送到发射机控制系统, 使发射机退到黑灯丝“AUX”状态, 故障信息显示“低压风丢失”。

发射机的实际应用中, 通常将强迫风冷称为高压风冷。发射机高末级电子管、驱动级电子管和阴极阻尼电阻所产生的热量都是通过强迫风冷 (高压风冷) 来散热的。

高压风机安装在射频机箱3#门后的底层机箱间隔内, 通过一根硬风管以及一些软风管来输送高压风, 把高压风吹向驱动级管座和阻尼电阻等器件, 射频末级电子管座则直接与软风管相连。

高压风机电源由发射机配电箱中配电板上的三相400 VAC主电源供给。高压风机通过接触器KM53来开启, KM53受发射机控制系统的控制。用一个过流释放和热保护继电器FR53用来保护风机, 防止它过载;当过载时, 热保护继电器FR53会产生一个过载信号送到发射机的控制系统, 使发射机切换到“AUX”状态。在射频末级电子管TH576的管座旁安装了一个风量检测开关K132, 例如, 当风机出现故障时, K132断开, 送出“高压风丢失”故障信号到发射机控制系统, 使发射机切换到“AUX”状态。

3 液体冷却

按照电子器件与液体的接触情况, 发射机液体冷却大体上分为两类:直接液体冷却、间接液体冷却。

3.1 直接液体冷却

1) 电子器件直接浸入液体中的冷却

由于电子器件被直接浸入液体中, 当受热上升的液体运动中直接与机壳冷表面接触后, 液体变冷, 体积收缩, 密度增大而下降, 从而形成自然对流, 把热量散发出去。

2) 直接强迫液体冷却

冷却液用低压泵送出去后, 在电子器件的表面高速度流过而得到充分的换热, 受热后的液体再通过换热器将热量散发出去, 这一过程大大提高了电子器件冷却效率, 它是一个密封循环系统。在大功率整流管和功率三、四极管的阳极冷却中应用较广。

3.2 液体冷却在短波大功率电子管发射机上的实际应用

大功率发射机实际应用中, 其液体冷却介质的选择尤为重要, 因为发射机及冷凝器所处的周围环境温度均在零度以上, 所以, 我们采用的冷却介质为水, 即通常所说的水冷。在调试发射机水路时, 要用到两种水质的水, 清洗整机水路可用自来水, 而冷却系统运行用水却必须是蒸馏水或去除离子的净化水。短波电子管发射机水冷系统采用直接强迫液体冷却方式冷却所有的大功率元器件, 计有:整个末级、驱动级电子管、调谐线和真空电容。强迫液冷的水冷回路设计成一个封闭管路, 其上安装有离子交换器, 可确保管路中净化水的水质。管路中, 含矿物质很低的水 (即水导值很低的净化水) 在流经电子管等元件的带电部位后, 将其耗散的热量输送给风水热交换器 (即冷凝器) , 进而散发到空气中。

TSW2500型发射机射频末级电子管采用的是特超蒸冷方式。工作中, 电子管冷却水流高速流过蒸发锅, 带走屏极刚刚产生的蒸汽泡, 通过流经冷凝器进行冷却。理论上, 该机型的设计出水温度可达到90℃, 但在实际播音中一般在70℃左右, 水温的实际值取决于发射机调幅度的大小。该机冷却系统具有非常高的热耗散比, 从而确保了高末级大功率电子管TH576的运行使用安全。

此外, 发射机采用间接液体冷却方式冷却所有的PSM功率模块, 由水冷盘对模块两个IGBT、整流二极管、热保护开关组成的功率元器件部分进行冷却。

4 结束语

近年来, 短波大功率电子管发射机的载波功率已达几百千瓦以上, 其中的电子管等真空器件均需采用强迫液冷, 即水冷冷却。而高压电源中的变压器、电感器以及硅堆等, 由于这些元器件均处在高电压下, 兼顾到高压绝缘和散热这对矛盾, 现在一般采用强制风冷冷却。低压电源及其它电子线路, 就采用自然风冷。具体采用何种冷却方式, 须根据设备的使用条件和功率密度来设计确定。

参考文献

[1]丁连芬.电子设备可靠性热设计手册[M].北京:电子工业出版社, 1989.

[2]陈建业.大功率电力电子装置冷却系统的原理及应用[J].国际电力, 2002 (6-4) .

[3]杨双根.发射机冷却系统设计[C]//2005年机械电子学学术会议论文集.2005.

冷却原理篇6

1 蒸发式冷却器工作原理

蒸发式冷却器是将淋洒式排管冷却器和循环冷却塔有机结合的一种新型冷却设备,主要利用水的蒸发潜热换热,换热机理先进、高效,其换热效果取决于当地的湿球温度,冷却效果好,换热性能优良,这与空冷系统和水冷系统利用空气和水的显热来吸收热量不同。空冷式系统虽然不用水源,但需要消耗更多功耗,水冷系统中1kg水只能带走16.7~25.1k J的热量,而1kg水在常压下蒸发能带走约2400k J的热量,因此蒸发冷却器在气候干燥且缺水的地区节水效果更为显著。

蒸发式冷却器以水和空气为冷却介质与换热管束内的高温介质进行热交换,利用管外部分水的蒸发带走管内冷却过程中放出的热量。工作过程是:高温介质(水)从上部进入换热管束内,喷淋水由循环水泵送至喷淋装置中,再由喷嘴将水均匀喷淋到换热管表面上,形成一层很薄的水膜,管内介质与管外的水和空气进行热交换,轴流风机强制空气以3~6m/s的速度通过管束和喷淋水。管外喷淋冷却水蒸发带走热量,使部分喷淋冷却水变成水蒸汽,水蒸气经过蜂窝形收水器时,水份被回收,而湿气则被排到设备外。同时在轴流风机的强制引风作用下使管箱内形成负压,又强化了喷淋水的蒸发,提高了机组的换热效果,未蒸发的水落入下部水箱继续参与循环。

蒸发式冷却器在钢铁行业的闭式循环冷却水系统中广泛应用,并取得良好效果,目前在余热利用工程冷却方面也开始应用。蒸发式冷却器原理见图1。

2 案例比较

在某余热利用工程电站项目中,汽轮机冷凝器采用空气冷却器冷却,汽轮机冷油器和空冷器需要冷却水量为800m3/h,可以采用机力通风冷却塔或蒸发式冷却器冷却。本文就分别采用采用机力通风冷却塔和蒸发式冷却器作一比较。

2.1 设计条件:

冷却循环水量:800m3/h

循环水进口温度:43℃

循环水出口温度:33℃

干球温度:30℃

湿球温度:24℃

2.2 冷却设备技术参数

湿球温度为24℃,经计算,分别配置2台蒸发式冷却器、2台机力通风冷却塔,单台冷却水量均为400m3/h,单技术参数详见表1。由表可以看出,使用蒸发式冷却器由于增加了喷淋水泵,所以总的电功率要比机械通风冷却塔要高。

3 技术经济比较