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用循环水冷却6300kN快锻水压机组工作介质 |
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作者：冯文岭薛国义 |
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摘要：采用循环水冷却锻造水压机工作介质已获得成功。这项技术的应用，节约了大量的自来水和资金。在设计中采用热水串联，冷水并联；回水采用封闭式“压力流”；增大辅助降温散热面积等措施。
关键词：快锻水压机；工作介质；循环水冷却；板式换热器
一、前言
我厂使用的6300kN快锻水压机组原采用自来水—板式换热器冷却系统冷却工作介质。两台水压机工作2.5h以后，工作介质温度达到60℃以上(图1)，超过国家标准(55℃)，致使液压机密封件软化，泄漏严重。曾采用自来水直接更换工作介质来维持生产，但设备管路系统锈蚀严重，自来水浪费严重，每年达40万m3。 
图1改造前工作介质水箱升温曲线
为了缓解我厂自来水供应薄弱的矛盾，决定改用循环水取代自来水来冷却水压机组的工作介质。
笔者在设计与施工中采取了一系列措施解决了运行中出现的问题。经三年的运行，证明采用循环水冷却水压机组的工作介质是合理的，达到了预想的结果。
二、冷却原理和板式换热器的最佳组合
6300kN快锻水压机工作介质冷却系统的工作原理如图2所示。
图26300kN快锻水压机工作介质冷却系统原理图
板式换热器具有传热系数高，结构紧凑，拆洗方便，并易于组合所需的换热面积。优于列管式、螺旋式等换热器。板式换热器的优点也为利用循环水代替自来水创造了条件。但是，板式换热器的选型和流程组合好坏，对其热工性能和设备投资都有很大影响。如果设计不合理，不是传热系数K值太低，面积过大，就是流速太高，阻力过大。
对工作介质的温度与循环水在10～15℃的小温差条件下进行了理论计算，分析比较，在确定了换热面积F、片数N等参数后，决定采用工作介质串联，即连续冷却两次，循环水并联，即在一个板式换热器冷却后就回水。采用热串联冷并联这种大流量的循环水冷却小温差的工作介质是一种可靠的换热组合设计，如图3所示。
图3热串、冷并板式换热器组合示意图
三、板式换热器中的流体流速
板式换热器的传热系数K值一般在2900～3600W/m2．℃之间。为发挥其特点，必须提高冷、热侧板间流体流速，一般讲K值与板间流体的流速0.8次方成正比。板间流速过低，使换热器处于低效的运行工况；板间流速过高又增大了流道阻力损失。
板间流体流速是影响板式换热器传热系数K值的重要参数，其K值可表示为：
K＝1/(1/α1+δ/λw+1/α2)(1)
式中α1、α2——冷、热流体通道内流体与壁面间对流传热模系数，W/m2．℃
δ——板式换热器板片厚度，m
λ——板式换热器板片导热系数，W/m2．℃
由(1)式可知，板式换热器的传热系数K值与α1和α2有关，且小于二者中任何一个。因此要想充分发挥良好的传热性能，必须同时提高冷、热侧流体与壁面间对流传热模系数α1和α2值。二者若相差较大，其中一侧α值较低的话，板式换热器良好的传热性能也得不到发挥。α值可用以下经验公式计算：
α＝Nu．λ/dH(2)
Nu＝ARbt．P0.3r(3)
Rt＝v．dH/ν(4)
式中Nu——努塞而特准数
Rt——雷诺准数
A、b——产品特定的系数和指数
λ——水的导热系数，W/m2．℃
ν——水的运动粘度，m2/s
Pr——水的普兰特准数
dH——板式换热器的当量直径，m
v——流体流速，m/s
由于(2)、(3)、(4)式可知，在同一种板式换热器中，同样温度水的情况下，α值最终与流速v有关，流速越大，其α值越大，K值则相应增大。因此提高冷、热侧流速是提高K值的关键。考虑到提高流速受压力损失ΔP的限制，最后笔者确定板间流速v取0.25～0.5m/s。用此来确定循环水泵的型号、参数，及进、回水管径、阻力等。
提高流速后，循环水回水管网的设计就要以封闭式的压力流为主。彻底改变敞开式，有循环水井的重力流的常规设计。
四、增大辅助降温散热面积
为了使循环水在回水过程中温度降至设计要求，只靠常规设计中的冷却塔冷却满足不了“小温差”降温目的，为了进入冷却塔之前温度尽可能低，必须采用如下辅助降温措施。
1.增大工作介质回水箱体积
增加一个25m3的工作介质回水箱，使储量提高1倍，对降低工作介质温度作用如图4所示。
图4增加新水箱后工作介质自然升温曲线
2.延长回水管路长度
延长回水管路长度300m，在回水管径为300m的情况下，总散热面积增大280m2以上。
3.增设冷池、热池
设计蓄水240t的冷池、热池各一个，起到了平衡供水量，降低水温的作用。
以上二项辅助工程以地下为主，减少了夏季气温对循环水的影响。
4.合理安置冷却塔
选用200t/h逆流式冷却塔两台，为了充分发挥其蒸发散热特点，将冷池与热池的出口水和入口水分开，并将冷却塔提高6m安装。这样平均降温达到10～20℃。
五、小结
(1)冷却系统的冷却效果与周围环境温度有关。在室内温度为15℃和室外温度为-4℃的条件下，改造后的冷却系统，经测试工作介质进口温度最高为19.5℃，经换热器出口温度最低为16℃，降温3.5℃；循环水进口温度为10℃，出口温度最高为20℃。说明了换热机组的设计和安装达到了工艺使用要求。
(2)循环水的进口温度能保持在10℃，说明冷却塔选型和安装，辅助降温系统设计和安装达到了使用要求。
(3)该冷却系统的改造一次投产成功，已平稳运行三年多，完全满足6300kN快锻水压机等设备的降温要求，保证了生产的正常进行。年节约自来水40万m3，年节约资金达18万元。
作者单位：冯文岭薛国义齐齐哈尔市机车车辆工厂(161002)(end)
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(4/24/2007) |
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