板翅式空气冷却器的应用及研究

李宝麟

摘 要：近些年来，随着环境保护压力的增大和能源结构调整的要求越来越迫切，以风电为代表的可再生清洁能源的装机容量在电力系统的比重不断增加。当今世界风力发电技术的发展趋势表现为单机容量的逐步增大，直接导致机舱内部各系统散热量相应增大。因风电机组大多分布在恶劣的荒漠、沿海地区，空气冷却器便成为机舱内部进行各系统冷却的主要设备。空气冷却器分为板翅式和翅片管式，文章主要从板翅式空气冷却器着手，分别对空气冷却器的概述、分类、结构、选择原则、应用及存在不足等方面进行探讨，以供参考。

关键词：空气冷却器；风电；应用

前言

空气冷却器实际是以可再生资源风为冷却介质，对相关介质进行冷却的设备。目前很多领域都已经应用了空气冷却器，尤其是行走机械和水资源困难的地方。在实际应用中，空气冷却器取得了良好的经济效益，由此可见，空气冷却器的发展前景十分光明。

1 空气冷却器的概述

1.1 空气冷却器的分类

空气冷却器分为板翅式和翅片管式。板翅式结构简单，散热面积大，除用于风冷却器外，还可做成油-油和水-油热交换器，散热效率高，强制对流空气散热系数为35-350W/（m2.℃）。翅片管式冷却器是用圆管外嵌入翅片，散热面积可达光管的8-10倍。用作油介质时，翅片管式的传热系数为光管的220%。本文只探讨板翅式空气冷却器。

1.2 板翅式空气冷却器冷却方式的分类

空气冷却是指利用空气与冷却器内部介质直接进行热交换达到冷却效果。空气冷却又包括自然通风冷却和强制通风冷却两种方式。自然通风冷却是指不设置任何辅助设备，冷却器暴露在空气中，通过空气自然流通将热量带走。强制通风冷却式利用空气强迫对流的对流换热系数大于自然对流的对流换热系数，其换热效果要大于自然通风冷却。一般在自然通风冷却无法满足冷却需求的条件下，通过对空气冷却器外部装设风扇等强制扰流装置，进行强制鼓风，已达到冷却效果。

1.3 板翅式空气冷却器的基本结构

板翅式空气冷却器的结构单元由翅片、隔板、封条和导流片组成。在金属隔板上放一层翅片，然后再翅片上放一层金属隔板，在金属隔板上面放一层导流片，两边以边缘封条密封，组成一个基本单元，如此一层层叠置固定，放置钎焊炉中钎焊成整体。如图1所示。其中翅片和导流片的型式及排列方式对冷却器的热传导系数和冷却能力有较大影响。

2 空气冷却器的选择原则及计算

2.1 选择原则

在选择冷却器时应首先要求冷却器安全、可靠、有足够的散热面积、压力损失小、散热效率高、体积小、重量轻等。然后根据使用场合、作业环境情况选择冷却器类型。如使用现场是否有冷却水源，是否随行走机械一起运动等，当存在以上情况时，应优先选择空气冷却器。

2.2 冷却器的传热计算

高温的液压油和低温的空气分别从冷却器的壁面两侧流过时，如图2所示，由于壁面的热传导作用和运动流体和对流传递作用，热量从液压油传递给空气。传热的基本方程是

？覫=k×A×Δt

式中：？覫-换热量（W）；k-传热系数（W/（m2·℃））；A-冷却器换热面积（m2）；Δt-冷热介质的平均对数温差（℃）

设计和选用冷却器时，应以较小冷却器的外形尺寸，获得较大的kA值，即较小的热阻，使单位时间内逸散更多的热量。

3 板翅式空气冷却器应用中的优势与不足

3.1 应用中的优势

板翅式空气冷却器采用免费无限取用且腐蚀性低的空气为冷却介质，在很大程度上起到了节水减排的用作。这些先天的优势，对于风电行业来说显得至关重要。因在风电机组塔顶机舱内，齿轮箱、发电机、变频器等在运行过程中会产生大量的热量，如果热量不能及时排除，会造成较大的经济损失。如果采用水冷却器，还需要考虑初始生水，后续补水和水处理等措施，还需频繁清理冷却器水侧的水垢和微生物结垢及沉积处，将耗费大量的人力、物力的投入。而且塔筒高度通常为60米左右，甚至更高，只有选择合适尺寸和散热能力的板翅式空气冷却器才能取得较好的经济效益。

3.2 应用中的不足

空气冷却器具有结构简单，初投资和运行费用低、利于管理与维护等优点，因此空气冷却器风力发电系统得到了广泛的应用和推广。然而，其制冷效果受气温影响较大，当进风温度低时，冷却效果好，设备运行效率和功率高；當进风温度升高时，冷却效果降低，设备的运行效率和功率随之下降。冷却器在使用过程中，周围空气的温度要低于冷却器的出口温度。运行过程中要检查噪声情况，分析原因，采取隔音、避音等消声措施。安装要牢靠，连接部位可加橡胶垫，以防止因电机、风扇运转产生振动作用造成疲劳破坏。需定期清理冷却器，出去灰尘和粘附物，校正风扇在使用中产生的变形，以取得良好的冷却效果。

4 结束语

目前，随着世界各国对清洁能源开发的重视，无论是在陆上风电还是海上风电都得到了较快发展。板翅式空气冷却器因其自身的结构及运行特点，也得到了广泛应用。相信随着对冷却器研究的不断深入和优化，未来会有更好的发展前景。

参考文献

[1]黎启柏.液压元件手册[Z].1992，12.

[2]王益群，高殿荣.液压工程师技术手册[Z].2009，11.