摘要：采用循環水冷卻鍛造水壓機工作介質已獲得成功。這項技術的應用，節約了大量的自來水和資金。在設計中采用熱水串聯，冷水并聯；回水采用封閉式“壓力流”；增大輔助降溫散熱面積等措施。
關鍵詞：快鍛水壓機；工作介質；循環水冷卻；板式換熱器

一、前言

我廠使用的6300kN快鍛水壓機組原采用自來水—板式換熱器冷卻系統冷卻工作介質。兩臺水壓機工作2.5h以后，工作介質溫度達到60℃以上(圖1)，超過國家標準(55℃)，致使液壓機密封件軟化，泄漏嚴重。曾采用自來水直接更換工作介質來維持生產，但設備管路系統銹蝕嚴重，自來水浪費嚴重，每年達40萬m3。

圖1改造前工作介質水箱升溫曲線

為了緩解我廠自來水供應薄弱的矛盾，決定改用循環水取代自來水來冷卻水壓機組的工作介質。

筆者在設計與施工中采取了一系列措施解決了運行中出現的問題。經三年的運行，證明采用循環水冷卻水壓機組的工作介質是合理的，達到了預想的結果。

二、冷卻原理和板式換熱器的最佳組合

6300kN快鍛水壓機工作介質冷卻系統的工作原理如圖2所示。

圖26300kN快鍛水壓機工作介質冷卻系統原理圖

板式換熱器具有傳熱系數高，結構緊湊，拆洗方便，并易于組合所需的換熱面積。優于列管式、螺旋式等換熱器。板式換熱器的優點也為利用循環水代替自來水創造了條件。但是，板式換熱器的選型和流程組合好壞，對其熱工性能和設備投資都有很大影響。如果設計不合理，不是傳熱系數K值太低，面積過大，就是流速太高，阻力過大。

對工作介質的溫度與循環水在10～15℃的小溫差條件下進行了理論計算，分析比較，在確定了換熱面積F、片數N等參數后，決定采用工作介質串聯，即連續冷卻兩次，循環水并聯，即在一個板式換熱器冷卻后就回水。采用熱串聯冷并聯這種大流量的循環水冷卻小溫差的工作介質是一種可靠的換熱組合設計，如圖3所示。

圖3熱串、冷并板式換熱器組合示意圖

三、板式換熱器中的流體流速

板式換熱器的傳熱系數K值一般在2900～3600W/m2．℃之間。為發揮其特點，必須提高冷、熱側板間流體流速，一般講K值與板間流體的流速0.8次方成正比。板間流速過低，使換熱器處于低效的運行工況；板間流速過高又增大了流道阻力損失。

板間流體流速是影響板式換熱器傳熱系數K值的重要參數，其K值可表示為：

K＝1/(1/α1+δ/λw+1/α2)(1)

式中α1、α2——冷、熱流體通道內流體與壁面間對流傳熱模系數，W/m2．℃
δ——板式換熱器板片厚度，m
λ——板式換熱器板片導熱系數，W/m2．℃

由(1)式可知，板式換熱器的傳熱系數K值與α1和α2有關，且小于二者中任何一個。因此要想充分發揮良好的傳熱性能，必須同時提高冷、熱側流體與壁面間對流傳熱模系數α1和α2值。二者若相差較大，其中一側α值較低的話，板式換熱器良好的傳熱性能也得不到發揮。α值可用以下經驗公式計算：

α＝Nu．λ/dH(2)
Nu＝ARbt．P0.3r(3)
Rt＝v．dH/ν(4)

式中Nu——努塞而特準數
Rt——雷諾準數
A、b——產品特定的系數和指數
λ——水的導熱系數，W/m2．℃
ν——水的運動粘度，m2/s
Pr——水的普蘭特準數
dH——板式換熱器的當量直徑，m
v——流體流速，m/s

由于(2)、(3)、(4)式可知，在同一種板式換熱器中，同樣溫度水的情況下，α值最終與流速v有關，流速越大，其α值越大，K值則相應增大。因此提高冷、熱側流速是提高K值的關鍵。考慮到提高流速受壓力損失ΔP的限制，最后筆者確定板間流速v取0.25～0.5m/s。用此來確定循環水泵的型號、參數，及進、回水管徑、阻力等。

提高流速后，循環水回水管網的設計就要以封閉式的壓力流為主。徹底改變敞開式，有循環水井的重力流的常規設計。

四、增大輔助降溫散熱面積

為了使循環水在回水過程中溫度降至設計要求，只靠常規設計中的冷卻塔冷卻滿足不了“小溫差”降溫目的，為了進入冷卻塔之前溫度盡可能低，必須采用如下輔助降溫措施。

1.增大工作介質回水箱體積

增加一個25m3的工作介質回水箱，使儲量提高1倍，對降低工作介質溫度作用如圖4所示。

圖4增加新水箱后工作介質自然升溫曲線

2.延長回水管路長度

延長回水管路長度300m，在回水管徑為300m的情況下，總散熱面積增大280m2以上。

3.增設冷池、熱池

設計蓄水240t的冷池、熱池各一個，起到了平衡供水量，降低水溫的作用。

以上二項輔助工程以地下為主，減少了夏季氣溫對循環水的影響。

4.合理安置冷卻塔

選用200t/h逆流式冷卻塔兩臺，為了充分發揮其蒸發散熱特點，將冷池與熱池的出口水和入口水分開，并將冷卻塔提高6m安裝。這樣平均降溫達到10～20℃。

五、小結

(1)冷卻系統的冷卻效果與周圍環境溫度有關。在室內溫度為15℃和室外溫度為-4℃的條件下，改造后的冷卻系統，經測試工作介質進口溫度最高為19.5℃，經換熱器出口溫度最低為16℃，降溫3.5℃；循環水進口溫度為10℃，出口溫度最高為20℃。說明了換熱機組的設計和安裝達到了工藝使用要求。
(2)循環水的進口溫度能保持在10℃，說明冷卻塔選型和安裝，輔助降溫系統設計和安裝達到了使用要求。
(3)該冷卻系統的改造一次投產成功，已平穩運行三年多，完全滿足6300kN快鍛水壓機等設備的降溫要求，保證了生產的正常進行。年節約自來水40萬m3，年節約資金達18萬元。

作者單位：馮文嶺薛國義齊齊哈爾市機車車輛工廠(161002)