高中頻表面淬火感應加熱設備的空氣冷卻器

高中頻表面淬火感應加熱設備的空氣冷卻器

宿新天 (保定市金能換熱設備有限公司， 河北 保定 071000)

摘  要：本文介紹的熱處理高中頻淬火感應加熱設備的冷卻，是用一種新型的空氣冷卻器由空氣和冷卻水進行換熱，將感應加熱設備產生的熱量直接排放在大氣中的新一代產品。冷卻系統采用純凈水閉路循環，水質干凈，冷卻器件不結水垢，不被異物堵塞，減少了感應加熱設備故障發生。保證了設備運行的可靠性和延長其使用壽命，同時達到節水節電的目的。
關鍵詞：換熱；翅片傳熱管；冷卻水；空氣冷卻器；高頻淬火；感應加熱設備。
Air-Condenser of Induction Heating Equipment 
of High and Middle Frequency Quenching
SU Xin tian
(Baoding Jinneng Heat Exchanger Ltd.,Heibei Baoding 071000)
Abstract:In this paper,the cooling of induction heating equipmentof high and middle frequency quenching in heat treatment is introduced, which is a novel generation of air-condenser using air and cooling water for heat exchange, and emitting the heat directly into the atmosphere. The purified-water, close-loop circulation is adopted in the cooling system, which has the advantages of clean water quality, the cooled components without scale and without alien matter blocking. With all the merits mentioned above, this kind of air-condenser decreases the fault rate of induction heating equipment, which guarantees the operation reliability of the equipment, extends its service life and accomplishes the purpose of water and electricity saving as well.
Key words:heat exchange; wing-slice heat transfer; cooling water; air-condenser; high frequency quenching; induction heating equipment

1   引言
感應加熱設備在工作中產生大量的熱量，若不及時散熱 ，會嚴重影響設備的使用性能和壽命。目前使用感應加熱設備的用戶因自身條件各不相同，對于冷卻水系統重視不夠，未按規定使用純凈水而使用井水或自來水，造成冷卻部位結垢，局部溫度升高嚴重影響電器元件的可靠性和使用壽命。研究和實際應用表明，單個半導體元件溫度比正常工作溫度范圍每升高10 ℃，系統的可靠性將降低50%。因此電子技術的發展需要良好的散熱手段來保證。這種散熱手段要求具有緊湊性，可靠性，散熱率，不需要維修等特點。
純凈水冷卻系統，往往配備板式換熱器、二次循環水泵、水池、曬水塔等部件來冷卻一次純凈水。二次冷卻水消耗量大，板式換熱器換熱表面及曬水塔表面易結垢，嚴重地影響換熱能力，清洗時費工費力，重新裝配時容易出現泄漏問題。為了解決上述弊端，采用新型空氣冷卻器一次換熱，傳熱管形成高熱流密度，由快速的空氣流把熱量散發到大氣中去。純凈水在新型的空氣冷卻器和高頻加熱設備內閉路循環，被冷卻系統長期不結水垢，不被異物堵塞，冬季在冷卻水中加入防凍劑杜絕了水路被凍壞的故障。
2   對冷卻水系統的要求
感應加熱設備中的電子管﹑線圈﹑可控硅﹑功率器件﹑感應器等元器件均需冷卻水冷卻。冷卻水進水溫度不宜超過35℃，出水溫度不應超過60℃。水的PH值宜在5.6～8.5范圍內，硬度不大于60mg/L，電阻率﹥4KΩ/cm2。
冷卻水系統應配置分水器、回水箱，以保證設備的正常供水和回水。分水器的進出口均需加裝閥門、壓力表等。分水器的出水管數量、口徑由感應加熱設備的進出水口及感應器、輸出變壓器等決定。分水器要加裝泄水管以便調節水壓?；厮涞某鏊芸趶綉笠恍?，以便保證回水暢通。感應加熱設備的出水應該能直接觀察到，為防塵可采用透明有機玻璃防護罩。不允許封閉水箱，因為封閉水箱容易造成回水不暢，危及感應加熱設備。
電源冷卻水和淬火用水不要共用一個水箱，以免雜質進入感應加熱設備會過早地損壞電器元器件。
水壓的要求：
高頻輸出功率：10～60KW,水壓0.1～2 MPa
高頻輸出功率:100～200KW，水壓1.5～3 MPa
高頻輸出功率：250～500KW,水壓2.5～6 MPa
每次開機前操作人員應該查看水流、水壓情況，若發現有異?，F象應及時排除。
3   工作原理
3.1新型空氣冷卻器換熱原理
空氣冷卻器由翅片管束、噴淋系統、軸流風機、循環水泵及溫控箱等組成，見圖1所示。
在設計過程中采用了一種強化傳熱技術，使得新型空氣冷卻器總傳熱系數比未采用該項技術提高了35%以上。通過合理布局，從而使空氣流道暢通，外掠氣體分離點后移，旋渦壓變小，明顯地增強外側傳熱效果。同時降低風機功率，電耗隨之減少，達到節能效果。

傳熱管束整體浸鋅技術，使得高頻電阻焊接翅片管的熱阻降至低限度，同時增強翅片管抗腐蝕能力。 
冷卻水系統為封閉循環，其熱量傳遞到翅片管外表面之后被強迫對流的空氣帶走，實現冷卻水散熱的目的。這種空氣冷卻器是一次換熱，不同于常規冷卻水經過板式換熱器進行二次水冷，冷卻水系統見圖2所示。 
3.2輔助措施 
在環境溫度較高和要求冷卻水溫度降得較低時，在風機和傳熱管束之間增設噴淋裝置，可使傳熱管表面溫度降至濕球溫度，增大溫差傳熱效果。溫度實現自動控制，滿足不同工藝過程對溫度的要求。 
4、空氣冷卻器的特點 
4.1節水 
由原來二次換熱水-水冷卻，改為一次空氣冷卻，只需要少量的純凈水循環工作，避免感應加熱設備冷卻部位結垢，需要噴淋時僅耗少量水。 
4.2節電 
采用大風量，小功率的軸流風機，耗電較低。溫度實現自動控制，達到設定值后，風機自動停轉。 
如：100KW高頻加熱設備在直流高壓作用下陽極水路對地耗電量，普通水為8KW左右，純凈水只有 70W 左右。 
4.3體積小 
空氣冷卻器結構緊湊，無需水池，板式換熱器，二次循環水泵及曬水塔等部件。 
4.4不結垢 
純凈水閉路循環，水質干凈，不結水垢，無雜物進入，不長青苔，管路不會阻塞。 
4.5運行 
空氣冷卻器與感應加熱設備分開布置，不影響感應加熱設備的正常工作，在突然停電停水時新型空氣冷卻器靠位差繼續供水冷卻設備。 
4.6易維修 
冬季可以加入高頻防凍液 避免系統結冰造成管路堵塞。傳熱管與空氣換熱僅僅在外表面進行，即使傳熱管外表面出現灰塵，清洗很容易，日常無需維修。 
4.7壽命長 
傳熱管內外表面進行熱浸鋅處理，起到防腐作用，空氣冷卻器的壽命大大提高。 
5 應用實例 
這種空氣冷卻器已經成功地應用于高頻淬火感應加熱設備的冷卻工藝（見表1），以空氣冷卻代替水冷是一種行之有效的方法。即使在夏季高溫季節冷卻水溫度也可以控制在35℃以下。 
表1 天津某液壓公司應用空氣冷卻器冷卻200KW高頻加熱設備的實測數據 
Table 1 Practical value measured in the cooling application of 200KW high frequency heating equipment with air-condenser of a hydraulic company in Tianjin

6 、結語 
綜上所述，在熱處理及焊管生產過程中采用空氣冷卻器冷卻高中頻淬火感應加熱設備元器件是一種經濟可行的節能節水途徑，運行可靠，可使冷卻水溫控制在35℃以下。從根本上解決了原來感應加熱設備冷卻問題所無法解決且又無法回避的諸多弊端，對整個感應加熱設備其生產過程中節能及可靠性起到了積極作用。

參考文獻

1、姚壽廣，電子電器設備中熱管散熱技術的研究現狀及發展，第八屆全國熱管會議論文集，2002.07
2、張佳旭，高頻設備，天津市金能電力電子有限公司，2003.10

作者簡介：宿新天（1943－），男，遼寧海城人，高級工程師，中國熱處理行業協會理事，北京航空航天大學 505實驗室特約研究員，長期從事熱管換熱技術、干燥技術、熱力工程加熱和冷卻設備的研究設計工作。發表論文10多篇，曾多次在全國學術會議上獲優秀論文獎。聯系電話：0312-5030889
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