高中频表面淬火感应加热设备的空气冷却器

高中频表面淬火感应加热设备的空气冷却器

宿新天 (保定市金能换热设备有限公司， 河北 保定 071000)

摘  要：本文介绍的热处理高中频淬火感应加热设备的冷却，是用一种新型的空气冷却器由空气和冷却水进行换热，将感应加热设备产生的热量直接排放在大气中的新一代产品。冷却系统采用纯净水闭路循环，水质干净，冷却器件不结水垢，不被异物堵塞，减少了感应加热设备故障发生。保证了设备运行的可靠性和延长其使用寿命，同时达到节水节电的目的。
关键词：换热；翅片传热管；冷却水；空气冷却器；高频淬火；感应加热设备。
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
感应加热设备在工作中产生大量的热量，若不及时散热 ，会严重影响设备的使用性能和寿命。目前使用感应加热设备的用户因自身条件各不相同，对于冷却水系统重视不够，未按规定使用纯净水而使用井水或自来水，造成冷却部位结垢，局部温度升高严重影响电器元件的可靠性和使用寿命。研究和实际应用表明，单个半导体元件温度比正常工作温度范围每升高10 ℃，系统的可靠性将降低50%。因此电子技术的发展需要良好的散热手段来保证。这种散热手段要求具有紧凑性，可靠性，散热率，不需要维修等特点。
纯净水冷却系统，往往配备板式换热器、二次循环水泵、水池、晒水塔等部件来冷却一次纯净水。二次冷却水消耗量大，板式换热器换热表面及晒水塔表面易结垢，严重地影响换热能力，清洗时费工费力，重新装配时容易出现泄漏问题。为了解决上述弊端，采用新型空气冷却器一次换热，传热管形成高热流密度，由快速的空气流把热量散发到大气中去。纯净水在新型的空气冷却器和高频加热设备内闭路循环，被冷却系统长期不结水垢，不被异物堵塞，冬季在冷却水中加入防冻剂杜绝了水路被冻坏的故障。
2   对冷却水系统的要求
感应加热设备中的电子管﹑线圈﹑可控硅﹑功率器件﹑感应器等元器件均需冷却水冷却。冷却水进水温度不宜超过35℃，出水温度不应超过60℃。水的PH值宜在5.6～8.5范围内，硬度不大于60mg/L，电阻率﹥4KΩ/cm2。
冷却水系统应配置分水器、回水箱，以保证设备的正常供水和回水。分水器的进出口均需加装阀门、压力表等。分水器的出水管数量、口径由感应加热设备的进出水口及感应器、输出变压器等决定。分水器要加装泄水管以便调节水压。回水箱的出水管口径应大一些，以便保证回水畅通。感应加热设备的出水应该能直接观察到，为防尘可采用透明有机玻璃防护罩。不允许封闭水箱，因为封闭水箱容易造成回水不畅，危及感应加热设备。
电源冷却水和淬火用水不要共用一个水箱，以免杂质进入感应加热设备会过早地损坏电器元器件。
水压的要求：
高频输出功率：10～60KW,水压0.1～2 MPa
高频输出功率:100～200KW，水压1.5～3 MPa
高频输出功率：250～500KW,水压2.5～6 MPa
每次开机前操作人员应该查看水流、水压情况，若发现有异常现象应及时排除。
3   工作原理
3.1新型空气冷却器换热原理
空气冷却器由翅片管束、喷淋系统、轴流风机、循环水泵及温控箱等组成，见图1所示。
在设计过程中采用了一种强化传热技术，使得新型空气冷却器总传热系数比未采用该项技术提高了35%以上。通过合理布局，从而使空气流道畅通，外掠气体分离点后移，旋涡压变小，明显地增强外侧传热效果。同时降低风机功率，电耗随之减少，达到节能效果。

传热管束整体浸锌技术，使得高频电阻焊接翅片管的热阻降至低限度，同时增强翅片管抗腐蚀能力。 
冷却水系统为封闭循环，其热量传递到翅片管外表面之后被强迫对流的空气带走，实现冷却水散热的目的。这种空气冷却器是一次换热，不同于常规冷却水经过板式换热器进行二次水冷，冷却水系统见图2所示。 
3.2辅助措施 
在环境温度较高和要求冷却水温度降得较低时，在风机和传热管束之间增设喷淋装置，可使传热管表面温度降至湿球温度，增大温差传热效果。温度实现自动控制，满足不同工艺过程对温度的要求。 
4、空气冷却器的特点 
4.1节水 
由原来二次换热水-水冷却，改为一次空气冷却，只需要少量的纯净水循环工作，避免感应加热设备冷却部位结垢，需要喷淋时仅耗少量水。 
4.2节电 
采用大风量，小功率的轴流风机，耗电较低。温度实现自动控制，达到设定值后，风机自动停转。 
如：100KW高频加热设备在直流高压作用下阳极水路对地耗电量，普通水为8KW左右，纯净水只有 70W 左右。 
4.3体积小 
空气冷却器结构紧凑，无需水池，板式换热器，二次循环水泵及晒水塔等部件。 
4.4不结垢 
纯净水闭路循环，水质干净，不结水垢，无杂物进入，不长青苔，管路不会阻塞。 
4.5运行 
空气冷却器与感应加热设备分开布置，不影响感应加热设备的正常工作，在突然停电停水时新型空气冷却器靠位差继续供水冷却设备。 
4.6易维修 
冬季可以加入高频防冻液 避免系统结冰造成管路堵塞。传热管与空气换热仅仅在外表面进行，即使传热管外表面出现灰尘，清洗很容易，日常无需维修。 
4.7寿命长 
传热管内外表面进行热浸锌处理，起到防腐作用，空气冷却器的寿命大大提高。 
5 应用实例 
这种空气冷却器已经成功地应用于高频淬火感应加热设备的冷却工艺（见表1），以空气冷却代替水冷是一种行之有效的方法。即使在夏季高温季节冷却水温度也可以控制在35℃以下。 
表1 天津某液压公司应用空气冷却器冷却200KW高频加热设备的实测数据 
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 、结语 
综上所述，在热处理及焊管生产过程中采用空气冷却器冷却高中频淬火感应加热设备元器件是一种经济可行的节能节水途径，运行可靠，可使冷却水温控制在35℃以下。从根本上解决了原来感应加热设备冷却问题所无法解决且又无法回避的诸多弊端，对整个感应加热设备其生产过程中节能及可靠性起到了积极作用。

参考文献

1、姚寿广，电子电器设备中热管散热技术的研究现状及发展，第八届全国热管会议论文集，2002.07
2、张佳旭，高频设备，天津市金能电力电子有限公司，2003.10

作者简介：宿新天（1943－），男，辽宁海城人，高级工程师，中国热处理行业协会理事，北京航空航天大学 505实验室特约研究员，长期从事热管换热技术、干燥技术、热力工程加热和冷却设备的研究设计工作。发表论文10多篇，曾多次在全国学术会议上获优秀论文奖。联系电话：0312-5030889
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