一种空冷冷凝器制造技术

本发明专利技术涉及空冷技术领域，一种空冷冷凝器，具有输送冷却介质的散热管，并沿散热管布置有压电式风扇。本发明专利技术与现有技术相比具有功耗低，噪音小，换热能力强等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空冷
，特别是一种使用压电式风扇的空冷冷凝器。
技术介绍
空冷技术作为一项经济而又相对环保的节水途径，成为解决在 "富煤缺水"地区或干旱地区建设火力发电厂的一个重要选择。然而， 迄今为止的直接空冷机组主要是依靠大型轴流风机产生受迫对流，其 能耗大，噪音大，易受环境风的影响。压电效应是一个一百多年前就已经认识的物理现象，通过这一效 应，某些特殊陶瓷材料可以在外加电场的激励下产生很大的机械应 力。不过，压电效应所直接产生的形变或位移通常都很小，因而长期 以来主要被用作压力传感器以及微纳米器件的执行器。利用压电效应产生明显的空气流动是应微电子设备冷却的需要而在近10年内发展起来的，用以解决智能手机，DVD播放机等声音敏感设备散热风扇的噪音问题。迄今为止，其并未能应用于空冷技术中。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述
技术介绍
的不足之处，提供一种利 用功能陶瓷的逆压电效应带动振动片取代空冷风机使空气振荡换热 的冷凝器，其功耗低，噪音小，换热能力强。本专利技术的目的是通过如下技术措施来实现的 一种空冷冷凝器， 具有输送冷却介质的散热管，其沿散热管布置有压电式风扇。在上述技术方案中，所述压电式风扇包括由金属薄片制成的叶片 和固定在叶片边缘上的压电陶瓷片，压电陶瓷片的另一端固定在与散 热管邻近的支撑架上，各压电陶瓷片与一交变电源相并联。在上述技术方案中，所述压电式风扇上的压电陶瓷片为一个或为 厚度相同叠合起来的多个。在上述技术方案中，所述叶片与散热管的距离为0. 05 0. 15米， 各压电陶瓷片之间的距离为0. 1 0.3米，叶片自压电陶瓷片的延伸 长度(即下文所述的叶片长度)为0.3 0.7米。在上述技术方案中，所述压电陶瓷片是铌镍锆钛酸铅(PZT)为 主要成分的固熔体。本专利技术利用功能陶瓷的逆压电效应，把电能转换为机械能，同时 通过压电陶瓷片与叶片的共振把压电效应产生的微尺度振动以非常 低的耗能转变为宏观尺度的振动，以产生足够流量的空气流动达到空 冷换热的目的，并且将共振的频率选择在听觉所能感觉的频率之外， 几乎可以完全消除噪音的影响。与现有技术相比本专利技术的优点在于功 耗低，噪音小，换热能力强。 附图说明图1为本专利技术实施例结构示意图。图2为实施例中压电式风扇结构示意图。图3为应用本专利技术的压电空冷系统框图。图4为基于本专利技术的空冷冷凝器的布置结构图。图5为叶片到散热管距离与管壁表面传热系数的关系图。图6为叶片间距与管壁表面传热系数的关系图。 图7为叶片长度与管壁表面传热系数的关系图。图8为叶片工作频率与管壁表面传热系数的关系图。图9为叶片布置方式与管壁表面传热系数的关系图。其中，l为散热管，2为压电陶瓷片，3为叶片，4为支撑架，5为锅炉，6为过热器，7为汽轮机，8为发电机，9为汽轮机排汽管道，IO为散热管，ll为冷却元件，12为小型电动机，13为凝结水箱，14为凝结水泵，15为凝结水精处理装置，16为凝结水泵，17为低压加热器，18为除氧器，19为给水泵，20为高压加热器。具体实施例方式下面结合说明书附图对本专利技术作进一步的描述。如图1所示，本实施例中所述空冷冷凝器，具有输送冷却介质的散热管l，其沿散热管l布置有压电式风扇。如图2所示，所述压电式风扇包括由金属薄片制成的叶片3和固定在叶片3边缘上的压电陶瓷片2，压电陶瓷片2的另一端固定在与散热管1邻近的支撑架4上，各压电陶瓷片2与一交变电源相并联，其电源接线沿着金属支撑架4安装，由变压器和电阻R控制置于压电风扇两端的电压。所述压电陶瓷片2是铌镍锆钛酸铅(PZT)为主要成分的固熔体。 其两面形成电极，极化方向与电极垂直，如果在压电陶瓷片2的电极 间加上电压，由于逆压电效应，则压电陶瓷片2的振子便会在长度方 向产生位移。采用多层压电陶瓷片2结构，是把几层厚度相同的压电 陶瓷片2，叠合成叠层体，并在电气上并联和机械上串联构成，加上每层位移量的几倍。这种结 构推力很大，且因有机械增益，它们的位移量都大于块体的涨縮位移， 所以有较大的偏转位移。本专利就是利用压电陶瓷片2的逆压电效应，采取压电陶瓷片2 与叶片3共振放大的方法，将压电陶瓷片2的微尺度振动放大2-3个 数量级以产生大规模的空气流动，从而代替传统直接空冷机组中的驱 动风机，达到既散热又节能降噪的目的。在外加电场的驱动下，压电 陶瓷片2的逆压电效应带动大型叶片3振荡，这种振荡运动又带动周 围空气振荡，如同风扇一样，从而可以对散热管1强迫对流换热。在实际应用中，使用本实施例的压电空冷系统如图3所示。进一步对于空冷冷凝器部分，以600MW直接空冷冷凝器为研究 对象，考虑到压电式风扇的固定，将现有的"A"形布置的冷凝器改 为垂直布置。如图4所示，从汽轮机7低压缸排出的乏汽，经由排汽管 道9引出主厂房外，通过蒸汽分配管将乏汽引入空冷冷凝器顶部的配 汽联箱。直接空冷冷凝器分为若干单元，每个单元又由若干组散热管 l组成。采用本实施例后，由于在竖直排列的散热管l侧面布置有若干 压电式风扇，给压电陶瓷片2通微弱的电压后，它就会带动叶片3振动， 并且能将压电陶瓷片2的小尺度振动转换为叶片3的大尺度共振。这就 能取代现有直接空冷系统中的轴流风机，从而实现"低能耗"，"低噪 音"的节能性新系统。在上述技术方案中，根据压电式风扇叶片3特性的相关资料，研 究了无环境风速时叶片3到散热管l之间的距离d，各叶片3之间的间距m，叶片3长度1，振动频率f，叶片3的布置形式，这些参数变化时对 散热效果的影响。通过模拟得到散热管l壁面法线方向上的温度梯度， 并求出对应的表面传热系数。其研究结果如图5至图9所示。从图9中可以看出，叶片3单侧和对称两种不同布置情况下，背风 侧和迎风侧表面传热系数的差别。当叶片3采用单侧布置时，背风侧的表面传热系数很小，仅为迎 风侧的l/2左右，图中A为背风侧的表面传热系数，B表示迎风侧的表 面传热系数。图中C为对称布置时散热管1壁的表面传热系数，采用对 称布置情况下的表面传热系数比单侧布置时迎风侧的小，但只减少了 0. 17W/(m2，K)，这是由于采用对称布置时，两个叶片间相互会有所 影响，使散热管l周围的空气扩散受阻，流速下降，从而使换热效果按照相似原理，对流换热的实验数据应当表示成相似准则数之间 的函数关系，根据以上模拟结果，可以拟合出散热管l壁面上流体的 无量纲温度梯度。由上面的结果可以看出单根管的温度梯度与〃"及 Re有关。对上述计算结果进行线性回归，可得叶片3振动对散热管1换热影 响的无量纲准则关系，其中Nu为努塞尔数，Re为雷诺数她=1.7Re0.47'-0.44= 63.4Re0.13,0.02(//"5)利用流体分析软件Fluent模拟不同叶片3参数对空冷散热管l换热效果的影响，对不同工况下数值模拟结果的分析，可以得到以下结 论1. 叶片3到散热管l之间的距离d会对换热效果产生影响，其取值范围为O. 05 0. 15米，当距离小于O. l米时，表面传热系数随着距离的 增加而增大，距离大于O. l米后，叶片3对散热管1壁面附近的空气扰 动作用减少，造成传热性能下降。因此，建议取距离为O. l米为最佳 值。2. 叶片3的布置间距m对换热性能也会产生影响，其取值范围为 0. 1 0.3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空冷冷凝器，具有输送冷却介质的散热管，其特征是：沿散热管布置有压电式风扇。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊扬恒，胡雪蛟，唐正伟，胡玲，吴亚娟，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[]