鄧興智 譚 亮 邱興盛 許 超 王志軍 賴文勇 朱昌軍

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建筑陶瓷行業(yè)全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)幾乎是每天24小時(shí),330天不間斷工作,被稱為建筑陶瓷企業(yè)的“印鈔機(jī)”,液壓油的工況很大程度決定了壓磚機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率。液壓油油溫過(guò)高對(duì)壓磚機(jī)的危害有:①加速液壓油的氧化,使液壓油變質(zhì),縮短液壓油使用壽命;②液壓油粘度降低,液壓油油膜變薄,非常容易被破壞,潤(rùn)滑性能下降,加速各種液壓元件或部件如液壓油泵、比例閥、增壓器、主油缸等磨損加劇;③液壓系統(tǒng)內(nèi)泄加劇,系統(tǒng)不穩(wěn)定,工作精度降低,如液壓閥閥芯、閥體受熱膨脹,相互配合間隙變小,加劇磨損,影響閥芯運(yùn)動(dòng),甚至“卡死”,使液壓系統(tǒng)故障率上升;④壓磚機(jī)壓制速度下降,工作效率降低,加大主油泵負(fù)荷,電機(jī)功耗增大。因此,壓磚機(jī)液壓油工作溫度控制顯得尤為重要。

1 全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)液壓油冷卻現(xiàn)狀

目前建筑陶瓷液壓壓磚機(jī)冷卻用循環(huán)冷卻水,幾乎都是采用圓形或橫流方形開(kāi)式冷卻塔來(lái)冷卻。開(kāi)式冷卻塔是將循環(huán)水以噴射方式,噴淋到PVC填料上,增大水與填料接觸面積,再通過(guò)水與外部空氣接觸,達(dá)到交換熱量,然后由換熱排風(fēng)扇帶動(dòng)塔內(nèi)氣流循環(huán),與水換熱后將熱氣流帶出,從而達(dá)到降溫冷卻的目的。

常用的循環(huán)冷卻水為自來(lái)水或地下水,水中含有鈣、鎂、鉀、鈉、鐵等礦物質(zhì),由于是利用水蒸發(fā)的原理來(lái)散熱降溫,水中大量碳酸鈣、碳酸鎂等物質(zhì)會(huì)沉淀在填料表面上,影響了填料散熱的效果,所以填料使用2～3年必須更換。同時(shí)循環(huán)水經(jīng)水泵輸送到全自動(dòng)液壓壓磚機(jī),經(jīng)換熱器冷卻壓機(jī)壓制磚坯過(guò)程中的液壓油,因液壓油在壓制過(guò)程中被反復(fù)壓縮、釋放,或閥件泄露,會(huì)使油溫升高,而液壓系統(tǒng)要求保持在最佳油溫(40±2)℃,冷卻水在板式或管式換熱器換熱時(shí),鈣鎂離子、泥土、泥沙、腐殖物形成污垢,加上細(xì)菌、藻類等微生物及其分泌物形成的生物粘泥,造成管路、板片結(jié)垢并使垢層逐步加厚,引起水冷設(shè)備傳熱換熱效率下降,管線的阻力增大,循環(huán)水量減少,從而使油溫升高,故障率上升,并形成惡性循環(huán)。

此外,開(kāi)式冷卻塔的水損失包括:蒸發(fā)水量、風(fēng)吹飄逸以及排污損失。蒸發(fā)水量損失是開(kāi)式冷卻塔不可避免的損失,循環(huán)水的飄逸率約為2%～3%,消耗水量大,不符合國(guó)家水資源節(jié)約集約利用,配套建設(shè)地上或地下循環(huán)水池的建造費(fèi)用也比較高,清洗換熱器板片勞動(dòng)強(qiáng)度也大。

針對(duì)開(kāi)式冷卻塔的上述缺點(diǎn),為使液壓壓磚機(jī)更高效穩(wěn)定的工作,與無(wú)錫某公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)橫流閉式冷卻塔,其外形如圖1所示。

圖1 橫流閉式冷卻塔外形示意圖

2 橫流閉式冷卻塔的工作原理

如圖2、圖3所示,閉式冷卻塔工作時(shí),是以水和空氣作為冷卻介質(zhì),利用部分冷卻水的蒸發(fā)帶走流體被管壁吸附的熱量。噴淋泵運(yùn)行時(shí),水從底部集水槽抽出,送至噴淋箱上部,通過(guò)噴淋布水系統(tǒng)均勻的布滿淋水填料,水從淋水填料表面往下落,淋水填料可以有效地阻止水滴做自由下落運(yùn)動(dòng),從而有效延長(zhǎng)水滴的下落時(shí)間。同時(shí)外界的冷風(fēng)從側(cè)面經(jīng)過(guò)淋水填料之間的空隙進(jìn)入冷卻塔內(nèi),和水滴充分接觸,在水滴表面進(jìn)行熱交換,熱量被軸流風(fēng)機(jī)帶出塔外,經(jīng)過(guò)冷卻的水繼續(xù)往下噴灑在不銹鋼盤(pán)管表冷器的表面。經(jīng)液壓壓磚機(jī)換熱器交換熱量回來(lái)的熱水回到不銹鋼水箱,經(jīng)過(guò)循環(huán)水泵輸送到不銹鋼盤(pán)管表冷器的冷卻盤(pán)管內(nèi),流體熱量被盤(pán)管的管壁吸收,噴淋水噴灑在盤(pán)管表面,進(jìn)行熱交換。同時(shí)經(jīng)不銹鋼盤(pán)管表冷器側(cè)部的百葉窗進(jìn)入的冷空氣自下而上流通,穿過(guò)冷卻器盤(pán)管的表面和自上而下滴落的噴淋水,進(jìn)一步強(qiáng)化換熱的效率,換熱后的一小部分水氣蒸發(fā)并吸走熱量,通過(guò)頂部的軸流風(fēng)機(jī)把濕熱空氣排出到塔外,從而達(dá)到冷卻目的,其余的水落入底部集水槽,供下一次循環(huán)噴淋。盤(pán)管里的流體封閉循環(huán),幾乎不消耗,噴淋水的飄逸率僅為0.1%～0.2%。

圖2 橫流閉式冷卻塔主視圖

圖3 橫流閉式冷卻塔側(cè)視圖

閉式冷卻塔的冷卻原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是內(nèi)循環(huán)和外循環(huán),主核心部件為不銹鋼盤(pán)管表冷器。內(nèi)循環(huán):與建筑陶瓷液壓壓磚機(jī)換熱器對(duì)接,構(gòu)成一個(gè)封閉式的循環(huán)系統(tǒng)(循環(huán)介質(zhì)為軟化水),對(duì)陶瓷液壓壓磚機(jī)的液壓油進(jìn)行冷卻,將其熱量帶出到閉式冷卻塔。外循環(huán):在冷卻塔中,不與內(nèi)循環(huán)軟化水相接觸,只是通過(guò)冷卻塔內(nèi)的不銹鋼盤(pán)管表冷器進(jìn)行換熱散熱。在此種冷卻方式下,通過(guò)自動(dòng)控制,根據(jù)水溫設(shè)置噴淋水泵和3臺(tái)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。在夏季環(huán)境溫度較高的情況下,需要兩個(gè)循環(huán)同時(shí)運(yùn)行,并根據(jù)實(shí)際需要自動(dòng)啟動(dòng)噴淋泵、1臺(tái)或多臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)。冬季環(huán)境溫度比較低,大部分情況下只需內(nèi)循環(huán)運(yùn)行即可。

3 橫流閉式冷卻塔的結(jié)構(gòu)

建筑陶瓷液壓壓磚機(jī)冷卻用橫流閉式冷卻塔裝置包括塔體、噴淋布水系統(tǒng)、PVC填料及進(jìn)風(fēng)、不銹鋼盤(pán)管表冷器、進(jìn)風(fēng)百葉窗、換熱軸流風(fēng)機(jī)、不銹鋼水箱及循環(huán)水泵、軟化水裝置、塔出口軟水恒溫控制系統(tǒng)、恒壓控制系統(tǒng)等(見(jiàn)圖4)。

圖4 三維結(jié)構(gòu)示意圖

3.1 塔體起支撐骨架作用

底座采用鍍鋅槽鋼,框架采用鍍鋅C型鋼,不需進(jìn)風(fēng)的三側(cè)面用鍍鋅鋼板封面,頂部噴淋布水系統(tǒng)上方用鍍鋅鋼板封面,在循環(huán)噴淋水泵旁,軸流風(fēng)機(jī)下設(shè)有檢修人孔。塔體內(nèi)腔底部設(shè)有集水槽,集水槽側(cè)面有補(bǔ)水口,經(jīng)不銹鋼浮球閥自動(dòng)補(bǔ)水,前側(cè)偏下為進(jìn)風(fēng)百葉窗,在進(jìn)風(fēng)百葉窗里面為不銹鋼盤(pán)管表冷器,盤(pán)管表冷器上方為PVC填料,填料上方為噴淋布水系統(tǒng)(噴淋水泵從集水槽抽水經(jīng)布水系統(tǒng)噴淋到PVC填料上),噴淋布水系統(tǒng)側(cè)面頂部為散熱軸流風(fēng)機(jī)。此外集水槽底部設(shè)計(jì)有排污口以利于清污工作,冷卻塔運(yùn)行散熱過(guò)程,噴淋水同時(shí)有少量蒸發(fā),水中的雜質(zhì)和容易結(jié)垢的礦物質(zhì)沉積在水槽里,必須定期排放減少濃度,防止噴淋水在管子上結(jié)垢。

3.2 噴淋布水系統(tǒng)

經(jīng)循環(huán)噴淋泵從底部集水槽抽水送至塔體的頂部,水管再一分為二并列橫貫整個(gè)PVC填料上方,每根水管底部安裝多只旋流噴嘴,使水均勻的噴淋在PVC填料上。噴頭材質(zhì)選用ABS,強(qiáng)度高、韌性好、易于加工成形,大口徑、大流量,不易結(jié)垢,易拆卸更換。

3.3 PVC填料及進(jìn)風(fēng)

集水槽里的水經(jīng)噴淋循環(huán)泵、噴淋布水系統(tǒng)均勻噴淋在PVC填料上,延緩水滴下落,增加與外部進(jìn)來(lái)的涼風(fēng)換熱時(shí)間,從而降低水的溫度。閉式冷卻塔的進(jìn)風(fēng)口高度應(yīng)結(jié)合進(jìn)風(fēng)口空氣動(dòng)力阻力、塔內(nèi)空氣流場(chǎng)分布、冷卻塔塔體的各部分尺寸及布置淋水填料的類型、空氣動(dòng)力阻力等因素,通過(guò)綜合性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。進(jìn)風(fēng)口的外形和面積大小對(duì)整個(gè)填料面積上的氣流分布的均勻性和空氣動(dòng)力阻力有很大影響。當(dāng)進(jìn)風(fēng)口面積大(即進(jìn)風(fēng)口高度高),則進(jìn)口風(fēng)速小,塔內(nèi)空氣分布均勻,塔內(nèi)氣流總阻力也小,有利于水的冷卻;但塔增高,造價(jià)也會(huì)增大。反之,進(jìn)風(fēng)口面積減小,則風(fēng)速增大,風(fēng)量分布不均勻、進(jìn)風(fēng)口渦流區(qū)大,影響冷卻效果。進(jìn)風(fēng)口上下緣處風(fēng)速相對(duì)較小,中間風(fēng)速大,進(jìn)風(fēng)口的平均風(fēng)速一般在2.2～2.8 m/s;風(fēng)筒式自然通風(fēng)冷卻塔的進(jìn)風(fēng)口與淋水面積之比為0.35～0.40。閉式冷卻塔進(jìn)風(fēng)口與淋水面積之比一般的數(shù)值為:機(jī)械通風(fēng)冷卻塔不宜小于0.5,當(dāng)小于0.4時(shí),應(yīng)在進(jìn)風(fēng)口上緣設(shè)導(dǎo)風(fēng)板。閉式冷卻塔進(jìn)風(fēng)口高度與淋水填料高度相同,但應(yīng)為傾斜面。

3.4 不銹鋼盤(pán)管表冷器

由上、中、下共三組不銹鋼盤(pán)管表冷器組成,每組盤(pán)管以“S”型四層垂直疊加而成,每層由若干根厚為0.6 mm的304不銹鋼管平鋪組成,四層中最下層為壓機(jī)回來(lái)熱水回到不銹鋼水箱,再經(jīng)循環(huán)水泵以帶壓方式輸送進(jìn)入盤(pán)管,經(jīng)“S”流動(dòng)換熱后,再?gòu)淖钌蠈庸芰鞒隼渌R集到冷水出水管。上中下三組熱水進(jìn)口匯集在一根豎管上,冷水出口也匯集在一根豎管上輸送到壓磚機(jī)冷卻液壓油。

3.5 進(jìn)出風(fēng)百葉窗

不銹鋼盤(pán)管表冷器兩側(cè)為百葉窗,葉片按一定角度扣接安裝,安裝角度α一般約為45°,外側(cè)進(jìn)風(fēng),內(nèi)側(cè)出風(fēng)。百葉窗的作用主要是:起空氣導(dǎo)流作用及防止淋水濺出塔外和減少淋水噪聲。葉片的寬度和間距根據(jù)塔的大小而不同,葉片材料采用鍍鋅板。

3.6 換熱軸流風(fēng)機(jī)

采用鋁合金葉片,電機(jī)防水、軸流形式,軸承免維護(hù)。軸流風(fēng)機(jī)由頂部引風(fēng),強(qiáng)化了空氣流動(dòng),塔內(nèi)負(fù)壓,促使水的蒸發(fā)溫度降低,促使水膜蒸發(fā),強(qiáng)化了不銹鋼盤(pán)管表冷器的放熱。

3.7 不銹鋼水箱及循環(huán)水泵

閉式冷卻塔循環(huán)水箱采用不銹鋼板制作,設(shè)有液位觀察口和低液位報(bào)警功能,及自動(dòng)補(bǔ)軟化水功能,充分保證循環(huán)冷卻過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)斷水現(xiàn)象。

3.8 軟化水裝置

水的硬度主要由其中的陽(yáng)離子Ca2+、Mg2+構(gòu)成。當(dāng)含有硬度的原水通過(guò)交換器的樹(shù)脂層時(shí),水中的鈣、鎂離子被樹(shù)脂吸附,同時(shí)釋放出鈉離子,這樣交換器內(nèi)流出的水就是去掉了硬度離子的軟化水,當(dāng)樹(shù)脂吸附鈣、Mg2+達(dá)到一定的飽和度后,出水的硬度增大,此時(shí)軟水器會(huì)按照預(yù)定的程序自動(dòng)進(jìn)行失效樹(shù)脂的再生工作,利用較高濃度的氯化鈉溶液(鹽水)通過(guò)樹(shù)脂,使失效的樹(shù)脂重新恢復(fù)至鈉型樹(shù)脂。

3.9 塔出口軟水恒溫控制系統(tǒng)

閉式冷卻塔在出水口處設(shè)計(jì)有304不銹鋼P(yáng)T100溫度測(cè)控探頭,控制柜上設(shè)有水溫顯示及報(bào)警功能,并可設(shè)定水溫范圍,在春、秋、冬季溫度不高的情況下,系統(tǒng)可根據(jù)出口溫度自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)開(kāi)啟數(shù)量及噴淋系統(tǒng)的啟停,使建筑陶瓷液壓壓磚機(jī)循環(huán)冷卻水保持在需要的比較恒定的溫度范圍內(nèi)。

3.10 恒壓控制系統(tǒng)

在不銹鋼盤(pán)管表冷器冷水出口處安裝有壓力傳感器,其量程為0～1.6 MPa,輸出為4～20 m A,根據(jù)設(shè)定出水壓力,自動(dòng)調(diào)節(jié)循環(huán)水泵電機(jī)變頻器頻率,使冷水壓力保持在設(shè)定的范圍內(nèi),從恒溫、恒壓兩方面更有效保障液壓壓磚機(jī)液壓油冷卻效果。

4 結(jié)論

橫流閉式冷卻塔應(yīng)用在建筑陶瓷液壓壓磚機(jī)冷卻中,其最大優(yōu)點(diǎn)是冷卻介質(zhì)為軟化水,且不與空氣接觸,所以循環(huán)管路、換熱器板片內(nèi)部不會(huì)結(jié)垢,避免換熱器結(jié)垢,使換熱效率保持高效,液壓系統(tǒng)油溫得到保障;冷卻水閉式循環(huán),無(wú)循環(huán)水蒸發(fā),大幅降低自來(lái)水或地下水消耗;不需建造地上或地下循環(huán)水池,建設(shè)費(fèi)用少;壓機(jī)換熱器不結(jié)垢,不需清洗換熱器,大幅降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度;占地面積小,以及工作特性,室內(nèi)外均可安裝使用。鑒于上述優(yōu)點(diǎn),可在陶瓷液壓壓磚機(jī)冷卻中推廣應(yīng)用,也可應(yīng)用到陶瓷企業(yè)窯爐、干燥窯各種風(fēng)機(jī)軸承座,窯爐控制室、噴墨房水冷空調(diào)、連續(xù)球減速機(jī)等需冷卻的環(huán)境中。