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汽機冷油器管式冷油器的幾種換熱管型式分析
汽機冷油器管式冷油器的幾種換熱管型式分析，管式冷油器是汽輪機油系統(tǒng)中一種常用的設(shè)備，通過對3種不同的換熱管的冷油器的冷卻面積、冷卻水耗量、油阻和水阻以及材料消耗進行比較得出這3種冷油器的優(yōu)缺點。
1概述
汽輪機發(fā)電機組正常運行，由于軸承摩擦而消耗了一部分功，使得軸承的潤滑油溫度升高，如果油溫太高軸承有可能發(fā)生軟化、變形或燒損事故。為使軸承正常運行，潤滑油溫必須保持在一定范圍內(nèi)，一般要求進入軸承油溫不高于50℃,軸承的排油溫升一般為10~15℃,因而必須將軸承排出來的油冷卻以后才能再循環(huán)進入軸承潤滑。管式冷油器就是冷卻主機潤滑油的。溫度較高的潤滑油和低溫的冷卻水在冷油器中進行熱交換，通過調(diào)節(jié)冷卻水流量來達到控制潤滑油溫度的目的。
2技術(shù)比較
2.1熱力參數(shù)
管式冷油器一般殼側(cè)是潤滑油，由于潤滑油的粘性較大，雷諾數(shù)較低，導致它油側(cè)的換熱系數(shù)低。所以要降低冷油器的成本或者空間大小，要么提高油側(cè)的換熱系數(shù)，要么提高單位體積的換熱面積。前者不在的討論范圍之內(nèi)，接下來我們就討論一下在提高單位體積的換熱面積上面，光管，低翅片管，高翅片管這3種換熱管的性能優(yōu)缺點。我們以16平方米的一種冷油器作為對象，下表是基本的熱力參數(shù)。
表1基本熱力參數(shù)
2.2冷卻面積比較
管式冷油器的面積計算，由于篇幅所限，就不在中一一列出詳細步驟，下面為主要的計算公式：Q=KA△t式中：Q:熱負荷，WK:總換熱系數(shù)，w/m2℃A:換熱器總換熱面積，m2△t:有效傳熱溫差，℃Q=m,C?w(t?-t?。=m。C?。(t?-to,o)式中：Q:熱負荷，Wm,m。:水和油的質(zhì)量流量kg/sC?w,C?:水和油的定壓比熱，J/(kg.℃)tw,t。:水的進出口溫度，℃t。,,t?:油的進出口溫度，℃式中：K:總換熱系數(shù)，w/m2×kα。:管外流體傳熱膜系數(shù)，w/m2℃α:管內(nèi)流體傳熱膜系數(shù)，w/m2℃A?,A?:換熱管外表和內(nèi)表傳熱面積，m2γo,γi:油和水的污垢熱阻，m2℃/wAm:換熱管管外和管內(nèi)的平均面積，m2δ:換熱管壁厚，mγ:管壁材料的導熱系數(shù)，w/m2℃按照相同的基本熱力參數(shù)(表1),通過計算，得出了3種換熱管的不同的換熱系數(shù)，以及需要的面積：
表2換熱面積[1]
從表中可以看出，此設(shè)計換熱系數(shù)依次是光管→高翅片管→低翅片管，折合成光管的面積來看，光管→低翅片管→高翅片管。而占用的空間(即整個換熱器的大小)是光管→低翅片管→高翅片管。其中采用高翅片管的換熱器占用的空間比采用光管的小了20-30%。
翅片管因為翅片高度的影響導致的導熱系數(shù)增加，從而引起了總的換熱系數(shù)的減小，但是它是通過增大換熱面積的方式來縮小單位空間內(nèi)的換熱效率。
2.3冷卻水量比較
在一般的電站中，冷卻水量也是一個重要的因素，冷卻水量大的話，一般會增加電站的運行成本，下面對3個型式的管式冷油器的用水量做一下分析。
表3冷卻水量
由上表可以看出，3種換熱管的冷卻水量，光管和低翅片管大致相當，而高翅片管比其它2種都要低。
2.4油阻和水阻比較
管式冷油器都一定程度上存在阻力，阻力大的話，泵的揚程就要選的大，在流量不變的情況下，電機的功率就上升了，AP1614(2)上規(guī)定管式冷油器的水阻大不能超過1bar。
表4油阻和水阻
水阻分別是高翅片管→低翅片管→光管，這是因為單位空間內(nèi)的換熱管數(shù)量少了，而冷卻水量變化不大，所以導致了水阻的上升，但是遠小于API614的規(guī)定，而油阻分別是低翅片管→光管→高翅片管。由于低翅片的翅片存在而且換熱管之間的距離又是跟光管一樣，所以阻力上升，而高翅片管雖然有翅片，但是由于換熱管之間的距離大，所以阻力反而比光管小了：
2.5單位熱量的換熱管材料耗率
3種不同的換熱管在同等熱量換熱的情況下不同的材料消耗。
表5材料消耗表
注：1、包括加工導致的材料損耗；2、未包括鋁翅片的材料。
如果換熱管的材料是HSn70-1的話，因為低翅片管加工中一定會存在材料的損耗，但是損耗的也是同種材料，所以表格中把損耗的材料也計算在內(nèi)，但是高翅片管由于翅片是由鋁做的，而鋁的價格相對比較便宜，所以計算重量的時候，沒有把它計算在內(nèi)。由此可以看出，同等熱量交換的話，應(yīng)該是高翅片的材料消耗率是低的。
3總結(jié)
3.1優(yōu)點
光管相對來說換熱管制作的工藝簡單，可靠。低翅片管由于外徑可以做成跟光管一樣，所以它可以改造原先光管的冷油器，以提高此管式冷油器的換熱效果。而高翅片節(jié)省水量，空間，油阻也低，同樣成本也低，所以建議新做的管式冷油器可以用此類換熱管。
3.2缺點
光管來說成本相對較高，所占空間較大，低翅片管如果翅片處加工不合理的話，翅片根部倒角處容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，留下隱患，而且如果油如果比較臟的話，容易在翅片根部積累污垢，導致?lián)Q熱系數(shù)下降，高翅片管由于翅片與換熱管是分開的材料，所以不會產(chǎn)生應(yīng)力集中的問題，但是翅片根部也容易積累污垢，影響換熱系數(shù)。
下面附上不同換熱管的圖：
圖1光管
圖2低翅片管
圖3高翅片管