基于南方—10℃～+40℃環境下發射機冷卻系統的升級設計

徐志省

摘 要：本文重點介紹了在南方-10℃～+40℃環境下，有針對性地進行防高溫和抗嚴寒的雙重設計，既能在高溫環境下提高發射機的冷卻效果，又能在嚴寒環境下對熱空氣的充分利用，起到對機房環境溫度的綜合控制，確保了大功率短波發射機的冷卻系統的正常運行。

關鍵詞：高溫；嚴寒；冷卻系統；設計

1 前言

在我國的江南地區，夏季高溫炎熱，有時高溫在+40℃以上的天氣可持續一個多月。而在冬季，在極端寒冷時的氣溫能降至-10℃以下，而大功率短波發射機需散耗的熱能又在30～100kW左右，且發射機的工作環境溫度最好在20℃左右，過高或過低的溫度，都將直接影響到發射機的正常運行。為此，在設計發射機冷卻系統時，既要充分考慮到在高溫環境下冷卻系統的有效工作，能帶走發射機的副熱量，又要做到在嚴寒天氣下，對發射機副熱量的有效回收，確保機房內的環境溫度不至太低，達到節能的經濟效益。

2 原冷卻系統存在缺陷

原冷卻系統作為發射機的附屬設備，在設計和安裝之初，它的擺放位置總是在機房的最外圍，且沒有得到很好的綜合考慮，冷凝器的進風口和出風口均設計在同一面墻體上，進風口在下方，出風口在上方，在夏季，室外溫度可達40℃以上，也就是說進風口吸進的風的溫度在40℃以上，此熱風作為冷凝器的冷卻風，效果大大下降，造成冷凝器出水溫度在60℃以上，使發射機的大型真空器件（電子管和真空電容）及高周腔體回路的溫度較高，給發射機的穩定運行帶來很大的安全隱患。在冬季，南方的氣溫一般在0℃左右，發射機在工作狀態下，還不至于結冰，但在極個別的年份，室外溫度可達-10℃以下，很容易造成冷凝器的水路內被凍住，使冷凝器的銅管路被凍裂，引發設備的故障。

3 總體設計

針對原冷卻系統存在的缺陷，結合南方氣溫跨度較大的實際情況，對冷卻系統進行了整體的改進。該系統分別針對一年四季進行設計，首先是對冷凝器進行了改型，冷凝器的風機由原來的側排式低壓離心風機改為向上直排式高速風機。其次是對風道進行改造，出風口由原來的僅向室外排風改為可由風閥控制的向內向外兩個排風口，進風口也改為由風閥控制室內進風口和室外進風口的風道，便于控制風的內循環和外循環兩種狀態。最后還增加了一套板式冷凝器，其為水水交換形式，提高了交換效率，同時還可與風冷式冷凝器互為備份，增加了設備運行的可靠性。

它的運行方式根據季節的變化而改變，具體控制如下：

在春秋兩季，室外氣溫比較適宜，一般在5℃～25℃之間，此時，可采用風冷式冷凝器，風路采用外循環模式，冷卻風從室外吸入，熱風也向室外排出，這樣不會影響到機房大廳內的溫度，可保持室內的潔凈度。

在炎熱的夏季，通過水節門，可把發射機的水路連接到板式冷凝器上，一次水是發射機設備的冷卻水，二次水用冷卻塔進行降溫。因板式冷凝器的冷卻效率明顯高于風冷式冷凝器，因此，即使在室外氣溫達到40℃以上，也可確保發射機的進水水溫控制在30℃左右，大大提高設備運行的穩定性。

在南方極端寒冷的冬季時，如果室外氣溫下降到-1℃以下，將可能造成冷卻水路的凍結，此時，板式冷凝器已不能正常工作，便可采用風冷式冷凝器，風路采用內循環模式，進風從機房大廳內直接吸入，排風又送回機房大廳，這樣既達到發射機的冷卻作用，同時，把熱風送回大廳，可提高大廳內的室內溫度，不需再增加取暖設備，達到節能的效果，可謂一舉兩得。

當然，風冷式冷凝器與板式冷凝器，在一般的條件下，均可作為互為備份，從而在其中某一設備發生故障時，就及時倒用備份設備，確保發射機的正常播出。

4 板式冷凝器設計原理

板式冷凝器的構成及工作原理。板式換熱器是由框架、傳熱板片組及夾緊螺栓等主要部件組成。框架包括一個固定壓緊板和一個活動壓緊板，由上導桿與下導桿支承，在另端有一支柱。

板式熱交換器是由沖壓成形的凹凸不銹鋼板組成。兩相臨板片之間的凹凸紋路成180°相對組合，因此板式熱交換器兩板片之間的凹凸脊線形成了交錯的接觸點，將接觸點以真空焊接方式結合后，就形成了板式熱交換器的耐高壓交錯流通結構，這些交錯的流通結構使得板式熱交換器內的冷熱流體產生強烈紊流而達到高換熱效果。板式熱交換器是由一組波紋金屬板組成，板上有4個角孔，供傳熱的兩種液體通過。金屬板片安裝在一個側面有固定板和活動壓緊板的框架內，并用夾緊螺栓夾緊。板片上裝有密封墊片，將流體通道密封，并且引導流體交替地流至各自的流道內，形成熱交換。流體的流量、物理性質、壓力降和溫度差決定了板片的數量和尺寸。波紋板不僅提高了湍流程度，并且形成許多支承點，足以承受介質間的壓力差。金屬板和活動板壓緊板懸掛在上導桿，并由下導桿定位，而桿端則固定在支撐柱上。

板式換熱器傳熱板片上的特殊波紋設計，可使流體在極低的流速下產生強烈的湍流，湍流的自凈效應又可防止污垢的產生，使得板式換熱器的傳熱系數為管殼式換熱器的3～5倍。水流量為5m3/h。

5 風冷式冷凝器

風冷式冷凝器的結構形式主要為若干組銅管所組成，由于空氣傳熱性能很差，故通常都在銅管外增加肋片，以增加空氣側的傳熱面積，同時采用通風機來加速空氣流動，使空氣強制對流以增加散熱效果。水流量為3.5m3/h，冷卻風機的風量為8000m3/h。

6 結束語

通過對冷卻系統的升級改造，使冷卻系統能適應一年四季的不同環境溫度下的需求，隨著室外溫度的改變而適時使用不同的冷卻設備，既能有效地提高發射機的冷卻效果，又能保證發射機房維持在一下相對封閉潔凈的環境，并在嚴寒季節時利用回風通路提高機房大廳的室內溫度，大大提高了節能效應，達到節能減排的效果，可謂一舉兩得。

參考文獻

[1]楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].北京：高等教育出版社，2006.

（作者單位：國家新聞出版廣電總局831臺）