CN208547282U - 一种冷却器用低延阻半圆形凸痕翅片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种冷却器用低延阻半圆形凸痕翅片，包括翅片，多个翅片平行设置，用于在翅片之间形成空气流道，翅片的翅形侧面间隔设置有凸痕，凸痕的高度为空气流道截面高度的1/6～1/2。本实用新型结构简单，易于加工和清洗，运行寿命高。
Description
技术领域
本实用新型属于冷却器散热技术领域，具体涉及一种冷却器用低延阻半圆形凸痕翅片。
背景技术
冷却器翅片的基本作用是支撑翅道，传导热量，建立热、冷介质的换热载体和换热条件。设计翅片的形式需要兼顾换热能力、制造成本、冷却器的运行寿命、流程阻力、换热效率和设备体积、安装方式等要素。
现有的翅形设计往往最关注的是换热强度和生产成本，基于这些考虑，冷却器的翅片会被设计的沿程阻力高，结构复杂，这样可以实现单位面积的尽可能高的换热强度，同时也可以缩小冷却器的体积。这种设计的冷却器在投入使用后，尤其是在一些高载工况的设备配套时，大概率的会出现翅道内部的快速阻塞，风阻进一步上升，导致翅道内通流冷介质流量越来越小，冷却器的工作功率快速的减低，冷却效果无法满足主设备的运行需要。这样的翅形在污染后，因为内部的结构复杂，无法进行彻底的清洗，运行的阻塞会导致冷却器的功率大幅度的下降，甚至于导致冷却器报废。
现有的翅形比较单一，没有根据配套主设备运行环境的变化和应用场景的变化而改进翅形设计。结构复杂，内阻较高，这种翅形对于提升翅片的换热能力是有好处的。这样的翅形内部阻力大，容易被冷介质携带的各种污染物阻塞翅道，原本很小的通道截面在被污染后阻塞发展很快，冷介质的流量逐步减少，冷却器的工作功率就会不断的降低，很快就不能满足主设备的冷却需求。这种翅形被污染后，无法通过清洗来重新恢复其通畅性，主要是因为内部结构复杂，多采用对称的开窗或压开形的设计，这种设计形式无法通过清洗介质的冲刷来洗净污染物，反而会逐步越塞越严重，最终冷却器完全丧失冷却功能。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种冷却器用低延阻半圆形凸痕翅片，将翅道的通畅性和防污染能力作为重要考虑，兼顾换热能力和可清洗的特性，从设计方面解决翅形设计结构复杂，和运行环境不能有效耦合的缺点。
本实用新型采用以下技术方案：
一种冷却器用低延阻半圆形凸痕翅片，包括翅片，多个翅片平行设置，用于在翅片之间形成空气流道，翅片的翅形侧面间隔设置有凸痕，凸痕的高度为空气流道截面高度的1/6～1/4。
优选地，凸痕为半圆形结构。
优选地，凸痕的高度为0.3～0.8mm，长度为1.5～4.0mm。
优选地，空气流道的一端设置有翅道入口，翅片上靠近翅道入口处的凸痕与翅道入口的距离为10～15mm。
优选地，凸痕的间距为6～12mm。
优选地，翅片的厚度为0.2mm。
优选地，翅片的间距为1.5～2.0mm。
与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：
本实用新型一种冷却器用低延阻半圆形凸痕翅片，在翅片之间形成的空气流道内间隔设置有多个凸痕，用于在空气流道内产生对空气介质的激振和扰动作用，延程内阻小，空气激振力便于控制，可以在不同截面的翅道内调整凸痕的数量和高度，这样可以非常容易实现最佳的结构配置条件，实现较佳的应用效果，凸痕只有空气流道截面的1/6-1/2的高度，用于对空气流道内的空气介质产生激振和扰动作用，在冷却器清洗时，可以方便的实现压力水透洗或者是机械方法的通过性清洗擦拭，彻底解决了以往阻断式和压开式翅形的缺点，使得冷却器的服役时间明显的延长，
进一步的，半圆形凸痕用于改变流道截面，在加工时比较容易实现，翅片材料承受的弯折破坏和挤压变形都很小，能够保证翅片的长期使用的可靠性。
进一步的，凸痕的高度为0.3～0.8mm，长度为1.5～4.0mm，迎风角和出风角的角度很大，流程开阔，没有阴角的产生，局部涡流很弱甚至于没有，能在激振空气的同时减小了积存污染物的可能性，空气在流动时不发生急剧的换向流动，也就不产生污染物的抛离现象。
进一步的，凸痕的间距为6～12mm，依据风扇的全压水平，如果风扇的全压较高时，可以多布置凸痕，反之则少布置凸痕。
进一步的，翅片厚度为0.2mm，加工较为容易，翅片材料受到的弯折应力小，适合多种铝合金材料的加工工艺实现。
综上所述，本实用新型结构简单，易于加工和清洗，运行寿命高。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
其中：1.凸痕；2.迎风角；3.被风角；4.翅道入口；5.空气流道；6.翅片。
具体实施方式
本实用新型提供了一种冷却器用低延阻半圆形凸痕翅片，在一定的翅道截面内设计一定数量和尺寸范围的凸痕，翅道截面通道的3/4～1/2以上是开放的，凸痕外形布置间距的设计方法和依据主要是增加空气激振，防止空气流场内的边界层流影响，破坏层流现象，增加换热能力。因为激振效应的存在，空气在翅道内流动时，受到凸痕的扰动影响，空气流动会出现抬升和混流，而这种混流会增加延程内阻，为了控制激振能力和混流的相互作用，保证翅道的通畅、换热效果好、不易积存污垢、便于清理等设计目的的实现，要对凸痕的形式和布置间距进行专门设计。
本实用新型的翅形和翅道结构会根据应用场景和配套设备的运行特点进行二次配置，保证冷却器尽可能长的运行时间和稳定运行能力。
请参阅图1，本实用新型一种冷却器用低延阻半圆形凸痕翅片，包括半圆形结构的翅片6和凸痕1，凸痕1的开口方向一致，间隔设置在翅片6的翅形侧面，凸痕1的高度为翅片翅道截面高度的1/6～1/3，多个翅片6平行设置，在翅片6之间形成空气流道5，凸痕1用于在空气流道5内产生对空气介质的激振和扰动作用，在低内阻情况下实现理想的混热效果和换热能力。
凸痕1之间的间距为6～12mm，靠近翅片的翅道入口4处的凸痕1距离翅道入口4的距离为10～15mm，半圆形凸痕的布置密度是可以调整的，调整的依据是风扇的全压水平，如果风扇的全压较高时，可以多布置凸痕，反之则少布置凸痕。
凸痕1的高度为0.3～0.8mm，长度为1.5～4.0mm，凸痕1朝向翅道入口4的一侧为迎风角2，另一侧为被风角3，迎风角2和出风角3的角度很大，流程开阔，没有阴角的产生，局部涡流很弱甚至于没有，能在激振空气的同时减小了积存污染物的可能性，空气在流动时不发生急剧的换向流动，也就不产生污染物的抛离现象。
如果污染机制非常显著，凸痕1选择较低的高度，否则反之。
翅片6的间距为1.5～2.0mm，翅片6的厚度为0.2mm。
本实用新型凸痕翅片的原理如下：
在通道截面积高度超过一半以上的距离内，通道是敞开的，在1/2至1/4的尺寸范围内做出半圆形的凸痕，凸痕起到的作用是激振流场内空气介质，使得空气流动时发生混合和扰动，使得空气流动时减小边界层流的效应，使得空气混热充分，携带走更多的热量。凸痕能激振流道内的高速流动空气，依据的是流场连续性原理和喷组原理。一个流道内截面发生变化，流道的断面变化或者流道粗糙度的变化都会引起介质流速的改变和方向的改变。空气是低密度介质，流动方向改变和流速改变后，就会产生明显的扰动和混合效应。
本实用新型一种冷却器用低延阻半圆形凸痕翅片，用半圆形结构的凸痕改变流道截面，形成间断式的喷嘴效应，让冷介质发生气流扰动，破坏了边界层流的效应，让空气流束产生激振。可以使得空气实现混热效果，混热的频率越高越充分，翅道的导热能力越强。过于频繁的激振会导致空气流向频繁改变，这样容易产生污染物抛离效应，因此在凸痕数量和凸痕形状设计时，需要根据主要设计目的进行专门的参数配置。
半圆形凸痕加工较为容易，翅片材料受到的弯折应力小，适合多种铝合金材料的加工工艺实现。
半圆形凸痕引起的空气扰动峭度小，不容易在凸痕前后形成流场涡流，也不容易在对侧翅面形成回旋涡流，流场涡流是流畅内阻的主要原因之一，半圆形的凸痕形状能最大限度的减小流场涡流。
半圆形凸痕利于清洗，流道内没有阴角结构，整个流道内形状平滑，污染物的积存条件弱。如果发生了需要清洗的污染物积存，半圆形凸痕是很容易进行清洗的，可以采用清洗剂浸泡和冲洗的方式，也可以采用机械手段进行直接清扫，都可以将污染物彻底清理干净，冷却器的能力完全恢复。
选用不同的冷却器，使用同样的风扇，从风扇电流看出风扇运行电流提升，说明冷介质的通过流量增加，测量冷却器的入口风速可以发现本实用新型的翅片入口风速高于传统翅片，对比如下：
根据压力损失的数据比较，本实用新型的翅片阻力明显小于传统翅片。用实用新型的低延阻翅片生产一台功率相同的冷却器，体积的变化不大，比传统翅型的冷却器体积增加10％左右，运行寿命和维护便利性指标增加非常明显，采用本实用新型翅片运行数年后观察到翅道内没有积存的团状植物纤维，也没有积存的明显的污垢，翅道内积存的灰尘也很少。
实施例
齿轮箱冷却系统的设计条件是在环境温度40℃，机舱温度45℃时，能够保证齿轮油运行油温不超过75℃，此时上端差为30℃，这是风机齿轮箱冷却器的最极端工况。设计存在问题的和运行过程中出现功率衰减的冷却器，油温达到75℃的外部条件明显的较低，在实际运行中，往往在环境温度只有20℃左右就出现油温高于75℃的情况，齿轮箱就开始限功率运行，风机损失很多的发电能力和电量。
下表为系统运行参数时间表：
从上表可以看出，风机在环境温度测点指示温度370C左右发生油温高于750C的故障，风机在满发风速下功率频繁波动，风机已经处于限功率运行的状态，此台风机存在油温超限的问题，可以作为技改风机进行技改方案验证。
2015年10月在这台风机型上安装了本实用新型半圆形压痕翅片制造的冷却器，运行至2016年的8月采集数据进行对比分析。这台冷却器采用了低延阻的半圆形凸痕外翅片，没有更换风扇，仅仅是更换了一台冷却器进行验证运行。截止16年8月，此冷却器已经运行了11个月。从数据可以看出，在同样带高负荷运行期间，环境温度和机舱温度同比都高于15年8月的情况下，油温明显较低，见下表：
冷却器随着运行时间延长，设备运行的功率是随着污染和运行环境的改变会发生功率衰减，所以需要长时间的观察和验证才能确定设计的有效性和可靠性。17年8月继续采集数据进行对比分析，见下表：
根据16年8月和17年8月的数据对比，冷却器的性能稳定，实现的数据指标基本相同，说明新设计的翅片形式可以满足风机在设计温度条件下满功率长期运行，而且冷却器本身也具备很好的防污染的能力和稳定的功率指标。从15年10月开始运行，到17年8月25个月还能保持功率指标的稳定，冷却器的性能是稳定的。
冷却器运行后性能验证数据如下：
根据上表中的数据可以看出采用本实用新型凸痕翅片冷却器的下端差为2～3℃，说明这台冷却器的整体设计和运行情况是非常理想和充分的。翅形的设计和冷却器的整体设计可以根据不同运行条件和应用工况就行新的配置和组合，可以实现定制设计的目的，满足不同主设备和应用场景的需求。
以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种冷却器用低延阻半圆形凸痕翅片，其特征在于，包括翅片(6)，多个翅片(6)平行设置，用于在翅片(6)之间形成空气流道(5)，翅片(6)的翅形侧面间隔设置有凸痕(1)，凸痕(1)的高度为空气流道(5)截面高度的1/6～1/2。
2.根据权利要求1所述的一种冷却器用低延阻半圆形凸痕翅片，其特征在于，凸痕(1)为半圆形结构。
3.根据权利要求2所述的一种冷却器用低延阻半圆形凸痕翅片，其特征在于，凸痕(1)的高度为0.3～0.8mm，长度为1.5～4.0mm。
4.根据权利要求1所述的一种冷却器用低延阻半圆形凸痕翅片，其特征在于，空气流道(5)的一端设置有翅道入口(4)，翅片(6)上靠近翅道入口(4)处的凸痕(1)与翅道入口(4)的距离为10～15mm。
5.根据权利要求1所述的一种冷却器用低延阻半圆形凸痕翅片，其特征在于，凸痕(1)的间距为6～12mm。
6.根据权利要求1所述的一种冷却器用低延阻半圆形凸痕翅片，其特征在于，翅片(6)的厚度为0.2mm。
7.根据权利要求1所述的一种冷却器用低延阻半圆形凸痕翅片，其特征在于，翅片(6)的间距为1.5～2.0mm。
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