基于南方—10℃～+40℃环境下发射机冷却系统的升级设计

徐志省

摘 要：本文重点介绍了在南方-10℃～+40℃环境下，有针对性地进行防高温和抗严寒的双重设计，既能在高温环境下提高发射机的冷却效果，又能在严寒环境下对热空气的充分利用，起到对机房环境温度的综合控制，确保了大功率短波发射机的冷却系统的正常运行。

关键词：高温；严寒；冷却系统；设计

1 前言

在我国的江南地区，夏季高温炎热，有时高温在+40℃以上的天气可持续一个多月。而在冬季，在极端寒冷时的气温能降至-10℃以下，而大功率短波发射机需散耗的热能又在30～100kW左右，且发射机的工作环境温度最好在20℃左右，过高或过低的温度，都将直接影响到发射机的正常运行。为此，在设计发射机冷却系统时，既要充分考虑到在高温环境下冷却系统的有效工作，能带走发射机的副热量，又要做到在严寒天气下，对发射机副热量的有效回收，确保机房内的环境温度不至太低，达到节能的经济效益。

2 原冷却系统存在缺陷

原冷却系统作为发射机的附属设备，在设计和安装之初，它的摆放位置总是在机房的最外围，且没有得到很好的综合考虑，冷凝器的进风口和出风口均设计在同一面墙体上，进风口在下方，出风口在上方，在夏季，室外温度可达40℃以上，也就是说进风口吸进的风的温度在40℃以上，此热风作为冷凝器的冷却风，效果大大下降，造成冷凝器出水温度在60℃以上，使发射机的大型真空器件（电子管和真空电容）及高周腔体回路的温度较高，给发射机的稳定运行带来很大的安全隐患。在冬季，南方的气温一般在0℃左右，发射机在工作状态下，还不至于结冰，但在极个别的年份，室外温度可达-10℃以下，很容易造成冷凝器的水路内被冻住，使冷凝器的铜管路被冻裂，引发设备的故障。

3 总体设计

针对原冷却系统存在的缺陷，结合南方气温跨度较大的实际情况，对冷却系统进行了整体的改进。该系统分别针对一年四季进行设计，首先是对冷凝器进行了改型，冷凝器的风机由原来的侧排式低压离心风机改为向上直排式高速风机。其次是对风道进行改造，出风口由原来的仅向室外排风改为可由风阀控制的向内向外两个排风口，进风口也改为由风阀控制室内进风口和室外进风口的风道，便于控制风的内循环和外循环两种状态。最后还增加了一套板式冷凝器，其为水水交换形式，提高了交换效率，同时还可与风冷式冷凝器互为备份，增加了设备运行的可靠性。

它的运行方式根据季节的变化而改变，具体控制如下：

在春秋两季，室外气温比较适宜，一般在5℃～25℃之间，此时，可采用风冷式冷凝器，风路采用外循环模式，冷却风从室外吸入，热风也向室外排出，这样不会影响到机房大厅内的温度，可保持室内的洁净度。

在炎热的夏季，通过水节门，可把发射机的水路连接到板式冷凝器上，一次水是发射机设备的冷却水，二次水用冷却塔进行降温。因板式冷凝器的冷却效率明显高于风冷式冷凝器，因此，即使在室外气温达到40℃以上，也可确保发射机的进水水溫控制在30℃左右，大大提高设备运行的稳定性。

在南方极端寒冷的冬季时，如果室外气温下降到-1℃以下，将可能造成冷却水路的冻结，此时，板式冷凝器已不能正常工作，便可采用风冷式冷凝器，风路采用内循环模式，进风从机房大厅内直接吸入，排风又送回机房大厅，这样既达到发射机的冷却作用，同时，把热风送回大厅，可提高大厅内的室内温度，不需再增加取暖设备，达到节能的效果，可谓一举两得。

当然，风冷式冷凝器与板式冷凝器，在一般的条件下，均可作为互为备份，从而在其中某一设备发生故障时，就及时倒用备份设备，确保发射机的正常播出。

4 板式冷凝器设计原理

板式冷凝器的构成及工作原理。板式换热器是由框架、传热板片组及夹紧螺栓等主要部件组成。框架包括一个固定压紧板和一个活动压紧板，由上导杆与下导杆支承，在另端有一支柱。

板式热交换器是由冲压成形的凹凸不锈钢板组成。两相临板片之间的凹凸纹路成180°相对组合，因此板式热交换器两板片之间的凹凸脊线形成了交错的接触点，将接触点以真空焊接方式结合后，就形成了板式热交换器的耐高压交错流通结构，这些交错的流通结构使得板式热交换器内的冷热流体产生强烈紊流而达到高换热效果。板式热交换器是由一组波纹金属板组成，板上有4个角孔，供传热的两种液体通过。金属板片安装在一个侧面有固定板和活动压紧板的框架内，并用夹紧螺栓夹紧。板片上装有密封垫片，将流体通道密封，并且引导流体交替地流至各自的流道内，形成热交换。流体的流量、物理性质、压力降和温度差决定了板片的数量和尺寸。波纹板不仅提高了湍流程度，并且形成许多支承点，足以承受介质间的压力差。金属板和活动板压紧板悬挂在上导杆，并由下导杆定位，而杆端则固定在支撑柱上。

板式换热器传热板片上的特殊波纹设计，可使流体在极低的流速下产生强烈的湍流，湍流的自净效应又可防止污垢的产生，使得板式换热器的传热系数为管壳式换热器的3～5倍。水流量为5m3/h。

5 风冷式冷凝器

风冷式冷凝器的结构形式主要为若干组铜管所组成，由于空气传热性能很差，故通常都在铜管外增加肋片，以增加空气侧的传热面积，同时采用通风机来加速空气流动，使空气强制对流以增加散热效果。水流量为3.5m3/h，冷却风机的风量为8000m3/h。

6 结束语

通过对冷却系统的升级改造，使冷却系统能适应一年四季的不同环境温度下的需求，随着室外温度的改变而适时使用不同的冷却设备，既能有效地提高发射机的冷却效果，又能保证发射机房维持在一下相对封闭洁净的环境，并在严寒季节时利用回风通路提高机房大厅的室内温度，大大提高了节能效应，达到节能减排的效果，可谓一举两得。

参考文献

[1]杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，2006.

（作者单位：国家新闻出版广电总局831台）