CN104712549A - 一种利用热管冷却的热水循环泵泵盖 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用热管冷却的热水循环泵泵盖，属于水泵技术领域。主要包括泵盖、翅片热管、冷却风扇，其特征在于泵盖上开有水平盲孔，翅片热管的蒸发端插在盲孔内，泵轴上装有用于加快翅片散热的冷却风扇。该结构替代了传统的使用大量冷却水、外接供水管路的冷却结构，增加了泵运行的可靠性，节约了水资源，同时具有传热效率高，易加工制造的特点。

Description

一种利用热管冷却的热水循环泵泵盖

技术领域

本发明涉及水泵技术领域，尤其是涉及一种利用热管冷却的热水循环泵泵盖。

背景技术

在冶金、电站、化工、余热余能等领域中会需要使用水泵用于系统中管路或封闭回路中的热水循环。

目前使用较多的是采用水冷式热水循环泵，该泵利用冷却水的循环来隔离输送介质的温度，避免泵盖和悬架体受到高温的影响变形，进而避免了高温型金属波纹管机械密封和轴承磨损，使得循环泵能保持稳定运行。但这种结构在铸造的时候在泵盖和悬架体上铸造一个空腔，并且还要在空腔的开口处设有冷却室压盖。另外，冷却腔在铸造时如果有缺陷的话还容易出现砂眼等漏水的情况，也存在因铸造缺陷导致轴承油室进水，进而导致泵盖和悬架体温度过高，因此高温型机械密封和轴承发生磨损，产生泄漏问题。此外，这种结构还存在外部冷却水量不足及冷却管路堵塞等潜在问题。

发明内容

本发明的目的是为了保证热水循环泵在不采用外界冷却水的工况下长期稳定地运行，避免采用复杂的水冷式结构，同时能够节约用水，避免由于冷却水不足或者管道堵塞而造成的泵运行事故。

为达到上述目的，本发明的采用以下技术方案：一种利用热管冷却的热水循环泵泵盖，所述泵盖上设有盲孔，所述盲孔中插有热管。热管的蒸发端插入盲孔中。热管与盲孔都为间隙配合。热管具有极高的传热效率。热管是由管壳、吸液芯即管芯和传递热能的工作液体即工质等组成一个高真空封闭系统，凭借封闭系统内的工作介质反复发生相变而进行热量传递的一种高效传热元件。其工作原理是：当冷凝端的温度低于蒸发段的温度时，蒸发端的冷凝液由于压力较低，吸热后很容易汽化成蒸汽，并在微小压差的作用下流向热管的冷凝段。在冷凝端释放出热量后又冷凝为液体，在吸液芯的毛细力作用下重新回到蒸发段。如此反复循环，达到传热的目的。由于该过程是相变传热，热管内部热阻很小，所以能以较小的温差获得较大的传热率。为了更好地达到整泵降温的目的，悬架体也可采用如泵盖一样的冷却方式。将泵盖抽象成一个环形肋，视为一维稳态导热问题。泵盖与热流体的接触面积为A_i，热流体温度为t_fi，表面传热系数为h_i。肋面突出部分的面积为A₂，肋与肋间的平壁部分的面积为A₁，泵盖外的空气温度为t_fo，肋基温度为t_wo，泵盖与空气的表面传热系数为h_o，肋效率为η_f。泵盖传导系数为λ，泵盖与流体接触侧到肋基厚度为δ。通过泵盖的热流量为Φ，单根热管的功率为P，热管总传热系数为α，所开盲孔数量即所需热管个数N。由传热学原理计算得 $\mathrm{\&Phi;}=\frac{t_{\mathrm{fi}}-t_{\mathrm{fo}}}{\frac{1}{h_i{A}_i}+\frac{\mathrm{\&delta;}}{\mathrm{\&lambda;}{A}_i}+\frac{1}{h_o(A_1+{\mathrm{\&eta;}}_f{A}_2)}},t_{\mathrm{wo}}=t_{\mathrm{fo}}+\frac{\mathrm{\&Phi;}}{h_o(A_1+{\mathrm{\&eta;}}_f{A}_2)}.$ 由于热管的总功率N*P>Φ，所以加上热管后，泵盖肋基温度由于α>h_o，所以t_wo'<t_wo，泵盖达到降温效果。

进一步的,所述泵盖上的盲孔内壁与热管之间填充有传热铜粉。泵盖的热量可以通过传热铜粉传递到热管的表面。

进一步的,所述泵盖上的盲孔开口边缘与所述热管之间安放有密封环。传热铜粉使热管与盲孔内壁之间形成了一种柔性连接，一方面削弱了在泵运行中，盲孔内壁面的震动对热管的影响，另一方面大大降低了盲孔的制造精度，便于其加工制造，而密封环则可以避免传热铜粉的外泄。

进一步的,所述的热管在冷凝端带有翅片。热管的冷凝端带有翅片，可以提高散热效果。

进一步的,所述泵轴上固定有冷却风扇。冷却风扇对热管的冷凝端形成了强制冷却。

进一步的,所述盲孔数量即所需热管数量为N，N＝8。

进一步的，所述盲孔与所述热管间隙为1mm。

进一步的，所述冷却风扇采用轻质铝片制成。铝传热效果更好，更轻。

进一步的，所述热管采用钛合金制成。所述热管的工作温度很高，满足了热水循环泵输送不同温度介质的要求。

因此，与传统的水冷式结构相比，本发明具有结构简单、易加工制造、传热效率高、节约水资源等突出特点，避免了使用水冷式结构带来的诸多问题，保证了热水循环泵长期稳定地运行。另外，可以选择适当工质的热管，使泵维持在期望的工作温度。

附图说明

图1为使用本发明的一种热水循环泵泵盖的局部示意图。

图2为泵盖的主视图。

图3为泵盖的右视图。

图4为泵盖的导热模型图。

图中标号名称：1.泵盖，2.传热铜粉，3.热管，4.密封环，5.紧固套箍，6.冷却风扇，7.泵轴，8.套筒，9.悬架体，10.高温型金属波纹管机械密封，11.螺栓，12.螺母,13.盲孔，14.翅片。

具体实施方式

本发明的具体实施方式是，如图所示，一种利用热管冷却的热水循环泵泵盖，在泵盖1机封处的端面上开出均布的8个水平盲孔13，将8个热管3插入盲孔13中，使热管3的蒸发端与盲孔13内壁面形成间隙配合。将传热铜粉2填充在盲孔13内壁面与热管3之间的间隙中，并且在泵盖1上的盲孔13开口边缘与热管3之间安放密封环4。在泵盖1上的热管3的翅片14后侧，即靠近电机端，安装上冷却风扇6。冷却风扇6由紧固套箍5固定在泵盖1后侧的泵轴7上。将套筒8安装在泵轴7上，在套筒8与泵盖1之间的腔体内安装高温型金属波纹管机械密封10。泵盖1用螺栓11和螺母12与悬架体9连接。

如图1所示，具有极高传热效率的热管3可以非常有效地将泵盖1的热量向外传递，从而保证了高温型机械密封正常运行。热管3可以采用钛合金制的热管，这种热管的工作温度很高，满足了热水循环泵输送不同温度介质的要求。

如图1所示，为了避免因泵盖1上的盲孔的加工误差而造成热管3与盲孔内壁之间的局部接触贴合，我们可以使盲孔13内径尺寸稍大于热管3外径尺寸约1mm，从而形成微量的间隙，然后在间隙中填充细微的传热铜粉2，并在泵盖1上的盲孔开口边缘与热管3之间分别安放密封环4。这样就可以消除盲孔13和热管3之间的间隙，确保两者能紧密贴合，形成柔性连接，一方面削弱了在泵运行中，盲孔13内壁面的震动对热管3的影响，另一方面可降低盲孔13的加工精度，同时提高了盲孔与热管之间的传热效率。

如图1所示，我们使用的是带翅片的热管3，这可以利于热管将泵盖1上的热量传向外界。另外，在热管3的翅片后侧，我们可以在泵轴上分别安装冷却风扇6，从而对热管的冷凝端形成了强制冷却，利于热管散热。冷却风扇6可以采用轻质铝片制作，用紧固套箍5固定在泵轴7上。

如图4所示，通过泵盖的热流量为Φ，单根热管的功率为P，所开盲孔数量即所需热管个数N由公式N*P>Φ确定。将泵盖抽象成一个环形肋，视为一维稳态导热问题。泵盖与热流体的接触面积A_i为0.0375m²，热流体温度t_fi为300℃，表面传热系数h_i为11183.4W/(m².K)。肋面突出部分的面积A₂为0.053m²，肋与肋间的平壁部分的面积A₁为0.01266m²，泵盖外的空气温度t_fo为30℃，肋基温度为t_wo，泵盖与空气的表面传热系数h_o为12.4W/(m².K)，肋效率η_f为0.9。泵盖传导系数λ为26.8W/(m².K)，泵盖与流体接触侧到肋基厚度δ为0.012m。通过泵盖的热流量为Φ，选用管径为8毫米，功率P为36W的热管，热管总传热系数α为19.6W/(m².K)，所开盲孔数量即所需热管个数N为8。由传热学原理计算得代入数据得Φ＝199.9W。N*P＝288W>Φ，热管选择合适。代入数据得t_wo＝297.1℃。加上热管后，泵盖肋基温代入数据得t_wo'＝199.0℃。可见，加上热管后泵盖温度显著降低了。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种利用热管冷却的热水循环泵泵盖，其特征在于，所述泵盖(1)上设有盲孔(13)，所述盲孔(13)中插有热管(3)。

2.根据权利要求1所述的一种利用热管冷却的热水循环泵泵盖，其特征在于，所述泵盖(1)上的盲孔(13)内壁与热管(3)之间填充有传热铜粉(2)。

3.根据权利要求1所述的一种利用热管冷却的热水循环泵泵盖，其特征在于，所述泵盖(1)上的盲孔(13)开口边缘与所述热管(3)之间安放有密封环(4)。

4.根据权利要求1所述的一种利用热管冷却的热水循环泵泵盖，其特征在于，所述的热管(3)在冷凝端带有翅片(14)。

5.根据权利要求1所述的一种利用热管冷却的热水循环泵泵盖，其特征在于，所述泵轴(7)上固定有冷却风扇(6)。

6.根据权利要求1所述的一种利用热管冷却的热水循环泵泵盖，其特征在于，所述盲孔(13)数量即所需热管(3)数量为N，N＝8。

7.根据权利要求1所述的一种利用热管冷却的热水循环泵泵盖，其特征在于，所述盲孔(13)与所述热管(3)间隙为1mm。

8.根据权利要求1所述的一种利用热管冷却的热水循环泵泵盖，其特征在于，所述冷却风扇(6)采用轻质铝片制成。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种利用热管冷却的热水循环泵泵盖，其特征在于，所述热管(3)采用钛合金制成。