CN106050746B - 一种高温泵散热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温泵散热装置，属于水泵技术领域。本发明的高温泵散热装置，包括进口接管、散热器、泵轴和出口接管；散热器包括外环矩形槽、散热孔、内环矩形槽、导流隔板和螺旋形凹槽；散热器的外环矩形槽、散热孔以及内环矩形槽分为上中下三层，且这三层结构完全相同，呈等间距布置；散热器的外环矩形槽与内环矩形槽的径向宽度均相同；与进出口接管垂直的散热器外环矩形槽两侧设有导流隔板，导流隔板与中心轴的连线呈V字形，夹角为15°，导流隔板两侧的散热孔对称布置；散热器上端有螺旋形凹槽；散热介质是液氮；散热器通过四个螺钉固定在泵装置上，螺钉孔呈均匀分布；进出口接管的直径和长度均相同。本发明结构合理，散热均匀，效果好。

Description

一种高温泵散热装置
技术领域
本发明属于水泵技术领域，特指一种高温泵散热装置。
背景技术
高温泵一般为立式泵，泵在工作时，温度可高达600℃～700℃，考虑到轴上的联轴器可承受温度只有80℃左右，进行高温泵的散热系统设计就显得尤为重要。由于温差较大，需要散热量较大，这对散热器系统的结构以及散热介质提出了更高的要求。目前，泵类散热装置的研究较为匮乏，尤其是高温泵散热装置的研究，在散热器结构设计方面缺少可以参照的实例。如中国专利文献记载的氟塑料泵的空间支架散热器【申请号：201510673048.3；公布号：CN105275889A】设计了一种“～”字形的散热叶片，用来平衡轴与泵支架之间的温度，但是这种结构散热效果有限，不适用于高温泵的散热。
为此，本发明提出了一种高温泵散热装置的结构设计，旨在为高温泵的散热系统设计提供参考。
发明内容
针对上述现有测量方法存在的问题，本发明旨在提供一种高温泵散热装置。
为了实现上述目的，采用如下技术方案：
设计一种高温泵散热装置，包括进口接管、散热器、泵轴和出口接管，进口接管和出口接管分别与散热器相连接，且进口接管和出口接管在同一轴线上，分别位于散热器两侧。
所述散热器包括外环矩形槽、散热孔、内环矩形槽、导流隔板和螺旋形凹槽；
所述散热器为三层结构，且所述三层结构呈等间距布置，每层均设有外环矩形槽、散热孔以及内环矩形槽，散热孔连通外环矩形槽和内环矩形槽；
所述导流隔板设在散热器的外环矩形槽两侧，且与进出口接管垂直；
所述螺旋形凹槽设置于散热器的上端。
所述散热器的外环矩形槽与内环矩形槽的径向宽度均相同，径向宽度ba＝k1D，其中，系数k1＝0.09～0.11，D为散热器外径。
为了保证散热器内流体的正常流动、且散热更加均匀，与进出口接管垂直的散热器外环矩形槽两侧设有导流隔板，所述导流隔板与中心轴的连线呈V字形，夹角为15°，导流隔板两侧的散热孔对称布置。
为了保证散热的均匀性，散热器上端设有螺旋形凹槽，螺旋形凹槽的内螺旋线的方程为h(θ)＝k2θ/π，螺旋形凹槽的外螺旋线根据内螺旋线旋转72°得到，其中，系数k2＝12～13，θ为螺旋线与中心轴的夹角。
所述散热器的散热介质是液氮。
所述散热器的内环矩形槽与泵轴接触的散热面积为A，其中，W1为液氮的质量流量，C为液氮的平均定压比热容，t2为热流体的温度，t1为冷流体的温度，h为平均表面传热系数，tw为固体表面的温度。
所述散热器的散热孔直径其中，k3为散热系数，k3＝18～19，V为液氮平均流速，V＝1～3m/s，W2为液氮的容积流量。
所述的进口接管和出口接管的直径和长度均相同，进口接管与出口接管的直径为(0.25～0.4)b，进口接管与出口接管的长度为(1.1～1.3)D，其中，b为散热器高度，D为散热器外径。
安装时，散热器通过四个螺钉固定在泵装置上，螺钉孔呈均匀分布。
该高温泵散热装置的散热过程为：液氮依次通过进口接管、左侧外环矩形槽、左侧散热孔进入内环矩形槽，在内环矩形槽进行流动，与泵轴进行接触，带走泵轴的热量，最后通过右侧散热孔、右侧外环矩形槽进入出口接管，出口接管与液氮循环装置相连接，保证液氮的循环利用。
本发明的有益效果是：
(1)本发明可以保证流体流动的均匀性，并增强散热效果，可用于高温泵的快速冷却。
(2)本发明散热器顶部凹槽的设计，不仅可以降低散热器表面的温度，还可以与下一级散热器组成散热系统，进一步加大散热效果。
附图说明
图1为本发明的散热装置整体示意图；
图2为本发明中散热器示意图；
图3为本发明实施例的泵轴散热效果；
图4为本发明实施例的散热装置内液氮流线图；
图中：1-进口接管、2-外环矩形槽、3-散热器、4-泵轴、5-内环矩形槽、6-螺纹孔、7-出口接管、8-散热孔、9-导流隔板、10-螺旋形凹槽。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例：
一台比转数为165的核电熔盐泵，其设计参数是：流量为300m3/h，扬程为20m，转速为1480r/min。泵轴直径为25mm，泵的运行温度为427K。
熔盐泵的散热器外径D＝450mm，高度b＝175mm，热流体温度t2＝72K，冷流体的温度t1＝70K，固体表面温度tw＝427K。
如附图1所示，进口接管和出口接管的直径、长度均相同，根据公式，进出口接管直径为(0.25～0.4)b，取系数为0.32，则进出口接管直径为56mm；进出口接管长度为(1.1～1.3)D，取系数为1.2，则进出口接管长度为540mm。
如附图1所示，散热器的外环矩形槽与内环矩形槽的径向宽度均相同，根据径向宽度计算公式ba＝k1D，取系数k1＝0.1，则外环矩形槽与内环矩形槽的径向宽度ba＝17.5mm。
散热装置采用液氮介质进行散热。
如附图1所示，散热器的内环矩形槽的散热面积A为其中，液氮的质量流量W1＝1.458g/s，液氮的平均定压比热容C＝2.13kJ/(kg·K)，平均表面传热系数h＝0.0646W/(m·K)，计算可得A＝0.269m2。
如附图2所示，散热器的散热孔直径其中，k3取18.5，液氮平均流速V＝3m/s，液氮的容积流量W2＝2×10-6m3/s，计算得到散热孔直径d＝15mm。
如附图2所示，与进出口接管垂直的散热器外环矩形槽两侧设有导流隔板，导流隔板与中心轴的连线呈V字形，夹角为15°，导流隔板两侧的散热孔对称布置；散热器上端有螺旋形凹槽，内螺旋线的方程为h(θ)＝k2θ/π，外螺旋线根据内螺旋线旋转72°得到，取系数k2＝12.5，θ为螺旋线与中心轴的夹角。
如附图1所示，散热器通过四个螺钉固定在泵装置上，螺钉孔呈均匀分布。液氮流体与散热器和泵轴的换热类型属于强制对流换热。该高温泵散热装置的散热过程为：液氮依次通过进口接管、左侧外环矩形槽、左侧散热孔进入内环矩形槽，在内环矩形槽进行流动，与泵轴进行接触，带走泵轴的热量，最后通过右侧散热孔、右侧外环矩形槽进入出口接管，出口接管与液氮循环装置相连接，保证液氮的循环利用。
为了验证散热器结构的合理性和散热效果，采用CFD方法对本发明设计的散热装置进行了数值计算，散热结果和散热装置内液氮流线如图3和图4所示，从图中可以看出，散热装置的散热效果明显，散热装置内的流动稳定均匀，可以满足核电熔盐泵的散热需求。
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 (7)

1.一种高温泵散热装置，包括进口接管、散热器、泵轴和出口接管，进口接管和出口接管分别与散热器相连接，且进口接管和出口接管在同一轴线上，分别位于散热器两侧，其特征在于：所述散热器包括外环矩形槽、散热孔、内环矩形槽、导流隔板和螺旋形凹槽；所述散热器为三层结构，且所述三层结构呈等间距布置，每层均设有外环矩形槽、散热孔以及内环矩形槽，散热孔连通外环矩形槽和内环矩形槽；
所述导流隔板设在散热器的外环矩形槽两侧，且与进出口接管垂直；所述螺旋形凹槽设置于散热器的上端。
2.根据权利要求1所述的一种高温泵散热装置，其特征在于：所述散热器的外环矩形槽与内环矩形槽的径向宽度均相同，径向宽度ba＝k1D，其中，系数k1＝0.09～0.11，D为散热器外径。
3.根据权利要求1所述的一种高温泵散热装置，其特征在于：所述导流隔板与中心轴的连线呈V字形，夹角为15°，导流隔板两侧的散热孔对称布置。
4.根据权利要求1所述的一种高温泵散热装置，其特征在于：所述螺旋形凹槽的内螺旋线的方程为h(θ)＝k2θ/π，螺旋形凹槽的外螺旋线根据内螺旋线旋转72°得到，其中，系数k2＝12～13，θ为螺旋线与中心轴的夹角。
5.根据权利要求1所述的一种高温泵散热装置，其特征在于：所述散热器的散热介质是液氮。
6.根据权利要求5所述一种高温泵散热装置，其特征在于：所述散热器的散热孔直径其中，k3为散热系数，k3＝18～19，V为液氮平均流速，V＝1～3m/s，W2为液氮的容积流量。
7.根据权利要求1所述一种高温泵散热装置，其特征在于：所述的进口接管和出口接管的直径和长度均相同，进口接管与出口接管的直径为(0.25～0.4)b，进口接管与出口接管的长度为(1.1～1.3)D，其中，b为散热器高度，D为散热器外径。
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