CN110518748B - 用于控制深海大功率电机的温度的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于控制深海大功率电机的温度的系统，其包含：控制器，其与电机的电机外壳连接，用于向电机外壳内注入不同注入量的流体介质；补偿器，其与控制器连接，用于向控制器传送流体介质；热量交换器，其与电机外壳连接，用于交换流出电机外壳的流体介质与海水之间的热量，并将热量交换后的流体介质传送至补偿器；温度传感器，其用于检测电机外壳内部流体介质的实时温度；总控模块，用于接收并根据实时温度控制所述控制器，以通过所述控制器调节所述注入量。本发明能够检测电机外壳内部流体介质的温度，并根据温度来调整注入量，以通过注入的流体介质与电机进行热量交换，改变电机的温度。

Description

用于控制深海大功率电机的温度的系统及方法

技术领域

本发明涉及温度控制领域，具体地说，涉及一种用于控制深海大功率电机的温度的系统及方法。

背景技术

随着全球海洋经济的不断发展，海洋勘探与开发能力不断提高，特别是深海石油勘探开发和深海采矿的发展，对耐高水压、大功率深海电机的需求越来越大。但深海工作环境对大功率电机的长寿命与热稳定性提出了很高的要求。电机的内热交换及其壳体的抗高水压能力直接影响电机的寿命与性能。需要交换电机产生的热量，对电机的温度进行控制，并提高电机壳体耐海水高压能力。

因此，本发明提供了一种用于控制深海大功率电机的温度的系统及方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于控制深海大功率电机的温度的系统，所述系统包含：

控制器，其与所述电机的电机外壳连接，用于向所述电机外壳内注入不同注入量的流体介质，以通过注入的流体介质与所述电机进行热量交换；

补偿器，其与所述控制器连接，用于向所述控制器传送流体介质，并保证所述控制器吸入的流体介质的压力大于所述电机当前位置海水的压力，以防止海水倒灌；

热量交换器，其与所述电机外壳连接，用于交换流出所述电机外壳的流体介质与海水之间的热量，并将热量交换后的流体介质传送至所述补偿器；

温度传感器，其用于检测所述电机外壳内部流体介质的实时温度；

总控模块，其与所述温度传感器连接，用于接收并根据所述实时温度控制所述控制器，以通过所述控制器调节所述注入量。

根据本发明的一个实施例，所述系统还包含：

溢流控制器，其用于检测所述电机外壳内部流体介质的压力，并在所述压力大于第一阈值时，排掉所述电机外壳内的部分流体介质。

根据本发明的一个实施例，所述溢流控制器采用溢流阀。

根据本发明的一个实施例，所述系统还包含：

湿度传感器，其用于检测所述电机外壳内部流体介质的湿度，并在所述湿度大于第二阈值时，向所述总控模块发出湿度超标信号。

根据本发明的一个实施例，所述系统还包含：

过滤器，其连接在所述热量交换器以及所述补偿器之间，用于过滤流出所述热量交换器的流体介质中的杂质，并将过滤后的流体介质传输至所述补偿器。

根据本发明的一个实施例，所述补偿器还包含：

体积检测器，其用于检测所述补偿器内流体介质的体积，并在流体介质的体积小于第三阈值时，向所述总控模块发送储备不足信号。

根据本发明的一个实施例，所述体积检测器采用位移式体积检测器，用于通过所述补偿器内流体介质的液体高度判定所述补偿器内流体介质的体积是否小于第三阈值。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于控制深海大功率电机的温度的方法，所述方法包含以下步骤：

通过控制器向所述电机外壳内注入不同注入量的流体介质，以通过注入的流体介质与所述电机进行热量交换；

通过补偿器向所述控制器传送流体介质，并保证所述控制器吸入的流体介质的压力大于所述电机当前位置海水的压力，以防止海水倒灌；

通过热量交换器交换流出所述电机外壳的流体介质与海水之间的热量，并将热量交换后的流体介质传送至所述补偿器；

通过温度传感器检测所述电机外壳内部流体介质的实时温度；

通过总控模块接收并根据所述实时温度控制所述控制器，以通过所述控制器调节所述注入量。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包含：

通过溢流控制器检测所述电机外壳内部流体介质的压力，并在所述压力大于第一阈值时，排掉所述电机外壳内的部分流体介质。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包含：

通过湿度传感器检测所述电机外壳内部流体介质的湿度，并在所述湿度大于第二阈值时，向所述总控模块发出湿度超标信号。

本发明提供的用于控制深海大功率电机的温度的系统及方法能够检测电机外壳内部流体介质的温度，并根据温度来调整注入电机外壳的流体介质的注入量，以通过注入的流体介质与电机进行热量交换，改变电机的温度，大功率深海工况适用性强。并且，本发明具备深海压力补偿功能，确保电机适用于深海高压环境，以及能够实时检测补偿器内流体介质水分含量及流体介质体积，电机及设备安全保护性高，系统可靠性强。另外，还能够实时控制控制器出口及电机内流体介质压力，防止超压，保护了系统各装置。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的用于控制深海大功率电机的温度的系统结构框图；

图2显示了根据本发明的另一个实施例的用于控制深海大功率电机的温度的系统结构框图；以及

图3显示了根据本发明的一个实施例的用于控制深海大功率电机的温度的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。

随着全球海洋经济的不断发展，海洋勘探与开发能力不断提高，特别是深海石油勘探开发和深海采矿的发展，对耐高水压、大功率深海电机的需求越来越大。但深海工作环境对大功率电机的长寿命与热稳定性提出了很高的要求。电机的内热交换及其壳体的抗高水压能力直接影响电机的寿命与性能。需要交换电机产生的热量，对电机的温度进行控制，并提高电机壳体耐海水高压能力。

目前来说，专利文件一种海底电机冷却方法及装置(201110218495.1)以及一种深海大功率电机温升控制方法及装置(201310290071.5)虽然能对电机进行冷却处理，但是散热能力与电机转速正相关，当转速一定，转矩增加时，电机产生热量多，热交换无法将电机温度降下来，烧坏电机，导致深海装备无法工作，可靠性低。以上专利散热能力都与电机转速正相关，在某些情况下，不能很好的对电机的温度进行控制，存在很大的缺陷。

因此需要一种用于控制深海大功率电机的温度的系统。图1显示了根据本发明的一个实施例的用于控制深海大功率电机的温度的系统结构框图。如图1所示，系统包含：控制器101、补偿器102、热量交换器103、温度传感器104以及总控模块105。

其中，控制器101与电机的电机外壳连接，用于向电机外壳内注入不同注入量的流体介质，以通过注入的流体介质与电机进行热量交换。控制器101在实际应用中可以选用电控变量泵，通过电控变量泵调节泵出口的流量，向电机外壳内注入不同注入量的流体介质，以对电机的温度进行调节，保证电机的正常可靠运行。

需要说明的是，流体介质可以选用冷却油，比传统冷却剂具备更多优点。例如：灵敏的热平衡能力，超强的热传导能力，保障电机处于最佳工作温度，超宽的工作温度区间，能够适应深海大功率电机。

补偿器102与控制器101连接，用于向控制器101传送流体介质，并保证控制器101吸入的流体介质的压力大于电机当前位置海水的压力，以防止海水倒灌进入补偿器102。补偿器102包含存储流体介质的容器，可以向控制器传送不同量的流体介质。补偿器102还具备保证控制器101吸入的流体介质的压力大于电机当前位置海水压力的能力，防止海水倒灌进入补偿器102。

热量交换器103与电机外壳连接，用于交换流出电机外壳的流体介质与海水之间的热量，并将热量交换后的流体介质传送至补偿器102。热量交换器103的目的在于将流出电机外壳的流体介质的热量与海水进行交换，通过海水带走流出电机外壳的流体介质的热量，保证二者之间进行充分的热交换。然后再将热量交换后的流体介质传送至补偿器103，通过补偿器103进行存储。

温度传感器104用于检测电机外壳内部流体介质的实时温度。本发明的目的在于对电机进行温度控制，因此，为了掌握电机的实时温度信息，需要温度传感器104检测电机外壳内部流体介质的实时温度，并将实时温度传送至总控模块 105，通过总控模块105分析实时温度。

总控模块105与温度传感器104连接，用于接收并根据实时温度控制控制器 101，以通过控制器101调节注入量。总控模块105与温度传感器104之间通信，接收温度传感器104传送的实时温度信息，并根据温度信息调整控制器的注入量，以应对不同温度下电机的温度调节目标。

本发明提供的用于控制深海大功率电机的温度的系统及方法能够检测电机外壳内部流体介质的温度，并根据温度来调整注入电机外壳的流体介质的注入量，以通过注入的流体介质与电机进行热量交换，改变电机的温度，大功率深海工况适用性强。

图2显示了根据本发明的另一个实施例的用于控制深海大功率电机的温度的系统结构框图。如图2示，系统包含控制器101、补偿器102、热量交换器103、温度传感器104、总控模块105、溢流控制器201、湿度传感器202、过滤器203 以及体积检测器204。

控制器101与电机的电机外壳连接，用于向电机外壳内注入不同注入量的流体介质，以通过注入的流体介质与电机进行热量交换。补偿器102与控制器连接，用于向控制器传送流体介质，并保证控制器吸入的流体介质的压力大于电机当前位置海水的压力，以防止海水倒灌。

热量交换器103与电机外壳连接，用于交换流出电机外壳的流体介质与海水之间的热量，并将热量交换后的流体介质传送至补偿器。温度传感器104用于检测电机外壳内部流体介质的实时温度。总控模块105与温度传感器连接，用于接收并根据实时温度控制所述控制器，以通过控制器调节注入量。

除以上组成部分外，如图2所示的系统还包含：溢流控制器201，其用于检测电机外壳内部流体介质的压力，并在压力大于第一阈值时，排掉电机外壳内的部分流体介质。溢流控制器201起安全保护作用，当压力达到第一阈值时，可以通过溢流控制器201排掉部分流体介质，减小电机外壳内部的压力，保护电机，防止电机外壳内部流体介质压力过大损坏电机。

需要说明的是，实际应用当中，溢流控制器可以采用溢流阀，其他能够实现本发明溢流控制器功能的装置也可以运用到本发明中，本发明不对此作出限制。

另外，系统还包含湿度传感器202，其用于检测电机外壳内部流体介质的湿度，并在湿度大于第二阈值时，向总控模块发出湿度超标信号。湿度传感器202 对电机外壳内流体介质的湿度进行检测，当检测到水分含量大于一定值时，向总控模块发出湿度超标信号，通过总控模块停止电机运行，并采取相关应急措施，以防发生意外。

根据本发明的一个实施例，如图2所示的系统还包含：过滤器203，其连接在热量交换器以及补偿器之间，用于过滤流出热量交换器的流体介质中的杂质，并将过滤后的流体介质传输至补偿器。过滤器203接收热量交换器传送的流体介质，此时的流体介质可能带有杂质，为了保障温度控制系统的安全，需要过滤器 203对流体介质中的杂质进行过滤，确保系统中流体介质的清洁度，延长系统的寿命。

根据本发明的一个实施例，如图2所示的系统还包含：体积检测器204，其用于检测补偿器内流体介质的体积，并在流体介质的体积小于第三阈值时，向总控模块发送储备不足信号。

在实际的应用中，体积检测器204可以采用位移式体积检测器，位移式体积检测器可以通过补偿器内流体介质的液体高度判定补偿器内流体介质的体积是否小于第三阈值。位移式体积检测器可以实时检测补偿器内流体介质的容量，保证温度控制系统的正常运行，当补偿器内流体介质体积小于一定值时，向总控模块发送很储备不足信号，总控模块停止电机运行，采取应急措施。

本发明具备深海压力补偿功能，确保电机适用于深海高压环境，以及能够实时检测补偿器内流体介质水分含量及流体介质体积，电机及设备安全保护性高，系统可靠性强。另外，还能够实时控制控制器出口及电机内流体介质压力，防止超压，保护了系统各装置。

图3显示了根据本发明的一个实施例的用于控制深海大功率电机的温度的方法流程图。

电机一端联接大功率泵组，一端联接控制器。本发明的工作原理大致如下：控制器从补偿器吸入流体介质，流体介质经控制器加压后通过管道进入电机内腔，流体介质对电机进行冲洗，带走电机产生的热量，并经过热量交换器与海水进行热交换，从而达到电机散热目的。

具体实现过程如图3所示，深海装备进行作业时，电机会产生热量，产生的热量与电机输出功率正相关，首先，在步骤S301中，温度传感器对电机外壳内的流体介质温度进行检测，并将信号反馈给总控模块。在步骤S302中，总控模块根据温度信号调节注入量，控制控制器注入电机外壳内部的流量(检测的温度越高，出口流量越大)。

接着，在步骤S303中，控制器吸入补偿器内的流体介质，并根据注入量向电机外壳注入流体介质，实现电机热量的可控散热，保证电机的可靠运行。然后，在步骤S304中，电机外壳排出与电机进行热量交换后的流体介质。随后，在步骤S305中，热量交换器将电机外壳排出的流体介质与海水进行热量交换。最后，在步骤S306中，热量交换器排出流体介质并传送至补偿器进行存储。

除以上步骤外，本发明提供的用于控制深海大功率电机的温度的方法还包含以下步骤：通过湿度传感器对电机内流体介质的湿度进行检测，当检测到流体介质水分超过一定值时，向总控模块发送湿度超标信号，通过总控模块发出指令，电机停止运行，并采取相关应急措施。

根据本发明的一个实施例，方法还包含：通过溢流控制器检测电机外壳内部流体介质的压力，并在压力大于第一阈值时，排掉电机外壳内的部分流体介质，防止电机内流体介质压力过大损坏电机外壳。

根据本发明的一个实施例，方法还包含：通过过滤器过滤流出热量交换器的流体介质中的杂质，并将过滤后的流体介质传输至补偿器，确保整个系统的清洁度，延长系统寿命。

根据本发明的一个实施例，方法还包含：通过体积检测器检测补偿器内流体介质的体积(间接检测补偿器内冷却油泄漏量)，并在流体介质的体积小于第三阈值时，向总控模块发送储备不足信号，使得电机停止运行，并采取相关应急措施。

本发明提供的用于控制深海大功率电机的温度的系统及方法能够检测电机外壳内部流体介质的温度，并根据温度来调整注入电机外壳的流体介质的注入量，以通过注入的流体介质与电机进行热量交换，改变电机的温度，大功率深海工况适用性强。并且，本发明具备深海压力补偿功能，确保电机适用于深海高压环境，以及能够实时检测补偿器内流体介质水分含量及流体介质体积，电机及设备安全保护性高，系统可靠性强。另外，还能够实时控制控制器出口及电机内流体介质压力，防止超压，保护了系统各装置。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种用于控制深海大功率电机的温度的系统，其特征在于，所述系统包含：

控制器，其与所述电机的电机外壳连接，用于向所述电机外壳内注入不同注入量的流体介质，以通过注入的流体介质与所述电机进行热量交换；

补偿器，其与所述控制器连接，用于向所述控制器传送流体介质，并保证所述控制器吸入的流体介质的压力大于所述电机当前位置海水的压力，以防止海水倒灌；

热量交换器，其与所述电机外壳连接，用于交换流出所述电机外壳的流体介质与海水之间的热量，并将热量交换后的流体介质传送至所述补偿器；

温度传感器，其用于检测所述电机外壳内部流体介质的实时温度；

总控模块，其与所述温度传感器连接，用于接收并根据所述实时温度控制所述控制器，以通过所述控制器调节所述注入量；

溢流控制器，其用于检测所述电机外壳内部流体介质的压力，并在所述压力大于第一阈值时，排掉所述电机外壳内的部分流体介质。

2.如权利要求1所述的用于控制深海大功率电机的温度的系统，其特征在于，所述溢流控制器采用溢流阀。

3.如权利要求1所述的用于控制深海大功率电机的温度的系统，其特征在于，所述系统还包含：

湿度传感器，其用于检测所述电机外壳内部流体介质的湿度，并在所述湿度大于第二阈值时，向所述总控模块发出湿度超标信号。

4.如权利要求1所述的用于控制深海大功率电机的温度的系统，其特征在于，所述系统还包含：

过滤器，其连接在所述热量交换器以及所述补偿器之间，用于过滤流出所述热量交换器的流体介质中的杂质，并将过滤后的流体介质传输至所述补偿器。

5.如权利要求1所述的用于控制深海大功率电机的温度的系统，其特征在于，所述补偿器还包含：

体积检测器，其用于检测所述补偿器内流体介质的体积，并在流体介质的体积小于第三阈值时，向所述总控模块发送储备不足信号。

6.如权利要求5所述的用于控制深海大功率电机的温度的系统，其特征在于，所述体积检测器采用位移式体积检测器，用于通过所述补偿器内流体介质的液体高度判定所述补偿器内流体介质的体积是否小于第三阈值。

7.一种用于控制深海大功率电机的温度的方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

通过控制器向所述电机外壳内注入不同注入量的流体介质，以通过注入的流体介质与所述电机进行热量交换；

通过补偿器向所述控制器传送流体介质，并保证所述控制器吸入的流体介质的压力大于所述电机当前位置海水的压力，以防止海水倒灌；

通过热量交换器交换流出所述电机外壳的流体介质与海水之间的热量，并将热量交换后的流体介质传送至所述补偿器；

通过温度传感器检测所述电机外壳内部流体介质的实时温度；

通过总控模块接收并根据所述实时温度控制所述控制器，以通过所述控制器调节所述注入量；

通过溢流控制器检测所述电机外壳内部流体介质的压力，并在所述压力大于第一阈值时，排掉所述电机外壳内的部分流体介质。

8.如权利要求7所述的用于控制深海大功率电机的温度的方法，其特征在于，所述方法还包含：

通过湿度传感器检测所述电机外壳内部流体介质的湿度，并在所述湿度大于第二阈值时，向所述总控模块发出湿度超标信号。

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