CN110933903A - 一种适用于伺服转台上的液冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于伺服转台上的液冷系统，包括发射机箱、冷源、流体分配器、第一旋转水关节、第二旋转水关节和至少一个冷板；各冷板均设于发射机箱内，其内部设有空腔；流体分配器分别与各冷板相连通；第一旋转水关节包括相互连通的第一固定部分和第一旋转部分，第一固定部分通过管道与冷源相连通；第二旋转水关节包括相互连通的第二固定部分和第二旋转部分，第二固定部分通过管道与第一旋转水关节中的第一旋转部分相连通，第二旋转部分与流体分配器和第一旋转水关节中的第一旋转部分相连通。本发明能够满足随伺服转台转动，且能够尽最大可能减少阵面管路数量，并实现供液流量均匀分配。

Description

一种适用于伺服转台上的液冷系统

技术领域

本发明属于雷达电子散热技术领域，具体涉及一种适用于伺服转台上的液冷系统。

背景技术

有源相控阵天线阵面由于其独特的优势，近年来成为各个军事强国研究的热点。我国也对有源相控阵雷达展开了研究。有源相控阵雷达有一个突出的问题就是组件芯片热流密度大，对于冷却散热要求高。随着电子技术的高速发展，电子元器件的尺寸越来越小，功放芯片的集成化程度越来越高，天线组件的热耗越来越高。局部热流密度会超过150瓦每平方厘米。据相关研究表明，预测未来T/R组件的热流密度有可能突破1000W每平方厘米，如此高的热量如果不能及时有效的散出，整个相控阵天线系统的工作性能会受到严重影响。具体表现在：高温结构产生热变形，降低阵面的平面度，改变辐射单元的位置及指向，破坏T/R组件的相位一致性，降低收发增益，增加失效率。目前已经有研究表明，在固态雷达发射机中，功率晶体管的节温每增加10摄氏度，其可靠性就会下降60％。因此，散热问题成为制约雷达发展的越来越关键因素。在器件温度升高至40度时，空气自然散热通常能保证最大热流密度为0.05W每平方厘米的设备散热，强迫风冷能保证0.2W每平方厘米的设备正常散热，而强迫液冷则能将这一热流密度提升至15W每平方厘米，产生这一差异的原因主要在于对流换热系数。众多天线组件密集排布，需设计能及时将热量排走的散热冷却系统。冷却系统一方面要解决天线阵面上组件散热问题，另一方面要保证各组件温度一致性，一般情况下，阵面各组件的温差不超过10度。整个发射天线阵面90％的功耗都是由天线组件产生的，可以说整个天线阵面冷却系统的核心就是设计能及时带走天线组件产生热量的系统。

由于天线组件热流密度高，目前主要采用强迫风冷的方式进行散热。强迫风冷有占用空间体积大、同时对于大功率阵面散热效果来说强迫风冷效果较差。而液冷的对流换热系数对于空气以及强迫风冷的换热系数有数量级的提升。因此采用液冷散热是目前较为先进且逐步大规模应用的技术。

长期以来，国内天线阵面冷却技术相对落后，即使采用阵面液冷系统散热，也面临着阵面冷却管路数量众多，管路随伺服转台上的天线阵面转动时产生管路缠绕的问题，以及液冷管路能够保证提供稳定流量，对于这些功能来说其发展相对比较滞后。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种适用于伺服转台上的液冷系统，能够满足随伺服转台转动，且能够尽最大可能减少阵面管路数量，并实现供液流量均匀分配。

为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种适用于伺服转台上的液冷系统，包括：

发射机箱，用于与方位伺服转台和俯仰伺服转台相连；

至少一个冷板，各冷板均设于所述发射机箱内，冷板的内部设有空腔；

冷源；

流体分配器，分别与各冷板相连通；

第一旋转水关节，包括相互连通的第一固定部分和第一旋转部分，所述第一固定部分通过管道与所述冷源相连通，且用于与所述方位伺服转台上的固定支架相连；所述第一旋转部分用于与所述方位伺服转台上的运动部分相连；

第二旋转水关节，包括相互连通的第二固定部分和第二旋转部分，所述第二固定部分通过管道与所述第一旋转水关节中的第一旋转部分相连通，且用于与所述俯仰伺服转台上的固定支架相连；所述第二旋转部分与所述流体分配器和所述第一旋转水关节中的第一旋转部分相连通，且用于与所述俯仰伺服转台上的运动部分相连。

作为本发明的进一步改进，第一旋转水关节中的第一固定部分套设于所述第一旋转部分的外侧；所述第二旋转水关节中的第二固定部分套设于所述第二旋转部分的外侧。

作为本发明的进一步改进，所述冷源包括水箱、泵、换热器和风机；所述水箱内盛放有液冷介质；所述泵用于抽取水箱中的液冷介质；所述换热器的一端通过管道与所述泵相连，另一端通过管道与所述第一旋转水关节中的第一固定部分相连；所述第一旋转水关节中的第一固定部分还通过管道与所述水箱相连；所述风机设于所述热换器的外侧，其工作面与所述热换器相对。

作为本发明的进一步改进，所述冷源还包括传感器，所述传感器设于所述泵和换热器之间的管道中，用于监测液冷介质的温度、压力和/或流量之一。

作为本发明的进一步改进，所述传感器为温度传感器、压力传感器和/或流量传感器。

作为本发明的进一步改进，所述流体分配器设于所述发射机箱内。

作为本发明的进一步改进，所述流体分配器与各冷板之间通过快速插接头相连。

作为本发明的进一步改进，所述适用于伺服转台上的液冷系统还包括功放发射盒，所述功放发射盒设于所述冷板上，其内部设有若干个电子元器件。

作为本发明的进一步改进，所述适用于伺服转台上的液冷系统还包括喇叭单元，所述喇叭单元与功放发射盒的输出接头相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供的适用于伺服转台上的液冷系统，设置了分别与方位伺服转台和俯仰伺服转台相连的第一旋转水关节和第二旋转水关节，所述第一旋转水关节还与冷源相连，所述第二旋转水关节还与设有功放发射盒的冷板相连，实现了将液冷介质通入冷板中，为各功放发射盒中的发热电子元器件提供制冷，解决了供液管路在方位与俯仰转台运动时的管路缠绕问题，且整个液冷系统只需两根主进出管路即可，大大减小管路可能产生的漏液概率。

进一步地，本发明中所述第二旋转水关节与各冷板之间设置了流体分配器，且二者之间采用快速插接头相连，保证了阵面发射机箱中的各冷板中的流量一致性，以及各功放发射盒的温度一致性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明一种实施例的适用于伺服转台上的液冷系统整体结构示意图；

图2为本发明一种实施例的适用于伺服转台上的发射机箱的结构示意图；

图3为本发明一种实施例的适用于伺服转台上的冷板的结构示意图之一；

图4为本发明一种实施例的适用于伺服转台上的冷板的结构示意图之二；

图5为本发明一种实施例的适用于伺服转台上的冷源的结构示意图之一；

图6为本发明一种实施例的适用于伺服转台上的冷源的结构示意图之二。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

实施例1

以某发射阵面为例，发射阵面采用有源阵列形式，主要由阵列天线、发射馈电网络、单功放组件、阵面电源等设备组成。此阵面等效辐射功率为1MW，整个发射阵面产生的热量达到5100W，若采取强迫风冷散热，则需要布置的散热面积非常大，使用的风机数量较多，整个发射阵面会占据较大空间，不利于维护以及便利性。为此，本发明实施例中提出了一种适用于伺服转台上的液冷系统，其中，冷源需提供的制冷量为6KW，冷源功率为4KW，如图1所示，具体包括：发射机箱7、至少一个冷板8、冷源、流体分配器(图中未示出)、第一旋转水关节6和第二旋转水关节5；

所述发射机箱7用于与方位伺服转台1和俯仰伺服转台2相连；在实际应用过程中，所述发射机箱7至于高频机箱3中，高频机箱3安装在由方位伺服转台1和俯仰伺服转台2共同驱动的转台上，解决了现有技术中将管路直接与发射机箱7上的主进出水口连接，在转台运动时，会发生管路缠绕的问题，本发明中要求方位伺服转台1运动为0-360度，俯仰运动为0-90度，具体参见图2-3；

各冷板均设于所述发射机箱7内，冷板的内部设有空腔，用于容纳液冷介质；

所述流体分配器分别与各冷板相连通；在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述流体分配器设于所述发射机箱7内，所述流体分配器与各冷板8之间通过快速插接头10相连；

所述第一旋转水关节6包括相互连通的第一固定部分和第一旋转部分，所述第一固定部分通过管道4与所述冷源相连通，且用于与所述方位伺服转台1上的固定支架相连；所述第一旋转部分用于与所述方位伺服转台1上的运动部分相连；

所述第二旋转水关节5包括相互连通的第二固定部分和第二旋转部分，所述第二固定部分通过管道4与所述第一旋转水关节6中的第一旋转部分相连通，且用于与所述俯仰伺服转台2上的固定支架相连；所述第二旋转部分与所述流体分配器和所述第一旋转水关节6中的第一旋转部分相连通，且用于与所述俯仰伺服转台2上的运动部分相连。

本发明中第一旋转水关节6和第二旋转水关节5与方位伺服转台1和俯仰伺服转台2的特殊连接关系，是用于保证管路中的液冷介质在水关节处交换，保证管路不发生缠绕，而液冷介质能够进入到流体分配器的主进出接口中；在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第一旋转水关节6中的第一固定部分套设于所述第一旋转部分的外侧；所述第二旋转水关节5中的第二固定部分套设于所述第二旋转部分的外侧，所述第一旋转水关节6和第二旋转水关节5的结构均为现有技术，可以直接从市面上采购得到，因此，本发明中不对第一旋转水关节6和第二旋转水关节5的具体结构做限定和描述。

在实际安装过程中，所述冷源设于方位伺服转台1旁，通过供液管路为发射机箱7提供液冷介质，即冷却液，实现为发射机箱7中的发热电子元器件降温，保证各发热电子元器件工作在正常温度范围内。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述冷源包括水箱13、泵、换热器14和风机15；所述水箱13内盛放有液冷介质；所述泵用于抽取水箱13中的液冷介质；所述换热器14的一端通过管道4与所述泵相连，另一端通过管道4与所述第一旋转水关节6中的第一固定部分相连；所述第一旋转水关节6中的第一固定部分还通过管道4与所述水箱13相连；所述风机15设于所述热换器的外侧，其工作面与所述热换器相对。所述冷源的散热原理为强迫风冷换热，即高温介质流经换热器14内表面，与流经外表面的冷风在换热器14管壁上进行对流换热，实现降温；所述冷源的供液循环原理为泵从水箱13吸入低压液体，经过多级叶轮加压后，输送给目标负载(即冷板8)，介质流经冷板8后，再流入水箱13，从而实现循环供液，具体参见图5-6。

所述适用于伺服转台上的液冷系统还包括功放发射盒9和喇叭单元12，所述功放发射盒9设于所述冷板8上，其内部设有若干个电子元器件；所述喇叭单元12与功放发射盒9的输出接头相连，具体参见图4。在实际应用过程中，一般情况下，发射机箱7包括7组功放冷板模块11，每组功放冷板模块11承载3个功放发射盒9，每个功放发射盒9产生4路功率输出。喇叭单元12与功放发射盒9的功率输出接头直连，减少功率损失。功放发射盒9中芯片产生的热量通过冷板8内部流动的冷却介质换热循环将热量带走。发射机箱7装载相同的7组功放冷板模块11，在保证冷板8及流体分配器加工精度的情况下，不需要进行额外的干预，流体分配器可自行、均匀的对各冷板8进行流量分配。流量一致性保证了每块冷板8上的功放发射盒9的温度一致性。每组功放冷板模块11通过快速插接接头与流体分配器相连，既保证冷却媒介顺利进入流出功放冷板8，又减少了进出口水管的数量，减少管路漏液概率，同时占用较小的空间，每组功放冷板模块11可互换，维修性高。

实施例2

基于实施例1，本发明实施例与实施例1的区别在于，所述冷源还包括传感器，所述传感器设于所述泵和换热器之间的管道4中，用于监测液冷介质的温度和/或压力。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述传感器为温度传感器16，用于监测冷源中液冷介质的温度，根据监测到的数据控制换热器和风机的工作状态；

在本发明实施例的第二种具体实施方式中，所述传感器为压力传感器17，用于监测冷源中液冷介质的压力，根据监测到的数据控制泵的工作状态；

在本发明实施例的第二种具体实施方式中，所述传感器为流量传感器18，用于监测冷源中液冷介质的流量，根据监测到的数据控制泵的工作状态。

在本发明实施例的第三种具体实施方式中，所述传感器为温度传感器16、压力传感器17和流量传感器18，用于同时监测冷源中液冷介质的温度、压力和流量，根据监测到的数据控制换热器、风机和泵的工作状态。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种适用于伺服转台上的液冷系统，其特征在于，包括：

发射机箱，用于与方位伺服转台和俯仰伺服转台相连；

至少一个冷板，各冷板均设于所述发射机箱内，冷板的内部设有空腔；

冷源；

流体分配器，分别与各冷板相连通；

第一旋转水关节，包括相互连通的第一固定部分和第一旋转部分，所述第一固定部分通过管道与所述冷源相连通，且用于与所述方位伺服转台上的固定支架相连；所述第一旋转部分用于与所述方位伺服转台上的运动部分相连；

第二旋转水关节，包括相互连通的第二固定部分和第二旋转部分，所述第二固定部分通过管道与所述第一旋转水关节中的第一旋转部分相连通，且用于与所述俯仰伺服转台上的固定支架相连；所述第二旋转部分与所述流体分配器和所述第一旋转水关节中的第一旋转部分相连通，且用于与所述俯仰伺服转台上的运动部分相连。

2.根据权利要求1所述的一种适用于伺服转台上的液冷系统，其特征在于：所述第一旋第一旋转水关节中的第一固定部分套设于所述第一旋转部分的外侧；所述第二旋转水关节中的第二固定部分套设于所述第二旋转部分的外侧。

3.根据权利要求1所述的一种适用于伺服转台上的液冷系统，其特征在于：所述冷源包括水箱、泵、换热器和风机；所述水箱内盛放有液冷介质；所述泵用于抽取水箱中的液冷介质；所述换热器的一端通过管道与所述泵相连，另一端通过管道与所述第一旋转水关节中的第一固定部分相连；所述第一旋转水关节中的第一固定部分还通过管道与所述水箱相连；所述风机设于所述热换器的外侧，其工作面与所述热换器相对。

4.根据权利要求3所述的一种适用于伺服转台上的液冷系统，其特征在于：所述冷源还包括传感器，所述传感器设于所述泵和换热器之间的管道中，用于监测液冷介质的温度、压力和/或流量之一。

5.根据权利要求4所述的一种适用于伺服转台上的液冷系统，其特征在于：所述传感器位温度传感器、压力传感器和/或流量传感器。

6.根据权利要求1所述的一种适用于伺服转台上的液冷系统，其特征在于：所述流体分配器设于所述发射机箱内。

7.根据权利要求1所述的一种适用于伺服转台上的液冷系统，其特征在于：所述流体分配器与各冷板之间通过快速插接头相连。

8.根据权利要求1所述的一种适用于伺服转台上的液冷系统，其特征在于：所述适用于伺服转台上的液冷系统还包括功放发射盒，所述功放发射盒设于所述冷板上，其内部设有若干个电子元器件。

9.根据权利要求8所述的一种适用于伺服转台上的液冷系统，其特征在于：所述适用于伺服转台上的液冷系统还包括喇叭单元，所述喇叭单元与功放发射盒的输出接头相连。

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