CN112217342A - 一种高效冷却防爆电机外壳冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效冷却防爆电机外壳冷却装置，包括一个冷却装置用于冷却非牛顿流体冷却液、一个冷却液搅拌装置用于非牛顿流体冷却液进行搅拌使其快速冷却、一个电机冷却壳其内部空间用于安装电机部件并且通过非牛顿流体冷却液快速的吸收电机产生的热量通过、循环输出泵用于将非牛顿流体冷却液从电机冷却壳输入热交换后将其输送到冷却装置进行冷却；所述冷却装置和冷却液搅拌装置连接，冷却液搅拌装置通过循环输出泵和电机冷却壳连接，电机冷却壳和冷却装置连接，电机冷却壳套装在防爆电机上或直接作为防爆电机的外壳。本发明的优点是：电机冷却壳内的非牛顿流体冷却液提高冷却效果的同时随压力的增大瞬间产生较大粘度，起到较好的防爆效果。

Description

一种高效冷却防爆电机外壳冷却装置

技术领域

本发明涉及电机冷却保护装置，尤其是涉及一种高效冷却防爆电机外壳冷却装置。

背景技术

目前，防爆电机的结构形式为密闭性结构，防爆电机的散热结构多采用外通风冷却结构，这样对于防爆电机的定子、转子以及防爆电机的内部的冷却效果十分的不理想，因此，就会使得防爆电机的内部产生大量的热量积聚，热量的积聚会导致电机内部零配件的工作异常，另外，积聚的热量会对防爆电机的定子绕组线圈产生影响，甚至会导致绕组线圈损坏，给防爆电机造成致命的伤害，大大降低了防爆电机的使用寿命，另外，目前没有经过防爆处理的的电机都存在引发爆炸的危险，按照安全规定是不能在含有爆炸性混合物的危险区域使用，随着工业的发展，对能进入含有爆炸性混合物危险环境中作业的防爆电机的需求越来越迫切，由于电机结构复杂，兼顾防爆、安全的前提下，还需保证时间长持续运行高效散热、安全系数高、使用寿命长等要求，一直是业内亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明针对现有产品的不足，而提供一种高效冷却防爆电机外壳冷却装置。

本发明的一种高效冷却防爆电机外壳冷却装置，包括一个冷却装置用于冷却非牛顿流体冷却液、一个冷却液搅拌装置用于非牛顿流体冷却液进行搅拌使其快速冷却、一个电机冷却壳其内部空间用于安装电机部件并且通过非牛顿流体冷却液快速的吸收电机产生的热量通过、循环输出泵用于将非牛顿流体冷却液从电机冷却壳输入热交换后将其输送到冷却装置进行冷却；所述冷却装置和冷却液搅拌装置连接，冷却液搅拌装置通过循环输出泵和电机冷却壳连接，电机冷却壳和冷却装置连接，电机冷却壳套装在防爆电机上或直接作为防爆电机的外壳。

进一步，所述冷却装置包括壳管式冷凝器、气液分离器、活塞式压缩机、油分离器、冷却箱、贮液器、干燥过滤器、温度传感器、电磁阀、热力膨胀阀；

所述冷却箱的内部设置有呈弯曲成螺旋状的冷却管，冷却管用于冷却冷却箱内非牛顿流体冷却液，所述冷却管通过干燥过滤器、压力表及阀门和气液分离器连接，所述气液分离器通过管道和活塞式压缩机连接，活塞式压缩机通过油分离器与壳管式冷凝器连接，壳管式冷凝器一端通过水泵和水箱连接，壳管式冷凝器通过阀门和贮液器连接，所述贮液器另一端通过依次贮液器、干燥过滤器、电磁阀、制冷剂流量计、热力膨胀阀与冷却管连接。

进一步，所述冷却液搅拌装置包括电机、变速器、搅拌叶轮、筒体、纵向搅拌轮、纵向搅拌轮横轴、中心轴、压盖、压簧、冷却液输出口、圆弧板安装座、圆弧板；所述筒体通过法兰、螺纹等连接方式和冷却箱连接，使其内部容器空间相通，所述筒体的内部中心位置安装有中心轴，所述中心轴的上端固定安装有安装座，所述安装座的左右两侧对称固定连接有纵向搅拌轮横轴，所述纵向搅拌轮横轴的端部安装有纵向搅拌轮，纵向搅拌轮套装在纵向搅拌轮横轴上，纵向搅拌轮和纵向搅拌轮横轴之间设置有滚动轴承，滚动轴承的两端设置有密封盖板，所述安装座的前后两侧固定对称固定安装有圆弧板连接座，所述圆弧板连接座的前端部固定安装有圆弧板，第一圆弧板的前端和筒壁内表面接触连接，第二圆弧板前端和冷却液输出口内表面接触连接，所述安装座的下端和支撑套连接，支撑套穿过中心轴固定安装在筒体的中心位置，起到密封作用；所述支撑套的侧面固定安装有4个搅拌叶轮，中心轴的下端和变速器通过销轴固定连接，变速器通过联轴器和电机固定连接；电机、变速器、筒体及和冷却装置固定安装在底座上。

进一步，所述电机冷却壳包括混料仓、振动输出转换座、振动源安装座、振动输出源、电机冷却壳本体、振动片、封盖；所述电机冷却壳本体的一侧面安装有用于接收循环输出泵输入非牛顿流体冷却液的缓存混料仓，缓存混料仓和电机冷却壳的内腔相通，电机冷却壳本体的另一侧面设置有封盖，所述封盖或者电机冷却壳本体开设有用于热交换后非牛顿流体冷却液输出的输出口，输出口通过管道和冷却液搅拌装置的冷却箱相通，所述电机冷却壳本体的外部上端安装有振动源安装座，所述振动源安装座通过螺栓和振动输出源固定连接，所述振动源安装座的下端固定连接有振动输出转换座，所述振动输出转换座固定安装在电机冷却壳本体的内腔壁上，振动输出转换座的下表面设置有一排振动片。

进一步，所述振动片和垂直中心线的角度a为30-60度。

进一步，所述振动输出源为压电陶瓷片，压电陶瓷片和输入电源连接。

进一步，所述振动片的表面开设有均布的搅拌孔，所述搅拌孔可以圆形、方形、三角形、多边形任意一种或多种组合。

进一步，所述非牛顿流体冷却液是由按质量比1～5％羧甲基纤维素纳、30～50%无机盐、1～5％纳米颗粒、其余为去离子水组成。

本发明的有益效果是：

1、具有优异防爆效果，电机冷却壳内的非牛顿流体冷却液的粘度会因为受到外力的冲击而变化，冲击压力越大速度越快，粘度会增加，甚至可以成为暂时性的固体，受到爆炸冲击时，非牛顿流体冷却液内呈悬浮状态的微粒便会骤然聚集成微粒簇，随压力的增大瞬间产生较大粘度，起到较好的防爆效果，采用非牛顿流体作为电机冷却壳的冷却介质，纳米颗粒的加入可以快速吸收热量并进行传递，冷容量大、无毒、无味，可以大大缩小冷却设备的体积。

2、电机冷却壳本体的结构设计优化了冷却效果，在振动片的表面开设有均布的搅拌孔，搅拌孔可以有效的避免出现流动死区，压降等问题；振动输出转换座在输出振动波时，振动波辐射到电机冷却壳本体，这时非牛顿流体冷却液在电机冷却壳本体内壁的流动性能会得到加强，振动片在内部振动使得非牛顿流体冷却液分子之间的对流加快，从而可以有效的避免其粘度高、传热边界层厚、流动性差的缺点。

附图说明

图1为本发明的防爆电机冷却装置的原理图；

图2为本发明的防爆电机冷却装置的结构图；

图3为本发明的搅拌装置的主视图；

图4为本发明的搅拌装置的俯视图；

图5为本发明的电机冷却壳的结构示意图；

图6为本发明的电机冷却壳的振动片的一种结构示意图；

图7为本发明的电机冷却壳的振动片的另一种结构示意图。

图中：冷却装置1、搅拌装置2、电机冷却壳3、循环输出泵4、壳管式冷凝器101、气液分离器102、活塞式压缩机103、油分离器104、冷却箱105、贮液器106、干燥过滤器107、温度传感器108、电磁阀109、热力膨胀阀110、电机201、变速器202、搅拌叶轮203、筒体204、纵向搅拌轮205、纵向搅拌轮横轴206、中心轴207、压盖208、压簧209、冷却液输出口210、圆弧板安装座211、圆弧板212、第一圆弧板2121、第二圆弧板2122、混料仓301、振动输出转换器302、安装座303、振动输出源304、电机冷却壳内腔305、振动片306、封盖307。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

如图1、2所示：本发明的一种防爆电机冷却的装置包括一个冷却装置1用于冷却非牛顿流体冷却液、一个冷却液搅拌装置2用于非牛顿流体冷却液进行搅拌使其快速冷却、一个电机冷却壳3其内部空间用于安装电机部件并且通过非牛顿流体冷却液快速的吸收电机产生的热量通过、循环输出泵4用于将非牛顿流体冷却液从电机冷却壳3输入热交换后将其输送到冷却装置进行冷却；所述冷却装置1和冷却液搅拌装置2连接，冷却液搅拌装置2通过循环输出泵4和电机冷却壳3连接，电机冷却壳3和冷却装置1连接。

所述非牛顿流体冷却液是由按质量比1～5％羧甲基纤维素纳、30～50%无机盐、1～5％纳米颗粒、其余为去离子水；羧甲基纤维素纳属阴离子型纤维素醚类作为非牛顿流体的基液；易溶于水，形成具有一定粘度的溶液；无机盐为氯化钙、氯化镁其中的一种或结合，降低冰点，防止非牛顿流体冷却液结冰。纳米颗粒为Al₂O₃、Cu、石墨烯等具有优良导热性能的金属或非金属纳米颗粒，纳米颗粒的制备为非常成熟的现有技术，纳米颗粒的加入可以快速吸收热量并进行传递，可以有效的规避非牛顿流体冷却液粘度高、传热边界层厚的问题，纳米颗粒作为中间导热媒介可以充分的吸收热量，并传递给内层纳米颗粒和非牛顿流体冷却液液体分子。在意外发生电机发生爆炸或者外力冲击电机冷却壳破裂时，非牛顿流体冷却液的高粘度性可以附着在表面，形成阻燃隔层，防止现场的二次爆炸。

电机冷却壳3内的非牛顿流体冷却液的粘度会因为受到的压力或速度而变化，压力越大速度越快，粘度会增加，甚至可以成为暂时性的固体，受到爆炸冲击时，非牛顿流体冷却液内呈悬浮状态的微粒便会骤然聚集成微粒簇，随压力的增大瞬间产生较大粘度，起到防爆效果。

如图1、2所示：所述冷却装置1包括壳管式冷凝器101、气液分离器102、活塞式压缩机103、油分离器104、冷却箱105、贮液器106、干燥过滤器107、温度传感器108、电磁阀109、热力膨胀阀110；

冷却箱105由热轧处理过的耐低温16MnR材料制成，可有效防止冷却箱105延性、脆性和疲劳断裂，冷却箱105采用外壁、真空层、内壁、结构具有良好的保温性能，冷却箱105的内部设置有呈弯曲成螺旋状的冷却管，冷却管用于冷却冷却箱105内非牛顿流体冷却液，所述冷却管通过干燥过滤器107、压力表及阀门和气液分离器102连接，所述气液分离器102通过管道和活塞式压缩机103连接，活塞式压缩机103通过油分离器104与壳管式冷凝器101连接，壳管式冷凝器101一端通过水泵和水箱连接，壳管式冷凝器101通过阀门和贮液器106连接，所述贮液器106另一端通过依次贮液器106、干燥过滤器107、电磁阀109、制冷剂流量计、热力膨胀阀110与冷却管连接。

所述油分离器104具有自动返回润滑油的功能，设置在活塞式压缩机103和壳管式冷凝器101之间，用于防止活塞式压缩机103排出的润滑油大量进入制冷系统，在氟利昂制冷系统中，润滑油在氟利昂中溶解度大，润滑油容易随着活塞式压缩机103排出的制冷剂气体而进入壳管式冷凝器101和蒸发器在其表面形成油污。

所述气液分离器102安装在活塞式压缩机103入口处，气液分离器102为防止活塞式压缩机103发生液击现象，气液分离器的桶体横截面上的气流速度不超过0.5m/s，防止液击现象导致活塞式压缩机103气阀变形、破裂，影响压缩机使用寿命。

所述干燥过滤器107安装在氟利昂冷却装置1中的热力膨胀阀110前的液体管路上，用于过滤氟利昂液体中的污物（油污、铁屑等）和水分，以避免固体杂物堵塞电磁阀109、热力膨胀阀110等核心阀件，同时有效防止低温时管道阀件的冰堵现象。

所述电磁阀109安装在贮液器106与热力膨胀阀110之间，用于同步随着活塞式压缩机103启动或关闭，防止冷却装置1中的制冷剂液体在活塞式压缩机103关闭时进入冷却箱的冷却管中，防止活塞式压缩机103再次启动后出现液击冲缸的问题。

所述水泵用于输送冷却装置1中各个部件的冷却水输送。

所述贮液器106用于储存冷却管将制冷剂气体冷凝成的液体，防止冷却装置1的制冷剂液体占用冷却管的容积，减少传热面积，使得冷凝压力上升，降低了冷却效果。冷却装置1的制冷剂为氟利昂。

所述冷却箱105的内部充满非牛顿流体冷却液，其下端和冷却液搅拌装置2保温密封连接。

如图3、4所示：所述冷却液搅拌装置2包括电机201、变速器202、搅拌203、筒体204、纵向搅拌轮205、纵向搅拌轮横轴206、中心轴207、压盖208、压簧209、冷却液输出口210、圆弧板安装座211、圆弧板212；所述筒体204通过法兰、螺纹等连接方式和冷却箱105连接，使其内部容器空间相通，所述筒体204的内部中心位置安装有中心轴207，所述中心轴207的上端固定安装有安装座208，所述安装座208的左右两侧对称固定连接有纵向搅拌轮横轴206，所述纵向搅拌轮横轴206的端部安装有纵向搅拌轮205，纵向搅拌轮205套装在纵向搅拌轮横轴206上，纵向搅拌轮205和纵向搅拌轮横轴206之间设置有滚动轴承，滚动轴承的两端设置有密封盖板，所述安装座208的前后两侧固定对称固定安装有圆弧板连接座211，所述圆弧板连接座211的前端部固定安装有圆弧板212，第一圆弧板2121的前端和筒壁204内表面接触连接，第二圆弧板2122前端和冷却液输出口210内表面接触连接，所述安装座208的下端和支撑套连接，支撑套穿过中心轴207固定安装在筒体204的中心位置，起到密封作用；所述支撑套的侧面固定安装有4-8个搅拌叶轮，中心轴207的下端和变速器202通过销轴固定连接，变速器202通过联轴器和电机201固定连接；电机201、变速器202、筒体204等部件及和冷却装置1的其他部件固定安装在底座上。

冷却液搅拌装置2可以有效的避免非牛顿流体冷却液出现分层，纵向搅拌轮205纵向搅拌碾压非牛顿流体冷却液中的纳米颗粒形成纵向剪切循环，圆弧板212横向搅拌形成横向流动循环、搅拌叶轮将非牛顿流体冷却液轮往上输出，使得冷却液横向流动循环减少，纵向流动循环增加，冷却液在底部搅拌叶轮区流动收阻，迫使冷却液向纵向运动，使得有效减少了冷却液低速区的体积，增加了热交换面积，产生二次流动，激发非牛顿流体冷却液湍动，多方位无规则搅拌使得非牛顿流体冷却液的纳米颗粒也在做无规则运动，在无规则运动过程中，加快纳米颗粒之间的能量转移，使得非牛顿流体冷却液快速冷却的同时使得纳米颗粒均匀的分散，提高导热性能，同时也加快纳米颗粒和非牛顿流体冷却液液体分子之间的能量转移，加快冷却液和冷却装置1的热量交换。

所述冷却液输出口210通过管道和循环输出泵4连接，所述循环输出泵4和电机冷却壳3的混料仓301连接，所述电机冷却壳3包括混料仓301、振动输出转换座302、振动源安装座303、振动输出源304、电机冷却壳本体305、振动片306、封盖307；

如图5、6、7所示：所述电机冷却壳本体305的一侧面安装有用于接收循环输出泵4输入非牛顿流体冷却液的缓存混料仓301，缓存混料仓301和电机冷却壳3的内腔相通，电机冷却壳本体305的另一侧面设置有封盖307，所述封盖307或者电机冷却壳本体305开设有用于热交换后非牛顿流体冷却液输出的输出口，输出口通过管道和冷却液搅拌装置2的冷却箱105相通，所述电机冷却壳本体305的外部上端安装有振动源安装座303，所述振动源安装座303通过螺栓和振动输出源304固定连接，所述振动源安装座303的下端固定连接有振动输出转换座302，所述振动输出转换座302固定安装在电机冷却壳本体305的内腔壁上，振动输出转换座302的下表面设置有一排振动片306，所述振动片306的表面开设有均布的搅拌孔，搅拌孔可以圆形、方形、三角形、多边形任意一种或多种组合，搅拌孔的作用是避免出现流动死区，压降等问题；振动输出转换座302在输出振动波时，振动波辐射到电机冷却壳本体305，这时非牛顿流体冷却液在电机冷却壳本体305内壁的流动性能会得到加强，振动片306在内部振动使得非牛顿流体冷却液分子之间的对流加快，从而可以有效的避免其粘度高、传热边界层厚、流动性差的缺点。所述振动输出源304为压电陶瓷片，压电陶瓷片和输入电源连接。所述振动片306和垂直中心线的角度a为45度。a夹角45度时冷却效果最佳，在有利于非牛顿流体冷却液沿着横向压力输入方向流动穿过振动片306的搅拌孔，在被振动片306隔离的空腔中有个沉降过程会出现多次的二次流，加速热导交换，避免回流现象出现；a夹角角度过大不利于二次流的产生，a夹角角度过小容易出现压降不利于流体横向流动。有效的解决了非牛顿流体冷却液着粘度高、传热边界层厚、流动性差、受粘性作用力影响大，在其冷却过程中交换热量同时流阻也显著增加的问题。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种高效冷却防爆电机外壳冷却装置，其特征是，包括一个冷却装置用于冷却非牛顿流体冷却液、一个冷却液搅拌装置用于非牛顿流体冷却液进行搅拌使其快速冷却、一个电机冷却壳其内部空间用于安装电机部件并且通过非牛顿流体冷却液快速的吸收电机产生的热量通过、循环输出泵用于将非牛顿流体冷却液从电机冷却壳输入热交换后将其输送到冷却装置进行冷却；所述冷却装置和冷却液搅拌装置连接，冷却液搅拌装置通过循环输出泵和电机冷却壳连接，电机冷却壳和冷却装置连接，电机冷却壳套装在防爆电机上。

2.根据权利要求1所述的一种高效冷却防爆电机外壳冷却装置，其特征是，所述冷却装置包括壳管式冷凝器、气液分离器、活塞式压缩机、油分离器、冷却箱、贮液器、干燥过滤器、温度传感器、电磁阀、热力膨胀阀；

所述冷却箱的内部设置有呈弯曲成螺旋状的冷却管，冷却管用于冷却冷却箱内非牛顿流体冷却液，所述冷却管通过干燥过滤器、压力表及阀门和气液分离器连接，所述气液分离器通过管道和活塞式压缩机连接，活塞式压缩机通过油分离器与壳管式冷凝器连接，壳管式冷凝器一端通过水泵和水箱连接，壳管式冷凝器通过阀门和贮液器连接，所述贮液器另一端通过依次贮液器、干燥过滤器、电磁阀、制冷剂流量计、热力膨胀阀与冷却管连接。

3.根据权利要求1所述的一种高效冷却防爆电机外壳冷却装置，其特征是，所述冷却液搅拌装置包括电机、变速器、搅拌叶轮、筒体、纵向搅拌轮、纵向搅拌轮横轴、中心轴、压盖、压簧、冷却液输出口、圆弧板安装座、圆弧板；所述筒体通过法兰、螺纹等连接方式和冷却箱连接，使其内部容器空间相通，所述筒体的内部中心位置安装有中心轴，所述中心轴的上端固定安装有安装座，所述安装座的左右两侧对称固定连接有纵向搅拌轮横轴，所述纵向搅拌轮横轴的端部安装有纵向搅拌轮，纵向搅拌轮套装在纵向搅拌轮横轴上，纵向搅拌轮和纵向搅拌轮横轴之间设置有滚动轴承，滚动轴承的两端设置有密封盖板，所述安装座的前后两侧固定对称固定安装有圆弧板连接座，所述圆弧板连接座的前端部固定安装有圆弧板，第一圆弧板的前端和筒壁内表面接触连接，第二圆弧板前端和冷却液输出口内表面接触连接，所述安装座的下端和支撑套连接，支撑套穿过中心轴固定安装在筒体的中心位置，起到密封作用；所述支撑套的侧面固定安装有4个搅拌叶轮，中心轴的下端和变速器通过销轴固定连接，变速器通过联轴器和电机固定连接；电机、变速器、筒体及和冷却装置固定安装在底座上。

4.根据权利要求1所述的一种高效冷却防爆电机外壳冷却装置，其特征是，所述电机冷却壳包括混料仓、振动输出转换座、振动源安装座、振动输出源、电机冷却壳本体、振动片、封盖；

所述电机冷却壳本体的一侧面安装有用于接收循环输出泵输入非牛顿流体冷却液的缓存混料仓，缓存混料仓和电机冷却壳的内腔相通，电机冷却壳本体的另一侧面设置有封盖，所述封盖或者电机冷却壳本体开设有用于热交换后非牛顿流体冷却液输出的输出口，输出口通过管道和冷却液搅拌装置的冷却箱相通，所述电机冷却壳本体的外部上端安装有振动源安装座，所述振动源安装座通过螺栓和振动输出源固定连接，所述振动源安装座的下端固定连接有振动输出转换座，所述振动输出转换座固定安装在电机冷却壳本体的内腔壁上，振动输出转换座的下表面设置有一排振动片。

5.根据权利要求4所述的一种高效冷却防爆电机外壳冷却装置，其特征是，所述振动片和垂直中心线的角度a为30-60度。

6.根据权利要求4所述的一种高效冷却防爆电机外壳冷却装置，其特征是，所述振动输出源为压电陶瓷片，压电陶瓷片和输入电源连接。

7.根据权利要求4所述的一种高效冷却防爆电机外壳冷却装置，其特征是，所述振动片的表面开设有均布的搅拌孔，所述搅拌孔可以圆形、方形、三角形、多边形任意一种或多种组合。

8.根据权利要求1所述的一种高效冷却防爆电机外壳冷却装置，其特征是，所述非牛顿流体冷却液是由按质量比1～5％羧甲基纤维素、30～50%无机盐、1～5％纳米颗粒、其余为去离子水组成；所述纳米颗粒为Al₂O₃、Cu、石墨烯的其中一种或多种组合；所述无机盐为氯化钙、氯化镁其中的一种或结合。

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