CN114173505B - 一种大水深用双层接触式导热大功率电源承压壳体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大水深用双层接触式导热大功率电源承压壳体,包含后密封盖板、外金属壳体、内复合壳体、前密封盖板及橡胶蒙皮导流罩;外金属壳体包含圆壳、环筋和导轨,内复合壳体由金属外八面筒体段和非金属玻璃钢段及不锈钢密封面段固化成型,包括不锈钢密封段、绝缘玻璃钢段、引导支撑滚轮、铝合金安装面及铝合金内壳体;前密封盖板与后密封盖板将外金属壳体与内复合壳体密封,且在密封盖板外侧设置有橡胶蒙皮导流罩。本发明的壳体可以明显改善水下电源模块发热元器件的导热状态,降低承压壳体加工难度,提高加工面精度和粗糙度,并便于电装、检修的大功率电源承压壳体。

Description

一种大水深用双层接触式导热大功率电源承压壳体
技术领域
本发明属于海洋探测工程技术领域,具体涉及一种大水深用双层接触式导热大功率电源承压壳体。
背景技术
在海洋拖曳地质探测和透地电磁通信领域,经常需要使用大功率电源进行大水深电场发射,进而获取海底地质信息或完成海底电磁通信信号发射任务。目前的常见的大水深水下承压壳体的一种散热方式是将电源模块所有元器件,先安装到一个长条形固定支架上,再电装完成后整体装入一个水密承压壳体中,最后从两端进行密封,这种结构的壳体只适用功率较小的发射电源,该种结构发热元件不予壳体接触,主要发热元件的散热原理是发热元件工作时将热量直接传到至与之贴合的铝合金多片式散热板上,然后自然散热或通过在散热板旁边加装风扇对散热板进行风冷快速散热,此后密封壳体内气温也随之上升,再与承压壳体进行热交换后将热量传导至海水中,由于空气导热性很差,因此该种方式传热速度很低。
另一种是直接将电源模块单元安装基板贴合安装在耐压壳体的内平面表面上,这样发热元件的主要散热从第一种方式以空气为媒介传导变为了直接由壳体结构传导入海水中,效率将大大提高。理论上该方法效果散热很好,但是实际上由于电源模块单元各元器件之间的接线复杂,不可能直接将元器件安装在承压壳体内腔平面上(内部空间狭小难以操作),一般是先将各一个模块单元的元器件先安装到一块大的平面铝合金基板上,待该基板电装完后,再将整体装入承压壳体内使用螺钉固定基板。一般该种电源的模块单元数多达数十组。此外为了防止高压元器件意外击穿可能造成壳体漏电的风险发生,一般在发热元件和基板之间还要垫衬绝缘硅胶垫,该类硅胶垫的导热效率极低,一般只有铝合金的2%左右;由于1个水下电源的模块单元多达数十组,因此对应承压壳体内安装平面要求的数量也多达10个面,且其尺寸大(长度可达1.5米),机床工作端或刀具伸入壳体内腔加工出较高精度平面的难度很大,造成实际的安装面平面度误差很大,无法与铝合金基板大面积贴合,即使涂抹导热硅脂效果也不佳,且加工成本成数倍增加。综上因素实际导热效果并不好,且该种内腔电装结构也给后续检查维修带来很大困难。
此外如采用电源舱主动式水循环散热,往往需要在舱体内通入冷却海水,由于一般该种电源工作深度处压力非常大(几兆帕到几十兆帕),一般的铜管及循环水泵都无法满足条件,且内部管道布置结构也很复杂,一旦连接管路出现漏水问题,整个电源舱将全部报废,应用成本高,风险较大。
为此,针对大功率水下电源工作时发热量大,散热效率要求高的问题,有必要设计一种新的被动式的导热效果好,便于加工且容易达到较高精度,也更容易电装和维修的水下大功率电源承压壳体结构。
发明内容
有鉴于此,本文发明了一种大水深用双层接触式导热大功率电源承压壳体,可以明显改善水下电源模块发热元器件的导热状态,降低承压壳体加工难度,提高加工面精度和粗糙度,并便于电装、检修的大功率电源承压壳体。
大水深用双层接触式导热大功率电源承压壳体,包含后密封盖板、外金属壳体、内复合壳体、前密封盖板及橡胶蒙皮导流罩;其中,外金属壳体包含圆壳、环筋和导轨,环筋成型于圆壳内表面、导轨安装于环筋内表面;内复合壳体由金属外八面筒体段和非金属玻璃钢段及不锈钢密封面段固化成型,包括不锈钢密封段、绝缘玻璃钢段、引导支撑滚轮、铝合金安装面及铝合金内壳体;外金属壳体的导轨与内复合壳体的引导支撑滚轮滑动配合,将外金属壳体与内复合壳体装配为一体,前密封盖板与后密封盖板将外金属壳体与内复合壳体密封,且在密封盖板外侧设置有橡胶蒙皮导流罩。
进一步的,外金属壳体包括有多条环筋,且环筋包括安装凹槽面和螺纹孔。
进一步的,导轨有两条,且导轨的安装面与环筋的安装凹槽面装配贴合。
进一步的,环筋与圆壳焊接定位。
进一步的,不锈钢密封段有两段,分别设置于内复合壳体的前后两端;
进一步的,不锈钢密封段与铝合金内壳体的毛坯加工后开设有镶嵌槽;玻璃钢连接段借助镶嵌槽连接于不锈钢密封段与铝合金内壳体之间。
进一步的,电源模块的主要发热元器件直接通过螺钉固定在铝合金安装面上,其他发热量少的元器件集成于一块安装基板后整体安装在铝合金安装面上。
进一步的,电源模块元器件与铝合金安装面的贴合面之间涂抹导热硅脂。
有益效果:
1.内复合壳体由金属外八面筒体段和非金属玻璃钢段及不锈钢密封面段固化成型,具备导热能力强、耐腐蚀性好、安装便捷、与外壳体绝缘性好的优点。
2.使用不锈钢材质的密封面提高了密封防腐蚀能力,采用滚轮配合导轨的安装方式,可在满足使用条件的同时大大降低对导轨加工精度的要求。
3、解决了传统大功率水下电源承压壳体结构导热不良的问题及原结构电装、检修十分困难的问题。
综上所述,新发明的水下电源承压壳体能显著提高电源舱的换热效率,综合加工装配后性价比高。
附图说明:
图1是该传统结构的水下电源总体结构示意图(共8组模块单元,只示意两组);
图2是该发明的总体结构安装图;
图3是该发明的内复合壳体结构示图;
图4是该发明的外金属壳体示图。
其中,1承压壳体、2接触式导热安装平面(共8个面)、3高压模块单元(共8块)、4模块单元固定螺钉、5后密封盖板、6外金属壳体、7高压电源模块、8内复合壳体、9低压电源模块、10前密封盖板、11橡胶蒙皮导流罩、12不锈钢密封段、13绝缘玻璃钢段、14引导支撑滚轮、15铝合金安装面、16铝合金内壳体、17筒壳、18环筋、19导轨。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种大水深用双层接触式导热大功率电源承压壳体,包含后密封盖板5、外金属壳体6、内复合壳体8、前密封盖板10、橡胶导流罩11。
其中外金属壳体6包含圆壳17、环筋18和导轨19,其中外金属壳体6包括有多条环筋18,且环筋18包括安装凹槽面和螺纹孔;导轨19有两条,导轨19的安装面与环筋18的安装凹槽面装配贴合;环筋18与圆壳17焊接定位。其安装过程为:先将环筋18与两条导轨19安装好后(通过工艺保证环筋凹槽面与导轨安装面贴合良好),整体装入圆壳17中,再对环筋进行焊接定位,从而完成外金属壳体结构制造。
内复合壳体8的结构组成包括:不锈钢密封段12、绝缘玻璃钢段13、引导支撑滚轮14、铝合金安装面15及铝合金内壳体16。内复合壳体由金属外八面筒体段和非金属玻璃钢段及不锈钢密封面段固化成型,具备导热能力强、耐腐蚀性好、安装便捷、与外壳体绝缘性好的优点。
其中不锈钢密封段12有两段,分别设置于内复合壳体的前后两端;不锈钢密封段12与铝合金内壳体16的毛坯加工后开设有镶嵌槽;玻璃钢连接段13连接于不锈钢密封段12与铝合金内壳体16之间,绝缘玻璃钢段13将安装有高压元器件的铝合金内壳体结构与人员能接触到的外金属壳体6进行了隔离,避免了高压元件故障可能带来的漏电风险。
8个电源模块的主要发热元器件直接通过螺钉固定在铝合金安装面15上,贴合面之间涂抹导热硅脂,其他发热量少的元器件集成于一块安装基板后整体安装在铝合金安装面15上。
内复合壳体8安装过程为:将前后两端不锈钢密封段12的毛坯及铝合金内壳体16的毛坯加工好镶嵌槽并定位后,在其之间在制作玻璃钢连接段13,等待固化成型并简单打磨后完成内复合壳体8的整体成型,随后精车不锈钢密封段的密封面,铣削、磨削8个电源模块的铝合金安装面15,将内复合壳体8从两端支撑后开始进行电装,电装时,8个电源模块的主要发热元器件如IGBT、变压器、晶闸管等元件,直接通过螺钉固定铝合金安装面15上,贴合面之间涂抹导热硅脂,其他发热量少的元器件可使用一块安装基板组装好后整体安装在铝合金安装面15上,最后再完成电装。
外金属壳体6的导轨19与内复合壳体8的引导支撑滚轮14滑动配合,借助导轨19和引导支撑滚轮14将电装完成的内复合壳体8推入外金属壳体6内腔。
最后,完成前后密封盖板5、10的装配,最后再安装橡胶蒙皮导流罩11。
元器件的导热工作过程:
电源工作时,高、中发热元件的大部分热量通过与之贴合的铝合金安装面15直接导出到铝合金内壳体16的内腔面,与流动海水进行热交换,橡胶蒙皮导流罩11利用结构水动力特点提高了内复合壳体6的内腔水流的流速,提高了壳体的换热速率;发热元件另一部分热量通过密封壳体内空气传导至外金属壳体6上进行传热,进一步提高了电源承压舱整体的散热能力。
其中内复合壳体由金属外八面筒体段和非金属玻璃钢段及不锈钢密封面段固化成型,具备导热能力强、耐腐蚀性好、安装便捷、与外壳体绝缘性好的优点。使用不锈钢材质的密封面提高了密封防腐蚀能力,采用滚轮配合导轨的安装方式,可在满足使用条件的同时大大降低对导轨加工精度的要求。
综上所述,新发明的水下电源承压壳体能显著提高电源舱的换热效率,综合加工装配后性价比高。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大水深用双层接触式导热大功率电源承压壳体,其特征在于:该壳体包含后密封盖板、外金属壳体、内复合壳体、前密封盖板及橡胶蒙皮导流罩;
其中,外金属壳体包含圆壳、环筋和导轨,环筋成型于圆壳内表面、导轨安装于环筋内表面;
内复合壳体由金属外八面筒体段和非金属玻璃钢段及不锈钢密封面段固化成型,包括不锈钢密封段、绝缘玻璃钢段、引导支撑滚轮、铝合金安装面及铝合金内壳体;
外金属壳体的导轨与内复合壳体的引导支撑滚轮滑动配合,将外金属壳体与内复合壳体装配为一体;
前密封盖板与后密封盖板将外金属壳体与内复合壳体密封,且在密封盖板外侧设置有橡胶蒙皮导流罩;
电源模块的主要发热元器件直接通过螺钉固定在铝合金安装面上,其他发热量少的元器件集成于一块安装基板后整体安装在铝合金安装面上;所述发热元器件的一部分热量通过与之贴合的铝合金安装面直接导出到铝合金内壳体的内腔面,与流动海水进行热交换;发热元器件另一部分热量与外金属壳体进行热交换。
2.根据权利要求1所述的一种大水深用双层接触式导热大功率电源承压壳体,其特征在于:外金属壳体包括有多条环筋,且环筋包括安装凹槽面和螺纹孔。
3.根据权利要求2所述的一种大水深用双层接触式导热大功率电源承压壳体,其特征在于:导轨有两条,且导轨的安装面与环筋的安装凹槽面装配贴合。
4.根据权利要求2所述的一种大水深用双层接触式导热大功率电源承压壳体,其特征在于:环筋与圆壳焊接定位。
5.根据权利要求1所述的一种大水深用双层接触式导热大功率电源承压壳体,其特征在于:不锈钢密封段有两段,分别设置于内复合壳体的前后两端。
6.根据权利要求1所述的一种大水深用双层接触式导热大功率电源承压壳体,其特征在于:不锈钢密封段与铝合金内壳体的毛坯加工后开设有镶嵌槽。
7.根据权利要求6所述的一种大水深用双层接触式导热大功率电源承压壳体,其特征在于:玻璃钢连接段借助镶嵌槽连接于不锈钢密封段与铝合金内壳体之间。
8.根据权利要求1所述的一种大水深用双层接触式导热大功率电源承压壳体,其特征在于:电源模块元器件与铝合金安装面的贴合面之间涂抹导热硅脂。
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