CN114876878B - 一种磁悬浮风机风冷冷却方法及其冷却装置 - Google Patents

一种磁悬浮风机风冷冷却方法及其冷却装置 Download PDF

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Abstract

本发明耐火浇注料输送技术领域，具体涉及一种磁悬浮风机风冷冷却方法及其冷却装置；本发明包括壳体组件、和设置在壳体组件上的冷却组件，壳体组件包括依次连接安装的涡管、前端盖、罩体和后端盖，冷却组件包括喷管、电控喷嘴、联结管、冷却管、红外传感器、制冷装置和排气管，罩体上密布有连通其内、外的喷管，喷管处于罩体内部的管口处设有的喷嘴，所有喷管处于罩体外端的管口通过联结管并联式连通，罩体的内壁上对称地分布有一组红外传感器，联结管通过冷却管与制冷装置的冷气出口连接，排气管设置在后端盖上；本发明能够有效地解决现有技术存在设备维护成本高和输送效果不佳等问题。

Description

一种磁悬浮风机风冷冷却方法及其冷却装置
技术领域
本发明涉及风机冷却技术领域，具体涉及一种磁悬浮风机风冷冷却方法及其冷却装置。
背景技术
磁悬浮鼓风机又称磁悬浮单级高速离心式鼓风机，在污水处理主要作用是往水中曝气来提高水中氧气的含量，从而除铁、除锰或促进需氧微生物降解有机物，达到除去可氧化沉淀的物质的目的。磁悬浮鼓风机（magnetic levitation blower）是采用磁悬浮轴承的透平设备的一种。其主要结构是鼓风机叶轮直接安装在电机轴延伸端上，而转子被垂直悬浮于主动式磁性轴承控制器上，不需要增速器及联轴器，实现由高速电动机直接驱动。由变频器来调速的单级高速离心鼓风机，其核心是磁悬浮轴承和永磁电机技术。
磁悬浮鼓风机是一种输送气体的机械设备，其采用磁悬浮轴承、三元流叶轮、高速永磁同步电机、高效变频器调速、智能化监测控制等核心技术，启动时先悬浮后旋转，无摩擦，无需润滑，三元流叶轮与转子直联，传动零损失。磁悬浮鼓风机采用无接触、无机械摩擦的磁悬浮轴承和高速大功率永磁同步电机，直接驱动高效流体叶轮，克服了传统鼓风机和气悬浮鼓风机的缺点，具有效率高、噪音低、故障少、不需润滑系统等优点，即使磁悬浮轴承发生了故障，依靠系统中的保护轴承，仍然可以使高速旋转的转子安全停机，不会导致设备的严重损坏。
在申请号为：CN202022562781.7的专利文件中公开了一种磁悬浮风机风冷冷却装置，包括：冷却壳体，所述冷却壳体内设有若干散热风扇，所述冷却壳体上端旋转安装在壳体支撑板上，所述冷却壳体外侧设有防护挡板，所述壳体支撑板下端固定在冷却支架上，所述壳体支撑板与冷却支架上之间设有加强支架，所述冷却壳体中部设有旋转支撑架，所述旋转支撑架一端旋转安装在冷却壳体上，所述旋转支撑架另一端卡设安装在壳体支撑板上，所述壳体支撑板下端设有角度调节槽，所述角度调节槽内设有若干角度调节卡齿，所述旋转支撑架卡设在角度调节卡齿之间，本发明可以根据不同的虚脱已调整吹风方向，可以更好的对风机电机进行散热冷却，能够有效保证风机电机的稳定运行。
但是，其在实际应用的过程中仍存在以下不足：
第一，散热效率较低，不能快速且长时间降温，因为空气的热阻大，其又是单纯的只依靠自然常温的空气冷却。
第二，散热效果较差，因为其不能精确控温，并且还需要使用者手动去调整吹风方向。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种磁悬浮风机风冷冷却装置，包括壳体组件和设置在壳体组件上的冷却组件；
所述壳体组件包括依次连接安装的涡管、前端盖、罩体和后端盖。
更进一步地，所述冷却组件包括喷管、电控喷嘴、联结管、冷却管、红外传感器、制冷装置和排气管，所述罩体上密布有连通其内、外的喷管，所述喷管处于罩体内部的管口处设有的喷嘴，所有所述喷管处于罩体外端的管口通过联结管并联式连通，所述罩体的内壁上对称地分布有一组红外传感器，所述联结管通过冷却管与制冷装置的冷气出口连接，所述排气管设置在后端盖上。
更进一步地，所述喷嘴与喷管之间通过万向管连接，所述万向管上设有用于驱动其弯曲的电动气囊，所述喷管上均设置有电磁流量阀。
更进一步地，所述电动气囊的内部还对称的设有一组沿轴向上的感温杆，所述感温杆采用具有全程记忆效应的温度记忆合金材料制成，所述万向管内部的管体呈输入端窄且输出端宽的形状，并且所述万向管内侧的管壁还呈流线型的弧状。
更进一步地，所述电动气囊内、外侧的表面均设有防割层，并且所述防割层采用和电动气囊均采用不隔温的材料制成，所述感温杆始终向着温度高的一侧弯曲。
更进一步地，所述制冷装置采用气泵加涡流管的组合或者是半导体制冷器加散热风扇的组合中的任意一，所述排气管内部设置有特斯拉单向阀一样的结构，所述制冷装置的输入端还依次连接有送风泵和干燥除尘过滤器。
更进一步地，所述排气管与制冷装置的输入端之间还依次连接有回收泵和储气罐。
更进一步地，所述干燥除尘过滤器中还设有用于驱动其内部动力机构的斯特林发动机，所述斯特林的发动机的热源取自于制冷装置排放的热量。
一种磁悬浮风机风冷冷却装置的冷却方法，包括以下步骤：
S1，将红外传感器、电动气囊、电磁流量阀、送风泵、回收泵、制冷装置、干燥除尘过滤器和斯特林发动机均电信号连接至外部控制器上，并由外部电源供电；
S2，外部控制器通过红外传感器实时监测设置在壳体组件内部磁悬浮风机上各个绕组所在空间区域的温度情况；
S3，外部控制器指令电磁阀开启，指令干燥除尘过滤器、制冷装置、送风泵和回收泵启动；
S4，外部控制器指令各个电动气囊启动，从而让指定的喷嘴向指定的方向弯曲指定的角度，从而实现对磁悬浮风机上不同区域喷射不同流量的冷气，即实现对磁悬浮风机上不同温度区域进行针对且精确地输送冷气，从而让磁悬浮风机上各个绕组的各个区域的温度始终保持相等的状态，从而让各个绕组对外施加的磁场是相同的，即各个绕组上的电流为等相位差的正弦函数，从而确保磁悬浮风机的转子轴不会受到较大的受力不均；
S5，回收泵将罩体内部的低温废热气体抽出并经过储气罐后重新返回制冷装置的输入端，从而降低制冷装置后续制冷时所需的能耗，同样也间接的降低干燥除尘过滤器后续所需的能耗。
更进一步地，在所述S1~S4中，电动气囊内部的感温杆是作为电动气囊的后备，以防止电动气囊出现故障后万向管不能实现向高温区域弯曲的动作。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
本发明通过增加壳体组件和设置在壳体组件上的冷却组件，冷却组件包括喷管、电控喷嘴、联结管、冷却管、红外传感器、制冷装置和排气管，喷嘴与喷管之间通过万向管连接，万向管上设有用于驱动其弯曲的电动气囊，喷管上均设置有电磁流量阀，电动气囊的内部还对称的设有一组沿轴向上的感温杆，感温杆采用具有全程记忆效应的温度记忆合金材料制成，感温杆始终向着温度高的一侧弯曲的，制冷装置采用气泵加涡流管的组合或者是半导体制冷器加散热风扇的组合中的任意一，排气管内部设置有特斯拉单向阀一样的结构，制冷装置的输入端还依次连接有送风泵和干燥除尘过滤器的设计。
这样外部控制器便可以通过红外传感器实时且全面地监测磁悬浮风机上各个部位的温度，然后针对性地指令各个万向管向着指定方向弯曲，从而使得磁悬浮风机上不同温度的部位得到不同流量的干燥低温空气进行针对性的冷却，从而使得磁悬浮风机上各处的温度都能在允许范围内保持相同，这可以确保各个绕组对外施加的磁场是相同的（即各个绕组上电流的公式为等相位差的同一正弦函数），不仅可以确保各个绕组上的老化损耗程度是相同的，也可以确保转子轴在径向上不会受到较大的受力不均。
从而达到令本发明对磁悬浮风机具备更高散热效率的效果；以及达到令本发明对磁悬浮风机具备更好的散热效果。
附图说明
图1为本发明第一视角下的直观图。
图2为本发明第二视角下罩体的直观图。
图3为本发明第三视角下喷管、万向管和电控喷嘴的爆炸视图。
图4为本发明第四视角下万向管完全伸直时的剖视图。
图5为本发明的电动气囊的部分剖视截面图。
图6为本发明中电动气囊经过部分剖视后其内部感温杆的一种分布示意图。
图7为图1中A区域的放大图。
图8为图2中B区域的放大图。
图中的标号分别代表：
100-壳体组件；101-涡管；102-前端盖；103-罩体；104-后端盖；
200-冷却组件；201-喷管；202-电控喷嘴；203-联结管；204-冷却管；205-红外传感器；206-制冷装置；207-排气管；208-万向管；209-电动气囊；210-电磁流量阀；211-感温杆；212-防割层；
2061-送风泵；2062-干燥除尘过滤器；
300-回收泵；301-储气罐。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
本实施例的一种磁悬浮风机风冷冷却装置，参照图1-8：包括壳体组件100和设置在壳体组件100上的冷却组件200。
磁悬浮风机设置在壳体组件100的内部，壳体组件100包括依次连接安装的涡管101、前端盖102、罩体103和后端盖104。
冷却组件200包括喷管201、电控喷嘴202、联结管203、冷却管204、红外传感器205、制冷装置206和排气管207，罩体103上密布有连通其内、外的喷管201，喷管201处于罩体103内部的管口处设有的喷嘴，所有喷管201处于罩体103外端的管口通过联结管203并联式连通，罩体103的内壁上对称地分布有一组红外传感器205，联结管203通过冷却管204与制冷装置206的冷气出口连接，排气管207设置在后端盖104上。
其中，红外传感器205用于监测壳体组件100内部磁悬浮风机上各处的温度。
喷嘴与喷管201之间通过万向管208连接，万向管208上设有用于驱动其弯曲的电动气囊209，喷管201上均设置有电磁流量阀210。
电动气囊209的内部还对称的设有一组沿轴向上的感温杆211，感温杆211采用具有全程记忆效应（加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状）的温度记忆合金材料制成，万向管208内部的管体呈输入端窄且输出端宽的形状，并且万向管208内侧的管壁还呈流线型的弧状（这是基于空气倍增效应的原理进行设计，这样可以使得电控喷嘴202喷出的冷气以牺牲一部分风速而换取更大风量的效果，不仅可以使得喷出的冷气更加全面的覆盖在磁悬浮风机上，而且还可以降低冷气流对转子轴的干扰）。
电动气囊209内、外侧的表面均设有防割层212（这样可以避免感温杆211在完全过程划伤、刺伤电动气囊209），并且防割层212采用和电动气囊209均采用不隔温的材料制成，这样可以确保感温杆211能够实时感知外界的温度，感温杆211始终向着温度高的一侧弯曲。
值得注意的是：电动气囊209之间彼此相互独立，并且均由外部的气泵提供气源动力。
制冷装置206采用气泵加涡流管的组合或者是半导体制冷器加散热风扇的组合中的任意一，排气管207内部设置有特斯拉单向阀一样的结构（这样可以避免排气管207中的气体发生倒流）。
制冷装置206的输入端还依次连接有送风泵2061和干燥除尘过滤器2062，这样便可以将外界的空气进行干燥和过滤后送入制冷装置206进行制冷，从而使得电控喷嘴202向磁悬浮风机喷出干燥的冷空气。
排气管207与制冷装置206的输入端之间还依次连接有回收泵300和储气罐301，这样可以降低制冷装置206的能耗，同时也可以降低干燥除尘过滤器2062的能耗。
在本实施例中，制冷装置206采用气泵加涡流管组合方式，其中涡流管制冷的原理为：气泵通过向涡流管的进气端通入压缩空气，气流经过收敛形的喷嘴不断膨胀加速以音速沿切线方向进入圆型管子内腔并沿着同口径的管道扩散形成高速旋转的涡流，从管道的截面看，内圈气流的旋转角速度大于外圈气流的旋转角速度，于是内外圈的涡流由于角速度不同而发生摩擦，实际就是内圈高速旋转的涡流靠摩擦力在帮动外圈的涡流低速旋转，结果就是内圈涡流的气体内能不断转换为旋转的动能，由于内圈旋涡的气体内能不断减少，所以温度降低，相应的外圈的气体不断因摩擦获得动能维持旋转，同时气体的能也不断新增加导致温度升高，如此来管子里就交成了内圈的低温涡流和外圈的高温涡流同时向有锥形塞的出回一端护散，到达出口时，热气流从锥形塞边缘的缝隙逃逸而冷气涡流则被锥彩的塞子阳挡，由于冷气流无处可逃越攒越多压强升高，便从反方向的冷气出口被压了出去。
由于涡流管制冷系统中没有任何运动部件，同时也不需要额外的电力和冷却剂的供应，而是仅仅需要压缩空气即可，这使得制冷装置内部的系统构造十分简单且可靠；此外，外部控制器还可以通过调节涡流管上进气端的阀门开度大小来调节其输出冷气的温度。
因为磁悬浮风机上有各种电器零部件，所以在对其进行冷却时必须保证其始终处于干燥的环境中，否则磁悬浮风机就会因所处环境湿度大而发生漏电等危险故障，所以需要在制冷装置206的进气端增加相应干燥工序，从而使得制冷装置206提供给磁悬浮风机的是干燥的冷空气。
此外，冷气在对磁悬浮风机进行冷却时，气流灰不断地与磁悬浮风机和壳体组件100之间产生摩擦，从而使得气体中的灰尘被磁悬浮风机和壳体组件100上的静电所吸引而聚集，这些附着的灰尘不仅存在引起磁悬浮风机短路或接触不良的潜在风险，同时也会对红外传感器205的检测精度造成干扰，同时也会对感温杆自动感温变形能力造成干扰（因为灰尘灰附着在电动气囊的表面，从而提升了电动气囊的隔热能力，从而降低感温杆随温度变形的灵敏度）。
在本实施例中，干燥除尘过滤中的除尘过滤部分采用静电集尘的原理进行设计，具体原理为：含有粉尘颗粒的气体，在接有高压直流电源的阴极线(又称电晕极)和接地的阳极板之间所形成的高压电场通过时，由于阴极发生电晕放电、气体被电离，此时，带负电的气体离子，在电场力的作用下，向阳板运动，在运动中与粉尘颗粒相碰，则使尘粒荷以负电，荷电后的尘粒在电场力的作用下，亦向阳极运动，到达阳极后，放出所带的电子，尘粒则沉积于阳极板上，而得到净化的气体排出防尘器外。
干燥除尘过滤器2062中还设有用于驱动其内部动力机构的斯特林发动机，斯特林的发动机的热源取自于制冷装置206排放的热量，这样充分利用能源，从而降低本发明的整体能耗。这是因为斯特林发动机是一种热机，其工作过程分为四个阶段：等温膨胀、等容放热、等温压缩和等容吸热四个依次构成闭循环过程；主要有阿尔法、贝塔、伽马几种结构类型，还有自由活塞型、双作用平膜片型等。
一种磁悬浮风机风冷冷却装置的冷却方法，包括以下步骤：
S1，将红外传感器205、电动气囊209、电磁流量阀210、送风泵2061、回收泵300、制冷装置206、干燥除尘过滤器2062和斯特林发动机均电信号连接至外部控制器上，并由外部电源供电。
S2，外部控制器通过红外传感器205实时监测设置在壳体组件100内部磁悬浮风机上各个绕组所在空间区域的温度情况。
S3，外部控制器指令电磁阀开启，指令干燥除尘过滤器2062、制冷装置206、送风泵2061和回收泵300启动。
S4，外部控制器指令各个电动气囊209启动，从而让指定的喷嘴向指定的方向弯曲指定的角度，从而实现对磁悬浮风机上不同区域喷射不同流量的冷气，即实现对磁悬浮风机上不同温度区域进行针对且精确地输送冷气，从而让磁悬浮风机上各个绕组的各个区域的温度始终保持相等的状态，从而让各个绕组对外施加的磁场是相同的，即各个绕组上的电流为等相位差的正弦函数，从而确保磁悬浮风机的转子轴不会受到较大的受力不均。
S5，回收泵300将罩体103内部的低温废热气体抽出并经过储气罐301后重新返回制冷装置206的输入端，从而降低制冷装置206后续制冷时所需的能耗，同样也间接的降低干燥除尘过滤器2062后续所需的能耗。
值得注意的是：在S1~S4中，电动气囊209内部的感温杆211是作为电动气囊209的后备，以防止电动气囊209出现故障后万向管208不能实现向高温区域弯曲的动作。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种磁悬浮风机风冷冷却装置，其特征在于：包括壳体组件(100)和设置在壳体组件(100)上的冷却组件(200)；
所述壳体组件(100)包括依次连接安装的涡管(101)、前端盖(102)、罩体(103)和后端盖(104)；
所述冷却组件(200)包括喷管(201)、电控喷嘴(202)、联结管(203)、冷却管(204)、红外传感器(205)、制冷装置(206)和排气管(207)，所述罩体(103)上密布有连通其内、外的喷管(201)，所述喷管(201)处于罩体(103)内部的管口处设有的喷嘴，所有所述喷管(201)处于罩体(103)外端的管口通过联结管(203)并联式连通，所述罩体(103)的内壁上对称地分布有一组红外传感器(205)，所述联结管(203)通过冷却管(204)与制冷装置(206)的冷气出口连接，所述排气管(207)设置在后端盖(104)上；
所述喷嘴与喷管(201)之间通过万向管(208)连接，所述万向管(208)上设有用于驱动其弯曲的电动气囊(209)，所述喷管(201)上均设置有电磁流量阀(210)；
所述电动气囊(209)的内部还对称的设有一组沿轴向上的感温杆(211)，所述感温杆(211)采用具有全程记忆效应的温度记忆合金材料制成，所述万向管(208)内部的管体呈输入端窄且输出端宽的形状，并且所述万向管(208)内侧的管壁还呈流线型的弧状。
2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮风机风冷冷却装置，其特征在于，所述电动气囊(209)内、外侧的表面均设有防割层(212)，并且所述防割层(212)和电动气囊(209)均采用不隔温的材料制成，所述感温杆(211)始终向着温度高的一侧弯曲。
3.根据权利要求2所述的一种磁悬浮风机风冷冷却装置，其特征在于，所述制冷装置(206)采用气泵加涡流管的组合或者是半导体制冷器加散热风扇的组合中，所述排气管(207)内部设置有特斯拉单向阀一样的结构，所述制冷装置(206)的输入端还依次连接有送风泵(2061)和干燥除尘过滤器(2062)。
4.根据权利要求3所述的一种磁悬浮风机风冷冷却装置，其特征在于，所述排气管(207)与制冷装置(206)的输入端之间还依次连接有回收泵(300)和储气罐(301)。
5.根据权利要求4所述的一种磁悬浮风机风冷冷却装置，其特征在于，所述干燥除尘过滤器(2062)中还设有用于驱动其内部动力机构的斯特林发动机，所述斯特林的发动机的热源取自于制冷装置(206)排放的热量。
6.根据权利要求5所述的一种磁悬浮风机风冷冷却装置的冷却方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将红外传感器(205)、电动气囊(209)、电磁流量阀(210)、送风泵(2061)、回收泵(300)、制冷装置(206)、干燥除尘过滤器(2062)和斯特林发动机均电信号连接至外部控制器上，并由外部电源供电；
S2，外部控制器通过红外传感器(205)实时监测设置在壳体组件(100)内部磁悬浮风机上各个绕组所在空间区域的温度情况；
S3，外部控制器指令电磁流量阀(210)开启，指令干燥除尘过滤器(2062)、制冷装置(206)、送风泵(2061)和回收泵(300)启动；
S4，外部控制器指令各个电动气囊(209)启动，从而让指定的喷嘴向指定的方向弯曲指定的角度，从而实现对磁悬浮风机上不同区域喷射不同流量的冷气，即实现对磁悬浮风机上不同温度区域进行针对且精确地输送冷气，从而让磁悬浮风机上各个绕组的各个区域的温度始终保持相等的状态，从而让各个绕组对外施加的磁场是相同的，即各个绕组上的电流为等相位差的正弦函数，从而确保磁悬浮风机的转子轴不会受到较大的受力不均；
S5，回收泵(300)将罩体(103)内部的低温废热气体抽出并经过储气罐(301)后重新返回制冷装置(206)的输入端，从而降低制冷装置(206)后续制冷时所需的能耗，同样也间接的降低干燥除尘过滤器(2062)后续所需的能耗。
7.根据权利要求6所述的一种磁悬浮风机风冷冷却装置的冷却方法，其特征在于，在所述S1～S4中，电动气囊(209)内部的感温杆(211)是作为电动气囊(209)的后备，以防止电动气囊(209)出现故障后万向管(208)不能实现向高温区域弯曲的动作。
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