CN116761407A - 一种用于石油网电钻机的兆瓦级变频器的水冷散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于石油网电钻机的兆瓦级变频器的水冷散热装置，涉及兆瓦级变频器散热技术领域，包括变频机柜，变频机柜内设置有变频器组，变频机柜的顶部设置有散热涡轮扇，还包括覆盖在变频器组上的吸热冷排。本发明采用水冷的方式代替传统的风冷，对兆瓦级变频器进行热传导，降低兆瓦级变频器工作环境温度，从而提升兆瓦级变频器的工作效率；采用蒸发冷凝的方式对冷却液进行散热，并且提升了冷凝液体的回落速度，减少冷凝水在冷凝管内壁附着的时间，让更多的蒸汽与冷凝管内壁直接接触，提升冷凝效果；转动散热片周围的空气会在转动散热片的带动下流动，从而对转动散热片自身进行散热。

Description

一种用于石油网电钻机的兆瓦级变频器的水冷散热装置

技术领域

本发明涉及兆瓦级变频器散热技术领域，具体为一种用于石油网电钻机的兆瓦级变频器的水冷散热装置。

背景技术

逆变器是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成定频定压或调频调压交流的转换器，而石油网电钻机的兆瓦级变频器由于自身需要承受很大的负载，因此发热量非常大，为了保证变频器的正常工作，需要对变频器进行散热。

而现有技术，公开号为CN111447783A的发明专利，公开的一种逆变器用散热模块，该专利技术可以使得送风风扇朝向散热片移动的空气聚集到散热片的中心部而不分散，让更多的空气流动到高温的散热片的中心部，提高散热片的散热效率，但是该散热方案在应用于兆瓦级变频器时，其散热效果捉襟见肘，无法保证兆瓦级变频器的正常工作，会降低兆瓦级变频器的工作效率。

发明内容

为克服上述现有技术的缺陷，本发明提供如下技术方案：一种用于石油网电钻机的兆瓦级变频器的水冷散热装置，包括变频机柜，变频机柜内设置有变频器组，变频机柜的顶部设置有散热涡轮扇，还包括覆盖在变频器组上的吸热冷排，所述变频机柜上还固定安装有外壳，外壳固定安装有涡流旋转箱，涡流旋转箱内壁的底部转动配设有旋转盘，所述外壳内通过支撑架固定安装有蒸发室和冷凝驱动电机，所述涡流旋转箱的表面从下至上四分之三处设置有通孔，该通孔与离心泵的进水口相连，离心泵的出水口通过散热水管与蒸发室内部相连通，吸热冷排的进水口处设置有水泵，该水泵通过进水管与蒸发室内部相连通，所述蒸发室内设置有挡流板，所述蒸发室上转动安装有密封转动环，密封转动环上固定安装有蒸发室盖板，蒸发室盖板上固定安装有冷凝管，冷凝管由两个垂直段和一个倾斜段组成，冷凝管的倾斜段表面固定安装有至少20片转动散热片，转动散热片与冷凝管的垂直截面之间设置有3-7°的夹角，冷凝管远离蒸发室盖板的一端固定安装有密封转动板，所述外壳内还固定安装有汇流环室，汇流环室与密封转动板转动配合，所述汇流环室与蒸发室内部通过回流管连通。

优选地，所述涡流旋转箱内部的边缘还设置有吸热片，吸热片开设有长条槽，吸热片通过导热密封盖板与涡流旋转箱的顶部固定，所述导热密封盖板上固定安装有辅助散热片。

优选地，所述涡流旋转箱的底部固定安装有用于驱动旋转盘转动的旋转驱动电机，吸热冷排的排水口与涡流旋转箱的内部通过排水管连通，排水管远离吸热冷排的一端设置在导热密封盖板的中心位置。

优选地，所述离心泵固定安装在外壳的内壁上。

优选地，所述冷凝驱动电机的输出轴通过带传动机构与密封转动环传动连接。

优选地，所述外壳上开设有进气口，所述外壳上配设有防护框，防护框内转动配设有辅助散热扇，辅助散热扇与蒸发室盖板固定连接。

优选地，所述蒸发室盖板、冷凝管、汇流环室、回流管内部依次连通。

优选地，所述回流管远离汇流环室的一端设置在挡流板的上方。

本发明与现有技术相比具备以下有益效果：（1）本发明采用水冷的方式代替传统的风冷，对兆瓦级变频器进行热传导，降低兆瓦级变频器工作环境温度，从而提升兆瓦级变频器的工作效率；（2）本发明采用蒸发冷凝的方式对冷却液进行散热，并且提升了冷凝液体的回落速度，减少冷凝水在冷凝管内壁附着的时间，让更多的蒸汽与冷凝管内壁直接接触，提升冷凝效果；（3）本发明的转动散热片周围的空气会在转动散热片的带动下流动，从而对转动散热片自身进行散热。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明整体结构侧视图。

图3为本发明外壳结构示意图。

图4为本发明涡流旋转箱内部结构示意图。

图5为本发明旋转盘结构示意图。

图6为本发明吸热片结构示意图。

图7为本发明辅助散热片安装位置图。

图8为本发明冷凝驱动电机处结构示意图。

图9为本发明蒸发室处结构示意图。

图10为本发明蒸发室结构剖视图。

图11为本发明挡流板结构示意图。

图12为本发明转动散热片处结构示意图。

图13为本发明图12中A处结构示意图。

图中：101-吸热冷排；102-排水管；103-进水管；104-辅助散热片；105-导热密封盖板；106-吸热片；107-涡流旋转箱；108-旋转盘；109-旋转驱动电机；110-离心泵；111-散热水管；112-蒸发室；113-冷凝驱动电机；114-带传动机构；115-汇流环室；116-回流管；117-密封转动板；118-冷凝管；119-转动散热片；120-蒸发室盖板；121-密封转动环；122-挡流板；123-辅助散热扇；201-外壳；2011-进气口；202-支撑架；203-防护框；3-变频机柜；4-散热涡轮扇。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明提供一种用于石油网电钻机的兆瓦级变频器的水冷散热装置，包括变频机柜3，变频机柜3内设置有变频器组，变频机柜3的顶部设置有散热涡轮扇4，还包括覆盖在变频器组上的吸热冷排101，变频机柜3上还固定安装有外壳201，外壳201固定安装有涡流旋转箱107，涡流旋转箱107内壁的底部转动配设有旋转盘108，外壳201内通过支撑架202固定安装有蒸发室112和冷凝驱动电机113，涡流旋转箱107的表面从下至上四分之三处设置有通孔，该通孔与离心泵110的进水口相连，离心泵110的出水口通过散热水管111与蒸发室112内部相连通，吸热冷排101的进水口处设置有水泵，该水泵通过进水管103与蒸发室112内部相连通，蒸发室112内设置有挡流板122，蒸发室112上转动安装有密封转动环121，密封转动环121上固定安装有蒸发室盖板120，蒸发室盖板120上固定安装有冷凝管118，冷凝管118由两个垂直段和一个倾斜段组成，冷凝管118的倾斜段表面固定安装有至少20片转动散热片119，转动散热片119与冷凝管118的垂直截面之间设置有3-7°的夹角，冷凝管118远离蒸发室盖板120的一端固定安装有密封转动板117，外壳201内还固定安装有汇流环室115，汇流环室115与密封转动板117转动配合，汇流环室115与蒸发室112内部通过回流管116连通。涡流旋转箱107内部的边缘还设置有吸热片106，吸热片106开设有长条槽，吸热片106通过导热密封盖板105与涡流旋转箱107的顶部固定，导热密封盖板105上固定安装有辅助散热片104。涡流旋转箱107的底部固定安装有用于驱动旋转盘108转动的旋转驱动电机109，吸热冷排101的排水口与涡流旋转箱107的内部通过排水管102连通，排水管102远离吸热冷排101的一端设置在导热密封盖板105的中心位置。离心泵110固定安装在外壳201的内壁上。冷凝驱动电机113的输出轴通过带传动机构114与密封转动环121传动连接。外壳201上开设有进气口2011，外壳201上配设有防护框203，防护框203内转动配设有辅助散热扇123，辅助散热扇123与蒸发室盖板120固定连接。蒸发室盖板120、冷凝管118、汇流环室115、回流管116内部依次连通。回流管116远离汇流环室115的一端设置在挡流板122的上方。

本发明公开的一种用于石油网电钻机的兆瓦级变频器的水冷散热装置的工作原理如下：旋转驱动电机109、离心泵110、冷凝驱动电机113和吸热冷排101进水口内的水泵，均处于启动状态，用于带动冷却液循环流动，吸热冷排101进水口的水泵将冷却液泵入吸热冷排101中，将变频器内的热量吸收，然后从吸热冷排101的出水口排出，冷却液通过排水管102进入涡流旋转箱107中，而旋转驱动电机109的输出轴会带动旋转盘108转动，旋转盘108转动会带动涡流旋转箱107内的冷却液旋转，而旋转的冷却液会产生漩涡，使得更多的冷却液聚集到涡流旋转箱107内壁的边缘，此时吸热片106也会吸收掉旋转状态下冷却液的部分热量，而离心泵110会将涡流旋转箱107内旋转的冷却液吸入，通过散热水管111送入蒸发室112中，然后流过挡流板122（挡流板122为多片交错设置的挡板组成，使得冷却液呈S路径流动），通过进水管103和吸热冷排101进水口的水泵重新进入吸热冷排101中。而在蒸发室112内的顶部留有空间，冷却液则会在蒸发室112的底部流动（重力的原因），当吸收完变频器热量的冷却液移动到蒸发室112内会蒸发（可以降低蒸发室112、蒸发室盖板120内的空腔压力，降低蒸发室112的沸点，使其更容易蒸发），蒸发的气体会进入冷凝管118中进行冷凝，此时蒸汽则会从气态变为液体附着在冷凝管118的内壁，由于冷凝驱动电机113的旋转，冷凝驱动电机113会通过带传动机构114带动密封转动环121转动，而密封转动环121转动会带动蒸发室盖板120、冷凝管118转动，转动的冷凝管118会带动内壁附着的冷凝水旋转，旋转的冷凝水会受到离心力移动至汇流环室115中，由于汇流环室115和回流管116是不转动的，因此冷凝水会通过回流管116回落到蒸发室112中，然后通过进水管103进入吸热冷排101内，此时可以减少冷凝水在冷凝管118内壁附着的时间，让更多的蒸汽与冷凝管118内壁直接接触，提升冷凝效果，从而提升散热效果。与此同时冷凝管118的转动还会带动转动散热片119转动，由于转动散热片119与冷凝管118的垂直截面之间设置有3-7°的夹角（如图13所示），因此转动散热片119的转动会带动部分气流经过转动散热片119（类似于风扇扇叶）从而将热量传递到空气中，转动散热片119周围的空气会在转动散热片119的带动下流动，从而对转动散热片119自身进行散热，而传统的散热方式是通过风扇带动气流流经转动散热片119进行散热，在空气流动的过程中会浪费部分动能才能到达转动散热片119，除此之外，在蒸发室盖板120上还可以固定设置辅助散热扇123，蒸发室盖板120转动的同时带动辅助散热扇123转动，辅助散热扇123转动会带动空气从下至上流动，从而提升空气的流动速度，进而提升散热效果，由于辅助散热片104设置在转动散热片119的下方，因此转动散热片119带动空气流动的同时还会经过辅助散热片104，从而对辅助散热片104进行散热。

Claims (8)

1.一种用于石油网电钻机的兆瓦级变频器的水冷散热装置，包括变频机柜（3），变频机柜（3）内设置有变频器组，变频机柜（3）的顶部设置有散热涡轮扇（4），其特征在于：还包括覆盖在变频器组上的吸热冷排（101），所述变频机柜（3）上还固定安装有外壳（201），外壳（201）固定安装有涡流旋转箱（107），涡流旋转箱（107）内壁的底部转动配设有旋转盘（108），所述外壳（201）内通过支撑架（202）固定安装有蒸发室（112）和冷凝驱动电机（113），所述涡流旋转箱（107）的表面从下至上四分之三处设置有通孔，该通孔与离心泵（110）的进水口相连，离心泵（110）的出水口通过散热水管（111）与蒸发室（112）内部相连通，吸热冷排（101）的进水口处设置有水泵，该水泵通过进水管（103）与蒸发室（112）内部相连通，所述蒸发室（112）内设置有挡流板（122），所述蒸发室（112）上转动安装有密封转动环（121），密封转动环（121）上固定安装有蒸发室盖板（120），蒸发室盖板（120）上固定安装有冷凝管（118），冷凝管（118）由两个垂直段和一个倾斜段组成，冷凝管（118）的倾斜段表面固定安装有至少20片转动散热片（119），转动散热片（119）与冷凝管（118）的垂直截面之间设置有3-7°的夹角，冷凝管（118）远离蒸发室盖板（120）的一端固定安装有密封转动板（117），所述外壳（201）内还固定安装有汇流环室（115），汇流环室（115）与密封转动板（117）转动配合，所述汇流环室（115）与蒸发室（112）内部通过回流管（116）连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于石油网电钻机的兆瓦级变频器的水冷散热装置，其特征在于：所述涡流旋转箱（107）内部的边缘还设置有吸热片（106），吸热片（106）开设有长条槽，吸热片（106）通过导热密封盖板（105）与涡流旋转箱（107）的顶部固定，所述导热密封盖板（105）上固定安装有辅助散热片（104）。

3.根据权利要求2所述的一种用于石油网电钻机的兆瓦级变频器的水冷散热装置，其特征在于：所述涡流旋转箱（107）的底部固定安装有用于驱动旋转盘（108）转动的旋转驱动电机（109），吸热冷排（101）的排水口与涡流旋转箱（107）的内部通过排水管（102）连通，排水管（102）远离吸热冷排（101）的一端设置在导热密封盖板（105）的中心位置。

4.根据权利要求3所述的一种用于石油网电钻机的兆瓦级变频器的水冷散热装置，其特征在于：所述离心泵（110）固定安装在外壳（201）的内壁上。

5.根据权利要求4所述的一种用于石油网电钻机的兆瓦级变频器的水冷散热装置，其特征在于：所述冷凝驱动电机（113）的输出轴通过带传动机构（114）与密封转动环（121）传动连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于石油网电钻机的兆瓦级变频器的水冷散热装置，其特征在于：所述外壳（201）上开设有进气口（2011），所述外壳（201）上配设有防护框（203），防护框（203）内转动配设有辅助散热扇（123），辅助散热扇（123）与蒸发室盖板（120）固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种用于石油网电钻机的兆瓦级变频器的水冷散热装置，其特征在于：所述蒸发室盖板（120）、冷凝管（118）、汇流环室（115）、回流管（116）内部依次连通。

8.根据权利要求7所述的一种用于石油网电钻机的兆瓦级变频器的水冷散热装置，其特征在于：所述回流管（116）远离汇流环室（115）的一端设置在挡流板（122）的上方。