密閉式循環(huán)純水冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

洪春鳳，任 凱，楊偉龍，符夏穎

(廣州高瀾節(jié)能技術(shù)股份有限公司，廣東 廣州 510663)

密閉式循環(huán)純水冷卻系統(tǒng)，因其優(yōu)異的散熱效果，以及安全、高效、環(huán)保和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)在高壓大功率電力電子裝置的冷卻系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文通過對(duì)實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了對(duì)密閉式循環(huán)純水冷卻系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)方面的要求。

1 背景

密閉式純水循環(huán)冷卻系統(tǒng)主要是對(duì)工業(yè)企業(yè)中關(guān)鍵發(fā)熱設(shè)備的間接冷卻，應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電、核能發(fā)電、太陽能利用、海上石油平臺(tái)、油田、軌道交通、電氣傳動(dòng)和變頻、新能源汽車等工業(yè)領(lǐng)域。本文所要探討的密閉式循環(huán)純水冷卻系統(tǒng)是柜體防爆式。方案基于兩種方式，一種是將水冷裝置安裝在柜子內(nèi)，另一種方案是水冷裝置為柜式，安裝在變頻柜內(nèi)。運(yùn)行的過程中將柜門關(guān)上，維護(hù)的時(shí)候再將柜門打開。這樣既達(dá)到了使用要求，又考慮到了整體外觀。故在水冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中我們需要考慮到變頻柜體內(nèi)部的空間范圍，其中包括水冷系統(tǒng)使用的空間、水冷系統(tǒng)安裝所需要的空間、維修使用的空間。

防爆項(xiàng)目的水冷系統(tǒng)置于防爆柜內(nèi)，柜體尺寸一般會(huì)比開放式平臺(tái)水冷系統(tǒng)緊湊。如圖1所示，防爆柜體尺寸比較緊湊，預(yù)設(shè)水冷裝置本體后，要根據(jù)機(jī)械本體的大小再布置電纜走向。因此，此類機(jī)械本體的大小需根據(jù)防爆柜留出的空間定方案，在滿足空間要求的情況下，各部件的選型需要滿足散熱性能要求，以保證設(shè)備的安全運(yùn)行和性能的正常發(fā)揮。方案定下前期需要再跟客戶溝通柜體尺寸大小，還必須考慮安裝過程中兩邊需要留出空間，進(jìn)行安裝以及走線槽使用。

方案設(shè)計(jì)過程中，必須充分考慮水冷設(shè)備在安裝過程中的安裝及操作空間。如圖1所示，項(xiàng)目中柜體尺寸定為650×750×1100 mm。

圖1 柜體側(cè)面

圖2 柜體軸測(cè)圖

設(shè)計(jì)過程中所有閥門手柄在開關(guān)狀態(tài)下，都不應(yīng)與柜體的骨架及柜門有任何干涉，，務(wù)必將其控制在鋼結(jié)構(gòu)的裝置框架內(nèi)。如圖2所示，圖中的蝶閥處在開關(guān)狀態(tài)時(shí)手柄都未超出裝置框架。

圖3 閥門位置圖

如圖3所示，蝶閥的安裝可180°調(diào)整，不能拆卸。球閥的安裝可將安裝閥芯的螺栓取下，調(diào)轉(zhuǎn)閥芯位置，從而調(diào)轉(zhuǎn)閥門手柄的位置，手柄90°可轉(zhuǎn)。

圖4 副循環(huán)布置

如圖4副循環(huán)布置所示，柜體的外形尺寸已經(jīng)定下，按照工藝流程圖，按照高排氣，低泄空，須將所有閥門與罐體在水冷系統(tǒng)中布置，考慮操作維修空間，考慮部件更換可操作性，因此空間較為狹窄。精密過濾器與罐體的連接所用的截止閥，離子罐的泄空閥，副循環(huán)最低點(diǎn)處的泄空閥，均布置在柜體的同一側(cè)，且手柄操作均朝外。

2 各進(jìn)出水口確定

放置水冷系統(tǒng)時(shí)會(huì)與客戶柜體進(jìn)行兩面配合，固定好水冷系統(tǒng)及水冷系統(tǒng)進(jìn)出口連接是設(shè)計(jì)溝通的重點(diǎn)。柜體方案設(shè)計(jì)考慮進(jìn)出水口的連接方式和固定位置，在方案階段就完全確定下來了。所以在設(shè)計(jì)過程中按照客戶提供的各接口的尺寸位置圖來確定管路的走向。在確定接口的位置尺寸的過程中需要認(rèn)真讀懂客戶提供的圖紙，尤其是尺寸標(biāo)注的基準(zhǔn)，如圖5，尺寸均已確定，接口尺寸位置也已確定。圖6是客戶定下的固定位置，由于兩個(gè)面都需要被固定，即法蘭端與本體固定端，因此配合需要緊密。

圖5 高度尺寸

圖6 位置尺寸

3 拆卸方便

客戶對(duì)水冷設(shè)備的各個(gè)關(guān)鍵部件的檢修和拆裝會(huì)提出要求，在布置管道時(shí)注意考慮各個(gè)關(guān)鍵部件的檢修。

圖7 水泵位置圖

水泵的更換。如圖7水泵位置圖所示，由于是單泵，如果需要更換水泵，將該水泵出水口處的管道拆掉(卡箍)，再拆開水泵入水口處的連接,然后將水泵從正前方挪出。整個(gè)系統(tǒng)中水泵處于低位，注意不要布置成環(huán)繞型，預(yù)留空間拆裝檢修。

圖8 離子罐位置圖

關(guān)于離子罐的更換。如圖8離子罐位置圖，去離子回路流量小，選擇的管徑小。更換拆卸這個(gè)功能比較容易實(shí)現(xiàn)。離子罐內(nèi)裝樹脂，更換離子罐樹脂的時(shí)候，只需要將兩個(gè)軟管連接接頭松開，離子罐的固定用的管碼拆除，松開離子罐上方的封板，便可以拆卸離子罐，更換里面的樹脂。

圖9 電動(dòng)三通閥位置圖

電動(dòng)三通閥與執(zhí)行器的更換。如圖9電動(dòng)三通閥位置圖，我們可以通過蝶閥的關(guān)閉進(jìn)行更換三通閥座與電動(dòng)執(zhí)行器。電動(dòng)三通閥與電動(dòng)執(zhí)行器與水泵同一側(cè)，更換時(shí)無管道及元器件環(huán)繞，更換方便。

圖10 板式換熱器位置圖

關(guān)于板式換熱器的更換。如圖10板式換熱器位置圖，板式換熱器與防爆隔板，還有法蘭一起全周焊，更換的時(shí)間較其他部件稍長(zhǎng)。故對(duì)板換的更換，需要松開防爆隔板的固定螺栓，再?gòu)姆辣舭宓目淄瞥觯纯筛鼡Q整個(gè)焊接后的板換。

4 閥門操作方便

客戶對(duì)水冷設(shè)備各個(gè)閥門的可操作性要求高，考慮到并柜系統(tǒng)不方便開側(cè)門跟后門，閥門都在同一側(cè)可操作。在整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中考慮結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性，在各大部件之間留有足夠的空間操作閥門，如圖11、12閥門的安裝示意。

圖11 閥門安裝示意圖

圖12 閥門安裝示意圖

5 讀數(shù)方便

圖13 儀表安裝

圖14 儀表安裝

水冷裝置處于并柜系統(tǒng)中，基本的維護(hù)和操作都是在前門進(jìn)行，各個(gè)儀表的表盤朝前，方便讀數(shù)。壓力表和溫度表可以通過調(diào)整管路來實(shí)現(xiàn)表盤朝前，如圖13、14，根據(jù)整體布局要求，安裝位置的影響，電導(dǎo)率變送器和流量變送器選用分體式，實(shí)現(xiàn)表盤朝前，方便讀數(shù)。

6 總結(jié)

密閉式循環(huán)純水冷卻系統(tǒng)不僅具有極高的散熱效率，還具有節(jié)水、節(jié)能和無污染的優(yōu)點(diǎn)，在大功率電力電子器件冷卻方面應(yīng)用廣泛。水冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔緊湊，性能滿足用戶對(duì)系統(tǒng)的使用要求，用更少的資源釋放更多的能量。

本文通過項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了幾點(diǎn)比較重要的注意事項(xiàng)，希望使得文章所提能在項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中能夠更加順暢，少犯錯(cuò)誤。

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