一种自循环水冷水下变频器及机壳的制作方法

1.本实用新型一般地涉及水下变频器散热技术领域。更具体地，本实用新型涉及一种自循环水冷水下变频器及机壳。


背景技术：

2.水下生产系统的动力需要设置在水下的电机提供，如在水下采油系统中，潜油泵需要采用潜油泵电机提供动力，注水泵需要采用注水泵电机提供动力等。目前，大部分的电机都需要配置相应的变频器来提供电源电压，变频器一方面能够调节电机的转速以及降低电机的能耗，另一方面还能够为电机提供过流保护、过压保护和过载保护等，提高电机的安全性能。
3.变频器中有大量的功率器件，这些功率器件在工作时会产生大量的热量，导致变频器的温度升高，而变频器长期处于高温环境中，不仅会影响其工作性能，还会减少其使用寿命。尤其是设置在水下的变频器，其壳体为密封结构，大量的热量在壳体内聚集，不仅会影响壳体内部设备的工作性能，甚至会导致爆炸等安全事故，因此对水下变频器的散热非常重要。但是由于水下变频器的壳体为密封结构，其内部器件产生的热量很难散发到壳体的外部。
4.综上所述可知，现有的水下变频器由于壳体为密封结构而存在散热困难的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种自循环水冷水下变频器及机壳，以至少解决上述水下变频器散热困难的问题。
6.为解决上述问题，本实用新型一方面提供一种自循环水冷水下变频器机壳，包括：壳体，其内设置有用于装配变频机构的第一安装位；冷却回路，装配在所述壳体内部，包括变频水冷板、散热水冷板和循环水泵，其中所述变频水冷板设置在所述第一安装位处，用于吸收所述变频机构产生的热量；所述循环水泵用于驱动所述冷却回路中的冷却液循环流动；所述散热水冷板贴设于所述壳体的内壁上，用于将变频机构产生的热量通过壳体内壁传导至壳体上，进而将热量散发到壳体的外部，以提高所述变频机构的散热效果。
7.根据本实用新型的一个实施例，所述壳体为圆柱形，用于提高所述壳体的抗压能力。
8.根据本实用新型的另一个实施例，所述散热水冷板为弧形，用于适用所述壳体，并增加散热水冷板的散热面积以提高其散热效率。
9.根据本实用新型的又一个实施例，所述壳体的外部还设置有底座，用于为所述水下变频器提供支撑。
10.根据本实用新型的另一个实施例，所述散热水冷板远离所述壳体内壁的一侧设置有保温层，用于防止所述散热水冷板的热量向所述壳体的内部散发。
11.根据本实用新型的又一个实施例，所述冷却回路中还设置有膨胀器，用于调节所
述冷却回路内部的气压。
12.根据本实用新型的另一个实施例，所述壳体的内部还设置有干燥剂，用于吸收所述壳体内部的水分以使其内部保持干燥。
13.本实用新型另一方面还提供一种自循环水冷水下变频器，包括：上述任一实施例所述的机壳，所述机壳包括壳体，以及变频机构，装配在所述机壳内，用于进行变频处理。
14.根据本实用新型的一个实施例，所述壳体内还装配有滤波器和/或平波电抗器。
15.根据本实用新型的另一个实施例，所述壳体内设置有分隔板，所述分隔板将所述壳体的内部分割成第一腔室和第二腔室，所述变频机构装配在所述第一腔室，所述滤波器和/或平波电抗器设置在所述第二腔室。
16.本实用新型所提供的技术方案，冷却回路中的变频水冷板设置在变频机构处，其内部的冷却液能够吸收变频机构产生的热量，然后在循环水泵的作用下流动到散热水冷板处；散热水冷板贴设在壳体的内壁上，其内部的冷却液能够通过壳体将热量散发到壳体外部的水中，然后在循环水泵的驱动作用下流动到变频水冷板。本实用新型所提供的技术方案中，冷却回路能够吸收变频机构产生的热量并传导至壳体，通过壳体散发到壳体外部的水域中，因此可以提高对水下变频器的散热效果。
附图说明
17.通过参考附图阅读下文的详细描述，本实用新型示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本实用新型的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
18.图1为根据本实用新型实施例的一种自循环水冷水下变频器；
19.图2为根据本实用新型实施例的一种冷却回路的示意图；
20.图3为根据本实用新型实施例的圆柱形壳体的示意图；
21.图4为根据本实用新型实施例的设有底座的水下变频器的示意图；
22.图5为根据本实用新型实施例的设有保温层的散热水冷板的示意图；
23.图6为根据本实用新型实施例的设有膨胀器的冷却回路示意图；
24.图7为根据本实用新型实施例的另一种自循环水冷水下变频器；
25.图8为根据本实用新型实施例的壳体内设有分隔板的自循环水冷水下变频器；
26.在图1-图8中，包括：壳体1、变频机构2、冷却回路3、滤波器4、平波电抗器5、底座10、分隔板11、第一腔室12、第二腔室13、变频水冷板31、循环水泵32、散热水冷板33、保温层34和膨胀器35。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本领域技术人员应知，下面所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.请参阅图1和图2，图1示出了一种自循环水冷水下变频器，图2示出了一种冷却回路。
29.如图1所示，自循环水冷水下变频器包括机壳，机壳包括壳体1和冷却回路3，其中壳体1的腔体内设置有第一安装位，变频机构2装配在第一安装位。上述壳体1为密封结构，能够防止其外部的水进入到其内部，使该自循环水冷水下变频器适用于水下环境。变频机构2用于实现变频，为其连接的电机提供电源，本实施例中的变频机构2包括逆变器，其直流侧用于连接地面上的直流供电设备(如直流电网)，用于将直流供电设备提供的直流电逆变成电机工作时需要的交流电。在另一个实施例中，变频机构2可以包括整流器和逆变器，其中整流器的交流测用于连接地面上的交流供电站(如交流电网)，直流侧连接逆变器的直流侧，逆变器的交流连接电机；整流器的交流测从地面上的交流供电设备获取交流电，并将其整流成直流电后输送到逆变器的直流侧，逆变器接收到直流电后将其逆变成交流电，然后为其连接的电机供电。冷却回路3装配在壳体1的腔体内，用于将变频机构2产生的热量散发到壳体1外部的水域中，以防止壳体1腔体内的温度过高而损坏其中的电器元件。
30.如图2所示，上述的冷却回路3中设置有变频水冷板31、循环水泵32和散热水冷板33，其中变频水冷板31设置在变频机构2处，用于吸收变频机构2在工作中产生的热量；散热水冷板33贴设在机壳1的内壁上，用于将热量传导至壳体1，通过壳体1散发到壳体1的外部，以降低壳体1腔体的温度；循环水泵32设置在变频水冷板31和散热水冷板33之间的管路上，用于驱动冷却回路3中的冷却液，使冷却回路3内的冷却液循环流动。在另一个实施例中，可以在冷却回路3中设置冷却液水箱，在变频水冷板31处设置放水阀，在散热水冷板处设置有减压阀。上述冷却液水箱用于容纳冷却液，当冷却回路3中的冷却液由于挥发等原因损失时，冷却液水箱能够及时的为冷却回路3补充冷却液，从而减少为冷却回路3添加冷却液的次数，提高冷却回路3的可靠性和耐用性；上述放水阀用于放出变频水冷板31中的冷却液，上述减压阀用于为冷却回路3的压力，提高冷却回路3的安全性。
31.本实用新型所提供的技术方案，其工作原理为：变频机构2执行变频处理，产生电机工作需要的电压，并在工作过程中产生热量；变频水冷板31内的冷却液吸收变频机构2产生的热量，使变频机构2的温度降低且变频水冷板31内冷却液的温度升高；在循环水泵32的驱动作用下，变频水冷板31内的冷却液流动到散热水冷板33中；散热水冷板33贴设在壳体1的内壁上，其内部冷却液的热量传导至壳体1；水下变频器设置在水下，壳体1的外壁与外部的水流直接接触，外部的水流能够吸收壳体1的热量使其温度降低，即壳体1将热量散发到其周围的水域中；散热水冷板33的热量传导至壳体1后，其内部冷却液的温度降低，并在循环水泵32的驱动作用下流动到变频水冷板31处，完成一次冷却水循环。
32.综上所述可知，本实用新型提供的技术方案采用变频水冷板33吸收变频机构2产生的热量，为变频机构2散热；然后通过散热水冷板33将热量传导至壳体1，通过壳体1将热量散发到壳体1外部的水域中。由于本实用新型的技术方案，水下变频器中的冷却回路3能够将变频机构2产生的热量散发到壳体1外部的水域中，实现为壳体1内部的变频机构2散热，解决为密封的壳体1内变频机构2散热困难的问题。
33.上文对水下变频器的整体结构做了详细介绍，下面结合图3对壳体1进行详细的阐述，可以理解的是，图3示出的是壳体1的一种实现方式，因此上文关于图1和图2中对壳体1的描述，也同样适用于下文关于图3的描述。
34.如图3所示，在一个实施例中，壳体1为圆柱形。水下变频器使用时需要放置在水下，如果将水下变频器放置在深度较大的水域中，壳体1就需要承受较大的水压。本实施例
中采用圆柱形的壳体1，其承压能力较强，当水下变频器放置在水下时，壳体1可以承受强度更大的水压，因此本实施例的设置方式能够提高水下变频器的安全性。
35.进一步的，在另一个实施例中，在壳体1为圆柱形时，散热水冷板33的为弧形，弧形的散热水冷板33一方面结构与壳体1的内壁相应，在壳体1的内壁上装配时能够贴合在壳体1的内壁上，因此便于散热水冷板33在壳体1内壁上的装配。另一方面，弧形的散热水冷板33与壳体1的内壁接触面积更大，使散热水冷板33向壳体1传导热量的效率更高，因此能够提高散热水冷板33的散热效率。
36.图4示出了壳体1的另一种结构示意图，可以理解的是，图4示出的是壳体1的一种实现方式，因此图1、图2和图3中关于壳体1的描述，也同样适用于下文关于图4的描述。
37.如图4所示，在另一个实施例中，壳体1的底部设置有底座10。水下变频器使用时需要放置在水下，如果水底的地面高低不平，水下变频器在放置时容易失去平衡。并且圆柱形壳体1的水下变频器在水下放置时，水流会带动水下变频器滚动，因此不便于水下变频器的安装固定。本实施例中在壳体1的底部设置底座10，一方面为壳体1提供支撑，使水下变频器在水下放置时不直接与水底的地面接触，水底地面的是否平整对壳体1的放置没有影响，因此可以保证在水下变频器在水下安装的平衡性；另一方面，底座10的设置能够阻止水下变频器的滚动，使水下变频器在水下安装时能够保持稳定。综上所述，本实施例的设置方式能够提高水下变频器在水下安装的稳定性。
38.图5示出了散热水冷板33的一种结构示意图，可以理解的是，图5示出的是壳体1的一种实现方式，因此关于图1和图2中对散热水冷板33的描述，也同样适用于下文关于图5的描述。
39.如图5所示，在一个实施例中，散热水冷板33远离壳体1的一侧设置由保温层34。散热水冷板33贴设在壳体1的内壁上，本实施例中设散热水冷板33与壳体1相贴的侧面为第一侧面，散热水冷板33第一侧面的对侧为第二侧面，上述保温层34设置在第二侧面上。散热水冷板33热量是向其周围的空间内散发的，散热水冷板33向壳体1传导热量时，也会向壳体1的腔体中散发热量，而冷却回路3设置的目的是为了将壳体1内部的热量散发到壳体1的外部，因此散热水冷板33将热量散发到壳体1的腔体中，会造成冷却回路3散热效果差的问题。本实施例在散热水冷板33的第二侧面设置保温层34，保温层34将散热水冷板33与壳体1腔体之间的热传导隔绝，能够阻止散热水冷板33向壳体1的腔体中散发热量，进而提高冷却回路3的散热效果。
40.上文详细介绍了壳体1、散热水冷板33，下面结合图6，对冷却回路3的结构进行详细的阐述，可以理解的是，图6示出的是冷却回路3的一种实现方式，因此上文关于图1和图2对冷却回路3的描述，也同样适用于下文关于图6的描述。
41.如图6所示，在一个实施例中，冷却回路3中还设置有膨胀器35。冷却回路3是密闭的循环回路，其内部的冷却液在温度升高时体积会膨胀，温度降低时体积会缩小。当冷却液的体积膨胀时，会对冷却回路3的管道产生较大的压力，如果压力过大，可能会导致管道的爆裂；当冷却液的体积缩小时，不利于冷却液的循环流动。本实施例中在冷却回路3中设置膨胀器35，当冷却回路3的管道中的冷却液体积膨胀时，膨胀器35可将其产生的压力卸除，避免由于冷却液膨胀而对冷却回路3的管道产生较大的压力；当冷却回路3的管道中的冷却液体积缩小时增大冷却回路3管道中的压力，使冷却液能够在冷却回路3的管道中顺利循环
流动。因此，本实施例的设置方式能够通过膨胀器35调节冷却回路3管道内部的压力，从而提高冷却回路3的安全性和可靠性。
42.在另一个实施例中，壳体1的腔体中还设置有干燥剂，如无水氯化钙、无水硫酸镁或变色硅胶等。水下变频器使用时需要放置在水下，为了避免水分进入壳体1内部的腔体而损坏其中的电气元件，壳体1需要采用密封结构。密封结构的壳体1可以阻止外部的水流入到内部的腔体中，但是水下变频器长期放置在水下，依然可能会有水分渗入到壳体1的腔体中，使壳体1腔体内的湿度增加，而电气元件工作在潮湿的环境中，容易出现漏电、短路等故障。本实施例中在壳体1的腔体内设置干燥剂，干燥机能够吸收壳体1腔体内的水分，使腔体的内部保持干燥，从而提高水下变频器的安全性。
43.上文中对壳体1以及冷却回路3做了详细介绍，下面结合图7，对水下变频器进行详细的阐述，可以理解的是，图7示出的是水下变频器的一种实现方式，因此上文关于图1和图2对水下变频器的描述也同样适用于下文关于图7的描述。
44.如图7所示，在一个实施例中，壳体1的内部还可以设置由滤波器4和/或平波电抗器5。滤波器4用于对变频机构2进行滤波处理，滤除变频机构2的谐波，以防止变频机构2产生的谐波导致水下变频器中电气元件的损耗增加、使用寿命缩短等问题。平波电抗器5的作用是为水下变频器提供阻抗，防止水下变频器中直流线路产生陡坡冲击，对水下变频器中的电气元件造成过压损坏；并且当变频机构2中的逆变器发生故障时，平波电抗器5还能够减小由于交流电压过低而引起变频机构2中逆变器换相失败的机率。
45.进一步地，如图8所示，在一个实施例中，壳体1的内部还设置有分隔板11，分隔板11将壳体1的腔体分割成第一腔室13和第二腔室14。第一腔室13和第二腔室14沿壳体1的轴向分布，上述变频机构2装配在第一腔室13中，滤波器4和平波电抗器5装配在第二腔室14中。变频机构2装配在第一腔室13中，在冷却回路3的冷却作用下，变频机构2产生的热量散发到壳体1的外部，因此第一腔室13内的温度较低。滤波器4和平波电抗器5在工作过程中会产生热量，但是滤波器4和平波电抗器5的耐热性能较好，温度的升高不会影响到滤波器4和平波电抗器5的工作性能和使用寿命，所以滤波器4和平波电抗器5处不需要设置散热设备，如此便会导致第二腔室14内的温度较高。本实施例中在第一腔室13和第二腔室14之间设置分隔板11，能够阻断第一腔室13与第二腔室14之间的热传导，使滤波器4和平波电抗器5产生的热量不会影响变频机构2的温度，因此能够提高对变频机构2的散热效果。
46.综上所述，本实用新型提供的技术方案，冷却回路3中的变频水冷板31设置在变频机构2处，散热水冷板33贴设在壳体1的内壁上，冷却回路3中的冷却液在变频水冷板31处吸收变频机构2产生的热量，然后在散热水冷板33处传导至壳体1，通过壳体1散发到壳体1外部的水域中，从而实现对变频机构2的散热，解决对水下变频器散热困难的问题。在另一个实施例中，壳体1的形状为圆柱形，使壳体1的承压能力增强，从而提高水下变频器在水下使用的安全性。在另一个实施例中，散热水冷板33的第二侧面上设置有保温层，用于防止散热水冷板的热量向壳体1的腔体内发散，从而提高对水下变频器的散热效果。
47.根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”或“周向”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本实用新型的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来
构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本实用新型方案的限制。
48.另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体地限定。
49.虽然本说明书已经示出和描述了本实用新型的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本实用新型思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本实用新型的过程中，可以采用本文所描述的本实用新型实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本实用新型的保护范围，并因此覆盖这些权利要求保护范围内的模块组成、等同或替代方案。