一种水下激振器及其冷却方法与流程

1.本发明涉及一种水下激振器，尤其涉及一种对应水下激振器提升本体冷却能力的结构优化及冷却方法。


背景技术：

2.随着海洋资源的深入开发及水下航行器隐身性能研究水平的不断提升，水下激振器便应运而生成为一种可控震源的主要组成部分，其原理是将电能转换为机械能输出。而激振器的性能直接影响着可控震源扫描信号的质量，采用电磁驱动的可控震源可以突破频率受限，满足多领域应用的需求。
3.然而，电磁驱动的水下激振器需要做好高强度的内腔密封，而随着激振器持续工作的能量转换，将在金属外壳的内腔中产生高热量并急剧升温，当超过一定温度上限，非但影响水下激振器的使用寿命，而且还将很大程度上影响震源的可调节性能。通常认知，金属外壳与外界对流的水能实现较快的换热，吸收激振器表面的热量。而由于热量的产生源在其中励磁模组内部，热能传递至金属外壳需要较长的过程，使得热量积聚速度远高于散热速度。造成当前水下激振器的冷却能力成为掣肘其应用推广且需要亟待解决的关键技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的旨在提出一种水下激振器及其冷却方法，解决激振器内腔增加热能流动性和快速向金属外壳外侧传热的问题。
5.本发明实现上述一个目的的技术解决方案是，一种水下激振器，包括金属外壳、密封装接的顶盖及其内腔所设的主驱风机、励磁模组及动圈，连接并将动圈固定于外壳的安装座，其特征在于：所述水下激振器的内腔中设有由散热器、导热管及隔热层构成的冷却单元，其中所述散热器呈环形分布设于励磁模组与金属外壳之间的通风间隙中，所述导热管的一端集成装接于各个散热器之中，且导热管的另一端与金属外壳的侧壁相接传热，所述隔热层包覆设于励磁模组的外壁和金属外壳的内壁，使励磁模组、金属外壳均与通风间隙相隔绝。
6.上述水下激振器，进一步地，沿励磁模组高度方向，所述内腔中设有一层以上的散热器，且相邻两层散热器隔空设置。
7.上述水下激振器，进一步地，在相邻两层散热器之间的通风间隙中分布装接有若干顺时针或逆时针同向的引流风机，使向下的气流朝励磁模组周向引流。
8.上述水下激振器，进一步地，每层所述散热器为铝型材成型且隔空套接于励磁模组外侧的单一套环，或为铝型材切割成型的块体，并由若干块体在励磁模组外侧隔空分布而围成的分段式套环。
9.上述水下激振器，进一步地，所述金属外壳的壁厚适于导热管穿接内嵌其中，所述导热管通过隔热螺栓穿接固定于金属外壳的侧壁中且呈向上倾斜状，所述导热管在远离金
属外壳外壁的一段与侧壁之间设有隔热填料，在靠近金属外壳外壁的另一端内嵌并导热相接于侧壁。
10.上述水下激振器，进一步地，所述导热管的另一端穿透隔热层并与金属外壳的内壁通过导热过渡板贴合固定。
11.上述水下激振器，更进一步地，所述导热管为内部注射并封装有导热液且适于弯曲造型的条状体。
12.本发明实现上述另一个目的的技术解决方案是，一种水下激振器的冷却方法，其特征在于包括：在金属外壳的内腔中通过底部所设主驱风机形成中心自下而上、顶部向四周溢散、在通风间隙自上而下的内循环气流；通过在通风间隙分布设置散热器和导热管，将内循环气流中的热量主动传递至金属外壳的侧壁，并通过金属外壳外侧的流水带走热量；以及通过在励磁模组的外壁和金属外壳的内壁贴设隔热层，将励磁模组、金属外壳的主体部分均与内循环气流中的热量相隔绝。
13.上述水下激振器的冷却方法，进一步地，在通风间隙中沿励磁模组高度方向分布设置一层以上散热器，并对应每个散热器装接与金属外壳相连的导热管，沿通风间隙中的下行气流分层散热。
14.上述水下激振器的冷却方法，进一步地，在相邻散热器之间的通风间隙中分布装接若干顺时针或逆时针同向的引流风机，使下行气流朝励磁模组周向引流，形成延长散热路径的涡流。
15.应用本发明水下激振器的冷却解决方案呢，具备突出的实质性特点和显著的进步性：该激振器通过内循环气流提高了热源生热在内腔的流通速率，有利于内腔中热量分布的均匀性；并且利用散热器配合导热管，能迅速将内循环气流的热量向金属外壳外侧主动传热，实现了内腔热能的快速散热和利用金属外壳外部对流的水持续冷却；再者通过励磁模组外壁设置隔热层，能避免内循环气流对励磁模组的二次加热，保障激振输出效率。
附图说明
16.图1是本发明水下激振器的总装结构及其一优选实施例局部细节的轴剖示意图。
17.图2是本发明水下激振器的总装结构及其另一实施例局部细节的轴剖示意图。
具体实施方式
18.以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。
19.致力于解决水下激振器一直以来核心部分自热积聚严重、冷却效率低下，导致设备无法长期、稳定地运行于水下环境，并高性能、可靠地实现预先所设计功能的问题，本发明设计者基于现有水下激振器的内部结构特点，寻求可增加设备内腔气流并迅速向外围对流的水传递热量的窗口，创新提出了一种水下激振器及其冷却方法，以小幅度增加的硬件及安装成本，能有效且大幅度地提升激振器核心部分的冷却效率，实现热量产生和排散的均衡，为水下激振器的稳定运行和高性能输出创造条件。
20.如图1所示从本发明水下激振器的结构特点来了解，首先其现有的基础结构包括金属外壳1、密封装接的顶盖2及其内腔所设的主驱风机6、励磁模组3及动圈4，连接并将动
圈固定于外壳的安装座5。常规状态下，该水下激振器通过顶盖2与金属外壳1密封接合实现水下作业，同时辅以未图示的穿接线缆向内腔提供能量及控制信号。动圈4受励磁模组3激励而发生纵向跳动，带动浮盖相对顶盖发生活塞式运动，从而整体在水下释放出固定频率的振动。
21.然而，随着动圈在励磁模组激励下对外送出振动的机械能及励磁模组内部的同步生热，需要在短时间内向外排散，使动圈活动范围内保持在额定温度以下。为此，本发明对原激振器结构实施了优化，在金属外壳1的内腔中增设了冷却单元7，并以此实现内部热量的定向流散。具体地，该冷却单元7由三部分功能各异的散热器71、导热管72a及隔热层73分布构成。其中散热器71呈环形分布设于励磁模组3与金属外壳1之间的通风间隙8中，导热管72a的一端则集成装接于各个散热器71之中，且导热管72a的另一端与金属外壳的侧壁相接传热，隔热层73则包覆设于励磁模组3的外壁和金属外壳1的内壁，使两部分均与通风间隙8相隔绝。
22.该冷却单元对水下激振器的改造，能切实改善内部散热的冷却性能。具体地，基于原先所设的主驱风机，形成中心自下而上、顶部向四周溢散、在通风间隙自上而下的内循环气流，能从励磁模组的内部将产生的热量带出，成为能随气流运转路径被分层散热的基础。而上述冷却单元的增设，首先利用比热相对较小的散热器快速吸收内循环气流中的热量，使通风间隙中的下行气流逐步降温，当到达底部主驱风机外围作为它的气源时能显著低于励磁模组的内部温度，从而有利于在励磁模组的内部换热。接着，散热器吸收的热量被与之相连的导热管向外传热，而传热的目的地直接为金属外壳的侧壁及其外侧，是最接近水下激振器外部冷源（对流的水环境）的位置。再者，通过设置隔热层使得励磁模组外表与内循环气流相隔空，避免二次加热产生不良影响。图1所示的实施例中，沿励磁模组高度方向，内腔中设有三层散热器，且相邻两层散热器隔空设置，并在相邻散热器之间的通风间隙中分布装接有若干顺时针或逆时针同向的引流风机61。作为优化实施方案，使下行的气流朝励磁模组周向引流，形成螺旋状向下的涡流，较大比例地延长了内循环气流的行程长度，从而增加了与散热器接触并被吸收热量的时长。
23.作为进一步的实施细节，上述每层散热器可以是铝型材成型且隔空套接于励磁模组外侧的单一套环，即励磁模组外自上而下套设三个环状的散热器，且散热器与励磁模组外壁和金属外壳内壁所设的隔热层相隔空，以便内循环气流能从中下行通过，并沿通风间隙中的下行气流分层散热。当然，除单一环套状的散热器外，其也可以是铝型材切割成型的块体，并由若干块体在励磁模组外侧隔空分布而围成的分段式套环。
24.图1所示的优选实施例中，该金属外壳1的壁厚适于导热管穿接内嵌其中（即厚外壳实施方案），其中导热管72a通过隔热螺栓91穿接固定于金属外壳的侧壁中且呈向上倾斜状，而导热管72a在远离金属外壳外壁的一段721a与侧壁之间设有隔热填料92，在靠近金属外壳外壁的另一端722a内嵌并导热相接于侧壁。其中导热管72为内部注射并封装有导热液且适于弯曲造型的条状体。
25.需要说明的是，对应上述不同种类散热器的实施方案，该导热管是具有任意可调密度的分布状设置的。即对于单一套环的散热器，该导热管沿散热器周向可以是六个以上均匀分布设置；而对于分段式套环的散热器，该导热管可以对应每个散热器一对一或一对多配置而设，其目的旨在满足在金属外壳周向均匀向外传热。
26.基于上述冷却单元的结构改良，可以理解该水下激振器的冷却实现过程。该冷却方法包括：先在金属外壳的内腔中通过底部所设主驱风机形成中心自下而上、顶部向四周溢散、在通风间隙自上而下的内循环气流；而后通过在通风间隙分布设置散热器和导热管，将内循环气流中的热量主动传递至金属外壳的侧壁，并通过金属外壳外侧的流水带走热量，使通风间隙中的下行气流温度稳步降低，从而为内循环气流经过励磁模组内部提供换热基础。该过程中作为必要辅助措施，通过在励磁模组的外壁和金属外壳的内壁贴设隔热层，将励磁模组、金属外壳的主体部分均与内循环气流中的热量相隔绝。一方面防止励磁模组被二次加热，另一方面也使得金属外壳避免被内循环气流温度同化，而使其主体接近外界水温，更利于导热管向外传送热量。由此，该冷却单元对原有水下激振器的散热效率得以显著提升。
27.除上述实施例外，各种规格的水下激振器或多或少存在构件尺寸的差异性。例如当金属外壳的壁厚较小，无法满足前述导热管穿接内嵌其中时，导热管的安装方式便需要作出针对性的调整。如图2所示，是本发明水下激振器的总装结构及其另一实施例局部细节的轴剖示意图。图示可见，该金属外壳的壁厚较薄，显然导热管无法穿接固定其中，理由是激振器工作于水下，外壁需要承受较高的压强。而只有薄壁金属外壳的壁厚均匀才能使得激振器在工作环境中具备承压能力；如果依旧采用上述导热管穿接内嵌方案，将对激振器的整体结构强度造成影响，无法深潜使用。对此，本实施例将导热管72b的另一端穿透隔热层作弯曲造型，使其与金属外壳的内壁通过导热过渡板93贴合固定。一方面保障导热管面向金属外壳侧壁的传热效率，另一方面利用薄壁的金属外壳与外界水环境高效率换热。
28.综上关于本发明水下激振器及其冷却方法的实施例详述可见，本方案具备突出的实质性特点和显著的进步性：该激振器的结构优化，通过内循环气流提高了热源生热在内腔的流通速率，有利于内腔中热量分布的均匀性；并且利用散热器配合导热管，能迅速将内循环气流的热量向金属外壳外侧主动传热，实现了内腔热能的快速散热和利用金属外壳外部对流的水持续冷却；再者通过励磁模组外壁设置隔热层，能避免内循环气流对励磁模组的二次加热，保障激振输出效率。
29.除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。