具有多级散热壳体的离心泵及散热控制方法与流程

1.本发明涉及液体离心泵的冷却散热技术领域，尤其是涉及具有多级散热壳体的离心泵及散热控制方法。


背景技术：

2.离心泵是利用叶轮旋转而使水发生离心运动来工作的。离心泵在启动前，必须使泵壳和吸水管内充满水，然后启动电机，使泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，水发生离心运动，被甩向叶轮外缘，经蜗形泵壳的流道流入水泵的压水管路。
3.离心泵的电机部分需要进行散热设计，以应对不同环境温度下的散热需求，由于热传导的特性，热量在自发的情况下只能从高温物体传向低温物体，如果在一些极端环境或者密闭环境下，采用自然散热的结构设计的话，离心泵电机内的热量就无法经过壳体自然与外界环境进行热交换，就会导致电机内的热量堆积，最终导致电机损坏的风险剧增。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供具有多级散热壳体的离心泵及散热控制方法。采用如下的技术方案：具有多级散热壳体的离心泵，包括泵体、散热风扇、叶轮机构、主动散热装置和极端温度散热控制器，所述泵体包括多级散热壳体和电机，所述电机设置在壳体内，所述叶轮机构设置在多级散热壳体的一端，所述电机的主动输出轴通过传动装置与叶轮机构的动力输入轴传动连接，所述散热风扇设置在泵体的一端，用于加速多级散热壳体内的空气与外界环境空气进行热交换；所述多级散热壳体包括内换热层和外壳体层，内换热层与外壳体层之间设置主动散热夹层，主动散热装置设置多个主动散热器，多个主动散热器分别均匀阵列在主动散热夹层内设置的多个主动散热器安装位，极端温度散热控制器分别与多个主动散热器控制连接，极端温度散热控制器分别监测内换热层的温度、内换热层内空气的温度，并用于控制多个主动散热器为内换热层降温，且降温幅度低于内换热层内空气温度至少10℃。
5.通过采用上述技术方案，对于离心泵的热量主要来自泵体内电机的工作发热，普通的散热途径主要是壳体的热交换，还有的在端部设置一个散热风扇来提高散热效率，也能应对常规工况下离心泵的正常工作需求，由于叶轮机构里面通常是泵液体的，因此叶轮机构不需要进行额外的散热设计；但是在极端情况下，比如外界温度极高，或者离心泵工作在狭小空间内，不断的热量积累导致离心泵所处位置的空气温度很高，这就导致壳体内的热量很难与外界空气进行热交换，或者热交换的效率很低，不断热量积累下就容易导致电机损坏风险剧增，采用多级散热壳体，正常情况下，内换热层内部的高热气流一是通过散热风扇进行热交换，再就是通过内换热层和外壳体层之间的热交换进行，当极端温度散热控制器通过监测的温度判断这种热交换并不能满足散热需求时，就需要开启主动散热装置进行主动散热，主动散热装置
的多个主动散热器可以为内换热层降温，且降温幅度低于内换热层内空气温度至少10℃，通常为15℃-20℃的温差，甚至更大，这就加速了内换热层从内换热层内空气进行吸热的速度，内换热层和外壳体层均采用换热效果好的金属材质制成，主动散热器内侧面对内换热层进行制冷，由于热泵原理，外侧面会将热量传导到外壳体层，这就导致外壳体层的温度会高于正常散热下的温度，这样就还是会与外界空气温度形成较大的温差，仍然保持较高的热交换效率，从而将内换热层内空气的温度维持在可以保证电机正常工作的范围，解决了离心泵在极端温度环境下的正常工作需求。
6.可选的，还包括一对导热板，一对导热板分别安装在多级散热壳体的两端，所述散热风扇的散热基座安装在其中一个导热板的外表面，通过导热板与多级散热壳体内空气进行热交换。
7.可选的，导热板是单向导热板。
8.通过采用上述技术方案，采用单向导热板的端部设计，在外界空气温度极端高的情况下，尽量避免外界空气反向进行热交换的风险，且可以在开启主动散热装置的同时关闭散热风扇减少能耗。
9.可选的，主动散热装置包括多个弧形导热板、多个主动散热器、多根集热管道和集中散热器，多个弧形导热板分别安装在主动散热夹层，相邻两个弧形导热板之间的间隙为主动散热器安装位，多个主动散热器分别安装在主动散热器安装位，多根集热管道的一端分别采集主动散热器热端的热量，集中散热器设置在外壳体层的顶部，所述多根集热管道的另一端与集中散热器的底部集热端热传导连接，所述集中散热器的顶部与外界空气进行热交换。
10.可选的，主动散热器是半导体制冷板。
11.通过采用上述技术方案，采用基于半导体制冷板的主动散热设计，弧形导热板也是采用金属导热材料制成，多个弧形导热板可以有效地将内换热层和外壳体层之间进行刚性连接，且可以保持正常的热传导，多个弧形导热板之间的空隙为多个半导体制冷板提供安装空间，其中制冷面紧贴内换热层，制热面紧贴外壳体层，形成热泵效应，可以满足极端温度下的主动散热需求。
12.可选的，外壳体层设置多个散热鳍片。
13.通过采用上述技术方案，散热鳍片能增加外壳体层的散热性能和强度。
14.可选的，极端温度散热控制器包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、模拟量输入模块和基于芯片的主控制电路板，所述第一温度传感器用于监测散热风扇外部空气的温度值，所述第二温度传感器用于监测内换热层内空气的温度值，所述第三温度传感器用于监测内换热层内部的温度值，所述第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器分别通过模拟量输入模块与主控制电路板通信连接，主控制电路板分别与多个主动散热器和散热风扇控制连接，根据第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器测得的温度值，分别控制多个主动散热器和散热风扇的执行动作。
15.通过采用上述技术方案，极端温度散热控制器基于三个温度传感器分别实现对监测散热风扇外部空气的温度值、内换热层内空气的温度值和监测内换热层内部的温度值进行监测，通过各个温度值之间的对比，即可实现对离心泵内外的温度差距的数值化对比，为基于芯片的主控制电路板分别控制多个主动散热器的执行动作提供依据。
16.可选的，极端温度散热控制器还包括电控断路器和声光报警器，电机通过电控断路器取电，所述声光报警器设置在外壳体层上，所述主控制电路板控制声光报警器的执行动作，并通过电控断路器控制电机供电的通断。
17.通过采用上述技术方案，声光报警器的作用是在主动散热都无法使内换热层内空气温度降低到满足电机合适的工作温度后，进行声光报警，提醒工作人员进行处置，同时采用电控断路器来对电机进行断电操作，降低电机在过高温度下持续工作导致的损坏风险。
18.具有多级散热壳体的离心泵的散热控制方法，具体方法是：设在时间t第一温度传感器测得的温度值为tx，第二温度传感器测得的温度值为ty，第三温度传感器测得的温度值为tz，主控制电路板设置一级极端温度判断阈值ta和二级极端温度判断阈值tb，若主控制电路板判断ta＜tx＜tb，且tz＜1.1ty时，执行一级主动散热动作；一级主动散热动作是：主控制电路板分别控制多个主动散热器开启制冷，设额定制冷功率为p，则控件主动散热器的工作功率为80%p，并控制散热风扇关闭，主动散热器为内换热层降温，且降温幅度低于ty至少10℃；若主控制电路板判断tx大于tb，则执行二级主动散热动作；二级主动散热动作是：主控制电路板分别控制多个主动散热器按照最大制冷功率进行工作；一级极端温度判断阈值ta是50℃，二级极端温度判断阈值tb是70℃。
19.通过采用上述技术方案，当第一温度传感器测得的温度值为位于50℃到70℃之间时，此时认定离心泵外部环境的温度为极高温度，产生的原因可能是外部环境温度本身就很高，二是较小的密闭空间的使用场景，例如密闭的泵房，此时如果只采用普通的散热，由于离心泵内部的温度与外部的温度差很小，这样散热效率就很低，此时开启多个主动散热器，多个主动散热器会进行主动散热，尽量把内换热层内空气的温度控制在合适的温度，合适的温度为低于80℃，电机可以维持正常工作状态。
20.可选的，还包括报警温度阈值tc，tc为90℃，若主控制电路板判断ty大于tc，则执行报警断电动作；报警断电动作是主控制电路板控制声光报警器开启报警，并通过电控断路器控制电机断电。
21.通过采用上述技术方案，如果内换热层内空气的温度在主动散热情况下依然超过90℃，那么认为不适合电机正常工作，则需执行报警断电动作。
22.综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：本发明能提供具有多级散热壳体的离心泵及散热控制方法，采用多级散热壳体，正常温度工况下，内换热层内部的高热气流一是通过散热风扇进行热交换，再就是通过内换热层和外壳体层之间的热交换进行，当极端温度散热控制器通过监测的温度判断这种热交换并不能满足散热需求时，就控制开启主动散热装置进行主动散热，主动散热装置的多个主动散热器可以为内换热层进行主动降温，从而将内换热层内空气的温度维持在可以保证电机正常工作的范围，解决了离心泵在极端温度环境下的正常工作需求。
附图说明
23.图1是本发明具有多级散热壳体的离心泵的立体结构示意图；图2是本发明具有多级散热壳体的离心泵去掉散热风扇外罩的立体结构示意图；图3是本发明具有多级散热壳体的离心泵去掉散热风扇和导热板的结构示意图；图4是本发明具有多级散热壳体的离心泵多级散热壳体的立体结构示意图；图5是图4的侧视结构示意图；图6是本发明具有多级散热壳体的离心泵的多级散热壳体的结构示意图；图7是本发具有多级散热壳体的离心泵的电器件连接原理示意图。
24.附图标记说明：1、泵体；11、多级散热壳体；111、内换热层；112、外壳体层；1121、散热鳍片；2、主动散热器；21、弧形导热板；23、集中散热器；12、电机；3、叶轮机构；4、导热板；10、极端温度散热控制器；101、第一温度传感器；102、第二温度传感器；103、第三温度传感器；104、模拟量输入模块；105、主控制电路板；106、电控断路器；107、声光报警器；100、散热风扇。
具体实施方式
25.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
26.本发明实施例公开具有多级散热壳体的离心泵及散热控制方法。
27.参照图1－图7，实施例1，具有多级散热壳体的离心泵，包括泵体1、散热风扇100、叶轮机构3、主动散热装置和极端温度散热控制器10，泵体1包括多级散热壳体11和电机12，电机12设置在壳体内，叶轮机构3设置在多级散热壳体11的一端，电机12的主动输出轴通过传动装置与叶轮机构3的动力输入轴传动连接，散热风扇100设置在泵体1的一端，用于加速多级散热壳体11内的空气与外界环境空气进行热交换；多级散热壳体11包括内换热层111和外壳体层112，内换热层111与外壳体层112之间设置主动散热夹层，主动散热装置设置多个主动散热器2，多个主动散热器2分别均匀阵列在主动散热夹层内设置的多个主动散热器安装位，极端温度散热控制器10分别与多个主动散热器2控制连接，极端温度散热控制器10分别监测内换热层111的温度、内换热层111内空气的温度，并用于控制多个主动散热器2为内换热层111降温，且降温幅度低于内换热层111内空气温度至少10℃。
28.对于离心泵的热量主要来自泵体1内电机12的工作发热，普通的散热途径主要是壳体的热交换，还有的在端部设置一个散热风扇100来提高散热效率，也能应对常规工况下离心泵的正常工作需求，由于叶轮机构3里面通常是泵液体的，因此叶轮机构3不需要进行额外的散热设计；但是在极端情况下，比如外界温度极高，或者离心泵工作在狭小空间内，不断的热量积累导致离心泵所处位置的空气温度很高，这就导致壳体内的热量很难与外界空气进行热交换，或者热交换的效率很低，不断热量积累下就容易导致电机12损坏风险剧增，采用多级散热壳体11，正常情况下，内换热层111内部的高热气流一是通过散热风扇100进行热交换，再就是通过内换热层111和外壳体层112之间的热交换进行，当极端温度散热控制器10通过监测的温度判断这种热交换并不能满足散热需求时，就需要开启主动散热装置进行主动散热，主动散热装置的多个主动散热器2可以为内换热层111降温，且降温幅度低于内换
热层111内空气温度至少10℃，通常为15℃-20℃的温差，甚至更大，这就加速了内换热层111从内换热层111内空气进行吸热的速度，内换热层111和外壳体层112均采用换热效果好的金属材质制成，主动散热器2内侧面对内换热层111进行制冷，由于热泵原理，外侧面会将热量传导到外壳体层112，这就导致外壳体层112的温度会高于正常散热下的温度，这样就还是会与外界空气温度形成较大的温差，仍然保持较高的热交换效率，从而将内换热层111内空气的温度维持在可以保证电机12正常工作的范围，解决了离心泵在极端温度环境下的正常工作需求。
29.实施例2，还包括一对导热板4，一对导热板4分别安装在多级散热壳体11的两端，散热风扇100的散热基座安装在其中一个导热板4的外表面，通过导热板4与多级散热壳体11内空气进行热交换。
30.导热板4是单向导热板。
31.采用单向导热板的端部设计，在外界空气温度极端高的情况下，尽量避免外界空气反向进行热交换的风险，且可以在开启主动散热装置的同时关闭散热风扇100减少能耗。
32.实施例3，主动散热装置包括多个弧形导热板21、多个主动散热器2、多根集热管道和集中散热器23，多个弧形导热板21分别安装在主动散热夹层，相邻两个弧形导热板21之间的间隙为主动散热器安装位，多个主动散热器2分别安装在主动散热器安装位，多根集热管道的一端分别采集主动散热器2热端的热量，集中散热器23设置在外壳体层112的顶部，多根集热管道的另一端与集中散热器23的底部集热端热传导连接，集中散热器23的顶部与外界空气进行热交换，集中散热器23可以是半导体散热，散热铜板等多种散热形式中的一种即可。
33.主动散热器2是半导体制冷板。
34.采用基于半导体制冷板的主动散热设计，弧形导热板21也是采用金属导热材料制成，多个弧形导热板21可以有效的将内换热层111和外壳体层112之间进行刚性连接，且可以保持正常的热传导，多个弧形导热板21之间的空隙为多个半导体制冷板提供安装空间，其中制冷面紧贴内换热层111，制热面紧贴外壳体层112，形成热泵效应，可以满足极端温度下的主动散热需求。
35.实施例4，外壳体层112设置多个散热鳍片1121。
36.散热鳍片1121能增加外壳体层112的散热性能和强度。
37.实施例5，极端温度散热控制器10包括第一温度传感器101、第二温度传感器102、第三温度传感器103、模拟量输入模块104和基于芯片的主控制电路板105，第一温度传感器101用于监测散热风扇100外部空气的温度值，第二温度传感器102用于监测内换热层111内空气的温度值，第三温度传感器103用于监测内换热层111内部的温度值，第一温度传感器101、第二温度传感器102和第三温度传感器103分别通过模拟量输入模块104与主控制电路板105通信连接，主控制电路板105分别与多个主动散热器2和散热风扇100控制连接，根据第一温度传感器101、第二温度传感器102、第三温度传感器103测得的温度值，分别控制多个主动散热器2和散热风扇100的执行动作。
38.极端温度散热控制器10基于三个温度传感器分别实现对监测散热风扇100外部空气的温度值、内换热层111内空气的温度值和监测内换热层111内部的温度值进行监测，通过各个温度值之间的对比，即可实现对离心泵内外的温度差距的数值化对比，为基于芯片
的主控制电路板105分别控制多个主动散热器2的执行动作提供依据。
39.实施例6，极端温度散热控制器10还包括电控断路器106和声光报警器107，电机12通过电控断路器106取电，声光报警器107设置在外壳体层112上，主控制电路板105控制声光报警器107的执行动作，并通过电控断路器106控制电机12供电的通断。
40.声光报警器107的作用是在主动散热都无法使内换热层111内空气温度降低到满足电机12合适的工作温度后，进行声光报警，提醒工作人员进行处置，同时采用电控断路器106来对电机12进行断电操作，降低电机12在过高温度下持续工作导致的损坏风险。
41.实施例7，具有多级散热壳体的离心泵的散热控制方法，具体方法是：设在时间t第一温度传感器101测得的温度值为tx，第二温度传感器102测得的温度值为ty，第三温度传感器103测得的温度值为tz，主控制电路板105设置一级极端温度判断阈值ta和二级极端温度判断阈值tb，若主控制电路板105判断ta＜tx＜tb，且tz＜1.1ty时，执行一级主动散热动作；一级主动散热动作是：主控制电路板105分别控制多个主动散热器2开启制冷，设额定制冷功率为p，则控件主动散热器2的工作功率为80%p，并控制散热风扇100关闭，主动散热器2为内换热层111降温，且降温幅度低于ty至少10℃；若主控制电路板105判断tx大于tb，则执行二级主动散热动作；二级主动散热动作是：主控制电路板105分别控制多个主动散热器2按照最大制冷功率进行工作；一级极端温度判断阈值ta是50℃，二级极端温度判断阈值tb是70℃。
42.当第一温度传感器101测得的温度值为位于50℃到70℃之间时，此时认定离心泵外部环境的温度为极高温度，产生的原因可能是外部环境温度本身就很高，二是较小的密闭空间的使用场景，例如密闭的泵房，此时如果只采用普通的散热，由于离心泵内部的温度与外部的温度差很小，这样散热效率就很低，此时开启多个主动散热器2，多个主动散热器2会进行主动散热，尽量把内换热层111内空气的温度控制在合适的温度，合适的温度为低于80℃，电机12可以维持正常工作状态。
43.实施例8，还包括报警温度阈值tc，tc为90℃，若主控制电路板105判断ty大于tc，则执行报警断电动作；报警断电动作是主控制电路板105控制声光报警器107开启报警，并通过电控断路器106控制电机12断电。
44.如果内换热层111内空气的温度在主动散热情况下依然超过90℃，那么认为不适合电机12正常工作，则需执行报警断电动作。
45.以上均为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。