密闭式循环纯水冷却系统结构设计

洪春凤，任 凯，杨伟龙，符夏颖

(广州高澜节能技术股份有限公司，广东 广州 510663)

密闭式循环纯水冷却系统，因其优异的散热效果，以及安全、高效、环保和节能等优点在高压大功率电力电子装置的冷却系统中得到了广泛的应用。本文通过对实际项目的设计经验，总结出了对密闭式循环纯水冷却系统在结构方面的要求。

1 背景

密闭式纯水循环冷却系统主要是对工业企业中关键发热设备的间接冷却，应用风力发电、核能发电、太阳能利用、海上石油平台、油田、轨道交通、电气传动和变频、新能源汽车等工业领域。本文所要探讨的密闭式循环纯水冷却系统是柜体防爆式。方案基于两种方式，一种是将水冷装置安装在柜子内，另一种方案是水冷装置为柜式，安装在变频柜内。运行的过程中将柜门关上，维护的时候再将柜门打开。这样既达到了使用要求，又考虑到了整体外观。故在水冷系统的设计过程中我们需要考虑到变频柜体内部的空间范围，其中包括水冷系统使用的空间、水冷系统安装所需要的空间、维修使用的空间。

防爆项目的水冷系统置于防爆柜内，柜体尺寸一般会比开放式平台水冷系统紧凑。如图1所示，防爆柜体尺寸比较紧凑，预设水冷装置本体后，要根据机械本体的大小再布置电缆走向。因此，此类机械本体的大小需根据防爆柜留出的空间定方案，在满足空间要求的情况下，各部件的选型需要满足散热性能要求，以保证设备的安全运行和性能的正常发挥。方案定下前期需要再跟客户沟通柜体尺寸大小，还必须考虑安装过程中两边需要留出空间，进行安装以及走线槽使用。

方案设计过程中，必须充分考虑水冷设备在安装过程中的安装及操作空间。如图1所示，项目中柜体尺寸定为650×750×1100 mm。

图1 柜体侧面

图2 柜体轴测图

设计过程中所有阀门手柄在开关状态下，都不应与柜体的骨架及柜门有任何干涉，，务必将其控制在钢结构的装置框架内。如图2所示，图中的蝶阀处在开关状态时手柄都未超出装置框架。

图3 阀门位置图

如图3所示，蝶阀的安装可180°调整，不能拆卸。球阀的安装可将安装阀芯的螺栓取下，调转阀芯位置，从而调转阀门手柄的位置，手柄90°可转。

图4 副循环布置

如图4副循环布置所示，柜体的外形尺寸已经定下，按照工艺流程图，按照高排气，低泄空，须将所有阀门与罐体在水冷系统中布置，考虑操作维修空间，考虑部件更换可操作性，因此空间较为狭窄。精密过滤器与罐体的连接所用的截止阀，离子罐的泄空阀，副循环最低点处的泄空阀，均布置在柜体的同一侧，且手柄操作均朝外。

2 各进出水口确定

放置水冷系统时会与客户柜体进行两面配合，固定好水冷系统及水冷系统进出口连接是设计沟通的重点。柜体方案设计考虑进出水口的连接方式和固定位置，在方案阶段就完全确定下来了。所以在设计过程中按照客户提供的各接口的尺寸位置图来确定管路的走向。在确定接口的位置尺寸的过程中需要认真读懂客户提供的图纸，尤其是尺寸标注的基准，如图5，尺寸均已确定，接口尺寸位置也已确定。图6是客户定下的固定位置，由于两个面都需要被固定，即法兰端与本体固定端，因此配合需要紧密。

图5 高度尺寸

图6 位置尺寸

3 拆卸方便

客户对水冷设备的各个关键部件的检修和拆装会提出要求，在布置管道时注意考虑各个关键部件的检修。

图7 水泵位置图

水泵的更换。如图7水泵位置图所示，由于是单泵，如果需要更换水泵，将该水泵出水口处的管道拆掉(卡箍)，再拆开水泵入水口处的连接,然后将水泵从正前方挪出。整个系统中水泵处于低位，注意不要布置成环绕型，预留空间拆装检修。

图8 离子罐位置图

关于离子罐的更换。如图8离子罐位置图，去离子回路流量小，选择的管径小。更换拆卸这个功能比较容易实现。离子罐内装树脂，更换离子罐树脂的时候，只需要将两个软管连接接头松开，离子罐的固定用的管码拆除，松开离子罐上方的封板，便可以拆卸离子罐，更换里面的树脂。

图9 电动三通阀位置图

电动三通阀与执行器的更换。如图9电动三通阀位置图，我们可以通过蝶阀的关闭进行更换三通阀座与电动执行器。电动三通阀与电动执行器与水泵同一侧，更换时无管道及元器件环绕，更换方便。

图10 板式换热器位置图

关于板式换热器的更换。如图10板式换热器位置图，板式换热器与防爆隔板，还有法兰一起全周焊，更换的时间较其他部件稍长。故对板换的更换，需要松开防爆隔板的固定螺栓，再从防爆隔板的孔推出，即可更换整个焊接后的板换。

4 阀门操作方便

客户对水冷设备各个阀门的可操作性要求高，考虑到并柜系统不方便开侧门跟后门，阀门都在同一侧可操作。在整个结构设计过程中考虑结构的协调性，在各大部件之间留有足够的空间操作阀门，如图11、12阀门的安装示意。

图11 阀门安装示意图

图12 阀门安装示意图

5 读数方便

图13 仪表安装

图14 仪表安装

水冷装置处于并柜系统中，基本的维护和操作都是在前门进行，各个仪表的表盘朝前，方便读数。压力表和温度表可以通过调整管路来实现表盘朝前，如图13、14，根据整体布局要求，安装位置的影响，电导率变送器和流量变送器选用分体式，实现表盘朝前，方便读数。

6 总结

密闭式循环纯水冷却系统不仅具有极高的散热效率，还具有节水、节能和无污染的优点，在大功率电力电子器件冷却方面应用广泛。水冷系统结构简洁紧凑，性能满足用户对系统的使用要求，用更少的资源释放更多的能量。

本文通过项目的经验，总结了几点比较重要的注意事项，希望使得文章所提能在项目的结构设计过程中能够更加顺畅，少犯错误。

参考文献

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