技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及控溫領(lǐng)域，特別涉及一種超高熱流密度控溫用射流一體泵及其組裝方法。

背景技術(shù)：

大功率激光、雷達(dá)、功放、功率管等設(shè)備和器件運(yùn)行過程中呈現(xiàn)高熱流密度發(fā)熱特征，其熱流密度超過500W/cm²，該熱流密度已達(dá)到了熱沉式流體回路控溫能力的上限，采用熱沉式流體回路控溫發(fā)熱體溫度將極有可能超過所能夠承受的極限，射流冷卻是解決該類問題的有效手段。射流冷卻通過在熱沉表面噴射高速流體形成強(qiáng)烈的冷卻效果，冷卻效率最高的手段之一，其最大耐受熱流密度在1000 W/cm²以上。

一般而言上述發(fā)熱設(shè)備或器件所在空間有限，對熱控方案重量控制嚴(yán)格，需要長期可靠運(yùn)行。因此，為了解決上述問題選擇的方案除了能夠滿足控溫能力外還要求盡快可能緊湊、輕質(zhì)、可靠。本發(fā)明針對上述超高熱流密度控溫問題設(shè)計(jì)了一種微型射流一體泵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有的射流冷卻裝置不能同時(shí)滿足冷卻效果和小型、輕質(zhì)的要求；為解決所述問題，本發(fā)明提供一種超高熱流密度控溫用射流一體泵及其組裝方法。

本發(fā)明提供的超高熱流密度控溫用射流一體泵包括：電極部分和泵體部分，所述電極部分和泵體部分為一體化結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述電極部分包括：轉(zhuǎn)子葉輪、空心杯繞組、外鐵心、內(nèi)鐵心；所述泵體部分包括：前錐體、后錐體、電氣外殼、接頭、第一陶瓷軸承、第二陶瓷軸承、機(jī)體外殼、匯流體、熱沉、噴嘴、引流環(huán)。

進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)子葉輪為葉輪與轉(zhuǎn)子的一體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部含有銣鐵硼強(qiáng)磁鋼。

進(jìn)一步，轉(zhuǎn)子通過第一陶瓷軸承支撐于前錐體，通過第二陶瓷軸承支撐于后錐體；前、后錐體通過焊接與機(jī)體外殼連接，后錐體表面設(shè)計(jì)有與葉輪葉片扭曲方向相反的葉片。

進(jìn)一步，所述噴嘴為多孔結(jié)構(gòu)，外側(cè)圓孔有相對軸線5°～10°的傾角。

進(jìn)一步，接頭、電氣外殼、轉(zhuǎn)子、泵體外殼、前后錐體、噴嘴、引流環(huán)、匯流體部分均采用鈦合金，熱沉部分采用高強(qiáng)度鋁合金。鈦合金件接觸部分采用激光焊連接，鋁合金和鈦合金接縫處采用異種金屬激光焊。

本發(fā)明還提供所述的超高熱流密度控溫用射流一體泵的組裝方法，包括：

步驟一、將前錐體、后錐體、第一陶瓷軸承、第二陶瓷軸承及葉輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行裝配；

步驟二、將上述裝配好的組件裝配至機(jī)體外殼內(nèi)，并采用激光焊將前后錐體與機(jī)體外殼連接；

步驟三、將噴嘴、引流環(huán)、匯流體分別進(jìn)行裝配，并采用激光焊對接觸縫進(jìn)行焊接；

步驟四、將熱沉裝配至匯流體，并采用激光焊對接觸縫進(jìn)行異種材料焊接；

步驟五、將內(nèi)、外鐵心與空心杯繞組轉(zhuǎn)配至一體，然后裝配至泵體外殼并進(jìn)行固定；

步驟六、將驅(qū)動電路裝配至電氣外殼內(nèi)的電路安裝盤并引出導(dǎo)線；

步驟七、將裝配有驅(qū)動電路的電氣外殼裝配置泵體外殼并采用激光焊連接焊縫；

步驟八、焊接電氣外殼。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括：

本發(fā)明采取泵體與射流結(jié)構(gòu)一體化微型設(shè)計(jì)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的微型射流一體泵長度僅有33mm，平均直徑為20mm，重量不足100g，可通過電壓調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)能力的連續(xù)調(diào)節(jié)，電氣與流體完全隔離，整機(jī)無泄露，滿足超高熱流密度控溫能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、輕質(zhì)、可靠性高的要求。通過電磁設(shè)計(jì)，本發(fā)明軸流泵最大轉(zhuǎn)速可以達(dá)到2000r/min，流量6L/min，適應(yīng)于2V～24V電壓，耗功不大于10W。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一體泵結(jié)構(gòu)簡單。流體經(jīng)微型軸流泵增壓后直接進(jìn)入噴嘴，流體經(jīng)噴最后形成高速流體，高速流體沖刷熱沉表面形成強(qiáng)烈的冷卻效果；升溫后的流體經(jīng)引流環(huán)進(jìn)入?yún)R流體，經(jīng)外部散熱器冷卻后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。系統(tǒng)運(yùn)行工質(zhì)既可以是水、乙醇、丙酮等常規(guī)介質(zhì)也可以是NH₃、R134a等制冷劑。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的超高熱流密度控溫用微型射流一體泵工作系統(tǒng)圖

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的超高熱流密度控溫用射流一體泵剖面圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的研制的超高熱流密度控溫用射流一體泵組成圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的研制的超高熱流密度控溫用射流一體泵的轉(zhuǎn)子葉輪結(jié)構(gòu)圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的研制的超高熱流密度控溫用射流一體泵電氣外殼體結(jié)構(gòu)圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的研制的超高熱流密度控溫用射流一體泵的噴嘴結(jié)構(gòu)圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的研制的超高熱流密度控溫用射流一體泵的匯流體結(jié)構(gòu)圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的研制的超高熱流密度控溫用射流一體泵的引流環(huán)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下文中，結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。

如圖1所示。工作狀態(tài)，本發(fā)明提供的超高熱流密度控溫用微型射流一體泵10與貯液器20連接，貯液器20另外一端與外部散熱器30連接。

本發(fā)明實(shí)施例提供的超高熱流密度控溫用微型射流一體泵特點(diǎn)為動力、泵及射流裝置一體化、小型化，其中泵部分采用了緊湊式軸流微泵。結(jié)合參考圖2和圖3，本發(fā)明實(shí)施例提供的超高熱流密度控溫用微型射流一體泵包括：轉(zhuǎn)子葉輪1、前錐體2、空心杯繞組3、電氣外殼4、接頭5、外鐵心6、內(nèi)鐵心7、第一陶瓷軸承8、機(jī)體外殼9、后錐體10、匯流體11、熱沉12、噴嘴14和引流環(huán)15。

常規(guī)軸流泵一般分為電機(jī)部分和泵體部分，本發(fā)明考慮到結(jié)構(gòu)的緊湊、可靠及線圈的散熱問題，將電機(jī)部分與泵體部分設(shè)計(jì)為一體化結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的軸流泵部分，葉輪與轉(zhuǎn)子集成為一體，如圖4所示，其內(nèi)部含有銣鐵硼強(qiáng)磁鋼。轉(zhuǎn)子通過陶瓷軸承支撐在前后錐體上，前后錐體通過焊接與泵體外殼連接，錐體部分起到引導(dǎo)流體的作用，降低流體摩擦引起的損耗，后錐體表面設(shè)計(jì)有與葉輪葉片扭曲方向相反的葉片，起到將流體動能轉(zhuǎn)化為壓力的作用，提升泵的出口壓力。

定子部分采用空心杯定子，考慮到磁損失及泵體外部電磁兼容性，在空心杯定子內(nèi)外各設(shè)計(jì)一層硅鋼芯，定子整體套在泵體外殼上。相比于鐵心定子，本發(fā)明采用的空心杯定子更輕質(zhì)、更簡單，可靠性更高、更適合小型化。驅(qū)動泵運(yùn)轉(zhuǎn)的控制電路安裝在電氣殼體的安裝盤40上，導(dǎo)線從導(dǎo)線接出孔50引出，如圖5所示。泵的電氣部分與介質(zhì)實(shí)現(xiàn)了完全隔離，電氣部分的發(fā)熱量均可通過結(jié)構(gòu)壁面散向流體，確保了整體可靠性。

本發(fā)明采用的噴嘴為多孔結(jié)構(gòu)，如圖6所示，外側(cè)圓孔相比軸線有5°～10°傾角。本發(fā)明采用匯流體和引流環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)流體的回流的同時(shí)可確保流體能夠從射流區(qū)域不同方向經(jīng)引流環(huán)均勻向外流出，對射流流場影響較小。引流環(huán)和匯流體結(jié)構(gòu)如圖7和圖8所示。

本發(fā)明接頭、電氣外殼、轉(zhuǎn)子、泵體外殼、前后錐體、噴嘴、引流環(huán)、匯流體部分均采用鈦合金，熱沉部分采用高強(qiáng)度鋁合金。鈦合金件接觸部分采用激光焊連接，鋁合金和鈦合金接縫處采用異種金屬激光焊。

本發(fā)明主要應(yīng)用于熱流密度超過500W/cm²的超高熱流密度場所，由于本發(fā)明設(shè)計(jì)的裝置體積較小、重量較輕，可實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)緊湊式超高熱流密度控溫功能，可以應(yīng)用于地面激光設(shè)備、衛(wèi)星和飛機(jī)平臺高功率發(fā)熱器件的控溫。由于本發(fā)明電磁部分采用了空心杯線圈，因此泵的響應(yīng)速度較快，能夠?qū)﹄妷赫{(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)平滑過度，可以通過調(diào)節(jié)電壓實(shí)現(xiàn)對不同熱流密度的適應(yīng)性。

本發(fā)明提供的超高熱流密度控溫用微型射流一體泵具體實(shí)施方式如下：

工序1：元件加工

按照具體圖紙加工各元件，本發(fā)明接頭、電氣外殼、轉(zhuǎn)子、泵體外殼、前后錐體、噴嘴、引流環(huán)、匯流體部分均采用鈦合金；熱沉部分采用高強(qiáng)鋁合金；轉(zhuǎn)子內(nèi)部磁鋼采用銣鐵硼強(qiáng)磁鋼；空心杯繞組根據(jù)電磁設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行定制，采用鍍銀銅質(zhì)漆包線繞制，繞組采用三相星形連接。

工序2：組裝

按照裝配圖組裝各部件。裝配過程如下：

步驟一、將前后錐體、軸承及葉輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行裝配；

步驟二、將上述裝配好的葉裝配體裝配至機(jī)體外殼內(nèi)，并采用激光焊將前后錐體與裝配體外殼連接；

步驟三、將噴嘴、引流環(huán)、匯流體分別進(jìn)行裝配，并采用激光焊對接觸縫進(jìn)行焊接；

步驟四、將熱沉裝配至匯流體，并采用激光焊對接觸縫進(jìn)行異種材料焊接；

步驟五、將內(nèi)外鐵心與空心杯線圈轉(zhuǎn)配至一體，然后裝配至泵體外殼并進(jìn)行固定；

步驟六、將驅(qū)動電路裝裝配至電氣外殼內(nèi)的電路安裝盤并引出導(dǎo)線；

步驟七、將裝配有驅(qū)動電路的電氣外殼裝配置泵體外殼并采用激光焊連接焊縫；

步驟八、焊接電氣外殼。

工序3：測試

對組裝后的射流一體泵進(jìn)行測試，測試流量、出口壓力隨電壓的變化。

本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。