一种高热通量车载变压器散热模块及散热模块组的制作方法

本实用新型涉及空气冷却热交换装置技术领域，具体涉及一种紧凑式的高热通量油浸式车载变压器散热模块。

本实用新型还涉及由上述散热模块组合形成的散热模块组。

背景技术：

随着高速机车的提速和超高速磁悬浮列车的研制与开发，其时速可达300km/h到600km/h，列车的车载变压器负荷相继增加，不可避免的带来运行时的高发热现象，对变压器具有极大损伤。

申请号为201621150333.3的中国专利公开了一种常规的油浸式变压器的散热器方案，该变压器散热器中的上蝴蝶阀门与下蝴蝶阀门连接，上蝴蝶阀门通过导油管与主进油管链接，主进油管左右两侧分别连通进油管a、进油管b，进油管a、进油管b与回油管之间分别通过散热片连通，回油管位于主进油管的正下方，与进油管a连接的散热片、与进油管b连接的散热片分别相间地设置在回油管上，散热片之间通过固定筋连接固定，进油管a与进油管b上各设置有一个排气塞，散热片的一侧设置有导风筒，导风筒内设置有风扇，回油管下面连接有滤油器，滤油器与潜油泵连接，潜油泵与油箱连接的导油管上设置有流动继电器和下蝴蝶阀门。这一类用于油浸式变压器散热的散热器，存在散热效率有限，难以快速降低变压器油温，且设备体积过大的问题，无法适用于安装在机车底部有限位置内的车载变压器上。

申请号为201310699053.2的中国专利公开了一种用于城际动车组牵引变压器冷却系统，该装置包括承载结构梁I、承载结构梁II和风机箱体，所述风机箱体内设有风机组，所述冷却系统还包括在所述风机箱体一端依次固定连接的侧进风筒I，油散热器I，过渡风筒I和过滤器I，其特征在于：所述侧进风筒I两侧分别设有侧进风筒吊装座I，所述侧进风筒I通过两侧的所述侧进风筒吊装座I分别固定在所述承载结构梁I和所述承载结构梁II上，所述油散热器I两侧分别设有油散热器吊装座I，所述油散热器I通过两侧的所述油散热器吊装座I分别固定在所述承载结构梁I和承载结构梁II上。该方案中的散热装置虽然解决了装置体积问题，但散热效率仍然有限，城际动车组最高运行时速仅300km/h，在列车运行速度进一步提升时，变压器容量的提升会带来散热不足的问题。

因此，在目前研制中急需一种散热量大、体积小的散热模块，用于高速列车车载变压器散热，从而保证列车安全、可靠运行。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决高速和超高速列车车载变压器在有限空间内的散热问题，设计一种紧凑式的高热通量油浸式车载变压器散热模块。

本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型所述高热通量车载变压器散热模块，包括风机、散热管束及壳体，所述风机、散热管束固定于壳体内，散热管束与油进、出口管连接；所述散热管束包括若干对流换热管，所述对流换热管各直管段之间采用180°等径弯头对应连接；所述散热管束轴向与所述风机的气流方向垂直布置；所述壳体为框架结构，除其进、出风侧外，其余四周由侧板包覆。

本实用新型采用风机气流方向与散热管束轴向垂直布置，实现强制对流换热；同时采用对流换热直管与180°等径弯头对应连接，形成散热管束，在保证散热效率的前提下，有效缩减了散热模块的整体尺寸。

为提高散热效率，所述对流换热管的直管段内表面设置多线螺旋槽。优选的，所述多线螺旋槽的槽距P为1.0～2.0mm，槽宽B为0.2～0.5mm，槽深h为0.2～0.4mm，螺旋角α为30～40°。

也可以在所述对流换热管的直管段内沿轴向加装单头螺旋片或双头螺旋片。优选的，所述单头螺旋片的螺距Pn与径向最大宽度Bn的比值在7.5～8.5之间；所述双头螺旋片的导程Tn与螺距Pn之比为1.8～2.2之间，螺距Pn与径向最大宽度Bn的比值在7.5～8.5之间。

本实用新型在所述对流换热管各直管段内表面设置多线螺旋槽、单头螺旋片或双头螺旋片，可充分打破流体层流底层，增加流体扰动，提高对流换热系数。

为进一步增强上述技术效果，对流换热管各相邻直管段内表面所设置的多线螺旋槽、或沿其轴向加装的单头螺旋片或双头螺旋片，采用左、右旋交替布置。

所述对流换热管外表面可以是光管，也可以在其直管段外表面设置高频焊螺旋翅片或单金属轧制翅片或双金属复合轧制翅片，以增加散热面积从而进一步提高散热效率。

同时，可以选用高压减振轴流风机作为散热风机，其气流方向与散热管束的轴向垂直且居中布置。所述高压减振轴流风机，是指风压在1000～1200Pa的轴流风机，并含有弹性底座用于减振。

所述壳体的出风侧采用网孔立体折板，可有效增加空气流通面积，减少阻力损失，从而加强强制对流。优选的，网孔立体折板的网孔孔径d≤5～10mm，网孔平面中心距D为10～15mm，立体中心距S为40～50mm。

本实用新型上述单个模块的散热量可达100kW，而且尺寸紧凑，还可根据不同散热量的需要进行各模块的串并联组合，形成散热模块组来使用。

本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：

1.散热模块结构紧凑，体积小，适宜机车底部安装；

2.散热模块中的对流换热管：外表面采用光管、高频焊螺旋翅片、单金属轧制翅片、双金属复合轧制翅片；内表面采用多线螺旋槽、加装单头螺旋片、双头螺旋片且在对流换热管各相邻直管段中采用左、右旋交替布置，提高换热效率，减少金属耗量；

3.散热模块中采用高压减振风机，气流与换热管轴向垂直布置，实现强制对流换热；

4.壳体出风侧采用网孔立体折板，对散热管起到有效防护，同时增加空气流通面积，减少阻力损失；

5.散热模块可灵活组合，可根据不同散热量的需要进行多模块的串、并联组合使用。

附图说明

图1为模块结构立面示意图；

图2为图1所示模块的俯视图；

图3为网孔立体折板主视图；

图4为网孔立体折板左视图；

图5为网孔立体折板俯视图；

图6为内表面采用多线螺旋槽结构的对流换热管主剖视图；

图7为内表面采用多线螺旋槽结构的对流换热管左剖视图；

图8为内表面采用多线螺旋槽结构的对流换热管内壁面局部放大图；

图9为内部加装单头螺旋片的对流换热管主剖视图；

图10为内部加装单头螺旋片的对流换热管左剖视图；

图11为内部加装双头螺旋片的对流换热管主剖视图；

图12为内部加装双头螺旋片的对流换热管左剖视图；

图中：1、散热管束；1-1、油进口管；1-2、进口集箱；1-3、对流换热管；1-4、出口集箱；1-5、油出口管；2、高压减振风机；3、壳体；3-1、进风侧；3-2、出风侧。

具体实施方式

如图1及图2所示，本实用新型单个模块包括散热管束1、高压减振风机2和壳体3。

如图1所示，散热管束1包括油进口管1-1、进口集箱1-2、对流换热管1-3、出口集箱1-4、油出口管1-5。油进口管1-1与两端封闭的进口集箱1-2的下部连通；油出口管1-4与两端封闭的出口集箱1-4的上部连通。对流换热管1-3各直段之间采用等径180°弯头连通，两端与进、出口集箱连接，因此，可灵活实现多规格模块的组合方式。

如图2所示，高压减振风机2的气流方向与散热管束1轴向垂直且居中布置，散热管束1与高压减振风机2固定于壳体3内，构成一体模块；壳体2为框架结构，除进风侧3-1、出风侧3-2外，其余四周全部由侧板包覆，出风侧3-2为网孔立体折板。

如图3～5所示，出风侧3-2所采用的网孔立体折板，其优选尺寸为：网孔孔径d≤5～10mm，网孔平面中心距D为10～15mm，立体中心距S为40～50mm。

如图1、2所示，散热管束1的宽度B1≤700mm，含风机后模块总宽度B2≤1300mm，长度L≤1200mm，高度H≤700mm，可充分满足散热模块有限容纳空间的要求。

基于换热效率考虑，对流换热管1-3的外表面可以是光管，也可如图6、9及11所示，直接采用高频焊螺旋翅片，或单金属轧制翅片、或采用双金属复合轧制翅片，以增加散热面积。

同时，对流换热管1-3的内表面可采用多线螺旋槽结构，如图6～8所示，该多线螺旋槽优选尺寸为：槽距P为1.0～2.0mm，槽宽B为0.2～0.5mm，槽深h为0.2～0.4mm，螺旋角α为30～40°。

如图9～10所示，对流换热管1-3的内表面沿其轴向也可加装单头螺旋片，其优选尺寸为：螺距Pn与径向最大宽度Bn的比值在7.5～8.5之间。

如图11～12所示，对流换热管1-3的内表面也可加装双头螺旋片，该双头螺旋片优选尺寸为：导程Tn与螺距Pn之比为1.8～2.2之间，螺距Pn与径向最大宽度Bn的比值在7.5～8.5之间。

对流换热管1-3的内表面采用上述如图6～8、9～10或11～12所示结构，可充分打破流体层流底层，增加流体扰动，提高对流换热系数。为进一步增加该技术效果，对流换热管1-3各相邻直管段内表面所设置的多线螺旋槽、或沿其轴向加装的单头螺旋片或双头螺旋片，采用左、右旋交替布置。

基于上述优选方案，本实用新型所述单个模块的散热量可达100kW，并可根据不同散热量的需要进行多模块的串、并联组合，形成散热模块组进行使用。

本实用新型工作方式如下：

来自变压器的高温绝缘油，经过散热管束1与高压减振风机2实现强制对流换热，达到油降温散热的目的。高温绝缘油通过油进口管1-1进入进口集箱1-2，流经若干对流换热管1-3，经散热降温后流入出口集箱1-4，再由油出口管1-5流出，经降温后的绝缘油再次流回变压器继续循环工作。

本实用新型单个模块散热量达100kW，经多模块串并联组合，可满足时速300km/h到600km/h的高速机车和超高速磁悬浮列车用高功率车载变压器的散热需要。