钻机移动箱式变频电源用司控箱的制作方法

本实用新型涉及电力设备技术领域，特别涉及一种钻机移动箱式变频电源用司控箱。

背景技术：

有探矿、采矿或者隧道等工程项目中，钻机是一种常用的工程机械，现有的钻机一般采用电力作为能源，在使用中常常根据需要改变钻机转速，而且根据工程需要钻机需要进行移动，因此需要给钻机配备带有变频电源的可移动司控箱。

由于此类工程项目多在室外开放场所，设备受环境的影响很大，特别是对于电力设备的司控箱，在使用中司控箱会发热，需要向外部散热，所以常在箱体上设有散热孔；但是，若外部环境温度较高时散热困难容易造成过热引发故障或者事故，若外部环境温度过低可能影响箱内电子器件的焊接有效性造成损坏；由于外部工程环境中的空气含尘量较大，空气造成箱体内部积尘较多影响故障；在雨雪天气中还存在进水造成用电安全隐患的风险。环境与气候的影响，造成安全隐患多，故障率增加，维护成本升高，设备寿命短。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种钻机移动箱式变频电源用司控箱，包括箱体和行走机构，所述箱体安装在行走机构上端，所述箱体内置四象限变频器和电源控制器，所述四象限变频器和电源控制器电性连接；

所述箱体内部上端设有风机和热管换热器，所述箱体顶部设有冷凝器和水泵，所述箱体内部侧面设有风道；所述热管换热器的出口与冷凝器二次侧的进口以冷媒管道连接，所述热管换热器的进口与冷凝器二次侧的出口以冷媒管道连接，热管换热器、冷凝器与冷媒管道内充有冷媒；所述冷凝器一次侧的进水口与水泵的供水口以水管连接，所述水泵的吸入口以水管与冷水源连接；所述热管换热器安装在风机将四象限变频器和电源控制器处的空气送入风道的入口处。

可选的，所述行走机构包括底盘和两组履带轮，所述两组履带轮分别设置在底盘的两侧；所述箱体与底盘固定连接。

可选的，所述底盘设有牵引钩或者牵引环，用于以牵引绳与车辆连接，以便在车辆的牵引下进行移动。

可选的，所述热管换热器和风道为多个，每个风道的入口至少设置一个热管换热器，多个风道分别设置在箱体内部的不同侧面。

可选的，所述电源控制器包括运算模块、数据采集模块和执行模块；

所述数据采集模块连接有电压变送器、电流变送器、供水温度传感器、压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，所述电压变送器和电流变送器安装在四象限变频器的电源输出端分别用于测量输出电压和输出电流，所述供水温度传感器安装在所述冷凝器一次侧的进水口与水泵的供水口连接的水管上测量供水温度，所述压力传感器安装在冷媒管道上测量冷媒压力，所述第一温度传感器设置在箱体内部上端测量热管换热器前的箱内温度，所述第二温度传感器设置在风道内测量风道温度，所述第三温度传感器设置在箱体外表面测量环境温度；

所述运算模块分别与数据采集模块和执行模块连接，所述运算模块接收数据采集器采集的数据，通过计算确定控制方式，生成控制指令发送给执行模块；

所述执行模块分别与风机和水泵连接，根据控制指令控制风机和水泵的运行。

可选的，所述热管换热器的进口与冷凝器二次侧的出口连接的冷媒管道设有冷媒补充管路，所述冷媒补充管路设有贮液罐、补液泵和电磁阀，所述贮液罐的出口与冷媒补充管路的尾端连接，所述电磁阀设置在靠近热管换热器的进口与冷凝器二次侧的出口连接的冷媒管道位置，所述补液泵位于贮液罐和电磁阀之间，所述补液泵吸入口与贮液罐的出口连接，所述补液泵供液口与电磁阀连接；所述补液泵和电磁阀与执行模块连接。

可选的，所述冷凝器包括内层铜管、外层铜管和翅片，所述内层铜管和外层铜管相互隔离，所述内层铜管为冷凝器一次侧并以水管与水泵连接，所述外层铜管与内层铜管之间截面为环形的空腔为冷凝器二次侧并以冷媒管道与热管换热器连接；所述翅片设置在外层铜管的外侧，所述冷凝器的一侧设有风扇，所述风扇用于让空气通过冷凝器翅片之间的间隙进行对流；所述风扇与执行模块连接。

可选的，所述箱体的外侧安装有显示屏，所述显示屏与电源控制器连接，所述显示屏用于显示数据采集器采集的数据和运算模块计算结果数据。

本实用新型的钻机移动箱式变频电源用司控箱，采用封闭式箱体，在箱体内设置风机和风道形成空气内循环散热，在箱体顶部设置冷凝器和水泵，以冷凝器一次侧和水泵连接冷却用水源，在箱体内部上端的风道入口设置热管换热器，热管换热器与冷凝器二次侧采用冷媒管道连接并充注冷媒形成箱体内外热量交流的热管式冷媒循环，使得箱体可以在封闭情况下实现散热；封闭式箱体实现了箱体内部与外部环境的相对隔离，降低箱体内部各电力与电子器件受到的环境不良影响，可有效保障设备的持续运行，提高了生产率和设备使用寿命，降低了安全风险和维护成本。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型实施例中一种钻机移动箱式变频电源用司控箱结构示意图；

图2为本实用新型的钻机移动箱式变频电源用司控箱实施例采用的冷媒补充管路连接示意图；

图3为本实用新型的钻机移动箱式变频电源用司控箱实施例采用的冷凝器结构示意图。

图中：箱体1，行走机构2，四象限变频器3，电源控制器4，风机5，热管换热器6，冷凝器7，水泵8，风道9，底盘10，两组履带轮11，贮液罐12，补液泵13，电磁阀14，风扇15，外层铜管16，内层铜管17，翅片18。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种钻机移动箱式变频电源用司控箱，包括箱体1和行走机构2，所述箱体1安装在行走机构2上端，所述箱体1内置四象限变频器3和电源控制器4，所述四象限变频器3和电源控制器4电性连接；

所述箱体1内部上端设有风机5和热管换热器6，所述箱体1顶部设有冷凝器7和水泵8，所述箱体1内部侧面设有风道9；所述热管换热器6的出口与冷凝器7二次侧的进口以冷媒管道连接，所述热管换热器6的进口与冷凝器7二次侧的出口以冷媒管道连接，热管换热器6、冷凝器7与冷媒管道内充有冷媒；所述冷凝器7一次侧的进水口与水泵8的供水口以水管连接，所述水泵8的吸入口以水管与冷水源连接；所述热管换热器6安装在风机5将四象限变频器3和电源控制器4处的空气送入风道9的入口处。

上述技术方案的工作原理和为：采用封闭式箱体，在箱体内设置风机和风道形成空气内循环散热，在箱体顶部设置冷凝器和水泵，以冷凝器一次侧和水泵连接冷却用冷水源，该冷水源可以是附近水域如池塘、湖泊或者河流等天然地表水源，也可以是打井形成的地下水源，还可以是空调冷水机组提供的冷冻水等，根据项目地情况设置，还可以采用多种水源分时段使用的方式，优先选用天然水源以降低能耗；在箱体内部上端的风道入口设置热管换热器，热管换热器与冷凝器二次侧采用冷媒管道连接并充注冷媒形成箱体内外热量交流的热管式冷媒循环，使得箱体可以在封闭情况下实现散热；根据箱体内部各电力与电子部件的工作温度，设计确定冷媒的气化温度，根据冷媒的物理特性，以气化温度得到热管换热器与冷凝器二次侧冷媒管道的封闭系统压力；使用时，冷媒在热管换热器由液体气化变为气体使得压力升高，驱动气体冷媒沿冷媒管道流到冷凝器，在冷凝器中被冷却由气体重新凝结成液体，由于冷凝器位置高于热管换热器，凝结成的液体冷媒在重力作用下回流到热管换热器，不需要另外设置动力设备即可形成冷媒循环，节能性好。

上述技术方案的有益效果为：封闭式箱体实现了箱体内部与外部环境的相对隔离，降低箱体内部各电力与电子器件受到的环境不良影响，可有效保障设备的持续运行，提高了生产率和设备使用寿命，降低了安全风险和维护成本；风道设置在箱体内的侧面，让内部各电力与电子器件与外部形成了一定的传热隔离，无论外部环境温度高还是低，都不会对内部各电力与电子器件造成不良影响。

在一个实施例中，所述行走机构2包括底盘10和两组履带轮11，所述两组履带轮11分别设置在底盘10的两侧；所述箱体1与底盘10固定连接；所述底盘10设有牵引钩或者牵引环，用于以牵引绳与车辆连接，以便在车辆的牵引下进行移动。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案的行走机构设置履带轮，使得设备移动时可以适应相对复杂的地面情况，底盘还可以设置抗震的缓冲机构，例如弹簧，以保持设备移动或者工作中的平衡性，防止钻机工作时地面震动传递使得电气部件的连接容易松动；在底盘上设牵引钩或者牵引环，可以采用牵引绳与车辆连接，在车辆的牵引下进行移动。

在一个实施例中，所述热管换热器6和风道9为多个，每个风道9的入口至少设置一个热管换热器6，多个风道9分别设置在箱体1内部的不同侧面；所述箱体1的外壳内内侧设置保温层，箱体可以采用金属材料制作。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置多个热管换热器和风道，风道分别设置在箱体内部的不同侧面，让内部各电力与电子器件与外部形成了良好的传热隔离，无论外部环境温度高还是低，都不会对内部各电力与电子器件造成不良影响；通过在箱体的外壳内内侧设置保温层，可以进一步隔离外部环境温度变化的影响，在外部环境温度较高时不会增加箱体内部的热负载量；在外部环境温度较低时不会冻伤内部物品。

在一个实施例中，所述电源控制器4包括运算模块、数据采集模块和执行模块；

所述数据采集模块连接有电压变送器、电流变送器、供水温度传感器、压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，所述电压变送器和电流变送器安装在四象限变频器的电源输出端分别用于测量输出电压和输出电流，所述供水温度传感器安装在所述冷凝器一次侧的进水口与水泵的供水口连接的水管上测量供水温度，所述压力传感器安装在冷媒管道上测量冷媒压力，所述第一温度传感器设置在箱体内部上端测量热管换热器前的箱内温度，所述第二温度传感器设置在风道内测量风道温度，所述第三温度传感器设置在箱体外表面测量环境温度；

所述运算模块分别与数据采集模块和执行模块连接，所述运算模块接收数据采集器采集的数据，通过计算确定控制方式，生成控制指令发送给执行模块；

所述执行模块分别与风机5和水泵8连接，根据控制指令控制风机5和水泵8的运行。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案在电源控制器设置运算模块、数据采集模块和执行模块，数据采集模块采取电力与散热有关数据，用于对风机和水泵散热设备进行控制，该方案的散热控制与电源控制集成一为体，都采用电源控制器实现，可以降低设备成本，还加强了电力输出与散热需求的联系，使得控制更为协调、精准和节能。

在一个实施例中，如图2所示，所述热管换热器6的进口与冷凝器7二次侧的出口连接的冷媒管道设有冷媒补充管路，所述冷媒补充管路设有贮液罐12、补液泵13和电磁阀14，所述贮液罐12的出口与冷媒补充管路的尾端连接，所述电磁阀14设置在靠近热管换热器6的进口与冷凝器7二次侧的出口连接的冷媒管道位置，所述补液泵13位于贮液罐12和电磁阀14之间，所述补液泵13吸入口与贮液罐12的出口连接，所述补液泵13供液口与电磁阀14连接；所述补液泵13和电磁阀14与执行模块连接。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过给冷媒循环系统设置冷媒补充管路，当压力传感器检测到冷媒的压力降低时，打开电磁阀并启动补液泵，由补液泵从贮液罐中抽出冷媒输送到冷媒循环系统内，以补充冷媒循环系统的冷媒损耗，从而保障箱体的散热需要，避免由于冷媒的不足影响散热的效率。

在一个实施例中，如图3所示，所述冷凝器7包括内层铜管17、外层铜管16和翅片18，所述内层铜管17和外层铜管16相互隔离，所述内层铜管17为冷凝器7一次侧并以水管与水泵8连接，所述外层铜管16与内层铜管17之间截面为环形的空腔为冷凝器7二次侧并以冷媒管道与热管换热器6连接；所述翅片18设置在外层铜管16的外侧，所述冷凝器7的一侧设有风扇15，所述风扇15用于让空气通过冷凝器7的翅片18之间的间隙进行对流；所述风扇15与执行模块连接。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过的冷凝器采用内层铜管和外层铜管的双层管结构，在外层铜管外侧设置翅片；内层铜管作为一次侧与水泵连接冷水源，外层铜管与内层铜管的环形空腔为二次侧连接热管换热器；在冷凝器的一侧设有风扇；当项目地有可以使用的天然水源时，可通过一次侧连接水源进行散热；若项目地无可用天然水源，但是外部气候的气温较低，冷媒流动的外部铜管内，可以通过风扇以外部空气进行冷却，从而充分利用天然冷源实现散热，增加了设备的环境适应性，进一步节省能源。

在一个实施例中，所述箱体的外侧安装有显示屏，所述显示屏与电源控制器连接，所述显示屏用于显示数据采集器采集的数据和运算模块计算结果数据。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置显示屏，用于显示数据采集器采集的数据和运算模块计算结果数据，实现运行数据可视化，让使用者或者维护人员可以直观地了解设备运行状态，充分掌握设备情况。

在一个实施例中，所述运算模块通过以下公式计算箱体内部的循环风量：

上式中，q风表示箱体内部的循环风量；ε表示配电效率；q电表示输出电量；k表示箱体的传热系数；s表示箱体的表面积；t3表示环境温度；t1表示箱内温度；t2表示风道内送风温度；c表示箱内空气比热；ρ表示箱内空气密度；

根据风机的特性曲线中风量与转速的对应关系，以计算得到的循环风量作为风机的风量生成风机转速的控制指令并传输给执行模块，所述执行模块根据控制指令对风机的转速进行调节。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过运算模块采用上述公式计算箱体内部的循环风量，结合风机的特性曲线，实现对风机转速的精确控制，避免持续不断的调节和风量的波动，节省了调节时间，避免了调节过程的反复，可减少风机变动次数，从面提高风机使用寿命；降低了控制系统的能耗与散热；该计算公式不但考虑了设备自身发热产生的热负载，还考虑了环境温度变化造成的箱体内热负载变化情况，使得计算中的热负载计量更全面和精确，因此计算结果和控制更精确。

在一个实施例中，所述运算模块通过以下公式计算水泵的供水量：

上式中，q风表示水泵的供水量；ε表示配电效率；q电表示输出电量；k表示箱体的传热系数；s表示箱体的表面积；t3表示环境温度；t1表示箱内温度；t2表示风道内送风温度；c水表示水的比热；ρ水表示水的密度；t回水表示设计的回水温度，预先设定；t供水表示水泵的供水温度，由供水温度传感器测量得到；

根据水泵的特性曲线中循环水量与水泵转速的对应关系，以计算得到的供水量作为水泵的循环水量生成水泵转速的控制指令并传输给执行模块，所述执行模块根据控制指令对水泵的转速进行调节。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过运算模块采用上述公式计算需要的水泵供水量，结合水泵的特性曲线，实现对水泵转速的精确控制，避免持续不断的调节和供水量的波动，节省了调节时间，避免了调节过程的反复，可减少水泵变动次数，从面提高水泵使用寿命；降低了控制系统的能耗；该计算公式不但考虑了设备自身发热产生的热负载，还考虑了环境温度变化造成的箱体内热负载变化情况，使得计算中的热负载计量更全面和精确，因此计算结果和控制更精确。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。