礦用設(shè)備水冷板承壓情況分析

安郁熙+尚衍飛+王麗玲

摘 要：在煤礦防爆變頻設(shè)備中，水冷板是通過(guò)帶走熱量保證器件在正常溫度下運(yùn)行的至關(guān)重要的部分。在正常使用時(shí)，可能出現(xiàn)水冷板滲水、鼓等影響冷卻效果的現(xiàn)象。本文通過(guò)簡(jiǎn)化建模進(jìn)行有限元分析，從水冷板承壓、制造角度說(shuō)明，如何布局水道才能更好的保證水道強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：防爆設(shè)備：水冷板；承壓能力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.109

1 引言

受煤礦工作環(huán)境影響，煤礦應(yīng)用中大功率耗能設(shè)備多樣，特別是高電壓大功率電機(jī)、以及控制設(shè)備防爆變頻器等，為保證設(shè)備更長(zhǎng)有效運(yùn)行，設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)往往采用水冷方式進(jìn)行散熱。對(duì)于防爆電機(jī)而言，水冷水道形式一般為螺旋水道、折返水道（軸向平行水道）[2]；對(duì)于防爆變頻器而言，往往采用長(zhǎng)方形水道結(jié)構(gòu)形式。水冷板的設(shè)計(jì)主要考慮散熱，但需要根據(jù)實(shí)際情況滿(mǎn)足需求方供水系統(tǒng)壓力要求。因煤礦設(shè)備需要連續(xù)運(yùn)行及使用條件限制，水冷板承壓能力設(shè)計(jì)時(shí)要比實(shí)際規(guī)定設(shè)計(jì)得更高一些。

2 計(jì)算分析

冷卻板水道的結(jié)構(gòu)形式繁多，為便于實(shí)際加工及降低成本，建議礦用水冷板水道采用方形水道；本文暫只討論方形水道的相關(guān)情況，從而強(qiáng)度計(jì)算可簡(jiǎn)化為“矩形外殼強(qiáng)度計(jì)算”[1，3]，本文不進(jìn)行詳述。本文通過(guò)簡(jiǎn)單的水道模型，進(jìn)行水冷板的承壓能力分析。

因水冷板水道及焊板布局相同，故對(duì)水冷板模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，水冷板材料為Q235，對(duì)其中一部分水道進(jìn)行有限元分析，如下圖1～4。

如按照?qǐng)D紙焊接加工，理論保守分析在8.5Mpa壓力下，水冷板不會(huì)損壞。水壓達(dá)到8Mpa左右時(shí)，會(huì)超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度，此時(shí)水冷板才會(huì)有較大的變形，長(zhǎng)時(shí)間處在此工作狀態(tài)，會(huì)使變形無(wú)法恢復(fù)，可能會(huì)影響到直接固定在冷卻板上的功率原件，所以對(duì)直接固定在冷卻板上的功率元器件，平面度要求較高的，建議設(shè)計(jì)時(shí)此處不要超過(guò)材料屈服強(qiáng)度。

在制造過(guò)程中請(qǐng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）建議焊接應(yīng)使用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，與Q235材料匹配的焊絲應(yīng)為40公斤級(jí)的焊絲；切勿使用焊條或低等級(jí)焊絲；

（2）焊接時(shí)蓋板需要周邊打破口，必須先打底焊接，才能保證與底板有很好得焊接熔合，從而保證焊接強(qiáng)度；

（3）保證中間焊接間隙至少為5mm，切勿過(guò)小；如果焊接加工工藝達(dá)不到，建議蓋板搭接2～3mm，焊縫幾乎可以熔透。

從上面數(shù)據(jù)可以看出，蓋板中間焊縫的有效長(zhǎng)度越長(zhǎng)，蓋板的承壓能力會(huì)越強(qiáng)；為了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)4.5MPa承壓，水冷板厚度可以減薄。設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際要求及制造情況進(jìn)行綜合考慮。

3 總結(jié)

礦用防爆電機(jī)及防爆變頻器，因制造成本及強(qiáng)度等要求，一般采用Q235、Q345等鋼材，長(zhǎng)時(shí)間使用水道容易銹蝕或存有污垢，所以在定期的進(jìn)行檢修維護(hù)或大修時(shí)，可以用弱酸或者特殊的清洗液對(duì)水道進(jìn)行沖洗。雖然對(duì)于水冷板而言，為了更好的吸收散熱元件的熱量，水冷板越薄越好；但考慮到長(zhǎng)期使用銹蝕后板厚變薄，在設(shè)計(jì)時(shí)在滿(mǎn)足散熱條件下，卻應(yīng)該盡可能的設(shè)計(jì)厚一些，從而盡可能的延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。我公司的產(chǎn)品被廣泛的應(yīng)用于各大煤礦企業(yè)并得到客戶(hù)得認(rèn)可，希望本文的分析研究可以對(duì)設(shè)計(jì)和制造有一定的指導(dǎo)借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]安郁熙，王程程，崔煥鵬.礦用隔爆型電氣設(shè)備防爆殼體的輕薄化設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)電，2016（01）.

[2]王麗芳.礦用雙速水冷電機(jī)得功率與結(jié)構(gòu)[J].電機(jī)技術(shù)，2011（01）.

[3]錢(qián)松，倪春明.礦用隔爆型電氣設(shè)備的外殼強(qiáng)度設(shè)計(jì)探討[J].煤礦機(jī)電，2006（06）.

作者簡(jiǎn)介：安郁熙（1983-），男，碩士，中級(jí)，工程師。endprint