CN102563273A - 一种液体冷却电力电子阀体用管道和接头组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液体冷却电力电子阀体用管道和接头组件，属于电力电子技术领域。所述组件包括聚全氟乙丙烯制成的管道和聚偏氟乙烯制成的接头；所述接头为双卡套式接头；所述双卡套式接头包括接头体、前卡套、后卡套和螺母。该组件连接简单、密封性好，管道与接头连接不容易脱落；组件具有良好的抗液压和抗拉性能；组件耐受温度变化，且耐腐蚀性好，满足电力电子阀体复杂运行工况的要求。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种液体冷却电力电子阀体用管道和接头组件。
背景技术
大功率电力电子阀体，包括晶闸管阀体、基于绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成门板换流晶体管IGCT、电子注入增强门极晶体管IEGT和门极关断晶闸管GTO等的换流装置，通常采用液冷方式散热。然而，配水系统中，由于热胀冷缩、密封圈老化、机械振动等因素容易导致管道接头处出现渗漏，严重时危及阀体运行安全。
随着电力电子技术的快速发展，以及输电系统、发电厂、及广大工业用户对大功率电力电子阀体装置高性能、高可靠性的迫切要求，大功率电力电子半导体器件，特别是晶闸管、绝缘栅双极型晶体管IGBT等，工作时会产生较多热量，如无法及时散热，会导致电力电子器件结温的急剧上升，危及设备的安全运行。因此，功率元器件的散热问题成为当前电力电子应用领域备受关注的热点。风冷散热方式成本低，但由于散热能力小、易积灰、风机需要经常维护，因而限制了它的应用范围。热管散热方式体积较大，不便于阀体的紧凑化结构设计。而采用高散热效率的液体冷却方式成为多数大功率电力电子阀体散热的最佳选择。液冷系统中支路管道与管接头的抗液压、抗拉、密封性能、承受温度变化能力、耐腐蚀性能等，直接决定了电力电子阀体的安全以及整套设备的长期安全可靠运行能力。
通常，电力电子阀体上采用无规共聚聚丙烯PPR材质作为液冷管路材料，PPR材质非常便宜，但耐受温度较低，抗化学腐蚀能力弱，机械强度较差，阀体长期运行安全可靠性欠佳。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种液体冷却电力电子阀体用管道和接头组件，组件包括聚全氟乙丙烯制成的管道和聚偏氟乙烯制成的接头，该组件连接简单、密封性好，管道与接头连接不容易脱落。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种液体冷却电力电子阀体用管道和接头组件，所述组件包括聚全氟乙丙烯制成的管道5和聚偏氟乙烯制成的接头；所述接头为双卡套式接头；所述双卡套式接头包括接头体1、前卡套2、后卡套3和螺母4。
所述前卡套2和接头体1切入角度为5°～15°。
所述前卡套2和接头体1切入角度为8°～10°。
所述后卡套3和螺母4切入角度为15°～35°。
所述后卡套3和压紧螺母4切入角度为23°～27°。
后卡套3的圆周面设有开口，其内壁上设有突起的楞；所述楞的条数为1～3。
所述楞的楞宽为0.5～1.2mm，高为0.3～0.8mm。
所述接头体1和螺母4通过螺纹连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.组件连接简单、密封性好，管道与接头连接不容易脱落；
2.组件具有良好的抗液压和抗拉性能；
3.组件耐受温度变化，且耐腐蚀性好，满足电力电子阀体复杂运行工况的要求。
附图说明
图1是管道和接头组件结构图；
其中：1.接头体；2.前卡套；3.后卡套；4.螺母；5.管道；
图2是管道和接头组件整体示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1，一种液体冷却电力电子阀体用管道和接头组件，所述组件包括管道5和聚偏氟乙烯制成的接头；所述接头为双卡套式接头；所述双卡套式接头包括接头体1、前卡套2、后卡套3和螺母4。
所述前卡套2和接头体1切入角度为5°～15°。
所述前卡套2和接头体1切入角度为8°～10°。
所述后卡套3和螺母4切入角度为15°～35°。
所述后卡套3和压紧螺母4切入角度为23°～27°。
后卡套3的圆周面设有开口，其内壁上设有突起的楞；所述楞的条数为1～3。
所述楞的楞宽为0.5～1.2mm，高为0.3～0.8mm。
所述接头体1和螺母4通过螺纹连接。
液体冷却电力电子阀体用管道和接头组件整体示意图如图2。
后卡套3起止退作用，前卡套2起密封作用，螺母4起压紧作用。双卡套式接头的工作原理如下：接头体1、前卡套2、后卡套3和螺母4按照一定的顺序依次安装在管道上，前卡套2和后卡套3依次安装于接头体1、螺母4之间。将管道5插入接头体1中，拧紧螺母4，通过螺纹机械式推进，卡套螺母向前运动推动后卡套3向前，同时后卡套3推动前卡套2向前运动。前卡套2被推进接头体1切入角并随之变形，使前卡套2与接头体1内锥面形成球面接触密封；同时，前卡套2内侧卡住管道，当螺母4继续推动时，前卡套2刃口强迫箍紧管道5，启到了紧固密封连接的作用。后卡套3也是具有一定角度的锥面，当螺母4推动后卡套3向前卡套2方向靠近时，前卡套2的尾部又被卡入了后卡套3的前部锥形面。同时，后卡套3的后部被卡入螺母4的锥形面内，所以双卡套式接头选取了合理的锥面和卡套切入角，具有多道密封和止退的效果。从而组件具有良好的密封性能，承压能力和抗振能力。除此以外，其卡套的压缩范围较大，不仅能克服管道5的固有公差，并能提高重复装拆次数。双卡套式接头特别适合高压、振动、密封性能要求高的工况下工作。卡套式接头结构简单，不用加垫圈，可耐较高的压力，适合于装拆频繁，不用焊接等优点，由于双卡套式接头不用焊接，减少了管道杂质对液压系统的影响。双卡式管接头具有承受高达管子爆破的压力而不泄漏；可在低温状态下工作保证密封；在管子的最高额定温度下持久的密封；可重复拆装且保证密封等优点。
管道5采用聚全氟乙丙烯制成，加工过程中添加提高管道性能所需要的添加剂。
接头采用聚偏氟乙烯制成，加工过程中添加提高接头性能所需要的添加剂。
聚全氟乙丙烯和聚偏氟乙烯采购于美国3M公司。
管道的规格保证了电力电子液冷散热器中的液流量，提高了单个散热器的散热效果。同时由于管道所用聚全氟乙丙烯具有很好的可塑性，满足实际应用中对管道折弯的要求，能保证管道的圆度，以达到完全密封的效果。
接头选用聚偏氟乙烯作为材质，外观为半透明或白色粉体或颗粒，分子链间排列紧密，又有较强的氢键，含氧指数为46％，阻燃，结晶度65％～78％，密度为1.17～1.79g/cm3，熔点约为172℃，热变形温度112～145℃，长期使用温度为-40～150℃。聚偏氟乙烯分子结构规整性较大，分子中氟原子和氢原子大小相似，高分子链的排列紧密，并存在着较强的氢键效应，因此聚合物的拉伸强度，压缩强度及冲击韧性等都比较大。聚偏氟乙烯的熔点较低，因此加工性能良好，成型方便，可用一般热塑料的加工方法(如注射、模压、挤出、吹塑等工艺成型)。聚偏氟乙烯的化学稳定性良好，具有优良的耐化学腐蚀性和良好的耐热稳定性，可在-62℃～150℃温度范围内长期使用。同时解电常数大，是良好的绝缘材料之一。能耐除盐酸，强溶剂外的所有盐、酸、碱、芳烃、卤素等介质。不燃、耐疲折断、抗磨损、自润滑性能好，具有优良的加工性及抗疲劳和蠕变性。聚偏氟乙烯以其优良耐腐蚀性能，无与伦比的使用寿命、安全系数高、减少维修，成为制造大功率电力电子液冷用管道的绝佳材料。
试验测试
聚全氟乙丙烯管道与聚偏氟乙烯的管道和接头连接以后，进行了以下一系列试验，试验证明它们的配合很好的满足了密封性、热循环性、耐拉拔性等要求。
(a)耐水压性能试验
管道与接头连接后，按表1的试验条件进行静水压试验，试验中管道、管接头以及连接处应无破裂、无渗漏。
表1 静水压试验条件
| 试验温度/℃ | 试验压力/MPa | 试验时间/h | 试品数量 |
| 20 | 1.5 | 1 | 10 |
| 95 | 2 | 2 | 10 |
(b)热循环性能试验
管道与管接头连接后，按规定的参数(最高试验温度90℃、最低试验温度20℃、试验压力2MPa、循环次数3000次、循环时间60min(冷热各30min))进行热循环试验，试验中管道、管接头以及连接处应无破裂、无渗漏。
(c)耐拉拔性能试验
按照表2规定的试验条件将管道与管接头连接而组成的组件施加恒定的轴向拉力，并保持一定的时间，试验过程中管道与管接头连接处应不发生相对轴向移动。
表2 耐拉拔试验条件
| 试验温度/℃ | 试验压力/N | 试验时间/h |
| 23±2 | 1.178 | 1 |
| 95 | 0.785 | 1 |
(d)真空密封性能试验
管道与管接头连接后，按规定的参数(试验温度23℃、试验压力-0.08MPa、试验时间60min)进行真空密封试验，试验真空压力变化小于0.005MPa。
通过以上试验，证明本专利申请的水管、接头材质选型及水接头结构具有良好的抗液压、抗拉、密封性、耐受温度变化的能力，满足电力电子阀体复杂运行工况的要求。
Claims (9)
1.一种液体冷却电力电子阀体用管道和接头组件，其特征在于：所述组件包括聚全氟乙丙烯制成的管道(5)和聚偏氟乙烯制成的接头；所述接头为双卡套式接头；所述双卡套式接头包括接头体(1)、前卡套(2)、后卡套(3)和螺母(4)。
2.根据权利要求1所述的一种液体冷却电力电子阀体用管道和接头组件，其特征在于：所述前卡套(2)和接头体(1)切入角度为5°～15°。
3.根据权利要求2所述的一种液体冷却电力电子阀体用管道和接头组件，其特征在于：所述前卡套(2)和接头体(1)切入角度为8°～10°。
4.根据权利要求1所述的一种液体冷却电力电子阀体用管道和接头组件，其特征在于：所述后卡套(3)和螺母(4)切入角度为15°～35°。
5.根据权利要求4所述的一种液体冷却电力电子阀体用管道和接头组件，其特征在于：所述后卡套(3)和压紧螺母(4)切入角度为23°～27°。
6.根据权利要求1、4或5所述的一种液体冷却电力电子阀体用管道和接头组件，其特征在于：后卡套(3)的圆周面设有开口，其内壁上设有突起的楞。
7.根据权利要求6所述的一种液体冷却电力电子阀体用管道和接头组件，其特征在于：所述楞的条数为1～3。
8.根据权利要求7所述的一种液体冷却电力电子阀体用管道和接头组件，其特征在于：所述楞的楞宽为0.5～1.2mm，高为0.3～0.8mm。
9.根据权利要求1所述的一种液体冷却电力电子阀体用管道和接头组件，其特征在于：所述接头体(1)和螺母(4)通过螺纹连接。
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