本文介紹了一種全新、高效、結構小巧、與大功率X 射線源連成一體的冷卻循環(huán)系統(tǒng)；采用磁力泵技術使循環(huán)冷卻系統(tǒng)與大功率X 射線源構成一體化真空系統(tǒng)，直接冷卻射線源內絕緣油；大幅度提高循環(huán)冷卻系統(tǒng)冷卻效率，降低冷卻系統(tǒng)尺寸,大幅度降低了冷卻系統(tǒng)的重量；解決了循環(huán)冷卻系統(tǒng)與大功率X 射線源構成一體化真空系統(tǒng)后的真空注油問題。

　　X 射線源是工業(yè)無損探傷、醫(yī)療X 射線診斷、X 射線安全檢查等領域應用十分廣泛的一種核心部件，X 射線源技術涉及高壓元器件及材料特性研究、高壓電路設計、高壓絕緣設計、熱設計、控制電路設計、逆變及軟件技術、制造工藝研究等多方面。其中X 射線源熱設計是X 射線源，特別是500 W以上X 射線源系統(tǒng)設計的一個重要組成部分，它與X 射線源的性能密切相關。熱設計不良是造成X 射線源打火與微放電、源內電子元器件與零部件失效、X 射線源壽命縮短等故障的重要原因之一^[2] 。對于500 W以上的X 射線源，僅靠X 射線源有限表面積的自然對流散熱遠遠不夠，這就不可避免的要采取強制循環(huán)冷卻方法。傳統(tǒng)的冷卻循環(huán)系統(tǒng)所采用的泵一般為離心泵、渦輪泵等，它們的泵葉輪與電機軸直接機械連接，軸與泵腔的密封采用傳統(tǒng)的橡膠圈密封方式，密封類型為動密封。

　　X 射線管與高壓電路一體化的油浸絕緣冷卻X 射線源是最常見的一種，為保證高壓絕緣強度，X 射線源生產過程中一般要經(jīng)過烘烤及真空處理工藝，工作時X 射線源內部處在真空狀態(tài)。為避開真空密封問題，采用二次換熱方式給X 射線源冷卻，即：安裝在X 射線源內腔的散熱器將射線源內腔高溫絕緣油的熱量傳遞給流經(jīng)內換熱器的溫度較低的冷卻介質，溫度升高后的冷卻介質流經(jīng)冷卻系統(tǒng)外散熱器時再將部分熱量傳遞到大氣中。顯而易見, 這種冷卻方式的效率是很低的，對泵的性能要求相應很高，內外散熱器的面積要求也較大；另外由于源內絕緣介質與冷卻循環(huán)系統(tǒng)的介質是獨立隔離的，一個工作于真空狀態(tài)，一個工作于大氣狀態(tài)，因此傳統(tǒng)的X 射線源冷卻循環(huán)系統(tǒng)必須有容積足夠大的外置油箱^[3]。

　　由于上述原因，傳統(tǒng)X 射線源循環(huán)冷卻系統(tǒng)結構復雜、尺寸大、散熱效率低、可靠性較差、價格也高。針對市場需求，我們研制開發(fā)出了一種采用磁力泵構成的真空循環(huán)冷卻系統(tǒng)用于高效冷卻大功率X 射線源。

1、一體化高效冷卻系統(tǒng)工作原理

　　磁力傳動泵（簡稱磁力泵）是應用現(xiàn)代磁力學原理（磁力泵原理結構如圖1 所示），利用永磁體的磁力傳動實現(xiàn)扭矩的無接觸傳遞的一種新型泵。磁力泵由泵、磁力傳動器、電動機三部分組成。關鍵部件磁力傳動器由外磁轉子、內磁轉子及不導磁的隔離套組成。內磁采用高強度永磁體嵌入氟塑料中，與液體接觸部分為氟塑料，內磁與外磁中間用隔離套完全隔離，由外磁聯(lián)軸器間接帶動內磁轉動。隔離套采用氟塑料合金制成，將泵腔與外界完全隔離，使泵室完全處于封閉狀態(tài)，從而使輸送過程達到零泄漏。泵體全部采用氟塑料制成，可輸送任意腐蝕性介質。當電動機帶動外磁轉子旋轉時，磁場能穿透空氣隙和非磁性物質，帶動與葉輪相連的內磁轉子作同步旋轉，實現(xiàn)動力的無接觸傳遞，將動密封轉化為靜密封。由于泵軸、內磁轉子被泵體、隔離套完全封閉，是一種全密封、無泄漏、無污染的新型工業(yè)用泵[4]。循環(huán)系統(tǒng)與大功率X 射線源連接，形成一體化大功率X 射線源系統(tǒng)，具有尺寸小、噪音低、冷卻效率高的優(yōu)點，能很好的滿足目前整機產品的需要。

　　采用磁力泵研制的一種全新、高效、結構小巧的與大功率X 射線源連成一體的冷卻循環(huán)系統(tǒng)原理圖如圖2。工作原理如下：由于磁力泵泵腔體與泵電機部分完全隔離，可以與冷卻系統(tǒng)其它部分形成一體化密封腔體，生產過程中接入真空注油機進行真空注油。工作時，磁力泵將X 射線源內的高溫絕緣油抽出，泵入散熱器中進行冷卻，冷卻后的低溫絕緣油經(jīng)流量開關送回X 射線源內，達到冷卻X 射線源的目的。

2、一體化真空高效循環(huán)冷卻系統(tǒng)研究

　　確保冷卻系統(tǒng)的真空密封可靠性是本系統(tǒng)的關鍵問題。要解決這一問題，首先是合理選擇系統(tǒng)所用零部件，確保各零部件能經(jīng)受高溫及真空環(huán)境考驗；其次是合理設計密封連接結構、精心制作確保管路連接的可靠性。

2.1、大功率X 射線源與冷卻系統(tǒng)形成一體化真空系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　采用磁力泵的冷卻循環(huán)系統(tǒng)與大功率X 射線源連接，形成一體化大功率X 射線源系統(tǒng)，具有尺寸小、噪音低、冷卻效率高的優(yōu)點。本系統(tǒng)采用了美國March 公司的MDXT- 3 磁力泵。March公司是磁力泵的發(fā)明者，其產品性能和市場占有率在世界上名列前茅。MDXT- 3 的最大流量為30 L/min，最大揚程4 m，泵體材質為聚丙烯，聚丙烯為絕緣材料，對絕緣油的電性能不會有不良影響^[1]。

　　試驗表明,采用MDXT- 3 磁力泵的冷卻系統(tǒng)與大功率X 射線源連接構成一體化真空系統(tǒng)后,系統(tǒng)的真空性能得到保證, 冷卻系統(tǒng)的真空性能在真空注油中得到驗證, 冷卻系統(tǒng)的接入和運轉對X 射線源的穩(wěn)定性和技術指標沒有任何影響。

2.2、冷卻系統(tǒng)高效率的實現(xiàn)

　　由于傳統(tǒng)的散熱器的熱交換效率很低,一般不大于20%,顯而易見,傳統(tǒng)的2 次熱交換的冷卻方式的效率是很低的，對泵的性能要求相應很高，內外散熱器的面積要求也較大^[1] 。本系統(tǒng)設計的冷卻系統(tǒng),一體化真空的實現(xiàn)去除了源內熱交換器存在的必要性, 冷卻系統(tǒng)從二次熱交換變成了一次熱交換, 成倍的提高了熱交換的效率。項目樣機的高效冷卻能力在環(huán)境試驗過程中得到驗證，在45℃高溫試驗過程中，系統(tǒng)連續(xù)工作8 h，X 射線源的表面溫升不超過20℃。

2.3、一體化真空系統(tǒng)真空注油的實現(xiàn)

　　本冷卻系統(tǒng)與X 射線源一起要經(jīng)受真空注油工序處理，冷卻系統(tǒng)的所有零部件，包括磁力泵、管路與接頭等均要承受70℃、1 Pa 真空的檢驗，對管路和接頭的真空密封性能和耐高溫性能均要求非常高。多年來對冷卻系統(tǒng)使用的經(jīng)驗和實踐表明，冷卻管路與接頭部分是冷卻系統(tǒng)最容易出故障的環(huán)節(jié)。

　　為實現(xiàn)一體化真空注油，本系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)管路和接頭采用了日本TOYOX 公司專利技術生產的真空膠管及其配套接頭， 膠管材質為軟PVC+PET 加強材料，工作溫度- 5℃~70℃，室溫下最大工作壓力0.4~0.3 MPa，真空性能良好，撓性好、使用方便；采用膠管端面、膠管內壁、膠管外壁三重密封技術，確保了真空密封的可靠性。系統(tǒng)真空注油實際過程驗證了管路和接頭的可靠性能，真空注油過程中冷卻系統(tǒng)各部分，特別是管路與接頭部分經(jīng)受了高溫和高真空考驗，沒有發(fā)現(xiàn)任何問題。

2.4、大幅度減小系統(tǒng)尺寸和重量

　　傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的源內絕緣介質與冷卻循環(huán)系統(tǒng)的介質是獨立隔離的，一個工作于真空狀態(tài)，一個工作于大氣狀態(tài)，因此必須有容積足夠大的外置油箱。內外換熱器的使用造成系統(tǒng)管路阻力的大幅度增加，因此需要更大的泵來提供足夠的動力。這都必然引起冷卻系統(tǒng)重量和尺寸的大幅度提高^[1]。

　　國內外同等功率的冷卻系統(tǒng)的重量多在30 kg以上，外形尺寸較大。本系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)部分重量~9.8 kg。

　　為了與其它系統(tǒng)的控制保護功能結合，本系統(tǒng)中增加了流量保護開關和溫度保護開關，當冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，起到雙重保護作用，保護X射線源不因過熱而損壞。

溫度保護開關安裝在X 射線源表面，與流量開關串聯(lián)對X 射線源構成雙保護，當X 射線源表面溫升超出65℃,將輸出開關信號，該信號可用于整機檢測和控制X 射線源工作狀態(tài)。

2.5、系統(tǒng)應用前景分析

　　幾年來，本人為大功率X 射線源等項目配套開發(fā)了三種型號的傳統(tǒng)型冷卻循環(huán)系統(tǒng)，在整機上應用，取得較好效果。但是同樣存在效率差、尺寸大、噪音大等問題。整機開發(fā)對冷卻系統(tǒng)性能提出了更高的要求。

　　本冷卻系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)具有明顯的技術優(yōu)勢，對于采用單臺大功率X 射線源的設備，可以方便的替換傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)，對于其它“一拖二”應用的傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)，只要整機結構上作不太多的改變，就可以替換使用。同時，對于大功率X 射線管開發(fā)中的熱設計具有很好的借鑒意義。

3、結論

　　本冷卻系統(tǒng)通過采用磁力泵技術、日本TOYOX 專利管路與接頭密封技術實現(xiàn)了循環(huán)冷卻系統(tǒng)與大功率X 射線源構成一體化真空系統(tǒng)，直接冷卻射線源內絕緣油；大幅度降低冷卻系統(tǒng)尺寸和重量，同時大幅度提高了循環(huán)冷卻系統(tǒng)冷卻效率；實現(xiàn)了循環(huán)冷卻系統(tǒng)與大功率X 射線源構成一體化真空系統(tǒng)后的真空注油，各零部件能經(jīng)受高溫及真空環(huán)境考驗，管路及接頭連接具有高可靠性。

　　本冷卻系統(tǒng)技術與國外類似產品相近，所采用的日本專利管路與接頭技術，具有可靠性高、可重復使用等優(yōu)點。本產品的主要技術指標均通過了質保部門的檢測，達到了國際先進水平，具有良好的應用前景。

參考文獻

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　　[3] 余長江, 等. X 射線探傷裝置[M]. 北京：機械工業(yè)出版社.
　　[4] 王玉良,等.國外磁傳動無密封技術發(fā)展概況[J]. 石油機械, 2003, (4).