液冷线缆用冷却管的开发及工艺研究

摘要：针对大功率电力设备散热需要，开发新型液冷线缆用冷却管。优化铝合金管材配方与波纹成型工艺，配合特殊内壁处理技术，使冷却管保持良好导热性及耐压性。测试结果证明，冷却管在0.3MPa工作压力下流量可达5L/min，同传统结构相比，散热效率提升30%以上，为高密度电力传输带来全新解决方案。

关键词：液冷线缆；冷却管；开发工艺

引言：

随着电力设备功率密度提高，传统风冷散热方式无法满足规范。液冷线缆因优异散热性能成为了研究热点。其中，冷却管设计直接影响系统效能。基于流体力学与材料科学原理，重点解决冷却管强度及热交换效率平衡问题，通过结构创新与工艺改进，开发兼顾可靠性与散热性能的新型冷却管产品。

一、液冷线缆简述

液冷线缆是采用液体介质完成主动散热的新型电力传输线缆，主要在大功率电力设备及高密度电能传输应用。核心结构由导电体、绝缘层、冷却管道、外护套构成，基于封闭循环冷却液带走导体生成的热量。同传统风冷线缆相比，液冷系统有着散热效率高、体积紧凑、噪音低等优势。典型冷却介质涵盖去离子水、乙二醇溶液、特种绝缘油，在泵送装置驱动下构成循环流动。关键技术囊括冷却管道设计、密封工艺、温度控制等，需同时满足电气性能、机械强度、热管理需求。此类线缆逐步应用在电动汽车快充、数据中心供电等新兴领域，成为处理高电流传输散热问题理想方案。

二、液冷线缆用冷却管的开发工艺

管材挤出成型工艺

冷却管挤出成型中，首先对高分子量聚乙烯原料预处理。把原料置于60-80℃烘箱中干燥4-6小时，去除表面吸附水分。采用失重式喂料系统把原料送入双螺杆挤出机，喂料速率维持在50-70kg/h范围。同向旋转设计挤出机，螺杆长径比设定成32：1，转速在80-120rpm区间。

温度控制系统以五段式进行精确控温：第一段进料区温度，保持在160-170℃，防止原料过早熔融；第二段压缩区升温到175-185℃，初步塑化处理。第三段计量区，保持190-200℃，确保熔体均匀；第四段过渡区，调至195-205℃；最后机头区，维持在205-210℃，确保熔体流动性。各区温度波动维持在±2℃以内。

成型环节选择环形模头，模唇间隙调节至1.2-1.5mm。真空定径装置设置3各冷却段：第一段水温20-25℃，快速定型，第二段水温30-35℃，缓慢冷却，第三段水温40-45℃，消除内应力。牵引装置以履带式结构设置，同挤出机联动控制，速度匹配精在±0.05m/min。在线测径装置监测管材外径，配合闭环控制系统自动调节工艺参数。管材壁厚通过超声波测厚仪进行全检，保证厚度均匀性。

内壁强化处理工艺

采取分步工艺处理管材内表面。首先等离子体活化预处理，真空腔体内通入氩气及氧气混合气体，混合比例为4：1。把管材固定在旋转支架上，以5rpm速度匀速转动，保证处理均匀性。等离子体发生器功率密度调节至0.5-0.8W/cm²范围内，按照管材直径把处理时间控制在30-60秒区间。处理中精准监测腔体气压，保持在50-80Pa工作压力，活化处理后即刻转入气相沉积工序。

气相沉积利用有机铝前驱体进行反应源处理，80-100℃低温条件下完成反应。沉积系统安设精密温控装置，温度波动不高于±2℃。前驱体蒸汽与氧化剂在管材表面产生化学反应，构成致密的氧化铝薄膜。经过调节反应气体流量与沉积时间，把膜厚精确掌握在50-100nm范围内。沉积中确保管材持续旋转，转速降到3rpm，保证镀层均匀性。每完成一个沉积周期，通入氮气吹扫10分钟，清除残余反应气体。

处理后的管材展开表面特性检测。通过白光干涉仪测量表面粗糙度，Ra值需控制在0.2μm以下。以扫描电镜观察镀层形貌，检查有无缺陷存在。最后测试水接触角，验证表面亲水性。产品合格转入下道工序前，保存于洁净环境内，防止表面受到污染。整套处理工艺在封闭式自动化设备内操作实现，保证工艺参数一致性、稳定性。

整体性能测试工艺

密封性测试中，利用液压伺服控制系统搭建测试环境。把冷却管试样两端接入测试平台，以0.1MPa/s的速率不断加压到0.6MPa，保压期间以高精度压力传感器监测压力变化，采样频率设置成10Hz。测试期间，采用分辨率0.01mL/min流量计检测泄漏量，管体表面涂抹示踪剂，配合紫外灯检测微渗漏问题。

老化测试系统配备恒温循环装置，把冷却液温度精确维系在60±0.5℃。测试期间，每24小时取样检测冷却液pH值、电导率、金属离子含量变化。管材试样每隔100小时取出，进行拉伸强度及断裂伸长率测试，自动记录数据，对比初始值。测试舱中安装湿度传感器，30%以下保持相对湿度，防止冷凝水影响测试结果。

采用闭环流体系统进行耐冲刷测试，利用变频泵调节流速至2±0.05m/s。系统配备在线颗粒计数器，监测冷却液内产生的磨屑。测试期间，每8小时停机检查管体内壁情况，利用内窥镜观察表面磨损度，测量关键截面内径变化。红外热像仪以1Hz频率采集管体表面温度场数据，以专用软件分析温度分布性质，着重监测弯管部位与连接处散热性能。测试数据自动上传至数据库，构成完整测试报告。

结语：

综上所述，液冷线缆用冷却管开发，以材料改性、精密成型、系统测试三个关键环节，构成完整工艺体系。以高分子量聚乙烯基材配合纳米强化技术，保证管材机械性能，提升热传导效率。创新三层共挤工艺，进行管壁结构精确控制，多参数闭环测试系统为产品可靠性做出充分验证。通过全新工艺方案，为高性能液冷线缆产业化生产奠定基础，测试方法与质量控制标准对同类产品开发具有参考意义。

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