液-液換熱器熱工性能及流體阻力測試裝置的製作方法

2023-05-27 03:54:26

專利名稱：液-液換熱器熱工性能及流體阻力測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種液-液換熱器熱工性能及流體阻力測試裝置，更具體地說是針對廣泛應用在石油、化工、動力、航空、機械等領域中的液-液換熱器(如管殼式換熱器、板式換熱器、螺旋板式換熱器等)進行熱工性能和流體阻力測試的試驗裝置。
背景技術：
換熱器產品的節能是高耗能特種設備節能工作中的一項重點工作，節能評價指標複雜、難度大。試驗裝置主要用於換熱器產品傳熱性能和阻力降的檢測。換熱器熱工性能和流體阻力的測定為開發高效節能產品和檢驗產品質量特性提供了重要的依據。目前，針對換熱器產品的工業型試驗裝置主要是按照圖1所示建立的液-液測定系統，該系統中，熱源介質儲槽3中的熱源介質通過電加熱器4加熱到試驗所需溫度，由泵輸送到被測試件2，經換熱回到熱源介質儲槽3中；冷源介質儲槽1中的冷源介質通過泵輸送到被測試件2與熱源介質進行換熱，換熱後的冷源介質一部分經開式冷卻塔5的冷卻回流到冷源介質儲槽1中，另一部分直接回到冷源介質儲槽1中。根據介質流量、熱源介質和冷源介質的進出口溫差等測試數據分別進行冷熱側換熱量的計算；冷熱側流體阻力特性分別由冷熱側壓力或差壓計進行測量。經過多個不同工作點的熱工性能檢測，最終給出換熱設備的熱工性能綜合檢測結果。實際使用中，該試驗系統存在以下問題1、一方面，在測試過程中，由於熱側介質在經過被測試件降溫後，返回到熱源介質儲槽中，熱源介質儲槽中始終有回流介質的摻混，無法實現溫度調節，致使系統溫度不能穩定；另一方面，開式冷卻塔的冷源介質降溫方式，使冷源介質在經過冷卻塔後的溫度通常略高於當地空氣溼球溫度，在試驗過程中工況點溫度在上下變化時，無法進行溫度控制；因此存在有工況點測試數據不穩定、測試數據誤差偏大和測試數據失真等問題。2、一旦因熱源介質的溫度被加熱超過了所需要的試驗溫度，則降溫的方式一種是通過被測試件將熱源介質溫度降低，另一種是自然冷卻，這兩種方式既浪費能源，又不利於試驗的持續性，延長了測試周期；3、已有系統中冷源介質是通過開式冷卻塔進行散熱，如果由於冷源介質的特殊性，不能直接使用開式冷卻塔，則需要增加中間冷卻器或利用中間媒介進行降溫，由此增加了 二次傳熱，增加了冷源介質的控溫難度。

發明內容
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種液-液換熱器熱工性能及流體阻力測試裝置，以期實現快速檢測、快速調節，並有效穩定控制冷熱源溫度波動， 減小試驗系統誤差。本發明解決技術問題採用如下技術方案本發明液-液換熱器熱工性能及流體阻力測試裝置的結構特點是
熱源介質容器是由分體設置的高溫容器和低溫容器構成，高溫容器與低溫容器之間以管路直接連通；高溫容器和低溫容器的熱源介質出口管路分別接熱源三通調節閥，在熱源三通調節閥的熱源介質出口管路中設置熱源變頻泵，以所述熱源變頻泵的出口管路接被測換熱器的熱源介質入口 ；在所述被測換熱器的熱源介質出口管路中設置蒸汽換熱單元，在被測換熱器中完成熱交換的熱源介質經蒸汽換熱單元升溫後回流至高溫容器；在所述高溫容器中設置輔助電加熱器；冷源介質容器的冷源介質出口管路接冷源三通調節閥，在所述冷源三通調節閥的出口管路中設置冷源變頻泵，以所述冷源變頻泵的出口管路接被測換熱器的冷源介質入口 ；在所述被測換熱器中完成熱交換的冷源介質一路經冷卻塔回流至冷源介質容器，另一路直接接入冷源三通調節閥；設置冷熱源換熱單元，所述冷熱源換熱單元是以低溫容器中的熱源介質和冷源容器中的冷源介質為換熱介質；所述冷卻塔採用閉式冷卻塔。與現有技術相比，本發明有益效果體現在1、本發明針對熱源介質分別設置高溫容器和低溫容器，分別設置熱源三通調節閥和冷源三通調節閥，可以根據測試所需溫度實現介質的快速溫度匹配，因而可大大降低試驗的準備時間，縮短測試時間；2、本發明通過熱源變頻泵、冷源變頻泵、熱源三通調節閥和冷源三通調節閥的協調工作實現介質的流量控制，能確保預設被測試件工況的需要，流量穩定準確；3、本發明採用蒸汽換熱和電加熱器加熱的兩種熱源補給方式，一方面，蒸汽換熱過程中的冷凝水可以通過回收返回鍋爐進行二次利用，節能環保；另一方面，可以利用可控矽調節輔助電加熱器的電加熱功率，以此減少蒸汽換熱單元中鍋爐的高功率運作，節能效果更加顯著；4、本發明採用閉式冷卻塔，避免了冷源介質的汙染，並減少二次傳熱；


圖1為已有技術結構示意圖。圖1中標號1冷源介質儲槽；2被測試件；3熱源介質儲槽；4電加熱器；5開式冷卻塔。圖2為本發明結構示意圖。圖2中標號1高溫容器；2低溫容器；3輔助電加熱器；4蒸汽換熱單元；5冷熱源換熱單元；6熱源變頻泵；7熱源三通調節閥；8冷源介質容器；9冷卻塔；10冷源變頻泵；11 冷源三通調節閥；12被測試件；13冷凝水回收裝置；14鍋爐。
具體實施例方式參見圖2，本實施例中，熱源介質容器是由分體設置的高溫容器1和低溫容器2構成，高溫容器1與低溫容器2之間以管路直接連通；高溫容器1和低溫容器2的熱源介質出口管路分別接熱源三通調節閥7，在熱源三通調節閥7的熱源介質出口管路中設置熱源變頻泵6，以熱源變頻泵6的出口管路接被測換熱器12的熱源介質入口 ；在被測換熱器12的熱源介質出口管路中設置蒸汽換熱單元4，在被測換熱器12中完成熱交換的熱源介質經蒸汽換熱單元4升溫後回流至高溫容器1 ；在高溫容器1中設置集束式輔助電加熱器3 ；本實施例中，設置蒸汽換熱單元4中的冷凝水通過冷凝水回收裝置13返回鍋爐14 進行二次利用，以利節能環保；冷源介質容器8的冷源介質出口管路接冷源三通調節閥11，在冷源三通調節閥11 的出口管路中設置冷源變頻泵10，以冷源變頻泵10的出口管路接被測換熱器12的冷源介質入口 ；在被測換熱器12中完成熱交換的冷源介質一路經冷卻塔9回流至冷源介質容器 8，另一路直接接入冷源三通調節閥11 ；設置冷熱源換熱單元5，冷熱源換熱單元5是以低溫容器2中的熱源介質和冷源容器8中的冷源介質為換熱介質；冷卻塔9採用閉式冷卻塔。試驗過程首先，利用蒸汽換熱單元將熱源介質加熱到高於被測試件熱源介質的溫度Ti，實際大約高於被測試件熱源介質溫度5°C ；開啟冷源系統介質循環系統。熱源循環系統溫度控制根據被測試件熱源介質進口溫度要求，並將熱源變頻泵 6泵出口溫度信號反饋給熱源三通調節閥7的PLC控制系統，PLC控制系統根據高溫熱源容器和低溫熱源容器內的介質溫度計算，合理分配熱源三通調節閥7的開度大小，精確地控制熱源側被測試件進口溫度。熱源循環系統流量控制根據被測試件的熱源介質流量，通過PLC控制系統將管路系統實際測量的流量信號反饋給熱源變頻泵6和旁通流量調節閥，通過流量調節閥和熱源變頻泵6變頻泵調整泵的運行頻率，控制泵的運行轉數，以達到調節流量要求。冷源循環系統溫度控制根據被測試件冷源介質進口溫度要求，並將冷源變頻泵 10泵出口溫度信號反饋給冷源三通調節閥11的PLC控制系統，PLC控制系統根據冷源容器的介質溫度和被測試件迴路管路介質溫度計算，合理分配冷源三通調節閥11的開度大小， 精確地控制冷源側被測試件進口溫度。冷源循環系統流量控制根據被測試件的冷源介質流量，通過PLC控制系統將管路系統實際測量的流量信號反饋給冷源變頻泵10和旁通調節閥，通過調節閥和冷源變頻泵10變頻泵調整泵的運行頻率，控制泵的運行轉數，以達到調節流量要求。當熱源系統循環和冷源系統循環全部開啟後，試驗工況穩定時，PLC採集系統分別記錄熱源循環系統中的流量Lh、溫度Thi、溫度Tho、壓力Wii、壓力Pho和源循環系統中的流量Lc、溫度Tci、溫度Tco、壓力Pci、壓力Pco ；被測試件中的熱側換熱量通過被測試件熱源介質進出口溫度和流量數據進行計算得出；冷側換熱量通過被測試件冷源介質進出口溫度和流量數據進行計算得出；液源和熱源側流體阻力特性分別由壓力壓力Wii、壓力Wio、 壓力Pci、壓力Pco計算得出。作為被測試件的每一臺換熱器經過多個不同工作點的熱工性能檢測，最終給出換熱器的熱工性能綜合檢測結果。圖2中M為電磁閥控制信號、TC為溫度控制信號、FC為流量反饋控制信號。
權利要求
1. 一種液-液換熱器熱工性能及流體阻力測試裝置，其特徵是 熱源介質容器是由分體設置的高溫容器(1)和低溫容器( 構成，高溫容器(1)與低溫容器( 之間以管路直接連通；高溫容器(1)和低溫容器O)的熱源介質出口管路分別接熱源三通調節閥(7)，在所述熱源三通調節閥(7)的熱源介質出口管路中設置熱源變頻泵(6)，以所述熱源變頻泵(6)的出口管路接被測換熱器(1 的熱源介質入口 ；在所述被測換熱器(1 的熱源介質出口管路中設置蒸汽換熱單元，在被測換熱器(1 中完成熱交換的熱源介質經蒸汽換熱單元(4)升溫後回流至高溫容器(1)；在所述高溫容器(1)中設置輔助電加熱器⑶；冷源介質容器(8)的冷源介質出口管路接冷源三通調節閥(11)，在所述冷源三通調節閥(11)的出口管路中設置冷源變頻泵(10)，以所述冷源變頻泵(10)的出口管路接被測換熱器(1 的冷源介質入口 ；在所述被測換熱器(1 中完成熱交換的冷源介質一路經冷卻塔(9)回流至冷源介質容器(8)，另一路直接接入冷源三通調節閥(11)；設置冷熱源換熱單元(5)，所述冷熱源換熱單元( 是以低溫容器( 中的熱源介質和冷源容器(8)中的冷源介質為換熱介質； 所述冷卻塔(9)採用閉式冷卻塔。
全文摘要
本發明公開了一種液-液換熱器熱工性能及流體阻力測試裝置，其特徵是熱源介質容器是由分體設置的高溫容器和低溫容器構成，高溫容器和低溫容器的熱源介質出口管路分別接熱源三通調節閥，在熱源三通調節閥的熱源介質出口管路中設置熱源變頻泵，以熱源變頻泵的出口管路接被測換熱器的熱源介質入口；在被測換熱器的熱源介質出口管路中設置蒸汽換熱單元，在被測換熱器中完成熱交換的熱源介質經蒸汽換熱單元升溫後回流至高溫容器；在高溫容器中設置輔助電加熱器。本發明可以實現快速檢測、快速調節，並有效穩定控制冷熱源溫度波動，減小試驗系統誤差。
文檔編號G01K17/12GK102175351SQ20111005951
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月11日 優先權日2011年3月11日
發明者修維紅, 孫成軍, 張中清, 朱興林, 陳永東 申請人:合肥通用機械研究院, 國家熱交換器產品質量監督檢驗中心