CN218444498U - 一种测试板式换热器换热系数的热负荷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测试板式换热器换热系数的热负荷装置，包括：产热装置、内循环管路***、外循环管路***和散热装置；产热装置、内循环管路***、待测板式换热器、外循环管路***和散热装置依次连接；待测板式换热器具有两个热侧接口和两个冷侧接口；内循环管路***接入待测板式换热器的两个热侧接口，外循环管路***接入待测板式换热器的两个冷侧接口。本实用新型能够模拟工程现场的使用工况在出厂前测试板式换热器的换热性能，确保其换热能力满足设计需求。

Description

一种测试板式换热器换热系数的热负荷装置

技术领域

本实用新型涉及变频器测试技术领域，更具体的说是涉及一种测试板式换热器换热系数的热负荷装置。

背景技术

随着我国全面推进基本建设，尤其是高铁、地铁、公路等基础设施的建设，盾构隧道掘进机的应用已越来越普遍。由于水冷变频装置具有使刀盘电机运行平稳无冲击、慢就位、延长使用寿命、提高电机安全性等诸多优点，促使其在盾构隧道掘进机上的应用越来越普及。

目前，通常是对装配好的水冷变频装置整体进行出厂前测试，而水冷传热装置的核心部件为板式换热器，板式换热器在设计选型时为理论计算值，在装配前缺少对板式换热器的测试装置，这样如果水冷变频装置测试不合格，需要拆解分析，费时、费力。因此，有必要在设计盾构水冷变频装置时提前测试其核心部件板式换热器的换热系数，避免后期在实际投运过程中设备的热换能力不满足设计要求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种测试板式换热器换热系数的热负荷装置，能够模拟工程现场的使用工况在出厂前测试板式换热器的换热性能，确保其换热能力满足设计需求。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种测试板式换热器换热系数的热负荷装置，包括：产热装置、内循环管路***、外循环管路***和散热装置；所述产热装置、所述内循环管路***、待测板式换热器、所述外循环管路***和所述散热装置依次连接；待测板式换热器具有两个热侧接口和两个冷侧接口；所述内循环管路***接入待测板式换热器的两个热侧接口，所述外循环管路***接入待测板式换热器的两个冷侧接口；

所述产热装置用于对所述内循环管路***内的流体介质加热；待测板式换热器用于对所述内循环管路***的流体介质和所述外循环管路***的流体介质进行换热；所述内循环管路***和所述外循环管路***分别用于监测换热前后的流体介质相关参数；所述散热装置用于对所述外循环管路***内的流体介质进行散热。

进一步的，所述内循环管路***包括：内循环管道、以及安装在所述内循环管道上的内循环水泵、内循环供水温度计、内循环回水温度计和内循环流量计；所述内循环管道为封闭式结构；待测板式换热器的两个热侧接口分别为热侧供水接口和热侧回水接口；所述内循环供水温度计靠近所述热侧供水接口安装；所述内循环回水温度计靠近所述热侧回水接口安装。

进一步的，所述外循环管路***包括：外循环管道、以及安装在所述外循环管道上的外循环水泵、外循环供水温度计、外循环回水温度计和外循环流量计；待测板式换热器的两个冷侧接口分别为冷侧供水接口和冷侧回水接口；所述外循环供水温度计靠近所述冷侧供水接口安装，所述外循环回水温度计靠近所述冷侧回水接口安装；所述外循环管道为开放式结构，且其开放端接入所述散热装置。

进一步的，所述散热装置包括冷却塔、喷头和冷却风机；所述外循环管道的开放端分别为供水端和回水端，其供水端伸入所述冷却塔内的流体介质中，回水端安装所述喷头；所述冷却风机靠近所述喷头安装，其用于对所述喷头喷出的流体介质进行蒸发散热。

进一步的，所述产热装置包含多个电气发热器件。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种测试板式换热器换热系数的热负荷装置，在产品出厂前通过模拟工程现场的使用工况来提前测试板式换热器的换热系数，从而确保其换热能力能满足设计要求，避免后期在实际投运过程中设备的热换能力不满足设计要求，导致水冷变频器发出高温信号(预警)，甚至可能发出跳闸信号(停机)的情况发生。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的测试板式换热器换热系数的热负荷装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例公开了一种测试板式换热器换热系数的热负荷装置，包括：产热装置1、内循环管路***2、外循环管路***4和散热装置5；产热装置1、内循环管路***2、待测板式换热器3、外循环管路***4和散热装置5依次连接；待测板式换热器3具有两个热侧接口和两个冷侧接口；内循环管路***2接入待测板式换热器3的两个热侧接口，外循环管路***4接入待测板式换热器3的两个冷侧接口；

产热装置1用于对内循环管路***2内的流体介质加热；待测板式换热器3用于对内循环管路***2的流体介质和外循环管路***4的流体介质进行换热；内循环管路***2和外循环管路***4分别用于监测换热前后的流体介质相关参数；散热装置5用于对外循环管路***4内的流体介质进行散热。

其中，产热装置1包含多个电气发热器件6。额定功率的电气发热器件6源源不断输出热量，通过内循环管路***2(一次换热设备)的内循环流体介质将热量传到待测板式换热器3上，再通过外循环管路***4(二次换热设备)的外循环流体介质待测将板式换热器3上的热量传到散热装置5上，最后启动散热装置5进行蒸发散热。

在一个具体实施例中，内循环管路***2包括：内循环管道21、以及安装在内循环管道21上的内循环水泵22、内循环供水温度计23、内循环回水温度计24和内循环流量计25；内循环管道21为封闭式结构；待测板式换热器3的两个热侧接口分别为热侧供水接口和热侧回水接口；内循环供水温度计23靠近热侧供水接口安装；内循环回水温度计24靠近热侧回水接口安装。

在一个具体实施例中，外循环管路***4包括：外循环管道41、以及安装在外循环管道41上的外循环水泵42、外循环供水温度计43、外循环回水温度计44和外循环流量计45；待测板式换热器3的两个冷侧接口分别为冷侧供水接口和冷侧回水接口；外循环供水温度计43靠近冷侧供水接口安装，外循环回水温度计44靠近冷侧回水接口安装；外循环管道41为开放式结构，且其开放端接入散热装置5。

本实用新型实施例中，内外两个循环管路***循环时(通过管道连接，流体介质的流动方向与图1中对应管道上的箭头方向一致)，内循环管路***2(一次换热设备)的流体介质(比如水)和外循环管路***4(二次换热设备)的流体介质要求有较大差异(前者为封闭式循环***，与大气不连通，不易污染；后者为开放式循环***，与大气连通，易污染)，通过待测板式换热器3的多层板片隔开，其中内循环管路***2(一次换热设备)的动力源为内循环水泵22，内循环管路***2(一次换热设备)工作时，将设置于产热装置的电气发热器件6所产生的热量带到板式换热器3上，外循环管路***4(二次换热设备)的动力源为外循环水泵42，外循环管路***4(二次换热设备)工作时，将待测板式换热器3上的热量带到散热装置5中进行蒸发散热。

在一个实施例中，散热装置5包括冷却塔51、喷头52和冷却风机53；外循环管道41的开放端分别为供水端和回水端，其供水端伸入冷却塔51内的流体介质中，回水端安装喷头52；冷却风机53靠近喷头安装，其用于对喷头喷出的流体介质进行蒸发散热。

本实用新型实施例中，外循环管道41的开放端的供水端伸入冷却塔51中的冷却流体介质，待测板式换热器3将冷却流体介质与内循环管道21中流体进行热交换，带走内循环管道21中的热量，然后通过回水端的喷头52将热交换后的流体介质喷出，再通过冷却风机53将喷出的流体介质进行散热，以达到降低冷却塔喷淋水温度的目的。

当整个热负荷装置的热量保持平衡状态时，可通过内循环管路***2(一次换热设备)的内循环供水温度计23、内循环回水温度计24、内循环流量计25和外循环管路***4(二次换热设备)的外循环供水温度计43、外循环回水温度计44、外循环流量计45共6个检测仪表进行换热系数的测试。换热系数的具体测试方式为：

1、开机前检查热负荷装置(如电路、水路、待测板式换热器管道接口检查等)。

2、启动内循环管路***2上的内循环水泵22、外循环管路***4上的外循环水泵42和散热装置5上的冷却风机53。

3、根据待测板式换热器3的理论计算流量要求输出对应的流量(流量范围可通过水泵电机的变频器进行变频调节流量即可，例如范围为0.001～0.01m³/s)，即检查内循环管路***2上的内循环流量计25和外循环管路***4上的内循环流量计45，两个流量计的流量尽量调节成不一样(一般差异为10～30％)。

4、启动产热装置1上的电气发热器件6(根据待测板式换热器3的理论计算热量决定投入哪些组合，例如有6组电气发热器件，产热功率分别为10×10³W、10×10³W、20×10³W、20×10³W、50×10³W和50×10³W，若理论计算产热功率需求为100×10³W，那么就可能存在不同的排列组合，如50×10³+50×10³、50×10³+20×10³+20×10³+10×10³，可根据实际情况启动即可)。

5、待热负荷装置稳定运行后(开始启动到稳定运行的过程一般耗时600s，此时产热装置、换热装置和散热装置的热量相对处于平衡状态)，之后每隔一段时间(一般间隔100、200s，此过程一般耗时600s)同时采集6个检测仪表上的数据，即内循环管路***2上的内循环供水温度计23(T23)、内循环回水温度计24(T24)、内循环流量计25(F25)和外循环管路***4上的外循环供水温度计43(T43)、外循环回水温度计44(T44)、外循环流量计45(F45)，一般采集3～5组数据(取算术平均值)，以便将相关采集数据的算术平均值代入公式(1)～(5)进行计算，最终得出待测板式换热器3的换热系数K。

6、停机后恢复热负荷装置(初始化状态)。

其中，待测板式换热器的换热系数的计算公式为：

Q₁＝C₁·q_m1·ΔT_m1＝C₁·ρ₁·F₂₅·(T₂₃-T₂₄) (1)

Q₂＝C₂·q_m2·ΔT_m2＝C₂·ρ₂·F₄₅·(T₄₄-T₄₃) (2)

Q₁＝Q₂＝Q₃ (3)

其中，Q₁为产热装置的产热量，Q₂为散热装置的散热量，Q₃为待测板式换热器的换热量，单位均为瓦(W)；C₁为内循环流体介质的比热容，单位为焦耳每千克开尔文(J/(kg·K))；q_m1为内循环流体介质的质量流量，单位为千克每秒(kg/s)；ΔT_m1为内循环流体介质供液、回液温度差，单位为开尔文(K)；ρ₁为内循环流体介质的密度，单位为千克每立方米(kg/m³)，F₂₅为内循环流体介质的流量，单位为立方米每秒(m³/s)；T₂₃为内循环流体介质的供液温度，单位为开尔文(K)，T₂₄为内循环流体介质的回液温度，单位为开尔文(K)；C₂为外循环流体介质的比热容焦耳每千克开尔文(J/(kg·K))；q_m2为外循环流体介质的质量流量千克每秒(kg/s)；ΔT_m2为外循环流体介质供液、回液温度差，单位为开尔文(K)；ρ₂为外循环流体介质的密度单位为千克每立方米(kg/m³)；F₄₅为外循环流体介质的流量，单位为立方米每秒(m³/s)；T₄₃为外循环流体介质的供液温度，单位为开尔文(K)；T₄₄为外循环流体介质的回液温度，单位为开尔文(K)；ΔT_m3为对数平均温度差，单位为开尔文(K)；K为换热系数，单位为瓦每平方米开尔文(W/(m²·K))；f为修正因子，无量纲量，此处取1；A为板式换热器的换热面积，单位为平方米(m²)。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种测试板式换热器换热系数的热负荷装置，其特征在于，包括：产热装置、内循环管路***、外循环管路***和散热装置；所述产热装置、所述内循环管路***、待测板式换热器、所述外循环管路***和所述散热装置依次连接；待测板式换热器具有两个热侧接口和两个冷侧接口；所述内循环管路***接入待测板式换热器的两个热侧接口，所述外循环管路***接入待测板式换热器的两个冷侧接口；

所述产热装置用于对所述内循环管路***内的流体介质加热；待测板式换热器用于对所述内循环管路***的流体介质和所述外循环管路***的流体介质进行换热；所述内循环管路***和所述外循环管路***分别用于监测换热前后的流体介质相关参数；所述散热装置用于对所述外循环管路***内的流体介质进行散热。

2.根据权利要求1所述的一种测试板式换热器换热系数的热负荷装置，其特征在于，所述内循环管路***包括：内循环管道、以及安装在所述内循环管道上的内循环水泵、内循环供水温度计、内循环回水温度计和内循环流量计；所述内循环管道为封闭式结构；待测板式换热器的两个热侧接口分别为热侧供水接口和热侧回水接口；所述内循环供水温度计靠近所述热侧供水接口安装；所述内循环回水温度计靠近所述热侧回水接口安装。

3.根据权利要求1所述的一种测试板式换热器换热系数的热负荷装置，其特征在于，所述外循环管路***包括：外循环管道、以及安装在所述外循环管道上的外循环水泵、外循环供水温度计、外循环回水温度计和外循环流量计；待测板式换热器的两个冷侧接口分别为冷侧供水接口和冷侧回水接口；所述外循环供水温度计靠近所述冷侧供水接口安装，所述外循环回水温度计靠近所述冷侧回水接口安装；所述外循环管道为开放式结构，且其开放端接入所述散热装置。

4.根据权利要求3所述的一种测试板式换热器换热系数的热负荷装置，其特征在于，所述散热装置包括冷却塔、喷头和冷却风机；所述外循环管道的开放端分别为供水端和回水端，其供水端伸入所述冷却塔内的流体介质中，回水端安装所述喷头；所述冷却风机靠近所述喷头安装，其用于对所述喷头喷出的流体介质进行蒸发散热。

5.根据权利要求1所述的一种测试板式换热器换热系数的热负荷装置，其特征在于，所述产热装置包含多个电气发热器件。

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