CN103335434B - 高温高压流变仪用高粘度液体冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温高压流变仪用高粘度液体冷却装置,包括液体输送系统、HCFC制冷系统和温度检测与控制系统;液体输送系统包括电机、齿轮泵、调压阀、球阀和快速接头,液体输送系统在出液和回油处设有球阀及开闭式快速接头,能方便快捷地开启或关断液体输送回路。HCFC制冷系统包括蒸发器、压缩机、冷凝器、散热风扇和电子膨胀阀。温度检测与控制系统设有上位机、MCU控制器、LCD显示器、变频器、固态继电器和电子膨胀阀驱动器;本装置基于流变仪的参数工况设计,用于满足流变仪对冷却系统中液体的流量及压力可在大范围内控制的需求,装置结构紧凑、液路通断方便,液体粘度适用范围广,也适用于其它领域的高粘度液体冷却,通用性好。
Description
技术领域
本发明涉及用于高粘度液体冷却装置,尤其涉及一种高温高压流变仪用高粘度液体冷却装置,属于压缩制冷技术领域。
背景技术
高温高压流变仪为地质类实验仪器,其内部的高温高压发生单元在工作时会产生高达1~5GPa的高压和高达1600℃高温工作环境,该工作环境会使仪器的外围部件有较大的温升,从而影响这些部件的正常工作,故需要对该仪器进行冷却。而基于该仪器的材料和结构特性,需要循环使用白矿物油(一种高粘度液体)对设备进行冷却,进入流变仪的液体温度要求控制在20℃左右,液体的压力要求控制在1~12bar范围内,并能根据流变仪的工作状态实时调整制冷液体的流量(即控制制冷液体对流变仪的制冷量),且液体压力不超出要求范围内,从而将流变仪外围部件的温度控制在合理的范围之内。
目前市场上的液体冷却装置很难与高温高压流变仪配套使用,存在如下几个不足:
①大多使用叶片泵作为液体输送装置,液体的流量和压力不能实时改变,只能通过手动调节。
②当长期将上述高粘度液体温度控制的20℃时,液体粘度将高达150cP,该粘度值超出了一般叶片泵的粘度使用范围,严重影响叶片泵的使用寿命。
③蒸发器使用换热效率较低且体积较大的管壳式换热器或浸油式盘管换热器。
④使用毛细管作为节流元件,对蒸发器内的制冷剂过热度不能实时进行调节。
发明内容
本发明的目的是为了解决以上现有技术中存在的不足,为配合流变仪工作时的冷却系统中液体的流量及压力可在大范围内控制的需要、提高冷却装置的使用寿命、降低设备体积、提高换热效率,而提供一种高温高压流变仪用的高粘度液体冷却装置,且该装置具有液体流量可自动调节、出液压力可调、管路安装快捷、通用性强、体积小、能效比高的特点,并能够实现对多种无腐蚀性液体在不同工况下的冷却作业。
为实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:提供一种高温高压流变仪用高粘度液体冷却装置,包括液体输送系统、HCFC制冷系统和温度检测与控制系统;
所述的液体输送系统包括油箱,齿轮泵,调压阀,电机,球阀A、球阀B,快速接头A和快速接头B;所述的油箱中设有温度传感器和吸油滤油器,温度传感器通过螺纹连接在油箱的侧壁上,吸油滤油器通过钢管与若干接头与齿轮泵的吸液口相连;油箱外安装有空气过滤器和液位计,吸油滤油器通过管道顺序连接齿轮泵、管式单向阀、球阀B、快速接头B、流变仪、快速接头A和HCFC制冷系统的蒸发器,经球阀A回到油箱中,完成液体输送回路循环;所述的电机通过调压阀与齿轮泵连接,压力表经压力表开关与管式单向阀和球阀B连接;
所述的HCFC制冷系统包括蒸发器、压缩机、冷凝器、轴流散热风扇和电子膨胀阀,所述的蒸发器经气液分离器、截止阀A与压缩机连接;液态制冷剂在蒸发器中吸收高粘度液体的热量,液态制冷剂汽化后以低压气体状态进入气液分离器与压缩机中,经过压缩后以高压气体状态进入冷凝器中,接着在轴流散热风扇的作用下降压降温,再经过截止阀B、电子膨胀阀节流后重新进入蒸发器,完成制冷回路循环;蒸发器中冷却后的液体经球阀A回到油箱中;
所述的温度检测与控制系统为基于单片机的液体温度检测与控制系统,设有上位机、MCU控制器、LCD显示器、变频器、固态继电器和电子膨胀阀驱动器;所述的上位机与MCU控制器通过串口RS232互联,MCU控制器分别与LCD显示器、变频器、固态继电器和电子膨胀阀驱动器电连接;所述的变频器与液体输送系统的电机连接;所述的固态继电器和电子膨胀阀驱动器分别与HCFC制冷系统连接;所述的上位机用于对液体输送系统和HCFC制冷系统进行参数设置、状态监视与数据保存,并接受流变仪传输的工况参数;所述的MCU控制器作为下位机,用于发出模拟量控制变频器、以开关量控制固态继电器、以脉冲方式控制电子膨胀阀驱动器、以及控制温度传感器采集油箱中油液的温度;所述的变频器用于控制电机间接调节齿轮泵的转速;所述的固态继电器用于控制压缩机的启停;所述的电子膨胀阀驱动器用于驱动电子膨胀阀的动作。
所述的液体输送系统的油箱、空气过滤器、液位计、齿轮泵、调压阀、电机之间通过螺栓连接,调压阀和管式单向阀通过螺纹连接在齿轮泵的出液口处,压力表经过压力表开关及球阀B与管式单向阀通过螺纹连接,球阀A、蒸发器、快速接头A、快速接头B、球阀B之间通过软管与宝塔接头连接。所述的液体输送系统中的电机与变频器相连接,通过变频器间接调节齿轮泵的转速,将液体流量控制在5~25L/Min,调压阀用于将出液压力控制在1~12bar,所述的齿轮泵粘度适用范围为1~300cP。
所述的调压阀设有手动调节开关,通过调压阀手动开关调节齿轮泵出口处的压力,压力调节范围为1~12bar。
所述的HCFC制冷系统采取单级压缩制冷技术,采用R22制冷剂,冷凝器采用铜管翅片型,蒸发器采用钎焊板式换热器。
所述的温度检测与控制系统中的MCU控制器采用8位MCU作为核心处理器,且MCU控制器自带电源电路、复位电路和RS232通讯电路,所述的LCD显示器采用2.8寸的STN屏幕。
本发明的高温高压流变仪用高粘度液体冷却装置与现有的液体冷却装置相比具有以下优点:
⑴、本装置在出液以及回液处设有球阀及开闭式快速接头,可直接使用球阀手柄控制液体回路通断,也可手动分开或闭合快速接头的公头及母头,以控制液体回路的通断,可以方便快捷的与所需管路连接。
⑵、本装置中HCFC制冷系统的蒸发器采用钎焊板式蒸发器,具有体积小、换热效率高的特点,有效的减少了装置的体积,并提高了装置的能效比;装置中HCFC制冷循环中的节流元件采用电子膨胀阀,可实时对蒸发器内的制冷剂过热度进行调节。
⑶、本装置基于流变仪的参数工况设计,解决目前市场上的液体冷却装置不能满足流变仪对冷却系统中液体的流量及压力可在大范围内控制的需求及使用寿命短的问题。本装置的控制系统中设有变频器,配合调压阀和齿轮泵,使得本装置不仅能够适用于粘度范围为1~300cP的液体,且在通过调压阀设定好泵出口液体压力后,还可根据工况实时调节液体流量,适应冷却系统中高温高压流变仪高粘度液体的流量及压力可在大范围内控制的要求。
⑷、本装置结构紧凑、液路通断方便,液体粘度适用范围广,也适用于机械、化工、冶金等领域的高粘度液体冷却,具有良好的通用性。
附图说明
图1为本发明的高粘度液体冷却装置的控制结构方框图。
图2为本发明液体输送系统和HCFC制冷系统的结构示意图。
上述图中:1-油箱,2-空气过滤器,3-球阀A,4-软管,5-快速接头A,6-流变仪,7-快速接头B,8-球阀B,9-压力表开关,10-压力表,11-管式单向阀,12-齿轮泵,13-调压阀,14-电机,15-吸油滤油器,16-液位计,17-温度传感器,18-蒸发器,19-冷凝器,20-压缩机,21-气液分离器,22-截止阀A,23-电子膨胀阀,24-截止阀B,25-轴流散热风扇。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作具体详细的说明。
实施例1:本发明提供的一种高温高压流变仪的高粘度液体冷却装置,其结构如图1、2所示,包括液体输送系统、HCFC制冷系统和温度检测与控制系统。
所述的液体输送系统包括油箱1,齿轮泵12,调压阀13,电机14,球阀A3、球阀B8,快速接头A5和快速接头B7;所述的油箱1中设有温度传感器17和吸油滤油器15,温度传感器17通过螺纹连接在油箱1的侧壁上,吸油滤油器15通过钢管与若干接头与齿轮泵12的吸液口相连;油箱1外安装有空气过滤器2和液位计16,吸油滤油器15通过管道顺序连接齿轮泵12、管式单向阀11、球阀B8、快速接头B7、流变仪6、快速接头A5和HCFC制冷系统的蒸发器18,经球阀A3回到油箱1中,完成液体输送回路循环。所述的电机14通过调压阀13与齿轮泵12连接,所述的压力表10经压力表开关9与管式单向阀11和球阀B8连接。所述的液体输送系统的油箱1、空气过滤器2、液位计16、齿轮泵12、调压阀13、电机14之间的通过螺栓连接,调压阀13和单向阀11通过螺纹连接在齿轮泵12的出液口处,压力表10经过压力表开关9及球阀B与单向阀11通过螺纹连接,球阀A3、蒸发器18、快速接头A5、快速接头B7、球阀B之间的通过软管4与宝塔接头连接。
所述的HCFC制冷系统包括蒸发器18、压缩机20、冷凝器19、轴流散热风扇25、电子膨胀阀23,所述的蒸发器18经气液分离器21、截止阀A22与压缩机20连接;液态制冷剂在蒸发器18中吸收高粘度液体的热量,液态制冷剂汽化后以低压气体状态进入气液分离器21与压缩机20中,经过压缩后以高压气体状态进入冷凝器19中,接着在轴流散热风扇25的作用下降压降温,再经过截止阀B24、电子膨胀阀23节流后重新进入蒸发器18,完成制冷回路循环;蒸发器中冷却后的液体经球阀A3回到油箱1中。
所述的温度检测与控制系统为基于单片机的液体温度检测与控制系统,设有上位机、MCU控制器、LCD显示器、变频器、固态继电器和电子膨胀阀驱动器;所述的上位机与MCU控制器通过串口RS232互联,MCU控制器分别与LCD显示器、变频器、固态继电器和电子膨胀阀驱动器连接;所述的变频器与液体输送系统连接;所述的固态继电器和电子膨胀阀驱动器分别与HCFC制冷系统连接;所述的上位机用于对液体输送系统和HCFC制冷系统进行参数设置、状态监视与数据保存,并接受流变仪传输的工况参数;所述的MCU控制器作为上位机的下位机,用于发出模拟量控制变频器对液体输送系统进行液体流量设置、以开关量控制固态继电器对HCFC制冷系统工作与否进行设定、以脉冲方式控制电子膨胀阀驱动器驱动电子膨胀阀23的动作、以及控制温度传感器17采集油箱1中油液的温度。
本发明的装置中所述的液体输送系统中的电机14与变频器电连接,通过变频器间接调节齿轮泵12的转速,将液体流量控制在5~25L/Min,调压阀用于将出液压力控制在1~12bar,所述的齿轮泵粘度适用范围为1~300cP。
所述的HCFC制冷系统采取单级压缩制冷技术,冷凝器采用铜管翅片型,蒸发器采用钎焊板式换热器,采用电子膨胀阀作为节流元件,压缩机名义制冷量为2.3KW。
本发明的装置中上位机采用LabVIEW软件编程,主要作用是对冷却装置进行参数设置、状态监视与数据保存,并接受流变仪测控系统传输的流变仪工况参数;所述的MCU控制器采用型号为STC89C516RD+的MCU作为核心处理器;且MCU控制器自带电源电路、复位电路和RS232通讯电路,通过RS232串口实现与上位机的通讯。所述的LCD显示器采用分辨率为128*64的2.8寸的STN屏幕。
本发明的高温高压流变仪的高粘度液体冷却装置工作过程:参见图2,冷却装置工作时,液体输送系统的油箱1中的油液在齿轮泵12的作用下经快速接头B7流向高温高压流变仪6处,油液吸收热量升温后经快速接头A5回流至蒸发器18处,液态制冷剂R22在蒸发器18中吸收高粘度液体的热量,汽化后以低压气体状态进入气液分离器21与压缩机20中,经过压缩后以高压气体状态进入冷凝器19中,接着在散热风扇25的作用下降压降温,再经过截止阀B24、电子膨胀阀23节流后重新进入蒸发器18,蒸发器中冷却后的油液经球阀A3回到油箱1中,从而完成一次油液冷却循环。
由于流出油箱1的液体直接流向流变仪6,故以油箱1内油液温度为控制目标,温度检测与控制系统通过将设定的油温与温度传感器17采集的值进行比较,通过固态继电器控制压缩机20启停,控制制冷与油液的循环,从而将油箱1内油液温度控制在设定值;温度检测与控制系统可对蒸发器18内的制冷剂过热度进行控制,通过电子膨胀阀驱动器调节电子膨胀阀23的阀口开度,从而将蒸发器18内的制冷剂过热度控制在合理范围内;温度检测与控制系统可对液体输送系统中油液流量进行控制,根据流变仪6的工况参数,通过MCU控制器发出模拟量调节变频器对电机14、齿轮泵12输出,从而实现油液流量的调节。
在冷却装置工作时,还可通过调压阀13手动调节齿轮泵12出口处的压力,压力调节范围为1~12bar。
本装置具有结构紧凑、流量及压力控制范围大、液体粘度适用范围广、使用寿命长、通用性强、能效比高和安装方便等优点。不仅可用于高温高压流变仪的高粘度液体冷却,也适用于机械、化工、冶金、电力等领域的高粘度液体冷却。
Claims (6)
1.一种高温高压流变仪用高粘度液体冷却装置,包括液体输送系统、HCFC制冷系统和温度检测与控制系统;其特征在于:
所述的液体输送系统包括油箱,齿轮泵,调压阀,电机,球阀A、球阀B,快速接头A和快速接头B;所述的油箱中设有温度传感器和吸油滤油器,温度传感器通过螺纹连接在油箱的侧壁上,吸油滤油器通过钢管与若干接头与齿轮泵的吸液口相连;油箱外安装有空气过滤器和液位计,吸油滤油器通过管道顺序连接齿轮泵、管式单向阀、球阀B、快速接头B、流变仪、快速接头A和HCFC制冷系统的蒸发器,经球阀A回到油箱中,完成液体输送回路循环;所述的电机通过调压阀与齿轮泵连接,压力表经压力表开关与管式单向阀和球阀B连接;
所述的HCFC制冷系统包括蒸发器、压缩机、冷凝器、轴流散热风扇和电子膨胀阀,所述的蒸发器经气液分离器、截止阀A与压缩机连接;液态制冷剂在蒸发器中吸收高粘度液体的热量,液态制冷剂汽化后以低压气体状态进入气液分离器与压缩机中,经过压缩后以高压气体状态进入冷凝器中,接着在轴流散热风扇的作用下降压降温,再经过截止阀B、电子膨胀阀节流后重新进入蒸发器,完成制冷回路循环;蒸发器中冷却后的液体经球阀A回到油箱中;
所述的温度检测与控制系统为基于单片机的液体温度检测与控制系统,设有上位机、MCU控制器、LCD显示器、变频器、固态继电器和电子膨胀阀驱动器;所述的上位机与MCU控制器通过串口RS232互联,MCU控制器分别与LCD显示器、变频器、固态继电器和电子膨胀阀驱动器电连接;所述的变频器与液体输送系统的电机连接;所述的固态继电器和电子膨胀阀驱动器分别与HCFC制冷系统连接;所述的上位机用于对液体输送系统和HCFC制冷系统进行参数设置、状态监视与数据保存,并接受流变仪传输的工况参数;所述的MCU控制器作为下位机,用于发出模拟量控制变频器、以开关量控制固态继电器、以脉冲方式控制电子膨胀阀驱动器、以及控制温度传感器采集油箱中油液的温度;所述的变频器用于控制电机间接调节齿轮泵的转速;所述的固态继电器用于控制压缩机的启停;所述的电子膨胀阀驱动器用于驱动电子膨胀阀的动作。
2.根据权利要求1所述的高温高压流变仪用高粘度液体冷却装置,其特征在于:所述的液体输送系统的油箱、空气过滤器、液位计、齿轮泵、调压阀、电机之间通过螺栓连接,调压阀和管式单向阀通过螺纹连接在齿轮泵的出液口处,压力表经过压力表开关及球阀B与管式单向阀通过螺纹连接,球阀A、蒸发器、快速接头A、快速接头B、球阀B之间通过软管与宝塔接头连接。
3.根据权利要求1所述的高温高压流变仪用高粘度液体冷却装置,其特征在于:所述的液体输送系统中的电机与变频器相连接,通过变频器间接调节齿轮泵的转速,将液体流量控制在5~25L/Min,调压阀用于将出液压力控制在1~12bar,所述的齿轮泵粘度适用范围为1~300cP。
4.根据权利要求1所述的高温高压流变仪用高粘度液体冷却装置,其特征在于:所述的调压阀设有手动调节开关,通过调压阀手动开关调节齿轮泵出口处的压力,压力调节范围为1~12bar。
5.根据权利要求1所述的高温高压流变仪用高粘度液体冷却装置,其特征在于:所述的HCFC制冷系统采取单级压缩制冷技术,采用R22制冷剂,冷凝器采用铜管翅片型,蒸发器采用钎焊板式换热器。
6.根据权利要求1所述的高温高压流变仪用高粘度液体冷却装置,其特征在于:所述的温度检测与控制系统中的MCU控制器采用8位MCU作为核心处理器,且MCU控制器自带电源电路、复位电路和RS232通讯电路,所述的LCD显示器采用2.8寸的STN屏幕。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |