CN107632042A - 管壳式换热器单相换热实验测试平台以及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管壳式换热器单相换热实验测试平台，包括锅炉，锅炉分别连接热水加热器和压缩空气加热器，压缩空气加热器连接实验元件，热水加热器依次连接热水分水器、实验元件、热水水箱，热水水箱再连接热水加热器形成回路，实验元件还依次连接冷却水水箱和冷却塔，冷却塔再连接实验元件形成回路，实验元件还连接有排气装置；压缩空气加热器还连接储气罐，储气罐连接有空压机。本发明以空气—水为工作介质，壳侧通过热水或空气，管侧通入冷却水，完成换热器热工性能与流动阻力特性试验。搭建测试平台来完成管壳式换热器单相实验，操作方便，灵活调节，可以通过改变热水、空气与冷却水流速，对换热效率进行多方面研究。
Description
技术领域
本发明属于换热器测试技术领域，特别涉及一种管壳式换热器单相换热实验测试平台以及测试方法。
背景技术
随着现代科学技术包括计算机技术、通信技术、传感技术、现代控制理论等的发展，现代检测技术的逐渐成熟，全新的测试技术具有高精度、实时性高、界面友好、易操作等优点，被广泛应用于实际生产及实验室研究中；近年来，随着工业生产对于换热器精准度要求的不断提高，换热器性能测试平台开发研究工作发展的很快。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种管壳式换热器单相换热实验测试平台以及测试方法，以解决现有技术中的问题。
技术方案：为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种管壳式换热器单相换热实验测试平台，包括锅炉8，所述锅炉8分别连接热水加热器7和压缩空气加热器9，所述压缩空气加热器9连接实验元件4，所述热水加热器7依次连接热水分水器6、实验元件4、热水水箱5，热水水箱5再连接热水加热器7形成回路，所述实验元件4还依次连接冷却水水箱2、冷却塔1和冷却水分水器3，冷却塔1再连接实验元件4形成回路，所述实验元件4还连接有排气装置；
进一步的，所述压缩空气加热器9还连接储气罐10，所述储气罐10连接有空干机11，空干机11上还连接有空压机12。
进一步的，所述热水加热器7和压缩空气加热器9还均设置有疏水器。
进一步的，所述锅炉8和热水加热器7、实验元件4和热水水箱5、实验元件4和排气装置、冷却塔1和冷却水分水器3、空干机11和储气罐10之间均设置有球阀。
进一步的，所述实验元件4和冷却水水箱2之间设置有单向阀。
进一步的，所述热水分水器6和实验元件4、压缩空气加热器9和实验元件4之间均并联有两组开度范围不同的调节阀、两个流量计和两个球阀，再依次串连一个单向阀和一个球阀。
进一步的，所述热水水箱5和热水加热器7之间并联有两组球阀、两个流量范围不同的水泵和两个单向阀；所述热水加热器7上设置有热水循环泵。
进一步的，所述冷却水水箱2和冷却塔1之间并联有两组球阀、两个流量范围不同的水泵和两个单向阀，又串联有一个球阀；所述冷却水分水器3和实验元件4之间并联有两组开度范围不同的调节阀、两个流量计和两个球阀；所述冷却塔1上还设置有冷却塔循环泵。
进一步的，所述热水水箱5、锅炉8和储气罐10上均设置有测温口和压力测口；所述实验元件4的进出管道口均设置有测温口和压力测口。
进一步的，所述调节阀均连接储气罐2的气动阀口。
一种管壳式换热器单相换热实验测试方法，包括压缩空气系统、蒸汽系统、冷却水系统和测试系统，包括以下步骤：
空气与水换热实验，启动空压机12，调节供气压力，一部分对调节阀进行供气，另一部分经过压缩空气加热器9进入到实验元件4；启动冷却塔1和冷却塔循环泵，冷却水从冷却水水箱2出来流经冷却塔1冷却后再经过冷却水分水器3随管道进入到实验元件4；最后，启动锅炉8，蒸汽进入到压缩空气加热器9，对空气进行加热，蒸汽凝结成水，从疏水器排出；待流量、温度、压力稳定后，开始数据采集；管内换热结束之后，空气放空通过排气装置排出，冷却水回到冷却水水箱2。
水水换热实验，启动空压机12，调节供气压力，对调节阀进行供气，启动热水循环泵，热水从热水水箱5进入热水加热器7，之后进入热水分水器6，再随管道经过混合器最后进入实验元件4。启动冷却塔和冷却塔循环泵，冷却水从冷却水水箱出来流经冷却塔冷却后再到冷却水分水器随管道进入到到实验元件4；最后，启动锅炉8，蒸汽进入到压缩空气加热器9，对热水进行加热，蒸汽凝结成水，从疏水器排出；待流量、温度、压力稳定后，开始数据采集；换热器内换热结束之后，热水回到热水水箱5，冷却水回到冷却水水箱。
有益效果：本发明以空气和水为工作介质，壳侧通过热水或空气，管侧通入冷却水，完成换热器热工性能与流动阻力特性试验。搭建测试平台来完成管壳式换热器单相实验，操作方便，灵活调节，可以通过改变热水、空气与冷却水流速，对换热效率和压降进行多方面研究。
由于冷却水、热水和压缩空气都配有两个不同流量范围的水泵和装有两个开度范围不同的启动调节阀的并联流路，所以可供调节的工况范围很宽，能适应各种不同额定工况不同范围的管壳式换热器，可以测试水水换热器也可以测试气水换热器。
此外，本实验可以通过各温度计、压力表和流量计监控所测的温度、压力和流量、冷却水箱和热水水箱的水位以及锅炉、冷却塔和各循环水泵的开关情况，并且能够在监控室进行实时显示并保存和处理相关的数据，方便及时发现并处理系统中出现的问题。此外该系统可以直接在监控室调节各个气动阀的开度从而达到调节流量改变工况的目的，操作灵活简单，安全可靠。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的简化图；
其中：1-冷却塔，2-冷却水水箱，3-冷却水分水器，4-实验元件，5-热水水箱，6-热水分水器，7-热水加热器，8-锅炉，9-压缩空气加热器，10-储气罐，11-空干机，12-空压机。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种管壳式换热器单相换热实验测试平台，包括锅炉8，所述锅炉8分别连接热水加热器7和压缩空气加热器9，所述压缩空气加热器9连接实验元件4，所述热水加热器7依次连接热水分水器6、实验元件4、热水水箱5，热水水箱5再连接热水加热器7形成回路，所述实验元件4还依次连接冷却水水箱2、冷却塔1和冷却水分水器3，冷却塔1再连接实验元件4形成回路，所述实验元件4还连接有排气装置；
所述压缩空气加热器9还连接储气罐10，所述储气罐10连接有空干机11，空干机11上还连接有空压机12，所述空压机12是螺杆空气压缩机。
所述热水加热器7和压缩空气加热器9还均设置有疏水器。
所述锅炉8和热水加热器7、实验元件4和热水水箱5、实验元件4和排气装置、冷却塔1和冷却水分水器3、空干机11和储气罐10之间均设置有球阀。
所述实验元件4和冷却水水箱2之间设置有单向阀。
所述热水分水器6和实验元件4、压缩空气加热器9和实验元件4之间均并联有两组开度范围不同的调节阀、两个流量计和两个球阀，再依次串连一个单向阀和一个球阀。
所述热水水箱5和热水加热器7之间并联有两组球阀、两个流量范围不同的水泵和两个单向阀；所述热水加热器7上设置有热水循环泵。
所述冷却水水箱2和冷却塔1之间并联有两组球阀、两个流量范围不同的水泵和两个单向阀，又串联有一个球阀；所述冷却水分水器3和实验元件4之间并联有两组开度范围不同的调节阀、两个流量计和两个球阀；所述冷却塔1上还设置有冷却塔循环泵。
所述热水水箱5、锅炉8和储气罐10上均设置有测温口和压力测口；所述实验元件4的进出管道口均设置有测温口和压力测口。所述锅炉8是电热蒸汽锅炉。
所述调节阀均连接储气罐2的气动阀口。气动调节阀能够满足对来自储气罐的空气、水箱热水的、冷却塔的冷水进行流量较为精确且便捷的调节。
所述冷却水水箱2和冷却塔1之间并联的两个水泵的流量分别为6 m3/h和50m3/h，热水水箱5和热水加热器7之间并联的两个水泵的流量分别为6 m3/h和50 m3/h，冷却水分水器3和实验元件4之间并联的两个调节阀的开度范围分别是0.6-6 m3/h和6-60 m3/h，热水分水器6和实验元件4之间并联的两个调节阀的开度范围分别是1-10m3/h和5-50 m3/h，压缩空气加热器9和实验元件4之间并联的两个调节阀的开度范围分别是10-80 m3/h和30-210m3/h。
空压机及空干机能够将干燥稳压的空气通过计量、蒸汽加热后顺利随着管路系统到达实验元件，再排空。
冷却塔具备满足水冷段所需的最大冷却水量和系统中其他设备的冷却最大水量。并且相应的冷却水泵能够满足冷却水的输送以及循环使用的功能。
一种管壳式换热器单相换热实验测试方法，包括压缩空气系统、蒸汽系统、冷却水系统和测试系统，包括以下步骤：
空气与水换热实验，启动螺杆空气压缩机12，调节供气压力，一部分对气动调节阀进行供气，另一部分经过压缩空气加热器9进入到实验元件4两相实验换热器壳侧；启动冷却塔1和冷却塔循环泵，冷却水从冷却水水箱2出来流经冷却塔1冷却后再经过冷却水分水器3随管道进入到实验元件4的单相实验换热器管内；最后，启动电热蒸汽锅炉8，蒸汽进入到压缩空气加热器9，对空气进行加热，蒸汽凝结成水，从疏水器排出；待流量、温度、压力稳定后，开始数据采集；管内换热结束之后，空气放空通过排气装置排出，冷却水回到冷却水水箱2。
水水换热实验，启动螺杆空气压缩机12，调节供气压力，对调节阀进行供气，启动热水循环泵，热水从热水水箱5进入热水加热器7，之后进入热水分水器6，再随管道经过混合器最后进入实验元件4的两相实验换热器壳侧。启动冷却塔和冷却塔循环泵，冷却水从冷却水水箱出来流经冷却塔冷却后再到冷却水分水器随管道进入到到实验元件4；最后，启动电热蒸汽锅炉8，蒸汽进入到压缩空气加热器9，对热水进行加热，蒸汽凝结成水，从疏水器排出；待流量、温度、压力稳定后，开始数据采集；换热器内换热结束之后，热水回到热水水箱5，冷却水回到冷却水水箱。
1、单相换热实验时，保持冷却水流量不变，通过改变干空气或热水的流量，得到压降与介质流速和热流密度之间的关系。
2、单相换热实验时，保持干空气或热水流量不变，通过改变冷却水流量，找出冷却水流量的变化与换热器换热系数和压降的关系。
3、单相换热实验时，保持各介质流量不变，通过改变干空气或热水的定性温度来比较定性温度对换热器换热系数的影响。
4、在单相实验时，保持以上测量值不变，通过改变换热器结构，如改变管束的排列方式，增加折流板来比较结构对换热系数和压降的影响。
5、在单相实验时，通过改变介质的流动空间即管程与壳程来比较其对对流换热系数和压降的影响。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种管壳式换热器单相换热实验测试平台，其特征在于：包括锅炉（8），所述锅炉（8）分别连接热水加热器（7）和压缩空气加热器（9），所述压缩空气加热器（9）连接实验元件（4），所述热水加热器（7）依次连接热水分水器（6）、实验元件（4）、热水水箱（5），热水水箱（5）再连接热水加热器（7）形成回路，所述实验元件（4）还依次连接冷却水水箱（2）、冷却塔（1）和冷却水分水器（3），冷却塔（1）再连接实验元件（4）形成回路，所述实验元件（4）还连接有排气装置；
所述压缩空气加热器（9）还连接储气罐（10），所述储气罐（10）连接有空干机（11），空干机（11）上还连接有空压机（12）。
2.根据权利要求1所述的管壳式换热器单相换热实验测试平台，其特征在于：所述热水加热器（7）和压缩空气加热器（9）还均设置有疏水器。
3.根据权利要求1所述的管壳式换热器单相换热实验测试平台，其特征在于：所述锅炉（8）和热水加热器（7）、实验元件（4）和热水水箱（5）、实验元件（4）和排气装置、冷却塔（1）和冷却水分水器（3）、空干机（11）和储气罐（10）之间均设置有球阀。
4.根据权利要求1所述的管壳式换热器单相换热实验测试平台，其特征在于：所述实验元件（4）和冷却水水箱（2）之间设置有单向阀。
5.根据权利要求1所述的管壳式换热器单相换热实验测试平台，其特征在于：所述热水分水器（6）和实验元件（4）、压缩空气加热器（9）和实验元件（4）之间均并联有两组开度范围不同的调节阀、两个流量计和两个球阀，再依次串连一个单向阀和一个球阀。
6.根据权利要求1所述的管壳式换热器单相换热实验测试平台，其特征在于：所述热水水箱（5）和热水加热器（7）之间并联有两组球阀、两个流量范围不同的水泵和两个单向阀；所述热水加热器（7）上设置有热水循环泵。
7.根据权利要求1所述的管壳式换热器单相换热实验测试平台，其特征在于：所述冷却水水箱（2）和冷却塔（1）之间并联有两组球阀、两个流量范围不同的水泵和两个单向阀，又串联有一个球阀；所述冷却水分水器（3）和实验元件（4）之间并联有两组开度范围不同的调节阀、两个流量计和两个球阀；所述冷却塔（1）上还设置有冷却塔循环泵。
8.根据权利要求1所述的管壳式换热器单相换热实验测试平台，其特征在于：所述热水水箱（5）、锅炉（8）和储气罐（10）上均设置有测温口和压力测口；所述实验元件（4）的进出管道口均设置有测温口和压力测口。
9.根据权利要求1所述的管壳式换热器单相换热实验测试平台，其特征在于：所述调节阀均连接储气罐（2）的气动阀口。
10.一种管壳式换热器单相换热实验测试方法，包括压缩空气系统、蒸汽系统、冷却水系统和测试系统，其特征在于，包括以下步骤：
空气与水换热实验，启动空压机（12），调节供气压力，一部分对调节阀进行供气，另一部分经过压缩空气加热器（9）进入到实验元件（4）；启动冷却塔（1）和冷却塔循环泵，冷却水从冷却水水箱（2）出来流经冷却塔（1）冷却后再经过冷却水分水器（3）随管道进入到实验元件（4）；最后，启动锅炉（8），蒸汽进入到压缩空气加热器（9），对空气进行加热，蒸汽凝结成水，从疏水器排出；待流量、温度、压力稳定后，开始数据采集；管内换热结束之后，空气放空通过排气装置排出，冷却水回到冷却水水箱（2）；
水水换热实验，启动空压机（12），调节供气压力，对调节阀进行供气，启动热水循环泵，热水从热水水箱（5）进入热水加热器（7），之后进入热水分水器（6），再随管道经过混合器最后进入实验元件（4）；
启动冷却塔和冷却塔循环泵，冷却水从冷却水水箱出来流经冷却塔冷却后再到冷却水分水器随管道进入到到实验元件（4）；最后，启动锅炉（8），蒸汽进入到压缩空气加热器（9），对热水进行加热，蒸汽凝结成水，从疏水器排出；待流量、温度、压力稳定后，开始数据采集；换热器内换热结束之后，热水回到热水水箱（5），冷却水回到冷却水水箱。
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