CN110487583A - 一种旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统，属于冷凝传热实验测量技术领域。将通道组件与蒸汽系统、冷却剂系统和控制系统建立连接，蒸汽系统提供蒸汽，冷却剂系统提供冷却剂，形成蒸汽循环回路和冷却剂循环回路，当两者均达到平衡状态后，通过测温装置、温度及压力采集模块采集流量数据、温度数据及压力数据，然后将采集到的流量数据、温度数据及压力数据进行分析，从而计算出通道压降以及冷凝换热系数。通过改变蒸汽的压力和流量，模拟出不同压力和流量条件下多通道烘缸的传热特性。该系统设计合理，操作简便，能够为研究多通道烘缸的传热特性提供理论依据。
Description
技术领域
本发明涉及冷凝传热实验测量技术领域，具体涉及一种旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统。
背景技术
为了进一步研究多通道烘缸的传热特性，需要建立一个与实际烘缸相似的实验系统，已有的多通道烘缸实验系统，其旋转装置是通过两个电机同时驱动，这种实施方式可自动调整烘缸通道的倾斜角度，但是对这种驱动方式对电机驱动程序及使用环境要求极高，一旦程序出现一点偏差，或者在使用过程种出现轻微的扭转，都会导致旋转轴扭断。另外，对于烘缸通道内部蒸汽及冷凝水的流动状态，无法直观的观察。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统，设计合理，结构可靠，能够为研究多通道烘缸的传热特性提供图像信息。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统，包括底座和控制系统，底座上固定有电机、2个支架和高速摄像机；2个支架之间转动连接有主轴，主轴通过传动系统与电机连接；主轴上连接有2个多边形的转盘，转盘每条边的侧面开有滑槽，2个转盘之间设有至少一对通道组件，通道组件的两端分别通过连接件与转盘上的滑槽连接；每对通道组件之间连接有支撑板，支撑板上固定有供电模块和信息采集模块，供电模块与信息采集模块连接；
通道组件包括通道外壳，通道外壳内设有蒸汽通道和冷却剂通道，蒸汽通道连接有蒸汽系统，冷却剂通道连接有冷却剂系统，蒸汽系统设有压力采集模块；蒸汽通道的一侧固定有透明观察窗，高速摄像机正对透明观察窗；通道外壳上固定有若干用于检测蒸汽通道内部温度和冷却剂通道壁面温度的测温装置；测温装置与信息采集模块连接，信息采集模块和蒸汽系统的压力采集模块均与控制系统连接。
优选地，冷却剂通道的入口处设有涡轮流量计，蒸汽通道的入口处设有涡街流量计和压力变送器，压力变送器连接有差压变送器，差压变送器的另一端与蒸汽通道的出口连通。
优选地，蒸汽系统为蒸汽发生器、蒸汽输送管道和若干阀门形成的循环回路，蒸汽输送管道与蒸汽通道连接；冷却剂系统为恒温水箱、冷却剂输送管道和若干阀门形成的循环回路，冷却剂输送管道与冷却剂通道连接。
优选地，通道外壳上设有若干与蒸汽系统和冷却剂系统连接的管接头，管接头分别与蒸汽通道和冷却剂通道内部连通；冷却剂通道覆盖有冷却剂通道盖板，冷却剂通道盖板与通道外壳固定连接；冷却剂通道盖板与通道外壳之间设有第二密封垫；透明观察窗与蒸汽通道之间设有第一密封垫；透明观察窗通过观察窗压盖固定在通道外壳上，观察窗压盖和透明观察窗之间设有第三密封垫。
优选地，传动系统为同步带、从动轮和主动轮构成的同步带轮传动系统；从动轮与主轴连接，主动轮与电机连接；支架上固定有张紧装置，张紧装置作用在同步带上使同步带张紧。
优选地，2个支架上分别固定有轴承，主轴两端分别与轴承连接；主轴上设有若干汽液电滑环；汽液电滑环固定连接有滑环止动装置，滑环止动装置与汽液电滑环的定环和支架固定连接。
进一步优选地，轴承为陶瓷球角接触球轴承。
进一步优选地，汽液电滑环为森瑞普滑环。
优选地，信息采集模块与控制系统之间为无线传输。
优选地，转盘与主轴通过键连接，转盘两侧设有固定卡环，固定卡环为通过连接件固定在主轴上的两个半圆环。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统，将通道组件与蒸汽系统、冷却剂系统和控制系统建立连接，蒸汽系统提供蒸汽，冷却剂系统提供冷却剂，形成蒸汽循环回路和冷却剂循环回路，当两者均达到平衡状态后，通过测温装置、温度及压力采集模块采集流量数据、温度数据及压力数据，然后将采集到的流量数据、温度数据及压力数据进行分析，从而计算出通道压降以及冷凝换热系数。通过改变蒸汽的压力和流量，模拟出不同压力和流量条件下多通道烘缸的传热特性。采用单根主轴作为传动轴，防止现有的两轴旋转不同步产生扭转造成实验系统损坏；多边形的转盘上的滑槽，能够调整通道组件的倾斜角度，模拟不同的工况；高速摄像机能够透过透明观察窗捕捉到通道组件内部的气泡变化情况，为进一步的研究提供图像信息。该系统设计合理，操作简便，能够为研究多通道烘缸的传热特性提供理论依据。
进一步地，通过设置涡轮流量计、涡街流量计、压力变送器和差压变送器，能够检测通入冷却剂的流量、通入蒸汽的流量、通入蒸汽的压力和蒸汽通道内压力的变化情况，得到多种数据来综合分析多通道烘缸的传热特性。
进一步地，通道组件各部件之间设有密封垫，能够防止汽体及液体泄漏，保证数据的准确性，提高系统的安全性。
进一步地，传动系统设有张紧装置，能够使同步带张紧，避免打滑引起系统的不稳定。
更进一步地，轴承采用陶瓷球角接触球轴承，质量轻，在旋转过程中产生的离心力更小，运动性能好。
更进一步地，汽液电滑环采用森瑞普滑环，耐热耐压性能好，可靠性高，提供可靠的能源与信号传输渠道。
进一步地，信息采集模块通过无线模块与控制系统连接，能够减少布线，节省空间。
进一步地，固定卡环能够防止转盘轴向移动，提高系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明的旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统的结构示意图；
图2为本发明的通道组件的正视示意图；
图3为本发明的通道组件的侧视示意图；
图4为本发明的旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统的原理图。
其中，1为电机，2为同步带，3为从动轮，4为主动轮，5为张紧装置，6为汽液电滑环，7为转盘，8为轴承，9为通道组件，9-1为蒸汽通道，9-2为第一密封垫，9-3为第二密封垫，9-4为透明观察窗，9-5为第三密封垫，9-6为观察窗压盖，9-7为冷却剂通道盖板，9-8为管接头，10为供电模块，11为支撑板，12为信息采集模块，13为测温装置，14为固定卡环，15为涡街流量计，16为第一侧架，17为压力变送器，18为差压变送器，19为第二侧架，20为涡轮流量计，21为底座，22为主轴，23为支架，24为高速摄像机。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，是对本发明的解释而不是限定。
如图1，为本发明旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统，包括底座21和控制系统，底座21上固定有电机1、2个支架23和高速摄像机24；电机1优选变频电机，2个支架23上分别固定有轴承8，主轴22两端分别与轴承8连接，轴承8优选陶瓷球角接触球轴承。主轴22上设有若干汽液电滑环6，汽液电滑环优选森瑞普滑环。汽液电滑环6固定连接有滑环止动装置，滑环止动装置与汽液电滑环6的定环和支架23固定连接。主轴22通过传动系统与电机1连接；传动系统可以为同步带2、从动轮3和主动轮4构成的同步带轮传动系统；从动轮3与主轴22连接，主动轮4与电机1连接；支架23上固定有张紧装置5，张紧装置5作用在同步带2上使同步带2张紧。
主轴22上通过键连接有2个多边形的转盘7，转盘7每条边的侧面开有滑槽，2个转盘7之间设有至少一对通道组件9，通道组件9的两端分别通过T型螺栓与转盘7上的滑槽连接，通道组件9能够在滑槽中调整位置，从而调整与主轴22的夹角；转盘7两侧设有固定卡环14，固定卡环14为通过连接件固定在主轴22上的两个半圆环。
转盘7可以由63*63mm的槽钢焊接成八边形，槽钢外边内切圆为800mm，同时有八条肋板用来增加强度，转盘7内径为80mm，壁厚30mm。转盘7侧面开有宽9mm，长285mm的矩形孔，T型螺栓在孔中移动时，可以用来调整通道组件9与主轴22的倾斜角度，最大夹角为10度。
如图2、图3，每对通道组件9之间连接有支撑板11，支撑板11上固定有供电模块10和信息采集模块12，供电模块10与信息采集模块12连接。通道组件9包括通道外壳，通道外壳内设有蒸汽通道9-1和冷却剂通道，蒸汽通道9-1连接有蒸汽系统，冷却剂通道连接有冷却剂系统，蒸汽系统设有压力采集模块；蒸汽系统为蒸汽发生器、蒸汽输送管道和若干阀门形成的循环回路，蒸汽输送管道与蒸汽通道9-1连接；冷却剂系统为恒温水箱、冷却剂输送管道和若干阀门形成的循环回路，冷却剂输送管道与冷却剂通道连接。通道外壳上设有若干与蒸汽系统和冷却剂系统连接的管接头9-8，管接头9-8分别与蒸汽通道9-1和冷却剂通道内部连通；冷却剂通道覆盖有冷却剂通道盖板9-7，冷却剂通道盖板9-7与通道外壳固定连接；冷却剂通道盖板9-7与通道外壳之间设有第二密封垫9-3；透明观察窗9-4与蒸汽通道9-1之间设有第一密封垫9-2；透明观察窗9-4通过观察窗压盖9-6固定在通道外壳上，观察窗压盖9-6和透明观察窗9-4之间设有第三密封垫9-5。蒸汽通道9-1的一侧固定有透明观察窗9-4，高速摄像机24正对透明观察窗9-4；通道外壳上固定有若干用于检测蒸汽通道9-1内部温度和冷却剂通道壁面温度的测温装置13，测温装置13可以采用热电阻；测温装置13与信息采集模块12连接，信息采集模块12和蒸汽系统的压力采集模块均与控制系统连接，优选地，信息采集模块12通过无线模块与控制系统连接；控制系统可以采用具有控制和数据处理功能的计算机。
冷却剂通道的入口处设有涡轮流量计20，蒸汽通道9-1的入口处设有涡街流量计15和压力变送器17，压力变送器17连接有差压变送器18，差压变送器18的另一端与蒸汽通道9-1的出口连通。具体地，涡轮流量计20与汽液电滑环6冷却水进口旋转接头的静止端连接，用来检测通入冷却水的流量；涡街流量计15与汽液电滑环6蒸汽进气口旋转接头的静止端连接，用来检测通入蒸汽的流量；压力变送器17与汽液电滑环6蒸汽进气口旋转接头的静止端连接，用来检测通入蒸汽的压力；差压变送器18一端和压力变送器17相通，另一端与蒸汽出气口旋转接头的静止端连接，用来检测整段通道的压力变化情况。涡轮流量计20、差压变送器18、涡街流量计15和压力变送器17可以根据实际情况安装在底座21上的第一侧架16和第二侧架19上。
通道外壳上设有若干与蒸汽系统和冷却剂系统连接的管接头9-8，管接头9-8分别与蒸汽通道9-1和冷却剂通道内部连通；冷却剂通道覆盖有冷却剂通道盖板9-7，冷却剂通道盖板9-7与通道外壳固定连接；冷却剂通道盖板9-7与通道外壳之间设有第二密封垫9-3；透明观察窗9-4与蒸汽通道9-1之间设有第一密封垫9-2；透明观察窗9-4通过观察窗压盖9-6固定在通道外壳上，观察窗压盖9-6和透明观察窗9-4之间设有第三密封垫9-5。
如图4，为本发明的工作原理：
将通道组件与蒸汽系统、冷却剂系统和控制系统建立连接，蒸汽系统提供蒸汽，冷却剂系统提供冷却剂，形成蒸汽循环回路和冷却剂循环回路，当两者均达到平衡状态后，通过测温装置、温度及压力采集模块采集流量数据、温度数据及压力数据，高速摄像机能够捕捉到通道组件内部的气泡变化情况，然后将采集到的流量数据、温度数据、压力数据和图像信息进行分析，从而计算出通道压降以及冷凝换热系数。通过多边形的转盘上的滑槽，还能够调整通道组件与主轴的夹角，从而调整通道组件的倾斜角度，模拟倾斜烘缸通道，研究该工况下的传热特性。
Claims (10)
1.一种旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统，其特征在于，包括底座(21)和控制系统，底座(21)上固定有电机(1)、2个支架(23)和高速摄像机(24)；2个支架(23)之间转动连接有主轴(22)，主轴(22)通过传动系统与电机(1)连接；主轴(22)上连接有2个多边形的转盘(7)，转盘(7)每条边的侧面开有滑槽，2个转盘(7)之间设有至少一对通道组件(9)，通道组件(9)的两端分别通过连接件与转盘(7)上的滑槽连接；每对通道组件(9)之间连接有支撑板(11)，支撑板(11)上固定有供电模块(10)和信息采集模块(12)，供电模块(10)与信息采集模块(12)连接；
通道组件(9)包括通道外壳，通道外壳内设有蒸汽通道(9-1)和冷却剂通道，蒸汽通道(9-1)连接有蒸汽系统，冷却剂通道连接有冷却剂系统，蒸汽系统设有压力采集模块；蒸汽通道(9-1)的一侧固定有透明观察窗(9-4)，高速摄像机(24)正对透明观察窗(9-4)；通道外壳上固定有若干用于检测蒸汽通道(9-1)内部温度和冷却剂通道壁面温度的测温装置(13)；测温装置(13)与信息采集模块(12)连接，信息采集模块(12)和蒸汽系统的压力采集模块均与控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统，其特征在于，冷却剂通道的入口处设有涡轮流量计(20)，蒸汽通道(9-1)的入口处设有涡街流量计(15)和压力变送器(17)，压力变送器(17)连接有差压变送器(18)，差压变送器(18)的另一端与蒸汽通道(9-1)的出口连通。
3.根据权利要求1所述的旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统，其特征在于，蒸汽系统为蒸汽发生器、蒸汽输送管道和若干阀门形成的循环回路，蒸汽输送管道与蒸汽通道(9-1)连接；冷却剂系统为恒温水箱、冷却剂输送管道和若干阀门形成的循环回路，冷却剂输送管道与冷却剂通道连接。
4.根据权利要求1所述的旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统，其特征在于，通道外壳上设有若干与蒸汽系统和冷却剂系统连接的管接头(9-8)，管接头(9-8)分别与蒸汽通道(9-1)和冷却剂通道内部连通；冷却剂通道覆盖有冷却剂通道盖板(9-7)，冷却剂通道盖板(9-7)与通道外壳固定连接；冷却剂通道盖板(9-7)与通道外壳之间设有第二密封垫(9-3)；透明观察窗(9-4)与蒸汽通道(9-1)之间设有第一密封垫(9-2)；透明观察窗(9-4)通过观察窗压盖(9-6)固定在通道外壳上，观察窗压盖(9-6)和透明观察窗(9-4)之间设有第三密封垫(9-5)。
5.根据权利要求1所述的旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统，其特征在于，传动系统为同步带(2)、从动轮(3)和主动轮(4)构成的同步带轮传动系统；从动轮(3)与主轴(22)连接，主动轮(4)与电机(1)连接；支架(23)上固定有张紧装置(5)，张紧装置(5)作用在同步带(2)上使同步带(2)张紧。
6.根据权利要求1所述的旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统，其特征在于，2个支架(23)上分别固定有轴承(8)，主轴(22)两端分别与轴承(8)连接；主轴(22)上设有若干汽液电滑环(6)；汽液电滑环(6)固定连接有滑环止动装置，滑环止动装置与汽液电滑环(6)的定环和支架(23)固定连接。
7.根据权利要求6所述的旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统，其特征在于，轴承(8)为陶瓷球角接触球轴承。
8.根据权利要求6所述的旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统，其特征在于，汽液电滑环为森瑞普滑环。
9.根据权利要求1所述的旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统，其特征在于，信息采集模块(12)与控制系统之间为无线传输。
10.根据权利要求1所述的旋转状态下模拟多通道烘缸传热测试系统，其特征在于，转盘(7)与主轴(22)通过键连接，转盘(7)两侧设有固定卡环(14)，固定卡环(14)为通过连接件固定在主轴(22)上的两个半圆环。
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| CN109946104A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-06-28 | 陕西科技大学 | 一种多通道烘缸旋转平台及模拟多通道烘缸旋转传热测试系统 |
| CN109946104B (zh) * | 2019-04-23 | 2024-05-03 | 陕西科技大学 | 一种多通道烘缸旋转平台及模拟多通道烘缸旋转传热测试系统 |
| CN115183112A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-10-14 | 陕西科技大学 | 一种烘缸流道同步流形拍摄装置及方法 |
| CN115183112B (zh) * | 2022-07-07 | 2024-03-26 | 陕西科技大学 | 一种烘缸流道同步流形拍摄装置及方法 |
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