CN111023568A - 一种散热器性能试验用有机热载体炉导热油油温稳定装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于车辆工程领域，涉及一种散热器性能试验用有机热载体炉导热油油温稳定装置。本发明结合特种车辆冷却系统散热器性能试验的要求，设计了导热油油温稳定装置，解决了有机热载体炉导热油油温稳定的问题，加装导热油降温用散热器及散热器导热油进口油温PID控制实现导热油油温稳定，通过散热量的实时计算，实现了导热油温的快速稳定，通过对导热油降温散热器散热量的监控，实现导热油温度目标值的快速调节，实现了冷却水防沸腾安全设计。

Description

一种散热器性能试验用有机热载体炉导热油油温稳定装置

技术领域

本发明属于车辆工程领域，涉及一种特种车辆冷却系散热器性能试验中的有机热载体炉系统。

背景技术

在散热器性能试验中，需要将散热器性能试验所用的热侧介质油、水、气加热到需要温度，并将油、水、气温度稳定在设定范围。热侧介质油、水、气的热量来源一般常用有两种，一个是采用电加热方式，另一种是采用有机热载体炉。采用电加热一般在小功率散热器试验台应用非常广泛，而装甲车辆散热量较大，采用电加热受配电指标限制，因此大功率散热器试验台多采用有机热载体炉。本试验台所用的热量来源为导热油锅炉。该试验原理(以水散热器性能试验为例，其他性能试验均相同)是通过锅炉燃烧加热导热油，通过中间换热器将导热油热量传给试验用水，中间换热器通过PID控制导热油的油量来控制给定试验用水的温度，并试图使其温度稳定在较小的温度波动范围(±0.2℃)，以满足散热器性能试验的精度要求。由于锅炉所提供的热量是一个定值，而散热器散热量是不定的，当锅炉能提供的热量大于散热器的散热量时，锅炉导热油温的温度就会持续升高，达到一定值锅炉就会停止燃烧，导热油温就会下降，下降到一定值就会重新点火燃烧，因此导热油温度会有很大的波动，在±5℃～±10℃之间(散热量越小波动越大)。由于导热油温度波动很大，很难通过PID控制将水温稳定在规定的±0.2℃，一般通过PID控制水温波动范围都在±1℃，有时甚至超过±2℃，这么大的温度波动无法满足水散热器热平衡精度要求和控制稳定精度要求。因此能否将导热油的温度稳定在较小的温度范围内(±1.5℃)，是顺利完成散热器性能试验的重要保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对进行特种车辆冷却系统散热器性能试验用有机热载体炉导热油进行油温稳定的装置，该装置可以使有机热载体炉的导热油温稳定在较小波动范围，达到散热器试验快速热平衡，减小试验时间，提高散热器热侧介质温度控制稳定度和试验精度作用，具有较好的工程应用价值。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种散热器性能试验用有机热载体炉导热油油温稳定装置，包括有机热载体炉、导热油循环泵、第一温度传感器、第一比例阀、第七温度传感器、换热器A、第二比例阀、三通、换热器B、第三温度传感器、第三比例阀、被试件(散热器)、第二温度传感器、第四温度传感器、第一流量计、被试件回路循环泵、第五温度传感器、第六温度传感器、水滤、第二流量计、第三流量计以及手动阀门；

导热油炉循环的连接关系如下：

导热油循环泵的出口与有机热载体炉的导热油进口相连，导热油经有机热载体炉后从有机热载体炉导热油出口流出，然后通过管路连接进入第二比例阀的进口，在有机热载体炉的导热油出口与第二比例阀之间的管道上安装第七温度传感器，在第二比例阀前面导热油分成两路，一路通过第二比例阀，经过第二比例阀的出口后进入换热器B油路的进口，经过换热器B后从换热器B油路的出口流出，进入三通进口前，另一路不经过第二比例阀，直接连接到三通进口前，两路导热油在三通进口前汇合之后一起进入三通的进口。

经三通后分成两路，其中一路从三通一个出口流出，通过管路连接进入第一比例阀进口，经第一比例阀出口连接进入导热油循环泵进口前，另一路从三通另一个出口流出，通过管路连接进入第三比例阀进口，经过第三比例阀出口连接到换热器A油路进口，经换热器A后从换热器A出口流出，然后进入第三流量计进口，经过第三流量计从第三流量计出口流出，通过管道连接进入到导热油循环泵2进口前。在换热器A进出口管路上分别安装有第一温度传感器3和第二温度传感器。两路导热油在导热油循环泵进口前汇合后，一起流入导热油循环泵，在从导热油循环泵出口流出，完成一个油路循环。

被试件路循环的连接关系：

被试件热体介质通过被试件回路循环泵从被试件回路循环泵出口流出，通过管路连接进入到换热器B被试件路介质入口，经换热器B后，从换热器B被试件路介质出口流出，通过管道连接进入到被试件入口，经过被试件从被试件出口流出，然后经管道连接进入到第一流量计进口，经第一流量计后从出口流出，然后经过管道连接进入到被试件回路循环泵进口，完成一个循环。在被试件进、出口管路上分别安装有第三温度传感器和第四温度传感器。

冷却水路循环：

冷却水通过水泵出口后，经过管路连接进入到手动阀门进口，经手动阀门后从出口连接进入到水滤进口，经水滤后从水滤出口连接进入到换热器A水路进口，经换热器A后从换热器A水路出口流出，通过管道连接进入到第二流量计入口，经过第二流量计后从出口流出，通过管道连接进入到水泵入口，完成一个循环。在换热器A进出口前管路上分别安装第五温度传感器和第六温度传感器。

进一步的，第二比例阀、第三比例阀开度通过联动控制，即第二比例阀开度调大，第三比例阀开度调小，反之亦然。

本装置的设计主要从导热油温度稳定性及调控的快速性及安全性三方面进行考虑。

导热油温度稳定性方面：该方案在锅炉的导热进口与设备导热油出口之间并联了一路换热器循环。换热器(换热器A)一侧介质是导热油，另一侧介质是冷却循环水，该换热器的散热能力在最大工况下可达1400kW。在锅炉出口处安装一个温度传感器，用来测量导热油油温，该换热器后端及导热油旁通回路上均安装了比例阀，导热油路比例阀通过温度传感器的反馈进行PID控制。两个比例阀属于联动关系，即散热器端导热油比例阀开大，旁通路端导热油比例阀相应减小，反之亦然。冷却水只需要一个开关阀门，流量不控制，通过改变散热器端导热油比例阀开度来控制散热器的换热量，用来抵消锅炉燃烧传给导热油的多余的热量。这样通过PID的控制，锅炉的导热油温度就会逐渐稳定在设定的温度范围内(±1℃左右)。由于导热油温度比较稳定，这样试验用的油、水、气通过中间换热器PID的控制就会稳定在规定温度范围内。

调控快速性方面：在导热油增加换热器A端的回路上增加了导热油流量计，换热器A进出口端都有温度传感器，根据导热油流量及换热器A两端温差就可以计算出换热器的散热量。由于锅炉传给导热油的热量等于换热器A的热量与中间换热器之和。锅炉的热量只有两个值即700kW(小火状态)和1400kW(大火状态)，锅炉的热量已知，中间换热器热量也是可以测量的，所以就可以通过计算得出换热器A的热量。因此就可以先通过手动控制快速找到换热器A那路比例阀的开度区间，然后通过自动PID控制使其快速达到导热油温的稳定。

安全性方面：在换热器A冷却水侧安装了流量计，在换热器A进出口水侧安装了温度传感器，由于换热器A的换热量可以计算，所以通过计算就可以得出水侧的换热量，当水侧换热量与导热油换热量基本相等时，导热油温度就会稳定。由于在换热器水侧进口处安装了水过滤器，随着长时间使用，水流量就会下降。当水流量下降到一定值时，就会导致换热量不足现象。流量过低还会有水沸腾的危险。因此通过监控水流量就会避免换热不足和水沸腾的问题。当监控流量不足时就要对水侧过滤器进行清器。

附图说明

图1为本发明提供的散热器性能试验用有机热载体炉导热油油温稳定装置示意图。

图中：1.有机热载体炉 2.导热油循环泵 3.第一温度传感器 4.第一比例阀 5.第七温度传感器 6.换热器A 7.第二比例阀 8.三通 9.换热器B 10.第三温度传感器 11.第三比例阀 12.被试件(散热器) 13.第二温度传感器 14.第四温度传感器 15.第一流量计16.被试件回路循环泵 17.第五温度传感器 18.第六温度传感器 19.水滤 20第二流量计21.第三流量计 22.手动阀门

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当注意，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，本发明提供的散热器性能试验用有机热载体炉导热油油温稳定装置，包括有机热载体炉1、导热油循环泵2、第一温度传感器3、第一比例阀4、第七温度传感器5、换热器A6、第二比例阀7、三通8、换热器B 9、第三温度传感器10、第三比例阀11、被试件12(散热器)、第二温度传感器13、第四温度传感器14、第一流量计15、被试件回路循环泵16、第五温度传感器17、第六温度传感器18、水滤19、第二流量计20、第三流量计21以及手动阀门22。

导热油炉循环的连接关系如下：

导热油循环泵2的出口与有机热载体炉1的导热油进口相连，导热油经有机热载体炉后从有机热载体炉导热油出口流出，然后通过管路连接进入第二比例阀7的进口，在有机热载体炉1的导热油出口与第二比例阀7之间的管道上安装第七温度传感器5，在第二比例阀7前面导热油分成两路，一路通过第二比例阀7，经过第二比例阀7的出口后进入换热器B9油路的进口，经过换热器B 9后从换热器B 9油路的出口流出，进入三通8进口前，另一路不经过第二比例阀7，直接连接到三通8进口前，两路导热油在三通进口前汇合之后一起进入三通8的进口。

经三通8后分成两路，其中一路从三通8一个出口流出，通过管路连接进入第一比例阀4进口，经第一比例阀4出口连接进入导热油循环泵2进口前，另一路从三通8另一个出口流出，通过管路连接进入第三比例阀11进口，经过第三比例阀11出口连接到换热器A 6油路进口，经换热器A 6后从换热器A 6出口流出，然后进入第三流量计21进口，经过第三流量计21从第三流量计21出口流出，通过管道连接进入到导热油循环泵2进口前。在换热器A 6进出口管路上分别安装有第一温度传感器3和第二温度传感器13。两路导热油在导热油循环泵2进口前汇合后，一起流入导热油循环泵2，在从导热油循环泵2出口流出，完成一个油路循环。

被试件路循环的连接关系：

被试件12热体介质通过被试件回路循环泵16从被试件回路循环泵出口流出，通过管路连接进入到换热器B 9被试件路介质入口，经换热器B 9后，从换热器B被试件路介质出口流出，通过管道连接进入到被试件12入口，经过被试件从被试件出口流出，然后经管道连接进入到第一流量计15进口，经第一流量计15后从出口流出，然后经过管道连接进入到被试件回路循环泵16进口，完成一个循环。在被试件进、出口管路上分别安装有第三温度传感器10和第四温度传感器14。

冷却水路循环：

冷却水通过水泵出口后，经过管路连接进入到手动阀门22进口，经手动阀门后从出口连接进入到水滤19进口，经水滤后从水滤19出口连接进入到换热器A 6水路进口，经换热器A6后从换热器A 6水路出口流出，通过管道连接进入到第二流量计20入口，经过第二流量计20后从出口流出，通过管道连接进入到水泵入口，完成一个循环。在换热器A 6进出口前管路上分别安装第五温度传感器17和第六温度传感器18。

利用有机热载体炉作为热源的散热器性能试验台，有机热载体炉导热油经过散热器B后，直接回到锅炉的导热油循环泵。这样导热油温度基本没有温度控制，因此给被试件热侧介质温度的调控稳定性带来极大困难。本装置在导热油经过散热器B后，增加了三通、比例阀、换热器A，温度传感器；在冷却水回路上增加了阀门、水滤、流量计、温度传感器。

导热油温度稳定性设计中，由于在导热油回路上增加了换热器A，换热器A是导热油与冷却水换热的换热器，在导热油进入换热器A前加入第二温度传感器13，设定该温度传感器的数值(如110℃)，这样系统就会通过控制第三比例阀11的开度，第三比例阀11开度加大，进入换热器A的导热油流量就会加大，导热油散热量就大，导热油温度就会下降，第三比例阀11开度减小，进入换热器A的导热油流量就会减小，导热油散热量就减小，导热油温度就会上升，因此通过对导热油路第三比例阀11开度PID控制，就会使导热油的温度稳定在所设定的数值(110±℃)，由于导热油温度的稳定，经过对换热器B路第二比例阀7的PID控制，实现被试件热侧回路的温度稳定。

调控快速性设计中：在导热油增加换热器A端的回路上有导热油的第三流量计21，换热器A两侧导热油回路有第一温度传感器3和第三温度传感器13，通过流量与温度差，就可以计算出导热油端的换热量Q，被试件的换热量Q1在采集系统中直接可以测量出来，要想达到导热油的温度平衡，应该是Q1+Q2(换热器A的导热油散热量)＝Q3(锅炉的热功率)，因此Q2的理论值可以算出来，通过Q与Q2的对比，就可以先期手动调整第三比例阀的开度到Q与Q2基本相等，然后再将第三比例阀的控制改为PID自动控制，这样，导热油的温度就会快速的稳定在所需要的设定值范围内，加快试验的进度。

安全性设计中：在换热器A端冷却水回路有第二流量计20、第六温度传感器18、第五温度传感器17，通过冷却水的流量及温度差就可以计算出冷却水带走导热油热量Q4，同时可以根据Q4与Q进行对比，正常情况下，Q4与Q基本相等，两个数值相差10％以上时，就说明系统测试参数有问题，可以及时发现问题并处理。同时被试件散热量很小时，换热器A的换热量很大，因此冷却水有超过100℃，沸腾的危险，通过热量计算可以指导冷却水路最小流量值，通过换热器A端冷却水回路第二流量计20的流量及第六温度传感器18的监控，当流量过小或温度过高时，就会及时发现，对冷却水的水滤进行清洗或更换。

本试验装置在常用有机热载体炉加热工艺基础上，结合特种车辆冷却系统散热器性能试验的要求，设计了导热油油温稳定装置，解决了有机热载体炉导热油油温稳定的问题，通过散热量的实时计算，实现了导热油温的快速稳定，通过流量及温度监控，实现了冷却水防沸腾安全设计，该装置是国内首个针对特种车辆冷却系统散热器性能试验用有机热载体炉导热油油温稳定装置。通过加装导热油降温用散热器及散热器导热油进口油温PID控制实现导热油油温稳定；通过对导热油降温散热器散热量的监控，实现导热油温度目标值的快速调节。

预期经济和社会效益

散热器性能试验用有机热载体炉导热油油温稳定装置的设计普遍适用采用特种车辆冷却系散热器性能试验时导热油油温的稳定。对其它以有机热载体炉为热源的散热器性能试验系统，可以实现导热油温度的快速稳定，同时起到系统安全保护作用和节能作用。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (2)

1.一种散热器性能试验用有机热载体炉导热油油温稳定装置，其特征在于：该装置包括有机热载体炉(1)、导热油循环泵(2)、第一温度传感器(3)、第一比例阀(4)、第七温度传感器(5)、换热器A(6)、第二比例阀(7)、三通(8)、换热器B(9)、第三温度传感器(10)、第三比例阀(11)、被试件(12)、第二温度传感器(13)、第四温度传感器(14)、第一流量计(15)、被试件回路循环泵(16)、第五温度传感器(17)、第六温度传感器(18)、水滤(19)、第二流量计(20)、第三流量计(21)以及手动阀门(22)；

导热油炉循环的连接关系如下：

导热油循环泵(2)的出口与有机热载体炉(1)的导热油进口相连，导热油经有机热载体炉后从有机热载体炉导热油出口流出，然后通过管路连接进入第二比例阀(7)的进口，在有机热载体炉(1)的导热油出口与第二比例阀(7)之间的管道上安装第七温度传感器(5)，在第二比例阀(7)前面导热油分成两路，一路通过第二比例阀(7)，经过第二比例阀(7)的出口后进入换热器B(9)油路的进口，经过换热器B(9)后从换热器B(9)油路的出口流出，进入三通(8)进口前，另一路不经过第二比例阀(7)，直接连接到三通(8)进口前，两路导热油在三通进口前汇合之后一起进入三通(8)的进口；

经三通(8)后分成两路，其中一路从三通(8)一个出口流出，通过管路连接进入第一比例阀(4)进口，经第一比例阀(4)出口连接进入导热油循环泵(2)进口前，另一路从三通(8)另一个出口流出，通过管路连接进入第三比例阀(11)进口，经过第三比例阀(11)出口连接到换热器A(6)油路进口，经换热器A(6)后从换热器A(6)出口流出，然后进入第三流量计(21)进口，经过第三流量计(21)从第三流量计(21)出口流出，通过管道连接进入到导热油循环泵(2)进口前。在换热器A(6)进出口管路上分别安装有第一温度传感器(3)和第二温度传感器(13)。两路导热油在导热油循环泵(2)进口前汇合后，一起流入导热油循环泵(2)，在从导热油循环泵(2)出口流出，完成一个油路循环；

被试件路循环的连接关系：

被试件(12)热体介质通过被试件回路循环泵(16)从被试件回路循环泵出口流出，通过管路连接进入到换热器B(9)被试件路介质入口，经换热器B(9)后，从换热器B被试件路介质出口流出，通过管道连接进入到被试件(12)入口，经过被试件从被试件出口流出，然后经管道连接进入到第一流量计(15)进口，经第一流量计(15)后从出口流出，然后经过管道连接进入到被试件回路循环泵(16)进口，完成一个循环。在被试件进、出口管路上分别安装有第三温度传感器(10)和第四温度传感器(14)；

冷却水路循环：

冷却水通过水泵出口后，经过管路连接进入到手动阀门(22)进口，经手动阀门后从出口连接进入到水滤(19)进口，经水滤后从水滤(19)出口连接进入到换热器A(6)水路进口，经换热器A(6)后从换热器A(6)水路出口流出，通过管道连接进入到第二流量计(20)入口，经过第二流量计(20)后从出口流出，通过管道连接进入到水泵入口，完成一个循环。在换热器A(6)进出口前管路上分别安装第五温度传感器(17)和第六温度传感器(18)。

2.如权利要求1所述的散热器性能试验用有机热载体炉导热油油温稳定装置，其特征在于：第二比例阀(7)、第三比例阀(11)开度采用联动控制。

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