CN112098130B - 一种用于光纤激光冷水机测试的动态热负载模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光纤激光制冷设备测试设备技术领域，尤其涉及一种用于光纤激光冷水机测试的动态热负载模拟装置。包括安装框架，对前述用于光纤激光冷水机测试的动态热负载模拟装置的进一步改进，还包括设于安装框架内的负载模拟组件、常温模拟组件、连接管组、控制组件；所述热负载模拟组件包括固定设置在安装框架内的储热水箱、换热器、循环水泵、低温加热器；所述常温模拟组件包括固定设置在安装框架内的常温加热器；本申请的光纤冷水机测试的动态热负载模拟装置能够在动态模拟激光器运行时热量波动的热负载装置，可精准测试光纤激光冷水机的性能是否满足市场需求，精准设计，提升冷水机市场竞争力。

Description

一种用于光纤激光冷水机测试的动态热负载模拟装置
技术领域
本发明属于光纤激光制冷设备测试设备技术领域，尤其涉及一种用于光纤激光冷水机测试的动态热负载模拟装置。
背景技术
随着光纤激光切割机和焊接机市场的冷却需求和光纤激光冷水机市场的激烈竞争形势，要求与激光切割机配套的冷却水设备，更加精准的满足激光设备不同工艺模式下降温要求。目前激光切割机机工艺模式有：直线切割工艺、圆孔切割工艺、不同工件材质切割工艺、不同工件厚度切割工艺等。不同工艺模式下，激光器工作时产生的热量以及传递至激光冷水机的分量均不相同，为了保证冷水机的性能，目前多数光纤激光冷水机生产商的冷水机出厂前，均会采用电加热负载给冷水机进行升温，然后断开电加热，使用“容积温差计时法”对冷水机制冷性能进行计算，该方法是一种粗糙且低效的模拟测试方法，其误差大，能耗高，无法实现对不同工艺不同工作模式下激光器热负载状态进行精确模拟，因而不利于提升光纤激光冷水机的质量，能耗高效率低，限制了生产企业的市场竞争力。
发明内容
本发明创造的目的在于，提供一种能够对不同类型的光纤激光冷水机进行热负载模拟测试，以获得更接近实际工况的冷水机运行数据，以对冷水机性能和参数进行检测和优化，为冷水机的升级改造提供基础。
为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案。
一种用于光纤激光冷水机测试的动态热负载模拟装置，包括安装框架10，还包括设于安装框架10内的热负载模拟组件、常温模拟组件、连接管组、控制组件；
所述热负载模拟组件包括固定设置在安装框架10内的储热水箱1、换热器5、循环水泵2、低温加热器3；
所述常温模拟组件包括固定设置在安装框架10内的常温加热器15；
所述连接管组包括：自储热水箱1出水口引出并经过循环水泵2后连接至低温加热器3入水口的供水管路R1；自低温加热器3出水口连接至比例调节阀4供水侧的供热管路R2；自比例调节阀4一路出水口连接至储热水箱1的引流管路R3；自比例调节阀4另一路出水口连接至换热器5热侧入口的换热管路R4；自换热器5热侧出口连接至储热水箱1入水口的回流管路R5；自换热器5冷水侧出口引出连接至待测冷水机低温区入口的冷区供冷管路R6；自待测冷水机低温区出口连接至换热器5冷水侧入口的冷区回流管路R7；常温加热器15出水口连接至待测冷水机常温水区的常温供热管路R8；自待测冷水机常温水区出水口连接至常温加热器15入水口的常温回流管路R9；
所述控制组件包传感器以及PLC控制器：
所述传感器包括：设于回流管路R5上的第一流量计L1、第二温度传感器T2；设于换热管路R4上的第一温度传感器T1；设于冷区回流管路R7上的第一水压传感器P1、第三温度传感器T3；设于供冷管路R6上的第二流量计L2、第二水压传感器P2、第四温度传感器T4；设于常温供热管路R8上的第三流量计L3、第四水压传感器P4、第六温度传感器T6；设于常温回流管路R9上的第三水压传感器P3、第五温度传感器T5；
所述PLC控制器用于执行以下一个或者多个程序，具体包括：
比例调节阀开度控制程序，具体是指：对比第一温度传感器T1和第二温度传感器T2的温差并辅以第一流量传感器L1计算实时热负荷大小；对比第三温度传感器T3和第四温度传感器T4的温差并辅以第二流量传感器L2计算通过换热器5交换后的实时冷量大小；比较实时热负荷和实时冷量大小，调节控制比例调节阀开度大小；
工艺热负载模拟程序，具体是指：根据光纤激光设备不同工艺模式下热负荷变化趋势，控制低温加热器3和常温加热器15的热输出功率和运行时间与频次。
对前述用于光纤激光冷水机测试的动态热负载模拟装置的进一步改进，所述低温加热器3和常温加热器15包括多个串联的管状加热器。
对前述用于光纤激光冷水机测试的动态热负载模拟装置的进一步改进，根据光纤激光设备不同工艺模式下热负荷变化趋势，控制低温加热器3和常温加热器15的热输出功率和运行时间与频次具体是指：
在选择直线切割工艺模式时，利用PID对换热器热侧交换后的热负荷进行分析、变化动态趋势判断，输出控制信号，控制低温加热器和常温加热器的运行组数和比例阀的开启度大小；
在选择圆孔切割工艺模式时，利用PID对换热器热侧交换后的热负荷进行分析、变化动态趋势判断，输出控制信号，控制低温加热器和常温加热器的运行组数和比例阀的开启度大小，同时控制低温加热器和常温加热器的运行时间和次数；
在选择混合切割工艺模式时，利用PID对换热器热侧交换后的热负荷进行分析、变化动态趋势判断，输出控制信号，控制低温加热器和常温加热器的运行组数和比例阀的开启度大小，同时控制低温加热器和常温加热器的运行时间比例和次数比例。
对前述用于光纤激光冷水机测试的动态热负载模拟装置的进一步改进，所述传感器用于：
通过第一温度传感器T1实现对换热器5热侧入口水温的监控；
通过第二温度传感器T2和第一流量传感器L1实现对换热器5热侧出口的水温和流量的监控；
通过第三温度传感器T3和第一水压传感器P1实现换热器5冷侧入口水温和水压的监控；
通过第四温度传感器T4、第二水压传感器P2和第二流量传感器L2实现对换热器5冷侧出口的水温、水压和流量的监控；
通过第五温度传感器T5和第三水压传感器P3实现常温加热器15入口水温和水压的监控；
通过第六温度传感器T6、第四水压传感器P4和第三流量传感器L3实现对常温加热器15出口的水温、水压和流量的监控。
其有益效果在于：
本申请的光纤冷水机测试的动态热负载模拟装置能够在动态模拟激光器运行时热量波动的热负载装置，可精准测试光纤激光冷水机的性能是否满足市场需求，精准设计，提升冷水机市场竞争力。用于光纤激光冷水机测试的动态热负载模拟装置由冷水机性能水容积计算法和固定功率的电负载，创新为能够模拟光纤激光切割机切割场景的变动负载环境，有效提升光纤激光冷水机的市场竞争力。该装置能够实现测试数据智能化收集、存储、分析。
附图说明
图1是光纤冷水机测试的动态热负载模拟装置的主视图；
图2光纤冷水机测试的动态热负载模拟装置的内部结构示意图；
图3光纤冷水机测试的动态热负载模拟装置的内部结构示意图；
其附图标记包括：
1-储热水箱，2-循环水泵，3-低温加热器，4-比例调节阀，5-换热器，6-光纤激光冷水机低温区，第一温度传感器T1，第二温度传感器T2，第一流量传感器L1，第二温度传感器T2，第一水压传感器P1，第三温度传感器T3，第二水压传感器P2，第二流量传感器L2，15-常温加热器15，16-光纤激光冷水机常温区，第五温度传感器T5，第三水压传感器P3，第六温度传感器T6，第四水压传感器P4，第三流量传感器L3。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。
如图1、图2所示，本发明所述用于光纤冷水机测试的动态热负载模拟装置，包括安装框架10，还包括设于安装框架10内的热负载模拟组件、常温模拟组件、连接管组、控制组件；
所述热负载模拟组件包括固定设置在安装框架10内的储热水箱1、换热器5、循环水泵2、低温加热器3；所述常温模拟组件包括固定设置在安装框架10内的常温加热器15；
所述连接管组包括：自储热水箱1出水口引出并经过循环水泵2后连接至低温加热器3入水口的供水管路R1；自低温加热器3出水口连接至比例调节阀4供水侧的供热管路R2；自比例调节阀4一路出水口连接至储热水箱1的引流管路R3；自比例调节阀4另一路出水口连接至换热器5热侧入口的换热管路R4；自换热器5热侧出口连接至储热水箱1入水口的回流管路R5；自换热器5冷水侧出口引出连接至待测冷水机低温区入口的冷区供冷管路R6；自待测冷水机低温区出口连接至换热器5冷水侧入口的冷区回流管路R7；常温加热器15出水口连接至待测冷水机常温水区的常温供热管路R8；自待测冷水机常温水区出水口连接至常温加热器15入水口的常温回流管路R9；
所述控制组件包传感器以及PLC控制器：
如图3所示，所述传感器包括：设于回流管路R5上的第一流量计L1、第二温度传感器T2；设于换热管路R4上的第一温度传感器T1；设于冷区回流管路R7上的第一水压传感器P1、第三温度传感器T3；设于供冷管路R6上的第二流量计L2、第二水压传感器P2、第四温度传感器T4；设于常温供热管路R8上的第三流量计L3、第四水压传感器P4、第六温度传感器T6；设于常温回流管路R9上的第三水压传感器P3、第五温度传感器T5；
所述换热器5为板式换热器。所述低温加热器3为单组电加热或根据光纤激光冷水机大小扩展至N组电加热。
本发明的工作原理：比例调节阀4作为执行机构调节经过换热器5的循环水流量，比例调节阀4的分流回路特点：第一路分给换热器5，执行换热负载的要求，第二路回分至储热水箱，保证循环水流量稳定；
首先数据采集：
低温测试区：通过第一温度传感器T1实现换热器5热侧入口水温的监控；通过第二温度传感器T2和第一流量传感器L实现对换热器5热侧出口的水温和流量的监控；通过第三温度传感器T3和第一水压传感器P1实现换热器5冷侧入口水温和水压的监控；通过第四温度传感器12、第二水压传感器P2和第二流量传感器L4实现对换热器5冷侧出口的水温、水压和流量的监控；
常温测试区：通过第五温度传感器T5和第三水压传感器P3实现常温加热器15入口水温和水压的监控；通过第六温度传感器T6、第四水压传感器P4和第三流量传感器L3实现对常温加热器15出口的水温、水压和流量的监控；
其次数据分析运行：
首先通过对比第一温度传感器T1与第二温度传感器T2之间的温差，再辅以第一流量传感器L所采集的流量大小，得出实时热负荷大小。其次通过对比第三温度探头与第四温度探头12之间的温差，再辅以第二流量传感器L4所采集的流量大小，得出实时通过换热器交换后的冷量大小。最后由控制程序基于换热两侧能量守恒的前提，在比较热负荷与换热器5交换后冷量大小，输出控制信号对比例调节阀4进行开启度大小的控制。
在选择直线切割工艺模式时，利用PID对换热器5热侧交换后的热负荷进行分析、变化动态趋势判断，输出控制信号，控制低温加热器和常温加热器的运行组数和比例调节阀4的开启度大小。
在选择圆孔切割工艺模式时，利用PID对换热器5热侧交换后的热负荷进行分析、变化动态趋势判断，输出控制信号，控制低温加热器和常温加热器的运行组数和比例调节阀4的开启度大小，同时控制低温加热器和常温加热器的运行时间和次数。
在选择混合切割工艺模式时，利用PID对换热器5热侧交换后的热负荷进行分析、变化动态趋势判断，输出控制信号，控制低温加热器和常温加热器的运行组数和比例调节阀4的开启度大小，同时控制低温加热器和常温加热器的运行时间比例和次数比例。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种用于光纤激光冷水机测试的动态热负载模拟装置，包括安装框架(10)，其特征在于，还包括设于安装框架(10)内的热负载模拟组件、常温模拟组件、连接管组、控制组件；
所述热负载模拟组件包括固定设置在安装框架(10)内的储热水箱(1)、换热器(5)、循环水泵(2)、低温加热器(3)；
所述常温模拟组件包括固定设置在安装框架(10)内的常温加热器(15)；
所述连接管组包括：自储热水箱(1)出水口引出并经过循环水泵(2)后连接至低温加热器(3)入水口的供水管路(R1)；自低温加热器(3)出水口连接至比例调节阀(4)供水侧的供热管路(R2)；自比例调节阀(4)一路出水口连接至储热水箱(1)的引流管路(R3)；自比例调节阀(4)另一路出水口连接至换热器(5)热侧入口的换热管路(R4)；自换热器(5)热侧出口连接至储热水箱(1)入水口的回流管路(R5)；自换热器(5)冷水侧出口引出连接至待测冷水机低温区入口的冷区供冷管路(R6)；自待测冷水机低温区出口连接至换热器(5)冷水侧入口的冷区回流管路(R7)；常温加热器(15)出水口连接至待测冷水机常温水区的常温供热管路(R8)；自待测冷水机常温水区出水口连接至常温加热器(15)入水口的常温回流管路(R9)；
所述控制组件包括 传感器以及PLC控制器：
所述传感器包括：设于回流管路(R5)上的第一流量计(L1)、第二温度传感器(T2)；设于换热管路(R4)上的第一温度传感器(T1)；设于冷区回流管路(R7)上的第一水压传感器(P1)、第三温度传感器(T3)；设于供冷管路(R6)上的第二流量计(L2)、第二水压传感器(P2)、第四温度传感器(T4)；设于常温供热管路(R8)上的第三流量计(L3)、第四水压传感器(P4)、第六温度传感器(T6)；设于常温回流管路(R9)上的第三水压传感器(P3)、第五温度传感器(T5)；
所述PLC控制器用于执行以下一个或者多个程序，具体包括：
比例调节阀开度控制程序，具体是指：对比第一温度传感器(T1)和第二温度传感器(T2)的温差并辅以第一流量传感器(L1)计算实时热负荷大小；对比第三温度传感器(T3)和第四温度传感器(T4)的温差并辅以第二流量传感器(L2)计算通过换热器(5)交换后的实时冷量大小；比较实时热负荷和实时冷量大小，调节控制比例调节阀开度大小；
工艺热负载模拟程序，具体是指：根据光纤激光设备不同工艺模式下热负荷变化趋势，控制低温加热器(3)和常温加热器(15)的热输出功率和运行时间与频次。
2.根据权利要求1所述一种用于光纤激光冷水机测试的动态热负载模拟装置，其特征在于，所述低温加热器(3)和常温加热器(15)包括多个串联的管状加热器。
3.根据权利要求2所述一种用于光纤激光冷水机测试的动态热负载模拟装置，其特征在于，根据光纤激光设备不同工艺模式下热负荷变化趋势，控制低温加热器(3)和常温加热器(15)的热输出功率和运行时间与频次具体是指：
在选择直线切割工艺模式时，利用PID对换热器热侧交换后的热负荷进行分析、变化动态趋势判断，输出控制信号，控制低温加热器和常温加热器的运行组数和比例阀的开启度大小；
在选择圆孔切割工艺模式时，利用PID对换热器热侧交换后的热负荷进行分析、变化动态趋势判断，输出控制信号，控制低温加热器和常温加热器的运行组数和比例阀的开启度大小，同时控制低温加热器和常温加热器的运行时间和次数；
在选择混合切割工艺模式时，利用PID对换热器热侧交换后的热负荷进行分析、变化动态趋势判断，输出控制信号，控制低温加热器和常温加热器的运行组数和比例阀的开启度大小，同时控制低温加热器和常温加热器的运行时间比例和次数比例。
4.根据权利要求1所述一种用于光纤激光冷水机测试的动态热负载模拟装置，其特征在于，所述传感器组用于：
通过第一温度传感器(T1)实现对换热器(5)热侧入口水温的监控；
通过第二温度传感器(T2)和第一流量传感器(L1)实现对换热器(5)热侧出口的水温和流量的监控；
通过第三温度传感器(T3)和第一水压传感器(P1)实现换热器(5)冷水侧入口水温和水压的监控；
通过第四温度传感器(T4)、第二水压传感器(P2)和第二流量传感器(L2)实现对换热器(5)冷水侧出口的水温、水压和流量的监控；
通过第五温度传感器(T5)和第三水压传感器(P3)实现常温加热器(15)入水口水温和水压的监控；
通过第六温度传感器(T6)、第四水压传感器(P4)和第三流量传感器(L3)实现对常温加热器(15)出水口的水温、水压和流量的监控。
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