CN113532899B - 小功率散热性能试验进口油、水温度稳定装置 - Google Patents

小功率散热性能试验进口油、水温度稳定装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于车辆工程技术领域，具体涉及一种小功率散热性能试验进口油、水温度稳定装置。所述装置包括：水循环回路、设备进水温度降温装置、设备进水温度升温装置、设备进油温度降温装置、设备进油温度升温装置，所述设备进水温度降温装置的管道口径设置为小于水循环回路的管道口径；所述设备进油温度降温装置的管道口径设置为小于油循环回路的管道口径；本装置的设计为国内第一台专门特种车辆冷却系统小功率散热器散热性能试验用入口油、水温度稳定装置；通过在设备入口油、水回路上安装换热器和电加热丝，实现了设备入口水温的精确调控；通过换热器及电加热丝的PID控制，实现设备入口油、水温度的快速调节。

Description

小功率散热性能试验进口油、水温度稳定装置
技术领域
本发明属于车辆工程技术领域，具体涉及一种小功率散热性能试验进口油、水温度稳定装置。
背景技术
在散热器散热性能试验中，需要将散热器进口处的油温及水温加热到一定的温度，模拟实际工况中散热器的油、水进口温度。散热器性能试验中通常采用导热油对试验所需的油与水进行加热。该试验原理是通过锅炉燃烧加热导热油，通过中间换热器将导热油的热量传递给试验所需的油与水，利用PID控制导热油的流量进而对试验所需的油温与水温进行调节，将其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。某测试系统的最高散热能力可达1100kW，最大冷却风量19m3/s，最大水流量1500L/min，系统中采用的均为大口径管道，在试验过程中，通过调节导热油比例阀的开度来改变管道中流体的流量，进而改变换热量。由于管道口径过大，因此进行小功率试验时阀门开度变化很小时，就会使试验所需的油温与水温产生较大波动。根据换热公式Q＝CMΔT，特别是针对油这类比热容较小的介质，当试验所需的流量较小时，换热器中的换热量稍有变化，就会导致散热器进口油温的较大波动，此时很难将散热器的进口水温与油温稳定在±0.2℃以内，且需要不断调控，降低了试验精度的同时还增加了试验操作的难度。因此，能否将散热器进口处的油温及水温变化稳定在较小的温度范围内±0.2℃，是顺利完成散热器性能试验并提示试验精度的重要保证。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种小功率散热试验入口油温及水温稳定装置。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种小功率散热试验入口油温及水温稳定装置，所述装置包括：第一比例阀1、第一水滤2、第一温度传感器3、油水换热器4、水水换热器5、第二温度传感器6、第二水滤7、第二比例阀8、第三比例阀9、第一流量计10、第三温度传感器11、第一导热油比例阀12、第一换热器13、被试件回路循环水泵14、第四温度传感器15、第五温度传感器16、第二流量计17、第一电加热丝18、第二电加热丝19、第三流量计20、第六温度传感器21、第七温度传感器22、被试件回路循环油泵23、第二换热器24、第二导热油比例阀25、第八温度传感器26、第四流量计27、第六比例阀28；
其中，所述水水换热器5第二出口、第一电加热丝18、第二流量计17、第五温度传感器16、被试设备、第四温度传感器15、被试件回路循环水泵14、第一换热器13、水水换热器5第二入口依次串联，形成被试设备的水循环回路；
针对该水循环回路，所述油温及水温稳定装置设有设备进水温度降温装置，所述设备进水温度降温装置包括：依次串联的所述第二比例阀8、第二水滤7、第二温度传感器6、水水换热器5第一入口、水水换热器5第一出口、第三温度传感器11、第一流量计10；
针对该水循环回路，所述油温及水温稳定装置设有设备进水温度升温装置，所述设备进水温度升温装置包括：所述第一电加热丝18、第二流量计17、第五温度传感器16；
其中，所述油水换热器4第二出口、第二电加热丝19、第三流量计20、第六温度传感器21、被试设备、第七温度传感器22、被试件回路循环油泵23、第二换热器24、油水换热器4第二入口依次串联，形成被试设备的油循环回路；
针对该油循环回路，所述油温及水温稳定装置设有设备进油温度降温装置，所述设备进油温度降温装置包括：依次串联的所述第一比例阀1、第一水滤2、第一温度传感器3、油水换热器4第一入口、油水换热器4第一出口、第八温度传感器26、第四流量计27；
针对该油循环回路，所述油温及水温稳定装置设有设备进油温度升温装置，所述设备进油温度升温装置包括：所述第二电加热丝19、第三流量计20、第六温度传感器21。
其中，所述设备进水温度降温装置的管道口径设置为小于所述水循环回路的管道口径。
其中，所述设备进水温度降温装置内部管道内流动的是来自外部的冷却水。
其中，所述设备进油温度降温装置的管道口径设置为小于所述油循环回路的管道口径。
其中，所述设备进油温度降温装置内部管道内流动的是来自外部的冷却水。
其中，所述水循环回路中，第一电加热丝18、第二流量计17、第五温度传感器16位于被试设备的进口处。
其中，所述油循环回路中，第二电加热丝19、第三流量计20、第六温度传感器21位于被试设备的进口处。
其中，所述第三比例阀9、第一导热油比例阀12、第一换热器13依次串联，构成用于与所述水循环回路配套的导热油第一输入通道。
其中，所述第六比例阀28、第二导热油比例阀25、第二换热器24依次串联，构成用于与所述油循环回路配套的导热油第二输入通道。
其中，所述油温及水温稳定装置通过PID控制使得被试设备的入口水温迅速达到目标值附近。
其中，所述油温及水温稳定装置通过PID控制使得被试设备的入口油温迅速达到目标值附近。
其中，所述油温及水温稳定装置用于实现被试设备入口水温及油温的稳定性、调控的快速响应性，并提升试验精度。
(三)有益效果
本发明针对特种车辆冷却系散热器性能试验中的油、水温度稳定需求而提出，该装置可以解决散热器性能试验过程中油、水温度波动范围大，进而导致试验产生一定的误差。通过对进口油温及水温的精确调节，不仅可以提升试验的精度，同时还可以使散热试验快速达到热平衡，缩短试验前期的准备时间，具有较好的工程应用价值。
与现有技术相比较，本发明在常用的散热器试验装置上，结合特种车辆冷却系统小功率散热器性能试验的要求，设计了设备入口水、油温度稳定装置，解决了进行小功率散热器试验时由于管道直径过大引起的换热量调节不便的问题。通过对设备入口水温的实时监测，计算出设备入口水中多余或缺少的热量，利用换热器或者电加热丝对其热量进行补偿，使其快速达到目标值。
综上，本发明具备如下特点：
(1)本装置的设计为国内第一台专门特种车辆冷却系统小功率散热器散热性能试验用入口油、水温度稳定装置；
(2)通过在设备入口油、水回路上安装换热器和电加热丝，实现了设备入口水温的精确调控；
(3)通过换热器及电加热丝的PID控制，实现设备入口油、水温度的快速调节；
(4)本发明的小功率散热器散热性能试验入口油、水温度稳定装置普遍适用于采用特种车辆冷却系散热器散热性能试验时设备入口油、水稳定度的调节。对其它以该路循环水、油进行试验的设备及系统也同样适用，可实现设备入口油、水温度的精确调节，提升试验精度的同时降低试验的操作难度。
附图说明
图1为本发明技术方案结构示意图。
其中，1.第一比例阀，2.第一水滤，3.第一温度传感器，4.油水换热器，5.水水换热器，6.第二温度传感器，7.第二水滤，8.第二比例阀，9.第三比例阀，10.第一流量计，11.第三温度传感器，12.第一导热油比例阀，13.第一换热器，14.被试件回路循环水泵，15.第四温度传感器，16.第五温度传感器，17.第二流量计，18.第一电加热丝，19.第二电加热丝，20.第三流量计，21.第六温度传感器，22.第七温度传感器，23.被试件回路循环油泵，24.第二换热器，25.第二导热油比例阀，26.第八温度传感器，27.第四流量计，28.第六比例阀。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决上述技术问题，本发明提供一种小功率散热试验入口油温及水温稳定装置，如图1所示，所述装置包括：第一比例阀1、第一水滤2、第一温度传感器3、油水换热器4、水水换热器5、第二温度传感器6、第二水滤7、第二比例阀8、第三比例阀9、第一流量计10、第三温度传感器11、第一导热油比例阀12、第一换热器13、被试件回路循环水泵14、第四温度传感器15、第五温度传感器16、第二流量计17、第一电加热丝18、第二电加热丝19、第三流量计20、第六温度传感器21、第七温度传感器22、被试件回路循环油泵23、第二换热器24、第二导热油比例阀25、第八温度传感器26、第四流量计27、第六比例阀28；
其中，所述水水换热器5第二出口、第一电加热丝18、第二流量计17、第五温度传感器16、被试设备、第四温度传感器15、被试件回路循环水泵14、第一换热器13、水水换热器5第二入口依次串联，形成被试设备的水循环回路；
针对该水循环回路，所述油温及水温稳定装置设有设备进水温度降温装置，所述设备进水温度降温装置包括：依次串联的所述第二比例阀8、第二水滤7、第二温度传感器6、水水换热器5第一入口、水水换热器5第一出口、第三温度传感器11、第一流量计10；
针对该水循环回路，所述油温及水温稳定装置设有设备进水温度升温装置，所述设备进水温度升温装置包括：所述第一电加热丝18、第二流量计17、第五温度传感器16；
其中，所述油水换热器4第二出口、第二电加热丝19、第三流量计20、第六温度传感器21、被试设备、第七温度传感器22、被试件回路循环油泵23、第二换热器24、油水换热器4第二入口依次串联，形成被试设备的油循环回路；
针对该油循环回路，所述油温及水温稳定装置设有设备进油温度降温装置，所述设备进油温度降温装置包括：依次串联的所述第一比例阀1、第一水滤2、第一温度传感器3、油水换热器4第一入口、油水换热器4第一出口、第八温度传感器26、第四流量计27；
针对该油循环回路，所述油温及水温稳定装置设有设备进油温度升温装置，所述设备进油温度升温装置包括：所述第二电加热丝19、第三流量计20、第六温度传感器21。
其中，所述设备进水温度降温装置的管道口径设置为小于所述水循环回路的管道口径。
其中，所述设备进水温度降温装置内部管道内流动的是来自外部的冷却水。
其中，所述设备进油温度降温装置的管道口径设置为小于所述油循环回路的管道口径。
其中，所述设备进油温度降温装置内部管道内流动的是来自外部的冷却水。
其中，所述水循环回路中，第一电加热丝18、第二流量计17、第五温度传感器16位于被试设备的进口处。
其中，所述油循环回路中，第二电加热丝19、第三流量计20、第六温度传感器21位于被试设备的进口处。
其中，所述第三比例阀9、第一导热油比例阀12、第一换热器13依次串联，构成用于与所述水循环回路配套的导热油第一输入通道。
其中，所述第六比例阀28、第二导热油比例阀25、第二换热器24依次串联，构成用于与所述油循环回路配套的导热油第二输入通道。
其中，所述油温及水温稳定装置用于实现被试设备入口水温及油温的稳定性、调控的快速响应性，并提升试验精度。
如图1所示，所述油水换热器4和水水换热器5各自包括两个入口和两个出口，将其各自的第一入口均定义为A，各自的第一出口均定义为C；将水水换热器5的第二出口定义为D，水水换热器5第二入口定义为B；将油水换热器4的第二出口定义为B，油水换热器4第二入口定义为D。
针对上述所介绍的小功率散热试验入口油温及水温稳定装置，其设计主要从设备入口水温及油温的稳定性、调控的快速响应性，提升试验精度三方面进行考虑。
(1)提升设备入口水温及油温的稳定性：
在原来设备的进水回路增加了水水换热器5及第一电加热丝18，在进油回路增加了油水换热器4及第二电加热丝19。以进水回路为例，当导热油温度上升后，通过调节第三比例阀9、导热油比例阀12的开度来控制换热量；第五温度传感器16实时监测设备的入口水温，当入口水温快要到达目标水温时(±3℃)，停止调节导热油比例阀12的大小，此时第五温度传感器16监测到设备的入口水温小于目标值，将位于循环水路上的第一电加热丝18打开，对循环水路中的水进行加热，当入口水温达到目标温度后，通过PID控制调节电加热丝的功率，使设备的入口水温始终维持在目标值(±0.2℃)；如果第五温度传感器16监测到设备的入口水温大于目标值时，打开水水换热器5，带走设备入口水循环管路中多余的热量，对入口水进行降温，使其达到目标值附近，并利用PID控制改变第二比例阀8调节冷却水循环管路中的水流量，进而调节换热器的换热量，使得设备的入口水温始终维持在目标值(±0.2℃)附近。
入口油温采用和入口水温相同的调节方法。
(2)调控的快速响应性方面：
在试验入口油、水回路增加了第四水流量计27、第一流量计10，在换热器的进出口都有温度传感器，设备的入口水温设定后，当第五温度传感器16读出设备实际入口水温高于目标值时，通过循环水路上的第四水流量计17测出设备的入口水流量，结合设备实际入口水温度与目标值之间的温差计算出水水换热器5的散热量，利用循环水路上的第二温度传感器6、第三温度传感器11监测水水换热器5的进出口水温，通过PID调节水水换热器5中的冷却水流量使得设备的入口水温快速达到目标值，快速实现设备入口水温的稳定。当第五温度传感器16检测出设备的入口水温低于目标值时，结合第二流量计17计算出第一电加热丝18的加热量，通过PID调节第一电加热丝18的功率，使得设备的入口水温快速达到目标值。
(3)提升试验精度：
通过在原来的进水、油管路上增添换热器及电加热装置，避免了由于导热油输送管路管径过大造成调节不便的问题。在做小功率散热器试验时，通过第一导热油比例阀12调整换热器13中的换热量，进而使得设备的入口水温达到目标值附近(±3℃)，实现入口水温的粗略调节，然后通过调节水水换热器5冷却水的流量及第一电加热丝18的功率，通过PID控制使得设备的入口水温迅速达到目标值附近(±0.2℃)。由于水水换热器5中的冷却水均采用小口径输送管路，可以对循环管路中的冷却水量进行精确调节，因此，在进行小功率散热器试验时，在降低设备操控难度的同时大大提升了试验的精度。
实施例1
本实施例所提供的小功率散热试验入口油温及水温稳定装置，是在原来温度控制装置的基础上增加了设备进水温度稳定装置、设备进油温度稳定装置。
(1)提升设备入口水温及油温的稳定性：
所述设备进水温度稳定装置包括设备进水温度降温装置和设备进水温度升温装置；所述设备进油温度稳定装置包括设备进油温度降温装置和设备进油温度升温装置；
所述设备进水温度降温装置包括：水水换热器5、第二温度传感器6、第三温度传感器11、第二水滤7、第二比例阀8、第一流量计10，由上述设备组成的冷却水循环回路定义为第一回路；循环过程中冷却水通过第二比例阀8进入第二水滤7中，经第二水滤7出口后的冷却水通过安装在管路上的第二温度传感器6之后流入水水换热器5的第一入口即A口，冷却水经过水水换热器5升温后从其第一出口即C口流出，经过第三温度传感器11与第一流量计10后流出，第一回路中的冷却水在水水换热器5中与设备进水进行换热，带走设备进水中的多余热量进而对其进行降温，使设备的进水温度迅速、精确到达目标值；
所述设备进水温度升温装置包括：第一电加热丝18，当位于设备进水口处的第五温度传感器16监测到进水温度低于目标温度时，第一电加热丝18开启，并通过PID控制调节电加热丝的功率，使得设备的进水温度迅速达到目标值并保持恒定；
在原有的设备进水循环管路上增加了水水换热器5与第一电加热丝18，对设备的进水温度进行调节，第一回路中的管道直径较小，在进行小功率散热器试验时，便于对冷却水的循环量和换热量进行调节，进而对设备的进水温度进行精确控制，避免了由于导热油管道直径过大引起的换热量调节不精准的问题；
在设备进油管路上安装了油水换热器4与第二电加热丝19，采用与进水装置相似的控制原理，对设备的进油温进行稳定控制。
(2)在调控的快速响应性方面：
在设备油、水回路入口增加了第二流量计17、第三流量计20与第五温度传感器16、第六温度传感器21；当设备的入口水温度高于目标值时，根据设备入口水温与目标值之间的差值以及第二流量计17监测的数值，计算出设备入口水中多余的热量Q，通过调节水水换热器5的进出口冷却水的温差与流量，使得换热器5两侧的换热量为Q，从而使设备入口水迅速达到目标温度并保持恒定；当设备的入口水温度低于目标值时，通过设备入口水温与目标值之间的差值以及第二流量计17监测的数值，计算出设备入口水中缺少的热量Q，通过调节第一电加热丝18的功率，使得设备的入口水温快速上升到目标值附近。
设备入口油侧采用相同的控制策略；通过在设备入口水、油回路增加换热器及相关冷却水输送回路，解决了进行小功率散热器试验时由于管道直径过大导致的设备入口油、水温度波动范围大，增加试验误差的缺陷。
通过油水换热器4、水水换热器5及相应的冷却水输送管路，使设备的入口油、水温度快速、精确稳定在目标值，加快试验进度。
(3)在提升试验精度，减小试验误差方面：
通过在原来的进水、油管路上增添换热器及电加热装置，使得设备的入口水、油温度精确稳定在目标值附近，避免了由于导热油输送管道直径过大造成的换热量调节不准确问题，提升了试验精度，减小了由于设备入口油、水温度变化带来的试验误差。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种小功率散热试验入口油温及水温稳定装置，其特征在于，所述装置包括：第一比例阀（1）、第一水滤（2）、第一温度传感器（3）、油水换热器（4）、水水换热器（5）、第二温度传感器（6）、第二水滤（7）、第二比例阀（8）、第三比例阀（9）、第一流量计（10）、第三温度传感器（11）、第一导热油比例阀（12）、第一换热器（13）、被试件回路循环水泵（14）、第四温度传感器（15）、第五温度传感器（16）、第二流量计（17）、第一电加热丝（18）、第二电加热丝（19）、第三流量计（20）、第六温度传感器（21）、第七温度传感器（22）、被试件回路循环油泵（23）、第二换热器（24）、第二导热油比例阀（25）、第八温度传感器（26）、第四流量计（27）、第六比例阀（28）；
其中，所述水水换热器（5）第二出口、第一电加热丝（18）、第二流量计（17）、第五温度传感器（16）、被试设备、第四温度传感器（15）、被试件回路循环水泵（14）、第一换热器（13）、水水换热器（5）第二入口依次串联，形成被试设备的水循环回路；
针对该水循环回路，所述油温及水温稳定装置设有设备进水温度降温装置，所述设备进水温度降温装置包括：依次串联的所述第二比例阀（8）、第二水滤（7）、第二温度传感器（6）、水水换热器（5）第一入口、水水换热器（5）第一出口、第三温度传感器（11）、第一流量计（10）；
针对该水循环回路，所述油温及水温稳定装置设有设备进水温度升温装置，所述设备进水温度升温装置包括：所述第一电加热丝（18）、第二流量计（17）、第五温度传感器（16）；
其中，所述油水换热器（4）第二出口、第二电加热丝（19）、第三流量计（20）、第六温度传感器（21）、被试设备、第七温度传感器（22）、被试件回路循环油泵（23）、第二换热器（24）、油水换热器（4）第二入口依次串联，形成被试设备的油循环回路；
针对该油循环回路，所述油温及水温稳定装置设有设备进油温度降温装置，所述设备进油温度降温装置包括：依次串联的所述第一比例阀（1）、第一水滤（2）、第一温度传感器（3）、油水换热器（4）第一入口、油水换热器（4）第一出口、第八温度传感器（26）、第四流量计（27）；
针对该油循环回路，所述油温及水温稳定装置设有设备进油温度升温装置，所述设备进油温度升温装置包括：所述第二电加热丝（19）、第三流量计（20）、第六温度传感器（21）；
所述设备进水温度降温装置的管道口径设置为小于所述水循环回路的管道口径；
所述设备进油温度降温装置的管道口径设置为小于所述油循环回路的管道口径。
2.如权利要求1所述的小功率散热试验入口油温及水温稳定装置，其特征在于，所述设备进水温度降温装置内部管道内流动的是来自外部的冷却水。
3.如权利要求1所述的小功率散热试验入口油温及水温稳定装置，其特征在于，所述设备进油温度降温装置内部管道内流动的是来自外部的冷却水。
4.如权利要求1所述的小功率散热试验入口油温及水温稳定装置，其特征在于，所述水循环回路中，第一电加热丝（18）、第二流量计（17）、第五温度传感器（16）位于被试设备的进口处。
5.如权利要求1所述的小功率散热试验入口油温及水温稳定装置，其特征在于，所述油循环回路中，第二电加热丝（19）、第三流量计（20）、第六温度传感器（21）位于被试设备的进口处。
6.如权利要求1所述的小功率散热试验入口油温及水温稳定装置，其特征在于，所述第三比例阀（9）、第一导热油比例阀（12）、第一换热器（13）依次串联，构成用于与所述水循环回路配套的导热油第一输入通道。
7.如权利要求1所述的小功率散热试验入口油温及水温稳定装置，其特征在于，所述第六比例阀（28）、第二导热油比例阀（25）、第二换热器（24）依次串联，构成用于与所述油循环回路配套的导热油第二输入通道。
8.如权利要求1所述的小功率散热试验入口油温及水温稳定装置，其特征在于，所述油温及水温稳定装置通过PID控制使得被试设备的入口水温迅速达到目标值附近。
9.如权利要求1所述的小功率散热试验入口油温及水温稳定装置，其特征在于，所述油温及水温稳定装置通过PID控制使得被试设备的入口油温迅速达到目标值附近。
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