CN202650363U - 一种列管换热教学实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种列管换热教学实验装置，其包括上位监控计算机、控制系统和控制对象，控制对象包括热水箱和冷水箱，所述的冷水箱连接冷水泵，热水箱连接热水泵，所述的冷水泵连接冷水主管道，该冷水主管道又分别通过冷水进管和冷水出管连接在一列管换热器的两端，所述的冷水主管上设置冷水流量计，所述的冷水进管上设置冷水进口温度传感器，所述的冷水出管上设置冷水出口温度传感器，所述的冷水进管上设置并流冷水进阀，所述的冷水出管上设置逆流冷水进阀。本实用新型实现换热器的并流传热实验和逆流传热实验的转换，通过改变与冷水泵及热水泵相连的变频器可以调节冷热水流量。

Description

一种列管换热教学实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种化工原理教学实验装置，尤其涉及一种将冷热液体间壁式传热的相关知识点真实全面地展示给实验操作者的列管换热教学实验装置。

背景技术

化工原理是一门关于化学加工过程的技术基础课，它为过程工业（包括化工、轻工、医药、食品、环境、材料、冶金等工业部门）提供科学基础，对化工及相近学科的发展起支撑作用。而传热是化学工业中最常见的单元操作之一。在传热设备中应用最广泛的换热设备就是列管式换热器，由于列管式换热器具有单位体积的传热面积大，结构紧凑、坚固，传热效果好，适用性较强，操作弹性大的优点，在化工生产中得到广泛应用。

列管式换热器教学内容，以传递过程原理和研究方法论为主线，其教学包括三个环节，即：理论课教学、实验课教学和课程设计。在实验课教学环节中，实际应用的列管式换热器相关设备由于体积庞大、结构复杂、不直观形象，不适宜直接作为教学实验装置。而且由于《化工原理》中传热一章涉及较多的概念及公式，为有利于初学者尽快系统掌握本章的知识体系，课程教学过程中设计了较多的演示实验、验证实验和综合性设计型实验，使得实验设备繁杂而功能却较为单一，目前市场上传热教学实验装置虽然很多，但还没有集成化的传热教学实验装置。

发明内容

本实用新型针对现有技术存在的缺陷，提供一种列管换热教学装置，可以测量二种流体在不同的流动状态下传热系数，集控制、数据采集、数据处理于一体，将列管式换热器及相关知识点真实全面地展示给实验操作者。

为此，本实用新型采取如下技术方案：一种列管换热教学实验装置，包括上位监控计算机、控制系统和控制对象，其特征在于：所述的控制对象包括热水箱和冷水箱，所述的冷水箱连接冷水泵，热水箱连接热水泵，所述的冷水泵连接冷水主管道，该冷水主管道又分别通过冷水进管和冷水出管连接在一列管换热器的两端，所述的冷水主管上设置冷水流量计，所述的冷水进管上设置冷水进口温度传感器，所述的冷水出管上设置冷水出口温度传感器，所述的冷水进管上设置并流冷水进阀，所述的冷水出管上设置逆流冷水进阀；

所述的热水泵通过热水进管接入列管换热器的热水接入端，列管换热器的热水出口端通过热水出管连接热水箱，所述的热水进管上设置热水流量计和热水进口温度传感器，所述热水出管上设置热水出口温度传感器。

上位监控计算机装配备专门用于实验装置的上位监控工程，完成数据采集和对控制系统进行监测、记录、控制，自动采集数据并进行数据处理，生成相应的报表、曲线。

所述的上位监控计算机和控制系统之间通过基于Modbus协议的现场总线网络通信；

所述冷水进管和冷水出管上还设置冷水出口阀，所述冷水出口阀为电磁阀。

所述热水箱内设置高位温度传感器和低位温度传感器。

所述热水箱内部设置有热水折流板。

所述热水箱、冷水箱分别连接液位继电器控制液位。

所述控制对象的数据采集控制均通过航空插座与控制系统连接。

所述的热水泵和冷水泵上均连接变频器。

本实用新型通过切换冷流体管路上的并流冷水进阀和逆流冷水进阀，实现换热器的并流传热实验和逆流传热实验的转换，通过改变与冷水泵及热水泵相连的变频器可以调节冷热水流量。所有数据采用上位机监控并采集和控制，同时上位监控系统可以根据实时采集的数据进行数据计算并生成数据报表。非常便于学生易于理解和掌握传热过程中一些常用的基本概念和规律，以期收到较好的教学效果。

附图说明

图1为本实用新型实验装置结构示意图；

图2为本实用新型实验装置控制柜布局图。

图中：1-热水箱，2-冷水箱，3-列管换热器，4-管程，5-热水泵，6-冷水泵，7-冷水流量计，8-热水流量计，9-冷水出口温度传感器，10-冷水进口温度传感器，11-热水进口温度传感器，12-热水出口温度传感器，13-高位温度传感器，14-低位温度传感器，15-并流冷水进阀，16-逆流冷水进阀，17-航空插座，18-冷水出口阀，19-电加热器，20-热水箱折流板，21-热水箱高低位温度监控，22-液位继电器，23-冷水泵变频器，24-热水泵变频器 25-冷水主管道 26-冷水进管27-冷水出管 28-热水进管 29-热水出管。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

如图1和图2所示的列管换热教学实验装置，包括上位监控计算机、控制系统和控制对象，控制对象包括热水箱1和冷水箱2，冷水箱2连接冷水泵6，热水箱1连接热水泵5，冷水泵6连接冷水主管道25，该冷水主管道25又分别通过冷水进管26和冷水出管27连接在一列管换热器3的两端，冷水主管25上设置冷水流量计7，冷水进管26上设置冷水进口温度传感器10，冷水出管27上设置冷水出口温度传感器9，冷水进管26上设置并流冷水进阀15，冷水出管27上设置逆流冷水进阀16。

热水泵5通过热水进管28接入列管换热器3的热水接入端，列管换热器3的热水出口端通过热水出管29连接热水箱1，热水进管上28设置热水流量计8和热水进口温度传感器11，热水出管29上设置热水出口温度传感器12。

上位监控计算机装配备专门用于实验装置的上位监控工程，完成数据采集和对控制系统进行监测、记录、控制，自动采集数据并进行数据处理，生成相应的报表、曲线。上位监控计算机和控制系统之间通过基于Modbus协议的现场总线网络通信；

冷水进管26和冷水出管27上还设置冷水出口阀18，冷水出口阀18为电磁阀。热水箱1内设置高位温度传感器13和低位温度传感器14，热水箱1内部设置有热水溢流板20和电加热器19。热水箱1、冷水箱2分别连接液位继电器22控制液位。控制对象的数据采集控制均通过航空插座17与控制系统连接，热水泵5连接热水泵变频器23，冷水泵6连接冷水变频器24。

冷水为自来水，先通入冷水箱2，被冷水泵6抽出后，经冷水涡轮流量计7测出冷水流量, 冷水进口温度传感器10测出冷水并流时的进口温度，进入列管换热器3的管程4，换热后出口处冷水出口温度传感器9测出其出口温度。热水来自热水箱1，由电加热器19加热，被热水泵5抽出后，经热水涡轮流量计8测出热水流量, 热水进口温度传感器11测出热水的进口温度，进入列管换热器3的管程，并在出口处由热水出口温度传感器12测量出换热后的出口温度。在实验过程中，通过切换冷流体管路上的阀门并流冷水进阀15和逆流冷水进阀16，可实现换热器的并流传热实验和逆流传热实验的转换。

热水温度由人工智能调节器根据热水箱1内的实际温度实现自动控制，温度由高位水温传感器13和低位水温传感器14测得，并在控制柜热水箱高低位温度监控21分别显示。热水及冷水流量分别通过与热水泵5及冷水泵6相连的热水泵变频器24和冷水泵变频器23来调节流量，并分别由涡轮流量计测出热水及冷水流量。实验得到的各组数据通过数据处理模板计算出各种流动状态下的传热系数。

最后，应当指出，以上实施例仅是本实用新型较有代表性的例子。显然，本实用新型不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种列管换热教学实验装置，包括上位监控计算机、控制系统和控制对象，其特征在于：所述的控制对象包括热水箱和冷水箱，所述的冷水箱连接冷水泵，热水箱连接热水泵，所述的冷水泵连接冷水主管道，该冷水主管道又分别通过冷水进管和冷水出管连接在一列管换热器的两端，所述的冷水主管上设置冷水流量计，所述的冷水进管上设置冷水进口温度传感器，所述的冷水出管上设置冷水出口温度传感器，所述的冷水进管上设置并流冷水进阀，所述的冷水出管上设置逆流冷水进阀；

所述的热水泵通过热水进管接入列管换热器的热水接入端，列管换热器的热水出口端通过热水出管连接热水箱，所述的热水进管上设置热水流量计和热水进口温度传感器，所述热水出管上设置热水出口温度传感器。

2.根据权利要求1所述的列管换热教学实验装置，其特征在于所述的上位监控计算机和控制系统之间通过基于Modbus协议的现场总线网络通信。

3.根据权利要求2所述的列管换热教学实验装置，其特征在于所述冷水进管和冷水出管上还设置冷水出口阀，所述冷水出口阀为电磁阀。

4.根据权利要求1所述的列管换热教学实验装置，其特征在于所述热水箱内设置高位温度传感器和低位温度传感器。

5.根据权利要求1所述的列管换热教学实验装置，其特征在于所述热水箱内部设置有热水折流板。

6.根据权利要求1所述的列管换热教学实验装置，其特征在于所述热水箱、冷水箱分别连接液位继电器控制液位。

7.根据权利要求1所述的列管换热教学实验装置，其特征在于所述控制对象的数据采集控制均通过航空插座与控制系统连接。 

8.根据权利要求1所述的列管换热教学实验装置，其特征在于所述的热水泵和冷水泵上均连接变频器。 

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