換熱器試驗臺控制系統(tǒng)設計要求

《換熱器性能測試試驗臺》控制系統(tǒng)設計要求換熱器性能測試試驗臺是熱交換器產品設計開發(fā)和質量控制的重要裝備，同時也是集熱工、機械、電氣、自動控制和計算機應用的機電一體化系統(tǒng)，特別是測試計量和自動控制技術要求比較高。根據邁鑫公司的要求，測試試驗臺包含風冷和水冷2種冷卻介質；熱壓縮空氣、導熱油、乙二醇水溶液、熱水4種加熱介質的循環(huán)回路。其中熱水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)共用一套質量流量計和水泵。冷卻水系統(tǒng)可以與熱壓縮空氣系統(tǒng)、熱油系統(tǒng)及熱乙二醇水溶液系統(tǒng)配對實驗。一、總體布局圖1試驗臺系統(tǒng)總體布局平面圖換熱器性能測試實驗室布置在廠房的西側兩跨（寬14米），南北方向占據南面兩跨（長15米）。試驗臺系統(tǒng)總體布局見圖1。性能測試實驗室分為風洞室、風機室、熱源設備室和控制室。二、冷卻空氣循環(huán)系統(tǒng)圖2冷卻空氣系統(tǒng)布置圖冷卻空氣循環(huán)系統(tǒng)的流程布置圖見圖2。該系統(tǒng)可以滿足各種空氣冷卻換熱器傳熱性能的試驗要求，包括冷卻空氣進出口溫度、壓差、流量的測量和控制。冷卻空氣系統(tǒng)設置再循環(huán)回路可實現(xiàn)在冬季或其它溫度較低條件下進行較高進風溫度的換熱器實驗。1）控制對象2臺離心式引風機，型號為T4-72-8C，當轉速為1800rpm、流量為26058m3/h時，全壓為2913Pa，配備的電機為Y200L-30-4（30kW）。其中一臺(引風機A)變頻調節(jié)，另一臺(引風機B)定速運行。風量在26000m3/h以下時只啟動變頻調節(jié)的引風機A。送風機C(DWT-I-11.2，5.5kW)，也采用變頻調節(jié)，由風洞實驗室室內壓力信號調節(jié)，以保持風洞室房間的零壓，亦可手動調節(jié)轉速。風機D(DF-I-8B，2.2kW)采用變頻調節(jié)，其作用是可以精細地調整回風量，實現(xiàn)空氣入口溫度的精確調節(jié)，亦可手動調節(jié)轉速。送風機C和風機D都是軸流風機?；仫L閥A（800×500）、回風閥B（800×500）、排風閥（800×500）和新風閥（1200×1200）聯(lián)動調節(jié)實現(xiàn)。用步進電動控制閥門開度，在電腦操作界面設置開關，并顯示閥門開度狀態(tài)。排風閥和新風閥是同方向調節(jié)，排風多則進新風也要多；回風閥則與排風閥和新風閥反向調節(jié)，即需要空氣進口溫度升高時，排風閥和新風閥關小，而回風閥開大。2）數據采集該系統(tǒng)需要采集的數據有：風流量、相對濕度、試驗件風側進出口溫度和壓差。風量測量采用3個不同口徑的可更換“空氣流量測量站”[通徑分別為28”(660mm),13”(330mm),6”(152mm)]，如表1和圖3，配合大小2檔微差壓傳感器方案(覆蓋40Pa-1000Pa)，使微差壓傳感器讀數總是處于有效量程范圍。根據微差壓數值結合所選擇的流量站通徑轉換為流量值。表1空氣流量測量站選型最大流量最小流量D(inch)D(mm)(m3/h)53024132562824(m3/h)11098277559126136660330152圖3空氣流量測量站進出口接管方案示意圖風洞進口室前段設置工件后靜壓測點，在整流混合裝置后設置工件后溫度測點；溫度測量通過取樣風機吸取耙型取樣管分布截面上的平均值來實現(xiàn)；在風洞進口室前還配置進口截面為1000mm×800mm和400mm×400mm2個可拆換過渡段，并在其四周也都設有靜壓測點。試驗時根據工件尺寸選擇合適的過渡段，并連通相應的測點。在試驗件的上游設置整流裝置、工件前溫度、相對濕度測量裝置和靜壓測點組合的進口整流裝置小車。溫度測量值也是通過取樣風機吸取耙型取樣管分布截面上的平均值獲得。二、壓縮空氣循環(huán)系統(tǒng)壓縮空氣循環(huán)系統(tǒng)用于壓縮空氣冷卻器（包括中間冷卻器）的性能測試，該系統(tǒng)采用閉式循環(huán)（如圖4）。在工作范圍內的任何壓力下最大通流量都是體積流量6m3/min，最高工作溫度200℃，系統(tǒng)最高工作壓力0.8MPa（此時的流量為48Nm3/min）。系統(tǒng)包括穩(wěn)壓、恒溫和流量調節(jié)裝置，用于保持壓縮空氣冷卻器的試驗所需的壓力、溫度和流量參數的穩(wěn)定。系統(tǒng)采用以3MPa壓縮空氣源，經0.5m3儲氣罐和減壓閥給系統(tǒng)供氣，使循環(huán)系統(tǒng)獲得壓力，同時以耐高壓循環(huán)壓縮機提供克服流動阻力的壓頭，通過電加熱器升溫，給試驗件提供高溫高壓空氣。按照最大壓縮空氣循環(huán)流量45Nm3/min，溫升120℃計算，所需加熱功率為110kW?？鄢h(huán)壓縮機加入系統(tǒng)的部分功率，電加熱功率配備108kW。系統(tǒng)的工作壓力的控制調節(jié)采用穩(wěn)壓器配合電磁閥完成。穩(wěn)壓器內的壓力介于循環(huán)壓縮機進出口壓力之間，穩(wěn)壓器有2根電磁閥控制的管線分別與循環(huán)壓縮機的進出口連接。當系統(tǒng)壓力偏高時，開啟連接壓縮機出口的管線，使回路中的部分氣體轉移到穩(wěn)壓器內，從而使系統(tǒng)壓力恢復正常；反之，當系統(tǒng)壓力偏低時，開啟連接壓縮機入口的管線，使穩(wěn)壓器中的部分氣體轉移到回路內，亦可使系統(tǒng)壓力恢復正常。若系統(tǒng)壓力超出穩(wěn)壓器可調整的范圍，則需要動用電磁閥控制的補氣閥或排氣閥。圖4壓縮空氣系統(tǒng)流程示意圖本項目的循環(huán)壓縮機將采用YSR150羅茨風機改制。循環(huán)風量調節(jié)采用變頻器實現(xiàn)。循環(huán)壓縮機額定轉速1500rpm，電機額定功率55kW。電加熱器最大加熱功率108kW，由36個3kW的U型翅片管電加熱器元件組成，電加熱器分為4組，功率分別為27、36、27、18kW。第一組為可調，其余不可調。電加熱器的筒體尺寸為φ480×6×2000。壓縮空氣系統(tǒng)對試驗件前后的溫度、壓力參數進行控制和測量。壓縮空氣流量采用美國高準公司的質量流量計測量，型號規(guī)格為E200。試驗件進、出口設有溫度、壓力測點，分別采用鉑電阻溫度計和壓差傳感器將信號傳送到數據采集儀。三、油循環(huán)系統(tǒng)油循環(huán)系統(tǒng)可以對油溫度和流量進行控制，對試驗件油側流量、進出口溫度和壓差進行測量，滿足油冷卻器性能測試要求。油循環(huán)系統(tǒng)試驗工質為導熱油。要求的油系統(tǒng)最大流量為600L/min(36m3/h)，最高工作溫度110℃(受質量流量計限制)，最大加熱功率240kW，最大流量時加熱溫差約14℃；采用57個4.2kW的U型管電加熱器元件，電加熱器分為4組，功率分別為50.4、75.6、75.6、37.8kW。第一組為可調，其余不可調。電加熱器的筒體尺寸為φ377×6×2000。圖5油循環(huán)系統(tǒng)流程示意圖循環(huán)流程如圖5所示，在油泵入口處連接高位膨脹油箱，為油泵提供正吸入壓頭，并容納或補充因冷熱溫度不同引起的工質的膨脹和收縮。流量采用變頻控制，同時在油泵出口配有手動球閥和到油泵入口的小流量旁路閥。選擇油泵型號為BRY-80-50-200，流量40m3/h，揚程58m，轉速2900rpm，電機額定功率11kW。油回路流量測量采用美國高準公司的質量流量計，型號為F200。試驗件進、出口與肘狀測量段連接，上面設