压缩空气水冷却器综合性能测试系统的制作方法

本实用新型属于热交换器测试技术领域，具体地讲，本实用新型涉及一种压缩空气水冷却器综合性能测试系统。

背景技术：

中间冷却器和后冷却器是空气压缩机的重要组成部件，这两件热交换器件的换热效率和流动特性对空气压缩机的安全运行、节能，以及供气质量有极大的影响。因此，本行业在制造过程中必须对这两件热交换器件的性能进行测试和调整，否则不能保证产品质量。常规条件下，压缩空气的冷却介质为水，设计一种专门针对压缩空气水冷却器综合性能测试系统是批量生产的前提条件。对于被测冷却器而言，压缩空气是热侧，测试系统通常用加热器代替实际的空气压缩机。中国专利申请201510012034.7公开了一种用于换热器性能测试的压缩空气循环系统，其包括储气罐、稳压容器、加热装置、试验件、质量流量计和循环压缩机。所述储气罐连接压缩空气源，且所述储气罐通过管道连接稳压容器。所述稳压容器通过管道连接加热装置。所述循环压缩机通过管道依次连接加热装置、试验件和质量流量计形成一个循环回路。所述试验件的进、出口通过测量段分别与加热装置和质量流量计连接，测量段上还安装有温度计和压差传感器。所述循环压缩机通过变频器控制调节循环回路中的空气流量。该公知技术以干燥后的压缩空气经减压阀补气方法获得循环系统的压力，并通过循环压缩机提供克服流动阻力的压力。但是，对于采用封闭循环的测试系统，需要考虑对冷却器作多种工况下的性能进行对比测试，尤其是要求提供不同供气压力下的性能数据时，压缩空气的温度和密度必然变化，进而影响加热器的加热效果和试验件的换热效果，最终影响整个循环系统的流量和压降。因此，压缩空气循环系统的压力、温度和流量是相互影响的。上述技术方案中压缩空气源在经稳压、减压后通过加热器进行补气，该结构对循环系统的压力、温度、流量的协调控制带来困难。冷却水侧是冷却器的冷侧，换热系统除了提供冷却水循环之外，还要将从被测冷却器热侧置换的热量导出随冷却水循环。现有技术普遍将冷却水通过冷却塔散热，这样得到的冷却水温度接近于测试时的环境温度。众所周知，冷却水的进水温度受地域和季节的影响比较大，所以压缩空气水冷却器的性能测试应考虑进水温度的影响。当测试用的冷却水进水温度低于空气压缩机实际进水温度时，测试结果难以准确反映被测压缩空气水冷却器的性能。

技术实现要素：

本实用新型主要针对现有技术对循环系统的压力、温度及流量协调控制难的问题，提出一种压缩空气水冷却器综合性能测试系统。该系统结构简单、布局合理、技术先进，充分利用智能装置作变量参数测控，使得各变量参数协调性好，而且调节准确、可靠、快捷。

本实用新型通过下述技术方案实现技术目标。

压缩空气水冷却器综合性能测试系统，它包括被测冷却器、压缩空气回路、冷却水回路、测控子系统、中间水换热器和外循环水回路。所述压缩空气回路包括压缩空气源接口、微型压缩机、压缩空气净化器、压缩空气储罐、循环风机、空气加热器、压缩空气进口试验段、压缩空气出口试验段、主气调节阀和旁通气调节阀。所述压缩空气源接口和微型压缩机通过三通管节与压缩空气净化器入口相连接，压缩空气净化器出口通过管道与压缩空气储罐的补气口相连接，压缩空气储罐的供气口通过管道与循环风机的进口相连接，循环风机的出口通过管道与空气加热器的进口相连接，空气加热器的出口通过管道与压缩空气进口试验段相连接，压缩空气进口试验段安装在被测冷却器的压缩空气出口，压缩空气出口试验段通过管道与主气调节阀串联后再与压缩空气储罐的回气口相连接。所述冷却水回路包括冷却水箱、水加热器、冷却水泵、冷却水进口试验段、冷却水出口试验段。所述水加热器安装在冷却水箱内腔底部，冷却水箱下部出水口通过管道与冷却水泵的进口相连接。所述冷却水泵的出口通过管道与冷却水进口试验段相连接，冷却水进口试验段安装在被测冷却器冷却水进口，冷却水出口试验段安装在被测冷却器的冷却水出口处，冷却水出口试验通过管道与中间水换热器的冷却水进口相连接。所述中间水换热的冷却水出口通过管道与冷却水箱的顶部进水口相连接。所述外循环水回路包括外循环水箱、外循环水泵、冷却塔及冷却塔风机，所述外循环水箱出水口通过管道与外循环水泵的进口相连接，外循环水泵的出口通过管道与中间水换热器的外循环水进口相连接。所述中间水换热器的外循环水出口通过管道与冷却塔的顶部进水口相连接，冷却塔的底部出水口与外循环水箱的回水口相连接。所述测控子系统包括计算机、空气加热器调功器（PM1）、水加热器调功器（PM2）、循环风机变频器（VF1）、冷却水泵变频器（VF2）、外循环水泵变频器（VF3），以及在压缩空气进口试验段上安装的压缩空气进口温度传感器（TH1），在压缩空气出口试验段上安装的压缩空气出口温度变送器（TH2）、压缩空气出口压力变送器（PH2）、压缩空气差压变送器（PDH）、压缩空气流量计（FH）；所述冷却水进口试验段上安装的冷却水进口温度传感器（TL1），在冷却水出口试验段上安装的冷却水出口温度变送器（TL2）、冷却水出口压力变速器（PL2）、冷却水差压变速器（PDL）、冷却水流量计（FL），上述各变送器和流量计分别通过测试线缆与计算机的数据采集模块相连接，各调功器、变频器，调节阀分别通过控制线缆与计算机的模拟输出模块相连接，空气加热器调功器（PM1）、水加热调功器（PM2）、循环风机变频器（VF1）、冷却水泵变频器（VF2）、外循环水泵变频器（VF3）分别通过动力线缆与空气加热器、水加热器、循环风机、冷却水泵、外循环水泵相连接，微型压缩机和冷却塔风机通过动力缆缆与计算机的开关量输出模块相连接。

作为进一步改进方案，所述循环风机的进口与出口之间并联一根旁通管道，该旁通管道由配置的旁通气调节阀控制开度或通断。

作为进一步改进方案，所述冷却水泵的出口与冷却水箱顶部的进口之间并联一根旁通管道，该旁通管道由配置的旁通水调节阀控制开度或通断。

作为进一步改进方案，所述水加热器的轴线与冷却水箱的底部平行相间，间距至少200mm。

本实用新型与现有技术相比，具有以下积极效果：

1、系统组成简单、布局合理、功能齐全、智能化程度高；

2、系统可以在较宽范围内调节压缩空气的压力、冷却水的水温及流量，满足不同规格的压缩空气水冷却器测试条件，能够精确测量出被测产品换热性能和介质流动特性的参数。

3、系统中利用水加热器作冷却水进口温度调节，直接消除环境温度对测试精度的影响，不管在何季节都能用于实际测试。

4、系统中相关节点处都设有智能化监测器具，量化调节可操作性强、精度高。

附图说明

图1是本实用新型所述技术方案的逻辑关系图。

图2是本实用新型所述技术方案的系统流程图。

图中，1—被测冷却器，2—压缩空气回路，3—冷却水回路，4—测控子系统，5—中间水换热器，6—外循环水回路；2.1—压缩空气源，2.2—微型压缩机，2.3—压缩空气净化器，2.4—压缩空气储罐，2.5—循环风机，2.6—空气加热器，2.7—压缩空气进口试验段，2.8—压缩空气出口试验段，2.9—调节阀，3.1—冷却水箱，3.2—水加热器，3.3—冷却水泵，3.4—冷却水进口试验段，3.5—冷却水出口试验段，3.6—旁通水调节阀；6.1—外循环水箱，6.2—外循环水泵，6.3—冷却塔，6.4—冷却塔风机；4.1—计算机，4.2—模拟量输入模块，4.3—模拟量输出模块，4.4—开关量输出模块，PM1—空气加热器调功器，PM2—水加热器调功器，VF1—循环风机变频器，VF2—冷却水泵变频器，VF3—外循环水泵变频器，TH1—压缩空气进口温度变送器，TH2—压缩空气出口温度变送器，PH2—压缩空气出口压力变送器，PDH—压缩空气差压变送器，FH—压缩空气流量计，TL1—冷却水进口温度变送器，TL2—冷却水出口温度变送器，PL2—冷却水出口压力变送器，PDL—冷却水差压变送器，FL—冷却水流量计。

具体实施方式

下面根据附图并结合实施例，对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型压缩空气水冷却器综合性能测试系统的逻辑关系图，它包括被测冷却器1、压缩空气回路2、冷却水回路3、测控子系统4、中间水换热器5和外循环水回路6，这些部件连接关系见图2。所述压缩空气回路2包括压缩空气源接口2.1、微型压缩机2.2、压缩空气净化器2.3、压缩空气储罐2.4、循环风机2.5、空气加热器2.6、压缩空气进口试验段2.7、压缩空气出口试验段2.8、主气调节阀2.9和旁通气2.10。所述压缩空气源接口2.1和微型压缩机2.2通过三通管节与压缩空气净化器2.3入口相连接，压缩机空气净化器2.3出口通过管道与压缩空气储罐2.4的补气口相连接，压缩空气储罐2.4的供气口通过管道与循环风机2.5的进口相连接，循环风机2.5的出口通过管道与空气加热器2.6的进口相连接，空气加热器2.6的出口通过管道与压缩空气进口试验段2.7相连接，压缩空气出口试验段2.8安装在被测冷却器1的压缩空气出口处，压缩空气出口试验段2.8通过管道与主气调节阀2.9串联后再与压缩空气储罐2.4的回气口相连接。本实用新型为了提升系统压缩空气的可调性和调控的准确性，从两个方面作了改进设计。首先，将压缩空气储罐2.4作为压缩空气循环回路的一个流通环节，以期提高循环风机2.5的进气稳定性。另一个方面在循环风机2.5的进口与出口之间并联一根旁通管道，该旁通管道由配置的旁通气调节阀2.10控制开度或通断。由于压缩空气储罐2.4增设了压缩空气旁通回路，使得整个回路的流量调节有三个可调要素，第一个可调要素是循环风机2.5的频率，其它两个可调要素是调节两只调节阀2.9开度大小或通断。

冷却水回路3包括冷却水箱3.1、水加热器3.2、冷却水泵3.3、冷却水进口试验段3.4、冷却水出口试验段3.5。所述水加热器3.2安装在冷却水箱3.1内腔底部，为了便于热量的散发，水加热器3.2的轴线与冷却水箱3.1的底部平行相间安装，本实施例两者间距250mm。冷却水箱3.1下部出水口通过管道与冷却水泵3.3的进口相连接，冷却水泵3.3的出口通过管道与冷却水进口试验段3.4相连接，冷却水进口试验段3.4安装在被测冷却器1的冷却水进口，冷却水出口试验段3.5安装在被测冷却器1的冷却水出口处，冷却水出口试验段3.5通过管道与中间水换热器5的冷却水进口相连接。所述中间水换热器5的冷却水出口通过管道与冷却水箱3.1的顶部进水口相连接。为了进一步强化冷却水的可调性，本实用新型在系统中除增设了冷却水旁通回路外，还增设了一个中间水换热器5和配套的外循环回路。所述的冷却水旁通回路指冷却水泵3.3出口与冷却水箱3.1顶部进口之间并联的一根旁通管道，该旁通管道由配置的旁通水调节阀3.6控制开度或通断，由此扩大了冷却水流量调节范围。系统中增加了一个中间水换热器5和外循环回路，使冷却水回路形成一个封闭的内循环，可以通过水加热器3.2调节冷却水进口温度。由于温度可调，直接消除环境温度对测试精度的影响，所以本实用新型测试不受季节限制。

所述循环水回路6包括外循环水箱6.1、外循环水泵6.2、冷却塔6.3和冷却塔风机6.4，外循环水箱6.1出水口通过管道与外循环水泵6.2的进口相连，外循环水泵6.2的出口通过管道与中间水换热器5的外循环水进口相连接，中间水换热器5的外循环水出口通过管道与冷却塔6.3的顶部进水口相连接，冷却塔6.3的底部出水口与外循环水箱6.1的回水口相连接。

所述测控子系统4包括计算机4.1、空气加热器调功器PM1、水加热调功器PM2、循环风机变频器VF1、冷却水泵变频器VF2、外循环水泵变频器VF3，以及压缩空气进口试验段2.7上安装的压缩空气进口温度传感器TH1，压缩空气出口试验段2.8上安装的压缩空气出口温度变送器TH2、压缩空气出口压力变送器PH2、压缩空气差压变送器PDH、压缩空气流量计FH，在冷却水进口试验段3.4上安装的冷却水进口温度传感器TL1，在冷却水出口试验段3.5上安装的冷却水出口温度变送器TL2、冷却水出口压力变送器PL2、冷却水差压变送器PDL、冷却水流量计FL。上述系统中配置的变速器和流量计分别通过测试线缆与计算机4.1的数据采集模块4.2相连接。上述系统中配置的调功器、变频器、调节阀分别通过控制线缆与计算机4.1的模拟输出模块4.3相连，空气加热器调功器PM1、水加热器调功器PM2、循环风机变频器VF1、冷却水泵变频器VF2、外循环水泵变频器VF3分别通过动力线缆与空气加热器2.6、水加热器3.2、循环风机2.5、冷却水泵3.3、外循环水泵6.2相连接。微型压缩机2.2和冷却塔风机6.4通过动力线缆与计算机4.1的开关量输出模块4.4相连接。

本实用新型可以在较宽范围内调节压缩空气的压力、冷却水的水温及流量，满足不同规格的压缩空气水冷却器测试条件，再加上系统中重要节点处都配置了智能装置作变量参数测控，使得各变量参数协调容易，易实现准确、快速调节，有利于精确测量出被测产品换热性能和介质流动特性的参数。