综合传热实验装置的制作方法

1.本实用新型属于传热实验装置领域，尤其涉及一种综合传热实验装置。


背景技术：

2.在综合传热实验领域，人们所采用的实验装置是针对特定的实验类型进行设计的，一种实验装置，只可进行一种或者两种特定实验，功能单一，用户若进行多种传热实验，需在不同的装置上进行，不同装置、不同检测仪器频繁更换，给学员带来很大的不便。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种综合传热实验装置，以解决现有技术中传热实验装置功能单一的问题。
4.本实用新型的技术方案为：
5.一种综合传热实验装置，包括机架、设于所述机架上的蒸汽发生器、风机、间壁式换热器、有相变翅片式换热器和无相变翅片式换热器；
6.所述蒸汽发生器、所述间壁式换热器的壳程、所述有相变翅片式换热器的管程依次串联连通并形成回路，所述风机、所述间壁式换热器的管程、所述无相变翅片式换热器的管程依次串联连通并形成回路，所述有相变翅片式换热器和所述无相变翅片式换热器的壳程均连通冷却水；
7.所述间壁式换热器的管程输入端、所述有相变翅片式换热器和所述无相变翅片式换热器的壳程输入端均设有流量传感器，用于检测空气或水的流量；
8.所述间壁式换热器的壳程的输入端和输出端、所述间壁式换热器的输入端和输出端、所述有相变翅片式换热器的管程的输入端和输出端、所述无相变翅片式换热器的管程的输入端和输出端均设有温度传感器。
9.优选地，还包括进水管和出水管，所述进水管的输出端分别连通所述有相变翅片式换热器和所述无相变翅片式换热器的壳程输入端，所述进水管的输入管为冷却水进水端；所述出水管的输入端分别连通所述有相变翅片式换热器和所述无相变翅片式换热器的输出端，所述出水管的输出端为冷却水输出端。
10.优选地，所述间壁式换热器为套管换热器，包括普通管换热器和强化管换热器，所述普通管换热器和所述强化管换热器并联，且所述普通管换热器和所述强化管换热器的壳程输入端、管程输入端均设有开/闭单元。
11.优选地，所述有相变翅片式换热器为冷凝器，所述无相变翅片式换热器为风冷器。
12.优选地，所述蒸汽发生器包括：
13.壳体，所述壳体内设有腔体，所述腔体包括相互连通的第一内腔和第二内腔，所述第一内腔设于所述第二内腔的下方，所述第一内腔的容积小于所述第二内腔；所述壳体上设有连通所述第二内腔的蒸汽出口和加液口，所述蒸汽出口与所述间壁式换热器的壳程输入端连通，所述加液口与所述间壁式换热器的壳程输出端连通；
14.加热部，设于所述第一内腔内，用于加热所述腔体内的液体；
15.温度传感器，设于所述第二内腔内，用于检测蒸汽温度；
16.控制器，与所述加热部和所述温度传感器电连接，用于接收所述温度传感器的检测信号并输出控制指令至所述加热部。
17.优选地，所述加液口设有连通所述第二内腔的加液管，所述加液管用于外部给所述腔体加水，所述加液管上设有回液口，所述回液口用于连通所述间壁式换热器的壳程输出端。
18.优选地，还包括液位管，所述液位管的第一端连通所述第一内腔的底部，第二端连通所述第二内腔，所述液位管内设有液位传感器，用于检测所述腔体内的液位。
19.优选地，所述加液管的输入端设有加液开关，所述控制器分别与所述液位传感器和所述加液开关电连接，用于接收所述液位传感器的检测信号并输出控制指令至加液开关。
20.优选地，所述第一内腔的底部连通有等液管，所述等液管内设有浮子开关，所述浮子开关与所述控制器电连接，所述浮子开关用于输出液位低报信号至所述控制器。
21.优选地，还包括安全管，所述安全管的一端连通所述第二内腔的顶部，另一端设有安装阀；
22.所述安全管的中部连通有分管，所述分管上设有压力变送器，所述压力变送器与所述控制器电连接，用于输出气压参数至所述控制器。
23.本实用新型由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
24.本实用新型提供的综合传热实验装置，可以同时进行间壁式换热器、无相变翅片式换热器和有相变翅片式换热器的换热实验，因此解决了现有技术中传热实验装置功能单一的问题。
附图说明
25.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。
26.图1为本实用新型的一种综合传热实验装置的结构示意图；
27.图2为本实用新型的一种综合传热实验装置的结构示意图；
28.图3为本实用新型的一种蒸汽发生器的结构示意图；
29.图4为本实用新型的一种蒸汽发生器的结构示意图。
30.附图标记说明：
31.1：机架；2：蒸汽发生器；21：壳体；211：蒸汽出口；22：加热管；23：温度计；24：加液管；241：回液口；25：安全管；251：安全阀；252：压力变送器；26：玻璃管液位计；27：浮子开关；3：风机；4：普通管换热器；5：强化管换热器；6：冷凝器；7：风冷器；8：流量传感器。
具体实施方式
32.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图
说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
33.为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
34.参看图1至图4，本实施例提供一种综合传热实验装置，包括机架1、设于机架1上的蒸汽发生器2、风机3、间壁式换热器、有相变翅片式换热器和无相变翅片式换热器。
35.蒸汽发生器2、间壁式换热器的壳程、有相变翅片式换热器的管程依次串联连通并形成回路，风机3、间壁式换热器的管程、无相变翅片式换热器的管程依次串联连通并形成回路，有相变翅片式换热器和无相变翅片式换热器的壳程均连通冷却水。
36.间壁式换热器的管程输入端、有相变翅片式换热器和无相变翅片式换热器的壳程输入端均设有流量传感器8，用于检测空气或水的流量。
37.间壁式换热器的壳程的输入端和输出端、间壁式换热器的输入端和输出端、有相变翅片式换热器的管程的输入端和输出端、无相变翅片式换热器的管程的输入端和输出端均设有温度传感器。
38.本实施例提供的综合传热实验装置，可以同时进行间壁式换热器、无相变翅片式换热器和有相变翅片式换热器的换热实验，解决了现有技术中传热实验装置功能单一的问题。
39.现对本实施例的结构进行说明。
40.蒸汽发生器2用于产生水蒸气，风机3用于输送空气。有相变翅片式换热器可以采用冷凝器6，无相变翅片式换热器可以采用风冷器7。间壁式换热器为套管换热器，包括普通管换热器4和强化管换热器5，普通管换热器4 和强化管换热器5并联。具体地，在普通管换热器4和强化管换热器5的壳程输入端、管程输入端均设有开/闭单元，可以选择同时进行普通管换热器4 和强化管换热器5的换热实验，也可以选择分开进行普通管换热器4和强化管换热器5的换热实验。开/闭单元可以是手动阀门，也可以是电动阀门，此处不做限制。
41.本实施例还包括进水管和出水管，进水管的输出端分别连通冷凝器6和风冷器7的壳程输入端，进水管的输入管为冷却水进水端；出水管的输入端分别连通冷凝器6和风冷器7的输出端，出水管的输出端为冷却水输出端。
42.现有的传热实验装置，一般采用工业用的蒸汽发生器供气，操作压力在 0～0.7mpa之间，且为间歇供气，传热效果不理想，实验结果误差极大。本实施例提供的综合传热实验装置采用自制的蒸汽发生器2，可以将操作压力控制在0～0.02mpa之间，且实现连续供气。
43.具体地，蒸汽发生器2包括壳体21、加热部、温度传感器和控制器。壳体21内设有腔体，腔体包括相互连通的第一内腔和第二内腔，第一内腔设于第二内腔的下方，第一内腔的容积小于第二内腔；壳体21上设有连通第二内腔的蒸汽出口211和加液口，蒸汽出口211与间壁式换热器的壳程输入端连通，加液口与间壁式换热器的壳程输出端连通。加热部设于第一内腔内，用于加热腔体内的液体。温度传感器设于第二内腔内，用于检测蒸汽温度。控
制器与加热部和温度传感器电连接，用于接收温度传感器的检测信号并输出控制指令至加热部。
44.现有技术中若加热功率高，则蒸汽快速产生带来高压，为安全考虑只能间歇供气，而加热功率降低，则会增加加热时间，降低蒸汽生产速度。而本实施例中蒸汽发生器2，第一内腔为加热区，第二内腔主要为蒸汽存储区，第一内腔的容积小于第二内腔的容积。加热部在第一内腔内给水加热，第一内腔的容积小有利于水浸没加热管22，并减小需要加热水的体积，更快地产生蒸汽，缩短加热时长；因此可以在加热功率较低时相交更快速地产生蒸汽。同时，第二内腔容积大，即使蒸汽快速产生，也能容置在第二内腔内，并及时从蒸汽出口211输出，不会带来高压。因此，本实施例中的蒸汽发生器2 能够连续供气并快速加热产生蒸汽。
45.具体的，可以将壳体21的腔体设置成倒葫芦型，倒葫芦型的下部为第一内腔，上部为第二内腔，倒葫芦的底部加热体积做到最小，能缩短加热时间，即可快速出蒸汽。控制器可以根据温度传感器得到的蒸汽温度控制加热部，从而得到指定温度的蒸汽；具体地，温度传感器可以是温度计23。
46.一般情况下，蒸汽发生器2产生的蒸汽经换热后会变成冷凝水回到蒸汽发生器2内，但在蒸汽发生器2长时间时候后，仍然会出现出去的水蒸气的量大于回来的冷凝水的量，需要从外部加水。因此，可以在加液口可以设置连通第二内腔的加液管24，加液管24用于外部给腔体加水；加液管24上设有回液口241，回液口241用于普通管换热器4和强化管换热器5的壳程输出端。
47.蒸汽发生器2还包括液位管，液位管的第一端连通第一内腔的底部，第二端连通第二内腔，液位管内设有液位传感器，用于检测液位管内的液位，以得到腔体内的液位。进一步地，在加液管24的输入端设有加液开关，控制器分别与液位传感器和加液开关电连接，可以根据液位传感器检测得到的液位参数控制加液开关的打开或闭合，以控制腔体内的液位处于指定液位。进一步，液位管内还可以设置玻璃管液位计26，方便使用者通过外部观察得到腔体内液位。
48.蒸汽发生器2设有保护装置，包括液位低报(通过浮子液位开关)和压力高报(通过压力变送器252)。液位底时，加热自动停止；压力高时，加热自动停止，使蒸汽发生器2的使用更安全。
49.具体地，在第一内腔的底部可以连通一根等液管，等液管内设有浮子开关27，浮子开关27与控制器电连接，浮子开关27用于当检测到等液管内液位低于最低液位设定值时输出液位低信号至控制器，当控制器接收到液位低报信号时控制加热部停止加热。
50.蒸汽发生器2还包括安全管25，安全管25的一端连通第二内腔的顶部，另一端设有安装阀。安全管25的中部连通有分管，分管上设有压力变送器 252，压力变送器252与控制器电连接，控制器接收压力变送器252检测的气压参数，并当气压参数大于最高液位设定值时控制加热部停止加热。本蒸汽发生器2设计基本是常压，所以安全阀251的起跳压力是0.05mpa，防止误操作；而设计压力变送器252，与控制器电连接，当压力超高时，加热自动停止。因此，本实施例中的蒸汽发生器2具有两级安全保护。
51.采用本实施例提供的蒸汽发生器2可以将压力控制在0.02mpa，并缩短等待时间，使供气时间缩短在10分钟内。
52.本实施例提供的综合传热实验装置可以进行4种不同的实验流程，具体如下：
53.①
普通管换热器4：换热介质为水蒸气和空气，通过改变进入普通管换热器4内冷风的流量(通过控制风机3的输出功率)，检测普通管换热器4 的壳程进出口蒸汽的温度、管程进出口空气的温度，学习普通间壁换热器的特性以及水蒸气
‑‑
空气系数等。
54.②
强化管换热器5：换热介质为水蒸气和空气，通过改变进入强化管换热器5内冷风的流量(通过控制风机3的输出功率)，检测强化管换热器5 的壳程进出口蒸汽的温度、管程进出口空气的温度，学习强化间壁换热器的特性以及水蒸气
‑‑
空气系数等。
55.③
冷凝器6：为翅片式换热器，换热介质为水蒸气和水，主要将普通管换热器4和强化管换热器5出来的水蒸气冷凝，此换热器有相变，可了解水蒸气
‑
水换热系数以及有相变的翅片换热器的特点。
56.④
风冷器7：为翅片式换热器，换热介质为空气和水，主要将普通管换热器4和强化管换热器5的空气冷却，此换热器无相变，可了解空气
‑
水换热系数以及无相变的翅片换热器的特点。
57.普通管换热器4和强化管换热器5均属于间壁式换热器，且是有相变的气汽换热，主要用于检测传热系数：pr、nu准数，且可以将普通管换热器4 和强化管换热器5进行比较，了解间壁有相变换热的普通管和强化管的准数的区别，了解其使用反应。
58.冷凝器6是有相变的水蒸气
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水换热，可以了解翅片式换热器水
‑
汽换热的特点以及传热系数；风冷器7是无相变的水和气换热，了解翅片式换热器水
‑
气换热的特点及传热系数。
59.本实施例可以同时进行普通间壁式换热、强化间壁式换热、翅片换热，气
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汽换热、水
‑
气换热、水
‑
汽换热等多种介质的换热，且流量范围由0
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60m3/h。
60.进一步地，可以将物联网技术融入到本实施例提供的综合传热实验装置中，使综合传热实验装置与时代接轨，设置一智慧实训室管控一体化平台软件。在该平台软件上实现下述功能：
61.(1)app功能：
62.①
登陆管理：登录者通过输入用户名、密码进入，如果用户名、密码正确可以进入，否则无权进入；同时系统根据登录者的权限提供具有相应功能的界面；
63.②
预约功能：教师可申请装置开放预约时间段，管理员通过后，学生可在app中进行装置预约；
64.③
实训教室可视化：在app中设置实训教室功能模块，在该模块中能查看每套装置的实时视频监控画面、流程图(含实时数据)、装置点位信息(含每个点位数据，包括点位控制功能)；
65.④
学习资源：学习资源能在后台添加，有文档、视频和课件三种类型学习资源，点击学习详情可以查看学习资源详情，可在手机app中进行查看。
66.(2)管理后台功能：
67.①
登录后地图引导进入学校管理后台；
68.②
设备综合管理：能对设备进行生命周期管理，有备件管理、设备报修、设备使用率、设备二维码下载功能；
69.③
操作记录统计：后台可查看设备操作记录，可按开关机时间进行搜索；
70.④
设备历史数据：可在后台查看设备历史参数的数据，可按周、月、年进行筛选，可导出数据报表，可查看数据图表；
71.⑤
设备能耗管理：根据关键字和时间查看设备能耗数据，可以查看设备、实验和实验室三种类型，点击旁边的数据视图按钮，条形统计图展示转换成数据视图展示。
72.与现有技术相比，本实施例提供了一种综合传热实验装置，包含进行多种换热器特性和多种不同换热介质特性，有宽的流量，可快速提供常压连续水蒸气，可通过切换该装置中的各个阀门使进行该特定实验所需要的组成部件处于连通状态，从而实现进行特定实验的目的。同时，本实施例将智慧实训室管控一体化平台软件融于其中，操作智能化，更便捷和实在。
73.本实施例面向化工工程与工艺、应用化学、电气工程、通信工程以及测控技术等工科专业的本科学生研究需要，建立综合传热实验装置，采用智慧实训室管控一体化平台软，将物联网与实体设备有机结合的方式，构建科技最前沿的高智能实验系统
74.上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。即使对本实用新型作出各种变化，倘若这些变化属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本实用新型的保护范围之中。