一种小温差板式换热器热工性能及流动阻力测试台架的制作方法

1.本发明涉及一种小温差板式换热器热工性能及流动阻力测试台架，具体涉及一种针对海洋温差能发电系统换热器领域中的板式换热器进行热工性能和流体阻力测试的试验台架。


背景技术：

2.海洋温差能是指海洋表层海水和深层海水之间水温之差的热能，是清洁可再生能源，资源稳定，不存在间歇，较少受昼夜和季节影响。海洋温差能发电是海洋能的一种重要利用方式，美国、日本和印度已建成海洋温差能发电示范装置，国内也在为筹建海洋温差能发电示范平台进行相关试验和样机研制。海洋温差能发电系统中换热器的冷热工质进出口换热温差很小，能量密度低，需要的换热面积很大；其次，换热器直接与海水接触，容易被海水腐蚀和海洋微生物附着而使得换热效率大大降低。因此，恶劣的工作环境对换热器的型式和性能都提出了很高的要求。
3.目前，世界主要的海洋温差能发电示范装置中换热器的型式主要是壳管式和板式，以板式换热器居多。因此，进行板式换热器热工性能和流体阻力的测试可为国内海洋温差能发电示范平台开发小温差低流阻高效换热板式换热器产品并检验板式换热器产品质量特性提供重要的依据。
4.中国专利公开号(cn 102175351 a)公开了一种液-液换热器热工性能及流体阻力测试装置，但该测试装置需辅以蒸汽换热单元、冷热源换热单元、冷却塔、锅炉等配试设备，试验系统管路复杂，在测试工况切换时改换管路结构变动较大，灵活性欠佳。
5.为满足清洁低碳和安全高效的能源发展要求，必须加快清洁可再生能源的开发和利用。作为海洋温差能发电系统的关键设备换热器，面临换热温差小、海水腐蚀等工作环境，需对海洋温差能发电系统换热器领域中的板式换热器进行热工性能和流体阻力测试，满足换热器高性能低流阻和发电系统稳定性的设计要求。


技术实现要素：

6.本发明针对上述问题，提出一种小温差板式换热器热工性能及流动阻力测试台架，以减少配试设备，简化试验系统管路，并提高测试台架工况切换的灵活性。
7.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种小温差板式换热器热工性能及流动阻力测试台架，用于根据海洋温差发电系统换热器的工况条件对板式换热器测试件进行热工性能和流动阻力测试，包括冷水机组、水泵、调节阀、质量流量计、辅助冷凝器、切换阀组、工质缓冲罐、工质泵、板式换热器测试件、气液分离罐、可调电加热恒温水箱、截止阀、y型过滤器，所述冷水机组、水泵、调节阀、质量流量计连接形成冷水机组管路；所述切换阀组、工质缓冲罐、工质泵、气液分离罐连接形成工质侧管路；所述可调电加热恒温水箱、截止阀、y型过滤器连接形成可调电加热恒温水箱管路；做蒸发工况试验时，所述冷水机组管路和工质侧管路连接辅助冷凝器，工质侧管路和可调电加热恒温水箱管路连接板式换热器测试
件；做冷凝工况试验时，所述冷水机组管路和工质侧管路连接板式换热器测试件，工质侧管路和可调电加热恒温水箱管路连接辅助冷凝器。
8.进一步，当蒸发工况试验和冷凝工况试验切换时，通过互换板式换热器测试件和辅助换热器水侧的法兰，并把切换阀组进行切换，使得仅液态工质进入工质缓冲罐中。
9.进一步，所述板式换热器被测试件进出口设置温度传感器、压力传感器、流量计，用于实时监控试验工况，并通过控制柜调节冷水机组的冷水温度，满足系统工况需求。
10.进一步，所述可调电加热恒温水箱利用自带的plc电加热控制系统进行水温的设置与调节。
11.进一步，蒸发试验工况时，所述工质缓冲罐中的制冷剂经过工质泵、切换阀组、调节阀和质量流量计进入板式换热器测试件，与来自可调电加热恒温水箱里的温水进行热量交换而蒸发沸腾，工质蒸气和部分液态工质混合物进入气液分离罐中，经分离出来的纯净工质蒸气进入辅助冷凝器中与来自冷水机组的冷水进行热量交换而凝结为液态工质，最后经切换阀组进入工质缓冲罐，从而实现工质循环。
12.进一步，所述板式换热器测试件降温后的温水通过管路回到可调电加热恒温水箱中；在辅助冷凝器吸收工质蒸气热量的冷水通过管路回到冷水机组中，从而实现系统中温水和冷水的循环。
13.进一步，冷凝试验工况时，所述工质缓冲罐中的制冷剂经过工质泵、切换阀组、调节阀和质量流量计进入辅助蒸发器，与来自可调电加热恒温水箱里的温水进行热量交换而蒸发沸腾，工质蒸气和部分液态工质混合物进入气液分离罐中，经分离出来的纯净工质蒸气进入板式换热器测试件中与来自冷水机组的冷水进行热量交换而凝结为液态工质，最后经切换阀组进入工质缓冲罐，从而实现工质循环。
14.进一步，所述辅助蒸发器降温后的温水通过管路回到可调电加热恒温水箱中。在板式换热器测试件吸收工质蒸气热量的冷水通过管路回到冷水机组中，从而实现系统中温水和冷水的循环。
15.本发明的有益效果是：
16.1、减少了系统搭建配试设备和工程建设投资，简化了试验系统管路。
17.2、通过互换板式换热器测试件和辅助换热器水侧的法兰，并切换阀组可快速实现蒸发工况和冷凝工况的切换，提高了测试台架的使用灵活性。
18.3、板式换热器测试件和辅助换热器的进出口温度、压力和流量可实时监控与精确调节，针对海洋温差发电系统小温差换热器工况条件，该台架能进行不同工作点的蒸发试验和冷凝试验的热工性能检测和流动阻力特性测试，最终得出板式换热器测试件的综合检测结果。
附图说明
19.图1为板式换热器测试件蒸发工况试验示意图；
20.图2为板式换热器测试件冷凝工况试验示意图；
21.其中：1—冷水机组，2—水泵，3—调节阀，4—质量流量计，5—辅助冷凝器，6—切换阀组，7—工质缓冲罐，8—工质泵，9—板式换热器测试件，10—气液分离罐，11—可调电加热恒温水箱，12—截止阀，13—y型过滤器。
具体实施方式
22.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
23.如图1，2所示，本发明的一种小温差板式换热器热工性能及流动阻力测试台架，可对板式换热器测试件进行蒸发工况试验和冷凝工况试验的热工性能和流动阻力测试，包括冷水机组1、水泵2、调节阀3、质量流量计4、辅助冷凝器5、切换阀组6、工质缓冲罐7、工质泵8、板式换热器测试件9、气液分离罐10、可调电加热恒温水箱11、截止阀12、y型过滤器13。
24.冷水机组1、水泵2、调节阀3、质量流量计4连接形成冷水机组管路；切换阀组6、工质缓冲罐7、工质泵8、气液分离罐10连接形成工质侧管路；可调电加热恒温水箱11、截止阀12、y型过滤器13连接形成可调电加热恒温水箱管路。
25.如图1所示，做蒸发工况试验时，冷水机组管路和工质侧管路连接辅助冷凝器5，工质侧管路和可调电加热恒温水箱管路连接板式换热器测试件9。
26.如图2所示，做冷凝工况试验时，冷水机组管路和工质侧管路连接板式换热器测试件9，工质侧管路和可调电加热恒温水箱管路连接辅助冷凝器5。
27.蒸发试验和冷凝试验工况切换时，只需把板式换热器测试件9和辅助换热器5水侧的法兰进行互换，并把切换阀组6进行切换，使得仅液态工质进入工质缓冲罐7中。
28.如图1所示，蒸发试验工况时，工质缓冲罐7中的制冷剂经过工质泵8、切换阀组6、调节阀和质量流量计进入板式换热器测试件9，与来自可调电加热恒温水箱11里的温水进行热量交换而蒸发沸腾，工质蒸气和部分液态工质混合物进入气液分离罐10中，经分离出来的纯净工质蒸气进入辅助冷凝器5中与来自冷水机组1的冷水进行热量交换而凝结为液态工质，最后经切换阀组6进入工质缓冲罐7，从而实现工质循环。
29.经过板式换热器测试件9降温后的温水通过管路回到可调电加热恒温水箱11中。在辅助冷凝器5吸收工质蒸气热量的冷水通过管路回到冷水机组1中，从而实现系统中温水和冷水的循环。
30.在辅助冷凝器5的水侧(冷侧)进口管路安装有质量流量计4，并在进口处安装有温度传感器(tfci)和压力传感器(pfci)，出口处安装有温度传感器(tfco)和压力传感器(pfco)；在辅助冷凝器5的工质侧(热侧)进口管路安装有质量流量计，并在进口处安装有温度传感器(tfhi)和压力传感器(pfhi)，出口处安装有温度传感器(tfho)和压力传感器(pfho)。
31.在板式换热器测试件9的水侧(热侧)进口管路安装有质量流量计，并在进口处安装有温度传感器(thi)和压力传感器(phi)，出口处安装有温度传感器(tho)和压力传感器(pho)；在板式换热器测试件9的工质侧(冷侧)进口管路安装有质量流量计，并在进口处安装有温度传感器(tci)和压力传感器(pci)，出口处安装有温度传感器(tco)和压力传感器(pco)。
32.图1系统中的温度传感器、压力传感器和质量流量计在试验前均需进行标定以保证测量数据的准确性和可靠性。温度传感器信号、压力传感器信号和质量流量计信号可实时传输到工控机，并在计算机上进行显示与数据处理。冷水机组1的冷水温度可通过内部控制柜进行调节，可调电加热恒温水箱11通过自带的plc电加热控制系统可进行水温的设置与调节。
33.板式换热器测试件9做蒸发试验时，待蒸发试验工况稳定到设计工况时，可在计算
机上进行数据采集，记录板式换热器测试件9水侧(热侧)的质量流量mhi、进口温度thi、进口压力phi、出口温度tho、出口压力pho、工质侧(冷侧)的质量流量mci、进口温度tci、进口压力pci、出口温度tco、出口压力pco。板式换热器测试件9中的水侧(热侧)换热量通过水侧的进出口温度和质量流量数据进行计算得出；板式换热器测试件9中的工质侧(冷侧)换热量通过工质侧的进出口温度和质量流量数据进行计算得出；水侧(热侧)和工质侧(冷侧)的流体阻力特性可分别由对应的进口压力phi、出口压力pho、进口压力pci和pco计算得出。
34.蒸发试验工况时，工质缓冲罐7中的制冷剂经过工质泵8、切换阀组6、调节阀和质量流量计进入板式换热器测试件9，与来自可调电加热恒温水箱11里的温水进行热量交换而蒸发沸腾，工质蒸气和部分液态工质混合物进入气液分离罐10中，经分离出来的纯净工质蒸气进入辅助冷凝器5中与来自冷水机组1的冷水进行热量交换而凝结为液态工质，最后经切换阀组6进入工质缓冲罐7，从而实现工质循环。
35.经过板式换热器测试件9降温后的温水通过管路回到可调电加热恒温水箱11中。在辅助冷凝器5吸收工质蒸气热量的冷水通过管路回到冷水机组1中，从而实现系统中温水和冷水的循环。
36.如图2所示，冷凝试验工况时，工质缓冲罐7中的制冷剂经过工质泵8、切换阀组6、调节阀和质量流量计进入辅助蒸发器5，与来自可调电加热恒温水箱11里的温水进行热量交换而蒸发沸腾，工质蒸气和部分液态工质混合物进入气液分离罐10中，经分离出来的纯净工质蒸气进入板式换热器测试件9中与来自冷水机组1的冷水进行热量交换而凝结为液态工质，最后经切换阀组6进入工质缓冲罐7，从而实现工质循环。
37.经过辅助蒸发器5降温后的温水通过管路回到可调电加热恒温水箱11中。在板式换热器测试件9吸收工质蒸气热量的冷水通过管路回到冷水机组1中，从而实现系统中温水和冷水的循环。
38.在板式换热器测试件9的水侧(冷侧)进口管路安装有质量流量计4，并在进口处安装有温度传感器(tci)和压力传感器(pci)，出口处安装有温度传感器(tco)和压力传感器(pco)；在板式换热器测试件9的工质侧(热侧)进口管路安装有质量流量计，并在进口处安装有温度传感器(thi)和压力传感器(phi)，出口处安装有温度传感器(tho)和压力传感器(pho)。
39.在辅助蒸发器5的水侧(热侧)进口管路安装有质量流量计，并在进口处安装有温度传感器(tfhi)和压力传感器(pfhi)，出口处安装有温度传感器(tfho)和压力传感器(pfho)；在辅助蒸发器5的工质侧(冷侧)进口管路安装有质量流量计，并在进口处安装有温度传感器(tfci)和压力传感器(pfci)，出口处安装有温度传感器(tfco)和压力传感器(pfco)。
40.图2系统中的温度传感器、压力传感器和质量流量计在试验前均需进行标定以保证测量数据的准确性和可靠性。温度传感器信号、压力传感器信号和质量流量计信号可实时传输到工控机，并在计算机上进行显示与数据处理。冷水机组1的冷水温度可通过内部控制柜进行调节，可调电加热恒温水箱11通过自带的plc电加热控制系统可进行水温的设置与调节。
41.板式换热器测试件9做冷凝试验时，待冷凝试验工况稳定到设计工况时，可在计算机上进行数据采集，记录板式换热器测试件9水侧(冷侧)的质量流量mci、进口温度tci、进
口压力pci、出口温度tco、出口压力pco、工质侧(热侧)的质量流量mhi、进口温度thi、进口压力phi、出口温度tho、出口压力pho。板式换热器测试件9中的水侧(冷侧)换热量通过水侧的进出口温度和质量流量数据进行计算得出；板式换热器测试件9中的工质侧(热侧)换热量通过工质侧的进出口温度和质量流量数据进行计算得出；水侧(冷侧)和工质侧(热侧)的流体阻力特性可分别由对应的进口压力pci、出口压力pco、进口压力phi和pho计算得出。
42.冷凝试验工况时，工质缓冲罐7中的制冷剂经过工质泵8、切换阀组6、调节阀和质量流量计进入辅助蒸发器5，与来自可调电加热恒温水箱11里的温水进行热量交换而蒸发沸腾，工质蒸气和部分液态工质混合物进入气液分离罐10中，经分离出来的纯净工质蒸气进入板式换热器测试件9中与来自冷水机组1的冷水进行热量交换而凝结为液态工质，最后经切换阀组6进入工质缓冲罐7，从而实现工质循环。
43.经过辅助蒸发器5降温后的温水通过管路回到可调电加热恒温水箱11中。在板式换热器测试件9吸收工质蒸气热量的冷水通过管路回到冷水机组1中，从而实现系统中温水和冷水的循环。
44.在板式换热器测试件9的水侧(冷侧)进口管路安装有质量流量计4，并在进口处安装有温度传感器(tci)和压力传感器(pci)，出口处安装有温度传感器(tco)和压力传感器(pco)；在板式换热器测试件9的工质侧(热侧)进口管路安装有质量流量计，并在进口处安装有温度传感器(thi)和压力传感器(phi)，出口处安装有温度传感器(tho)和压力传感器(pho)。
45.在辅助蒸发器5的水侧(热侧)进口管路安装有质量流量计，并在进口处安装有温度传感器(tfhi)和压力传感器(pfhi)，出口处安装有温度传感器(tfho)和压力传感器(pfho)；在辅助蒸发器5的工质侧(冷侧)进口管路安装有质量流量计，并在进口处安装有温度传感器(tfci)和压力传感器(pfci)，出口处安装有温度传感器(tfco)和压力传感器(pfco)。
46.图2系统中的温度传感器、压力传感器和质量流量计在试验前均需进行标定以保证测量数据的准确性和可靠性。温度传感器信号、压力传感器信号和质量流量计信号可实时传输到工控机，并在计算机上进行显示与数据处理。冷水机组1的冷水温度可通过内部控制柜进行调节，可调电加热恒温水箱11通过自带的plc电加热控制系统可进行水温的设置与调节。
47.板式换热器测试件9做冷凝试验时，待冷凝试验工况稳定到设计工况时，可在计算机上进行数据采集，记录板式换热器测试件9水侧(冷侧)的质量流量mci、进口温度tci、进口压力pci、出口温度tco、出口压力pco、工质侧(热侧)的质量流量mhi、进口温度thi、进口压力phi、出口温度tho、出口压力pho。板式换热器测试件9中的水侧(冷侧)换热量通过水侧的进出口温度和质量流量数据进行计算得出；板式换热器测试件9中的工质侧(热侧)换热量通过工质侧的进出口温度和质量流量数据进行计算得出；水侧(冷侧)和工质侧(热侧)的流体阻力特性可分别由对应的进口压力pci、出口压力pco、进口压力phi和pho计算得出。