專利名稱：一種列管換熱教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種化工原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種將冷熱液體間壁式傳熱的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)真實(shí)全面地展示給實(shí)驗(yàn)操作者的列管換熱教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
化工原理是一門關(guān)于化學(xué)加工過(guò)程的技術(shù)基礎(chǔ)課，它為過(guò)程工業(yè)(包括化工、輕工、醫(yī)藥、食品、環(huán)境、材料、冶金等工業(yè)部門)提供科學(xué)基礎(chǔ)，對(duì)化工及相近學(xué)科的發(fā)展起支撐作用。而傳熱是化學(xué)工業(yè)中最常見(jiàn)的單元操作之一。在傳熱設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的換熱設(shè)備就是列管式換熱器，由于列管式換熱器具有單位體積的傳熱面積大，結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固，傳 熱效果好，適用性較強(qiáng)，操作彈性大的優(yōu)點(diǎn)，在化工生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。列管式換熱器教學(xué)內(nèi)容，以傳遞過(guò)程原理和研究方法論為主線，其教學(xué)包括三個(gè)環(huán)節(jié)，即理論課教學(xué)、實(shí)驗(yàn)課教學(xué)和課程設(shè)計(jì)。在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)環(huán)節(jié)中，實(shí)際應(yīng)用的列管式換熱器相關(guān)設(shè)備由于體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不直觀形象，不適宜直接作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。而且由于《化工原理》中傳熱一章涉及較多的概念及公式，為有利于初學(xué)者盡快系統(tǒng)掌握本章的知識(shí)體系，課程教學(xué)過(guò)程中設(shè)計(jì)了較多的演示實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和綜合性設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，使得實(shí)驗(yàn)設(shè)備繁雜而功能卻較為單一，目前市場(chǎng)上傳熱教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置雖然很多，但還沒(méi)有集成化的傳熱教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種列管換熱教學(xué)裝置，可以測(cè)量二種流體在不同的流動(dòng)狀態(tài)下傳熱系數(shù)，集控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理于一體，將列管式換熱器及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)真實(shí)全面地展示給實(shí)驗(yàn)操作者。為此，本實(shí)用新型采取如下技術(shù)方案一種列管換熱教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)和控制對(duì)象，其特征在于所述的控制對(duì)象包括熱水箱和冷水箱，所述的冷水箱連接冷水泵，熱水箱連接熱水泵，所述的冷水泵連接冷水主管道，該冷水主管道又分別通過(guò)冷水進(jìn)管和冷水出管連接在一列管換熱器的兩端，所述的冷水主管上設(shè)置冷水流量計(jì)，所述的冷水進(jìn)管上設(shè)置冷水進(jìn)口溫度傳感器，所述的冷水出管上設(shè)置冷水出口溫度傳感器，所述的冷水進(jìn)管上設(shè)置并流冷水進(jìn)閥，所述的冷水出管上設(shè)置逆流冷水進(jìn)閥；所述的熱水泵通過(guò)熱水進(jìn)管接入列管換熱器的熱水接入端，列管換熱器的熱水出口端通過(guò)熱水出管連接熱水箱，所述的熱水進(jìn)管上設(shè)置熱水流量計(jì)和熱水進(jìn)口溫度傳感器，所述熱水出管上設(shè)置熱水出口溫度傳感器。上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)裝配備專門用于實(shí)驗(yàn)裝置的上位監(jiān)控工程，完成數(shù)據(jù)采集和對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、記錄、控制，自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，生成相應(yīng)的報(bào)表、曲線。所述的上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)之間通過(guò)基于Modbus協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)通 目;所述冷水進(jìn)管和冷水出管上還設(shè)置冷水出口閥，所述冷水出口閥為電磁閥。[0010]所述熱水箱內(nèi)設(shè)置高位溫度傳感器和低位溫度傳感器。所述熱水箱內(nèi)部設(shè)置有熱水折流板。所述熱水箱、冷水箱分別連接液位繼電器控制液位。所述控制對(duì)象的數(shù)據(jù)采集控制均通過(guò)航空插座與控制系統(tǒng)連接。所述的熱水泵和冷水泵上均連接變頻器。本實(shí)用新型通過(guò)切換冷流體管路上的并流冷水進(jìn)閥和逆流冷水進(jìn)閥，實(shí)現(xiàn)換熱器的并流傳熱實(shí)驗(yàn)和逆流傳熱實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)換，通過(guò)改變與冷水泵及熱水泵相連的變頻器可以調(diào) 節(jié)冷熱水流量。所有數(shù)據(jù)采用上位機(jī)監(jiān)控并采集和控制，同時(shí)上位監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算并生成數(shù)據(jù)報(bào)表。非常便于學(xué)生易于理解和掌握傳熱過(guò)程中一些常用的基本概念和規(guī)律，以期收到較好的教學(xué)效果。

圖I為本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)裝置控制柜布局圖。圖中1-熱水箱，2-冷水箱，3-列管換熱器，4-管程，5-熱水泵，6_冷水泵，7_冷水流量計(jì)，8-熱水流量計(jì)，9-冷水出口溫度傳感器，10-冷水進(jìn)口溫度傳感器，11-熱水進(jìn)口溫度傳感器，12-熱水出口溫度傳感器，13-高位溫度傳感器，14-低位溫度傳感器，15-并流冷水進(jìn)閥，16-逆流冷水進(jìn)閥，17-航空插座，18-冷水出口閥，19-電加熱器，20-熱水箱折流板，21-熱水箱高低位溫度監(jiān)控，22-液位繼電器，23-冷水泵變頻器，24-熱水泵變頻器25-冷水主管道26-冷水進(jìn)管27-冷水出管28-熱水進(jìn)管29-熱水出管。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。如圖I和圖2所示的列管換熱教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)和控制對(duì)象，控制對(duì)象包括熱水箱I和冷水箱2，冷水箱2連接冷水泵6，熱水箱I連接熱水泵5，冷水泵6連接冷水主管道25，該冷水主管道25又分別通過(guò)冷水進(jìn)管26和冷水出管27連接在一列管換熱器3的兩端，冷水主管25上設(shè)置冷水流量計(jì)7，冷水進(jìn)管26上設(shè)置冷水進(jìn)口溫度傳感器10，冷水出管27上設(shè)置冷水出口溫度傳感器9，冷水進(jìn)管26上設(shè)置并流冷水進(jìn)閥15，冷水出管27上設(shè)置逆流冷水進(jìn)閥16。熱水泵5通過(guò)熱水進(jìn)管28接入列管換熱器3的熱水接入端，列管換熱器3的熱水出口端通過(guò)熱水出管29連接熱水箱1，熱水進(jìn)管上28設(shè)置熱水流量計(jì)8和熱水進(jìn)口溫度傳感器11，熱水出管29上設(shè)置熱水出口溫度傳感器12。上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)裝配備專門用于實(shí)驗(yàn)裝置的上位監(jiān)控工程，完成數(shù)據(jù)采集和對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、記錄、控制，自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，生成相應(yīng)的報(bào)表、曲線。上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)之間通過(guò)基于Modbus協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)通信；冷水進(jìn)管26和冷水出管27上還設(shè)置冷水出口閥18，冷水出口閥18為電磁閥。熱水箱I內(nèi)設(shè)置高位溫度傳感器13和低位溫度傳感器14，熱水箱I內(nèi)部設(shè)置有熱水溢流板20和電加熱器19。熱水箱I、冷水箱2分別連接液位繼電器22控制液位?？刂茖?duì)象的數(shù)據(jù)采集控制均通過(guò)航空插座17與控制系統(tǒng)連接，熱水泵5連接熱水泵變頻器23，冷水泵6連接冷水變頻器24。冷水為自來(lái)水，先通入冷水箱2，被冷水 泵6抽出后，經(jīng)冷水渦輪流量計(jì)7測(cè)出冷水流量，冷水進(jìn)口溫度傳感器10測(cè)出冷水并流時(shí)的進(jìn)口溫度，進(jìn)入列管換熱器3的管程4，換熱后出口處冷水出口溫度傳感器9測(cè)出其出口溫度。熱水來(lái)自熱水箱1，由電加熱器19加熱，被熱水泵5抽出后，經(jīng)熱水渦輪流量計(jì)8測(cè)出熱水流量，熱水進(jìn)口溫度傳感器11測(cè)出熱水的進(jìn)口溫度，進(jìn)入列管換熱器3的管程，并在出口處由熱水出口溫度傳感器12測(cè)量出換熱后的出口溫度。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)切換冷流體管路上的閥門并流冷水進(jìn)閥15和逆流冷水進(jìn)閥16，可實(shí)現(xiàn)換熱器的并流傳熱實(shí)驗(yàn)和逆流傳熱實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)換。熱水溫度由人工智能調(diào)節(jié)器根據(jù)熱水箱I內(nèi)的實(shí)際溫度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，溫度由高位水溫傳感器13和低位水溫傳感器14測(cè)得，并在控制柜熱水箱高低位溫度監(jiān)控21分別顯示。熱水及冷水流量分別通過(guò)與熱水泵5及冷水泵6相連的熱水泵變頻器24和冷水泵變頻器23來(lái)調(diào)節(jié)流量，并分別由渦輪流量計(jì)測(cè)出熱水及冷水流量。實(shí)驗(yàn)得到的各組數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)處理模板計(jì)算出各種流動(dòng)狀態(tài)下的傳熱系數(shù)。最后，應(yīng)當(dāng)指出，以上實(shí)施例僅是本實(shí)用新型較有代表性的例子。顯然，本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施例，還可以有許多變形。凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均應(yīng)認(rèn)為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種列管換熱教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)和控制對(duì)象，其特征在于所述的控制對(duì)象包括熱水箱和冷水箱，所述的冷水箱連接冷水泵，熱水箱連接熱水泵，所述的冷水泵連接冷水主管道，該冷水主管道又分別通過(guò)冷水進(jìn)管和冷水出管連接在一列管換熱器的兩端，所述的冷水主管上設(shè)置冷水流量計(jì)，所述的冷水進(jìn)管上設(shè)置冷水進(jìn)口溫度傳感器，所述的冷水出管上設(shè)置冷水出口溫度傳感器，所述的冷水進(jìn)管上設(shè)置并流冷水進(jìn)閥，所述的冷水出管上設(shè)置逆流冷水進(jìn)閥； 所述的熱水泵通過(guò)熱水進(jìn)管接入列管換熱器的熱水接入端，列管換熱器的熱水出口端通過(guò)熱水出管連接熱水箱，所述的熱水進(jìn)管上設(shè)置熱水流量計(jì)和熱水進(jìn)口溫度傳感器，所述熱水出管上設(shè)置熱水出口溫度傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的列管換熱教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)之間通過(guò)基于Modbus協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的列管換熱教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述冷水進(jìn)管和冷水出管上還設(shè)置冷水出口閥，所述冷水出口閥為電磁閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的列管換熱教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述熱水箱內(nèi)設(shè)置高位溫度傳感器和低位溫度傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的列管換熱教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述熱水箱內(nèi)部設(shè)置有熱水折流板。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的列管換熱教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述熱水箱、冷水箱分別連接液位繼電器控制液位。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的列管換熱教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述控制對(duì)象的數(shù)據(jù)采集控制均通過(guò)航空插座與控制系統(tǒng)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的列管換熱教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述的熱水泵和冷水泵上均連接變頻器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種列管換熱教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其包括上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)和控制對(duì)象，控制對(duì)象包括熱水箱和冷水箱，所述的冷水箱連接冷水泵，熱水箱連接熱水泵，所述的冷水泵連接冷水主管道，該冷水主管道又分別通過(guò)冷水進(jìn)管和冷水出管連接在一列管換熱器的兩端，所述的冷水主管上設(shè)置冷水流量計(jì)，所述的冷水進(jìn)管上設(shè)置冷水進(jìn)口溫度傳感器，所述的冷水出管上設(shè)置冷水出口溫度傳感器，所述的冷水進(jìn)管上設(shè)置并流冷水進(jìn)閥，所述的冷水出管上設(shè)置逆流冷水進(jìn)閥。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)換熱器的并流傳熱實(shí)驗(yàn)和逆流傳熱實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)換，通過(guò)改變與冷水泵及熱水泵相連的變頻器可以調(diào)節(jié)冷熱水流量。
文檔編號(hào)G09B23/16GK202650363SQ20122024349
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者黃華圣, 魏佩敏, 崔富義, 王治江 申請(qǐng)人:浙江天煌科技實(shí)業(yè)有限公司