密閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)多支路流量-水阻實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

洪春鳳，任 凱，符夏穎，楊偉龍，郭紹強(qiáng)，汪廣武，耿 曼，劉建偉，蒙元楷

(廣州高瀾節(jié)能技術(shù)股份有限公司，廣東 廣州 510663)

管路的主要作用是輸送冷卻介質(zhì)至各被冷卻器件，最終各被冷卻器件的熱量通過冷卻介質(zhì)帶走。被冷卻器件在使用前需要進(jìn)行測(cè)試，以得知是否在額定的流量下器件能達(dá)到的需求功率，以滿足整機(jī)散熱效果。正確得知器件性能參數(shù)有利于冷卻系統(tǒng)的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)，有利于變頻柜內(nèi)管路的均勻分配。

多支路流量-水阻實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要用于被冷卻器件額定流量下水阻測(cè)試，可以采用并聯(lián)、串聯(lián)的方式進(jìn)行多級(jí)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)模擬被冷卻器件水阻，并均衡分配各不同器件的水阻，使得系統(tǒng)中的被冷卻器件流量均衡，滿足散熱要求。

本文通過對(duì)平臺(tái)的設(shè)計(jì)原理，核算，再到結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，結(jié)論一系列來論述此平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

1 設(shè)計(jì)原理

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為得知被冷卻器件流量-水阻性能參數(shù)提供條件。

如圖1流程圖所示，多支路流量-壓力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括循環(huán)水泵(1)，通過循環(huán)水泵(1)出水端連接散熱模塊(3)，以保證系統(tǒng)在運(yùn)行過程當(dāng)中降低介質(zhì)溫度。出水端連接閥門(6-1)(7)(6-2)，以此來調(diào)節(jié)出口端的流量大小。循環(huán)水泵(1)回水端連接帶可視液位緩沖罐(8)，可緩沖由于瞬間沖擊帶來的震動(dòng)。

系統(tǒng)出水端連接支路調(diào)節(jié)閥門(9)，可調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)的額定流量，可通過水阻(12)達(dá)到模擬效果。

由于整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)需要滿足大小不同的各類流量-水阻測(cè)試，故多支路設(shè)置為不同的流量測(cè)試，選擇的范圍廣，精度高。 根據(jù)流量不同，需要調(diào)整系統(tǒng)流量的大小，故水泵設(shè)置為變頻且增加短路閥門。

包括通過管路連接成循環(huán)回路的主循環(huán)水泵、緩沖罐、不同流量支路接入口及散熱模塊，所述不同流量支路接入口包括流量變送器傳感元件和通過各支路的壓力變送器及壓力變送器間的模擬水阻，可同時(shí)自動(dòng)測(cè)出幾個(gè)支路管道水阻。

選用電子流量計(jì)，壓力變送器，各器件可以與上位機(jī)所在的控制柜相連，數(shù)據(jù)上傳CPU，通過CPU控制，實(shí)現(xiàn)觸摸屏操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，根據(jù)測(cè)試目的，調(diào)整流量、壓力，水阻等，以便完成目的測(cè)試，非常實(shí)用。

圖1 流程圖

2 主要器件核算

根據(jù)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，確定各器件的壓損，核算出主要部件。

某系統(tǒng)模塊流量-壓力配比測(cè)試，模塊水路系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

圖2 模塊水路系統(tǒng)原理圖

管路元件流量-水阻參數(shù)如表1所示。

表1 管路元件流量-水阻參數(shù)

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，得出管路系統(tǒng)中最大的并聯(lián)支路元件為5 bar，其他支路按照此支路配比。

假設(shè)系統(tǒng)總流量為130L/min，計(jì)算不銹鋼主管流阻，直管流阻計(jì)算公式:

i= 105·(G/C)1.85·(dj)-4.87(1)

式中：i-比摩阻(kPa/m)；

G-水流量(m3/s)；

dj-管道計(jì)算內(nèi)徑(m)；

C -海澄威廉系數(shù)，對(duì)于塑料管C=140，不銹鋼管C=130。

H=i·L (2)

式中H-流阻(kPa)；

L-管路長度(m)。

彎頭壓降計(jì)算：

H=§·v2/2g (3)

式中§-為水頭損失系數(shù)，取工程經(jīng)驗(yàn)值1.13。

表2 水力核算

系統(tǒng)總流量為130 L/min時(shí)，被冷卻器件支路(支路軟管+被冷卻器)最大流阻為5+0.2(經(jīng)驗(yàn)值)=5.2bar，不銹鋼主管道的流阻為0.16bar，則整個(gè)管路系統(tǒng)(不銹鋼部分+橡膠軟管)流阻為5.2+0.16=5.36bar，為滿足大小水阻的器件，算上管路壓損，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，水泵的揚(yáng)程選定為80 m。

由于器件流量壓損各不相同，目前選取的流量分為三個(gè)范圍，0.5 ～12 L/min，12～70 L/min，70～400 L/min，可滿足不同階段的流量測(cè)試范圍，提高精度，水泵變頻處理。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)零部件主要包括：水泵、罐體、散熱器、流量計(jì)、截止閥、壓力變送器、球閥、溫度變送器等。

主要零部件的作用：

水泵：為整個(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力源；

罐體：穩(wěn)壓，減緩沖擊并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)水量；

散熱器：主要在系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試作用時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻；

流量計(jì)：被冷卻器件及其支路流量監(jiān)測(cè)；

壓力變送器：被冷卻器件及其支路壓力監(jiān)測(cè)；

截止閥：調(diào)節(jié)被冷卻器件支路的流量屬性；

球閥：調(diào)節(jié)主管路上的流量進(jìn)行分流。

流量與壓力數(shù)據(jù)上傳CPU，如圖3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所示，為便于測(cè)試調(diào)節(jié)與監(jiān)控，觸摸屏的界面與截止閥門同一方向，將閥門高度設(shè)置為人體適宜操作位置，可同時(shí)操作觸摸屏與閥門。

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語

通過對(duì)密閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)的核算、結(jié)構(gòu)布置，此系統(tǒng)可滿足測(cè)試流量在0.2～450 L/min，支路水阻最高在7 bar左右的被冷卻器件的需求。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)數(shù)據(jù)上傳CPU，顯示清晰可見。接入口增加不同流量支路，解決以往人為因素讀數(shù)誤差，重復(fù)人為操作測(cè)試，可多支路同時(shí)自動(dòng)測(cè)量，數(shù)據(jù)直接上傳系統(tǒng)，精度高，直觀，高效。

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