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原文传递一种油冷却器热交换性能试验装置及其试验方法

专利名称：	一种油冷却器热交换性能试验装置及其试验方法
摘要：	本发明公开了一种油冷却器热交换性能试验装置及其试验方法，特点是包括用于提供整个试验装置的油源并对液压油进行加热的液压油循环系统和用于提供整个试验装置的水源并与加热后的高温液压油进行换热的冷却水循环系统，其试验方法为通过工控机调节冷却水循环系统中冷却水的流量和液压油循环系统中高温液压油的流量；通过对待测油冷却器进出口压力的调节，获得各个流量节点的热交换系数，绘制油冷却器热交换系数的正反向调节曲线；对比油冷却器热交换系数的正向调节曲线和逆向调节曲线，确定油冷却器的最佳热交换系数、平均热交换系数和热交换系数最大差值，优点是能够精确且全面评价油冷却器热交换性能，且降低测试所需能耗。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	宁波市产品质量监督检验研究院
发明人：	郑智剑;应立峰;王洋定;钱咪
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-15T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910116988.0
公开号：	CN109884113A
代理机构：	宁波奥圣专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	何仲
分类号：	G01N25/20(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	315040 浙江省宁波市鄞州区高新区江南路1588号D座
主权项：	1.一种油冷却器热交换性能试验装置，其特征在于：包括用于提供整个试验装置的油源并对液压油进行加热的液压油循环系统和用于提供整个试验装置的水源并与加热后的高温液压油进行换热的冷却水循环系统；所述的液压油循环系统包括油箱，所述的油箱的出口分别连接有小排量液压变量泵和大排量液压变量泵，所述的小排量液压变量泵通过油侧小口径流量控制阀连接有大量程流量计，所述的大排量液压变量泵通过油侧大口径流量控制阀与所述的大量程流量计连接，所述的大量程流量计通过进油球阀与被测油冷却器的进油口连接，所述的被测油冷却器的出油口依次通过出油球阀、油侧伺服阀和管道加热器与所述的油箱的进口连接；所述的冷却水循环系统包括冷却水塔，所述的冷却水塔的出口通过离心泵分别连接有水侧小口径流量控制阀、水侧中等口径流量控制阀和水侧大口径流量控制阀，所述的水侧小口径流量控制阀通过小通径流量计连接有进水球阀，所述的水侧中等口径流量控制阀通过中等通径流量计与所述的进水球阀连接，所述的水侧大口径流量控制阀通过大通径流量计通过与所述的进水球阀连接，所述的进水球阀与所述的被测油冷却器的进水口，所述的被测油冷却器的出水口依次通过出水球阀、水侧伺服阀和冷却器与所述的冷却水塔的进口连接。 2.根据权利要求1所述的一种油冷却器热交换性能试验装置，其特征在于：还包括工控机，所述的水侧小口径流量控制阀、所述的水侧中等口径流量控制阀、所述的水侧大口径流量控制阀、所述的油侧小口径流量控制阀和所述的油侧大口径流量控制阀分别与所述的工控机连接。 3.根据权利要求2所述的一种油冷却器热交换性能试验装置，其特征在于：所述的水侧小口径流量控制阀、所述的水侧中等口径流量控制阀、所述的水侧大口径流量控制阀、所述的油侧小口径流量控制阀和所述的油侧大口径流量控制阀均装有通过所述的工控机控制阀门开度的伺服控制系统。 4.根据权利要求2所述的一种油冷却器热交换性能试验装置，其特征在于：所述的冷却器和所述的管道加热器分别与所述的工控机连接。 5.根据权利要求1所述的一种油冷却器热交换性能试验装置，其特征在于：所述的进水球阀与所述的被测油冷却器之间装有进水口温度计和进水口压力表；所述的出水球阀与所述的被测油冷却器之间装有出水口温度计和出水口压力表；所述的进油球阀与所述的被测油冷却器之间装有进油口温度计和进油口压力表；所述的出油球阀与所述的被测油冷却器之间装有出油口温度计和出油口压力表，所述的工控机实时采集所述的进水口温度计、所述的出水口温度计、所述的进水口压力表、所述的出水口压力表、所述的进油口温度计、所述的出油口温度计、所述的进油口压力表和所述的出水油压力表的数据。 6.根据权利要求1所述的一种油冷却器热交换性能试验装置，其特征在于：所述的油箱内设置有电加热器，所述的冷却水塔和所述的油箱均装有温度传感器。 7.一种利用权利要求1-6中任一项所述的装置进行油冷却器热交换性能试验的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）在所述的液压油循环系统中，经电加热器加热至指定温度后的高温液压油经油箱出口可通过两个并联支路，其中第一支路依次经过小排量液压变量泵和小口径流量控制阀；第二支路依次经过大排量液压变量泵和大口径流量控制阀；两个支路出口的高温液压油汇合后进入大量程流量计，再依次通过进油球阀、被测油冷却器、出油球阀、油侧伺服阀和管道加热器，最终返回油箱；（2）在所述的冷却水循环系统中，冷却水塔中的冷却水经离心泵出口可通过三个并联支路，其中第一支路依次经过小口径流量控制阀和小通径流量计；第二支路依次经过中等口径流量控制阀和中等通径流量计；第三支路依次经过大口径流量控制阀和大通径流量计；三个支路出口的冷却水汇合后进入进水球阀，再依次通过被测油冷却器、出水球阀、水侧伺服阀和冷却器，最终返回冷却水塔；（3）在所述的液压油循环系统和冷却水循环系统运行稳定后，通过工控机分别采集进水口压力表、出水口压力表、进油口压力表和出油口压力表的压力值；通过工控机分别控制水侧小口径流量控制阀、水侧中等口径流量控制阀、水侧大口径流量控制阀、油侧小口径流量控制阀和油侧大口径流量控制阀的伺服控制系统，获得被测油冷却器进、出油口差压为100 kPa时的高温液压油流量，记为Q1；获得被测油冷却器进、出水口差压为50 kPa时的冷却水流量，记为Q2；（4）将所述的被测油冷却器的高温液压油和冷却水流量进行归一化处理，将被测油冷却器进、出油口差压为100 kPa时的高温液压油流量Q1设定为无量纲参数1；将被测油冷却器进、出水口差压为50 kPa时的冷却水流量Q2设定为无量纲参数1；高温液压油流量和冷却水流量归一化完成后，建立相应的控制函数；（5）开启工控机，分别以归一化后数值为0.1的高温液压油流量和冷却水流量作为初始流量，记录被测油冷却器的进出油口的初始压差△Po和进出水口的初始压差△Pw，通过公式1计算获得系统的热损失量；当系统的热损失量稳定后，即≤10%，且在2 min内的波动△≤±1%，开始调节被测油冷却器进油侧和进水侧的流量和压差；其中公式1具体如下：，其中，L为流量，cp为比热容，为密度，△T为进出口温度差，下标O为高温液压油，下标W为冷却水；（6）通过工控机提高水侧小口径流量控制阀、水侧中等口径流量控制阀和水侧大口径流量控制阀的开度，逐渐提高冷却水循环系统中冷却水的流量；通过工控机提高油侧小口径流量控制阀和油侧大口径流量控制阀的开度，逐渐提高液压油循环系统中高温液压油的流量；高温液压油和冷却水流量增加的节点均为0.05；在每个节点都需要重新计算热损失量；待前一个流量节点的热损失量达到相对稳定的状态后，即≤10%且在2 min内的波动△≤±1%，进入下一个流量节点；（7）当被测油冷却器油侧的压差达到100kPa或水侧的压差50kPa时，高温液压油和冷却水的流量调节过程中止，计算热损失量≤5%时的各个流量节点的热交换系数K，热交换系数公式：，其中L为流量，cp为比热容，为密度，△T为进出口温度差，下标O为高温液压油，下标W为冷却水， Fg为冷却面积，为对数平均温差，，其中Toi和Too分别为被测油冷却器进口和出口的液压油温度，Twi和Two分别为被测油冷却器进口和出口的冷却水温度，绘制油冷却器热交换系数K与流量之间的的正向调节曲线；（8）通过工控机减小水侧小口径流量控制阀、水侧中等口径流量控制阀和水侧大口径流量控制阀的开度，逐渐降低冷却水循环系统中冷却水的流量；通过工控机减小油侧小口径流量控制阀和油侧大口径流量控制阀的开度，逐渐降低液压油循环系统中高温液压油的流量；高温液压油和冷却水流量降低的节点均为0.05；在每个节点都需要重新计算热损失量；待前一个流量节点的热损失量稳定后，即≤10%，且在2 min内的波动△≤±1%，进入下一个流量节点；（9）当被测油冷却器油侧的压差降低至初始压差△Po或水侧的压差降低至初始压差时△Pw，高温液压油和冷却水的流量调节过程中止，计算热损失量≤5%时的各个流量节点的热交换系数K，热交换系数公式：，其中L为流量，cp为比热容，为密度，△T为进出口温度差，下标O为高温液压油，下标W为冷却水， Fg为冷却面积，为对数平均温差，，其中Toi和Too分别为被测油冷却器进口和出口的液压油温度，Twi和Two分别为被测油冷却器进口和出口的冷却水温度，绘制油冷却器热交换系数K与流量的逆向调节曲线；（10）对比油冷却器热交换系数的正向调节曲线和逆向调节曲线，确定油冷却器的最佳热交换系数、平均热交换系数和热交换系数最大差值。 8.根据权利要求7所述的一种油冷却器热交换性能试验方法，其特征在于：步骤（4）中相应的控制函数对于高温液压油和冷却水流量为1：1的油冷却器，其中高温液压油流量递增函数为：；冷却水流量递增函数为：；对于高温液压油和冷却水流量为1：1.5的油冷却器，其中高温液压油流量递增函数为：；冷却水流量递增函数为：；其中，Qoi为当前节点高温液压油的流量；Qo（i+1）为下一节点高温液压油的流量；Qwi为当前节点冷却水的流量；Qw（i+1）为下一节点冷却水的流量； k为常数，0.1≤Qoi＜0.3时，k=1；当0.3≤Qoi＜0.5时，k=1.5；当0.5≤Qoi＜1时，k=2；为跟当前节点稳定时间t相关的参数；当0≤t＜90 s时，=0.8；当90≤t＜180 s时，=1.0；t≥180s时，=2.0。 9.根据权利要求7所述的一种油冷却器热交换性能试验方法，其特征在于：在液压油循环系统中高温液压油的流量调节过程中，采用工控机采集被测油冷却器进出油口的温度，并计算得到温度差△To；采用工控机采集在一次调节过程中油箱中的温度波动值△Tb；若△To＞△Tb，则开启管道加热器进行温度补偿；采用油侧伺服阀调节进入管道加热器的高温液压油流量，其数值不高于被测油冷却器出口液压油流量的90%；在冷却水循环系统中冷却水的流量调节过程中，采用工控机采集被测油冷却器进出水口的温度，并计算得到温度差△Tw；采用工控机采集在一次调节过程中冷却水塔中的温度波动值△Tt；若△Tw＞△Tt，则开启冷却器进行温度补偿，采用水侧伺服阀调节进入冷却器的冷却水流量，其数值不高于被测油冷却器出口冷却水流量的90%。 10.根据权利要求7所述的一种油冷却器热交换性能试验方法，其特征在于：当冷却水流量范围为0~50L/min时，采用水侧小口径流量控制阀进行调节；当冷却水流量范围为50~350L/min时，采用水侧小口径流量控制阀水侧和水侧中等口径流量控制阀进行调节；当冷却水流量范围为350~1500L/min时，采用水侧小口径流量控制阀、水侧中等口径流量控制阀和水侧大口径流量控制阀进行调节。
所属类别：	发明专利