CN106872197A - 一种换热器性能测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种换热器性能测试装置及测试方法,该测试装置包括依次连接的介质循环系统、单一或组合式换热器和风冷系统，风冷系统包括冷却风扇、液压马达、电磁比例阀、液压泵、三相电机和液压油箱，三相电机与液压泵连接，电磁比例阀一端与液压泵连接，另一端与液压马达连接，液压马达与冷却风扇连接，液压油箱出油口与液压泵连接，进油口与液压马达连接。该方法通过上述结构改变组合后的换热器的流量、风量、温度来对其进行性能测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种换热性能测试技术领域，尤其是涉及一种换热器性能测试装置及测试方法。
背景技术
车辆及工程机械在工作过程中会产生大量的热。为了保证车辆的正常运行。通常采用各种换热器通过冷却风扇将热量散发到环境中。换热器、冷却风扇及车辆产生热量之间的匹配问题将是确保车辆工作正常的保障之一。而如何确认其是否匹配，通常的手段为通过试验测试来模拟车辆运行。目前国内的测试装置是风洞试验设备。测试方法是通过改变介质流量和风量对单体换热器进行性能测试。在工程机械行业中，都由多个不同换热介质的换热器通过串、并联的方式组合而成，在通过一个冷却风扇对此组合的换热器进行换热。风洞测试设备只能针对单一的换热器进行测试，存在着风量和风压不能真切反馈。与工程机械中的并、串联组合成换热器不一致，导致无法模拟出每一层的进风温度从而对性能的测试会有较大的偏差。与此同时，虽然风洞设备对风量也可以模拟，但却无法模拟换热器合后换热器的结构对风的回流和风场的影响。所以此种测试方法和测试装置存在着与实际装车条件差异大、测试数据单一等无法真实反应换热器在车辆上的运行缺陷。
发明内容
本发明的目的是针对以上所述的风洞性能测试设备和方法存在着与实际装车条件差异大、测试数据单一等无法真实反应换热器在车辆上的运行缺陷，提供通过改变组合后的换热器的流量、风量、温度来对其进行性能测试的一种换热性能测试装置。
本发明通过以下技术方案实现：
一种换热器性能测试装置,包括依次连接的介质循环系统、单一或组合式换热器和风冷系统，所述风冷系统包括冷却风扇、液压马达、电磁比例阀、液压泵、三相电机和液压油箱，所述三相电机与液压泵连接，所述电磁比例阀一端与液压泵连接，另一端与液压马达连接，所述液压马达与冷却风扇连接，所述液压油箱出油口与液压泵连接，进油口与液压马达连接。
所述介质循环系统包括水循环系统和/或油循环系统，所述水循环系统包括出水管路和回水管路，所述出水管路包括通过管路依次连接的水箱加热器、第一管路加热器，第一开关阀、水泵和第一质量流量计，所述油循环系统包括出油管路和回油管路，所述出油管路包括通过管路依次连接的油箱加热器、第二管路加热器、第二开关阀、油泵和第二质量流量计，其中，管路中的介质通过水箱加热器、油箱加热器进行粗加热至一定温度，流至第一管路加热器、第二管路加热器进行细加热至所需温度值，介质通过第一开关阀、第二开关阀开启和关闭，通过水泵、油泵调节介质的流量，经过以上的温度、流量来模拟车辆运行时换热器的介质状况。
还包括传感器，所述传感器包括温度、压力、流量、风速、转速传感器。
所述水箱加热器内设有热电偶温度传感器、保温防腐特殊材料层、第一液位传感器和多股单控的第一加热管，所述油箱加热器内设有热电偶温度传感器、保温防腐特殊材料层、第二液位传感器和多股单控的第二加热管。
所述第一管路加热器内设有保温防腐特殊材料层和多股单控的第一管路加热管，所述第二管路加热器内设有保温防腐特殊材料层和多股单控的第二管路加热管。
所述水泵与所述第一质量流量计之间的管路上设有第一消声器，所述油泵与所述第二质量流量计之间的管路上设有第二消声器，所述第一、第二消声器均用于介质雾化和管路内空气排出。
所述第一质量流量计与所述换热器之间的管路上设有第一避震喉，所述第二质量流量计与所述换热器的管路上设有第二避震喉，所述第一、第二避震喉用于装置中各设备间产生振动的消除和介质流动的缓冲。
所述的换热器包括中冷器、发动机冷却液散热器、液压油散热器、变矩器油散热器、燃油散热器、电机散热器、机油散热器中的一种或两种及以上组合。
一种换热器性能测试方法，其测试步骤如下：
(1)、开始后，首先进行系统自检，确认测试系统各设备运行是否正常，系统正常，进入设定程序进行输入参数设置；如系统错误，转至报警及故障显示并根据故障情况启动自修复程序对故障进行排除、修复，当故障排除后直接进入设定程序进行输入参数设置；
(2)、水箱加热器、油箱加热器进行加热，当加热后的换热介质温度与设定温度接近时，关闭水箱加热器、油箱加热器中的一组加热，同时打开第一管路加热器、第二管路加热器进行加热，第一管路加热器、第二管路加热器根据输出温度与设定温度的差值进行实时调节加热功率，保证输出至换热器的温度与设定温度相一致；
(3)、水泵电机、油泵电机进行运行，当第一质量流量计、第二质量流量计采集的流量与设定的流量接近时，电机转速进行微调，保证输出的流量与设定的流量相一致；
(4)、液压泵电机进行运行，当冷却风扇转速与设定的风扇转速值接近时，对电磁比例阀进行微调，保证输出的风扇转速与设定的转速一致；
(5)、输入的换热器芯体根据管带、所用材料、结构、尺寸大小与数据库中已存的实验数据进行参照对比，调出与其相近的多个换热器芯体和散热量信息；
(6)、系统根据采集到的介质流量、换热器进出口温差和介质自身材料属性计算出散热量；
(7)、根据(6)中计算出的散热量与(5)中调出的多个换热器的散热量信息进行对比，当差值超过一定值后，根据芯体信息给出重新测试的提示；
(8)、系统将采集到的风速、风压、介质在换热器内的压降、系统压力、进出风温和计算出的散热量统计成报告输出；
一种换热器性能测试方法，在步骤(2)中，实时调节加热功率具体为：两路大功率调压器按95％*AC380的电压输出给第一加热管和第二加热管，当换热器的进水温度>设定温度-5℃时，一路调压器停止工作；另一路按70％*AC380的电压输出给第一加热管或第二加热管；第一管路加热器和第二管路加热器开始按95％*AC380的电压输出给第一管路加热管和第二管路加热管；当换热器的进水温度＝设定温度±0.5℃时，第一管路加热器和第二管路加热器根据(进水温度-设定温度)*80％*AC380V的电压输出给第一管路加热管和第二管路加热管(为负数时，按5％输出)，使换热器的进水温度在设定温度±1℃内波动。
与现有技术相比，本发明的优点在于：对单独换热器和多种换热器组合均可测试。对组合换热器测试时可以对其中一种换热器进行定量测试，其它换热器行变量测试；如对变矩器换热器进行定流量、定温度，对其它换热器流量和温度可多种变化组合的条件下测得变矩器的换热性能。与此相比，也可以是组合换热器中每种换热器的流量和温度都处于变化状态进行测试各换热性能。对以上提到的温度、流量、转速、压力等控制精度达到1％，具有较高的精准性。本发明具有较强的鲁棒性，若系统错误，进入自修复程序，关闭所有与自修复无关的工作，确保系统安全。具有较强、较广的应用性，可根据不同的环境、不同的流量、不同的转速、不同的温度自动调节。具有较强的灵活性。可以根据不同的需求，进行不同的组合。
附图说明
图1为本发明一种换热器性能测试装置的简易示意图；
图2为本发明一种换热器性能测试装置的整体结构示意图；
图3为本发明一种换热器性能测试装置的测试方法流程图。
其中，1-第一加热管，2-水箱加热器，3-换热器，4-吊装设备，5-冷却风扇，6-液压马达，7-三相电机，8-液压泵，9-电磁比例阀，10-液压油箱，11-差压变送器，12-第一避震喉，13-第一质量流量计，14-第一软管，15-第一消气器，16-水泵，17-第一开关阀，18-第一管路加热器，19-第一排气孔，20-第一液位传感器，21-第二加热管，22-第二液位传感器，23-油箱加热器，24-第二管路加热器，25-油泵电机，26-联轴器，27-油泵，28-第二消声器，29-第二软管，30-第二质量流量计，31-第二避震喉。
具体实施例
为了进一步说明本发明实施例提供的换热性能测试装置，下面结合说明书附图进行详细描述。
如图1、2所示，一种换热器性能测试装置,包括依次连接的介质循环系统、单一或组合式换热器和风冷系统，风冷系统包括冷却风扇5，液压马达6、电磁比例阀9、液压泵8、三相电机7和液压油箱10，电磁比例阀9用于装置中调节液压马达6的压力和冷却风扇5的运行状态。三相电机7与液压泵8连接，电磁比例阀9一端与液压泵8连接，另一端与液压马达6连接，液压马达6与冷却风扇5连接，液压油箱10出油口与液压泵8连接，进油口与液压马达8连接。
介质循环系统包括水循环系统和/或油循环系统，水循环系统包括出水管路和回水管路，出水管路包括通过管路依次连接的水箱加热器2、第一管路加热器18，第一开关阀17、水泵16、第一质量流量计13，水泵16与第一质量流量计13之间的管路上设有第一消声器15和第一软管14，第一质量流量计13与换热器3之间的管路上设有第一避震喉12；第一消声器15用于介质雾化和管路内空气排出，第一避震喉12用于装置中各设备间产生振动的消除和介质流动的缓冲。水箱加热器2内设有热电偶温度传感器、保温防腐特殊材料层、第一液位传感器20和多股单控的第一加热管1。第一管路加热器18内均设有保温防腐特殊材料层和多股单控的第一管路加热管。其中，管路中的介质通过水箱加热器2进行粗加热至一定温度，流至第一管路加热器18进行细加热至所需温度值，介质通过第一开关阀17开启和关闭，通过水泵16调节介质的流量，经过以上的温度、流量来模拟车辆运行时换热器的介质状况。
油循环系统包括出油管路和回油管路，出油管路包括通过管路依次连接的油箱加热器23、第二管路加热器24、第二开关阀、油泵27、第二质量流量计30，油泵27与第二质量流量计30之间的管路上设有第二消声器28和第二软管29，第二质量流量计30与换热器3之间的管路上第二避震喉31，第二消声器28用于介质雾化和管路内空气排出，第二避震喉31用于装置中各设备间产生振动的消除和介质流动的缓冲。其中，管路中的介质通过油箱加热器23进行粗加热至一定温度，流至第二管路加热器24进行细加热至所需温度值，介质通过第二开关阀开启和关闭，通过油泵27调节介质的流量，经过以上的温度、流量来模拟车辆运行时换热器的介质状况。
油箱加热器23内设有热电偶温度传感器、保温防腐特殊材料层、第二液位传感器22和多股单控的第二加热管21；第二管路加热器24内均设有保温防腐特殊材料层和多股单控的第二管路加热管。
换热器3包括中冷器、发动机冷却液散热器、液压油散热器、变矩器油散热器、燃油散热器、电机散热器、机油散热器中的一种或两种及以上组合。
本发明中温度传感器包括发动机冷却液温度传感器、空气温度传感器、液压油温度传感器和环境温度传感器；发动机冷却液温度传感器测量发动机冷却介质的温度；中冷传感器测量发动机的进气介质温度；变距器油温度传感器测量发动机变距器出油温度；液压油温度传感器测量车辆液压系统用油出油的温度；环境温度传感器测量所处环境的温度。液压马达包括齿轮马达、叶片马达、柱塞马达中的一种。液压泵包括齿轮泵、叶片泵、柱塞泵中的一种。冷却风扇5包括混流风扇、轴流风扇、离心风扇、涡轮风扇中的一种。
下面结合图2详细说明本实施例提供的换热性能测试装置的使用方法：
将换热器3通过吊装设备4固定在测试位置上，冷却风扇5与液压马达6安装成一个总成后装在换热器3上，三相电机7与液压泵8通过齿轮联接，电磁比例阀9一端连接至液压泵8，另一端连接至液压马达6，液压油箱10出油口与液压泵8连接，液压油箱10进油口与液压马达6连接。换热器3中发动机冷却液换热器通过水管与管路进出水管连接，换热器3中液压油或变矩器换热器通过油管与管路进出油管连接。在换热器3前后安置风速、风温传感器。在冷却风扇5上安装转速传感器。水管和油管上自带温度传感器，差压变送器11通过管路与换热器3的进出口相连。
水循环系统：水箱加热器2通过第一加热管1对所存介质进行加热，第一液位传感器20对水箱加热器2的介质容量进行监控，第一排气孔19对水箱加热器2的箱体内气体进行排放，第一管路加热器18对管路内的介质进一步调控加热，通过第一开关阀17将介质流通或停止，水泵16的运行改变管路中的介质流量，并通过第一质量流量计13进行反馈和调整水泵16运行。第一消气器15对水泵16运行后产生的空气进行排放。第一避震喉12和第一软管14对水泵产生的振动进行避振。
调节第一加热管1或第一管路加热器18的加热功率使换热器3内部所需换热的介质温度在进入换热器时的温度恒定或变化。通过加热水箱加热器2、第一管路加热器18和换热器3的进出口采集温度值。
调节水泵16输入电流使换热器3内部所需换热的介质流量恒定或变化。通过第一质量流量计13采集管路中介质流量值。通过差压变送器11采集介质通过换热器3产生的压力差。
油循环系统：油箱加热器23通过第二加热管21对所存介质进行加热，第二液位传感器22对油箱加热器23的介质容量进行监控，第二排气孔对油箱加热器2的箱体内气体进行排放，第二管路加热器24对管路内的介质进一步调控加热。通过第二开关阀将介质流通或停止，油泵27通过联轴器26与油泵电机25相连。油泵电机25的运行改变管路中的介质流量，并通过第二质量流量计30进行反馈和调整油泵电机25运行。第二消气器28对油泵27运行后产生的空气进行排放。第二避震喉31和软管29对水泵产生的振动进行避振。
调节第二加热管21或第二管路加热器24的加热功率使换热器3内部所需换热的介质温度在进入换热器3时的温度恒定或变化。通过加热油箱加热器23、第二管路加热器24和换热器3的进出口采集温度值。调节油泵电机25的输入电流使换热器3内部所需换热的介质流量恒定或变化。通过第二质量流量计30采集管路中介质流量值。通过差压变送器11采集介质通过换热器3产生的压力差。
调节三相电机7输入电压和电磁比例阀9输入电流使冷却风扇5转速发生变化，从而产生不同的风量和风速，达到在不同风量下测试换热性能的目的。通过风速传感器采集风量、转速传感器采集冷却风扇转速值和压力传感器采集管路中压力值。通过放置在换热器3前后的温度传感器采集进、出风的温度。
下面结合图3详细说明本实施例提供的换热器性能测试装置的测试方法：
(1)、首先进行系统自检，自检的内容主要有：a、各传感器连接是否正常；b、电磁比例阀9连接是否正常；c、加热器(包括水箱加热器2、油箱加热器23、第一管路加热器18和第二管路加热器24)连接是否正常；d、三相电机7、油泵电机27、水泵电机连接是否正常；e、水箱加热器2、油箱加热器23液体是否处于安全液位；f、第一质量流量计13、第二质量流量计30是否连接正常等。确认测试系统各设备运行是否正常，系统正常，进入设定程序进行输入参数设置；如系统错误，转至报警及故障显示并根据故障情况启动自修复程序对故障进行排除、修复，当故障排除后直接进入设定程序进行输入参数设置；
(2)、水箱加热器2、油箱加热器进23行加热，当加热后的换热介质温度与设定温度接近时，关闭水箱加热器2、油箱加热器23加热中的一组加热。同时打开第一管路加热器18、第二管路加热器24进行加热，第一管路加热器18、第二管路加热器24根据输出温度与设定温度的差值进行实时调节加热功率，保证输出至换热器3的温度与设定温度相一致；
(3)、水泵电机、油泵电机进行运行，在步骤(2)中，实时调节加热功率具体为：两路大功率调压器按95％*AC380的电压输出给第一加热管1和第二加热管21，当换热器的进水温度>设定温度-5℃时，一路调压器停止工作；另一路按70％*AC380的电压输出给第一加热管1或第二加热管21；第一管路加热器18和第二管路加热器24开始按95％*AC380的电压输出给第一管路加热管和第二管路加热管。当换热器3的进水温度＝设定温度±0.5℃时，第一管路加热器18和第二管路加热器24根据(进水温度-设定温度)*80％*AC380V的电压输出给第一管路加热管和第二管路加热管(为负数时，按5％输出)，使换热器3的进水温度在设定温度±1℃内波动。
(4)、液压泵电机进行运行，当目前冷却风扇转速<设定风扇转速-200rpm,加大液压泵电机输入电压＝(设定风扇转速-目前冷却风扇转速)*85％*AC380。当设定风扇转速>目前冷却风扇转速>设定风扇转速-200rpm时，调节电磁比例阀：电磁比例阀输入电流＝P*(R现-R目标)+I*(SUM(差值累积))，其中P为比例因子，I为积分因子。R现为风扇目前转速。R目标为风扇目标转速。SUM(差值累积)为R现和R目标值的累加值。
(5)、输入的换热器芯体根据管带、所用材料、结构、尺寸大小与数据库中已存的实验数据进行参照对比，调出与其相近的多个换热器芯体和散热量信息。优选为五个换热器芯体和散热量信息。
(6)、系统根据采集到的介质流量、换热器进出口温差和介质自身材料属性计算出散热量；其计算公式：Q散＝(CP*(T进-T出)*流量(L/MIN)*密度)/60，其中CP为换热器所需换热的介质；T进为换热器介质进口处温度；T出为换热器介质出口处温度；流量为换热器介质的流量；密度为换热器介质在T进温度下的密度。
(7)、根据(6)中计算出的散热量与(5)中调出的多个换热器的散热量信息进行对比，当差值超过一定值后，根据芯体信息给出重新测试的提示。优选为调出的五个换热器的散热量信息进行对比。
(8)、系统将采集到的风速、风压、介质在换热器内的压降、系统压力、进出风温和计算出的散热量统计成报告输出；
本发明的技术方案不限于以上实施例，凡是采用发明所述的技术方案相同或者相似方法，均应列入本发明的保护范围。
以上对发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对发明的限制。
Claims (10)
1.一种换热器性能测试装置,其特征在于：包括依次连接的介质循环系统、单一或组合式换热器和风冷系统，所述风冷系统包括冷却风扇、液压马达、电磁比例阀、液压泵、三相电机和液压油箱，所述三相电机与液压泵连接，所述电磁比例阀一端与液压泵连接，另一端与液压马达连接，所述液压马达与冷却风扇连接，所述液压油箱出油口与液压泵连接，进油口与液压马达连接。
2.根据权利要求1所述的一种换热器性能测试装置，其特征在于：所述介质循环系统包括水循环系统和/或油循环系统，所述水循环系统包括出水管路和回水管路，所述出水管路包括通过管路依次连接的水箱加热器、第一管路加热器，第一开关阀、水泵和第一质量流量计，所述油循环系统包括出油管路和回油管路，所述出油管路包括通过管路依次连接的油箱加热器、第二管路加热器、第二开关阀、油泵和第二质量流量计，其中，管路中的介质通过水箱加热器、油箱加热器进行粗加热至一定温度，流至第一管路加热器、第二管路加热器进行细加热至所需温度值，介质通过第一开关阀、第二开关阀开启和关闭，通过水泵、油泵调节介质的流量，经过以上的温度、流量来模拟车辆运行时换热器的介质状况。
3.根据权利要求2所述的一种换热器性能测试装置，其特征在于：还包括传感器，所述传感器包括温度、压力、流量、风速、转速传感器。
4.根据权利要求2所述的一种换热器性能测试装置，其特征在于：所述水箱加热器内设有热电偶温度传感器、保温防腐特殊材料层、第一液位传感器和多股单控的第一加热管，所述油箱加热器内均设有热电偶温度传感器、保温防腐特殊材料层、第二液位传感器和多股单控的第二加热管。
5.根据权利要求2所述的一种换热器性能测试装置，其特征在于：所述第一管路加热器内设有保温防腐特殊材料层和多股单控的第一管路加热管，所述第二管路加热器内设有保温防腐特殊材料层和多股单控的第二管路加热管。
6.根据权利要求2所述的一种换热器性能测试装置，其特征在于：所述水泵与所述第一质量流量计之间的管路上设有第一消声器，所述油泵与所述第二质量流量计之间的管路上设有第二消声器，所述第一、第二消声器均用于介质雾化和管路内空气排出。
7.根据权利要求6所述的一种换热器性能测试装置，其特征在于：所述第一质量流量计与所述换热器之间的管路上设有第一避震喉，所述第二质量流量计与所述换热器的管路上设有第二避震喉，所述第一、第二避震喉用于装置中各设备间产生振动的消除和介质流动的缓冲。
8.根据权利要求1所述的一种换热器性能测试装置，其特征在于：所述的换热器包括中冷器、发动机冷却液散热器、液压油散热器、变矩器油散热器、燃油散热器、电机散热器、机油散热器中的一种或两种及以上组合。
9.一种换热器性能测试方法，其特征在于，其测试步骤如下：
(1)、开始后，首先进行系统自检，确认测试系统各设备运行是否正常，系统正常，进入设定程序进行输入参数设置；如系统错误，转至报警及故障显示并根据故障情况启动自修复程序对故障进行排除、修复，当故障排除后直接进入设定程序进行输入参数设置；
(2)、水箱加热器、油箱加热器进行加热，当加热后的换热介质温度与设定温度接近时，关闭水箱加热器、油箱加热器中的一组加热，同时打开第一管路加热器、第二管路加热器进行加热，第一管路加热器、第二管路加热器根据输出温度与设定温度的差值进行实时调节加热功率，保证输出至换热器的温度与设定温度相一致；
(3)、水泵电机、油泵电机进行运行，当第一质量流量计、第二质量流量计采集的流量与设定的流量接近时，电机转速进行微调，保证输出的流量与设定的流量相一致；
(4)、液压泵电机进行运行，当冷却风扇转速与设定的风扇转速值接近时，对电磁比例阀进行微调，保证输出的风扇转速与设定的转速一致；
(5)、输入的换热器芯体根据管带、所用材料、结构、尺寸大小与数据库中已存的实验数据进行参照对比，调出与其相近的多个换热器芯体和散热量信息；
(6)、系统根据采集到的介质流量、换热器进出口温差和介质自身材料属性计算出散热量；
(7)、根据(6)中计算出的散热量与(5)中调出的多个换热器的散热量信息进行对比，当差值超过一定值后，根据芯体信息给出重新测试的提示；
(8)、系统将采集到的风速、风压、介质在换热器内的压降、系统压力、进出风温和计算出的散热量统计成报告输出。
10.根据权利要求9所述的一种换热性能测试方法，其特证在于，在步骤(2)中，实时调节加热功率具体为：两路大功率调压器按95％*AC380的电压输出给第一加热管和第二加热管，当换热器的进水温度>设定温度-5℃时，一路调压器停止工作；另一路按70％*AC380的电压输出给第一加热管或第二加热管；第一管路加热器和第二管路加热器开始按95％*AC380的电压输出给第一管路加热管和第二管路加热管；当换热器的进水温度＝设定温度±0.5℃时，第一管路加热器和第二管路加热器根据(进水温度-设定温度)*80％*AC380V的电压输出给第一管路加热管和第二管路加热管(为负数时，按5％输出)，使换热器的进水温度在设定温度±1℃内波动。
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