專利名稱：一種列管換熱教學實驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種化工原理教學實驗裝置，尤其涉及一種將冷熱液體間壁式傳熱的相關知識點真實全面地展示給實驗操作者的列管換熱教學實驗裝置。
背景技術：
化工原理是一門關于化學加工過程的技術基礎課，它為過程工業(包括化工、輕工、醫藥、食品、環境、材料、冶金等工業部門)提供科學基礎，對化工及相近學科的發展起支撐作用。而傳熱是化學工業中最常見的單元操作之一。在傳熱設備中應用最廣泛的換熱設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，結構緊湊、堅固，傳 熱效果好，適用性較強，操作彈性大的優點，在化工生產中得到廣泛應用。列管式換熱器教學內容，以傳遞過程原理和研究方法論為主線，其教學包括三個環節，即理論課教學、實驗課教學和課程設計。在實驗課教學環節中，實際應用的列管式換熱器相關設備由于體積龐大、結構復雜、不直觀形象，不適宜直接作為教學實驗裝置。而且由于《化工原理》中傳熱一章涉及較多的概念及公式，為有利于初學者盡快系統掌握本章的知識體系，課程教學過程中設計了較多的演示實驗、驗證實驗和綜合性設計型實驗，使得實驗設備繁雜而功能卻較為單一，目前市場上傳熱教學實驗裝置雖然很多，但還沒有集成化的傳熱教學實驗裝置。
發明內容本實用新型針對現有技術存在的缺陷，提供一種列管換熱教學裝置，可以測量二種流體在不同的流動狀態下傳熱系數，集控制、數據采集、數據處理于一體，將列管式換熱器及相關知識點真實全面地展示給實驗操作者。為此，本實用新型采取如下技術方案一種列管換熱教學實驗裝置，包括上位監控計算機、控制系統和控制對象，其特征在于所述的控制對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冷水進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置冷水流量計，所述的冷水進管上設置冷水進口溫度傳感器，所述的冷水出管上設置冷水出口溫度傳感器，所述的冷水進管上設置并流冷水進閥，所述的冷水出管上設置逆流冷水進閥；所述的熱水泵通過熱水進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熱水出管連接熱水箱，所述的熱水進管上設置熱水流量計和熱水進口溫度傳感器，所述熱水出管上設置熱水出口溫度傳感器。上位監控計算機裝配備專門用于實驗裝置的上位監控工程，完成數據采集和對控制系統進行監測、記錄、控制，自動采集數據并進行數據處理，生成相應的報表、曲線。所述的上位監控計算機和控制系統之間通過基于Modbus協議的現場總線網絡通 目;所述冷水進管和冷水出管上還設置冷水出口閥，所述冷水出口閥為電磁閥。[0010]所述熱水箱內設置高位溫度傳感器和低位溫度傳感器。所述熱水箱內部設置有熱水折流板。所述熱水箱、冷水箱分別連接液位繼電器控制液位。所述控制對象的數據采集控制均通過航空插座與控制系統連接。所述的熱水泵和冷水泵上均連接變頻器。本實用新型通過切換冷流體管路上的并流冷水進閥和逆流冷水進閥，實現換熱器的并流傳熱實驗和逆流傳熱實驗的轉換，通過改變與冷水泵及熱水泵相連的變頻器可以調 節冷熱水流量。所有數據采用上位機監控并采集和控制，同時上位監控系統可以根據實時采集的數據進行數據計算并生成數據報表。非常便于學生易于理解和掌握傳熱過程中一些常用的基本概念和規律，以期收到較好的教學效果。
圖I為本實用新型實驗裝置結構示意圖；圖2為本實用新型實驗裝置控制柜布局圖。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，8-熱水流量計，9-冷水出口溫度傳感器，10-冷水進口溫度傳感器，11-熱水進口溫度傳感器，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-并流冷水進閥，16-逆流冷水進閥，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-冷水進管27-冷水出管28-熱水進管29-熱水出管。
具體實施方式
下面通過實施例，并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。如圖I和圖2所示的列管換熱教學實驗裝置，包括上位監控計算機、控制系統和控制對象，控制對象包括熱水箱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又分別通過冷水進管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上設置冷水流量計7，冷水進管26上設置冷水進口溫度傳感器10，冷水出管27上設置冷水出口溫度傳感器9，冷水進管26上設置并流冷水進閥15，冷水出管27上設置逆流冷水進閥16。熱水泵5通過熱水進管28接入列管換熱器3的熱水接入端，列管換熱器3的熱水出口端通過熱水出管29連接熱水箱1，熱水進管上28設置熱水流量計8和熱水進口溫度傳感器11，熱水出管29上設置熱水出口溫度傳感器12。上位監控計算機裝配備專門用于實驗裝置的上位監控工程，完成數據采集和對控制系統進行監測、記錄、控制，自動采集數據并進行數據處理，生成相應的報表、曲線。上位監控計算機和控制系統之間通過基于Modbus協議的現場總線網絡通信；冷水進管26和冷水出管27上還設置冷水出口閥18，冷水出口閥18為電磁閥。熱水箱I內設置高位溫度傳感器13和低位溫度傳感器14，熱水箱I內部設置有熱水溢流板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。控制對象的數據采集控制均通過航空插座17與控制系統連接，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。冷水為自來水，先通入冷水箱2，被冷水 泵6抽出后，經冷水渦輪流量計7測出冷水流量，冷水進口溫度傳感器10測出冷水并流時的進口溫度，進入列管換熱器3的管程4，換熱后出口處冷水出口溫度傳感器9測出其出口溫度。熱水來自熱水箱1，由電加熱器19加熱，被熱水泵5抽出后，經熱水渦輪流量計8測出熱水流量，熱水進口溫度傳感器11測出熱水的進口溫度，進入列管換熱器3的管程，并在出口處由熱水出口溫度傳感器12測量出換熱后的出口溫度。在實驗過程中，通過切換冷流體管路上的閥門并流冷水進閥15和逆流冷水進閥16，可實現換熱器的并流傳熱實驗和逆流傳熱實驗的轉換。熱水溫度由人工智能調節器根據熱水箱I內的實際溫度實現自動控制，溫度由高位水溫傳感器13和低位水溫傳感器14測得，并在控制柜熱水箱高低位溫度監控21分別顯示。熱水及冷水流量分別通過與熱水泵5及冷水泵6相連的熱水泵變頻器24和冷水泵變頻器23來調節流量，并分別由渦輪流量計測出熱水及冷水流量。實驗得到的各組數據通過數據處理模板計算出各種流動狀態下的傳熱系數。最后，應當指出，以上實施例僅是本實用新型較有代表性的例子。顯然，本實用新型不限于上述實施例，還可以有許多變形。凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均應認為屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種列管換熱教學實驗裝置，包括上位監控計算機、控制系統和控制對象，其特征在于所述的控制對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冷水進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置冷水流量計，所述的冷水進管上設置冷水進口溫度傳感器，所述的冷水出管上設置冷水出口溫度傳感器，所述的冷水進管上設置并流冷水進閥，所述的冷水出管上設置逆流冷水進閥； 所述的熱水泵通過熱水進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熱水出管連接熱水箱，所述的熱水進管上設置熱水流量計和熱水進口溫度傳感器，所述熱水出管上設置熱水出口溫度傳感器。
2.根據權利要求I所述的列管換熱教學實驗裝置，其特征在于所述的上位監控計算機和控制系統之間通過基于Modbus協議的現場總線網絡通信。
3.根據權利要求2所述的列管換熱教學實驗裝置，其特征在于所述冷水進管和冷水出管上還設置冷水出口閥，所述冷水出口閥為電磁閥。
4.根據權利要求I所述的列管換熱教學實驗裝置，其特征在于所述熱水箱內設置高位溫度傳感器和低位溫度傳感器。
5.根據權利要求I所述的列管換熱教學實驗裝置，其特征在于所述熱水箱內部設置有熱水折流板。
6.根據權利要求I所述的列管換熱教學實驗裝置，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.根據權利要求I所述的列管換熱教學實驗裝置，其特征在于所述控制對象的數據采集控制均通過航空插座與控制系統連接。
8.根據權利要求I所述的列管換熱教學實驗裝置，其特征在于所述的熱水泵和冷水泵上均連接變頻器。
專利摘要本實用新型涉及一種列管換熱教學實驗裝置，其包括上位監控計算機、控制系統和控制對象，控制對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冷水進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置冷水流量計，所述的冷水進管上設置冷水進口溫度傳感器，所述的冷水出管上設置冷水出口溫度傳感器，所述的冷水進管上設置并流冷水進閥，所述的冷水出管上設置逆流冷水進閥。本實用新型實現換熱器的并流傳熱實驗和逆流傳熱實驗的轉換，通過改變與冷水泵及熱水泵相連的變頻器可以調節冷熱水流量。
文檔編號G09B23/16GK202650363SQ20122024349
公開日2013年1月2日 申請日期2012年5月24日 優先權日2012年5月24日
發明者黃華圣, 魏佩敏, 崔富義, 王治江 申請人:浙江天煌科技實業有限公司