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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)程當(dāng)中降低介質(zhì)溫度。出水端連接閥門(mén)(6-1)(7)(6-2)，以此來(lái)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(lái)的震動(dòng)。

系統(tǒng)出水端連接支路調(diào)節(jié)閥門(mén)(9)，可調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)的額定流量，可通過(guò)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(lèi)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(mén)。

包括通過(guò)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(guò)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(guò)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(zhǎng)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(mén)同一方向，將閥門(mén)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(mén)。

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)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(jiàn)。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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