密闭式循环冷却系统多支路流量-水阻实验平台

洪春凤，任 凯，符夏颖，杨伟龙，郭绍强，汪广武，耿 曼，刘建伟，蒙元楷

(广州高澜节能技术股份有限公司，广东 广州 510663)

管路的主要作用是输送冷却介质至各被冷却器件，最终各被冷却器件的热量通过冷却介质带走。被冷却器件在使用前需要进行测试，以得知是否在额定的流量下器件能达到的需求功率，以满足整机散热效果。正确得知器件性能参数有利于冷却系统的准确设计，有利于变频柜内管路的均匀分配。

多支路流量-水阻实验平台主要用于被冷却器件额定流量下水阻测试，可以采用并联、串联的方式进行多级测试。实验平台可实现模拟被冷却器件水阻，并均衡分配各不同器件的水阻，使得系统中的被冷却器件流量均衡，满足散热要求。

本文通过对平台的设计原理，核算，再到结构的设计，结论一系列来论述此平台的设计。

1 设计原理

实验平台为得知被冷却器件流量-水阻性能参数提供条件。

如图1流程图所示，多支路流量-压力实验平台，包括循环水泵(1)，通过循环水泵(1)出水端连接散热模块(3)，以保证系统在运行过程当中降低介质温度。出水端连接阀门(6-1)(7)(6-2)，以此来调节出口端的流量大小。循环水泵(1)回水端连接带可视液位缓冲罐(8)，可缓冲由于瞬间冲击带来的震动。

系统出水端连接支路调节阀门(9)，可调节设计的额定流量，可通过水阻(12)达到模拟效果。

由于整个实验平台系统需要满足大小不同的各类流量-水阻测试，故多支路设置为不同的流量测试，选择的范围广，精度高。 根据流量不同，需要调整系统流量的大小，故水泵设置为变频且增加短路阀门。

包括通过管路连接成循环回路的主循环水泵、缓冲罐、不同流量支路接入口及散热模块，所述不同流量支路接入口包括流量变送器传感元件和通过各支路的压力变送器及压力变送器间的模拟水阻，可同时自动测出几个支路管道水阻。

选用电子流量计，压力变送器，各器件可以与上位机所在的控制柜相连，数据上传CPU，通过CPU控制，实现触摸屏操作，实现自动控制，根据测试目的，调整流量、压力，水阻等，以便完成目的测试，非常实用。

图1 流程图

2 主要器件核算

根据冷却系统的设计原理，确定各器件的压损，核算出主要部件。

某系统模块流量-压力配比测试，模块水路系统原理图如图2所示。

图2 模块水路系统原理图

管路元件流量-水阻参数如表1所示。

表1 管路元件流量-水阻参数

根据以上数据，得出管路系统中最大的并联支路元件为5 bar，其他支路按照此支路配比。

假设系统总流量为130L/min，计算不锈钢主管流阻，直管流阻计算公式:

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-管道计算内径(m)；

C -海澄威廉系数，对于塑料管C=140，不锈钢管C=130。

H=i·L (2)

式中H-流阻(kPa)；

L-管路长度(m)。

弯头压降计算：

H=§·v2/2g (3)

式中§-为水头损失系数，取工程经验值1.13。

表2 水力核算

系统总流量为130 L/min时，被冷却器件支路(支路软管+被冷却器)最大流阻为5+0.2(经验值)=5.2bar，不锈钢主管道的流阻为0.16bar，则整个管路系统(不锈钢部分+橡胶软管)流阻为5.2+0.16=5.36bar，为满足大小水阻的器件，算上管路压损，根据经验，水泵的扬程选定为80 m。

由于器件流量压损各不相同，目前选取的流量分为三个范围，0.5 ～12 L/min，12～70 L/min，70～400 L/min，可满足不同阶段的流量测试范围，提高精度，水泵变频处理。

3 结构设计

本系统零部件主要包括：水泵、罐体、散热器、流量计、截止阀、压力变送器、球阀、温度变送器等。

主要零部件的作用：

水泵：为整个系统提供动力源；

罐体：稳压，减缓冲击并实时监测系统水量；

散热器：主要在系统进行测试作用时对整个系统进行冷却；

流量计：被冷却器件及其支路流量监测；

压力变送器：被冷却器件及其支路压力监测；

截止阀：调节被冷却器件支路的流量属性；

球阀：调节主管路上的流量进行分流。

流量与压力数据上传CPU，如图3系统结构图所示，为便于测试调节与监控，触摸屏的界面与截止阀门同一方向，将阀门高度设置为人体适宜操作位置，可同时操作触摸屏与阀门。

图3 系统结构图

4 结语

通过对密闭式循环冷却系统的核算、结构布置，此系统可满足测试流量在0.2～450 L/min，支路水阻最高在7 bar左右的被冷却器件的需求。

实验平台数据上传CPU，显示清晰可见。接入口增加不同流量支路，解决以往人为因素读数误差，重复人为操作测试，可多支路同时自动测量，数据直接上传系统，精度高，直观，高效。

[1]中国电力企业联合会.DL/T 1010.5-2006 高压静止无功补偿装置 第5部分：密闭式水冷却器装置[S].北京:中国电力出版社,2006.

[2]吴文伟,卢志敏,柯情育,等.静止无功补偿装置采用密闭式循环纯水冷却系统提高安全可靠性[J].中国电力,2006,39(5):36-40.

[3]吴筱骏,姜周曙,王 剑.纯水冷却装置及其控制系统的设计与应用[J].科技通报,2010,26(2):253-256.

[4]冷明全,吴建超,王 靖.高压大功率变频器纯水冷却装置及其控制系统[J].变频器世界,2011(10):90-92.

[5]高 鹏,许园园. SVC水冷却系统技术浅析[J].东北电力技术,2013,34(12):20-23.