CN101706358B - 砂/尘环境试验装置系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种砂/尘环境试验装置系统，包括循环风道、回料装置、进料装置和除料装置。循环风道依次包括试验段、砂/尘分离段和回气段，并且进料装置和除料装置与循环风道的砂/尘分离段相连接。砂/尘分离段的截面宽度大于试验段的截面宽度，并且砂/尘分离段的底部形成为漏斗形状，漏斗底端的回料口与回料装置相连接。从砂/尘分离段进入回料装置中的砂/尘料在回料风机的驱动下经加料口被输送回循环风道中。在试验段中还设置有用于监测砂/尘浓度的传感器，根据传感器所监测到的砂/尘浓度，控制进料装置有选择地开启以向循环风道中补充砂/尘料，控制除料装置有选择地开启以从循环风道中去除多余的砂/尘料，从而能够实时精确地调节砂/尘浓度。

Description

砂/尘环境试验装置系统

技术领域

本发明涉及一种砂/尘环境试验装置系统，更具体地讲，涉及一种能够实时精确地调节循环风道中的砂/尘浓度的砂/尘环境试验装置系统。

背景技术

砂/尘环境试验是检验车辆、飞行器、电器设备、军用装备等在沙漠、干旱地区和风砂天气条件下的环境适应性和环境可靠性的重要手段。目前，模拟飞散干砂或充满尘埃的砂/尘环境的试验装置系统主要包括三种类型：吹砂试验系统、吹尘试验系统以及比较先进的既可用于吹砂试验也可用于吹尘试验的砂/尘合一试验系统。

砂/尘环境试验装置系统一般包括模拟风速环境的循环风道、加砂/尘系统、砂/尘循环回收系统、空气调节系统等，其中，加砂/尘系统用于向试验装置系统中添加砂/尘试验用料以在循环风道的试验段处形成符合试验要求的砂/尘颗粒浓度，待检验对象被置于循环风道的试验段，砂/尘回收循环系统用于使砂/尘料在试验装置系统中进行闭循环，空气调节系统用于调节试验装置系统内的湿度和温度。

图1示出传统砂/尘环境试验装置系统的一个示例的示意图。

如图1中所示，该砂/尘环境试验装置系统包括模拟风速环境的循环风道101，主风机102设置在循环风道101中。在主风机102的驱动下，试验用空气按照顺时针方向在循环风道101中循环流动，并在循环风道101的试验段111处形成满足试验要求的试验风速。

传统砂/尘环境试验装置系统的加料系统主要包括进料仓108、真空泵105等。在试验开始前，换向阀109切换至加料位置以与进料仓108连接。在真空泵105的抽吸作用下，进料仓108中的砂/尘料以气力输送方式经换向阀109进入分离器104，经分离器104分离后落入加料仓106中。加料仓106中的砂/尘料将在试验开始时作为试验用料。

加料仓106设有两路输出通道，分别用于吹砂试验和吹尘试验。当试验开始时，换向阀109切换到回料位置。加料仓106中的砂/尘料进入相应的吹砂混合器107a或吹尘混合器107b中，与压缩空气均匀混合后以气力输送方式经送料通道115喷入循环风道的试验段111的上游，以在试验段111处形成满足试验要求的砂/尘颗粒浓度。

在循环风道101中，离开试验段111的气固两相流在经过扩压段112时减速，在分离段113处发生气固分离。分离出的砂/尘颗粒落入布置在分离段113下方的回收料斗103中。同时，在真空泵105的抽吸作用下，回收料斗103中的砂/尘料经换向阀109进入分离器104，经分离器104分离后返回加料仓106中，从而实现砂/尘料的循环利用。此外，在图1所示的系统的各个通道上设置有多个用于控制流量、流速、压力的阀门。

如上所述，在传统的砂/尘环境试验装置系统中，加料系统主要由真空泵105、进料仓108、换向阀109和加料仓106构成，砂/尘循环回收系统主要由加料仓106、混合器107a和107b、送料通道115、试验段111、分离段113、回料通道114、回收料斗103、换向阀109、加料仓106和真空泵105构成，通过换向阀109在两个系统之间切换。

传统的砂/尘环境试验装置系统主要存在以下问题：

首先，传统的砂/尘环境试验装置系统的砂/尘循环回路(加料仓106-混合器107-送料通道115-试验段111-分离段113-回料通道114-回收料斗103-换向阀109-分离器104-加料仓106)的结构复杂，部件较多，增加了成本。

其次，传统的砂/尘环境试验装置系统主要通过手动调节位于试验段上游的砂/尘料喷头的射流流量大小以及安装在加料仓106处的阀门的转流速来调节循环风道中的砂/尘浓度，因此无法对循环风道中的砂/尘浓度进行自动精确地调节。

另外，在传统的砂/尘环境试验装置系统中，一般采用两种方法监测循环风道中的砂/尘浓度：一种为“取样称重法”，另一种为光电法。“取样称重法”的测量手段比较原始，虽所测数据精度较高，但其测量用时较长，又无电信号输出，因此实际上只能定时取样而不能用于实时的连续测量，更无法与智能控制系统配合进行粉尘浓度的实时测控。而利用光电技术进行监测，只能监测空气中体积较大的粉尘颗粒，同时光学镜面的安装维护比较困难，其使用范围较窄。

因此，需要一种能够实时调节砂/尘浓度的结构简化的砂/尘环境试验装置系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实时精确地调节循环风道中的砂/尘浓度的砂/尘环境试验装置系统。

为了实现上述目的，本发明的砂/尘环境试验装置系统包括模拟风速环境的循环风道、回料装置、进料装置和除料装置。沿气流方向，循环风道依次包括试验段、砂/尘分离段和回气段，并且进料装置和除料装置与循环风道的砂/尘分离段相连接。砂/尘分离段的截面宽度大于试验段的截面宽度，并且砂/尘分离段的底部形成为漏斗形状，漏斗底端的回料口与回料装置相连接。从砂/尘分离段进入回料装置中的砂/尘料在回料装置的回料风机的驱动下经试验段顶部所设置的加料口被输送回循环风道中。在试验段中还设置有用于监测砂/尘浓度的传感器，根据传感器所监测到的砂/尘浓度，控制进料装置有选择地开启以向循环风道中补充砂/尘料，控制除料装置有选择地开启以从循环风道中去除多余的砂/尘料，从而能够实时精确地调节砂/尘浓度。

依据本发明，当传感器所监测到的砂/尘浓度小于设定值时，进料装置被控制开启，以向循环风道中补充砂/尘料；当传感器所监测到的砂/尘浓度大于设定值时，除料装置被控制开启，以从循环风道中去除多余的砂/尘料。

依据本发明，还可在试验段中设置用于放置试件的试验台，在试验段与回气段连接的一端可设置有主风机。在这种情况下，所述加料口位于主风机与试验台之间，所述传感器位于加料口与试验台之间。

依据本发明，所述传感器可以是静电感应式砂/尘浓度传感器。在这种情况下，可在所述传感器的探头上设置金属防护罩，以防止砂/尘颗粒对传感器探头的磨损。另外，为了提高测量精度，可以将传感器安装成从循环风道顶部向下延伸，以使得传感器的探头与循环风道顶部之间的距离为整个循环风道高度的三分之二。

依据本发明，可以在所述砂/尘分离段上设置使砂/尘分离段振动的振动装置，以避免砂/尘颗粒粘附到砂/尘分离段的壁面上。

另外，可将进料装置设置为与砂/尘分离段的中部连接，将除料装置设置为与砂/尘分离段的上部连接。

进料装置可包括分别用于输送砂料和尘料的两个通路，分别包括用于容纳砂/尘料的料仓、进料风机和与循环风道的砂/尘分离段连接的进料通道。

附图说明

图1示出传统砂/尘环境试验装置系统的一个示例的示意图；

图2是示出根据本发明的砂/尘环境试验装置系统的平面结构的示意图；

图3是示出根据本发明的砂/尘环境试验装置系统的回料装置、进料装置和除料装置与循环风道的连接的示意图。

具体实施方式

以下，将参照图2和图3来详细说明依据本发明实施例的砂/尘环境试验装置系统的结构。

图2是本发明的砂/尘环境试验装置系统的平面结构的示意图。如图2所示，本发明的砂/尘环境试验装置系统包括：模拟风速环境的循环风道1、回料装置3、进料装置4和除料装置5。另外，尽管图2和图3中没有示出，但是依据本发明的砂/尘环境试验装置系统可包括用于控制包括在系统中的各个部件的操作的控制器。

图2中箭头所指示的方向表示循环风道中的气流方向。如图2所示，循环风道1为闭环通道，按照气流方向依次包括试验段11、砂/尘分离段12和回气段13。

循环风道1的试验段11基本上是直线通道，在试验段11中设置有用于放置试件的试验台71，待试验的试件被放置在试验台71上进行砂/尘环境试验。另外，还可设置使试验台71旋转的电机72(见图3)。

主风机2设置在试验段11的上游。更具体地讲，如图2所示，主风机2可设置在试验段11与回气段13相连接的一端。在试验段11上游，在循环风道的顶部还设置有加料口14，该加料口14位于主风机2和放置试件的试验台71之间。在主风机2的驱动下，试验用空气流经试验段11，携裹从加料口14喷射出的砂/尘料，以在试验段11中形成符合试验要求的含砂/尘气固两相流。

另外，在加料口14的下游可安装砂/尘浓度传感器6。如图3所示，砂/尘浓度传感器6可位于加料口14与试验台71之间。砂/尘浓度传感器6用于实时监测循环风道1的试验段11中的砂/尘浓度。

与传统的砂/尘浓度测量方法不同，在本发明中，采用静电感应式砂/尘浓度传感器。静电感应式砂/尘浓度传感器通过检测在气流中的砂/尘颗粒流经探头附近时产生的静电感应电荷量的多少来确定循环风道内气流中的砂/尘浓度，并可对应输出4～20mA模拟电流信号。此外，为了对传感器6的监测探头进行防护，可在传感器6的探头上配备金属防护罩，防止循环风道中的砂/尘颗粒对探头的腐蚀磨损。

可将砂/尘浓度传感器6与加料口14隔开预定距离(例如，2.5m)安装在循环风道顶部的中心线上。此外，为了测量准确，提高测量精度，传感器6从循环风道顶部向下延伸，使得传感器6的探头与循环风道顶部之间的距离为整个循环风道高度的三分之二。

由砂/尘浓度传感器6监测到的砂/尘浓度数据可被发送给砂/尘环境试验装置系统的控制器(未示出)，以便于控制器基于该砂/尘浓度数据来控制装置系统的各个部件的操作。

此外，还可在试验台71附近，在试验段11的侧壁上设置箱门15以便于加/卸载试件。另外，还可在箱门15上形成观察窗口。

砂/尘分离段12位于试验段11的下游。如图2中所示，砂/尘分离段12的循环风道宽度被设置为大于试验段11的循环风道宽度。因此，当离开试验段11的含砂/尘气固两相流进入砂/尘分离段12时，由于砂/尘分离段12入口截面增大，所以风速减小，气流中携带的砂/尘颗粒由于其自身重力而沉降到砂/尘分离段12的底部，从而实现气固分离。此外，如图3中所示，砂/尘分离段12的底部形成为截面逐渐减小的漏斗形状，因此，沉降到砂/尘分离段12底部的砂/尘颗粒将滑落到漏斗底端的回料口17。回料口17与回料装置3的回料通道32相连通，因此在砂/尘分离段12分离出的砂/尘颗粒通过回料口17进入回料装置3，以实现砂/尘料的循环。

另外，为了防止砂/尘颗粒粘附在砂/尘分离段12的壁上，使砂/尘颗粒顺畅地从砂/尘分离段12落入回料装置3中，可以在砂/尘分离段12上设置振动装置(未示出)，以使砂/尘分离段12振动。可以根据需要控制振动装置的开启，以使沉降在砂/尘分离段12底部的砂/尘颗粒更顺利地滑落到漏斗底端从而落入回料装置中，以不间断地进行回料循环。

因此，与传统砂/尘环境试验系统中的分离段(图1中的标号113)不同，本发明的循环风道1的砂/尘分离段12的底部被设计为漏斗形状，并且漏斗的下料口(回料口17)与回料装置3相连，因此在砂/尘分离段12分离的砂/尘料可以直接通过回料装置3输送回循环风道1的试验段11中。因此，与传统砂/尘环境试验系统相比，本发明的砂/尘环境试验系统的结构简化，稍后将参照图3对此进行更详细的描述。

循环风道1的回气段13连接砂/尘分离段12和试验段11。更具体地讲，在砂/尘分离段12中实现气固分离的气流经回气段13返回到设置在试验段11上游的主风机2中，从而实现空气的循环利用。这里需要指出的是，虽然图2中没有示出，但是在砂/尘分离段12与回气段13的连接处还可设置过滤装置(例如过滤网)，用于从离开砂/尘分离段12的气流中滤除残存的砂/尘颗粒，以防止砂/尘颗粒对主风机2的损坏。

砂/尘环境试验装置系统的回料装置3与砂/尘分离段12的漏斗形底部的回料口17相连接。如图3所示，回料装置3包括回料风机31和回料通道32。回料通道32与砂/尘分离段12底端的回料口17相连通，并且其一端与回料风机31连接，另一端通过试验段11顶部的加料口14插入循环风道1中。当试验启动时，回料风机31开启，以将从砂/尘分离段12的回料口17落入回料通道32中的砂/尘料通过回料通道32输送到循环风道1的试验段11内。

进料装置4用于向循环风道1供应砂/尘料，并且与循环风道1的砂/尘分离段12相连接。如图3所示，进料装置4包括两条通路，分别用于输送砂料和输送尘料。输送砂料的通路包括进砂风机41a、砂料仓42a和进砂通道43a，输送尘料的通路包括进尘风机41b、尘料仓43b和进砂通道43b。当进行吹砂试验时，进砂风机41a开启，以通过进砂通道43a将砂料仓42a中的砂料输送到砂/尘分离段12中；当进行吹尘试验时，进尘风机41b开启，以通过进尘通道43b将尘料仓42b中的尘料输送到砂/尘分离段12中。然而，本发明不限于此，进料装置4可仅包括用于输送砂料的通路或仅包括用于输送尘料的通路。

在试验启动阶段，进料装置4可通过砂/尘分离段12向循环风道中添加试验用砂/尘料。此外，在试验稳定阶段中，当实时监测的循环风道中的砂/尘浓度低于设定值时，可控制进料装置4实时地通过砂/尘分离段12向循环风道中补充砂/尘料，以调节循环风道中的砂/尘浓度。也就是说，与传统砂/尘环境试验系统中的进料系统(图1中的进料仓108、换向阀109、加料仓106和真空泵105)不同，本发明的进料装置4既可在试验启动阶段用于向循环风道添加砂/尘料，也可以在试验稳定阶段用于向循环风道实时补充砂/尘料。稍后将参照图3更详细地描述进料装置4的操作。

除料装置5用于从循环风道1中抽除砂/尘料，包括与循环风道1的砂/尘分离段12相连接的除料通道51和除料器52。在试验稳定阶段，当实时监测的循环风道中的砂/尘浓度超过设定值时，可控制除料装置5实时地从砂/尘分离段12中吸除砂/尘料，以调节循环风道中的砂/尘浓度。可采用本领域常用的吸尘/吸砂设备来实现除料装置5。

由于在砂/尘分离段中，下部的砂/尘浓度较高，因此为了使进料/除料更顺畅，防止出现堵塞现象，可避免将进料装置4和除料装置5连接到砂/尘分离段12的下部。例如，可将进料装置4与砂/尘分离段12的连接通道设置在砂/尘分离段12的中部，并将除料装置5与砂/尘分离段11的上部连接。然而，本发明不限于此，进料装置4或除料装置5与砂/尘分离段12的连接通道可根据需要设置在砂/尘分离段12的其它适当位置。

下面将参照图3描述本发明试验系统的工作过程。

首先，在试验启动阶段，开启主风机2，在主风机2的驱动下，试验用空气在循环风道1中循环流动并在试验段11形成满足试验要求的风速。

随后，控制进料装置4开启，以向循环风道1的砂/尘分离段12中添加试验用砂/尘料。更详细地讲，如果是吹砂试验，则进砂风机41a开启，以通过进砂通道43a将砂料仓42a中的砂料输送到砂/尘分离段12中；如果是吹尘试验，则进尘风机41b开启，以通过进尘通道43b将尘料仓42b中的尘料输送到砂/尘分离段12中。同时，回料装置3的回料风机31也开启，以将经砂/尘分离段12底端的回料口17落入回料通道32中的砂/尘料经加砂口14喷射入循环风道1的试验段11上游。

进入试验段11上游的砂/尘料与循环风道中的空气相混合，从而形成含砂/尘气固两相流。该气固两相流流经试验段11，然后进入砂/尘分离段12中实现气固分离。分离出的砂/尘料沉降到砂/尘分离段12的漏斗形底部，经漏斗底端的回料口17进入回料装置3中，从而被输送回循环风道1的试验段11上游，以实现砂/尘料循环。

安装在试验段11中的砂/尘浓度传感器6实时监测砂/尘浓度。当监测到的试验段11中的砂/尘浓度满足试验要求时，进入试验稳定阶段。此时，可控制进料装置4的风机(41a或41b)关闭，进料装置4停止工作。另外，主风机2和回砂装置4的回砂风机31继续工作，以维持空气循环和物料循环。

在试验稳定阶段，砂/尘浓度传感器6也实时监测试验段11中的砂/尘浓度。当监测到的砂/尘浓度低于设定值范围下限时，可控制进料装置4再次启动，以通过砂/尘分离段12向循环风道中自动补充砂/尘料，以提高循环风道内气固两相流中砂/尘粒子的浓度；待砂/尘浓度升至设定值范围时即控制进料装置4自动关闭以停止补充砂/尘。当砂/尘浓度超出设定值范围上限时，可控制除料装置5启动，以通过砂/尘分离段12自动抽去循环风道内多余的砂/尘粒子；待砂/尘浓度降到设定值范围之内时即控制除料装置5关闭以停止除砂/尘。

因此，在试验稳定阶段，在本发明试验系统中大致可包括两个循环回路：空气循环回路和砂/尘循环回路。空气循环回路为：主风机2-试验段11-砂/尘分离段12-回气段13-主风机2。砂/尘循环回路为：砂/尘分离段12-回料装置3-试验段11-砂/尘分离段12。同时，分别通过进料装置4和除料装置5对砂/尘分离段12进行补料和除料操作。

尽管图2和图3中没有示出，但是本发明的试验装置系统可以包括用于控制各个部件的操作的控制器。例如，所述控制器可以实时地控制主风机2、回料装置3、进料装置4以及除料装置5的打开和关闭，并根据传感器6所监测的砂/尘浓度数据，控制进料装置4以及除料装置5的操作，以实时地调节循环风道中的砂/尘浓度。

此外，尽管图2和图3中没有示出，但是与主风机2类似，回料装置3和进料装置4的入口气流可以取自循环风道，以保持循环风道内温度和湿度的恒定。更详细地讲，回料装置3的回料风机以及进料装置4的进料风机可通过通道与循环风道连接。同样，除料装置5的进口气流也只能取自循环风道，经除料装置5滤除砂/尘后再回送进循环风道。

与传统的砂/尘环境试验装置相比，依据本发明的砂/尘环境试验装置系统具有以下优点。

首先，砂/尘分离段12的底部形成为漏斗形，并且漏斗底端的下料口(回料口17)与回料装置3相连。在回料装置3的风机的驱动下，可将在砂/尘分离段12分离的砂/尘料直接通过通道输送回循环风道1的试验段11中。因此，与传统砂/尘环境试验装置相比，本发明的砂/尘循环回路(砂/尘分离段12-回料通道32-试验段11-砂/尘分离段12)的结构简化。

其次，本发明采用静电感应式砂/尘浓度传感器来更精确地实时监测循环风道的试验段中的砂/尘浓度。

另外，本发明试验装置系统的进料装置和除料装置与循环风道的砂/尘分离段(而非试验段)连接。因此，根据传感器实时输出的砂/尘浓度信号，可以容易地控制进料装置4和除料装置5向循环风道中补料/除料，以方便地对循环风道中的砂/尘浓度进行精确调节。

Claims (6)

1.一种砂/尘环境试验装置系统，包括模拟风速环境的循环风道(1)、回料装置(3)、进料装置(4)和除料装置(5)，所述循环风道(1)包括依次首尾相连的试验段(11)、砂/尘分离段(12)和回气段(13)，在试验段(11)上游的循环风道顶部设置有加料口(14)，其特征在于：

用于向循环风道中添加砂/尘料的进料装置(4)和用于从循环风道中去除多余砂/尘料的除料装置(5)与循环风道(1)的砂/尘分离段(12)相连接，

砂/尘分离段(12)的截面宽度大于试验段(11)的截面宽度，并且砂/尘分离段(12)的底部形成为漏斗形状，漏斗底端的回料口(17)与回料装置(3)相连接，

回料装置(3)包括回料风机(31)和回料通道(32)，回料通道(32)与砂/尘分离段(12)的回料口(17)连通，并且回料通道(32)的一端与回料风机(31)连接，另一端与加料口(14)连接，从砂/尘分离段(12)进入回料通道(32)中的砂/尘料在回料风机(31)的驱动下经加料口(14)被输送回循环风道(1)中，

在试验段(11)中，在加料口(14)下游的循环风道顶部设置有用于监测砂/尘浓度的传感器(6)，

当传感器(6)所监测到的砂/尘浓度小于设定值时，进料装置(4)被控制开启，以向循环风道(1)中补充砂/尘料；当传感器(6)所监测到的砂/尘浓度大于设定值时，除料装置(5)被控制开启，以从循环风道(1)中去除多余的砂/尘料，

其中，所述传感器(6)为静电感应式砂/尘浓度传感器，所述静电感应式砂/尘浓度传感器通过检测在气流中的砂/尘颗粒流经传感器探头附近时产生的静电感应电荷量的多少来确定循环风道内气流中的砂/尘浓度，

其中，在所述砂/尘分离段(12)上设置有使砂/尘分离段(12)振动的振动装置。

2.根据权利要求1所述的砂/尘环境试验装置系统，其特征在于：在试验段(11)中设置有用于放置试件的试验台(71)，在试验段(11)与回气段(13)连接的一端设置有主风机(2)，所述加料口(14)位于主风机(2)与试验台(71)之间，所述传感器(6)位于加料口(14)与试验台(71)之间。

3.根据权利要求2所述的砂/尘环境试验装置系统，其特征在于：在所述传感器(6)的探头上设置有金属防护罩。

4.根据权利要求1所述的砂/尘环境试验装置系统，其特征在于：传感器(6)从循环风道顶部向下延伸，使得传感器(6)的探头与循环风道顶部之间的距离为整个循环风道高度的三分之二。

5.根据权利要求1所述的砂/尘环境试验装置系统，其特征在于：进料装置(4)与砂/尘分离段(12)的中部连接，除料装置(5)与砂/尘分离段(12)的上部连接。

6.根据权利要求1所述的砂/尘环境试验装置系统，其特征在于：进料装置(4)包括用于容纳砂/尘料的料仓、进料风机和与循环风道(1)的砂/尘分离段(12)连接的进料通道。

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