CN102053003B - 具有可变试验段的多功能砂尘环境模拟装置 - Google Patents

Abstract

具有可变试验段的多功能砂尘环境模拟装置，其特征在于包括：一个循环风道(1)，所述循环风道(1)包括一个可变试验段，所述可变试验段包括试验舱(2)和移动式风道部分(101，102，103，104)。。本发明提供了一种可进行大型试验对象(如装甲车辆)整体试验的多功能砂尘环境模拟装置。该装置既可对中小试验对象进行吹砂吹尘试验，又可对大型试验对象(如车辆)整体进行吹砂吹尘试验，并能够在有效实验空间内形成砂尘浓度和速度分布均匀的气固两相流，从而达到满足试验条件、提高设备利用率的技术效果。

Description

具有可变试验段的多功能砂尘环境模拟装置

技术领域

本发明涉及一种具有可变试验段的多功能砂尘环境模拟装置。

背景技术

砂尘是工程设备和军用武器装备使用中经常遇到的环境，对设备可靠性具有重要影响。因此，对工程设备和军用武器装备进行砂尘环境模拟试验是十分必要的。

目前，砂尘试验设备一般为闭式循环风道，对中小试验对象的吹砂、吹尘试验大多在风道内的试验段进行。但是，对大型试验对象(如装甲车辆)整体的吹砂吹尘试验就无法在适合于中小试验对象的风道内进行，此类试验需要庞大的试验舱，而且这样大规模的砂尘试验设备目前在现有技术中也是少见的。

发明内容

本发明的目的是提供一种可进行大型试验对象(如装甲车辆)整体试验的多功能砂尘环境模拟装置。该装置既可对中小试验对象进行吹砂吹尘试验，又可对大型试验对象(如装甲车辆)整体进行吹砂吹尘试验。该装置能够在有效实验空间内形成砂尘浓度和速度分布均匀的气固两相流，从而达到满足试验条件、提高设备利用率的技术效果。

根据本发明的一个实施例的一种多功能砂尘环境模拟装置包括：移动式试验段风道、试验舱、循环风道、砂尘料循环系统、空调系统以及各部分连接管道和阀门；其中

循环风道中安装有轴流主风机，试验时能够在移动式试验段或试验舱处提供满足要求的均匀气流；

砂尘料循环系统能够将一定量砂尘料送入循环风道内，并与循环风道内的主流充分混合，在移动式试验段或试验舱处形成砂尘颗粒的浓度和速度分布均匀的气固两相流，以满足试验要求；试验后的砂尘料可经气固分离后得以循环使用；

空调系统作用于循环风道内的气流，通过对各连接管道上的多个阀门的调节使其满足试验要求的温度、湿度、压力等条件；

移动式试验段风道用于中小试验对象的吹砂吹尘试验。试验舱用于大型试验对象整体的吹砂吹尘试验；

本发明的优点包括：

1)试验舱体积大，可进行大型装甲车辆整体吹砂吹尘试验，为国内首次应用；

2)可在同一套环境试验设备中进行中小试验对象吹砂吹尘试验和大型试验对象整体吹砂吹尘试验，提高了试验设备的利用率；

3)移动式试验段风道结构简单，移动方便，使得大型试验对象整体试验和中小试验对象试验之间转换快速灵活；

4)试验舱采用内保温结构，减少了试验过程中试验舱舱体吸收的热量，降低了能源消耗和试验设备的运行费用，同时也减少了高温试验与常温试验之间转换的时间；

5)试验舱设有常规压力调节系统和紧急压力调节装置，常规压力调节系统使试验舱处于微负压状态运行，以防止砂尘泄漏对工作环境造成污染和/或危害工作人员健康。紧急压力调节装置用来保障试验舱运行安全；

6)大型试验对象整体试验时，在试验舱出口处安装喇叭口，可以保证气流有良好的流动状态，并且可以减少进气的压力损失，降低风道能量消耗。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的循环风道气动布局示意图。

图2是根据本发明的一个实施例的循环风道结构示意剖视图。

图3是根据本发明的一个实施例的试验舱的示意剖视图。

图4是根据本发明的一个实施例的砂尘环境模拟装置的连接示意图。

具体实施方式：

下面将结合附图对本发明的实施例作进一步的详细说明。

具有可变试验段的多功能砂尘环境模拟装置一般包括循环风道、移动式试验段风道、试验舱、砂尘料循环系统、空气调节系统以及各部分连接管道和阀门。循环风道用于试验时在不同试验场所提供满足要求的均匀气流；移动式试验段风道用于提供中小试验对象吹砂吹尘试验的场所；试验舱用于提供大型试验对象整体吹砂吹尘试验的场所；砂尘料循环系统用于提供砂尘原料，并在试验场所形成满足要求的气固两相流，同时对砂尘料进行回收再利用；砂尘料循环系统和空调系统通过管道与循环风道实现连通，各管道上设有多个阀门，各阀门用于调节风道中的砂尘的流量、风道和试验舱的压强、温度、湿度等。

图1所示为根据本发明的一个实施例的循环风道1气动布局示意图，其中，循环风道1按其不同结构段依次分为：移动式试验段101、第一移动式风道102、第二移动式风道103、第三移动式风道104、第一扩压段105、第一拐角段106、第二扩压段107、分离段108、第二拐角段109、第一收缩段110、方圆过渡段111、动力段112、圆方过渡段113、第三扩压段114、第三拐角段115、第四扩压段116、第四拐角段117、稳定段118、第二收缩段119。第一移动式风道102、第二移动式风道103、第三移动式风道104构成了一个可移动非试验段部分。

图2所示为根据本发明的一个实施例的循环风道1的结构示意剖视图。在四个拐角段106、109、115、117分别设有第一导流片120、第二导流片121、第三导流片122、第四导流片123。

如图2所示，在根据本发明的一个实施例中，在移动式试验段101上设有机电转盘10和密封门11，机电转盘10用于固定中小试验对象，调整试验对象的受试方向并承受试验过程中试验对象的重量、扭矩和偏心距；密封门11上可设有观察窗(未显示)，观察窗上设有刮尘器。在分离段108内设有分离器(未显示)，分离段下方为风道回收料斗406。在第二拐角段109处，风道调压通道5与循环风道1连通，风道调压风道5上设有风道调压阀501和风道调压风机502，用于调节循环风道1内的空气压强。在动力段112内设有主风机8，主风机8外部设有用于对其降温的冷却风机9。在稳定段118内设有蜂窝结构的整流格隔栅7。

图3所示为根据本发明的一个实施例的试验舱2的剖视图；其中，试验舱2位于第一扩压段105和第二收缩段119之间，并与第一扩压段105和第二收缩段119密封良好地连接；试验舱2的横截面尺寸(即垂直于风道1的轴线的截面尺寸)远大于扩压段105和第二收缩段119的横截面尺寸；例如，在本发明的一个具体应有实例中，试验舱2的尺寸为16×20×7m³(L×W×H。根据本发明的一个具体实施例，试验舱2轴线与该处风道的轴线大体重合。

考虑到试验舱2热容较大，为降低能源消耗和减少高温试验与常温试验之间转换的时间，如图3所示的本发明的实施例中，试验舱2包括内保温结构，即在试验舱内层201与装饰层203之间安装保温层202。

一个试验舱调压通道6与试验舱2连通，其上设有常规压力调节系统和紧急压力调节装置。常规压力调节系统包括试验舱调压阀601和试验舱调压风机602。常规压力调节系统可使试验舱处于微负压状态运行，以防止砂尘泄漏对工作环境造成污染和/或危害工作人员健康。紧急压力调节装置包括试验舱安全阀603。由于试验舱2体积较大，紧急压力调节装置用来保障试验舱运行安全。

在试验舱2的正面和侧面设密封门206和207，分别用于大型试验对象和移动式试验段风道的进出。在试验舱2的顶部设有吊车12，用于移动式试验段101、第一移动式风道102、第二移动式风道103、第三移动式风道104和机电转盘10在试验舱2内的移动。在进行风道变换时，将包括移动式试验段101、第一移动式风道102、第二移动式风道103、第三移动式风道104的风道部分与风道1的其他部分分离，再借助吊车12通过移动式风道导轨204将包括移动式试验段101、第一移动式风道102、第二移动式风道103、第三移动式风道104的风道部分移置到试验舱2外面，同时将机电转盘10通过机电转盘导轨205放在试验舱外。

在第一扩压段105处设置有喇叭口124。以保证气流有良好的流动状态，可以减少进气的压力损失。在靠近第一扩压段105的试验舱2的地面上设有试验舱回收料斗407，用于回收整车试验时散落在试验舱2内的砂尘料。

图4所示为根据本发明的一个实施例的砂尘环境模拟装置的连接示意图；其中，空调系统3用于调节循环风道1内空气的温度、湿度。在第二拐角段109处(图1)空调系统装置进气通道301与循环风道1连通，空调系统装置进气通道301的另一端与空调系统3连通；由于气流带砂尘，为防止空调系统3的表冷器积尘而影响传热，在空调系统3内设有过滤装置以达到除尘效果。在第三扩压段114处(图1)，空调系统3通过空调系统装置回气通道302与循环风道1连通。砂尘料循环装置4用于向循环风道1内提供满足试验要求的砂尘料，并对其进行回收利用；在稳定段118(图1)，砂尘料循环装置4的砂尘料加料通道401与循环风道1连通，加料通道401另一端与砂尘料循环装置4连通。加料通道401用于试验时向循环风道1内输送砂尘料，加料通道401在稳定段内整流隔栅7(图2)的下游安装有加料喷嘴402，加料喷嘴402用于向循环风道1内喷射砂尘料，使其与循环风道1内的主流充分混合，形成砂尘颗粒的速度和浓度分布均匀的气固两相流，以满足砂尘环境试验的要求。在分离段108(图1)，一个风道回料通道403与风道回收料斗406连通，风道回料通道403另一端与砂尘料循环装置4连通，用于在使用包括移动式试验段101、第一移动式风道102、第二移动式风道103、第三移动式风道104的风道部分时把砂尘料回收到砂尘料循环装置4；一个试验舱回料通道404的一端与试验舱2内的试验舱回收料斗407连通，试验舱回料通道404的另一端与砂尘料循环装置4连通，用于在使用试验舱2时回收试验舱2内试验对象下游的砂尘料。砂尘料循环装置4的回气通道405在诸如第二拐角段109(图1)与循环风道1连通，回气通道405的另一端与砂尘料循环装置4连通。砂尘料循环系统4和空调系统3的各管道上设有多个阀门(未显示)，这些阀门分别用于调节风道中的砂尘的流量、风道和试验舱的压强、温度、湿度等。

下面将具体介绍根据本发明的一个实施例的工作过程：

在进行中小试验对象试验时，将移动式试验段101、第一移动式风道102、第二移动式风道103、第三移动式风道104和机电转盘10通过移动式风道导轨204和机电转盘导轨205推至试验舱2内，用吊车12将其依次密封连接安装在第一扩压段105和第二收缩段119之间，并将机电转盘10安装在移动式试验段101上；然后，将中小试验对象安装固定在机电转盘10上，按照试验要求调整好中小试验对象的高度以及受试面等，从而做好开始试验的准备。

在要进行大型试验对象的整体试验时，则进行相反的调整程序，将移动式试验段101、第一移动式风道102、第二移动式风道103、第三移动式风道104和机电转盘10，借助移动式风道导轨204和机电转盘导轨205移到试验舱2外面，把侧面密封门207封闭，在第一扩压段105设置好喇叭口124。把大型试验对象13由密封门206送入试验舱2，按照试验要求调整好大型试验对象13的位置和受试面等，封闭正面密封门206，从而做好开始试验的准备。

试验时，在主风机8的驱动下，循环风道1内产生循环气流，并在移动式试验段101或试验舱2处形成满足试验要求的均匀气流。为减小循环风道1的阻力损失，根据一个具体的实施例，在循环风道1的四个拐角段设有四组导流片120-123(图2)。为了改善移动式试验段101或试验舱2的流场品质，在移动式试验段101或试验舱2上游设有第二收缩段119和稳定段118(图1)，稳定段118内设有整流隔栅7(图2)，以减少移动式试验段101或试验舱2的紊流度。为了避免大粒径砂尘颗粒对主风机8造成危害，在移动式试验段风道或试验舱2的出口设有分离段108(图1)，在分离段108内设有砂尘分离器(未显示)。

如图4所示，砂尘料循环装置4将定量的砂尘料通过气力输送的方式由加料通道401送到稳定段118(图1)，砂尘料由加料喷嘴402喷入循环风道1内，使其与循环风道1内的主流充分混合，在移动式试验段101或试验舱2的入口截面处形成砂尘颗粒的速度和浓度分布均匀的气固两相流。离开移动式试验段101或试验舱2的气固两相流经分离段108(图1)的气固分离后，落入分离段108下方的风道回收料斗406，砂尘料通过气力输送由风道回料通道403到达砂尘料循环装置4。该气固两相流又经砂尘料循环装置4气固分离后，砂尘料得以循环利用，空气由回气通道405返回循环风道1内。进行大型试验对象的试验时，散落在试验舱2内的砂尘料在试验后被收集到试验舱回收料斗407，通过气力输送由试验舱回料通道404到达砂尘料循环装置4加以循环利用。

循环风道1内的温度、湿度是由空调系统3调节，空调系统3包括过滤装置、表冷器、电加热器以及电锅炉(均未显示)。过滤装置用于清除空调系统的旁路内的砂尘料，以防止空调系统3的表冷器积尘而影响传热。表冷器和电加热器组成温度调节系统，进行“冷为基础热调节”，可以对循环风道1内的温度达到精确控制。电锅炉用于调节循环风道1内的气流湿度。主风机8由安装在循环风道1外的冷却风机9进行冷却。

如图2和4所示，循环风道1内的压强由风道调压通道5调节。风道调压通道5上设有风道调压阀501和风道调压风机502。

如图3所示，试验舱2内的压强由试验舱调压通道6调节。试验舱调压通道6上设有常规压力调节系统和紧急压力调节装置。常规压力调节系统包括试验舱调压阀601和试验舱调压风机602。常规压力调节系统使试验舱处于微负压状态运行，以防止砂尘泄漏对工作环境造成污染和/或危害工作人员健康。紧急压力调节装置包括试验舱安全阀603。由于试验舱2体积较大，紧急压力调节装置用来保障试验舱运行安全。

附图标记说明：

1.循环风道          101.移动式试验段    102.第一移动式风道

103.第二移动式风道  104.第三移动式风道  105.第一扩压段

106.第一拐角段      107.第二扩压段      108.分离段

109.第二拐角段      110.第一收缩段      111.方圆过渡段

112.动力段          113.圆方过渡段      114.第三扩压段

115.第三拐角段      116.第四扩压段      117.第四拐角段

118.稳定段          119.第二收缩段      120.第一导流片

121.第二导流片      122.第三导流片      123.第四导流片

124.喇叭口          2.试验舱            201.试验舱内层

202.保温层          203.装饰层          204.移动式风道导轨

205.机电转盘导轨                        206.试验舱正面密封门

207.试验舱侧面密封门                    3.空调系统装置

301.空调系统装置进气通道                302.空调系统装置回气通道

4.砂尘料循环装置    401.加料通道        402.加料喷嘴

403.风道回料通道    404.试验舱回料通道  405.回气通道

406.风道回收料斗    407.试验舱回收料斗  5.风道调压通道

501.风道调压阀      502.风道调压风机    6.试验舱调压通道

601.试验舱调压阀    602.试验舱调压风机  603.试验舱安全阀

7.整流隔栅          8.主风机            9.冷却风机

10.机电转盘         11.密封门           12.吊车

13.大型试验对象

Claims (6)

1.具有可变试验段的多功能砂尘环境模拟装置，其特征在于包括：

一个循环风道(1)，其中所述循环风道(1)包括一个可变试验段(2，101，102，103，104)，所述可变试验段(2，101，102，103，104)包括试验舱(2)和移动式风道部分(101，102，103，104)，

所述移动式风道部分(101，102，103，104)包括：

一个移动式试验段(101)，

一个可移动非试验段部分(102，103，104)，其一端与所述移动式试验段(101)的一端相连接，

其中

所述移动式试验段(101)的另一端能够以可拆卸的方式与所述循环风道(1)的一个第二收缩段(119)相连接，且所述可移动非试验段部分(102，103，104)的另一端能够以可拆卸的方式与所述循环风道(1)的一个第一扩压段(105)相连接，

所述试验舱(2)的垂直于所述循环风道(1)的轴线方向的截面尺寸远大于所述第一扩压段(105)的横截面尺寸，

所述具有可变试验段的多功能砂尘环境模拟装置进一步包括：

砂尘料循环装置(4)，

一个风道回收料斗(406)，其位于所述第一扩压段(105)的下游的一个分离段(108)的下方，

一个试验舱回收料斗(407)，其位于靠近第一扩压段(105)的试验舱(2)的地面上，

连接所述风道回收料斗(406)和所述砂尘料循环装置(4)的风道回料通道(403)，用于把砂尘料从所述风道回收料斗(406)输送到所述砂尘料循环装置(4)，

连接所述试验舱回收料斗(407)和所述砂尘料循环装置(4)的试验舱回料通道(404)，用于把砂尘料从所述试验舱回收料斗(407)输送到所述砂尘料循环装置(4)，

加料通道(401)，用于把砂尘料从所述砂尘料循环装置(4)输送到所述第二收缩段(119)上游的加料喷嘴(402)。

2.根据权利要求1的具有可变试验段的多功能砂尘环境模拟装置，其特征在于：

所述试验舱(2)被设置于所述第一扩压段(105)和所述第二收缩段(119)之间，并与所述第一扩压段(105)和所述第二收缩段(119)密封良好地连接，

所述试验舱(2)包括用于试验对象和所述移动式风道部分(101，102，103，104)的进出的密封门(206，207)。

3.根据权利要求2的具有可变试验段的多功能砂尘环境模拟装置，其特征在于：

所述密封门(206，207)包括第一密封门(206)和第二密封门(207)，所述第一密封门(206)用于试验对象的进出，所述第二密封门(207)用于所述移动式风道部分(101，102，103，104)的进出，

所述试验舱(2)内设置有用于移送所述移动式风道部分(101，102，103，104)的吊车(12)。

4.根据权利要求3的具有可变试验段的多功能砂尘环境模拟装置，其特征在于进一步包括：

试验舱调压通道(6)，用于调节试验舱(2)内的压强；

设在试验舱调压通道(6)上的试验舱调压阀(601)和试验舱调压风机(602)，用于调节所述试验舱(2)内的压强，

试验舱安全阀(603)，用于保障试验舱运行安全。

5.根据权利要求4的具有可变试验段的多功能砂尘环境模拟装置，其特征在于进一步包括：

与所述循环风道(1)相连的一个风道调压通道(5)，

设置在所述风道调压通道(5)上的风道调压阀(501)和风道调压风机(502)，用于调节所述循环风道(1)内的压强。

6.根据权利要求4的具有可变试验段的多功能砂尘环境模拟装置，其特征在于进一步包括：

覆盖所述试验舱(2)的保温层(202)，

其中所述试验舱调压阀(601)和试验舱调压风机(602)使试验舱处于微负压状态运行，以防止砂尘泄漏对工作环境造成污染和/或危害工作人员健康，

设置在所述第一扩压段(105)处的喇叭口(124)，用于保证所述试验舱(2)内气流的良好流动状态，以减少进气的压力损失。

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