CN102814249A

CN102814249A - 用于积冰冻雨试验系统的供气流量调节装置

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Publication number: CN102814249A
Application number: CN2012102852030A
Authority: CN
Inventors: 辛文波; 马志宏; 羊军; 李进; 李光伟; 任敏; 李璇; 李金国; 张绪光; 马杰; 祝东明; 赵书平; 李慧
Original assignee: INSTITUTE OF RADAR AND ELECTRONIC COUNTERMEASURE OF CHINESE PLA AIR FORCE EQUIPM; Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: INSTITUTE OF RADAR AND ELECTRONIC COUNTERMEASURE OF CHINESE PLA AIR FORCE EQUIPM; Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2032-08-10
Also published as: CN102814249B

Abstract

本发明提供一种用于积冰冻雨试验系统的供气流量调节装置，该装置包括：一分多供气连通器，连接到积冰冻雨试验系统的供气管的进气口；多合一供气连通器，连接到积冰冻雨试验系统的供气管的出气口；多个供气分管，并联连接在一分多供气连通器和多合一供气连通器之间；多个供气分开关，每个供气分开关设置在每个供气分管上，分别控制每个供气分管的打开/关闭，其中，从供气管的进气口引入的气体通过一分多供气连通器被分流到多个供气分管中，多个供气分管中的气体被汇流到多合一供气连通器，然后通过供气管的出气口被引导至积冰冻雨试验系统的多个喷嘴，所述气体与供应到多个喷嘴的喷淋水会和，使得喷嘴喷淋的水被雾化，以对受试样品进行喷淋。

Description

用于积冰冻雨试验系统的供气流量调节装置

技术领域

本发明属于积冰冻雨环境试验领域，涉及一种用于积冰冻雨试验系统的供气流量调节装置。

背景技术

冻雨也叫雨凇，冻雨在温度低于零度的物体上冻结并形成积冰后能压断电线，造成供电和通信中断，严重的冻雨甚至会压塌房屋，压断树木，冻死农作物和蔬菜。另外，冻雨灾害对交通运输造成的损失也很严重，飞机在有过冷水滴的云层中飞行时，飞机的机翼、螺旋桨会积冰，从而影响飞机空气动力性能而造成失事。通常，对于暴露在积冰/冻雨环境下的产品而言，积冰/冻雨可能导致产品发生相应的物理和化学效应，影响产品的可靠性和工作新能，甚至造成产品发生故障或损坏。

因此，需要进行积冰冻雨环境试验系统(设备)的研制，以对暴露在积冰/冻雨环境下的产品提前进行积冰/冻雨环境试验，从而提高产品的可靠性。

发明内容

本发明的一方面在于提供一种用于积冰冻雨试验系统的供气流量调节装置，该供气流量调节装置能够准确调节供气流量，使得供应的气体与喷淋水在喷嘴处会和，将喷淋水雾化，防止喷嘴冻结，以对产品进行精确的积冰/冻雨环境试验，以便对产品进行有针对性的改进，从而提高产品的可靠性。

根据本发明的一方面，提供一种用于积冰冻雨试验系统的供气流量调节装置，所述供气流量调节装置包括：一分多供气连通器，连接到积冰冻雨试验系统的供气管的进气口；多合一供气连通器，连接到积冰冻雨试验系统的供气管的出气口；多个供气分管，并联连接在一分多供气连通器和多合一供气连通器之间；多个供气分开关，每个供气分开关设置在每个供气分管上，分别控制每个供气分管的打开/关闭，其中，从供气管的进气口引入的气体通过一分多供气连通器被分流到多个供气分管中，多个供气分管中的气体被汇流到多合一供气连通器，然后通过供气管的出气口被引导至积冰冻雨试验系统的多个喷嘴，所述气体与供应到所述多个喷嘴的喷淋水会和，使得喷嘴喷淋的水被雾化，以对受试样品进行喷淋。

所述多个供气分管的横截面积可依次增大。

任意两个相邻的供气分管的横截面积之比可以为1/2。

积冰冻雨试验系统的控制器可根据测量的供气管的供气流量，对每个供气分开关进行单独控制，相应的供气分管被打开或关闭，使得供气管的出气口的供气流量达到预定的供气流量。

所述多个供气分开关可以是气动开关。

供气分管的数量可以为4-8。

供气分管的数量优选为5。

附图说明

通过结合附图，从下面的实施例的描述中，本发明这些和/或其它方面及优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中：

图1是示出根据本发明实施例的积冰冻雨试验系统的结构框图；

图2是示出根据本发明实施例的积冰冻雨试验系统的喷淋水流量和供气流量的控制框图；

图3是示出根据本发明实施例的喷淋水流量调节装置的详细结构图；

图4是示出根据现有技术的喷淋水流量调节效果与根据本发明实施例的喷淋水流量调节效果的比较结果的示意图；

图5是示出根据本发明实施例的供气流量调节装置的详细结构图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

图1是示出根据本发明实施例的积冰冻雨试验系统的结构框图。图2是示出根据本发明实施例的积冰冻雨试验系统的喷淋水流量和供气流量的控制框图。

参照图1和图2，积冰冻雨试验系统包括箱体1，在箱体1的下部设置有升降转台2，升降转台2上可放置受试样品3，并能够上下升降和/或旋转，以改变受试样品3的高度和角度。

在箱体1的上部设置有储水箱4，储水箱4中储存积冰冻雨试验所需的喷淋水(预冷水)。储水箱4利用喷淋水的自然落差产生喷淋水压力，因此可供应喷淋水。

喷淋水供应管5连接到储水箱4。储水箱4中的喷淋水通过喷淋水供应管5供应到多个喷嘴6。多个喷嘴6可布置在受试样品3的上方和四周。多个喷嘴6向受试样品3喷水，从而进行积冰冻雨试验。

在喷淋水供应管5上设置有喷淋水流量调节装置7和喷淋水流量计8。喷淋水流量计8实时检测喷淋水供应管5的喷淋水流量，喷淋水流量调节装置7调节喷淋水供应管5的喷淋水流量。控制器18根据喷淋水流量计8测量的喷淋水流量，来控制喷淋水流量调节装置7对喷淋水供应管5的喷淋水流量进行调节，使得喷淋水供应管5的喷淋水流量达到预定的喷淋水流量。

在喷淋水供应管5上可设置有喷淋水总开关9，喷淋水总开关9根据控制器18的控制打开或关闭喷淋水供应管5。

积冰冻雨试验系统还可包括安装在箱体1中的水温调节装置10，在储水箱4中可安装有水温传感器(未示出)，水温传感器测量储水箱4中的喷淋水的温度。控制器18根据水温传感器测量的喷淋水的温度，控制水温调节装置10调节储水箱4中的喷淋水的温度达到预定水温。对于积冰冻雨试验，喷淋水的预定水温优选为3℃至5℃，以利于加快在受试样品3上形成积冰/冻雨。

积冰冻雨试验系统还可包括连接到储水箱4的自动补水装置11(例如水泵)，在储水箱4中可安装有水位传感器(未示出)，水位传感器测量储水箱4中的喷淋水的水位。控制器18根据水位传感器测量的喷淋水的水位，控制自动补水装置11对储水箱4自动补水。自动补水装置11可通过外部供水源对储水箱4自动补水。

为了使受试样品3上的喷淋水能够迅速冷却、固化结冰，还需要对箱体内部温度进行调节。因此，积冰冻雨试验系统还包括设置在箱体1中的箱体内部温度调节装置(未示出)和设置在箱体内部的温度传感器，温度传感器测量箱体内部温度，控制器18根据温度传感器测量箱体内部温度，控制箱体内部温度调节装置调节箱体内部温度达到预定的箱体内部温度。对于积冰冻雨试验，箱体内部温度优选为-6℃至-10℃，以利于加快在受试样品3上形成积冰/冻雨。

由于在进行积冰/冻雨试验时，喷嘴6是在0℃以下环境中对受试样品3进行喷淋，因此如果不进行防护措施，喷嘴6在工作一段时间后就会逐渐结冰，最终喷嘴冻结，导致无法正常喷淋。而且在实际使用中，为了达到更好的结冰效果，优选地，需要将喷淋的水进行雾化，使其能够均匀覆盖到受试样品3的表面，达到快速结冰效果。

因此，积冰冻雨试验系统还可包括高压气源12，高压气源12产生预定压力的气体。

供气管13连接到高压气源12。高压气源12产生的气体通过供气管13供应到多个喷嘴6。供气管13供应的气体与喷淋水供应管5供应的喷淋水在各个喷嘴6会和，使得喷嘴6喷淋的水被雾化，雾化的水均匀覆盖到受试样品3的表面。

在供气管13上设置有供气流量调节装置14和供气流量计15。供气流量计15实时检测供气管13的供气流量，控制器18根据供气流量计15测量的供气流量，来控制供气流量调节装置14对供气管13的供气流量进行调节，使得供气管13的供气流量达到预定的供气流量。

在供气管13上可设置有供气总开关16，供气总开关16根据控制器18的控制打开或关闭供气管13。

积冰冻雨试验系统还可包括安装在箱体1中的气体温度调节装置17，在高压气源12的出口处中可安装有气体温度传感器(未示出)，气体温度传感器测量高压气源12的出口处的气体温度。控制器18根据水温传感器测量的气体温度，控制气体温度调节装置17调节高压气源12的出口处的气体温度达到预定的气体温度。对于积冰冻雨试验，高压气源12的出口处的气体温度优选为10℃至12℃。

为了防止喷嘴6结冰，高压气源12产生的高压气体经过温度控制，流经喷嘴6时可确保喷嘴6处于0℃以上以防止局部结冰。喷嘴6通过高压气体高速流经喷水口前方，能达到喷水口保温的效果，又能利用虹吸原理将水吸出并利用高速气体流动迅速将喷淋水(温度控制在3℃至5℃左右)雾化，在喷淋到受试样品3的表面之前，通过箱体内-6℃至-10℃的低温环境迅速冷却，达到过冷水的效果，使其落到受试样品3的表面后能够迅速固化结冰，便于进行积冰冻雨试验。

由于喷嘴防冻与雾化水结冰相互制约，即，如果气体温度高、气体流速(供气流量)大，则喷嘴防冻效果好，但导致雾化水温高，喷洒降落时间短，雾化结冰效果差；反之，如果气体温度低、气体流速(供气流量)小，则雾化结冰效果好而喷嘴防冻效果差。为此，可通过理论计算以及有限次实验，来获得气体温度、气体流速(供气流量)以及喷水速率(喷淋水流量)之间的拟合关系，从而实现喷嘴防冻效果和雾化结冰效果的优化平衡。因此，在本发明中，根据设定的喷水速率(喷淋水流量)自动调节气体温度以及喷气压力(供气流量)，可实现全部控制量的自动调节。

下面对喷淋水流量调节以及供气流量调节进行详细描述。

图3是示出根据本发明实施例的喷淋水流量调节装置7的详细结构图。

参照图1至图3，喷淋水流量调节装置7包括一分多供水连通器71、多个喷淋水供应分管72-1至72-N、多个喷淋水分开关73-1至73-N以及多合一供水连通器74。N为自然数。

一分多供水连通器71连接到喷淋水供应管5的进水口51，多合一供水连通器74连接到喷淋水供应管5的出水口52，多个喷淋水供应分管72-1至72-N并联连接在一分多供水连通器71和多合一供水连通器74之间。从喷淋水供应管5的进水口51引入的喷淋水通过一分多供水连通器71被分流到多个喷淋水供应分管72-1至72-N中。多个喷淋水分开关73-1至73-N分别设置在多个喷淋水供应分管72-1至72-N上(即，每个喷淋水供应分管上设置有一个喷淋水分开关)，可分别打开或关闭多个喷淋水供应分管72-1至72-N。多个喷淋水供应分管72-1至72-N中的喷淋水被汇流到多合一供水连通器74，然后通过喷淋水供应管5的出水口52被引导至多个喷嘴6以对受试样品3进行喷淋。

多个喷淋水供应分管72-1至72-N的横截面积依次增大。优选地，任意两个相邻的喷淋水供应分管的横截面积之比为1/2。相应地，任意两个相邻的喷淋水供应分管的内径之比为由于任意两个相邻的喷淋水供应分管的横截面积之比为1/2，因此任意两个相邻的喷淋水供应分管的喷淋水流量之比也为1/2。

控制器18可根据喷淋水流量计8测量的喷淋水流量，对每个喷淋水分开关进行单独控制，相应的喷淋水供应分管被打开或关闭，使得喷淋水供应管5的出水口52的喷淋水流量达到预定的喷淋水流量。

在控制器18的控制下，每个喷淋水分开关可单独打开或关闭喷淋水供应分管，并且任意两个相邻的喷淋水供应分管的喷淋水流量之比为1/2，因此，N个喷淋水供应分管的喷淋水总流量共有2^N种组合关系(与二进制数类似)，可实现喷淋水的流量的2^N级调节，调节精度为N个喷淋水供应分管全部打开时的喷淋水总流量的

因此，可实现喷淋水流量的准确调节。

可根据需要确定N的大小，例如，N可以是4至8，图3示出了N为5的情况。当N为5时，5个喷淋水供应分管的喷淋水总流量共有2⁵(即，32)种组合关系，可实现喷淋水的流量的32级调节，调节精度为N个喷淋水供应分管全部打开时的喷淋水总流量的1/32。

喷淋水分开关73-1至73-N可以是气动开关。气动开关在控制器18的控制下能够快速打开或关闭相应的喷淋水供应分管，与传统的旋钮开关相比，气动开关响应速度很快，便于快速调节喷淋水供应管5的出水口52的喷淋水流量。

图4是示出根据现有技术的喷淋水流量调节效果与根据本发明实施例的喷淋水流量调节效果的比较结果的示意图。

传统的喷淋水流量控制方式是利用储水箱自身储水体积变化量与喷淋时间比较来计算平均喷淋水流量，利用储水箱自身压力控制喷淋水量的平均值。但是，由于喷淋水流量的瞬时值受到储水箱水压的影响，喷淋水流量的瞬时值随着储水箱自身水量的变化而变化，因此喷淋水流量的瞬时值与时间的关系是一条波动的曲线，参见图4中的(a)。

在本发明中，喷淋水流量计8实时测量喷淋水流量，控制器18根据测量的喷淋水流量，对每个喷淋水分开关进行单独控制，按照的精度调节喷淋水流量，可平衡掉由于储水箱中的喷淋水压力波动造成的喷淋水流量瞬时值的波动，最终实现喷淋水流量的稳定控制。参照图4中的(b)，本发明中实现的喷淋水流量瞬时值的波动显著小于传统的喷淋水流量控制方式实现的喷淋水流量瞬时值。

图5是示出根据本发明实施例的供气流量调节装置14的详细结构图。供气流量调节装置14的结构与喷淋水流量调节装置7的结构类似。

具体地，参照图1、图2和图4，供气流量调节装置14包括一分多供气连通器141、多个供气分管142-1至142-M、多个供气分开关143-1至143-M以及多合一供气连通器144。M为自然数。

一分多供气连通器141连接到供气管13的进气口131，多合一供气连通器144连接到供气管13的出气口132，多个供气分管142-1至142-M并联连接在一分多供气连通器141和多合一供气连通器144之间。从供气管13的进气口131引入的气体通过一分多供气连通器141被分流到多个供气分管142-1至142-M中。多个供气分开关143-1至143-M分别设置在多个供气分管142-1至142-M(即，每个供气分管上设置有一个供气分开关)，可分别打开或关闭多个供气分管142-1至142-M。多个供气分管142-1至142-M中的气体被汇流到多合一供气连通器144，然后通过供气管13的出气口132被引导至多个喷嘴6，所述气体与供应到喷嘴6的喷淋水会和，使得喷嘴6喷淋的水被雾化，雾化的水均匀覆盖到受试样品3的表面，以进行积冰冻雨试验。

多个供气分管142-1至142-M的横截面积依次增大。优选地，任意两个相邻的供气分管的横截面积之比为1/2。相应地，任意两个相邻的供气分管的内径之比为

由于任意两个相邻的供气分管的横截面积之比为1/2，因此任意两个相邻的供气分管的供气流量之比也为1/2。

控制器18可根据供气流量计15测量的供气流量，对每个供气分开关进行单独控制，相应的供气分管被打开或关闭，使得供气管13的出气口132的供气流量达到预定的供气流量。

在控制器18的控制下，每个供气分开关可单独打开或关闭供气分管，并且任意两个相邻的供气分管的供气流量之比为1/2，因此，M个供气分管的供气总流量共有2M种组合关系(与二进制数类似)，可实现供气流量的2M级调节，调节精度为M个供气分管全部打开时的供气总流量的

因此，可实现供气流量的准确调节。

可根据需要确定M的大小，例如，M可以是4至8，图5示出了M为5的情况。当M为5时，5个供气分管的供气总流量共有2⁵(即，32)种组合关系，可实现供气流量的32级调节，调节精度为M个供气分管全部打开时的供气总流量的1/32。

供气分开关143-1至143-M可以是气动开关。气动开关在控制器18的控制下能够快速打开或关闭相应的供气分管，与传统的旋钮开关相比，气动开关响应速度很快，便于快速调节供气管13的出气口132的供气流量。

M可以等于N，即，供气分管的数量可与喷淋水供应分管的数量相等，供气分开关的数量可与喷淋水分开关的数量相等。然而，本发明不限于此，M也可以不等于N。

如上所述，控制器18可根据设定的喷淋水流量(所述预定的喷淋水流量)来设定所述预定的供气流量，并且控制器18可将供气管13的供气流量精确调节到所述预定的供气流量。

积冰冻雨试验系统还可包括加热装置(未示出)。加热装置可设置在箱体1的底板中，对底板加热，防止洒落到箱体1的底板上的雾化水冻结。底板上的被加热装置加热的水可被排出到箱体1的外部。

根据本发明的积冰冻雨试验系统可精确控制供应给喷嘴的喷淋水流量和供气流量，使得喷淋水被高压气体雾化并均匀喷淋到受试样品的表面上，实现喷嘴防冻效果和雾化结冰效果的优化平衡，利于进行稳定、准确的积冰/冻雨试验。

根据本发明的积冰冻雨试验系统可对受试产品进行一定时间段(例如几个小时)的积冰/冻雨试验，可确定产品能否耐受积冰/冻雨的环境，或者能否在积冰/冻雨的环境下工作，从而能够对产品进行有针对性的改进。

虽然本发明是参照其示例性的实施例被具体描述和显示的，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。

Claims

1.一种用于积冰冻雨试验系统的供气流量调节装置，包括：

一分多供气连通器，连接到积冰冻雨试验系统的供气管的进气口；

多合一供气连通器，连接到积冰冻雨试验系统的供气管的出气口；

多个供气分管，并联连接在一分多供气连通器和多合一供气连通器之间；

多个供气分开关，每个供气分开关设置在每个供气分管上，分别控制每个供气分管的打开/关闭，

其中，从供气管的进气口引入的气体通过一分多供气连通器被分流到多个供气分管中，多个供气分管中的气体被汇流到多合一供气连通器，然后通过供气管的出气口被引导至积冰冻雨试验系统的多个喷嘴，所述气体与供应到所述多个喷嘴的喷淋水会和，使得喷嘴喷淋的水被雾化，以对受试样品进行喷淋。

2.根据权利要求1所述的供气流量调节装置，其中，所述多个供气分管的横截面积依次增大。

3.根据权利要求2所述的供气流量调节装置，其中，任意两个相邻的供气分管的横截面积之比为1/2。

4.根据权利要求3所述的供气流量调节装置，其中，积冰冻雨试验系统的控制器根据测量的供气管的供气流量，对每个供气分开关进行单独控制，相应的供气分管被打开或关闭，使得供气管的出气口的供气流量达到预定的供气流量。

5.根据权利要求4所述的供气流量调节装置，其中，所述多个供气分开关是气动开关。

6.根据权利要求4所述的供气流量调节装置，其中，供气分管的数量为4-8。

7.根据权利要求6所述的供气流量调节装置，其中，供气分管的数量为5。