CN103048140A - 一种用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置及利用此装置进行测试的方法。所述装置，包括低温低气压箱、发动机测试箱、循环系统和发动机进气管道，所述低温低气压箱和发动机测试箱分别通过循环系统和发动机进气管道相连通；所述低温低气压箱内包括制冷系统和低气压系统；所述制冷系统包括冷冻压缩机和温度控制器，所述低气压系统包括真空泵。本发明的低温低气压箱和发动机测试箱可根据用户的不同需求进行组装拆分，同时可以用于其他设备在低温低气压环境下的测试试验；节省资源；在制冷系统功率不够、气温降不到试验所需温度情况下，可在低温低气压箱内部放置液氮和液氧，配合制冷系统可同样模拟南极低温环境。

Description

一种用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置
技术领域
本发明涉及一种用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置及利用此装置进行测试的方法。
背景技术
在南极进行的自动天文观测和其他科学探测活动，需要一套科考支撑平台为其提供能源动力、远程遥测与遥控、海量科学数据存储、通信和数据传输，以及环境保障。其中持续稳定的能源动力是保证平台在高原低温、低气压环境下长期和可靠自主运行的关键。在极地特殊环境下，燃油发动机是能源动力的优先选择。
燃油发动机在南极低温、低气压环境下的启动和运行特性与普通地区相比有很大的区别，在此特殊环境下发动机的首次启动特别困难；而发动机一旦启动成功，由于其运行过程中机身不断发热，低温环境对其已无影响，可只考虑低气压环境。为了使发动机在南极的首次启动顺利成功，必须对其进行技术改造。改造发动机须先测试发动机在南极低温低气压环境下的启动和运行特性，而目前已有的低温低气压箱结构和性能指标难以满足发动机测试的要求，因此有必要设计一套能够模拟南极低温低气压环境、适合发动机在其内部运行的装置，用来测试发动机在此环境下的启动和运行特性，为改造发动机提供依据。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置及利用此装置进行测试的方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置，包括低温低气压箱、发动机测试箱、循环系统和发动机进气管道，所述低温低气压箱和发动机测试箱分别通过循环系统和发动机进气管道相连通；所述低温低气压箱内包括制冷系统和低气压系统；所述制冷系统包括冷冻压缩机和温度控制器，所述低气压系统包括真空泵。
低温低气压箱是为了向发动机提供低温低气压的运行环境，发动机测试箱用于安放待测试的发动机；低温低气压箱和发动机测试箱采用保温材料密封；发动机进气管道，连通低温低气压箱和发动机进气口，用于发动机从低温低气压箱进气；循环系统的设置实现了两箱体之间的气体对流，使得发动机测试箱内部的温度和气压能够与低温低压箱平衡，提供发动机启动测试所需环境。
为了保证低温低气压箱和发动机测试箱之间气体对流的效果，所述循环系统包括对应设在低温低气压箱和发动机测试箱两端的循环管道和设在循环管道上的循环电磁阀。
为了进一步提高对流效果，所述循环管道上设有循环泵。
为了减少发动机在发动机测试箱内部散发的热量，所述发动机测试箱上设有用于将发动机废气排出发动机测试箱外的排气管道。
为了提高测试的准确性，所述低温低气压箱和发动机测试箱内均设有温度传感器和气压传感器。
为了有效控制发动机运行过程中所需空气量，所述低温低气压箱上设有用来控制发动机运行过程中所需空气量的进气阀。
为了使用方便、并提高测试的准确性，所述发动机测试箱上设有用来排放发动机运行过程中散发的热量的排风扇；所述发动机测试箱底部设有高度可控的用来放置发动机的支架板；所述发动机测试箱底部设有排线管。
上述高度可控的用来放置发动机的支架板有效地方便了安放发动机时的管道对接。
上述排线管包括电缆线、网线、USB接口线、RS232串口线等的排线管，用于待测设备的通信和供电。
为了使用方便、并提高测试的准确性，所述发动机测试箱内部铺设有使箱体内部温度分布均匀的金属导热片；发动机测试箱正面设有用于观察发动机工作情况观察窗，侧面设有安放发动机的活动门。
用上述的一种用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置测试发动机低温低气压启动和运行特性的方法，包括如下步骤：
A、启动低温低气压箱内的制冷系统，同时开启循环系统，使低温低气压箱和发动机测试箱内部温度平衡；
B、待温度降到设定值，启动低温低气压箱内的低气压系统，使得低温低气压箱和发动机测试箱内气压降到启动测试所需值；
C、维持制冷系统和低气压系统运行，至发动机内外温度一致，进行发动机点火启动测试；
D、发动机启动成功后关闭制冷系统和循环系统，保持低气压系统运行，进行发动机运行特性测试。
上述温度的设定值和气压的启动测试所需值，均参考发动机实际所用地的温度和气压，经过上述测试可预先得知发动机的性能。
上述步骤C中，发动机内外温度一致指发动机的表面温度和其内部温度一致，即冷却至发动机各处温度一致，无温差。
上述步骤D中，发动机一旦启动，机身会不断发热，其较低的环境温度对其运行性能不会造成影响，因此发动机启动成功后关闭制冷系统和循环系统，可大幅度节约能源；为了测试的准确性，发动机启动后低压系统需继续运行，通过发动机进气管道保证发动机的低压进气。
上述步骤D中，发动机运行过程中，通过发动机进气管道采集低温低气压箱内部气压信号，根据相关控制算法实时控制真空泵、进气阀的启停和开关，保证低温低气压箱内部的低气压环境维持在试验所需参数值不变，从而使得发动机进气口一直从低气压环境中进气，保证发动机在低压环境下持续运行特性测试的准确性。
本发明未特别说明的技术均为现有技术。
本发明整套装置采用双箱体结构，通过循环泵和循环管道将低温低气压箱内部低温低压空气导入到发动机测试箱内，不仅能够模拟出南极低温低气压环境，还适合发动机在其内部运行；发动机在发动机测试箱内运行，通过进气管道从低温低气压箱内进气；发动机运行过程中不需要再模拟南极的低温环境，在发动机启动成功后将制冷系统和循环系统关闭，切断低温低气压箱和发动机测试箱之间的连通；支架板的使用使得安装发动机时对接管道口方便；发动机测试箱内部铺设金属导热片，使得箱体内部温度均匀，可避免出现局部过热、过冷现象。
本发明用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置的低温低气压箱和发动机测试箱可根据用户的不同需求进行组装拆分，同时可以用于其他设备在低温低气压环境下的测试试验；如果空间不足，可以制作大容积的发动机测试箱，相比另制作大容积的低温低压箱，节省资源；在制冷系统功率不够、气温降不到试验所需温度情况下，可在低温低气压箱内部放置液氮和液氧，配合制冷系统可同样模拟南极低温环境。
附图说明
图1为本发明用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置的结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
如图1所示的用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置，包括低温低气压箱1、发动机测试箱2、循环系统3和发动机进气管道4，低温低气压箱1和发动机测试箱2分别通过循环系统3和发动机进气管道4相连通；低温低气压箱1包括制冷系统和低气压系统；制冷系统包括冷冻压缩机11和温度控制器12，低气压系统包括真空泵13。图中14为真空抽气管道。
循环系统3包括对应设在低温低气压箱1和发动机测试箱2两端的循环管道31和设在循环管道31上的循环电磁阀32，所述循环管31上设有循环泵33。
发动机测试箱2上设有用于将发动机废气排出发动机测试箱外的排气管道21。
低温低气压箱1和发动机测试箱2内均设有温度传感器5和气压传感器6。
低温低气压箱1上设有用来控制发动机运行过程中所需空气量的进气阀122。图中，123为进气口。
发动机测试箱2上设有用来排放发动机运行过程中的散发的热量的排风扇22；所述发动机测试箱2底部设有高度可控的用来放置发动机的支架板23和排线管24。
发动机测试箱2内部铺设有使箱体内部温度分布均匀的金属导热片；发动机测试箱2正面设有用于观察发动机工作情况观察窗25，侧面设有安放发动机的活动门。图中，7为发动机，71为发动机废气管道、72为涡轮增压器。
利用上述一种用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置测试发动机低温低气压启动和运行特性的方法，包括如下步骤：
A、启动低温低气压箱1内的制冷系统，同时开启循环系统3，使低温低气压箱1和发动机测试箱2内部温度平衡；
B、待温度降到设定值，启动低温低气压箱1内的低气压系统，使得低温低气压箱1和发动机测试箱2内气压降到启动测试所需值；
C、维持制冷系统和低气压系统运行，至发动机内外温度一致，进行发动机点火启动测试；
D、发动机启动成功后关闭制冷系统和循环系统3，保持低气压系统运行，进行发动机运行特性测试。
发动机运行过程中，通过发动机进气管道采集低温低气压箱内部气压信号，根据相关控制算法实时控制真空泵、进气阀的启停和开关，保证低温低气压箱内部的低气压环境维持在试验所需参数值不变，从而使得发动机进气口一直从低气压环境中进气，保证发动机在低压环境下持续运行特性测试的准确性。

Claims (9)

1.一种用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置，其特征在于：包括低温低气压箱、发动机测试箱、循环系统和发动机进气管道，所述低温低气压箱和发动机测试箱分别通过循环系统和发动机进气管道相连通；所述低温低气压箱包括制冷系统和低气压系统；所述制冷系统包括冷冻压缩机和温度控制器，所述低气压系统包括真空泵。
2.如权利要求1所述的用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置，其特征在于：所述循环系统包括对应设在低温低气压箱和发动机测试箱两端的循环管道和设在循环管道上的循环电磁阀。
3.如权利要求2所述的用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置，其特征在于：所述循环管道上设有循环泵。
4.如权利要求1至3任意一项所述的用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置，其特征在于：所述发动机测试箱上设有用于将发动机废气排出发动机测试箱外的排气管道。
5.如权利要求1至3任意一项所述的用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置，其特征在于：所述低温低气压箱和发动机测试箱内均设有温度传感器和气压传感器。
6.如权利要求1至3任意一项所述的用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置，其特征在于：所述低温低气压箱上设有用来控制发动机运行过程中所需空气量的进气阀。
7.如权利要求1至3任意一项所述的用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置，其特征在于：所述发动机测试箱上设有用来排放发动机运行过程中散发的热量的排风扇；所述发动机测试箱底部设有高度可控的用来放置发动机的支架板；所述发动机测试箱底部设有排线管。
8.如权利要求1至3任意一项所述的用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置，其特征在于：所述发动机测试箱内部铺设有使箱体内部温度分布均匀的金属导热片；发动机测试箱正面设有用于观察发动机工作情况观察窗，侧面设有安放发动机的活动门。
9.用权利要求1-8任意一项所述的用于测试发动机低温低气压启动和运行特性的装置测试发动机低温低气压启动和运行特性的方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、启动低温低气压箱内的制冷系统，同时开启循环系统，使低温低气压箱和发动机测试箱内部温度平衡；
B、待温度降到设定值，启动低温低气压箱内的低气压系统，使得低温低气压箱和发动机测试箱内气压降到启动测试所需值；
C、维持制冷系统和低气压系统运行，至发动机内外温度一致，进行发动机点火启动测试；
D、发动机启动成功后关闭制冷系统和循环系统，保持低气压系统运行，进行发动机运行特性测试。
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