CN108318274B - 一种可模拟极端气候下动力机械工作过程的试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可模拟极端气候下动力机械工作过程的试验系统，包括：进气模拟系统，其包括：导气管，与导气管连接的混合箱，与混合箱连接的氮气箱，与混合箱连接的空气‑冷水热交换器，与空气‑冷水热交换器连接且互相并联的加湿器和干燥器，与加湿器和干燥器连接的减压箱，与减压箱连接的进气稳压箱；排气模拟系统，包括排气稳压箱；冷却系统，其包括：燃油‑冷水热交换器、冷却水‑冷水热交换器、机油‑冷水热交换器和冷源装置。本发明能够全面模拟极端气候(低压、低含氧量、低温、高/低湿度的进气状态以及排气低压状态)、燃油低温状态以及机体低温状态，与现有的高原试验室相比，简化系统结构，极大地降低了建造、使用和维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及动力机械的测试领域，尤其涉及一种可模拟极端气候下动力机械工作过程的试验系统。
背景技术
我国西部地区，包括云南、贵州、青海、西藏以及四川、重庆等部分地区处于高原/高海拔地区，其气候环境相对于平原地区，较为复杂及恶劣：气压仅为平原地区的50％-70％；空气中的含氧量只有海平面的50％～80％；气温偏低5℃-10℃，在冬季时极端温度可达到-30℃及以下；一些地区常年气候干燥，湿度低，而在山区则气候多变，经常下雨，湿度大。对于在高海拔地区使用的动力机械(移动式，如车用发动机，或固定式，如柴油发电机，或较少移动的工程机械的动力系统等)，如果不做相应调整或匹配，通常会出现性能恶化，作业能力下降，故障率升高，可靠性下降等问题。
为适应汽车/工程机械在高原地区使用，要进行重新调整和试验。通常有两种方法：建立专业的高原试验室，或者是仅模拟进、排气系统的大气状态。建设高原试验室，资源投入大，使用成本较高，且由于试验室内外的压差较大，对试验室要求较高，如操作不慎，有可能出现事故。而模拟进、排气系统(特别是进气系统)的大气状态，仍不够全面；在高原地区的山区，气候多变，湿度变化大(从干燥到潮湿)，而现有的模拟设备对进气湿度状态模拟不够全面，多数只是除湿；对于燃油，以及机体，在试验中为常温状态，而实际状态多为低温状态(机体在启动时为低温，工作后为热状态)。因此，仅是对进、排气模拟显然不足。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可模拟极端气候下动力机械工作过程的试验系统，从而克服现有高原试验室建设、使用及维护成本高，以及进、排气系统模拟功能不全面的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种可模拟极端气候下动力机械工作过程的试验系统，其中，包括：
进气模拟系统，其包括：导气管，其设置有一调节阀；混合箱，其进口与所述导气管连接，且该混合箱内设置有一氧浓度传感器；氮气箱，其出口与所述混合箱的进口连接，且该氮气箱的出口设置有一调节阀；空气-冷水热交换器，其空气通道的进口与所述混合箱的出口连接，且该空气-冷水热交换器的空气通道的出口设置有一温度传感器和一湿度传感器；干燥器，其进口与所述空气-冷水热交换器的空气通道的出口连接，且该干燥器的进口设置有一控制开关；加湿器，其进口与所述空气-冷水热交换器的空气通道的出口连接，且该加湿器的进口设置有一控制开关；减压箱，其进口分别与所述干燥器的出口和所述加湿器的出口连接，该减压箱设置有一真空泵和一节流阀，且该减压箱内设置有一压力传感器；进气稳压箱，其进口与所述减压箱的出口连接，该进气稳压箱的出口与动力机械的进气管连接，且该进气稳压箱内设置有压力传感器、温度传感器、湿度传感器以及氧浓度传感器；
排气模拟系统，其包括排气稳压箱，该排气稳压箱的进口与所述动力机械的排气管连接，该排气稳压箱设置有一抽气泵，且该排气稳压箱内设置有一压力传感器；
冷却系统，其包括：燃油-冷水热交换器，所述动力机械的燃油通过连接管流经该燃油-冷水热交换器的燃油通道，且在燃油流出该燃油-冷水热交换器的燃油通道的连接管上设置有一温度传感器；冷却水-冷水热交换器，所述动力机械的冷却水通过连接管流经该冷却水-冷水热交换器的冷却水通道，且在冷却水流出该冷却水-冷水热交换器的冷却水通道的连接管上设置有一温度传感器；以及机油-冷水热交换器，所述动力机械的机油通过连接管流经该机油-冷水热交换器的机油通道，且在机油流出该机油-冷水热交换器的机油通道的连接管上设置有一温度传感器；冷源装置，其用于给所述空气-冷水热交换器的冷水通道，所述燃油-冷水热交换器的冷水通道、所述冷却水-冷水热交换器的冷水通道和所述机油-冷水热交换器的冷水通道提供低温的冷水。
优选地，上述技术方案中，所述冷源装置包括：制冷机，其进口设置有一压力传感器，所述空气-冷水热交换器的冷水通道的出口、所述燃油-冷水热交换器的冷水通道的出口、所述冷却水-冷水热交换器的冷水通道的出口以及所述机油-冷水热交换器的冷水通道的出口分别通过带有一温度传感器的连接管与该制冷机的进口连接；储水罐，其进口与所述制冷机的出口连接，且该储水罐的出口设置有一压力传感器和一温度传感器，所述空气-冷水热交换器的冷水通道的进口、所述燃油-冷水热交换器的冷水通道的进口、所述冷却水-冷水热交换器的冷水通道的进口以及所述机油-冷水热交换器的冷水通道的进口分别通过带有一调节阀的连接管与该储水罐的出口连接。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
对进气系统设计：外部空气依次通过混合箱、热交换器、干燥器或加湿器、减压箱，最后到进气稳压箱。经过以上转换后的气体，完全达到极端气候状态(低压、低含氧量、低温、高/低湿度)。对燃油和机体温度控制设计：通过热交换方式给燃油降温并保持低温状态，与极端气候的低温状态一致；通过热交换方式给冷却水和机油降温，并循环，可迅速从里到外降低机体温度，与极端气候的低温状态一致，并可在动力机械工作时，关闭热交换，进入工作状态(机体在启动时为低温，工作后为热状态)。对排气系统进行设计：增加了排气稳压箱，使得排气状态与极端气候的低压状态一致。通过对进、排气系统，燃油与机体温度控制的冷却系统进行设计，简化系统结构，把握模拟极端气候下的工作核心要素，极大地降低系统的建造、使用和维护成本，且动力机械的试验过程与极端气候下的真实状态基本一致。
附图说明
图1是根据本发明一种可模拟极端气候下动力机械工作过程的试验系统的结构示意图。
主要附图标记说明：
1-导气管，2-调节阀，3-氮气箱，4-氧浓度传感器，5-混合箱，6-温度传感器，7-空气-冷水热交换器，8-湿度传感器，9-控制开关，10-干燥器，11-加湿器，12-减压箱，13-压力传感器，14-节流阀，15-真空泵，16-进气稳压箱，17-燃油-冷水热交换器，18-动力机械，19-排气管，20-抽气泵，21-排气稳压箱；22-冷却水-冷水热交换器；23-连接管；24-储水罐；25-制冷机；26-控制系统；27-机油-冷水热交换器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1显示了根据本发明优选实施方式的一种可模拟极端气候下动力机械工作过程的试验系统的结构示意图。该试验系统包括进气模拟系统、排气模拟系统以及冷却系统。
参考图1，进气模拟系统包括导气管1、氮气箱3、混合箱5、空气-冷水热交换器7、干燥器10、加湿器11、减压箱12和进气稳压箱16。导气管1用于导入外界空气，导气管1上设置有一调节阀2，调节阀2为电动调节阀，用于调节空气的流量。混合箱5的进口与导气管1连接，氮气箱3的出口与混合箱5的进口连接，且氮气箱3的出口设置有一调节阀2。其中，混合箱5可以设置两个进口，氮气箱3和导气管1各与混合箱5的一个进口连接。氮气箱3通过调节阀2调节氮气流量，氮气进入到混合箱5后与空气混合，以调整氧含量。混合箱5内设置有一氧浓度传感器4，以监测混合箱5内混合气体的氧浓度。空气-冷水热交换器7的空气通道的进口与混合箱5的出口连接，且空气-冷水热交换器7的空气通道的出口设置有一温度传感器6和湿度传感器8，以监测经空气-冷水热交换器7冷却后的混合气体的温度和湿度。从空气-冷水热交换器7出来的、冷却后的混合气体可选择经过干燥器10或加湿器11。其中，干燥器10的进口与空气-冷水热交换器7的空气通道的出口连接，且干燥器10的进口设置有一控制开关9；加湿器11的进口与空气-冷水热交换器7的空气通道的出口连接，且加湿器11的进口设置有一控制开关9。当混合气体的湿度高于设定值时，加湿器11的控制开关9断开，干燥器10的控制开关9闭合，混合气体经过干燥器10降低湿度；当混合气体的湿度低于设定值时，加湿器11的控制开关9闭合，干燥器10的控制开关9断开，混合气体经过加湿器11提升湿度。通过干燥器10和加湿器11可以大范围的调整混合气体的湿度，模拟高原的高/低湿度的气候。减压箱12的进口分别与干燥器10的出口和加湿器11的出口连接，减压箱12设置有一真空泵15和一节流阀14，可通过真空泵15向外界泵气以降低减压箱12内的气压，也可通过节流阀14将外界气体吸入到减压箱12，以提高减压箱12内气压。且减压箱12内设置有一压力传感器13，以监测减压箱12的压力。进气稳压箱16的进口与减压箱12的出口连接，进气稳压箱16的出口与动力机械18的进气管连接。且进气稳压箱16内设置有压力传感器13、温度传感器6、湿度传感器8以及氧浓度传感器4，以分别用于检测输送给动力机械18的进气管的气体的压力、温度、湿度以及氧含量是否达到设定范围。
排气模拟系统包括排气稳压箱21，排气稳压箱21的进口与动力机械18的排气管19连接，排气稳压箱21设置有一抽气泵20，通过抽气泵20向外界抽气以降低排气稳压箱21内的气压，以使排气状态与极端气候的低压状态一致。且排气稳压箱21内设置有一压力传感器13，以监测排气稳压箱21内的压力。
冷却系统包括燃油-冷水热交换器17、冷却水-冷水热交换器22、机油-冷水热交换器27以及冷源装置，冷源装置用于给空气-冷水热交换器7的冷水通道、燃油-冷水热交换器17的冷水通道、冷却水-冷水热交换器22的冷水通道和机油-冷水热交换器27的冷水通道提供低温的冷水。动力机械18的燃油通过连接管23流经燃油-冷水热交换器17的燃油通道，且在燃油流出燃油-冷水热交换器17的燃油通道的连接管23上设置有一温度传感器6，以监测与冷水进行热交换后燃油的温度；动力机械18的冷却水通过连接管23流经冷却水-冷水热交换器22的冷却水通道，且在冷却水流出冷却水-冷水热交换器22的冷却水通道的连接管23上设置有一温度传感器6，以监测与冷水进行热交换后冷却水的温度；动力机械18的机油通过连接管23流经机油-冷水热交换器27的机油通道，且在机油流出机油-冷水热交换器27的机油通道的连接管23上设置有一温度传感器6，以监测与冷水进行热交换后机油的温度。优选地，冷源装置包括制冷机25和储水罐24，制冷机25的进口设置有一压力传感器13，以监测制冷机25的冷水通道的进口的水压，储水罐24的冷水通道的进口与制冷机25的出口连接，且储水罐24的冷水通道的出口设置有一压力传感器13和一温度传感器6，以监测从储水罐24出来的冷水的压力和温度。空气-冷水热交换器7的冷水通道的出口、燃油-冷水热交换器17的冷水通道的出口、冷却水-冷水热交换器22的冷水通道的出口以及机油-冷水热交换器27的冷水通道的出口分别通过带有一温度传感器6的连接管23与制冷机25的进口连接；空气-冷水热交换器7的冷水通道的进口、燃油-冷水热交换器17的冷水通道的进口、冷却水-冷水热交换器22的冷水通道的进口以及机油-冷水热交换器27的冷水通道的进口分别通过带有一调节阀2的连接管23与储水罐24的出口连接。制冷机25制造的冷水输送给储水罐24，储水罐24把冷水输送给各热交换器的冷水通道，从而使冷水与来自动力机械18的燃油、冷却水、机油以及来自混合箱5的混合气体发生热交换，热交换后的燃油、冷却水和机油再输送回动力机械18中，进行热交换后的冷水重新输送回制冷机25进行制冷，如此循环。其中，动力机械18的燃油通过热交换降温后，再将其输送回动力机械18的供油系统中，可保持燃油低温状态，与极端气候的低温状态一致；动力机械18的冷却水和机油通过热交换降温后，再将冷却水和机油输送回动力机械18的冷却水管路和机油管路中，并在管路中循环，从里到外迅速降低机体温度。在动力机械18进入工作状态后，可关闭冷却水-冷水热交换器22和机油-冷水热交换器27，停止动力机械18的冷却水和机油的热交换，保持冷却水和机油在动力机械18的内部循环，充分模拟动力机械18在极端气候下的低温状态(机体在启动时为低温，工作后为热状态)。冷水可为乙二醇与水的混合物。
在动力机械18进行极端气候下的模拟试验前和过程中，控制系统26能够接收各个传感器测得的数据，根据测得数据与设定值进行对比，自动调节所有的调节阀2的开度、真空泵15的开度、抽气泵20的开度、节流阀14的开度、控制开关9的闭合与断开以及制冷机25的功率等，把气体的压力、氧含量、温度、湿度、燃油的温度以及动力机械18的机体的温度控制在设定的范围内，从而把符合要求的低压、低含氧量、低温、高/低湿度的气体经进气稳压箱16输送到动力机械18的进气管，且保持排气稳压箱21内的气压为低压状态，保证动力机械18的排气状态与极端气候的低压状态一致。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (1)
1.一种可模拟极端气候下动力机械工作过程的试验系统，其特征在于，包括：
进气模拟系统，其包括：
导气管，其设置有一调节阀；
混合箱，其进口与所述导气管连接，且该混合箱内设置有一氧浓度传感器；
氮气箱，其出口与所述混合箱的进口连接，且该氮气箱的出口设置有一调节阀；
空气-冷水热交换器，其空气通道的进口与所述混合箱的出口连接，且该空气-冷水热交换器的空气通道的出口设置有一温度传感器和一湿度传感器；
干燥器，其进口与所述空气-冷水热交换器的空气通道的出口连接，且该干燥器的进口设置有一控制开关；
加湿器，其进口与所述空气-冷水热交换器的空气通道的出口连接，且该加湿器的进口设置有一控制开关；
减压箱，其进口分别与所述干燥器的出口和所述加湿器的出口连接，该减压箱设置有一真空泵和一节流阀，且该减压箱内设置有一压力传感器；
进气稳压箱，其进口与所述减压箱的出口连接，该进气稳压箱的出口与动力机械的进气管连接，且该进气稳压箱内设置有压力传感器、温度传感器、湿度传感器以及氧浓度传感器；
排气模拟系统，其包括排气稳压箱，该排气稳压箱的进口与所述动力机械的排气管连接，该排气稳压箱设置有一抽气泵，且该排气稳压箱内设置有一压力传感器；
冷却系统，其包括：
燃油-冷水热交换器，所述动力机械的燃油通过连接管流经该燃油-冷水热交换器的燃油通道，且在燃油流出该燃油-冷水热交换器的燃油通道的连接管上设置有一温度传感器；
冷却水-冷水热交换器，所述动力机械的冷却水通过连接管流经该冷却水-冷水热交换器的冷却水通道，且在冷却水流出该冷却水-冷水热交换器的冷却水通道的连接管上设置有一温度传感器；
机油-冷水热交换器，所述动力机械的机油通过连接管流经该机油-冷水热交换器的机油通道，且在机油流出该机油-冷水热交换器的机油通道的连接管上设置有一温度传感器；
冷源装置，其用于给所述空气-冷水热交换器的冷水通道，所述燃油-冷水热交换器的冷水通道、所述冷却水-冷水热交换器的冷水通道和所述机油-冷水热交换器的冷水通道提供低温的冷水；
其中，所述冷源装置包括制冷机，其进口设置有一压力传感器，所述空气-冷水热交换器的冷水通道的出口、所述燃油-冷水热交换器的冷水通道的出口、所述冷却水-冷水热交换器的冷水通道的出口以及所述机油-冷水热交换器的冷水通道的出口分别通过带有一温度传感器的连接管与该制冷机的进口连接。
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| 汽车环境与道路模拟综合试验室;陆海宁 等;汽车技术(第03期);第10-12页 * |
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