CN108827592A - 一种可提供低温环境的试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水池试验技术领域，具体涉及一种可提供低温环境的试验平台，包括支撑架、钢化玻璃框架、冰推送装置和制冷系统。支撑架由外部支撑架和内部支撑架组成，具有安装速度快和成本低等优点。钢化玻璃的使用便于对试验过程进行录像和拍照，冰推送装置可以根据不同的试验要求，安装不同宽度、长度和高度的U型板。风动机组和制冷机组的使用，为试验平台提供一个稳定低温环境，有效地防止冰的融化和力学性能的变化，使冰的状态能够更加接近实际情况。本发明可以开展螺旋桨和冰的切削和碰撞试验，以及冰和其他结构物的碰撞试验研究，同时也可在钢化玻璃内部加入水，开展冰‑水‑结构物的试验研究等，使其应用范围更广。

Description

一种可提供低温环境的试验平台

技术领域

本发明涉及水池试验技术领域，具体涉及一种可提供低温环境的试验平台。

背景技术

近年来，随着极地航线的开通和资源的开发，冰区船舶的数量越来越多，冰区船舶推进器最为船舶最重要的组成部分也得到了越来越多研究人员的关注。船舶在冰区航行过程中，经常会导致大量碎冰沿着船体滑动，滑行到船舶尾部时由于螺旋桨的抽吸作用，使大量碎冰进入螺旋桨周围的流场中，与螺旋桨发生切削和碰撞作用，对螺旋桨的水动力性能、结构强度以及轴系和主机带来严重的影响。因此，开展冰和螺旋桨的试验研究具有重要的意义。在开展冰和螺旋桨的试验研究时，对周围的试验环境要求比较高，需要提供稳定的低温环境，从而可以有效地防止冰力学性能的改变。然而目前我国冰水池实验室数量有限，仅有天津大学一座冰水池，不能完全满足我国极地事业的快速发展，因此有必要设计出一种低温试验平台，提供一种稳定的低温试验环境，为开展螺旋桨或者结构物与冰的相互作用提供低温环境，为我国极地装备的试验研究做出贡献。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种可提供低温环境的试验平台。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种可提供低温环境的试验平台，包括支撑架、钢化玻璃框架、冰推送装置和制冷系统；支撑架由外部支撑架和内部支撑架组成，外部支撑架内部安装有钢化玻璃框架；钢化玻璃框架由五块方形钢化玻璃连接成顶端无盖的长方体结构，钢化玻璃框架底部安装有排水管；外部支撑架上端上覆盖有玻璃盖板；冰推送装置位于钢化玻璃框架内部，安装在内部支撑架上，制冷系统安装在冰推送装置上端。

所述的内部支撑架由两组门框结构和一根水平梁铝型材组成，两根竖直铝型材上端与一根水平铝型材连接构成一组门框结构，两组门框结构的上端铝型材与水平梁铝型材连接；所述的钢化玻璃框架的左侧钢化玻璃上开有两个通孔，右侧钢化玻璃上开有两个通孔，内部支撑架的每组门框结构的上端铝型材分别穿过钢化玻璃框架的左右两侧钢化玻璃上的通孔；所述的冰推送装置安装在内部支撑架的水平梁铝型材的下端。

所述的冰推送装置包括线型模组、U型板、可转动G型夹具、固定G型夹具、伺服电机和电机固定架；线型模组安装在内部支撑架上与电机固定架相连，伺服电机安装在电机固定架上；线型模组的滑块两侧安装有U型板，U型板材质为铝，每块U型板中部安装有可转动G型夹具、前端与后端安装有固定G型夹具。

所述的制冷系统包括风动机组、制冷机组和温度计，风动机组位于钢化玻璃框架内部，安装在内部支撑架上；制冷机组安装在支撑架外部通过管路与风动机组相连；温度计安装在钢化玻璃框架内部中靠近冰推送装置一侧的钢化玻璃上。

所述的覆盖在外部支撑架上端的玻璃盖包括固定玻璃盖和可移动玻璃盖，可移动玻璃盖上安装有把手。

所述的内部支撑架与外部支撑架底端安装有防震脚杯。

本发明的有益效果在于：

一种可提供低温环境的试验平台包括支撑架、钢化玻璃框架、冰推送装置和制冷系统。外部支撑架的安装有效地防止了钢化玻璃的移动，为整套装置提供了稳定的外部环境。内部支撑架主要用于为整套装置中的试验设备提供安装位置。内部和外部支撑的同时使用大大提高了整套装置的稳定性，同时也减少了钢化玻璃的受力，有效地避免了整套装置的倾斜，避免了不必要的危险，也使试验精度得到了进一步的提高。支撑架由铝型材、L型角码和直角连接构成，具有安装速度快和成本低等优点。可以将整套装置放置在实验室的任何位置，对周围的实验环境要求非常低，使其使用范围得到了大幅度提高。也可根据试验要求，增加整套装置的长度、宽度和深度等，使整套装置的应用范围更广，使用性更强。整套装置下端安装防震脚杯，有助于调节铝型材的高度，使支撑架在水平方向上保持相同的高度，减少了水平方向上钢化玻璃破碎的可能性，使整套装置的稳定更好，危险系数最低，有效地提高了设备的安全性。选用铝型材、L型角码和直角连接构成内部和外部支撑架，没有采用直接固定在地面上的方式，便于试验人员移动整套装置。同时，该装置占地面积非常小。

钢化玻璃的使用，具有非常好的透明性，非常方便实验人员实时观测到钢化玻璃内部的试验情况，也便于对试验过程进行录像和拍照，减少了在内部安装低温摄像机的麻烦。同时也方便试验人员在不同位置、不同角度观察试验现象。在钢化玻璃侧壁中留有内部框架的通孔，便于内部框架通过，同时，在侧壁中安装有密封胶圈，有效地避免了冷气的泄漏，使整套装置的冷气使用效率进一步提高，节约资源，减少了能耗。钢化玻璃框架下端安装有排水口，可以将冰融化后的积水排出试验平台。钢化玻璃框架上端安装有固定玻璃盖和可移动玻璃盖，可移动玻璃盖的安装非常便于实验人员打开玻璃框架，进行试验设备的调试和冰的安装、拆卸，大大提高了操作效率。可移动玻璃盖上端安装有把手，便于实验人员移动玻璃盖，也进一步提高了移动过程中的安全性。固定玻璃盖和可移动玻璃盖下端四周粘有密封胶圈，与支撑架上的密封胶圈相互密封，有效地防止了冷气的泄漏，使整套装置的密封性更好。

冰推送装置则由线型模组、U型板、可转动G型夹具、固定G型夹具、伺服电机和电机固定架构成，线性模组的使用可以带动冰的移动，为冰提供不同的移动速度和移动距离，冰移动的速度和距离在线性模组的控制系统中可以进行设置，能够更好地模拟冰的实际运动状态，使冰的运动情况更加真实。U型板的使用非常方便冰的固定，同时，可以根据不同的试验要求，安装不同宽度、长度和高度的U型板，具有安装方便、使用范围广等优点。在该试验平台内，采用在U型板下端固定冰的方式，可以有效地避开了螺旋桨(或者其他结构物)和U型板接触的可能性，有效地保护了试验设备。U型板侧部安装有可转动G型夹具，非常方便试验人员将冰固定在U型板上，具有安装和拆卸速度快、固定性好等优点。U型板材料为铝，既保证了冰在试验时的稳定性，也减轻了冰推送装置的重量。在试验过程中，在U型板和冰的前端和后端安装固定G型夹具，有效地防止了冰的滑动，较少了冰的移动，减少了试验的失败率，提高了试验整体效率。

制冷系统包括风动机组、制冷机组和温度计等，风动机组直接安装在钢化玻璃框架内，使整个平台的冷气利用率等到很大提高，减少了能源浪费，同时，也减少了试验成本。温度计安装在钢化玻璃框架内侧，可以实时测量框架内的温度，便于试验人员调节玻璃框架内的温度，有助于测量螺旋桨与冰的相互作用。风动机组和制冷机组的使用，为试验平台提供一个稳定低温环境，有效地防止冰的融化和力学性能的变化，使冰的状态能够更加接近实际情况。本发明可以开展螺旋桨和冰的切削和碰撞试验，以及冰和其他结构物的碰撞试验研究，同时，也可在钢化玻璃内部加入水，开展冰-水-结构物的试验研究等，使其应用范围更广。

附图说明

图1是一种低温环境试验平台的整体结构的空间效果图；

图2是一种低温环境试验平台的内部空间效果图；

图3是一种低温环境试验平台中支撑架的整体效果图；

图4是一种低温环境试验平台中外部支撑架的整体效果图；

图5是一种低温环境试验平台中内部支撑架的整体效果图；

图6是一种低温环境试验平台中钢化玻璃框架整体效果图；

图7是一种低温环境试验平台中钢化玻璃内部空间整体效果图；

图8是一种低温环境试验平台中冰推送装置整体效果图；

图9是一种低温环境试验平台中冰推送装置安装后的整体效果图；

图10是一种低温环境试验平台中制冷系统整体效果图；

图11是一种低温环境试验平台中制冷系统安装后的整体效果图；

图12是一种低温环境试验平台中螺旋桨切冰过程中设备安装位置的整体效果图；

图13是一种低温环境试验平台中螺旋桨切冰过程的整体效果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

本发明提供了一种可提供低温环境的试验平台，该平台包括支撑架、钢化玻璃框架、冰推送装置和制冷系统等，支撑架主要由外部支撑架和内部支撑架构成，其中，内部和外部支撑架又由铝型材2、L型角码1、直角连接件3和防震脚杯4构成，构成整个平台的外部框架和内部设备的支撑架。外部支撑架内部为钢化玻璃框架，该钢化玻璃框架包括钢化玻璃5、密封胶圈6、橡胶垫7、固定玻璃盖8、可移动玻璃盖9、排水管11和把手10等，主要作用是为整个试验平台提供一个密封的环境，防止冷气外漏和排出融冰水。钢化玻璃框架内为冰推送装置，该装置由线型模组12、U型板13、可转动G型夹具14、固定G型夹具15、伺服电机17和电机固定架18构成，主要用于固定冰和给冰提供不同的运动速度和位置等，保证能够开展多种工况的试验研究。冰推送装置上端为制冷系统，该系统包括风动机组20、制冷机组21和温度计19等，主要用于为整个试验平台提供低温环境，从而可以有效地防止冰的融化和力学性能的改变，为冰提供一个稳定的环境，保证试验能够顺利开展。本发明主要用于开展冰和螺旋桨的试验研究，具有安装简单、占地面积小、成本低、耗能少、低温环境可控制和功能强大等优点，有效地防止了冰的融化和力学性能的改变，真正模拟了低温环境，保证了螺旋桨与真实冰的相互作用，为冰区螺旋桨的设计提供试验支撑。

首先，将防震脚杯安装在竖直方向铝型材的低端，安装完成后，按照图4的形式利用铝型材、直角连接件和L型角码将外部支撑架的底部连接起来，连接完成后，调节防震脚杯，并借助水平尺，将外部支撑架水平方向上的铝型材调节水平。调节平衡后，在钢化玻璃框架中的水平方向上的钢化玻璃中涂抹玻璃胶，涂抹完成后，将钢化玻璃框架在水平方向上的钢化玻璃平铺到外部支撑架上，再次将其调节水平。调节完成后，将外部支撑架单侧的铝型材和两端的铝型材分别安装在底部框架上。安装完成后，分别将钢化玻璃中单侧钢化玻璃和两侧钢化玻璃涂抹玻璃胶，并安装在外部支撑架的内侧。安装完成后，再将内部支撑架连接起来，连接的过程中，首先将外部支撑架在竖直方向上的铝型材调节平衡，并安装在外部支撑架的铝型材上。接着在钢化玻璃框架的侧部安装上密封胶圈，并将内部支撑架的铝型材通过钢化玻璃框架的侧部，安装在竖直方向上的铝型材上。同时，将伺服电机17、电机固定架18固定在线性模组12上，固定完成后，将带有销钉的可转动G型夹具14安装在U型板13上。安装完成后，将两个U型板上分别固定在线性模组12的滑块上。调试线性模组12，待所有设备正常工作后，将冰推送装置安装在内部支撑架的铝型材上。同时，将试验所用的敞水试验箱22安装在内部支撑架的铝型材上，调试试验设备，使所有设备正常工作。待所有设备正常工作后，将制冷系统的风动机组20安装在内部支撑架的铝型材上端，同时，将相关管线和管沿铝型材分布到支撑架外端。将温度计19安装在钢护玻璃框架的侧壁上。同时，将制冷机组21摆放在室外，将制冷机组21和风动机组20连接起来，调试空调。空调调试完成后，将未安装的钢化玻璃单侧安装在外部支撑架，同时，安装未完成的外部支撑架的铝型材。安装完成后，在外部支撑架的上端粘贴橡胶垫。同时，也在钢化玻璃框架的固定玻璃盖8和可移动玻璃盖9的低部四周粘贴橡胶垫。粘贴完成后，在可移动玻璃盖9上固定把手，再将固定玻璃盖8和可移动玻璃盖9盖在外部支撑架和钢化玻璃框架上。待所有设备安装完成后，打开制冷机组21，调节风动机组20，观察温度计19的温度。检查制冷机组21和风动机组20是否正常工作，温度计21的温度是否保持不变。待低温环境稳定后，即可开展试验研究。

根据冰箱冷冻的冰的温度，调节风动机组20，使两者的温度保持一致，从而有效地防止了冰16力学性质的改变。待低温试验平台内的温度稳定后，打开可移动玻璃盖10，从冰箱拿出冷冻的冰16，将其放在U型板下端，转动可转动G型夹具，将冰16固定在U型板下。同时，在冰16和U型板的前端和后端固定上固定G型夹具，固定完成后，将可移动玻璃盖9盖章钢化玻璃框上。调节风动机组20，待平台内温度稳定时，即可开展试验研究。在试验过程中，打开螺旋桨23的控制系统，待螺旋桨23达到稳定的转速时，调节线性模组12，使冰16以一定速度向螺旋桨23方向移动，使螺旋桨23和冰16发生切削作用。待试验完成后，再次打开可移动玻璃盖9，将切削后的冰块拆卸下来，换取新的冰块16，开展下一工况的试验研究。此外，该试验平台也可开展其他结构物的试验研究。在开展其他结构物的试验研究时，将螺旋桨的敞水试验箱22拆卸下来，安装其他的试验设备。在试验过程中，冰的安装以及操作过程相同。试验完成后，打开排水管11，将融冰水排出钢化玻璃框架。也可在钢化玻璃框架内部加入水，冻结冰，开展冰-水-螺旋桨(或者结构物)的试验研究，试验过程基本相似。

一种可提供低温环境的试验平台。包括支撑架、钢化玻璃框架、冰推送装置和制冷系统等，支撑架主要由外部支撑架和内部支撑架构成，其中，内部和外部支撑架都由铝型材、L型角码、直角连接件和防震脚杯构成。内部支撑架与外部支撑架通过直角连接件进行固定。而防震脚杯位于最下端，主要用于调节支架的水平高度，使支架的底部保持相同的高度。外部支撑架上端的铝型材上粘有橡胶垫。支撑架内部为钢化玻璃框架，该钢化玻璃框架包括钢化玻璃、密封胶圈、橡胶垫、固定玻璃盖、可移动玻璃盖、排水管和把手等，钢化玻璃框架位于外部支撑架上，与外部支撑架之间通过玻璃胶进行固定。钢化玻璃框架上端由固定玻璃盖和可移动玻璃盖进行密封，同时，在固定玻璃盖和可移动玻璃盖下端粘有橡胶垫，有效地防止了冷气的泄漏。内部支撑架穿过钢化玻璃框架的侧部，并用密封圈密封两者之间的空隙，有效地减少了冷气的泄漏。可移动玻璃盖上端安装有把手，方便实验人员打开装置进行冰和试验设备的安装。钢化玻璃框架的底部留有排水管，有效地将融冰水排出平台外。钢化玻璃框架内为冰推送装置，该装置由线型模组、U型板、可转动G型夹具、固定G型夹具、伺服电机和电机固定架构成，线性模组上端安装在内部支撑架的铝型材上，端部与电机固定架和伺服电机相连。线性模组的滑块与两块U型板相连，U型板中部设计有可转动G型夹具，可以快速地将冰块固定在U型板上，同时，在试验过程中，在U型板和冰的前端和后端安放固定G型夹具，有效地防止了冰的滑动。冰推送装置上端为制冷系统，该系统包括风动机组、制冷机组和温度计等。风动机组安装在支撑架的内部支撑架上，向钢化玻璃框架的一端排出冷风，保持整个钢化玻璃框架内部为低温环境。制冷组位于支撑架外部，为整个低温平台提供冷气来源。温度计安装在靠近冰块一侧的侧部钢化玻璃上，可以实时测量钢化玻璃框架内的温度。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.支撑架中的内部支撑架与外部支撑架通过直角连接件进行固定。

2.冰推送装置中U型材料为铝，在其上端留有不同距离的通孔，可根据冰的不同宽度进行两个U型板之间距离的调节。螺钉通过U型板的通孔将其固定在线性模组的下端。

3.可根据试验要求中冰的尺寸，安装不同长度、宽度和高度的U型板。

4.钢化玻璃框架下端安装有排水管。

5.钢化玻璃框架包括钢化玻璃、密封胶圈、橡胶垫、固定玻璃盖、可移动玻璃盖排水管和把手；

6.钢化玻璃框架侧部上留有铝型材通孔，并用密封胶圈去密封钢化玻璃与铝型材之间的缝隙；

7.钢化玻璃框架上端一般为固定玻璃盖，另一半为可移动玻璃盖，可移动玻璃盖在试验过程中可以移动，可移动玻璃盖上端安装有把手。

8.钢化玻璃与内部支撑架上端的铝型材之间安装密封胶圈，有效地减少了冷气的泄漏；

9.冰推送装置由线型模组、U型板、可转动G型夹具、固定G型夹具、伺服电机和电机固定架构成；

10.可转动G型夹具和固定G型夹具可将冰固定在U型板底部；

11.U型板上端与线性模组的滑块相连，线性模组由伺服电机进行控制；

12.冰推送装置固定在支撑架的内部支撑架上。

13.制冷系统包括风动机组、制冷机组和温度计等；

14.风动机组固定在支撑架中的内部支撑架上；

15.温度计安装在钢化玻璃框架的侧壁上；

16.制冷机组位于支撑架和钢化玻璃框架外部。

17.试验过程中的测量设备安装在支撑架中的内部支撑架上。

一种可提供低温环境的试验平台包括支撑架、钢化玻璃框架、冰推送装置和制冷系统等，支撑架主要由外部支撑架和内部支撑架构成，其中，内部和外部支撑架又由铝型材、L型角码、直角连接件和防震脚杯构成，构成整个平台的外部框架和内部设备的支撑架。外部支撑架内部为钢化玻璃框架，该钢化玻璃框架包括钢化玻璃、密封胶圈、橡胶垫、固定玻璃盖、可移动玻璃盖、排水管和把手等，主要作用是为整个试验平台提供一个密封的环境，防止冷气外漏和排出融冰水。钢化玻璃框架内为冰推送装置，该装置由线型模组、U型板、可转动G型夹具、固定G型夹具、伺服电机和电机固定架构成，主要用于固定冰和给冰提供不同的运动速度和位置等，保证能够开展多种工况的试验研究。冰推送装置上端为制冷系统，该系统包括风动机组、制冷机组和温度计等，主要用于为整个试验平台提供低温环境，从而可以有效地防止冰的融化和力学性能的改变，为冰提供一个稳定的环境，保证试验能够顺利开展。本发明主要用于开展冰和螺旋桨的试验研究，具有安装简单、占地面积小、成本低、耗能少、低温环境可控制和功能强大等优点，有效地防止了冰的融化和力学性能的改变，真正模拟了低温环境，保证了螺旋桨与真实冰的相互作用，为冰区螺旋桨的设计提供试验支撑。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可提供低温环境的试验平台，包括支撑架、钢化玻璃框架、冰推送装置和制冷系统，其特征在于：支撑架由外部支撑架和内部支撑架组成，外部支撑架内部安装有钢化玻璃框架；钢化玻璃框架由五块方形钢化玻璃连接成顶端无盖的长方体结构，钢化玻璃框架底部安装有排水管；外部支撑架上端上覆盖有玻璃盖板；冰推送装置位于钢化玻璃框架内部，安装在内部支撑架上，制冷系统安装在冰推送装置上端。

2.根据权利要求1所述的一种可提供低温环境的试验平台，其特征在于：所述的内部支撑架由两组门框结构和一根水平梁铝型材组成，两根竖直铝型材上端与一根水平铝型材连接构成一组门框结构，两组门框结构的上端铝型材与水平梁铝型材连接；所述的钢化玻璃框架的左侧钢化玻璃上开有两个通孔，右侧钢化玻璃上开有两个通孔，内部支撑架的每组门框结构的上端铝型材分别穿过钢化玻璃框架的左右两侧钢化玻璃上的通孔；所述的冰推送装置安装在内部支撑架的水平梁铝型材的下端。

3.根据权利要求1或2所述的一种可提供低温环境的试验平台，其特征在于：所述的冰推送装置包括线型模组、U型板、可转动G型夹具、固定G型夹具、伺服电机和电机固定架；线型模组安装在内部支撑架上与电机固定架相连，伺服电机安装在电机固定架上；线型模组的滑块两侧安装有U型板，U型板材质为铝，每块U型板中部安装有可转动G型夹具、前端与后端安装有固定G型夹具。

4.根据权利要求1或2所述的一种可提供低温环境的试验平台，其特征在于：所述的制冷系统包括风动机组、制冷机组和温度计，风动机组位于钢化玻璃框架内部，安装在内部支撑架上；制冷机组安装在支撑架外部通过管路与风动机组相连；温度计安装在钢化玻璃框架内部中靠近冰推送装置一侧的钢化玻璃上。

5.根据权利要求3所述的一种可提供低温环境的试验平台，其特征在于：所述的制冷系统包括风动机组、制冷机组和温度计，风动机组位于钢化玻璃框架内部，安装在内部支撑架上；制冷机组安装在支撑架外部通过管路与风动机组相连；温度计安装在钢化玻璃框架内部中靠近冰推送装置一侧的钢化玻璃上。

6.根据权利要求1或2所述的一种可提供低温环境的试验平台，其特征在于：所述的覆盖在外部支撑架上端的玻璃盖包括固定玻璃盖和可移动玻璃盖，可移动玻璃盖上安装有把手。

7.根据权利要求4所述的一种可提供低温环境的试验平台，其特征在于：所述的覆盖在外部支撑架上端的玻璃盖包括固定玻璃盖和可移动玻璃盖，可移动玻璃盖上安装有把手。

8.根据权利要求5所述的一种可提供低温环境的试验平台，其特征在于：所述的覆盖在外部支撑架上端的玻璃盖包括固定玻璃盖和可移动玻璃盖，可移动玻璃盖上安装有把手。

9.根据权利要求1或2所述的一种可提供低温环境的试验平台，其特征在于：所述的内部支撑架与外部支撑架底端安装有防震脚杯。

10.根据权利要求8所述的一种可提供低温环境的试验平台，其特征在于：所述的内部支撑架与外部支撑架底端安装有防震脚杯。