CN109738672B - 一种叶片风速仪标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叶片风速仪标定装置，包括外套筒、端盖、旋转轴、锁紧机构、连接框架、导流片、外槽轮，外套筒用于形成进气腔体，端盖用于封堵外套筒的上端口以及支撑旋转轴等部件，导流片可在旋转轴的带动下调整进气角度。本方案工作原理为：启动试验设备，依次调整旋转轴的旋转角度，对应不同的进气角度，等待各个传感器所测数据稳定后，记录各个传感器数据，统计出各个角度下的涡流比数据，并与标准涡流比数据进行对比，用于评估当前叶片风速仪的测试精度。本方案利用外槽轮和连接框架以及可旋转导流片的组合联动机构，实现了可变进气导向，可以进行多个涡流比的标定以及正反涡流比的标定。

Description

一种叶片风速仪标定装置

技术领域

本发明涉及内燃机气道稳流试验技术领域，尤其涉及一种叶片风速仪标定装置。

背景技术

发动机进气系统的优化设计，可使缸内的气流以按特定的形式运动而改善其燃烧过程，所以，进气系统的特性对发动机的综合性能影响非常显著。涡流是进气过程中在气缸内形成的一种绕气缸轴线方向旋转的气流运动。为了使柴油机达到良好的动力性、经济性和排放特性的要求，前提条件是气缸盖中的气道必须能够实现足够高的流量系数以及合适的涡流比。由于动态评价内燃机气道性能的影响因素比较多且难以控制，因此，利用内燃机气道稳流试验台，对气道性能进行评测是目前广泛采用并行之有效的方法。

对于柴油机缸盖来说，涡流比的测量一般是借助内燃机气道稳流试验台上的叶片风速仪来实现的，通过测得的叶片转速来计算涡流比。叶片风速仪的精度及可靠性决定了涡流比的计算精度，因此，定期维护内燃机气道稳流试验台，尤其是及时判断叶片风速仪是否能够正常工作至关重要。

常规的解决方式是定期采用一个标准缸盖（涡流比已知）放到气道稳流试验台上进行试验，如果所测涡流比与目标涡流比一致，则说明当前叶片风速仪工作正常，否则，就需要维护叶片风速仪，一般通过清洗叶片风速仪装置或者更换叶片风速仪的转动轴轴承即可。但是，此种方式的不足之处在于：

（1）只能通过具有单一涡流比的缸盖来进行试验，无法全面判断叶片风速仪的测量精度，只用单一涡流比来验证叶片风速仪装置的精度是不充分的；

（2）如果采用多个不同涡流比的缸盖来进行风速仪的标定，多个缸盖会占用很多的试验空间，多次切换更改会导致测试效率低，测试成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种叶片风速仪标定装置，该标定装置可实现可变进气导向，可以进行不同涡流比的标定以及正反涡流比的标定。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种叶片风速仪标定装置，包括外套筒、端盖、旋转轴、锁紧机构、连接框架、导流片、外槽轮，其中，所述外套筒为筒状结构，所述端盖固定罩设在所述外套筒的上端口，所述外套筒的侧壁沿周向开设有多个进气口，所述外套筒的内壁设有与每个所述进气口对应的一对第一枢轴，两个所述第一枢轴的轴线与所述外套筒的轴线平行，并且两个所述第一枢轴分别位于所述进气口的内侧两边缘，每个所述进气口通过对应的一对所述第一枢轴转动连接有一对所述导流片，所述导流片的主体沿所述外套筒的轴向延伸，所述连接框架设有一对与所述外套筒的轴线平行布置的第二枢轴，每个所述进气口对应的一对所述导流片平行布置并且分别与所述连接框架的所述第二枢轴对应转动连接，每对所述第一枢轴的轴线与对应的一对所述第二枢轴的轴线在沿轴向的投影形成平行四边形的四个顶点，每个所述连接框架固定连接有一个滑杆，所述旋转轴与所述外套筒同轴布置并且与所述端盖旋转连接，所述旋转轴贯穿所述端盖内外两侧，所述旋转轴位于所述外套筒内侧的部分固定有所述外槽轮，所述外槽轮开设有与多个所述连接框架一一对应的并且沿所述外套筒径向延伸的滑槽，所述滑杆与所述滑槽滑动配合，所述端盖与所述旋转轴的相对旋转角度通过所述锁紧机构实现锁定。

优选地，在上述叶片风速仪标定装置中，所述端盖为透明端盖，所述端盖设有与所述旋转轴同心布置的角度刻度盘，所述旋转轴上位于所述端盖与所述外槽轮之间的部分固定有用于指示刻度的指针。

优选地，在上述叶片风速仪标定装置中，所述外槽轮和所述指针均通过过盈配合的方式套设在所述旋转轴外部。

优选地，在上述叶片风速仪标定装置中，所述端盖为有机玻璃端盖。

优选地，在上述叶片风速仪标定装置中，所述端盖的外部中心处固定有套设在所述旋转轴外周的外锥螺纹凸台，所述外锥螺纹凸台与锥螺纹螺母配合。

优选地，在上述叶片风速仪标定装置中，所述端盖与所述外套筒之间设有定位销。

优选地，在上述叶片风速仪标定装置中，所述旋转轴位于所述端盖外侧的一端固定有旋钮。

优选地，在上述叶片风速仪标定装置中，所述外套筒的侧壁沿周向均匀开设有多个所述进气口。

优选地，在上述叶片风速仪标定装置中，所述外套筒的侧壁沿周向均匀开设有4个所述进气口。

优选地，在上述叶片风速仪标定装置中，所述第一枢轴为固定于所述进气口的内侧边缘的中空凸起结构，所述中空凸起结构设有沿所述外套筒轴向延伸的轴孔，所述导流片的第一侧边设有与所述轴孔转动配合的第一轴杆。

优选地，在上述叶片风速仪标定装置中，所述第二枢轴为管状结构，所述导流片的第二侧边设有与所述管状结构转动配合的第二轴杆。

优选地，在上述叶片风速仪标定装置中，所述外套筒的下端口设有用于与模拟缸套连接的法兰盘。

本发明的工作原理为：

布置试验台及各个传感器，将该标定装置安装在试验台桌上，并使外套筒的下端口与模拟缸套连通。将旋转轴角度设置为初始状态下的0°，启动风机后，受风机吸力作用，新鲜空气从外套筒的多个进气口进入，等待各个传感器所测数据稳定后，记录各个传感器数据。随后，调整旋转轴的测试角度，等待各个传感器所测数据稳定后再次记录数据。以此类推，直至旋转轴调整到目标测试角度，然后，回归到初始0°后，再反向调整旋转轴的测试角度，并记录各个角度对应的传感器数据。统计出各个角度下的涡流比数据，并与标准涡流比数据进行对比，用于评估当前叶片风速仪装置的测试精度。

本发明具有以下有益效果：

1、利用外槽轮和连接框架以及可旋转导流片的组合联动机构，实现了可变进气导向，可以进行多个涡流比的标定以及正反涡流比的标定；

2、进气导向角度精确可调，可以实现不同涡流比的准确标定；

3、采用透明端盖时，能够方便试验人员实时查看导向机构的位置状态，实现导向角度调整的可视化；

4、该标定装置结构轻巧，测试效率高，测试成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的叶片风速仪标定装置的安装位置示意图；

图2为本发明具体实施例中的叶片风速仪标定装置整体结构示意图；

图3为本发明具体实施例中的叶片风速仪标定装置立体结构示意图；

图4为本发明具体实施例中的叶片风速仪标定装置另一视角的立体结构示意图；

图5为本发明具体实施例中的叶片风速仪标定装置的整体剖视图；

图6为本发明具体实施例中的叶片风速仪标定装置去除外套筒后的仰视图；

图7为本发明具体实施例中的端盖上部结构示意图；

图8为本发明具体实施例中的端盖下部结构示意图；

图9为本发明具体实施例中的外套筒的整体结构示意图；

图10为本发明具体实施例中的四销四槽外槽轮机构示意图；

图11为本发明具体实施例中的导流片结构示意图；

图12为本发明具体实施例中的连接框架结构示意图；

图13为本发明具体实施例中的连接框架的剖视图；

图14为本发明具体实施例中的旋转轴与外槽轮以及指针的连接示意图；

图15为本发明具体实施例中的半剖的叶片风速仪标定装置的立体结构示意图；

图16为图15中A部分的导流片与连接框架连接结构的放大图。

图1至图16中：

叶片风速仪标定装置-01、试验台桌-02、模拟缸套-03、叶片风速仪-04、稳压筒-05、计算机-06、信号采集仪-07、压力传感器-08、流量计-09、稳压箱-010、风机-011；

外套筒-1、端盖-2、定位销-3、螺栓-4、旋转轴-5、旋钮-51、锥螺纹螺母-6、连接框架-7、导流片-8、外槽轮-9、指针-10、压紧螺母-11、指针平键-12、R型销-13、外槽轮平键-14、进气口-15、法兰盘-16、外锥螺纹凸台-21、角度刻度盘-22、第一枢轴-17、第二枢轴-18、滑杆-71、第一轴杆-81、第二轴杆-82、滑槽-91。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的叶片风速仪标定装置的安装位置示意图。本发明应用的试验台布置情况如下：将叶片风速仪标定装置01安装在试验台桌02上，并使外套筒的下端口与模拟缸套03对应连通，模拟缸套03中布置有叶片风速仪04，模拟缸套03下方依次连接有稳压筒05、稳压箱010和风机011，稳压筒05设置有压力传感器08，稳压筒05与稳压箱010之间的管路上设置有流量计09，叶片风速仪04、压力传感器08、流量计09以及风机011处的变频器均与信号采集仪07连接，信号采集仪07与计算机06连接。图1中的黑箭头表示气流流向。

本发明涉及的试验台的工作原理为：气流从本发明的标定装置进入后，流经模拟缸套03后，经过叶片风速仪04，叶片风速仪04受涡流影响而转动，待气流稳定后，通过测量其转速、压力传感器测得的压力、流量计测得的流量以及气体密度和发动机气缸排量这些参数，即可通过公式计算得到涡流比。

请参照图2至图16，下文结合附图介绍一下本发明提供的叶片风速仪标定装置的具体实施方案。

本发明提供的叶片风速仪标定装置，包括外套筒1、端盖2、旋转轴5、锁紧机构、连接框架7、导流片8、外槽轮9，整体效果如图2至图4所示，半剖视图如图5所示，其中，外套筒1为筒状结构，端盖2固定罩设在外套筒1的上端口，外套筒1的侧壁沿周向开设有多个进气口15，外套筒1的内壁设有与每个进气口15对应的一对第一枢轴17，两个第一枢轴17的轴线与外套筒1的轴线平行，并且两个第一枢轴17分别位于进气口15的内侧两边缘，每个进气口15通过对应的一对第一枢轴17转动连接有一对导流片8，导流片8的主体沿外套筒1的轴向延伸，连接框架7设有一对与外套筒1的轴线平行布置的第二枢轴18，每个进气口15对应的一对导流片8平行布置并且分别与连接框架7的第二枢轴18对应转动连接，每对第一枢轴17的轴线与对应的一对第二枢轴18的轴线在沿轴向的投影形成平行四边形的四个顶点，每个连接框架7固定连接有一个滑杆71，旋转轴5与外套筒1同轴布置并且与端盖2旋转连接，旋转轴5贯穿端盖2内外两侧，旋转轴5位于外套筒1内侧的部分固定有外槽轮9，外槽轮9开设有与多个连接框架7一一对应的并且沿外套筒1径向延伸的滑槽91，滑杆71与滑槽91滑动配合，端盖2与旋转轴5的相对旋转角度通过锁紧机构实现锁定。

优选地，在上述叶片风速仪标定装置中，端盖2为透明端盖，端盖2设有与旋转轴5同心布置的角度刻度盘22，旋转轴5上位于端盖2与外槽轮9之间的部分固定有用于指示刻度的指针10，当旋转轴5转动时，指针10也同旋转轴5一起转过相等的角度。角度刻度盘22可以设置在端盖2的内侧表面，也可以设置在端盖2的外侧表面，本方案优选将角度刻度盘22设置在端盖2内侧，配合指针10，可以实现准确的角度定位。

需要说明的是，上述透明端盖可以采用玻璃材质或塑料材质制作，本方案中优选有机玻璃材质的端盖2，有机玻璃具有高透光率，便于人们进行观察。另外，本方案中除透明端盖以外，叶片风速仪标定装置的其他部件均可以采用金属材质制作，当然，也可以采用塑料、玻璃或陶瓷等其他材质制作，本文不做具体限定。

需要说明的是，上述外槽轮9和指针10均需要跟随旋转轴5一同转动，所以，外槽轮9和指针10需要固定安装在旋转轴5的外周，本方案中可以采用过盈配合、键连接、卡接、螺纹连接等方式实现上述固定连接，优选地，在上述叶片风速仪标定装置中，外槽轮9和指针10均通过过盈配合的方式套设在旋转轴5外部。如图14所示，指针10和旋转轴5对应位置处加工有键槽，二者的相对位置关系通过指针平键12确定；外槽轮9和旋转轴5对应位置处加工有键槽，二者的相对位置关系通过外槽轮平键14确定，上述两个位置处的键和键槽均为过盈配合关系，确保指针10和外槽轮9与旋转轴5的固定连接。进一步优选地，旋转轴5的下端还通过压紧螺母11实现对外槽轮9和指针10的压紧固定。

需要说明的是，端盖2与旋转轴5的相对旋转角度通过锁紧机构实现锁定，其中，锁紧机构可以采用多种结构形式，例如锥形螺母锁紧机构、凸轮锁紧机构、齿轮锁紧机构等等，本发明可以根据不同锁紧机构的结构特点来布置旋转轴5与端盖2之间的连接关系。优选地，本方案中的端盖2的外部中心位置处固定有套设在旋转轴5外周的外锥螺纹凸台21，外锥螺纹凸台21与锥螺纹螺母6配合，当锥螺纹螺母6旋松时，旋转轴5可以相对端盖2发生转动，进而调整导流片8的进气角度；当锥螺纹螺母6旋紧时，即可实现旋转轴5与端盖2的相对位置固定。

优选地，旋转轴5位于端盖2外侧的一端固定有旋钮51，以方便手动调节。

优选地，端盖2与外套筒1之间设有定位销3，如图6所示，端盖2与外套筒1的上端口之间可以通过多个螺栓4实现固定连接，如图2和图3所示。

请参照图9，优选地，外套筒1的侧壁沿周向均匀开设有多个进气口15，本方案中优选开设了4个进气口15，四个进气口15可以形成足够强大的旋转气流，提高叶片风速仪的标定效率。

优选地，第一枢轴17为固定于进气口15的内侧边缘的中空凸起结构，中空凸起结构设有沿外套筒1轴向延伸的轴孔，导流片8的第一侧边设有与轴孔转动配合的第一轴杆81。如图9至图11所示，装配时，将第一轴杆81插入到第一枢轴7的轴孔内，导流片8就可以绕第一枢轴17实现旋转。当然，本方案中还可以将第一枢轴17设计为轴杆结构，相应地，在导流片8的第一侧边设计有与之配合的轴孔，同样能够实现相对转动连接。

与第一枢轴17的结构类似，优选地，本方案中的连接框架7的第二枢轴18设计为管状结构，导流片8的第二侧边设有与管状结构转动配合的第二轴杆82。装配时，将第二轴杆82插入到第二枢轴18的管孔中，即可实现相对旋转。同理，本方案中还可以将第二枢轴18设计为轴杆结构，相应地，在导流片8的第二侧边设计有与之配合的轴孔，同样能够实现相对转动连接。

外套筒1的每个进气口15均配备两个导流片8，两个导流片8通过一个连接框架7连接。在使用过程中，导流片8需要在旋转轴5以及外槽轮9和连接框架7等部件的驱动下实现旋转，因此，导流片8两侧的第一枢轴17和第二枢轴18的轴线与外套筒1的轴线平行，即，也与旋转轴5的轴线平行。每个进气口15对应的一对导流片8也平行布置，导流片8的主体沿外套筒1的轴向延伸，如此设置，导流片8才能顺利实现旋转，进而调整进气角度。同时，每对第一枢轴17的轴线与对应的一对第二枢轴18的轴线在沿轴向的投影形成平行四边形的四个顶点，即，每对第一枢轴17的间距与每对第二枢轴18的间距相等，每个导流片8对应的第一枢轴17与第二枢轴18的间距也相等，如此设置，利用平行四边形的形状特点，两个导流片8才能实现同步转动，避免发生锁死现象。

为了更好地引导气流角度，优选地，本方案中的导流片8的高度大于等于进气口15的高度，导流片8的顶部与进气口15的上侧边缘平齐，如此设置，导流片8就可以对进气口15的全部进气气流进行引导，进一步提高了试验的准确度。

需要说明的是，导流片8的上述两个轴杆的下端分别加工有一个横贯的通孔，装配完成后，在横贯的通孔内安装R型销13或其他形式的固定销，可以确保组合机构在旋转过程中的稳定性，避免相互分离，如图15和图16所示。

如图10和图12所示，连接框架7上部设有一个滑杆71，插入到外槽轮9的滑槽91内，外槽轮9转动时，会带动连接框架7移动，进而实现了导流片8的旋转。

优选地，外套筒1的下端口设有用于与模拟缸套03连接的法兰盘16，法兰盘16可以保证外套筒1能够稳固地安装在模拟缸套03上方，保证气密性要求。

本发明提供的叶片风速仪标定装置的组装顺序如下：

将各组导流片8插入到外套筒1各个进气口15的中空凸起结构内，随后通过连接框架7相连，最后在各个导流片8下部插入R型销13。将外槽轮9放置在连接框架7上，各个连接框架7顶部的滑杆71插入到外槽轮9的各个滑槽91内，形成第一子装配体，即四销四槽外槽轮机构。同时，将旋转轴5插入到透明端盖2内，指针10通过指针平键12进行定位及固定，形成第二子装配体。将第二子装配体装入到第一子装配体中，通过定位销3定位，旋转轴5穿过外槽轮9。随后，从外套筒1底部装入压紧螺母11实现旋转轴5和外槽轮9的固定。最后，通过4个螺栓4将外套筒1和透明端盖2固定，二者之间安装有密封垫，实现密封。

本发明的工作过程为：

布置试验台及各个传感器，将该标定装置安装在试验台桌02上，并使外套筒1的下端口与模拟缸套03连通。将旋转轴5角度设置为初始状态下的0°，启动风机011后，受风机011吸力作用，新鲜空气从外套筒1的多个进气口15进入，等待各个传感器所测数据稳定后，记录各个传感器数据。随后，调整旋转轴5的测试角度（例如增加10°），等待各个传感器所测数据稳定后再次记录数据。以此类推，直至旋转轴5调整到目标测试角度（例如30°），然后，回归到初始0°后，再反向调整旋转轴的测试角度，并记录各个角度（例如-10°、-20°、-30°）对应的传感器数据。统计出各个角度下的涡流比数据，并与标准涡流比数据进行对比，用于评估当前叶片风速仪装置的测试精度。需要指出的是，测量角度的步长以及测量角度的范围不局限于上述描述范围。

本发明具有以下有益效果：

1、利用外槽轮9和连接框架7以及可旋转导流片8的组合联动机构，实现了可变进气导向，可以进行多个涡流比的标定以及正反涡流比的标定；

2、进气导向角度精确可调，可以实现不同涡流比的准确标定；

3、采用透明端盖时，能够方便试验人员实时查看导向机构的位置状态，实现导向角度调整的可视化；

4、该标定装置结构轻巧，测试效率高，测试成本低。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种叶片风速仪标定装置，其特征在于，包括外套筒（1）、端盖（2）、旋转轴（5）、锁紧机构、连接框架（7）、导流片（8）、外槽轮（9），其中，所述外套筒（1）为筒状结构，所述端盖（2）固定罩设在所述外套筒（1）的上端口，所述外套筒（1）的侧壁沿周向开设有多个进气口（15），所述外套筒（1）的内壁设有与每个所述进气口（15）对应的一对第一枢轴（17），两个所述第一枢轴（17）的轴线与所述外套筒（1）的轴线平行，并且两个所述第一枢轴（17）分别位于所述进气口（15）的内侧两边缘，每个所述进气口（15）通过对应的一对所述第一枢轴（17）转动连接有一对所述导流片（8），所述导流片（8）的主体沿所述外套筒（1）的轴向延伸，所述连接框架（7）设有一对与所述外套筒（1）的轴线平行布置的第二枢轴（18），每个所述进气口（15）对应的一对所述导流片（8）平行布置并且分别与所述连接框架（7）的所述第二枢轴（18）对应转动连接，每对所述第一枢轴（17）的轴线与对应的一对所述第二枢轴（18）的轴线在沿轴向的投影形成平行四边形的四个顶点，每个所述连接框架（7）固定连接有一个滑杆（71），所述旋转轴（5）与所述外套筒（1）同轴布置并且与所述端盖（2）旋转连接，所述旋转轴（5）贯穿所述端盖（2）内外两侧，所述旋转轴（5）位于所述外套筒（1）内侧的部分固定有所述外槽轮（9），所述外槽轮（9）开设有与多个所述连接框架（7）一一对应的并且沿所述外套筒（1）径向延伸的滑槽（91），所述滑杆（71）与所述滑槽（91）滑动配合，所述端盖（2）与所述旋转轴（5）的相对旋转角度通过所述锁紧机构实现锁定。

2.根据权利要求1所述的叶片风速仪标定装置，其特征在于，所述端盖（2）为透明端盖，所述端盖（2）设有与所述旋转轴（5）同心布置的角度刻度盘（22），所述旋转轴（5）上位于所述端盖（2）与所述外槽轮（9）之间的部分固定有用于指示刻度的指针（10）。

3.根据权利要求2所述的叶片风速仪标定装置，其特征在于，所述外槽轮（9）和所述指针（10）均通过过盈配合的方式套设在所述旋转轴（5）外部。

4.根据权利要求2所述的叶片风速仪标定装置，其特征在于，所述端盖（2）为有机玻璃端盖。

5.根据权利要求1所述的叶片风速仪标定装置，其特征在于，所述端盖（2）的外部中心处固定有套设在所述旋转轴（5）外周的外锥螺纹凸台（21），所述外锥螺纹凸台（21）与锥螺纹螺母（6）配合。

6.根据权利要求1所述的叶片风速仪标定装置，其特征在于，所述端盖（2）与所述外套筒（1）之间设有定位销（3）。

7.根据权利要求1所述的叶片风速仪标定装置，其特征在于，所述旋转轴（5）位于所述端盖（2）外侧的一端固定有旋钮（51）。

8.根据权利要求1所述的叶片风速仪标定装置，其特征在于，所述外套筒（1）的侧壁沿周向均匀开设有4个所述进气口（15）。

9.根据权利要求1所述的叶片风速仪标定装置，其特征在于，所述第一枢轴（17）为固定于所述进气口（15）的内侧边缘的中空凸起结构，所述中空凸起结构设有沿所述外套筒（1）轴向延伸的轴孔，所述导流片（8）的第一侧边设有与所述轴孔转动配合的第一轴杆（81）。

10.根据权利要求9所述的叶片风速仪标定装置，其特征在于，所述第二枢轴（18）为管状结构，所述导流片（8）的第二侧边设有与所述管状结构转动配合的第二轴杆（82）。