CN109946082B - 一种集密封、恒温、可视与快速拆装一体化的实验系统 - Google Patents

Abstract

一种集密封、恒温、可视与快速拆装一体化的实验系统，属于闪急沸腾技术领域，该系统包括玻璃舱密封装置，加热装置，加液‑测温装置、抽气装置四部分。玻璃舱的外部密封采用上下两层不锈钢夹板密封，能实现真空或高压时的保压功能；加热装置为紫铜热源，其采用热电偶固定、空心引线圆柱和限位螺栓对热电偶固定，且紫铜热源与玻璃舱整体的固定和密封通过硅胶垫圈和空心圆柱的共同作用；不锈钢夹板采用鸭嘴扣固定，相比传统的螺栓固定有快速拆装的优点；真空规及上下游截止阀安装于抽气管路上，根据其操作顺序可应用于闪急沸腾实验。本发明针对现有的密封实验装置的缺点，能够解决闪急沸腾实验中无法满足集密封、恒温、可视化及快速拆装一体化实验装置的问题。

Description

一种集密封、恒温、可视与快速拆装一体化的实验系统

技术领域

本发明属于闪急沸腾领域，涉及一种集密封、恒温、可视与快速拆装一体化的实验系统。

背景技术

闪急沸腾是内燃机中常见的现象，在内燃机应用中有诸多优点，如无需过高的喷射压力即可达到较好的雾化效果，降低了对发动机燃油喷射系统结构强度的要求；能明显减小雾化油滴尺寸，有效促进燃油蒸发和油气混合，改善内燃机的燃烧和排放等。但闪急沸腾的微观研究，特别是液滴中气泡在降压加热过程中气泡演化和表面蒸发的研究还不多见。液滴闪急沸腾涉及到在恒温条件下从高压几个兆帕到真空几千帕的快速降压过程，要满足可视、密封、空间恒温、快速拆装等特点，而传统实验系统无法实现。本研究采用的装置可以实现精准的舱内温度控制，并且能够在1ms内实现降压，精确模拟燃油液滴闪急沸腾工况环境，实时观测燃料液滴的沸腾爆炸现象。

在实验过程中往往需要进行多组实验，需要对装置进行频繁拆装。目前大多数装置的密封方式主要以内六角高强度螺栓为主，拆装极为不便。因此，实验装置可采用鸭嘴扣来密封，以达到快速拆装的目的。

根据以上实验要求，本发明提出一种集密封、恒温、可视与快速拆装一体化的实验系统。

发明内容

针对现有的密封实验装置的缺点，本发明提供一种集密封、恒温、可视与快速拆装一体化的实验系统，该实验系统能够实现在一个可视化玻璃舱6内满足密封、恒温与快速拆装的要求。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种集密封、恒温、可视与快速拆装一体化的实验系统包括玻璃舱密封装置、加热装置、加液-测温装置、抽气装置四部分。

所述的玻璃舱密封装置包括不锈钢夹板1，顶部橡胶块2，紫铜热源3，空心圆柱5，玻璃舱6、底部橡胶块7，还包括鸭嘴扣22，其中不锈钢夹板1包括第一不锈钢夹板1a、第二不锈钢夹板1b。所述的鸭嘴扣22安装在不锈钢夹板1两侧，可在频繁实验过程中达到快速拆装的目的，并通过鸭嘴扣22和不锈钢夹板1对整个玻璃舱6密封。所述的顶部橡胶块2包括上部限位部分2a、中部密封主体2b和底部安装限位部分2c，且橡胶块2设有多个贯穿的通孔。所述的第一不锈钢夹板1a位于顶部橡胶块2上方，且第一不锈钢夹板1a中心位置开设通孔，通孔尺寸与上部限位部分2a匹配，通过上部限位部分2a固定第一不锈钢夹板1a。所述的玻璃舱6上表面和下表面中心位置设有通孔，上表面通孔尺寸与底部安装限位部分2c匹配，用于与橡胶块2中部密封主体2b与玻璃舱6的上表面配合密封；下表面通孔与紫铜热源3下部圆柱体直径相同。所述的底部安装限位部分2c封口处设有锥度，便于装配玻璃舱6的上部。所述的玻璃舱6内部设有紫铜热源3、空心圆柱5；空心圆柱5内插入紫铜热源3的圆柱体结构，空心圆柱5顶部镶嵌在紫铜热源3顶部凹槽内，用于固定支撑紫铜热源3；安装紫铜热源3的空心圆柱5整体放置于玻璃舱6底部，用于恒定玻璃舱6内的温度；紫铜热源3与玻璃舱6装配完好后，其顶面与玻璃舱6内顶面留有一定空间，与底部安装限位部分2c不直接接触，另外，装配完好紫铜热源3底面与玻璃舱6的外底面齐平。所述的玻璃舱6外底部依次设有底部橡胶块7、第二不锈钢夹板1b，第二不锈钢夹板1b中部设有两个沉头孔，与紫铜热源3的螺纹和底部橡胶块7中部的两个通孔相对位置配合，橡胶块7与紫铜热源3螺纹相对位置设置的两个通孔，用于安装螺栓，通过螺栓固定连接。所述玻璃舱6内放入已装配的紫铜热源3后，其底部安装橡胶块7和第二不锈钢夹板1b，通过螺栓将其四者固定，并能够起到密封作用。进一步的，所述的玻璃舱6内部还设有用于密封的硅胶垫圈4，设置于空心圆柱5上下端面。

所述的加热装置包括紫铜热源3、空心引线圆柱11、限位螺纹12、热电偶固定台13。所述的紫铜热源3为圆柱体结构，其顶部设有一个具有凹槽的环状结构，凹槽尺寸与空心圆柱5匹配；紫铜热源3底部设有两个安装加热棒的孔8、两个可与底部橡胶块7和第二不锈钢夹板1b配合的螺纹10、一个中心孔9，中心孔9外相切处设有限位螺纹2。热电偶安装在热电偶固定台13，其导线穿过空心引线圆柱11后共同安装到紫铜热源3的底部中心孔9，平头限位螺栓安装在限位螺纹2中对热电偶固定台13和空心引线圆柱11固定。该加热装置由PID控制逻辑控制，相比传统的温控方式，其具有精确恒温控制的优点。

所述的加液-测温装置包括加液器14、空间热电偶15、铠装热电偶16，其通过顶部橡胶块2上的通孔进入玻璃舱6内部，且间隙采用密封胶密封。所述加液器14用来对铠装热电偶16加液，铠装热电偶16探针位于橡胶块2和紫铜热源3之间的空隙，用于悬挂液滴并记录其温度的变化。空间热电偶15用于测量玻璃舱6内环境温度。

所述的抽气装置包括真空规17、PP罐18、真空泵19、手动截止阀20、电磁截止阀21及其管路部分。所述管路部分一端与玻璃舱6通过顶部橡胶块2上的通孔联通，其间隙采用密封胶密封，另一端与PP罐18联通，且管路中间装有三通，中部安装真空规17，真空规17上、下游分别安装手动截止阀20(临近PP罐18)和电磁截止阀21(临近玻璃舱6)。另外，所述PP罐18还通过管路与真空泵19连接。

本发明的使用过程为：硅胶垫圈4、空心圆柱5装入紫铜热源3上部凹槽后，在空心圆柱5下方再次装入硅胶垫圈4，将其整体装入玻璃舱6底部，此时紫铜热源3底部与玻璃舱6外底部齐平；把橡胶块7和第二不锈钢夹板1b与玻璃舱6和紫铜热源3通过螺栓安装后，在顶部安装橡胶块2、第一不锈钢夹板1a、鸭嘴扣22，并将加液-测温装置及抽气管路与橡胶块2的开孔配合。玻璃舱6采取密封处理完毕后，打开手动截止阀20，关闭电磁截止阀21，同时开启真空泵19对PP罐18抽真空，此时真空规17可测量PP罐18的真空度；当PP罐18的真空度达到设定值时，通过加液器14对铠装热电偶16加液，同时对其采集的温度数据进行记录，并准备高速拍照；而后，打开电磁截止阀21，瞬间对玻璃舱6抽真空，进行一组实验。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：1目前大部分密封装置具有繁琐的外部装置，无法实现高度可视化，本发明设计的玻璃舱密封装置在保证密封的同时可清晰观测内部状况，实现了便于拍照的目的；2本发明加热装置的紫铜热源采用了热电偶固定台和空心引线圆柱的设计，在满足要求的基础上，降低了加工难度和成本；3采用密封胶对顶部橡胶块与采集设备及管路的间隙进行密封，避免了其空气间隙对密封状态的影响；4在不锈钢夹板的两侧采用鸭嘴扣的固定方式，极大程度上降低了玻璃舱密封装置的拆装难度。

附图说明

图1为玻璃舱结构示意图；

图2为玻璃舱装配示意图；

图3为紫铜热源结构示意图；

图4为系统结构示意图；

图中：1a第一不锈钢夹板；1b第二不锈钢夹板；2顶部橡胶块；3紫铜热源；4硅胶垫圈；5空心圆柱；6玻璃舱；7底部橡胶块；8孔；9中心孔；10螺纹孔；11空心引线圆柱；12限位螺纹；13热电偶固定台；14加液器；15空间热电偶；16铠装热电偶；17真空规；18PP罐；19真空泵；20手动截止阀；21电磁截止阀；22鸭嘴扣。顶部橡胶块2包括限位部分2a；密封主体2b；底部安装限位部分2c；限位部分2a与第一不锈钢夹板1a共同固定，第二不锈钢夹板1b有两个可与紫铜热源3的螺纹10和底部橡胶块7相对位置配合的两个沉头孔。

具体实施方案

本发明将结合附图1、2、3进行具体实施方案的说明。

本发明设计了一种集密封、恒温、可视与快速拆装一体化的实验系统，该系统包括玻璃舱密封装置、加热装置、加液-测温装置、抽气装置四部分。

热电偶安装在热电偶固定台13，其导线穿过空心引线圆柱11后共同安装到紫铜热源3的底部中心孔9，平头限位螺栓安装在限位螺纹2中对热电偶固定台和空心引线圆柱固定；顺序将硅胶垫圈4、空心圆柱5和硅胶垫圈4装入紫铜热源3，空心圆柱可与紫铜热源顶部凹槽镶嵌；已装配的紫铜热源3整体装入玻璃舱6底部，玻璃舱6底部安装底部橡胶块7和第二不锈钢夹板1b，通过螺栓将其三者固定，并能够起到密封作用，玻璃舱6顶部安装顶部橡胶块2和第一不锈钢夹板1a后，通过鸭嘴扣22和不锈钢夹板1对整个玻璃舱6密封。

加液器14，空间热电偶15，铠装热电偶16通过顶部橡胶块2进入玻璃舱内，且与顶部橡胶块2的间隙采用密封胶密封，加液器14用来对铠装热电偶加液，空间热电偶15用于测量玻璃舱内环境温度。

PP罐18分别与真空泵19和玻璃舱6相连，PP罐与玻璃舱6的管路上安装真空规17，其上游和下游分别装有手动截止阀20和电磁截止阀21。在闪急沸腾实验中，首先开启手动截止阀20，关闭电磁截止阀21，利用真空泵19对PP罐18抽真空，使其达到设定值，此时真空17可测量PP罐18的压力；其次，利用加液器14对铠装热电偶16加液滴；最后，开启电磁截止阀21对玻璃舱6内瞬间抽真空，进行高速拍照并采集温度数据。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种集密封、恒温、可视与快速拆装一体化的实验系统，其特征在于，所述的实验系统包括玻璃舱密封装置、加热装置、加液-测温装置、抽气装置四部分；

所述的玻璃舱密封装置包括不锈钢夹板(1)、顶部橡胶块(2)、紫铜热源(3)、空心圆柱(5)、玻璃舱(6)、底部橡胶块(7)，还包括安装在不锈钢夹板(1)两侧的鸭嘴扣(22)，其中不锈钢夹板(1)包括第一不锈钢夹板(1a)、第二不锈钢夹板(1b)；所述的顶部橡胶块(2)设有多个贯穿的通孔，包括上部限位部分(2a)、中部密封主体(2b)和底部安装限位部分(2c)；所述的第一不锈钢夹板(1a)中心位置开设通孔，位于顶部橡胶块(2)上方，通孔尺寸与上部限位部分(2a)匹配，通过上部限位部分(2a)固定第一不锈钢夹板(1a)；所述的玻璃舱(6)上表面和下表面中心位置均设通孔，上表面通孔尺寸与安装限位部分(2c)匹配，用于密封玻璃舱(6)；下表面通孔尺寸与紫铜热源(3)下部圆柱体结构匹配；所述的玻璃舱(6)内部设有紫铜热源(3)、空心圆柱(5)；空心圆柱(5)内插入紫铜热源(3)的圆柱体结构，空心圆柱(5)顶部镶嵌在紫铜热源(3)顶部凹槽内；紫铜热源(3)与玻璃舱(6)装配后，其顶面与玻璃舱(6)内的底部安装限位部分(2c)不直接接触，另外，紫铜热源(3)穿过玻璃舱(6)下表面中心通孔，其底面与玻璃舱(6)外底面齐平；所述的玻璃舱(6)底部依次设有底部橡胶块(7)、第二不锈钢夹板(1b)，第二不锈钢夹板(1b)中部设有两个沉头孔，与紫铜热源(3)的螺纹和底部橡胶块(7)中部的两个通孔相对位置配合，通过螺栓固定连接；

所述的加热装置包括紫铜热源(3)、空心引线圆柱(11)、限位螺纹(12)、热电偶固定台(13)；所述的紫铜热源(3)为圆柱体结构，其顶部设有一个具有凹槽的环状结构，凹槽尺寸与空心圆柱(5)匹配；紫铜热源(3)底部设有两个安装加热棒的孔(8)、两个可与底部橡胶块(7)和第二不锈钢夹板(1b)配合的螺纹(10)、一个中心孔(9)，中心孔(9)外相切处设有限位螺纹(2)；热电偶安装在热电偶固定台(13)，其导线穿过空心引线圆柱(11)后共同安装到紫铜热源(3)的底部中心孔(9)，平头限位螺栓安装在限位螺纹(2)中对热电偶固定台(13)和空心引线圆柱(11)进行固定；

所述的加液-测温装置包括加液器(14)、空间热电偶(15)、铠装热电偶(16)，加液-测温装置通过顶部橡胶块(2)上的通孔进入玻璃舱(6)内部，间隙采用密封胶密封；加液器(14)用来对铠装热电偶加液，铠装热电偶(16)探针位于橡胶块(2)和紫铜热源(3)之间的空隙，用于悬挂液滴并记录其温度变化，空间热电偶(15)用于测量玻璃舱(6)内环境温度；

所述的抽气装置包括真空规(17)、PP罐(18)、真空泵(19)、手动截止阀(20)、电磁截止阀(21)及其管路部分；所述管路部分一端与玻璃舱(6)通过顶部橡胶块(2)上的通孔联通，其间隙采用密封胶密封，另一端与PP罐(18)联通，且该管路中间装有三通，中部安装真空规(17)，真空规(17)上、下游分别安装手动截止阀(20)和电磁截止阀(21)；另外，所述PP罐(18)还通过管路与真空泵(19)连接。

2.根据权利要求1所述的一种集密封、恒温、可视与快速拆装一体化的实验系统，其特征在于，所述的玻璃舱密封装置还包括用于密封的硅胶垫圈(4)，设置于空心圆柱(5)上下端面。

3.根据权利要求1或2所述的一种集密封、恒温、可视与快速拆装一体化的实验系统，其特征在于，所述的底部安装限位部分(2c)封口处设有锥度，便于装配。

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