CN111044306A - 一种含尘气流精确供应装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含尘气流精确供应装置及其控制方法,涉及空调换热器性能测试领域,包括螺旋给粉装置、粉尘盛装容器、带螺杆电机、分尘翻斗、称重传感器、接尘漏斗、单向阀、输尘管、软绳、活动金属杆、固定金属杆、步进电机、风扇、混合气缸、混合活塞、推进电机轴、推进电机、粉尘浓度仪、PLC控制装置,其中,螺旋给粉装置能实现自动精确给粉。本发明通过高精度的称重传感器监测添加粉尘的质量,保证了粉尘供应量的精确控制;根据粉尘浓度仪监测的粉尘浓度调节含尘气流的供应速率,保证了测试空间内的粉尘浓度精确稳定。
Description
技术领域
本发明涉及空调换热器性能测试领域,尤其涉及一种含尘气流精确供应装置及其控制方法。
背景技术
空调器中的换热器经长期使用后,会因表面积尘而导致性能衰减。为了保证换热器在长期运行后性能不发生严重的衰减,需要进行长期运行的性能衰减测试,其基本原理是:将换热器放在一个较实际大气环境粉尘浓度更高的含尘气流中运行数小时,模拟实际使用若干年后的积尘效果,然后进行性能测试。采用此方法进行测试的关键是,形成粉尘浓度精确控制的含尘气流。
现有的相关技术,只涉及粉尘供给装置,包括通用性的颗粒物供给装置,如螺旋给料机;以及针对灰尘的供给装置,如中国专利(CN201811156925.X)公开的“一种空调换热器加速积尘测试用的精确供粉装置”。上述技术的开发目的,并不是专门供给含尘气流,无法满足含尘气流中粉尘浓度精确控制的需求。要形成粉尘浓度精确控制的含尘气流,目前尚缺少直接的技术及设备。
因此,本领域的技术人员致力于开发一种能够精确供应含尘气流的装置及其控制方法。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷,本发明所要解决的技术问题是如何满足含尘气流中粉尘浓度精确控制的需求。
为实现上述目的,本发明提供了一种含尘气流精确供应装置和控制方法。所述含尘气流精确供应装置包括螺旋给粉装置、粉尘盛装容器、带螺杆电机、分尘翻斗、称重传感器、接尘漏斗、单向阀、输尘管、软绳、活动金属杆、固定金属杆、步进电机、风扇、混合气缸、混合活塞、推进电机轴、推进电机、粉尘浓度仪、PLC控制装置,其中,所述螺旋给粉装置由一个所述粉尘盛装容器和一个所述带螺杆电机组成,通过螺旋杆旋转推送粉尘;所述分尘翻斗为一个的梯形侧面翻斗,位于所述螺旋给粉装置的正下方,所述分尘翻斗一侧安装在所述活动金属杆上,另一侧安装在所述固定金属杆上;所述活动金属杆通过软绳连接所述步进电机,通过所述步进电机的转动来带动所述分尘翻斗绕着所述固定金属杆进行轴向转动。
进一步地,所述称重传感器位于所述分尘翻斗的底部,所述接尘漏斗位于所述分尘翻斗的右侧,所述接尘漏斗底部连接所述输尘管。
进一步地,所述输尘管为“T”形管道,包括水平管道和竖直管道,所述水平管道两端分别连接所述接尘漏斗底端和所述混合气缸,所述竖直管道底端为含尘气流出口;所述水平管道内部在靠近所述接尘漏斗侧安装有单向阀,只能实现含尘气流从所述接尘漏斗到所述混合气缸的单向流动;所述竖直管道的顶端安装有单向阀,只能实现含尘气流在所述竖直管道内自上而下的单向流动;所述混合活塞为扁平状的圆柱形实体,安装在所述混合气缸中,并通过所述推进电机轴与所述推进电机相连;所述风扇安装于推进电机轴的顶端。
进一步地,所述粉尘浓度仪安装于测试空间内;所述PLC控制装置与所述粉尘浓度仪相连,接收测试空间的粉尘浓度信号。
进一步地,所述PLC控制装置与所述称重传感器、所述螺旋给粉装置和所述步进电机相连,接收所述称重传感器的信号,分别控制所述螺旋给粉装置启停和所述步进电机的转动。
进一步地,所述粉尘盛装容器采用金属或塑料作为材料。
进一步地,所述分尘翻斗、所述固定金属杆和所述活动金属杆优选铜或铝作为材料。
进一步地,所述接尘漏斗为方形或其它形状的的壳体装置,所述输尘管为圆形或方形截面的管道,可采用金属或塑料作为材料。
进一步地,所述含尘气流精确供应装置控制方法包括以下步骤:
步骤1、确定测试设定时长T、放置换热器的测试空间的体积V0、含尘气流的设定粉尘浓度ρ0、粉尘波动范围Δρ、设定的单次粉尘供应量M;
步骤2、根据放置换热器的测试空间的体积V0和含尘气流的设定粉尘浓度ρ0,计算得出初次供应所需的粉尘量m0,具体公式为m0=V0×ρ0,所述PLC控制装置开启所述螺旋给粉装置,缓慢向分尘翻斗添加粉尘,所述分尘翻斗下面的所述称重传感器将逐渐增加的重量信号回传至所述PLC控制装置;当所述称重传感器上的重量值达到m0,则停止供粉。
步骤3、所述接尘漏斗从所述分尘翻斗中获得m0质量粉尘,并通过所述输尘管将其送到所述混合气缸内。当粉尘被所述接尘漏斗缓慢倾倒进所述输尘管的同时,所述混合气缸中的所述混合活塞后移,同时吸进新鲜空气与所述输尘管中的粉尘;撒进的粉尘经过t1时间匀速缓慢移动,以保证粉尘与空气充分吸入;所述PLC控制装置控制所述步进电机运转,所述混合活塞缓慢推送含尘气流至所述积尘室,使所述积尘室内形成设定浓度ρ0的含尘气流。
步骤4、测试空间内的换热器开始运行并逐渐消耗含尘气流中的粉尘,所述螺旋给粉装置缓慢向所述分尘翻斗添加粉尘,所述分尘翻斗下面的所述称重传感器将逐渐增加的重量信号回传至所述PLC控制装置,直到重量信号达到设定的单次粉尘供应量M;
步骤5、所述PLC控制装置发送信号给连接所述分尘翻斗的步进电机,所述步进电机拉动所述分尘翻斗转动,将其内部的粉尘翻倒进所述接尘漏斗;同时,PLC控制装置发送信号给控制所述混合活塞的所述推进电机,所述混合活塞吸气将所述接尘漏斗中的粉尘在t1时长内缓慢吸进所述混合气缸中;在所述混合活塞吸气的过程中,所述混合气缸中的所述风扇转动产生湍流,将吸进的空气与粉尘充分混合。
步骤6、粉尘浓度仪监测积尘室内的粉尘浓度在气流吸入的时长t1内降低dρ,在时长t1内粉尘消耗量Δm=dρ·V0,计算单位时间粉尘消耗率:进而由公式推算出气流推送时长t2和活塞推进速度v=L/t2。PLC控制装置控制所述推进电机运转,使含尘气流在时长t2内,以推进速度v缓慢被所述混合活塞推送至指定空间。
步骤7、保证换热器一直处于运行状态,重复步骤4到6,直到测试时间达到设定时长T。
进一步地,所述步骤2还包括:
步骤2.1、所述步进电机控制软绳拉动所述分尘翻斗,将所述分尘翻斗内的粉尘倾倒进所述接尘漏斗;
步骤2.2、粉尘倾倒完后,所述步进电机倒转,将空的所述分尘翻斗回放到原位置上。
本发明的有益技术效果为:
1、通过高精度的称重传感器监测添加粉尘的质量,可以在分尘翻斗中称量出精确质量的粉尘,保证粉尘供应量的精确控制。
2、混合活塞将粉尘与空气吸进气缸的同时,气缸中的风扇产生湍流,使空气与粉尘充分混合,保证含尘气流中的粉尘均匀分散。
3、根据粉尘浓度仪监测的粉尘浓度调节含尘气流的供应速率,保证测试空间内的粉尘浓度精确稳定。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明,以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的含尘气流精确配制示意图;
图2是本发明的一个较佳实施例的形成均匀混合的特定浓度含尘气流的示意图;
图3是本发明的一个较佳实施例的控制逻辑示意图;
图4是本发明的一个较佳实施例的精确供应均匀稳定的含尘气流的示意图;
图5是本发明的一个较佳实施例的单向阀部位细节图;
图6是本发明的一个较佳实施例的称重传感器采集的重量数据变化图;
图7是本发明的一个较佳实施例的活塞推进速率变化图;
图8是本发明的一个较佳实施例的积尘室内粉尘浓度变化图。
图中:1-螺旋给粉装置,1a-粉尘盛装容器,1b-带螺杆电机,2-分尘翻斗,3-称重传感器,4-接尘漏斗,5-单向阀,6-输尘管,7-活动金属杆,8-软绳,9-固定金属杆,10-步进电机,11-风扇,12-混合气缸,13-混合活塞,14-推进电机轴,15-推进电机,16-粉尘浓度仪,17-PLC控制装置。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例,使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现,本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中,结构相同的部件以相同数字标号表示,各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的,本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰,附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1所示,螺旋给粉装置1由一个粉尘盛装容器1a和一个连接竖直螺旋杆的电机1b组成,通过螺旋杆旋转推送粉尘;分尘翻斗2为一个的梯形侧面翻斗,位于螺旋给粉装置1的正下方,分尘翻斗2一侧安装在活动金属杆7上,分尘翻斗2另一侧安装在固定金属杆9上;活动金属杆7通过软绳8连接步进电机10,通过步进电机10的转动来带动分尘翻斗2绕着固定金属杆9进行轴向转动。称重传感器3位于分尘翻斗2的底部。接尘漏斗4位于分尘翻斗2的右侧,接尘漏斗4底部连接输尘管6。输尘管6为“T”形管道,包括水平管道和竖直管道,水平管道两端分别连接接尘漏斗4底端和混合气缸12,竖直管道底端为含尘气流出口;水平管道内部在靠近接尘漏斗4侧安装有单向阀5,只能实现含尘气流从接尘漏斗4到混合气缸12的单向流动;竖直管道的顶端安装有单向阀5,只能实现含尘气流在竖直管道内自上而下的单向流动(图5)。混合气缸12为圆柱形的壳体;混合活塞13为扁平状的圆柱形实体,安装在混合气缸12中,并通过推进电机轴14与推进电机15相连;风扇11安装于推进电机轴14的顶端。粉尘浓度仪16安装于测试空间内;PLC控制装置17与粉尘浓度仪16相连,接收测试空间的粉尘浓度信号。PLC控制装置17与称重传感器3、螺旋给粉装置1和步进电机10相连,接收称重传感器3的信号,分别控制螺旋给粉装置1启停和步进电机10的转动。
本实施例中,梯形的分尘翻斗尺寸为上底50mm*下底30mm*高20mm,宽度30mm,铝合金材质,每次可以供应0.5~2克粉尘。混合气缸12为玻璃材质,内径设计为100mm,外径为110mm,内径截面积A=7850mm3;总长度为1200mm,内部长度L=1000mm。较大的容积一方面使得其中的粉尘能够与空气充分混合;另一方面为了在动态线性供尘方面可以通过供气量的调节,保证极高的粉尘供应精度。混合活塞13采用天然橡胶复合有机物,即保证了密闭性又不需要考虑管道与活塞之间的润滑。水平输尘管道和竖直输尘管道的内径均为30mm,外径均为30mm,材质为铝合金。
确定测试设定时长8小时,放置换热器的积尘室的体积V0=10m3和气流的设定浓度ρ0=120mg/m3,粉尘波动范围Δρ=±15mg/m3。设定分尘翻斗2每次粉尘供应量为M=0.5g,吸入时长t1=0.5min,初始推送速率v0=300mm/min。
根据放置换热器的积尘室的体积V0=10m3和气流的设定浓度ρ0=120mg/m3,由公式m0=V0×ρ0计算得出初次供应所需的粉尘量m0=1.2g。
根据积尘室内的粉尘浓度仪监测,粉尘浓度在气流吸入的时长t1内降低dρ,dρ=10mg/m3。由公式Δm=dρ·V0计算,在时长t1内积尘室内粉尘消耗量Δm=100mg。由公式计算单位时间积尘室内粉尘消耗率为进而由公式推算出气流推送时长t2=2.0min,即在t2=2.0min内将的0.5g粉尘推送出去。再由公式v=L/t2,计算出活塞推进速率为v=500mm/min。
如图3所示,本实施例在工作时具体包括以下两个工作模式:
工作模式一:向积尘室内首次供应含尘气流以达到目标粉尘浓度ρ0
过程一:为初始的含尘气流精确配制质量为m0的粉尘(图1):
PLC控制装置17开启螺旋给粉装置1,螺旋给粉装置1缓慢向分尘翻斗2添加粉尘,分尘翻斗2下面的称重传感器3将逐渐增加的重量信号回传至PLC控制装置17;当称重传感器3上的重量值达到m0=1.2g,则停止供粉。步进电机10拉动分尘翻斗2转动,将其内部的粉尘翻倒进接尘漏斗4。粉尘倾倒完后,步进电机10倒转,将空的分尘翻斗2回放到原位置上。
过程二:将质量为m0的粉尘形成均匀混合的高浓度含尘气流(图2):
接尘漏斗4从分尘翻斗2中获得m0=1.2g粉尘,并通过输尘管6将其送到混合气缸12内。当粉尘被接尘漏斗4缓慢倾倒进输尘管6的过程中,气缸中的混合活塞13后移,同时吸进新鲜空气与输尘管6中的粉尘。混合活塞13在吸入时长t1=0.5min匀速缓慢移动,以保证粉尘与空气充分吸入。在混合活塞13吸气的过程中,混合气缸12中的风扇11转动产生湍流,将吸进的空气与粉尘充分混合。
过程三:精确供应含尘气流以达到目标粉尘浓度ρ0=120mg/m3(图4):
根据目标粉尘浓度ρ0=120mg/m3,PLC控制装置17控制推进电机15运转,含尘气流被混合活塞13以v0=300mm/min的速度缓慢推送至积尘室。使积尘室内形成浓度ρ0=120mg/m3的含尘气流。
工作模式二:根据目标粉尘浓度变化来反馈调节含尘气流的补给量:
过程一:为含尘气流精确配制质量为M的粉尘(图1):
PLC控制装置17开启给粉装置,同时积尘室内的换热器开始运行。给粉装置缓慢向分尘翻斗2添加粉尘,分尘翻斗2下面的称重传感器3将逐渐增加的重量信号回传至PLC控制装置17;当称重传感器3上的重量值达到M=0.5g,则停止供粉。步进电机10拉动分尘翻斗2转动,将其内部的粉尘翻倒进接尘漏斗4。粉尘倾倒完后,步进电机10倒转,将空的分尘翻斗2回放到原位置上。
过程二:使质量为M的粉尘形成均匀混合的特定浓度含尘气流(图2):
接尘漏斗4从分尘翻斗2中获得M=0.5g粉尘,并通过输尘管6将其送到混合气缸12内。当粉尘被接尘漏斗4缓慢倾倒进输尘管6的过程中,气缸中的混合活塞13后移,同时吸进新鲜空气与输尘管6中的粉尘。混合活塞13经过t1=0.5min匀速缓慢移动,以保证粉尘与空气充分吸入。在混合活塞13吸气的过程中,气缸中的风扇11转动产生湍流,将吸进的空气与粉尘充分混合。
过程三:根据供粉需求精确供应均匀稳定的含尘气流(图4):
粉尘浓度仪16监测积尘室内的粉尘浓度在气流吸入的时长t1=0.5min内降低dρ=10mg/m3。即在时长t1内积尘室内粉尘消耗量Δm=dρ·V0,计算单位时间积尘室内粉尘消耗率:进而由公式推算出气流推送时长t2=2.0min。即在t2=2.0min内将的0.5g粉尘推送出去;混合活塞13推进速度v=L/t2,所以混合活塞13的推送速度为v=500mm/min。PLC控制装置17控制推进电机15运转,使含尘气流在时长t2内,以推进速度v缓慢被混合活塞13推送至指定空间。
如图6所示,含尘气流供应装置中混合活塞13速率包含两种工作模式。工作模式一:称重传感器3测得重量1.2g,为初次加入的粉尘质量。工作模式二:在含尘气流供应装置推出含尘气流期间,称重传感器3测得分尘翻斗2中粉尘重量为0.5g,为单次供粉质量。称重传感器3测得分尘翻斗2中粉尘重量为0.5g,形成一个周期;整个积尘过程由若干个周期组成。
如图7所示,本实施例中,含尘气流供应装置中混合活塞13速率有两种工作模式。工作模式一:混合活塞13速度为+500mm/min持续30s推出含尘气流,完成初次加尘。工作模式二:含尘气流供应装置的混合活塞13速度为-2000mm/min持续30s,吸入粉尘和空气;然后含尘气流供应装置的混合活塞13速度为+500mm/min持续120s推出含尘气流,完成粉尘补充过程。混合活塞13速度-2000mm/min持续30s,+500mm/min持续120s,形成一个周期;整个积尘过程由若干个周期组成。
如图8所示,本实施例中,粉尘浓度仪16监测的积尘室浓度波动呈周期性:粉尘浓度在初次加尘后达到设定范围。当含尘气流供应装置吸入粉尘和空气时供尘暂停,粉尘浓度在此间歇的时间段内下降;当含尘气流供应装置将含尘气流推入积尘室时,供尘启动,粉尘浓度随着粉尘补充而上升。粉尘浓度在间歇期间下降得到补充后上升,形成一个周期;整个积尘过程由若干个周期组成。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种含尘气流精确供应装置,其特征在于,包括螺旋给粉装置、粉尘盛装容器、带螺杆电机、分尘翻斗、称重传感器、接尘漏斗、单向阀、输尘管、软绳、活动金属杆、固定金属杆、步进电机、风扇、混合气缸、混合活塞、推进电机轴、推进电机、粉尘浓度仪、PLC控制装置,其中,所述螺旋给粉装置由一个所述粉尘盛装容器和一个所述带螺杆电机组成,通过螺旋杆旋转推送粉尘;所述分尘翻斗为一个的梯形侧面翻斗,位于所述螺旋给粉装置的正下方,所述分尘翻斗一侧安装在所述活动金属杆上,另一侧安装在所述固定金属杆上;所述活动金属杆通过软绳连接所述步进电机,通过所述步进电机的转动来带动所述分尘翻斗绕着所述固定金属杆进行轴向转动。
2.如权利要求1所述的含尘气流精确供应装置,其特征在于,所述称重传感器位于所述分尘翻斗的底部,所述接尘漏斗位于所述分尘翻斗的右侧,所述接尘漏斗底部连接所述输尘管。
3.如权利要求1所述的含尘气流精确供应装置,其特征在于,所述输尘管为“T”形管道,包括水平管道和竖直管道,所述水平管道两端分别连接所述接尘漏斗底端和所述混合气缸,所述竖直管道底端为含尘气流出口;所述水平管道内部在靠近所述接尘漏斗侧安装有单向阀,只能实现含尘气流从所述接尘漏斗到所述混合气缸的单向流动;所述竖直管道的顶端安装有单向阀,只能实现含尘气流在所述竖直管道内自上而下的单向流动;所述混合活塞为扁平状的圆柱形实体,安装在所述混合气缸中,并通过所述推进电机轴与所述推进电机相连;所述风扇安装于推进电机轴的顶端。
4.如权利要求1所述的含尘气流精确供应装置,其特征在于,所述粉尘浓度仪安装于测试空间内;所述PLC控制装置与所述粉尘浓度仪相连,接收测试空间的粉尘浓度信号。
5.如权利要求1所述的含尘气流精确供应装置,其特征在于,所述PLC控制装置与所述称重传感器、所述螺旋给粉装置和所述步进电机相连,接收所述称重传感器的信号,分别控制所述螺旋给粉装置启停和所述步进电机的转动。
6.如权利要求1所述的含尘气流精确供应装置,其特征在于,所述粉尘盛装容器采用金属或塑料作为材料。
7.如权利要求1所述的含尘气流精确供应装置,其特征在于,所述分尘翻斗、所述固定金属杆和所述活动金属杆优选铜或铝作为材料。
8.如权利要求1所述的含尘气流精确供应装置,其特征在于,所述接尘漏斗为方形或其它形状的的壳体装置,所述输尘管为圆形或方形截面的管道,可采用金属或塑料作为材料。
9.如权利要求1所述的含尘气流精确供应装置的控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤1、确定测试设定时长T、放置换热器的测试空间的体积V0、含尘气流的设定粉尘浓度ρ0、粉尘波动范围Δρ、设定的单次粉尘供应量M;
步骤2、根据放置换热器的测试空间的体积V0和含尘气流的设定粉尘浓度ρ0,计算得出初次供应所需的粉尘量m0,具体公式为m0=V0×ρ0,所述PLC控制装置开启所述螺旋给粉装置,缓慢向分尘翻斗添加粉尘,所述分尘翻斗下面的所述称重传感器将逐渐增加的重量信号回传至所述PLC控制装置;当所述称重传感器上的重量值达到m0,则停止供粉。
步骤3、所述接尘漏斗从所述分尘翻斗中获得m0质量粉尘,并通过所述输尘管将其送到所述混合气缸内。当粉尘被所述接尘漏斗缓慢倾倒进所述输尘管的同时,所述混合气缸中的所述混合活塞后移,同时吸进新鲜空气与所述输尘管中的粉尘;撒进的粉尘经过t1时间匀速缓慢移动,以保证粉尘与空气充分吸入;所述PLC控制装置控制所述步进电机运转,所述混合活塞缓慢推送含尘气流至所述积尘室,使所述积尘室内形成设定浓度ρ0的含尘气流。
步骤4、测试空间内的换热器开始运行并逐渐消耗含尘气流中的粉尘,所述螺旋给粉装置缓慢向所述分尘翻斗添加粉尘,所述分尘翻斗下面的所述称重传感器将逐渐增加的重量信号回传至所述PLC控制装置,直到重量信号达到设定的单次粉尘供应量M;
步骤5、所述PLC控制装置发送信号给连接所述分尘翻斗的步进电机,所述步进电机拉动所述分尘翻斗转动,将其内部的粉尘翻倒进所述接尘漏斗;同时,PLC控制装置发送信号给控制所述混合活塞的所述推进电机,所述混合活塞吸气将所述接尘漏斗中的粉尘在t1时长内缓慢吸进所述混合气缸中;在所述混合活塞吸气的过程中,所述混合气缸中的所述风扇转动产生湍流,将吸进的空气与粉尘充分混合。
步骤6、粉尘浓度仪监测积尘室内的粉尘浓度在气流吸入的时长t1内降低dρ,在时长t1内粉尘消耗量Δm=dρ·V0,计算单位时间粉尘消耗率:进而由公式推算出气流推送时长t2和活塞推进速度v=L/t2。PLC控制装置控制所述推进电机运转,使含尘气流在时长t2内,以推进速度v缓慢被所述混合活塞推送至指定空间。
步骤7、保证换热器一直处于运行状态,重复步骤4到6,直到测试时间达到设定时长T。
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述步骤2还包括:
步骤2.1、所述步进电机控制软绳拉动所述分尘翻斗,将所述分尘翻斗内的粉尘倾倒进所述接尘漏斗;
步骤2.2、粉尘倾倒完后,所述步进电机倒转,将空的所述分尘翻斗回放到原位置上。
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