CN112697381B - 一种大型环境风洞用直回流快速切换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大型环境风洞用直回流快速切换装置，所述对开密封工作门Ⅰ、对开工作门Ⅰ、对开工作门Ⅱ和对开密封工作门Ⅱ均由两扇门组成，每扇门的上端均设有主动端，所述主动端连接有用于驱动主动端的驱动机构，每扇门的下端均设有从动端，所述从动端设有用于承受门体的重量的调心推力轴承，所述第二拐角段内转动连接有拐角导流片组件Ⅰ，所述平直段和第一拐角段内壁滑动连接有拐角导流片组件Ⅱ；本发明中，在狭小安装空间、‑10℃到95℃温度变化范围、高密封要求的环境风洞中，通过合理布置四对工作门并根据环境风洞气流流动方向调整拐角导流片组件Ⅰ和拐角导流片组件Ⅱ的角度和位置实现了直回流试验模式的切换。

Description

一种大型环境风洞用直回流快速切换装置

技术领域

本发明涉及地面模拟试验技术领域，具体涉及一种大型环境风洞用直回流快速切换装置。

背景技术

在涉及宽温度范围、高密封要求的环境风洞模拟试验中，根据试验工况的不同，需要风洞具备直流/回流模式即风洞流道可进行直回流的切换，环境风洞在进行回流模拟试验时涉及温度、密封和流场要求，在直流模拟试验时应尽量减少流道损失，在直流和回流同时使用的模拟试验时可自动切换。通常情况下，环境风洞涉及的温度不高、没有严格的密封要求和空间限制等因素，常采用以下方式：

1、利用隔断和拐角导流片的角度调整装置实现风洞直流/回流的切换。隔断将造成风洞占用空间大、回流道刚度不连续、工作门较重、热变形引起的密封处理较困难等问题。

2、拐角侧向移动实现风洞直流/回流的切换。此方式将造成风洞占用空间大、与进排气口无法衔接、拐角段重量较重而导致移动缓慢无法实现直/回流同时使用时的自动切换。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种大型环境风洞用直回流快速切换装置，以解决背景技术中提出的问题。

(2)技术方案

为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：

一种大型环境风洞用直回流快速切换装置，包括依次焊接连接的进气段、第二拐角段、平直段、第一拐角段和排气段，所述进气段、第二拐角段、平直段、第一拐角段和排气段内分别设有对开密封工作门Ⅰ、对开工作门Ⅰ、对开工作门Ⅱ和对开密封工作门Ⅱ，所述对开密封工作门Ⅰ、对开工作门Ⅰ、对开工作门Ⅱ和对开密封工作门Ⅱ均由两扇门组成，每扇门的上端均设有主动端，所述主动端连接有用于驱动主动端的驱动机构，每扇门的下端均设有从动端，所述从动端设有用于承受门体的重量的调心推力轴承，所述第二拐角段内转动连接有拐角导流片组件Ⅰ，所述平直段和第一拐角段内壁滑动连接有拐角导流片组件Ⅱ。

进一步地，所述驱动机构包括减速电机Ⅰ、支座、联轴器Ⅰ、密封圈Ⅰ、调心轴承、轴承座、支架、门轴、垫板和隔热板Ⅰ，所述对开密封工作门Ⅰ、对开工作门Ⅰ、对开工作门Ⅱ和对开密封工作门Ⅱ的外侧均设有框架，所述支座、垫板和隔热板Ⅰ通过螺栓与框架连接，所述减速电机Ⅰ安装于支座上，所述减速电机Ⅰ通过联轴器Ⅰ与门轴连接，所述门轴经调心轴承插入门孔中，所述调心轴承置于轴承座中，所述轴承座通过螺栓与支架连接，所述支架与框架焊接。

进一步地，所述对开密封工作门Ⅰ和对开密封工作门Ⅱ的每扇门的周边分别粘接密封工作门Ⅰ密封圈和密封工作门Ⅱ密封圈，所述对开密封工作门Ⅰ和对开密封工作门Ⅱ分别包括门框Ⅰ和门框Ⅱ，所述密封工作门Ⅰ密封圈和密封工作门Ⅱ密封圈与相应位置焊接的密封用门框Ⅰ、门框Ⅱ形成密封副。

进一步地，所述对开密封工作门Ⅰ和对开密封工作门Ⅱ上下端各设有一套插销机构，所述插销机构包括连接板、螺母、螺旋升降机、箱型框架、导向杆、支撑套、导向套Ⅰ、限位开关及其支座、传动轴、支座Ⅱ、销轴、联轴器Ⅱ、减速电机Ⅱ、导向套Ⅱ和隔热板Ⅱ，由1个所述减速电机Ⅱ、3个联轴器Ⅱ、1根传动轴、2个支座Ⅱ、2套螺旋升降机和2个螺母构成插销机构的驱动部分，所述螺母分别安装在2块连接板上，所述导向杆通过上下2个支撑套固定在箱型框架上，每根所述导向杆和连接板间设有导向套Ⅰ，所述导向套Ⅰ通过螺栓固定在连接板上，每个所述连接板上安装有2根销轴，所述支撑套和导向套Ⅱ通过螺栓与箱型框架连接，所述限位开关及其支座固定连接在箱型框架内侧，所述箱型框架与隔热板Ⅱ固定连接在安装部段上。

进一步地，所述拐角导流片组件Ⅱ上侧两端焊接2个支撑块，所述支撑块挂在连接块上，每个所述连接块与2块端板通过螺栓连接，所述连接块与拐角导流片组件Ⅱ支撑导向装置中滑块固定，所述拐角导流片组件Ⅱ上侧中间位置设有圆形凹槽并与拐角导流片组件Ⅱ驱动装置中螺母下端的圆形凸台配合连接，所述拐角导流片组件Ⅱ支撑导向装置和拐角导流片组件Ⅱ驱动装置分别与平直段和第一拐角段上端的框架固连；所述拐角导流片组件Ⅱ支撑导向装置和拐角导流片组件Ⅱ驱动装置分别设有第一环向翻边，所述第一环向翻边相应的平直段和第一拐角段承压壳体周边开有第一环形槽，所述第一环向翻边插入环形槽内并灌入果冻胶，所述拐角导流片组件Ⅱ支撑导向装置和拐角导流片组件Ⅱ驱动装置分别通过连接螺钉Ⅰ和连接螺钉Ⅱ与整流板Ⅰ和整流板Ⅱ连接。

进一步地，所述拐角导流片组件Ⅰ上端固定在转盘上，所述转盘固定连接有隔热板Ⅲ，所述隔热板Ⅲ固定连接有转盘驱动装置，所述转盘驱动装置固连在第二拐角段框架上，所述转盘外圈设有第二环向翻边，所述第二环向翻边相应的第二拐角段承压壳体周边开设有第二环形槽，所述第二环向翻边插入第二环形槽内并灌入硅油。

(3)有益效果：

1、本发明中，在狭小安装空间、-10℃到95℃温度变化范围、高密封要求的环境风洞中，通过合理布置四对工作门并根据环境风洞气流流动方向调整拐角导流片组件Ⅰ和拐角导流片组件Ⅱ的角度和位置实现了直回流试验模式的切换；

2、本发明中，拐角导流片组件Ⅱ和拐角导流片组件Ⅰ通过悬挂支撑装置安装在流道内部，经驱动装置达到快速、灵活运动；

3、本发明中，通过每对工作门采用对开并通过电机驱动的方式解决了电机驱动力小、工作门快速开闭问题；

4、本发明中，通过对密封工作门Ⅰ和密封工作门Ⅱ与门框间设置预压缩密封圈并通过设置插销机构来增强门体支撑刚度的方式共同实现了回流试验模式下的高密封要求；

5、本发明中，通过果冻胶和硅油密封方式解决了由于宽温度变化引起结构变形而导致的密封可靠性问题，硅油还能有效减少运动阻力。

附图说明

图1为本发明大型环境风洞用直回流快速切换装置的直流模式环境风洞工作门分布位置结构示意图；

图2为本发明大型环境风洞用直回流快速切换装置的回流模式结构示意图；

图3为本发明大型环境风洞用直回流快速切换装置的工作门驱动机构结构示意图；

图4为本发明大型环境风洞用直回流快速切换装置的作门插销机构结构示意图；

图5为本发明大型环境风洞用直回流快速切换装置的平动导流片结构示意图；

图6为本发明大型环境风洞用直回流快速切换装置的转动导流片结构示意图。

附图标记如下：

进气段1、对开密封工作门Ⅰ2、密封工作门Ⅰ密封圈3、密封用门框Ⅰ4、第二拐角段5、拐角导流片组件Ⅰ6、对开工作门Ⅰ7、拐角导流片组件Ⅱ8、平直段9、对开工作门Ⅱ10、第一拐角段11、门框Ⅱ12、密封工作门Ⅱ密封圈13、对开密封工作门Ⅱ14、排气段15、减速电机Ⅰ16、支座17、联轴器Ⅰ18、密封圈Ⅰ19、调心轴承20、轴承座21、支架22、门轴23、垫板24、隔热板Ⅰ25、连接板26、螺母27、螺旋升降机28、箱型框架29、导向杆30、支撑套31、导向套Ⅰ32、限位开关及其支座33、传动轴34、支座Ⅱ35、销轴36、联轴器Ⅱ37、减速电机Ⅱ38、导向套Ⅱ39、隔热板Ⅱ40、拐角导流片组件Ⅱ支撑导向装置41、端板42、连接块43、支撑块44、拐角导流片组件Ⅱ驱动装置45、连接螺钉Ⅰ46、整流板Ⅰ47、整流板Ⅱ48、连接螺钉Ⅱ49、果冻胶50、硅油51、转盘52、转盘驱动装置53、隔热板Ⅲ54。

具体实施方式

下面结合附图1-6和实施例对本发明进一步说明：

一种大型环境风洞用直回流快速切换装置，包括依次焊接连接的进气段1、第二拐角段5、平直段9、第一拐角段11和排气段15，进气段1、第二拐角段5、平直段9、第一拐角段11和排气段15内分别设有对开密封工作门Ⅰ2、对开工作门Ⅰ7、对开工作门Ⅱ10和对开密封工作门Ⅱ14，四扇工作门全开时其气流面与洞体流道平齐。当进行直流试验时，气流通过进气段1和第二拐角段5进入流道，并经第一拐角段11和排气段15排到大气中，拐角导流片组件Ⅰ6转至来流方向，拐角导流片组件Ⅱ8移至平直段9中部，对开密封工作门Ⅰ2和对开密封工作门Ⅱ14处于全开状态、对开工作门Ⅰ7和对开工作门Ⅱ10处于关闭状态；当进行回流试验时，气流经第一拐角段11、平直段9至第二拐角段5并在流道内循环，拐角导流片组件Ⅰ6转至来流方向，拐角导流片组件Ⅱ8移至第一拐角段11中心位置，对开密封工作门Ⅰ2和对开密封工作门Ⅱ14处于关闭状态、对开工作门Ⅰ7和对开工作门Ⅱ10处于全开状态；对开密封工作门Ⅰ2、对开工作门Ⅰ7、对开工作门Ⅱ10和对开密封工作门Ⅱ14采用对开式即均由两扇门组成，每扇门的上端均设有主动端，主动端连接有用于驱动主动端的驱动机构，每扇门的下端均设有从动端，从动端设有用于承受门体的重量的调心推力轴承，第二拐角段5内转动连接有拐角导流片组件Ⅰ6，平直段9和第一拐角段11内壁滑动连接有拐角导流片组件Ⅱ8。

本实施例中，驱动机构包括减速电机Ⅰ16、支座17、联轴器Ⅰ18、密封圈Ⅰ19、调心轴承20、轴承座21、支架22、门轴23、垫板24和隔热板Ⅰ25，对开密封工作门Ⅰ2、对开工作门Ⅰ7、对开工作门Ⅱ10和对开密封工作门Ⅱ14的外侧均设有框架，支座17、垫板24和隔热板Ⅰ25通过螺栓与框架连接，支座17、垫板24和隔热板Ⅰ25通过螺栓与该门所在位置的部段框架连接，减速电机Ⅰ16安装于支座17上，减速电机Ⅰ16通过联轴器Ⅰ18与门轴23连接，门轴23经调心轴承20插入门孔中，调心轴承20置于轴承座21中，轴承座21通过螺栓与支架22连接，支架22与框架焊接，支架22与该门所在位置的部段框架焊接。

本实施例中，对开密封工作门Ⅰ2和对开密封工作门Ⅱ14的每扇门的周边分别粘接密封工作门Ⅰ密封圈3和密封工作门Ⅱ密封圈13，对开密封工作门Ⅰ2和对开密封工作门Ⅱ14分别包括门框Ⅰ4和门框Ⅱ12，密封工作门Ⅰ密封圈3和密封工作门Ⅱ密封圈13与相应位置焊接的密封用门框Ⅰ4、门框Ⅱ12形成密封副，在驱动机构和插销机构的共同作用下对密封工作门Ⅰ密封圈3和密封工作门Ⅱ密封圈13进行挤压从而达到密封效果；对开工作门Ⅰ7和对开工作门Ⅱ10不需要严格意义的密封。

本实施例中，对开密封工作门Ⅰ2和对开密封工作门Ⅱ14上下端各设有一套插销机构，插销机构包括连接板26、螺母27、螺旋升降机28、箱型框架29、导向杆30、支撑套31、导向套Ⅰ32、限位开关及其支座33、传动轴34、支座Ⅱ35、销轴36、联轴器Ⅱ37、减速电机Ⅱ38、导向套Ⅱ39和隔热板Ⅱ40，由1个减速电机Ⅱ38、3个联轴器Ⅱ37、1根传动轴34、2个支座Ⅱ35、2套螺旋升降机28和2个螺母27构成插销机构的驱动部分，除驱动部分的2个螺母27外均安装在箱型框架29上，螺母27分别安装在2块连接板26上，在4根导向杆30的作用下，将驱动的旋转运动转换成连接板26的上下运动，导向杆30通过上下2个支撑套31固定在箱型框架29上，每根导向杆30和连接板26间设有导向套Ⅰ32，导向套Ⅰ32通过螺栓固定在连接板26上，每个连接板26上安装有2根销轴36，在导向套Ⅱ39的作用下确保销轴36上下运动并承受一定的侧向载荷，支撑套31和导向套Ⅱ39通过螺栓与箱型框架29连接，限位开关及其支座33固定连接在箱型框架29内侧用于销轴36上下运动的限位，箱型框架29与隔热板Ⅱ40固定连接在安装部段上。

本实施例中，拐角导流片组件Ⅱ8上侧两端焊接2个支撑块44，支撑块44挂在连接块43上，每个连接块43与2块端板42通过螺栓连接，限制支撑块44移动方向的窜动，连接块43与拐角导流片组件Ⅱ支撑导向装置41中滑块固定，拐角导流片组件Ⅱ8上侧中间位置设有圆形凹槽并与拐角导流片组件Ⅱ驱动装置45中螺母下端的圆形凸台配合连接，拐角导流片组件Ⅱ支撑导向装置41和拐角导流片组件Ⅱ驱动装置45分别与平直段9和第一拐角段11上端的框架固连；拐角导流片组件Ⅱ支撑导向装置41和拐角导流片组件Ⅱ驱动装置45分别设有第一环向翻边，第一环向翻边相应的平直段9和第一拐角段11承压壳体周边开有第一环形槽，第一环向翻边插入环形槽内并灌入果冻胶50，确保拐角导流片组件Ⅱ支撑导向装置41和拐角导流片组件Ⅱ驱动装置45与外界的密封；拐角导流片组件Ⅱ支撑导向装置41和拐角导流片组件Ⅱ驱动装置45分别通过连接螺钉Ⅰ46和连接螺钉Ⅱ49与整流板Ⅰ47和整流板Ⅱ48连接，尽量减少气流的扰动。

本实施例中，拐角导流片组件Ⅰ6上端固定在转盘52上，转盘52固定连接有隔热板Ⅲ54，隔热板Ⅲ54固定连接有转盘驱动装置53，转盘驱动装置53固连在第二拐角段5框架上，转盘52外圈设有第二环向翻边，第二环向翻边相应的第二拐角段5承压壳体周边开设有第二环形槽，第二环向翻边插入第二环形槽内并灌入硅油51，硅油51主要用于转盘52的动密封。隔热板Ⅰ25、隔热板Ⅱ40和隔热板Ⅲ54主要用于阻隔连接位置钢结构件与外界的热量交换。

内置4对工作门，既解决了场地狭小的问题，又确保结构间不可避免的连接和在-10℃～110℃宽温度运行范围内热变形所导致的气体泄漏。

4道工作门采用对开方式，并通过电机驱动，实现风洞的直流/回流模式的切换，同时也解决了3m×3m截面用工作门所带来的刚度、重量、驱动力矩等问题。

用于回流试验模式的2道工作门为密封用保温门，并在回流道内设置门框和插销机构确保密封。

在环境风洞的直流/回流切换位置的拐角导流片设计成可移动式的，确保直流和回流模式均有较好的流场品质。拐角导流片采用整体结构悬挂在支撑结构上并通过电机驱动，既减少了驱动机构数量和降低控制难度又避免了热变形所引起的别卡问题。

工作门的开闭和拐角导流片角度/位置的调整通过协同控制可实现在直流和回流同时使用的模拟试验时的自动切换。

所有驱动位置均设有保温、隔热装置，减少漏热和应力集中现象。

本发明有益效果：

本发明中，在狭小安装空间、-10℃到95℃温度变化范围、高密封要求的环境风洞中，通过合理布置四对工作门并根据环境风洞气流流动方向调整拐角导流片组件Ⅰ和拐角导流片组件Ⅱ的角度和位置实现了直回流试验模式的切换；

本发明中，拐角导流片组件Ⅱ和拐角导流片组件Ⅰ通过悬挂支撑装置安装在流道内部，经驱动装置达到快速、灵活运动；

本发明中，通过每对工作门采用对开并通过电机驱动的方式解决了电机驱动力小、工作门快速开闭问题；

本发明中，通过对密封工作门Ⅰ和密封工作门Ⅱ与门框间设置预压缩密封圈并通过设置插销机构来增强门体支撑刚度的方式共同实现了回流试验模式下的高密封要求；

本发明中，通过果冻胶和硅油密封方式解决了由于宽温度变化引起结构变形而导致的密封可靠性问题，硅油还能有效减少运动阻力。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种大型环境风洞用直回流快速切换装置，包括依次焊接连接的进气段、第二拐角段、平直段、第一拐角段和排气段，其特征在于，所述进气段、第二拐角段、平直段、第一拐角段和排气段内分别设有对开密封工作门Ⅰ、对开工作门Ⅰ、对开工作门Ⅱ和对开密封工作门Ⅱ，所述对开密封工作门Ⅰ、对开工作门Ⅰ、对开工作门Ⅱ和对开密封工作门Ⅱ均由两扇门组成，每扇门的上端均设有主动端，所述主动端连接有用于驱动主动端的驱动机构，每扇门的下端均设有从动端，所述从动端设有用于承受门体的重量的调心推力轴承，所述第二拐角段内转动连接有拐角导流片组件Ⅰ，所述平直段和第一拐角段内壁滑动连接有拐角导流片组件Ⅱ；

所述对开密封工作门Ⅰ和对开密封工作门Ⅱ上下端各设有一套插销机构，所述插销机构包括连接板、螺母、螺旋升降机、箱型框架、导向杆、支撑套、导向套Ⅰ、限位开关及其支座、传动轴、支座Ⅱ、销轴、联轴器Ⅱ、减速电机Ⅱ、导向套Ⅱ和隔热板Ⅱ，由1个所述减速电机Ⅱ、3个联轴器Ⅱ、1根传动轴、2个支座Ⅱ、2套螺旋升降机和2个螺母构成插销机构的驱动部分，所述螺母分别安装在2块连接板上，所述导向杆通过上下2个支撑套固定在箱型框架上，每根所述导向杆和连接板间设有导向套Ⅰ，所述导向套Ⅰ通过螺栓固定在连接板上，每个所述连接板上安装有2根销轴，所述支撑套和导向套Ⅱ通过螺栓与箱型框架连接，所述限位开关及其支座固定连接在箱型框架内侧，所述箱型框架与隔热板Ⅱ固定连接在安装部段上；

所述拐角导流片组件Ⅱ上侧两端焊接2个支撑块，所述支撑块挂在连接块上，每个所述连接块与2块端板通过螺栓连接，所述连接块与拐角导流片组件Ⅱ支撑导向装置中滑块固定，所述拐角导流片组件Ⅱ上侧中间位置设有圆形凹槽并与拐角导流片组件Ⅱ驱动装置中螺母下端的圆形凸台配合连接，所述拐角导流片组件Ⅱ支撑导向装置和拐角导流片组件Ⅱ驱动装置分别与平直段和第一拐角段上端的框架固连；所述拐角导流片组件Ⅱ支撑导向装置和拐角导流片组件Ⅱ驱动装置分别设有第一环向翻边，所述第一环向翻边相应的平直段和第一拐角段承压壳体周边开有第一环形槽，所述第一环向翻边插入环形槽内并灌入果冻胶，所述拐角导流片组件Ⅱ支撑导向装置和拐角导流片组件Ⅱ驱动装置分别通过连接螺钉Ⅰ和连接螺钉Ⅱ与整流板Ⅰ和整流板Ⅱ连接。

2.如权利要求1所述的大型环境风洞用直回流快速切换装置，其特征在于：所述驱动机构包括减速电机Ⅰ、支座、联轴器Ⅰ、密封圈Ⅰ、调心轴承、轴承座、支架、门轴、垫板和隔热板Ⅰ，所述对开密封工作门Ⅰ、对开工作门Ⅰ、对开工作门Ⅱ和对开密封工作门Ⅱ的外侧均设有框架，所述支座、垫板和隔热板Ⅰ通过螺栓与框架连接，所述减速电机Ⅰ安装于支座上，所述减速电机Ⅰ通过联轴器Ⅰ与门轴连接，所述门轴经调心轴承插入门孔中，所述调心轴承置于轴承座中，所述轴承座通过螺栓与支架连接，所述支架与框架焊接。

3.如权利要求1所述的大型环境风洞用直回流快速切换装置，其特征在于：所述对开密封工作门Ⅰ和对开密封工作门Ⅱ的每扇门的周边分别粘接密封工作门Ⅰ密封圈和密封工作门Ⅱ密封圈，所述对开密封工作门Ⅰ和对开密封工作门Ⅱ分别包括门框Ⅰ和门框Ⅱ，所述密封工作门Ⅰ密封圈和密封工作门Ⅱ密封圈与相应位置焊接的密封用门框Ⅰ、门框Ⅱ形成密封副。

4.如权利要求1所述的大型环境风洞用直回流快速切换装置，其特征在于：所述拐角导流片组件Ⅰ上端固定在转盘上，所述转盘固定连接有隔热板Ⅲ，所述隔热板Ⅲ固定连接有转盘驱动装置，所述转盘驱动装置固连在第二拐角段框架上，所述转盘外圈设有第二环向翻边，所述第二环向翻边相应的第二拐角段承压壳体周边开设有第二环形槽，所述第二环向翻边插入第二环形槽内并灌入硅油。

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