CN113029611B - 一种转向架积雪结冰风洞试验系统的造雪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转向架积雪结冰风洞试验系统的造雪装置，包括设于转向架积雪结冰风洞试验系统的动力段的轴流风机，轴流风机的进风端前方设有一表冷器，轴流风机的出风端外周沿轴流风机的周向设置有多个过冷水喷嘴。该造雪装置通过设置轴流风机，在轴流风机的进气端前方设置表冷器对气流进行降温冷却，形成低温气流进入轴流风机；在轴流风机的出风端外周沿其周向设置多个过冷水喷嘴，过冷水喷嘴喷出的过冷水遇到低温气流形成冰雪，相比于在风洞外部造雪再将雪输送到风洞内的方式，可使冰雪与气流混合均匀；将多个过冷水喷嘴沿轴流风机的出风端外周周向设置，使整个风洞流道的截面区域内都形成冰雪，提高了冰雪与气流混合的均匀性。

Description

一种转向架积雪结冰风洞试验系统的造雪装置

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，具体而言，涉及一种转向架积雪结冰风洞试验系统的造雪装置。

背景技术

轨道交通作为国家重要基础设施，在综合交通体系中处于骨干地位，对社会和经济发展具有重要的影响。轨道交通系统具有运行能耗低、占地面积少、环境污染轻等显著优势，在众多交通运输方式中脱颖而出。

我国区域跨度大，轨道列车需适应强风沙、强风雪等复杂多变运行环境。在寒冷冬季，我国东北、新疆北部及青藏高原等部分地区降雪量较大，给轨道交通建设和运营带来一系列特殊问题。其中，解决转向架区域的积雪结冰问题对于轨道车辆的安全运行尤为关键。

当前，高速列车转向架区域积雪结冰问题主要基于计算机数值仿真方法，通过建立真实转向架区域几何模型，采用风雪两相流模型进行模拟来进行研究，但当前数值研究的结果亟待进行定性和定量的验证。

现有的列车转向架区域积雪结冰低温风洞试验系统，冰雪与气流之间混合不均匀，无法使冰雪与气流形成均匀的风吹雪，无法真实地模拟风吹雪的气象环境，无法保证转向架区域积雪结冰试验结果的准确性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种转向架积雪结冰风洞试验系统的造雪装置，该造雪装置能够使冰雪与气流形成均匀的风吹雪，提高转向架区域积雪结冰试验结果的准确性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种转向架积雪结冰风洞试验系统的造雪装置，包括设于转向架积雪结冰风洞试验系统的动力段的轴流风机，轴流风机的进风端前方设有一表冷器，轴流风机的出风端外周沿轴流风机的周向设置有多个过冷水喷嘴。

进一步地，多个过冷水喷嘴沿轴流风机的周向均布设置，过冷水喷嘴朝向轴流风机出风方向向内倾斜设置。

进一步地，还包括设于转向架积雪结冰风洞试验系统的第一拐角段内的第一导流装置，第一拐角段沿竖直方向设置，第一拐角段的上端与动力段相连通，第一拐角段的下端与试验段相连通，第一导流装置设于第一拐角段的上端转角处。

进一步地，第一导流装置包括多块第一弧形导流板，多块第一弧形导流板间隔层叠设置，相邻的第一弧形导流板之间形成供风雪通过的导流通道。

进一步地，第一弧形导流板的弧顶倾斜向上设置，第一弧形导流板的一端朝向动力段，另一端朝向第一拐角段的下端。

进一步地，多块第一弧形导流板倾斜向下层叠设置。

进一步地，还包括一第二导流装置，第二导流装置设于第一拐角段的下端转角处。

进一步地，第二导流装置包括多块第二弧形导流板，多块第二弧形导流板间隔层叠设置，相邻的第二弧形导流板之间形成供风雪通过的导流通道。

进一步地，第二弧形导流板的弧顶倾斜向下设置，第二弧形导流板的一端朝向第一拐角段的上端，另一端朝向试验段；多块第二弧形导流板倾斜向上层叠设置。

进一步地，第一拐角段与试验段之间设有一收缩段，收缩段靠近第一拐角段一端的口径大于收缩段靠近试验段一端的口径，收缩段的上壁和侧壁呈弧形。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的转向架积雪结冰风洞试验系统的造雪装置，通过在轴流风机的进气端前方设置表冷器对气流进行降温冷却，在轴流风机的出风端外周沿其周向设置多个过冷水喷嘴，将过冷水喷嘴朝向轴流风机的出风方向向内倾斜设置，并在第一拐角段的上端和下端分别设置第一导流装置和第二导流装置，在第一拐角段与试验段之间设置收缩段；该造雪装置能够使冰雪与气流形成均匀的风吹雪，避免冰雪在拐角处堆积，能够形成集中、均匀的风雪流吹向转向架，更加真实地模拟风吹雪的气象环境，提高转向架区域积雪结冰试验结果的准确性。相比于在风洞外部造雪再将雪输送到风洞内的方式，本发明通过向风洞流道内通入过冷水与低温气流作用形成冰雪，可使冰雪与气流混合更加均匀。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为风洞试验系统的主视结构示意图。

图2为轴流风机和过冷水喷嘴的主视结构示意图。

图3为轴流风机和过冷水喷嘴的左视结构示意图。

图4为图2中A处的局部放大图。

图5为第一导流装置的结构示意图。

图6为第一导流装置中多块第一弧形导流板的结构示意图。

图7为第二导流装置的结构示意图。

图8为第二导流装置中多块第二弧形导流板的结构示意图。

图9为收缩段的主视结构示意图。

图10为收缩段的俯视结构示意图。

图11为表冷器的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、回流式风洞流道；11、动力段；12、造雪段；13、第一拐角段；14、试验段；15、第二拐角段；16、表冷器段；17、收缩段；111、轴流风机；131、第一导流装置；132、第二导流装置；141、旋转试验台；142、转向架；151、风雪分离装置；161、表冷器；1121、过冷水喷嘴；1311、第一弧形导流板；1321、第二弧形导流板。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

参见图1至图11，一种本发明实施例的转向架积雪结冰风洞试验系统的造雪装置。如图1所示，该转向架积雪结冰风洞试验系统包括回流式风洞流道1，该回流式风洞流道1主要包括依次连接的动力段11、造雪段12、第一拐角段13、试验段14、第二拐角段15和表冷器段16，表冷器段16与动力段11相连接，形成闭合的回流式风洞流道1。在试验段14内设置有旋转试验台141，该旋转试验台141上设置有转向架142；在第二拐角段15内设置有风雪分离装置151；动力段11、造雪段12和表冷器段16设于试验段14的上方，第一拐角段13和第二拐角段15沿竖向设置，风雪气流从动力段11、造雪段12、第一拐角段13、试验段14、第二拐角段15经表冷器段16流回动力段11。回流式风洞流道1采用保温材料填充。

参见图1至图3，本发明的造雪装置主要包括设置在转向架积雪结冰风洞试验系统的动力段11内的轴流风机111，该轴流风机111的进风端前方设有一个表冷器161(位于表冷器段16内)，在轴流风机111的出风端的外周沿轴流风机111的周向设置有多个过冷水喷嘴1121。该过冷水喷嘴1121设于回流式风洞流道1内，过冷水喷嘴1121通过管路与设于风洞外部的压缩空气源和过冷水源(图中均未示出)相连接。

上述的造雪装置，通过设置轴流风机111，在轴流风机111的进气端前方设置表冷器161对气流进行降温冷却，形成低温气流进入轴流风机111；通过在轴流风机111的出风端外周沿其周向设置多个过冷水喷嘴1121，过冷水喷嘴1121喷出的过冷水遇到低温气流形成冰雪，将多个过冷水喷嘴1121沿轴流风机111的出风端外周周向设置，可以使整个风洞流道的截面区域内都形成冰雪，提高冰雪与气流混合的均匀性。并且，本发明通过向风洞流道内通入过冷水与低温气流作用形成冰雪，相比于在风洞外部造雪再将雪输送到风洞内的方式，可使冰雪与气流混合更加均匀。

进一步地，参见图2、图3和图4，在本实施例中，多个过冷水喷嘴1121沿轴流风机111的周向均布设置，过冷水喷嘴1121朝向轴流风机111的出风方向向内倾斜设置。如此设置，可使过冷水的喷入方向与轴流风机111的出风方向之间形成一个夹角，使多股过冷水朝向轴流风机111的轴线方向喷射，这样，喷出的过冷水在轴流风机111喷出的低温气流的作用下形成螺旋状的风吹雪，可以使冰雪与气流混合更加均匀，更加真实地模拟风吹雪的气象环境，有利于提高转向架区域积雪结冰试验结果的准确性。

参见图1和图5，在本实施例中，该造雪装置还包括一个设置在转向架积雪结冰风洞试验系统的第一拐角段13内的第一导流装置131。该第一拐角段13沿竖直方向设置，该第一拐角段13的上端与动力段11相连通，第一拐角段13的下端与试验段14相连通，第一导流装置131设置在该第一拐角段13的上端转角处。通过在第一拐角段13的上端设置第一导流装置131，对风雪流进行导流，可以保持冰雪与气流的均匀性，避免冰雪在第一拐角段13的上端拐角处堆积。

具体地，参见图5和图6，在本实施例中，第一导流装置131包括多块第一弧形导流板1311，该多块第一弧形导流板1311间隔层叠设置，相邻的第一弧形导流板1311之间形成供风雪通过的导流通道。如此，从动力段11和造雪段12吹入的风雪经多块第一弧形导流板1311导流，通过相邻的第一弧形导流板1311之间的导流通道导入第一拐角段13的下端，避免在第一拐角段13的上端拐角处由于冰雪的重力导致冰雪集聚在上端拐角内侧。

进一步地，参见图5和图6，第一弧形导流板1311的弧顶倾斜向上设置，第一弧形导流板1311的一端朝向动力段11延伸，其另一端朝向第一拐角段13的下端延伸；多块第一弧形导流板1311倾斜向下层叠设置。如此设置，通过第一弧形导流板1311可以很好地将原本水平方向流动的风雪流导向为沿竖直方向流动，并保持冰雪与气流混合的均匀性，避免冰雪发生堆积。

同样地，参见图1、图7和图8，在本实施例中，该造雪装置还包括一个第二导流装置132，该第二导流装置132设置在第一拐角段13的下端转角处。通过在第一拐角段13的下端拐角处设置第二导流装置132，对风雪流进行导流，可以保持风雪从第一拐角段13向试验段14流动的过程中冰雪与气流的均匀性，避免冰雪在第一拐角段13的下端拐角处堆积。具体地，该第二导流装置132包括多块第二弧形导流板1321，多块第二弧形导流板1321间隔层叠设置，相邻的第二弧形导流板1321之间形成供风雪通过的导流通道。如此设置，从第一拐角段13的上端吹入的风雪经多块第二弧形导流板1321导流，通过相邻的第二弧形导流板1321之间的导流通道导入试验段14，避免在第一拐角段13的下端拐角处由于冰雪的重力导致冰雪集聚在下端拐角内侧。

进一步地，参见图7和图8，在本实施例中，第二弧形导流板1321的弧顶倾斜向下设置，第二弧形导流板1321的一端朝向第一拐角段13的上端，另一端朝向试验段14；多块第二弧形导流板1321倾斜向上层叠设置。这样设置，通过第二弧形导流板1321可以很好地将原本第一拐角段13内竖直方向流动的风雪流导向为沿水平方向流动，并保持冰雪与气流混合的均匀性，避免冰雪发生堆积。

进一步地，参见图9和图10，在本实施例中，第一拐角段13与试验段14之间设置有一个收缩段17，该收缩段17靠近第一拐角段13一端的口径大于收缩段17靠近试验段14一端的口径，该收缩段17的上壁和侧壁呈弧形。这样设置，可以使风雪在试验段14的进入口处更加集中，使风雪集中、均匀地吹向转向架142。

转向架积雪结冰风洞试验系统进行试验时，将转向架142置于试验段14内，通过表冷器161制造低温环境，通过轴流风机111和过冷水喷嘴1121形成风吹雪；风雪经造雪段12后通过第一导流装置131导向进入第一拐角段13，再经第二导流装置132导向进入收缩段17和试验段14，形成均匀的风雪流吹向试验段14内的转向架142，对转向架142进行积雪结冰试验；风雪再进入第二拐角段15，通过风雪分离装置151对风雪流中的冰雪进行分离，风流经表冷器段16后再进入动力段11形成循环。

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 (7)

1.一种转向架积雪结冰风洞试验系统的造雪装置，其特征在于，包括设于所述转向架积雪结冰风洞试验系统的动力段(11)的轴流风机(111)，所述轴流风机(111)的进风端前方设有一表冷器(161)，所述轴流风机(111)的出风端外周沿所述轴流风机(111)的周向设置有多个过冷水喷嘴(1121)；

多个所述过冷水喷嘴(1121)沿所述轴流风机(111)的周向均布设置，所述过冷水喷嘴(1121)朝向所述轴流风机(111)的出风方向向内倾斜设置；

还包括设于所述转向架积雪结冰风洞试验系统的第一拐角段(13)内的第一导流装置(131)，所述第一拐角段(13)沿竖直方向设置，所述第一拐角段(13)的上端与所述动力段(11)相连通，所述第一拐角段(13)的下端与试验段(14)相连通，所述第一导流装置(131)设于所述第一拐角段(13)的上端转角处；

还包括一第二导流装置(132)，所述第二导流装置(132)设于所述第一拐角段(13)的下端转角处。

2.根据权利要求1所述的转向架积雪结冰风洞试验系统的造雪装置，其特征在于，所述第一导流装置(131)包括多块第一弧形导流板(1311)，多块所述第一弧形导流板(1311)间隔层叠设置，相邻的所述第一弧形导流板(1311)之间形成供风雪通过的导流通道。

3.根据权利要求2所述的转向架积雪结冰风洞试验系统的造雪装置，其特征在于，所述第一弧形导流板(1311)的弧顶倾斜向上设置，所述第一弧形导流板(1311)的一端朝向所述动力段(11)，另一端朝向所述第一拐角段(13)的下端。

4.根据权利要求3所述的转向架积雪结冰风洞试验系统的造雪装置，其特征在于，多块所述第一弧形导流板(1311)倾斜向下层叠设置。

5.根据权利要求1所述的转向架积雪结冰风洞试验系统的造雪装置，其特征在于，所述第二导流装置(132)包括多块第二弧形导流板(1321)，多块所述第二弧形导流板(1321)间隔层叠设置，相邻的所述第二弧形导流板(1321)之间形成供风雪通过的导流通道。

6.根据权利要求5所述的转向架积雪结冰风洞试验系统的造雪装置，其特征在于，所述第二弧形导流板(1321)的弧顶倾斜向下设置，所述第二弧形导流板(1321)的一端朝向所述第一拐角段(13)的上端，另一端朝向所述试验段(14)；多块所述第二弧形导流板(1321)倾斜向上层叠设置。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的转向架积雪结冰风洞试验系统的造雪装置，其特征在于，所述第一拐角段(13)与所述试验段(14)之间设有一收缩段(17)，所述收缩段(17)靠近所述第一拐角段(13)一端的口径大于所述收缩段(17)靠近所述试验段(14)一端的口径，所述收缩段(17)的上壁和侧壁呈弧形。

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