CN113504057B - 特种车辆动力系统高温环境进气模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于车辆工程技术领域，具体涉及一种特种车辆动力系统高温环境进气模拟装置。所述装置包括：动力系统、第二压差传感器、第二温度传感器、第一风机、三通、第一比例阀、第二比例阀、第一流量计、混气箱、第二流量计、第三比例阀、变频风机、风量测试段；本发明装置可以精准的调节特种车辆动力系统的进气温度，实现动力系统的高温进气。不仅可以节能，同时还具有较强的安装实用性，缩短试验前期的准备时间，可以针对不同规格的动力系统进行模拟实验，具有良好的工程应用价值。

Description

特种车辆动力系统高温环境进气模拟装置

技术领域

本发明属于车辆工程技术领域，具体涉及一种特种车辆动力系统高温环境进气模拟装置。

背景技术

特种车辆的动力系统在运行过程中会产生大量的热，该部分热量需要及时排出，否则会对车辆的动力系统造成一定的损害。一般均采用水冷或者油冷的方式对车辆的动力系统进行冷却，冷却水或冷却油温度升高后，通过散热系统实现空气与冷却水和冷却油之间的换热，利用空气将多余的热量带走。在特种车辆动力系统的散热试验中，需要对进气温度进行控制进而模拟实际工况中的进气温度。此外，还需要对进气流量及温度进行测量，获得车辆动力总成气侧带走的发热量，计算车辆热平衡能力的大小，从而验证车辆冷却系统的设计是否满足要求。

在车辆动力系统的台架试验中，当进行一些高温地区的模拟实验时。需要对进气温度进行加热进而使其接近实际的环境温度。如果单纯的采用自然进气，进度温度难以达到实验要求，采用自然进气方式的制造成本低，在过去应用较多，但自然进气的环境温度不可控且不稳定，导致试验精度相对较差。采用闭式进气可以对进气温度进行精确调控，但闭式进气系统的制造成本高且安装工艺复杂。特种车量动力系统台架试验需要对高温环境进行模拟时，可以采用加热系统对进气进行加热，但单独的加热系统不仅增加成本还会增加实验操作复杂。因而，如何精确、简洁的控制特种车辆动力系统的进气温度、流量并降低实验的操作难度具有重要意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种特种车辆动力系统的高温环境进气模拟装置。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种特种车辆动力系统的高温环境进气模拟装置，所述装置包括：动力系统3、第二压差传感器4、第二温度传感器5、第一风机6、三通7、第一比例阀8、第二比例阀9、第一流量计10、混气箱11、第二流量计12、第三比例阀13、变频风机15、风量测试段16；

所述动力系统3的气体出口依次连接第二压差传感器4、第二温度传感器5、第一风机6直至三通7；

所述三通7的另两个出口分别连接第一比例阀8、第二比例阀9；

所述第一比例阀8连通外部大气；

所述第二比例阀9经第一流量计10连接混气箱11的一个入口；

所述混气箱11另一个入口依次经第二流量计12连通新风进气管路，所述新风进气管路设有第三比例阀13；

所述混气箱11的出口连接变频风机15；

所述变频风机15依次经过风量测试段16、第一温度传感器1、第一压差传感器2连接至动力系统3的气体入口；

由此，从动力系统3的气体出口至动力系统3的气体入口，形成所述装置的循环管路。

其中，所述装置用于进行动力系统高温进气控制；具体工作过程中，为实现高温环境的进气模拟，将动力系统3中排出的高温气体作为进气再次输送至动力系统3，同时利用新风对高温气体进行稀释降温，实现动力系统3进气温度的精确调控。

其中，所述装置在进行动力系统高温进气控制时，从动力系统3中出来的高温气体依次经过第二压差传感器4、第二温度传感器5与第一风机6之后到达三通7，在三通7内高温气体分为两路，一路从三通7出来后经第一比例阀8后直接排入大气，还有一路从三通7另一个出口出来后，经过第二比例阀9与第一流量计10之后进入混气箱11对新风混合，以实现动力系统3高温进气环境的模拟。

其中，所述混气箱11中对新风和高温气体进行混合，混合后的气体通过变频风机15、风量测试段16、第一温度传感器1与第二压差传感器2后，作为冷却风进入动力系统3。

其中，所述装置的循环管道中高温气体的温度设置为可达85℃左右，通过调节循管路上第二比例阀9与新风进气管路上的第三比例阀13的大小，调节进入混气箱11内高温循环气体与新风的量，利用进入混气箱11中的新风对高温气体进行稀释降温，使其达到实验要求。

其中，当第一温度传感器1监测到设备入口进风温度与目标值有偏差时，调节第二比例阀9与第三比例阀13的大小，进而调节进入混气箱11中的高温气体与新风的量，使进气温度维持在目标值附近。该装置利用排出的高温气体实现动力系统的高温进气，并利用自然新风对高温气体进行稀释降温，使进气温度始终维持在目标值附近，进而实现对进气温度的调控。

其中，所述装置还用于实现调控的快速响应；

在实现调控的快速响应方面，所述装置在动力系统3的气体入出口的循环管路上分别安装第一温度传感器1、第二温度传感器5对动力系统3的进出口冷却风温度进行检测；

动力系统3气体入口处的冷却风温度设定后，当第一温度传感器1检测出冷却风的入口温度低于目标值时，调节第二比例阀9的大小增加管路中高温气体的循环量，进而提升动力系统3气体入口处冷却风的温度；

通过安装在循环管路上的第一流量计10与安装在新风进气管路上的第二流量计12对循环管路中高温循环气体与新风的进气量进行监测；

动力系统3实际的进风量通过风量测试段16进行测量，通过实际进风温度与目标值之间的差值并结合进风量，根据换热公式计算出进入动力系统3的冷却风所差的热量，通过PID控制调节第二比例阀9、第三比例阀13的大小进而调节管道中高温气体与新风的量，使得管道中的进气温度迅速达到目标值。

其中，所述装置还用于实现进风流量稳定性；所述装置中，在第二压差传感器4与第一风机6之间连接有第一信号线a，在第一压差传感器2与变频风机15之间连接有第二信号线b；

在动力系统3的气体入出口风道中设置了第一风机6、变频风机15与第一压差传感器2、第二压差传感器4，通过第一压差传感器2测量动力系统3气体入口处与大气压之间的差值，根据第一压差传感器2中显示的数值，利用PID调节将信号经第二信号线b传递给变频风机15调节转速，进而调节管道中的冷却风的流速与流量，使得动力系统3气体入口处的压力为大气压，利用风机平衡送风段的风道阻力；

混气箱11输出的冷却风通过风量测试段16后进入动力系统3，位于动力系统气体出口的第二压差传感器4监测排风口与大气压之间的差值，根据第二压差传感器4显示的数值将信号经第一信号线a传递给第一风机6调节风机转速，进而调节排风系统中气体的流速与流量，直到动力系统气体出口的第二压差传感器4的示数变为0，使得动力系统气体入出口均为大气压，平衡排风系统中的风道阻力。

其中，所述装置通过两个压差传感器对动力系统气体入出口的压力进行监测，并通过PID控制精确调节风机的转速，进而对循环管道中的风道阻力进行平衡，使得动力系统的进风流量稳定。

其中，所述新风进气管路上还设有空滤14。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明装置可以精准的调节特种车辆动力系统的进气温度，实现动力系统的高温进气。不仅可以节能，同时还具有较强的安装实用性，缩短试验前期的准备时间，可以针对不同规格的动力系统进行模拟实验，具有良好的工程应用价值。

本发明的特种车辆动力系统高温环境进气模拟装置普遍适用于任意尺寸动力设备的高温进气模拟实验，利用气体再循环实现了动力系统高温进气，大幅度降低了试验成本，体现了节能的效果，为特种车辆动力系统热管理测试提供了一套有效地测试方法及装置，提升了试验精度。

附图说明

图1为本发明技术方案结构原理示意图。

其中，1.第一温度传感器；2.第一压差传感器；3.动力系统；4.第二压差传感器；5.第二温度传感器；6.第一风机；7.三通；8.第一比例阀；9.第二比例阀；10.第一流量计；11.混气箱；12.第二流量计；13.第三比例阀；14.空滤；15.变频风机；16.风量测试段；a.第一信号线；b.第二信号线。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决现有技术问题，本发明提供一种特种车辆动力系统的高温环境进气模拟装置，如图1所示，所述装置包括：动力系统3、第二压差传感器4、第二温度传感器5、第一风机6、三通7、第一比例阀8、第二比例阀9、第一流量计10、混气箱11、第二流量计12、第三比例阀13、变频风机15、风量测试段16；

所述动力系统3的气体出口依次连接第二压差传感器4、第二温度传感器5、第一风机6直至三通7；

所述三通7的另两个出口分别连接第一比例阀8、第二比例阀9；

所述第一比例阀8连通外部大气；

所述第二比例阀9经第一流量计10连接混气箱11的一个入口；

所述混气箱11另一个入口依次经第二流量计12连通新风进气管路，所述新风进气管路设有第三比例阀13；

所述混气箱11的出口连接变频风机15；

所述变频风机15依次经过风量测试段16、第一温度传感器1、第一压差传感器2连接至动力系统3的气体入口；

由此，从动力系统3的气体出口至动力系统3的气体入口，形成所述装置的循环管路。

其中，所述装置用于进行动力系统高温进气控制；具体工作过程中，为实现高温环境的进气模拟，将动力系统3中排出的高温气体作为进气再次输送至动力系统3，同时利用新风对高温气体进行稀释降温，实现动力系统3进气温度的精确调控。

其中，所述装置在进行动力系统高温进气控制时，从动力系统3中出来的高温气体依次经过第二压差传感器4、第二温度传感器5与第一风机6之后到达三通7，在三通7内高温气体分为两路，一路从三通7出来后经第一比例阀8后直接排入大气，还有一路从三通7另一个出口出来后，经过第二比例阀9与第一流量计10之后进入混气箱11对新风混合，以实现动力系统3高温进气环境的模拟。

其中，所述混气箱11中对新风和高温气体进行混合，混合后的气体通过变频风机15、风量测试段16、第一温度传感器1与第二压差传感器2后，作为冷却风进入动力系统3。

其中，所述装置的循环管道中高温气体的温度设置为可达85℃左右，通过调节循管路上第二比例阀9与新风进气管路上的第三比例阀13的大小，调节进入混气箱11内高温循环气体与新风的量，利用进入混气箱11中的新风对高温气体进行稀释降温，使其达到实验要求。

其中，当第一温度传感器1监测到设备入口进风温度与目标值有偏差时，调节第二比例阀9与第三比例阀13的大小，进而调节进入混气箱11中的高温气体与新风的量，使进气温度维持在目标值附近。该装置利用排出的高温气体实现动力系统的高温进气，并利用自然新风对高温气体进行稀释降温，使进气温度始终维持在目标值附近，进而实现对进气温度的调控。

其中，所述装置还用于实现调控的快速响应；

在实现调控的快速响应方面，所述装置在动力系统3的气体入出口的循环管路上分别安装第一温度传感器1、第二温度传感器5对动力系统3的进出口冷却风温度进行检测；

动力系统3气体入口处的冷却风温度设定后，当第一温度传感器1检测出冷却风的入口温度低于目标值时，调节第二比例阀9的大小增加管路中高温气体的循环量，进而提升动力系统3气体入口处冷却风的温度；

通过安装在循环管路上的第一流量计10与安装在新风进气管路上的第二流量计12对循环管路中高温循环气体与新风的进气量进行监测；

动力系统3实际的进风量通过风量测试段16进行测量，通过实际进风温度与目标值之间的差值并结合进风量，根据换热公式Q＝CMΔT计算出进入动力系统3的冷却风所差的热量，通过PID控制调节第二比例阀9、第三比例阀13的大小进而调节管道中高温气体与新风的量，使得管道中的进气温度迅速达到目标值。

其中，所述装置还用于实现进风流量稳定性；所述装置中，在第二压差传感器4与第一风机6之间连接有第一信号线a，在第一压差传感器2与变频风机15之间连接有第二信号线b；

在动力系统3的气体入出口风道中设置了第一风机6、变频风机15与第一压差传感器2、第二压差传感器4，通过第一压差传感器2测量动力系统3气体入口处与大气压之间的差值，根据第一压差传感器2中显示的数值，利用PID调节将信号经第二信号线b传递给变频风机15调节转速，进而调节管道中的冷却风的流速与流量，使得动力系统3气体入口处的压力为大气压，利用风机平衡送风段的风道阻力；

混气箱11输出的冷却风通过风量测试段16后进入动力系统3，位于动力系统气体出口的第二压差传感器4监测排风口与大气压之间的差值，根据第二压差传感器4显示的数值将信号经第一信号线a传递给第一风机6调节风机转速，进而调节排风系统中气体的流速与流量，直到动力系统气体出口的第二压差传感器4的示数变为0，使得动力系统气体入出口均为大气压，平衡排风系统中的风道阻力。

其中，所述装置通过两个压差传感器对动力系统气体入出口的压力进行监测，并通过PID控制精确调节风机的转速，进而对循环管道中的风道阻力进行平衡，使得动力系统的进风流量稳定。

其中，所述新风进气管路上还设有空滤14。

实施例1

本实施例所提供的的装置从动力系统高温进气控制、调控的快速响应性及进风流量的稳定性三方面进行设计考虑。

动力系统高温进气控制：

该方案为实现对高温环境的进气模拟，将动力系统中排出的高温气体作为进气再次输送至动力系统，同时利用新风对高温气体进行稀释降温，实现动力系统进气温度的精确调控。在排废风阀前端增加三通7，通过控制比例阀8、9的大小调节高温气体的循环量。大气中的新风通过空滤14与第三比例阀13后进入混气箱11与高温循环气体混合，混合后的气体通过风机15、风量测试段16、温度传感器1与第一压差传感器2后，作为冷却风进入动力系统13。

循环管道中的高温循环气体温度可达85℃左右，利用进入混气箱11中的新风对高温气体进行稀释降温，使其达到实验要求。位于动力系统入口处的温度传感器1对进风温度进行检测，利用PID控制调节比例阀9、13的大小对高温循环气体与新风的量进行控制。当温度传感器1监测到动力系统入口进风温度低于目标值时，调节第二比例阀9与第三比例阀13的大小，调节进入混气箱11中的高温气体与新风的量，使进气温度维持在目标值附近。该装置利用排出的高温气体实现动力系统的高温进气，并利用自然新风对高温气体进行稀释降温，使进气温度始终维持在目标值附近，进而实现对进气温度的调控。

调控的快速响应性方面：

在动力系统进出口的循环管路中安装温度传感器1、5对进出口冷却风温度进行检测。设备入口处的冷却风温度设定后，当入口温度传感器1检测出冷却风的入口温度低于目标值时，调节第二比例阀9的大小进而增加管路中高温气体的循环量，通过安装在废气循环管路上的第一流量计10与安装在新风进气管路上的第二流量计12对管路中高温循环气体与新风的进气量进行监测，动力系统的实际进风量通过风量测试段16进行测量，通过实际进风温度与目标值之间的差值并结合进风量，根据换热公式Q＝CMΔT计算出进入动力系统冷却风所差的热量，通过PID控制调节比例阀913的大小进而调节高温气体与新风的量，使得管道中的进气温度迅速达到目标值。

进风流量稳定性：

在动力系统的进出口风道中增加风机6、15与压差传感器2、4，通过压差传感器2测量动力系统入口处与大气压之间的差值，根据压差传感器2中显示的数值，利用PID调节将信号传递给变频风机15调节变频风机15的转速，进而调节管道中的冷却风量，使得动力系统入口处与大气压之间的差值为0，利用风机平衡送风段的系统阻力。冷却风经过风量测试段16后进入动力系统，位于动力系统排风口的压差传感器4监测排风口与大气压之间的差值，根据压差传感器显示的数值调节第一风机6的转速，进而调节排风系统中气体的流速，直到出口处传感器的示数变为0，使得动力设备进出口均为大气压，平衡排风系统中的风道阻力。通过PID控制精确调节风机的转速，进而对设备循环管道中的风道阻力进行平衡，使得动力设备的进风流量稳定。

实施例2

本实施例结合特种车辆动力系统高温模拟试验特点，利用新风对高温气体进行稀释降温，实现动力系统进气温度的精确调控，从而模拟一些高温环境的实际进气温度。采用三通的方式，结合流量计及温度传感器对高温循环气体的量进行精确控制，进而使得进入动力系统的冷却风温度达到目标值。此外，利用压差传感器监测动力系统进出口处气体与大气之间的压力差，并利用PID控制调节变频风机中的转速，调节风道中气体的流速与流量，使得动力系统进出口均为大气压，进而调节系统的风道阻力。

本实施例的特点在于：

1、本装置针对特种车辆动力系统高温环境进气模拟装置；

2、通过对高温气体的循环使用并利用新风对进气进行稀释降温，不仅可以实现高温进气模拟，还大幅度降低了试验成本并减小了设备安装工艺的复杂程度；

3、在动力系统进出口端安装压差传感器与风机，根据压差传感器的示数调节风机的转速，使得动力系统进出口均为大气压，平衡系统的风道阻力，更加符合实际情况，减小实验误差；

4、本装置可满足不同规格特种车辆动力系统高温环境进气模拟装置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种特种车辆动力系统的高温环境进气模拟装置，其特征在于，所述装置包括：动力系统（3）、第二压差传感器（4）、第二温度传感器（5）、第一风机（6）、三通（7）、第一比例阀（8）、第二比例阀（9）、第一流量计（10）、混气箱（11）、第二流量计（12）、第三比例阀（13）、变频风机（15）、风量测试段（16）；

所述动力系统（3）的气体出口依次连接第二压差传感器（4）、第二温度传感器（5）、第一风机（6）直至三通（7）；

所述三通（7）的另两个出口分别连接第一比例阀（8）、第二比例阀（9）；

所述第一比例阀（8）连通外部大气；

所述第二比例阀（9）经第一流量计（10）连接混气箱（11）的一个入口；

所述混气箱（11）另一个入口依次经第二流量计（12）连通新风进气管路，所述新风进气管路设有第三比例阀（13）；

所述混气箱（11）的出口连接变频风机（15）；

所述变频风机（15）依次经过风量测试段（16）、第一温度传感器（1）、第一压差传感器（2）连接至动力系统（3）的气体入口；

由此，从动力系统（3）的气体出口至动力系统（3）的气体入口，形成所述装置的循环管路；

所述装置用于进行动力系统高温进气控制；具体工作过程中，为实现高温环境的进气模拟，将动力系统（3）中排出的高温气体作为进气再次输送至动力系统（3），同时利用新风对高温气体进行稀释降温，实现动力系统（3）进气温度的调控；

所述装置在进行动力系统高温进气控制时，从动力系统（3）中出来的高温气体依次经过第二压差传感器（4）、第二温度传感器（5）与第一风机（6）之后到达三通（7），在三通（7）内高温气体分为两路，一路从三通（7）出来后经第一比例阀（8）后直接排入大气，还有一路从三通（7）另一个出口出来后，经过第二比例阀（9）与第一流量计（10）之后进入混气箱（11）对新风混合，以实现动力系统（3）高温进气环境的模拟。

2.如权利要求1所述的特种车辆动力系统的高温环境进气模拟装置，其特征在于，所述混气箱（11）中对新风和高温气体进行混合，混合后的气体通过变频风机（15）、风量测试段（16）、第一温度传感器（1）与第一压差传感器（2）后，作为冷却风进入动力系统（3）。

3.如权利要求2所述的特种车辆动力系统的高温环境进气模拟装置，其特征在于，所述装置的循环管道中高温气体的温度设置为85°C，通过调节循管路上第二比例阀（9）与新风进气管路上的第三比例阀（13）的大小，调节进入混气箱（11）内高温循环气体与新风的量，利用进入混气箱（11）中的新风对高温气体进行稀释降温。

4.如权利要求3所述的特种车辆动力系统的高温环境进气模拟装置，其特征在于，当第一温度传感器（1）监测到设备入口进风温度与目标值有偏差时，调节第二比例阀（9）与第三比例阀（13）的大小，进而调节进入混气箱（11）中的高温气体与新风的量，使进气温度维持在目标值附近；该装置利用排出的高温气体实现动力系统的高温进气，并利用自然新风对高温气体进行稀释降温，使进气温度始终维持在目标值附近，进而实现对进气温度的调控。

5.如权利要求2所述的特种车辆动力系统的高温环境进气模拟装置，其特征在于，所述装置还用于实现调控的快速响应；

在实现调控的快速响应方面，所述装置在动力系统（3）的气体入出口的循环管路上分别安装第一温度传感器（1）、第二温度传感器（5）对动力系统（3）的进出口冷却风温度进行检测；

动力系统（3）气体入口处的冷却风温度设定后，当第一温度传感器（1）检测出冷却风的入口温度低于目标值时，调节第二比例阀（9）的大小增加管路中高温气体的循环量，进而提升动力系统（3）气体入口处冷却风的温度；

通过安装在循环管路上的第一流量计（10）与安装在新风进气管路上的第二流量计（12）对循环管路中高温循环气体与新风的进气量进行监测；

动力系统（3）实际的进风量通过风量测试段（16）进行测量，通过实际进风温度与目标值之间的差值并结合进风量，根据换热公式计算出进入动力系统（3）的冷却风所差的热量，通过PID控制调节第二比例阀（9）、第三比例阀（13）的大小进而调节管道中高温气体与新风的量，使得管道中的进气温度达到目标值。

6.如权利要求2所述的特种车辆动力系统的高温环境进气模拟装置，其特征在于，所述装置还用于实现进风流量稳定性；所述装置中，在第二压差传感器（4）与第一风机（6）之间连接有第一信号线（a），在第一压差传感器（2）与变频风机（15）之间连接有第二信号线（b）；

在动力系统（3）的气体入出口风道中设置了第一风机（6）、变频风机（15）与第一压差传感器（2）、第二压差传感器（4），通过第一压差传感器（2）测量动力系统（3）气体入口处与大气压之间的差值，根据第一压差传感器（2）中显示的数值，利用PID调节将信号经第二信号线（b）传递给变频风机（15）调节转速，进而调节管道中的冷却风的流速与流量，使得动力系统（3）气体入口处的压力为大气压，利用风机平衡送风段的风道阻力；

混气箱（11）输出的冷却风通过风量测试段（16）后进入动力系统（3），位于动力系统气体出口的第二压差传感器（4）监测排风口与大气压之间的差值，根据第二压差传感器（4）显示的数值将信号经第一信号线（a）传递给第一风机（6）调节风机转速，进而调节排风系统中气体的流速与流量，直到动力系统气体出口的第二压差传感器（4）的示数变为0，使得动力系统气体入出口均为大气压，平衡排风系统中的风道阻力。

7.如权利要求6所述的特种车辆动力系统的高温环境进气模拟装置，其特征在于，所述装置通过两个压差传感器对动力系统气体入出口的压力进行监测，并通过PID控制精确调节风机的转速，进而对循环管道中的风道阻力进行平衡，使得动力系统的进风流量稳定。

8.如权利要求1所述的特种车辆动力系统的高温环境进气模拟装置，其特征在于，所述新风进气管路上还设有空滤（14）。

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