CN113551865A - 一种可清除管路内残留水的喷雾系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可清除管路内残留水的喷雾系统，属于冰风洞试验装置领域，利用换向阀将通入喷嘴的水改变为压缩空气，通过压缩空气排出管路和喷嘴中的水，解决了管路以及喷嘴中的水结冰造成管路和喷嘴堵塞的问题。本发明包括喷雾部分和测控部分；依靠换向阀交替向喷嘴通入压缩空气和水，利用压缩空气吹出管路和喷嘴中的水，实现清除管路中的残留水，防止管路和喷嘴结冰；而且本发明的测控部分可以自动调节通往喷嘴的压缩空气的温度和压力，并监测储水箱中的水位，减少人力控制成本，操作简单方便。

Description

一种可清除管路内残留水的喷雾系统
技术领域
本发明属于冰风洞试验装置领域，具体涉及一种可清除管路内残留水的喷雾系统。
背景技术
飞机结冰一直是影响飞行安全的最严重危害之一，根据美国国家运输安全委员会的统计数据，在1982年至2000年期间，共发生了近600起飞机结冰事故，导致超过800人丧生，从2003年到2008年，与飞机结冰的事故又新增了近400 起。为了对结冰机理和防/除冰系统设计及有效性验证进行，各个航空类学校和科研院所搭建了各种尺寸的冰风洞，其中包括一些结构简单的“半封闭”式风洞。“半封闭”风洞的风道一般放置于一个封闭的保温环境中，大致分为三个部分：入口段、试验段、扩压段；在试验段和扩压段的之间，安装引射器或是风扇，驱动试验段内空气达到理想风速；流出风道的低温空气会再循环进入风道，所以称为“半封闭”式冰风洞。
为了得到特定尺寸的过冷水滴，冰风洞还会安装一套喷雾系统。喷雾系统由测控部分、气源、储水箱和喷嘴四个部分组成。喷嘴设有气、液两路，压缩空气由气路入口进入喷嘴与液体混合后经喷口高速喷出，产生细小的水滴颗粒。通过调整喷嘴气、液两路的压力比可控制喷雾量和水滴大小，从而模拟出结冰试验所需的不同水滴直径和液态水含量。为防止系统结冰，一般将测控组件、储水箱和气源放置在冰风洞外的常温环境中，仅将喷嘴放置在冰风洞的风道前。在试验间隙，为了保证空气中的液态水含量，喷雾系统往往停止产生水滴，由于喷嘴直接放置于试验环境中，环境温度较低，当喷雾系统停止喷水后，系统中的水会积聚在喷嘴前端管路和喷嘴内，在低温环境下会结冰，造成喷嘴前端管路或喷嘴堵塞，无法再次正常使用，需要将系统恢复常温后将堵塞的冰融化后再进行试验，增加试验的时间，因此，很有必要设计一种喷雾系统，在不产生水滴的时候清除暴露在低温环境中的系统管路中的水，避免在低温环境下结冰造成管路堵塞。
发明内容
本发明提供了一种可清除管路内残留水的喷雾系统，利用换向阀将通入喷嘴的水改变为压缩空气，通过压缩空气排出管路和喷嘴中的水，解决了管路以及喷嘴中的水结冰造成管路和喷嘴堵塞的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种可清除管路内残留水的喷雾系统，包括：喷雾部分和测控部分；所述喷雾部分包括气源1、气路、水路；气源1出口分为两路，一路连接气路，一路连接水路；
所述气路包括气路减压阀21、气路空气加热器41、气路温度传感器51、气路压力传感器31；气路减压阀21进口连接气源1气路出口，气路减压阀21出口连接气路空气加热器41进口，气路空气加热器41出口连接气路温度传感器 51进口，气路温度传感器51出口连接气路压力传感器31进口，气路压力传感器31出口接入喷嘴9的气路入口；
所述水路包括水路减压阀22、储水箱7、水路液体加热器42、换向阀8；水路减压阀22进口连接气源1的水路出口，水路减压阀22出口处安装水路压力传感器32，水路压力传感器32后水路分为两路，一路直接接入换向阀8的气路入口端，另一路接到储水箱7的供气口，储水箱7的出水口接到水路液体加热器 42的入口，水路液体加热器42的出口连接水路温度传感器52的进口，水路温度传感器52的出口接入换向阀8的水路入口端，换向阀8的出口连接到喷嘴9 的水路入口；
所述测控部分包括控制组件10、喷雾控制开关14；控制组件10的信号采集端连接气路空气压力传感器31、水路压力传感器32、气路温度传感器51、水路温度传感器52和喷雾控制开关14；控制组件10的信号输出端连接到气路减压阀21、水路减压阀22、气路空气加热器41、水路液体加热器42、换向阀8。
以上所述结构中，储水箱7中放置水位计6，水位计6连接控制组件10的信号采集端；测控部分还包括水位信号灯11，水位信号灯11连接控制组件10 的信号输出端；
喷嘴9处于低温环境下，放置在冰风洞的风道入口处；连接换向阀出口和喷嘴水路入口的管道12和连接气路压力传感器和喷嘴气路入口的管道13穿过低温环境与外界常温环境的隔板，连接换向阀出口和喷嘴水路入口的管道12和连接气路压力传感器和喷嘴气路入口的管道13外包裹保温材料；除了连接换向阀出口和喷嘴水路入口的管道12、连接气路压力传感器和喷嘴气路入口的管道13和喷嘴9外，其他部件均安装在常温环境下。
有益效果：本发明提供了一种可清除管路内残留水的喷雾系统，通过在喷嘴水路前端设置换向阀，在需要喷嘴产生微小水滴时，换向阀将水路接通，气路关闭，将水送至喷嘴，喷嘴在气路压缩空气作用下，将水喷出，产生微小水滴；在不需要喷嘴产生微小水滴时，换向阀将气路接通，水路关闭，通过压缩空气将喷嘴前端管路中的水通过喷嘴排出，然后持续通入压缩气体，保证整个管路和喷嘴畅通，不会结冰堵塞。本发明系统设置控制组件和传感器，用于控制整个系统，减少了人力控制成本，喷雾系统的操作也更加简单；控制组件根据设定的喷嘴所需气路压力和水路压力，控制气路减压阀和水路减压阀开度，并通过气路空气压力传感器和水路供气压力传感器进行反馈调节，保证喷嘴的气路供气压力和水路供气压力比稳定；控制组件根据设定的水路供水温度和气路供气温度，控制气路空气加热器和水路液体加热器的加热功率，并通过气路温度传感器和水路温度传感器进行反馈调节，保证气路供气温度和水路供水温度的稳定；控制组件根据开关获取是否需要喷水的信息，控制换向阀的工作状况并对换向阀进行控制；控制组件通过水位计获取水位信息，通过水位信号灯提示水位信息。
附图说明
图1是本发明实施例中系统结构连接关系示意图；
图2是本发明实施例中喷雾系统正常产生微小水滴时管路中压缩空气和水的流动示意图；
图3是本发明实施例中喷雾系统排出管路上水时管路中压缩空气和水的流动示意图；
图4是本发明实施例中喷雾系统的测控部分线路连接示意图；
图中：1是气源，21是气路减压阀，22是水路减压阀，31是气路压力传感器，32是水路压力传感器，41是气路空气加热器，42是水路液体加热器，51 是气路温度传感器，52是水路温度传感器，6是水位计，7是储水箱，8是换向阀，9是喷嘴，10是控制组件，11是水位信号灯，12是连接换向阀8出口和喷嘴9水路入口的管道，13是连接31是气路压力传感器和喷嘴9气路入口的管道， 14是喷雾控制开关。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：
如图1所示，一种可清除管路内残留水的喷雾系统，包括：喷雾部分和测控部分；所述喷雾部分包括气源1、气路、水路；气源1出口分为两路，一路连接气路，一路连接水路；
所述气路包括气路减压阀21、气路空气加热器41、气路温度传感器51、气路压力传感器31；气路减压阀21进口连接气源1气路出口，气路减压阀21出口连接气路空气加热器41进口，气路空气加热器41出口连接气路温度传感器51进口，气路温度传感器51出口连接气路压力传感器31进口，气路压力传感器31出口接入喷嘴9的气路入口；
所述水路包括水路减压阀22、储水箱7、水路液体加热器42、换向阀8；水路减压阀22进口连接气源1的水路出口，水路减压阀22出口处安装水路压力传感器32，水路压力传感器32后水路分为两路，一路直接接入换向阀8的气路入口端，另一路接到储水箱7的供气口，储水箱7的出水口接到水路液体加热器 42的入口，水路液体加热器42的出口连接水路温度传感器52的进口，水路温度传感器52的出口接入换向阀8的水路入口端，换向阀8的出口连接到喷嘴9 的水路入口，储水箱7中放置水位计6；
气源1提供的压缩空气，分为两路，第一路为气路，首先通过气路减压阀 21，调整喷嘴气路的供气压力，接着通过气路空气加热器41，加热喷嘴气路的压缩空气；在加热器管路出口放置一个气路温度传感器51，用于监测喷嘴气路的供气温度，接着是气路空气压力传感器31，用于监测喷嘴气路的供气压力；气路压缩空气流过气路空气压力传感器31后，直接通入喷嘴9的气路入口。气源1提供的压缩空气第二路为水路压缩空气，首先通过水路减压阀22，调整喷嘴水路供气压力，接着通过水路供气压力传感器32，接下来水路供气分为两路，一路直接接入换向阀8的气路入口端，另一路接到储水箱7的供气口，储水箱7 的出水口接到水路液体加热器42的入口，水路液体加热器42的出口放置一个水路温度传感器52，用于检测喷嘴水路供水温度，然后接入到换向阀8的水路入口端，再由换向阀8的水路出口端直接通入喷嘴9的水路入口；
如图4所示，所述测控部分包括控制组件10、水位信号灯11、喷雾控制开关14；控制组件10的信号采集端连接水位计6、气路空气压力传感器31、水路压力传感器32、气路温度传感器51、水路温度传感器52和喷雾控制开关14；控制组件10的信号输出端连接到气路减压阀21、水路减压阀22、气路空气加热器41、水路液体加热器42、换向阀8、水位信号灯11。
在上述结构中，除了连接换向阀出口和喷嘴水路入口的管道12、连接气路压力传感器和喷嘴气路入口的管道13和喷嘴9外，其他部件均安装在常温环境下；喷嘴9放置在冰风洞的风道入口处，处于低温环境下；连接换向阀出口和喷嘴水路入口的管道12和连接气路压力传感器和喷嘴气路入口的管道13穿过低温环境与外界常温环境的隔板，将压缩空气和水输送到喷嘴9，产生微小水滴。为防止管路12中的低温环境下结冰以及管路13中压缩空气在低温环境下温度太低使喷嘴9结冰，在管路12和管路13的管道外包裹保温材料。喷嘴9直接暴露在低温环境下，为防止喷嘴中结冰，在气路中安装气路空气加热器41加热压缩空气，在水路中安装水路液体加热器42加热水，均由控制组件10调节加热功率，使输送到喷嘴9的压缩空气和水处于控制组件10中设定的合适温度。
如图4所示，在喷雾系统产生微小水滴前，根据试验所需微小水滴的粒径大小，在控制组件10中设置喷嘴水路压力、喷嘴气路压力、水路温度和气路温度；控制组件10根据喷嘴气路压力设置气路减压阀21的开度，调整气路供气压力，气路压力传感器31采集气路供气压力，与预设喷嘴气路压力对比，自动微调气路减压阀21的开度，保证气路供气压力稳定；控制组件10根据喷嘴水路压力设置水路减压阀22的开度，调整水路供气压力，水路供气压力传感器32采集水路供气压力，与预设喷嘴水路压力对比，自动微调水路减压阀22的开度，保证水路供气压力稳定；控制组件10根据预设的水路温度，设置气路空气加热器41 的加热功率，气路温度传感器51采集输入到喷嘴9的压缩空气的温度，与预设的气路温度对比，自动微调气路空气加热器41的加热功率，保证气路供气温度稳定；控制组件10根据预设的水路温度，设置水路液体加热器42的加热功率，水路温度传感器52采集输入到喷嘴9的水的温度，与预设的水路温度对比，自动微调水路液体加热器42的加热功率，保证水路供水温度稳定。控制组件10 中已经设定低水位高度值，水位计6采集储水箱中水位高度信息，与预设水位高度对比，若是水位高度大于或等于预设水位高度，控制组件10输出信号至水位信号灯11，使水位信号灯11亮绿灯；若是水位高度小于预设水位高度，控制组件10输出信号至水位信号灯11，使水位信号灯11亮红灯。
在需要喷雾系统产生微小水滴时，将喷雾控制开关14打到“喷雾档”，控制组件10根据开关信号，发出指令，将换向阀8的水路通道接通，气路通道关闭，此时，系统的管路内的压缩空气和水的流动情况如图2所示：在气路，气源1 提供的压缩空气经过气路减压阀21降至喷嘴9所需的供气压力，再经过气路空气加热器41加热至所需的温度后，通入喷嘴9；在水路，气源1提供压缩空气，经过水路减压阀22降低供气压力至喷嘴9所需的水路压力后，通过三通接头，三通接头的一个出口接到换向阀8的气路入口，此时，这个入口未接通，三通接头的另一个出口接到储水箱的供气口为储水箱加压，储水箱的出口将水排出，通过水路液体加热器42将水加热至所需温度后，接入换向阀的水路入口，此时换向阀水路接通，经过加压加热的水经过换向阀后接入到喷嘴9的水路入口。加压的水在喷嘴内部被加压的压缩空气喷出，形成所需粒径的微小水滴。
在需要喷雾系统停止产生微小水滴，清除暴露在低温环境中的管路和喷嘴中的水时，将喷雾控制开关14打到“喷气档”，控制组件10根据开关信号，发出指令，将换向阀的水路通道关闭，气路通道接通，系统的管路内的压缩空气和水的流动情况如图3所示：在气路，气源1提供的压缩空气经过气路减压阀21降至喷嘴9所需的供气压力，再经过气路空气加热器41加热至所需的温度后，通入喷嘴9；在水路，气源1提供压缩空气，经过水路减压阀22降低供气压力至喷嘴9所需的水路压力后，通过三通接头，三通接头的一个出口接到储水箱7的供气口，但是此时换向阀的水路通道关闭，这条管路未被接通，三通接头的另一个出口连接到换向阀8气路进口，换向阀8的出口此时流出的是压缩空气。在压缩空气的作用下，连接换向阀8和喷嘴9水路入口的管路12和喷嘴9中的水通过喷嘴9排出。管路12和喷嘴9中的水被全部排出后，喷嘴就仅仅喷出压缩空气，直到喷雾控制开关再次打到“喷雾档”，换向阀的气路关闭，水路再次接通，喷嘴喷出所需尺寸粒径的微小水滴。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种可清除管路中残留水的喷雾系统，其特征在于，包括：喷雾部分和测控部分；所述喷雾部分包括气源(1)、气路、水路；气源(1)出口分为两路，一路连接气路，一路连接水路；
所述气路包括气路减压阀(21)、气路空气加热器(41)、气路温度传感器(51)、气路压力传感器(31)；气路减压阀(21)进口连接气源(1)气路出口，气路减压阀(21)出口连接气路空气加热器(41)进口，气路空气加热器(41)出口连接气路温度传感器(51)进口，气路温度传感器(51)出口连接气路压力传感器(31)进口，气路压力传感器(31)出口接入喷嘴(9)的气路入口；
所述水路包括水路减压阀(22)、储水箱(7)、水路液体加热器(42)、换向阀(8)；水路减压阀(22)进口连接气源(1)的水路出口，水路减压阀(22)出口处安装水路压力传感器(32)，水路压力传感器(32)后水路分为两路，一路直接接入换向阀(8)的气路入口端，另一路接到储水箱(7)的供气口，储水箱(7)的出水口接到水路液体加热器(42)的入口，水路液体加热器(42)的出口连接水路温度传感器(52)的进口，水路温度传感器(52)的出口接入换向阀(8)的水路入口端，换向阀(8)的出口连接到喷嘴(9)的水路入口；
所述测控部分包括控制组件(10)、喷雾控制开关(14)；控制组件(10)的信号采集端连接气路空气压力传感器(31)、水路压力传感器(32)、气路温度传感器(51)、水路温度传感器(52)和喷雾控制开关(14)；控制组件(10)的信号输出端连接到气路减压阀(21)、水路减压阀(22)、气路空气加热器(41)、水路液体加热器(42)、换向阀(8)。
2.根据权利要求1所述的可清除管路中残留水的喷雾系统，其特征在于，储水箱(7)中放置水位计(6)，水位计(6)连接控制组件(10)的信号采集端。
3.根据权利要求1所述的可清除管路中残留水的喷雾系统，其特征在于，所述测控部分包括水位信号灯(11)，水位信号灯(11)连接控制组件(10)的信号输出端。
4.根据权利要求1所述的可清除管路中残留水的喷雾系统，其特征在于，喷嘴(9)、连接换向阀出口和喷嘴水路入口的管道(12)和连接气路压力传感器和喷嘴气路入口的管道(13)处于低温环境下，其他部件安装在常温环境下。
5.根据权利要求4所述的可清除管路中残留水的喷雾系统，其特征在于，喷嘴(9)放置在冰风洞的风道入口处。
6.根据权利要求4所述的可清除管路中残留水的喷雾系统，其特征在于，连接换向阀出口和喷嘴水路入口的管道(12)和连接气路压力传感器和喷嘴气路入口的管道(13)穿过低温环境与外界常温环境的隔板。
7.根据权利要求4或6所述的可清除管路中残留水的喷雾系统，其特征在于，连接换向阀出口和喷嘴水路入口的管道(12)和连接气路压力传感器和喷嘴气路入口的管道(13)外包裹保温材料。
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