CN114441346A - 一种基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置，包括柴油机、火花塞、喷油器和电动机，柴油机一侧安装火花塞和喷油器，且火花塞位于喷油器下方，柴油机上喷油器的对侧用于安装测试试件，测试试件上用于安装测试系统，测试系统用于测量试件的温度、应力、应变，柴油机顶部安装进气阀和排气阀，进气阀和排气阀信号均连接至测试系统，柴油机的曲轴连接电动机。本发明所述的基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置，结合发动机的特点，通过喷油和点火系统的灵活控制，可实现射流火焰热机载荷冲击、预混火焰热机载荷冲击和预混火焰热冲击等多种模式的测量，弥补了传统热冲击/机械冲击试验单一性的不足。
Description
技术领域
本发明属于热机载荷冲击试验技术领域，尤其是涉及一种基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置。
背景技术
随着内燃机强化程度的不断提高，高强化柴油机的平均有效压力接近3MPa，活塞的平均速度也达到15m/s以上。高热、机械载荷作用下导致燃烧室受热部件的工作条件愈加严酷，缸盖烧蚀、活塞拉缸、活塞销座开裂、环槽早期磨损、活塞顶面环岸开裂以及燃烧室喉口边缘热裂等失效愈发显著。不仅需要考虑孤立的机械载荷或热载荷、热变形，还需要综合考虑热、机载荷的耦合作用机制。现有的火焰冲击测试装置只能在开放环境下对试件完成多次重复性的火焰冲击，一方面只考虑到火焰温度的影响，由于传热损失大，与发动机实际工作环境相比试件的表面温度偏低；另一方面，试验中无法调节压力，无法模拟热冲击和机械冲击共同作用下试件的热机载荷，对试件动态热机载荷测试不全面。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置，以实现多种火焰冲击模式下待测件热机载荷耦合作用下的强度校核和疲劳失效评估。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置，包括柴油机、火花塞、喷油器和电动机，柴油机一侧安装火花塞和喷油器，且火花塞位于喷油器下方，柴油机上喷油器的对侧用于安装测试试件，测试试件上用于安装测试系统，测试系统用于测量试件的温度、应力、应变，柴油机顶部安装进气阀和排气阀，进气阀和排气阀信号均连接至测试系统，柴油机的曲轴连接电动机。
进一步的，所述喷油器采用单孔喷嘴，形成单束射流火焰。
进一步的，所述测试试件中心位于喷油器和火花塞水平中心之间。
进一步的，所述柴油机的一侧设有试件固定件，用于固定测试试件。
相对于现有技术，本发明所述的基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置具有以下优势：
(1)本发明所述的基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置，在传统的柴油机上进行改造，通过电动机驱动构成快速压缩机的形式，实现火焰动态热机载荷冲击试验测量，相较于气动式快速压缩机，成本低廉。
(2)本发明所述的基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置，结合发动机的特点，通过喷油和点火系统的灵活控制，可实现射流火焰热机载荷冲击、预混火焰热机载荷冲击和预混火焰热冲击等多种模式的测量，弥补了传统热冲击/机械冲击试验单一性的不足。
(3)本发明所述的基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置，
采用的进排气系统通过电磁阀控制，通过连接气源可以形成不同初始压力和温度下的气体环境，以实现不同压力、温度下热机载荷冲击下试验测量。
(4)本发明所述的基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置，在快速压缩机上采用侧向喷油，结合压燃和点火方式，分别形成射流火焰及预混火焰，以实现适应于多种燃料多种火焰形态冲击所产生的动态热机载荷的测量。
附图说明
构成本发明的一部分的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为本发明实施例所述的基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置的示意图；
图2为本发明实施例所述的基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置的俯视图。
附图标记说明：
1-柴油机；2-火花塞；3-喷油器；4-排气阀；5-进气阀；6-测试试件；7-测试系统；8-电动机；9-试件固定件。
具体实施方式
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置，为了实现快速测量不同压力和温度下火焰对时间的热机耦合作用机制，如图1至图2所示，包括柴油机1、火花塞2、喷油器3、排气阀4、进气阀5、电动机7，柴油机1一侧安装火花塞2和喷油器3，且火花塞2位于喷油器3下方，柴油机1上喷油器3的对侧用于安装测试试件6，测试试件6上用于安装测试系统7，测试系统7用于测量试件6的温度、应力、应变等；柴油机1顶部安装进气阀5和排气阀4，进气阀5和排气阀4信号均连接至测试系统7，柴油机1的曲轴连接电动机8，以实现快速压缩机的功能。本发明在传统的柴油机上进行改造，通过电动机驱动构成快速压缩机的形式，实现火焰动态热机载荷冲击试验测量，相较于气动式快速压缩机，成本低廉。
柴油机1的一侧设有试件固定件9，用于固定测试试件6；优选的，试件固定件9为螺栓。
进气阀5和排气阀4均通过电磁阀控制，可以通过连接气源可以形成不同初始压力和温度下的气体环境。
所述喷油器3采用单孔喷嘴，形成单束射流火焰。
所述的基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置具有自锁死功能。
如图2所示，所述测试试件6可以根据研究需求加工成相同厚度的弧形片状结构，其中心通过喷油器3轴线，保证各方向冲击载荷均匀。
一种基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置具有三种动态热机载荷冲击的测量模式，分别为射流火焰热机载荷冲击模式、预混火焰热机载荷冲击模式和预混火焰热冲击模式，具体的工作方法如下：
首先，在每种模式工作之前，需要先将排气阀4打开，将废气排出，如果排气速度不足，可同时打开进气阀5，实现快速强制扫气。废气排出后，将进气阀打开，将新鲜气源充入快速压缩机。
射流火焰热机载荷冲击模式—如图2所示，进气阀关闭后起动电动机8，在接近最小容积位置时喷入燃油，通过压燃方式形成射流火焰，测试系统7测量测试试件6在其热冲击和机械冲击联合作用下的温度、应力、应变。
预混火焰热机载荷冲击模式—如图1所示，进气阀关闭后起动电动机8，在最大容积附近位置，喷入燃油，形成预混混合气，在最小容积附近点火，以火焰面形成传播，测试系统7测量测试试件6在其热冲击和机械冲击联合作用下的温度、应力、应变。
预混火焰热冲击模式—进气阀关闭后起动电机8，在最大容积附近位置，喷入燃油，形成预混混合气。在合适容积位置，切断电动机8电源，开启自锁死功能，保证工作容积不变，点火，形成近层流火焰传播的燃烧形态，测量试件在其单独热冲击作用下的温度、应力、应变。
本发明结合发动机的特点，通过喷油和点火系统的灵活控制，可实现射流火焰热机载荷冲击、预混火焰热机载荷冲击和预混火焰热冲击等多种模式的测量，弥补了传统热冲击/机械冲击试验单一性的不足。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (4)
1.一种基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置，其特征在于：包括柴油机、火花塞、喷油器和电动机，柴油机一侧安装火花塞和喷油器，且火花塞位于喷油器下方，柴油机上喷油器的对侧用于安装测试试件，测试试件上用于安装测试系统，测试系统用于测量试件的温度、应力、应变，柴油机顶部安装进气阀和排气阀，进气阀和排气阀信号均连接至测试系统，柴油机的曲轴连接电动机。
2.根据权利要求1所述的一种基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置，其特征在于：所述喷油器采用单孔喷嘴，形成单束射流火焰。
3.根据权利要求1所述的一种基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置，其特征在于：测试试件中心位于喷油器和火花塞水平中心之间。
4.根据权利要求1所述的一种基于快速压缩机的动态热机载荷冲击试验装置，其特征在于：柴油机的一侧设有试件固定件，用于固定测试试件。
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