CN115290336B - 一种冷热冲击试验流量压力控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷热冲击试验流量压力控制系统及方法，包括发动机，发动机内部设置有第一水泵，第一水泵的出水口端依次设置有第一三通阀、外置水泵和第二三通阀，第一三通阀和第二三通阀均设置有A‑B‑C三端，第一三通阀的C端与第一水泵的出水口端相连接，第一三通阀的B端经过外置水泵后与第二三通阀的B端相连接，第一三通阀的A端通过管道与第二三通阀的A端相连接，第二三通阀的C端经热交换器后通过管道与第一水泵的进水口相连接。本发明能够控制外置水泵防冻液流量与发动机原始设计的防冻液流量相一致，在低转速工况外置水泵流量覆盖发动机流量范围内时，避免了如发动机水泵出现故障时不易及时发现的问题出现。

Description

一种冷热冲击试验流量压力控制系统及方法

技术领域

本发明涉及发动机耐久测试技术领域，具体为一种冷热冲击试验流量压力控制系统及方法。

背景技术

冷热冲击试验是发动机台架可靠性试验中的重要项目，其主要目的是评价发动机缸体、缸盖、气缸垫承受冷热冲击的密封性和耐久性及各运行件的可靠性，是对发动机整机性能的总体评价。发动机的冷热冲击试验是指对发动机冷却液进行冷热水交替变换，在设定工况下的规定时间内，发动机进出水温度达到要求值，整个系统的水流量尽可能保持与发动机水泵在对应转速下的水流量一致，保证冷却液压力流量分布均匀性。

由于冷热冲击试验系统管路复杂，管路长，调节阀数量多，导致整个系统不可避免中会产生一定的压损，发动机在中低转速运转时，由于发动机通过皮带轮带动水泵旋转，水泵为了保证整个发动机的冷却进行了匹配设计，此时发动机水泵的扬程不足以克服整个系统的阻力，如果不增设外置水泵进行补偿会导致整个系统的流量偏低，与发动机设计的流量不一致，防冻液冷却能力下降，对试验测试结果是否准确产生影响。因此，当前冷热冲击试验都需要通过增设外置水泵来实现，但是，在发动机运转过程中，外置水泵与发动机自身的泵串联会产生流量压力影响，在发动机低转速运行时外置水泵扬程大导致整个系统流量偏大，并且在低转速工况下，外置水泵流量范围能够覆盖发动机流量范围，如发动机水泵出现故障时不易及时发现；而发动机在高速运转时，外置水泵能力不如发动机内置水泵，将对系统有阻碍作用，导致整体流量偏小，并且发动机高转速状态下，串联外置水泵可能导致系统压力过大超限，影响水泵和发动机部件正常工作。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种冷热冲击试验流量压力控制系统及方法。

实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种冷热冲击试验流量压力控制系统，包括发动机、外置水泵和热交换器，所述发动机内部设置有第一水泵，所述第一水泵的出水口端依次设置有第一三通阀、所述外置水泵和第二三通阀，所述第一三通阀和第二三通阀均设置有A-B-C三端，其中C端是汇总端，所述第一三通阀的C端与第一水泵的出水口端相连接，所述第一三通阀的B端通过管道与外置水泵的进水端相连接，所述外置水泵的出水端通过管道与第二三通阀的B端相连接，第一三通阀的A端通过管道与第二三通阀的A端相连接，所述第二三通阀的C端通过管道与热交换器的入口相连接，所述热交换器的出口通过管道与第一水泵的进水口相连接，所述外置水泵为带变频器水泵。

还包括主控制器，所述热交换器出口与第一水泵入口之间的管道上设置有调压阀，所述发动机电连接主控制器的输入端，所述主控制器的输出端电连接调压阀和外置水泵的变频器，发动机将转速信号反馈给主控制器，使得主控制器输出相应的频率信号给外置水泵的变频器。

由上述技术方案可见，通过管道、第一三通阀、第二三通阀和外置水泵的相互配合，试验工况中发动机转速在中低转速运行时，切换到第一三通阀B端和第二三通阀的B端相连通，此时外置水泵和第一水泵一起工作，主控制器将发动机转速转换成相应的频率信号，并反馈给外置水泵的变频器，外置水泵的变频器再调节外置水泵的转速，使得外置水泵防冻液流量与发动机原始设计的防冻液流量相一致，由于外置水泵和发动机相串联，使得发动机防冻液流量与发动机原始设计的防冻液流量相一致，发动机转速发生改变，外置水泵也就适应性发生变化，避免发动机出现故障时不易及时发现；而当试验工况中发动机转速在高转速运行时，切换到第一三通阀A端和第二三通阀A端相连通，此时第一水泵单独工作，同时主控制器根据发动机转速，调节调压阀开度大小，使得调节阀与发动机转速相匹配，精密调节管路压力使整个系统的流量与发动机水泵原始设计流量一致，避免外置水泵能力不如发动机内置的第一水泵，对系统产生阻碍作用，导致整体流量偏小，同时避免发动机高转速状态下，如果串联外置水泵可能导致系统压力过大超限，影响发动机内置水泵和发动机部件正常工作。

进一步的方案是，所述主控制器的输出端还电连接有第一三通阀和第二三通阀。如此，系统能够根据发动机转速运转工况自动切换第一三通阀和第二三通阀，有利于操作更加方便快捷。

进一步的方案是，所述热交换器的出口与第一水泵入口之间的管道上还设置有流量计，所述第一水泵进水口处和/或出水口处的管道上设置有压力计和温度计，所述流量计、压力计和温度计电连接主控制器的输入端，所述主控制器的输出端电连接报警器。可以理解的是，通过调压阀、温度计、压力计和主控制器的相互配合，能够实时监测管道的压力、温度和流量，当偏离设定值时，控制报警器报警，提醒工作人员及时发现问题。

进一步的方案是，所述第一三通阀和第二三通阀均为气动阀，气动阀具有响应快和耐低温性能好的优点。

进一步的方案是，所述调压阀为电动阀。

一种利用上述系统的冷热冲击试验流量压力控制方法，具体包括：

当主控制器接收发动机转速信号后并根据转速状态进行管道切换，中低转速状态下切换到第一三通阀的B端和第二三通阀的B端相连通，并通过主控制器将发动机转速信号转换成频率信号，并反馈给外置水泵的变频器，外置水泵的变频器再调节外置水泵的转速，使得整个系统的防冻液流量与发动机的第一水泵在发动机转速下原始设计的防冻液流量相一致；

当主控制器接收试验工况中发动机转速信号后根据转速状态判断管道切换，高转速状态下切换到第一三通阀A端和第二三通阀A端相连通，根据发动机转速信号调节调压阀开度，使整个系统的流量与发动机的第一水泵在发动机转速下原始设计的防冻液流量相一致。

由上述技术方案可见，当发动机试验工况在中低转速运行时，防冻液流量偏低，通过外置水泵补偿系统压损，调节系统流量，使得系统流量和发动机在对应转速下的原始设计防冻液流量能够保持相一致，避免系统流量偏大以及发动机水泵出现故障时不易及时发现的情况发生；当试验工况在高转速运行时，防冻液流量偏高，此时第一水泵单独工作，调整调节阀开度大小与发动机转速相匹配，使整个系统的流量与发动机水泵原始设计流量一致，避免外置水泵能力不如发动机内置水泵，对系统产生阻碍作用，导致整体流量偏小，同时避免发动机高转速状态下，如果串联外置水泵可能导致系统压力过大超限，影响水泵和发动机部件正常工作。

进一步的方案是，所述热交换器的出口与第一水泵入口之间的管道上还设置有流量计，所述第一水泵进水口处和/或出水口处的管道上设置有压力计和温度计，压力计和温度计实时监测管道的压力和温度，流量计实时监测管道的流量，并反馈给主控制器，主控制的输出端电连接报警器。

进一步的方案是，所述流量与转速之间的关系为：

y=kx+b；

其中，y为管道防冻液流量，x为发动机的转速，k和b均为常数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过设计一套带变频的调压流量控制系统以及管路快速切换系统，但发动机处于中低转速运转工况下，通过外置水泵补偿系统压损，调节系统流量，使整个系统流量与原始设计流量相一致，发动机处于高转速运转工况下，控制发动机内置的第一水泵单独工作，通过调节调压阀精密调节管路压力使整个系统的流量与发动机水泵原始设计流量一致。且在发动机停机状态通过控制外置水泵给系统进行强制冷却，满足试验需求，同时解决发动机高转速状态，串联外置水泵可能导致系统压力过大超限，影响水泵和发动机冷却部件；在低转速工况外置水泵流量覆盖发动机流量范围内时，避免了如发动机水泵出现故障时不易及时发现的问题出现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的系统原理图；

图2是本发明的方法流程图；

附图标记：发动机1、第一水泵2、第一三通阀3、外置水泵4、第二三通阀5、热交换器6、调压阀7、主控制器8、流量计9、第一温度计10、第一压力计11、第二温度计12、第二压力计13。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

根据本发明的第一方面，参阅图1，提供一种冷热冲击试验流量压力控制系统，包括发动机1、外置水泵4、热交换器6和主控制器8，主控制器8采用西门子的PLC，所述发动机1内部设置有第一水泵2，所述第一水泵2的出水口端依次设置有第一三通阀3、外置水泵4和第二三通阀5，第一三通阀3和第二三通阀5均为气动阀，所述第一三通阀3和第二三通阀5均设置有A-B-C三端，其中C端是汇总端，所述第一三通阀3的C端与第一水泵2的出水口端相连接，所述第一三通阀3的B端通过管道与外置水泵4的进水端相连接，所述外置水泵4的出水端通过管道与第二三通阀5的B端相连接，第一三通阀3的A端通过直管与第二三通阀5的A端直接相连接，所述第二三通阀5的C端通过管道与热交换器6的入口相连接，所述热交换器6的出口通过管道与第一水泵2的进水口相连接。所述外置水泵4为带变频器水泵。

所述热交换器6出口与第一水泵2入口之间的管道上设置有调压阀7，调压阀7为电动阀，所述发动机1电连接主控制器8的输入端，所述主控制器8的输出端电连接调压阀7和外置水泵4的变频器，发动机1将转速信号反馈给主控制器8，使得主控制器8输出相应的频率给外置水泵4的变频器，外置水泵4按照变频器得到的频率运转，达到保持外置水泵4的流量、发动机1整个系统的流量和发动机水泵设计的水流量相一致的目的。所述主控制器8的输出端还电连接有第一三通阀3和第二三通阀5。

所述热交换器6的出口与第一水泵2入口之间的管道上还设置有流量计9，所述第一水泵2进水口处的管道上设置有第一压力计11和第一温度计10，所述第一水泵2出水口处的管道上设置有第二压力计13和第二温度计12，所述第一压力计11、第一温度计10、第二温度计12、第二压力计13和流量计9电连接主控制器8的输入端，所述主控制器8的输出端电连接报警器，报警器图中未示出。

根据本发明的第二方面，请参阅图2，提供一种冷热冲击试验流量压力控制方法，具体包括：

主控制器8根据发动机1的运转转速进行判断来切换管路，当发动机1运转速度低于3000rpm，防冻液流量低于120L/min，切换到第一三通阀3的B端和第二三通阀5的B端相连通，发动机1通过皮带轮带动第一水泵2旋转，同时发动机1的转速信号再反馈给主控制器8，主控制器8输出相应的频率信号，并反馈给外置水泵4的变频器，外置水泵4的变频器再调节外置水泵4的转速，使得外置水泵4防冻液流量与发动机1联合的整个系统的防冻液流量和发动机水泵的原始设计的流量相一致，其中所述第一三通阀3和第二三通阀5均为气动阀。

当主控制器8监测到发动机1运转转速高于3000rpm，防冻液流量高于120L/min，切换到第一三通阀3的A端和第二三通阀5的A端相连通，通过调节调压阀7的开度大小，精密调节管路压力使整个系统的流量与发动机水泵原始设计流量一致，其中调压阀7为电动阀。

所述热交换器6的出口与第一水泵2入口之间的管道上还设置有流量计9，所述第一水泵2的进水口处设置有第一温度计10和第一压力计11，第一水泵2的出水口处的管道上设置有第二压力计13和第二温度计12，第一温度计10、第一压力计11、第二压力计13和第二温度计12实时监测管道的压力和温度，流量计9实时监测管道的流量，并反馈给主控制器8，主控制器8再根据监测到数据与设定值相比较，控制报警器发出报警信号。

所述流量与转速之间的关系为：

y=kx+b；

其中，y为管道防冻液流量，x为发动机的转速，k和b均为常数，在本实施例中，发动机1是PUMA机型发动机，该型号的发动机k为0.329，b为0.05。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，因此不能理解为对发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性可以包含在本实施例申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或是备选的实施例。本领域技术人员可以显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种冷热冲击试验流量压力控制系统，包括发动机（1）、外置水泵（4）和热交换器（6），其特征在于，所述发动机（1）内部设置有第一水泵（2），所述第一水泵（2）的出水口端依次设置有第一三通阀（3）、所述外置水泵（4）和第二三通阀（5），所述第一三通阀（3）和第二三通阀（5）均设置有A-B-C三端，其中C端是汇总端，所述第一三通阀（3）的C端与第一水泵（2）的出水口端相连接，所述第一三通阀（3）的B端通过管道与外置水泵（4）的进水端相连接，所述外置水泵（4）的出水端通过管道与第二三通阀（5）的B端相连接，第一三通阀（3）的A端通过管道与第二三通阀（5）的A端相连接，所述第二三通阀（5）的C端通过管道与热交换器（6）的入口相连接，所述热交换器（6）的出口通过管道与第一水泵（2）的进水口相连接，所述外置水泵（4）为带变频器水泵；

还包括主控制器（8），所述热交换器（6）出口与第一水泵（2）入口之间的管道上设置有调压阀（7），所述发动机（1）电连接主控制器（8）的输入端，所述主控制器（8）的输出端电连接调压阀（7）和外置水泵（4）的变频器，发动机（1）将转速信号反馈给主控制器（8），使得主控制器（8）输出相应的频率信号给外置水泵（4）的变频器；

当主控制器（8）接收到发动机转速信号后并根据转速状态进行管道切换，中低转速状态下切换到第一三通阀（3）的B端和第二三通阀（5）的B端相连通，并通过主控制器（8）将发动机（1）转速信号转换成频率信号，并反馈给外置水泵（4）的变频器，外置水泵（4）的变频器再调节外置水泵（4）的转速，使得整个系统的防冻液流量与发动机的第一水泵（2）在发动机转速下原始设计的防冻液流量相一致；

当主控制器（8）接收到试验工况中发动机转速信号后根据转速状态判断管道切换，高转速状态下切换到第一三通阀（3）A端和第二三通阀（5）A端相连通，根据发动机（1）转速信号调节调压阀（7）开度，使整个系统的流量与发动机第一水泵（2）在发动机转速下原始设计的防冻液流量相一致。

2.根据权利要求1所述的一种冷热冲击试验流量压力控制系统，其特征在于：所述主控制器（8）的输出端还电连接有第一三通阀（3）和第二三通阀（5）。

3.根据权利要求1所述的一种冷热冲击试验流量压力控制系统，其特征在于：所述热交换器（6）的出口与第一水泵（2）入口之间的管道上还设置有流量计（9），所述第一水泵（2）进水口处和/或出水口处的管道上设置有压力计和温度计，所述压力计、温度计和流量计（9）电连接主控制器（8）的输入端。

4.根据权利要求1所述的一种冷热冲击试验流量压力控制系统，其特征在于：所述第一三通阀（3）和第二三通阀（5）均为气动阀。

5.根据权利要求3所述的一种冷热冲击试验流量压力控制系统，其特征在于：所述调压阀（7）为电动阀。

6.一种利用权利要求1所述系统的冷热冲击试验流量压力控制方法，其特征在于，具体包括：

当主控制器（8）接收到发动机转速信号后并根据转速状态进行管道切换，中低转速状态下切换到第一三通阀（3）的B端和第二三通阀（5）的B端相连通，并通过主控制器（8）将发动机（1）转速信号转换成频率信号，并反馈给外置水泵（4）的变频器，外置水泵（4）的变频器再调节外置水泵（4）的转速，使得整个系统的防冻液流量与发动机的第一水泵（2）在发动机转速下原始设计的防冻液流量相一致；

当主控制器（8）接收到试验工况中发动机转速信号后根据转速状态判断管道切换，高转速状态下切换到第一三通阀（3）A端和第二三通阀（5）A端相连通，根据发动机（1）转速信号调节调压阀（7）开度，使整个系统的流量与发动机第一水泵（2）在发动机转速下原始设计的防冻液流量相一致。

7.根据权利要求6所述的冷热冲击试验流量压力控制方法，其特征在于，所述热交换器（6）的出口与第一水泵（2）入口之间的管道上还设置有流量计（9），所述第一水泵（2）进水口处和/或出水口处的管道上设置有压力计和温度计，压力计和温度计实时监测管道的压力和温度，流量计（9）实时监测管道的流量，并反馈给主控制器（8），主控制器（8）再与设定值相比较，当与设定值不匹配时，控制报警器发出报警信号。

8.根据权利要求6所述的冷热冲击试验流量压力控制方法，其特征在于，所述流量与转速之间的关系为：

y=kx+b；

其中，y为管道防冻液流量，x为发动机的转速，k和b均为常数。

9.根据权利要求6所述的冷热冲击试验流量压力控制方法，其特征在于：所述第一三通阀（3）和第二三通阀（5）均为气动阀。

10.根据权利要求7所述的冷热冲击试验流量压力控制方法，其特征在于：所述调压阀（7）为电动阀。

Images