CN116213364B - 大型低温风洞自动化湿气清洗方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风洞试验领域，公开了一种大型低温风洞自动化湿气清洗方法及系统，该方法包括，抽真空清洗准备；抽真空清洗；连续清洗准备；连续清洗；将风洞状态调整至待命状态，湿气清洗完毕；以及全程露点的采集。本发明简单高效，实现了非干预的自动化湿气清洗功能，能够实现全自动地完成大型低温风洞复杂的湿气清洗过程，试验人员不需要一步一动实时操作和监控，通过简单的“一键启动”便可安全高效地实现大型低温风洞的湿气清洗，极大地降低了试验人员的负担，避免了人为误操作带来的问题，显著提高了风洞运行效率。

Description

大型低温风洞自动化湿气清洗方法及系统

技术领域

本发明涉及风洞试验领域，具体讲是一种大型低温风洞自动化湿气清洗方法及系统。

背景技术

大型低温风洞是一座由压缩机驱动的连续式闭口回流跨声速风洞，通过向洞内喷入液氮，再利用汽化吸热平衡压缩机产生的热量实现低温运行，进而提高试验雷诺数。大型低温风洞与常规风洞不同，通常在低温工况下运行，如果洞体内的气流水汽含量过高，当洞内温度降低时便会出现冷凝结冰现象，这一方面会对许多设备造成严重破坏，另一方面也会影响风洞试验结果。因此，湿气清洗是大型低温风洞开展风洞试验前至关重要的一个步骤。在向洞内喷入液氮降温之前，必须先对大型低温风洞中气流的流通通道进行全面彻底的湿气清洗，以保证低温风洞各设备在低温下安全运行，并取得可靠的试验数据。大型低温风洞需要进行湿气清洗的部位既包括收缩段、稳定段、试验段、扩散段等常规洞体回路，也包括驻室夹层、保温气管路、压缩机腔体、消声器等特殊部位。通常可以通过露点来判断洞内气体的干燥程度，当露点值足够小时，便认为洞内的湿气已经清洗到位，继而可以开展后续降温、增压、吹风等工作流程。

大型低温风洞的湿气主要来源于三部分，一是风洞内气体本身包含的湿气，二是风洞内绝热材料中吸收了大量的湿气，三是试验模型进入、风洞口盖打开所带入的湿气。其中，风洞回路气流流动较快，湿气清洗相对简单，而驻室夹层、压缩机腔体、消声器等特殊部位由于气流流动较慢，清洗时间相对较久。除此之外，内绝热材料的湿气清洗最为困难，只能在清洗时设法加快其向洞内自由扩散的速度。试验人员可以根据风洞的实时状态选择合适的清洗方式，湿气清洗到位的同时耗费成本最小。

而大型低温风洞的湿气清洗步骤繁多，过程漫长，涉及到风洞总控、压缩机、清洗系统、抽真空系统、供配气系统、排气系统、露点测量系统等多个系统，只有各个系统有序动作、相互配合，才能安全高效的完成清洗过程，将洞内露点降低到目标值。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种大型低温风洞自动化湿气清洗方法，该方法解决了大型低温风洞湿气清洗过程需要试验人员全程监控并频繁操作的问题，实现非干预的自动化湿气清洗功能，可以全自动地完成大型低温风洞复杂的湿气清洗过程，显著提高了湿气清洗的效率，有效降低了各项资源消耗。

具体的，一种大型低温风洞自动化湿气清洗方法，包括

步骤S100、全过程实时采集风洞内的露点，采集部位至少包括风洞稳定段、驻室、压缩机内腔、风洞消声器，（该步骤执行至如下步骤S200至步骤S600，对如下每个步骤进行露点采集）；

步骤S200、抽真空清洗准备；

步骤S300、抽真空清洗；

步骤S400、连续清洗准备；

步骤S500、连续清洗；

步骤S600、将风洞状态调整至待命状态，湿气清洗完毕。

可选的，所述抽真空清洗的方法是：通过真空泵将风洞内的气体抽出，直至风洞处于负压（让风洞处于负压的目的是，通过负压加快让内绝热材料里的湿气向洞内的扩散速度，以便于后续的清洗），并且风洞压力小于第一设定值，保持到设定时间（保持到设定时间的目的是：维持一段时间的负压状态让内绝热材料里的湿气充分地向洞内扩散直到扩散速度下降），再将干燥空气填充到风洞直至其为常压状态；重复执行抽真空清洗，直到风洞各处露点低于第一露点值。

可选的，所述连续清洗的方法是：向洞内注入干燥氮气，同时通过排气系统实时维持风洞压力稳定，直到风洞各处露点低于第二露点值，并维持到设置时间（维持到设置时间的目的是：因为露点测量点是设了几个典型点，有可能某一时刻这些点比较干燥，下一时刻其他地方的湿气又扩散过来，导致露点值又发生跳变。所以只有确保维持较低的露点值一段时间，才能确保整个风洞的湿气清洗完毕），所述第二露点值小于第一露点值（第二露点值小于第一露点值的目的是，因为抽真空清洗的目的是为了把内绝热材料中的湿气抽出来，最终是通过连续清洗才能把风洞整个露点值降低，通过先抽真空清洗后连续清洗的方式能够最高效地将洞内湿气排出，大大降低风洞湿气过程中各项能耗）。

可选的，所述抽真空清洗准备，至少包括打开洞体清洗空气气源，调整风洞压缩机转速。

可选的，连续清洗准备，至少包括打开上游气源（该上游气源包括洞体清洗氮气气源、压缩机清洗氮气气源和保温系统清洗氮气气源），调整风洞压缩机转速，打开排气系统，关闭放空管路。

优选的，所述第一设定值为0.02MPa，所述第一露点值为-37℃，所述第二露点值为-63℃。

所述大型低温风洞自动化湿气清洗方法对大型低温风洞的湿气清洗内容进行了逻辑拆解，将其拆解成严格衔接的若干步骤，每一步执行规定的动作，动作目标实现后自动跳转到下一步，直到完成整个湿气清洗过程。所述方法实现了大型低温风洞湿气清洗流程的高度自动化，工作人员得以脱离繁杂的人为操作，进行更加安全、快速、高效的湿气清洗，同时显著提高了湿气清洗的效率，确保了湿气清洗流程的稳定性和一致性，降低了大型低温风洞运营成本。

在上述大型低温风洞自动化湿气清洗方法中，由于低温风洞采用内绝热材料的方式进行保温，这些材料会吸收大量的水汽，在风洞运行时这些湿气会逐步扩散到洞体回路，对于内绝热材料的湿气清洗，采用抽真空的方式能够加快扩散速度，清洗起来更有效。并且，抽真空的方式能够使内绝热材料的湿气充分扩散到洞体回路内。这时候通过连续清洗的方式对风洞进行清洗，连续清洗持续一段时间就能将风洞湿气清洗完毕。通俗地说，抽真空清洗是把湿气从内绝热材料中赶出到风洞回路内，连续清洗是则是把洞体回路内的气体都排出去；通过先抽真空清洗，再连续清洗能够降低能耗，提高效率。

另一方面，本发明提供了一种大型低温风洞自动化湿气清洗系统，该系统包括

露点测量模块，用于全过程实时采集风洞内的露点，采集部位至少包括风洞稳定段、驻室、压缩机内腔、风洞消声器；

抽真空清洗准备模块，用于抽真空清洗准备；

抽真空清洗执行模块，用于抽真空清洗；

连续清洗准备模块，用于连续清洗准备；

连续清洗执行模块，用于连续清洗；

压力闭环模块，用于调节风洞压力至设定值；

清洗结束模块，用于将风洞状态调整至待命状态，湿气清洗完毕。

可选的，所述抽真空清洗执行模块和连续清洗执行模块共有或分别设置有一个时间计算模块，该时间计算模块用于计算风洞压力保持第一设定值的时间或/和风洞各处露点维持第二露点值的时间。

本发明所述的大型低温风洞自动化湿气清洗方法及系统，解决了大型低温风洞湿气清洗过程需要试验人员全程监控并频繁操作的问题，实现了湿气清洗流程的全自动化运行，将试验人员从繁重的试验操作中解脱出来，同时增强了风洞湿气清洗过程的运行安全性，提高了风洞湿气清洗效率，减少了清洗过程用气、用电、用水等各项资源消耗。

附图说明

图1是本发明所述大型低温风洞自动化湿气清洗方法的整体流程框架图。

图2是本发明所述大型低温风洞自动化湿气清洗方法的详细流程示意图。

图3是本发明所述大型低温风洞自动化湿气清洗系统结构示意图。

具体实施方式

使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的大型低温风洞自动化湿气清洗方法及系统。

首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的大型低温风洞自动化湿气清洗方法。

如图1和图2所示，该大型低温风洞自动化湿气清洗方法包括以下步骤：

步骤S100、全过程实时采集风洞内的露点，采集部位至少包括风洞稳定段、驻室、压缩机内腔、风洞消声器；

步骤S200、抽真空清洗准备，至少包括打开气源，调整压缩机转速；

在该实施例中，所述步骤S200具体是：

步骤S1，总控（即风洞总控）向供配气系统发送“打开洞体空气清洗供气支路”命令，供配气系统完成相关阀门操作确保干燥空气能够流入到下游各清洗支路中，再回复总控“洞体空气清洗支路已打开”信号；若总控收到该信号，则执行步骤S2。

步骤S2，总控设定风洞抽真空清洗时预设的指定转速为压缩机目标转速，并向压缩机发送“调整压缩机转速至目标转速”命令，调节压缩机转速至目标转速后，回复总控“转速调整到位”信号；若总控收到该信号，则执行步骤S3。

步骤S3，总控向抽真空系统发送“打开抽真空管路截止阀”命令，抽真空系统打开抽真空管路截止阀后回复总控“抽真空管路截止阀已打开” 信号；若总控收到该信号，则执行下一步（即如下的步骤S4）。

步骤S300、抽真空清洗，通过真空泵将风洞内的气体抽出，直至风洞处于负压，并且风洞压力小于0.02MPa，保持到设定时间，再将干燥空气填充到风洞直至其为常压状态；重复执行抽真空清洗，直到风洞各处露点低于-37℃。

在该实施例中，所述步骤S300具体是：

步骤S4，总控向抽真空系统发送“启动抽真空系统”命令，抽真空系统启动设备并从风洞内向外抽气，向总控回复“抽真空系统已启动”信号；若总控收到该信号，则执行步骤S5。

步骤S5，总控持续监测洞内压力，一旦洞内压力为低于0.02MPa的负压状态，向抽真空系统发送“关闭抽真空系统”命令，抽真空系统关闭设备停止工作，向总控回复“抽真空系统已关闭”信号；若总控收到该信号，则执行步骤S6。

步骤S6，总控向抽真空系统发送“关闭抽真空管路截止阀”命令，抽真空系统关闭抽真空管路截止阀后回复总控“抽真空管路截止阀已关闭” 信号；若总控收到该信号，则执行步骤S7。

步骤S7，总控开始计时，计算洞体负压状态的持续时间，即真空时间；当真空时间超过预设值后，则执行步骤S8。

步骤S8，总控向清洗系统发送“打开洞体回路清洗支路和驻室清洗支路截止阀”命令，清洗系统打开洞体回路清洗支路和驻室清洗支路上的截止阀后，向总控发送“洞体回路清洗支路和驻室清洗支路截止阀已打开”信号；若总控收到该信号，则执行步骤S9。

步骤S9，总控设定风洞抽真空清洗时预设的清洗支路进气流量为洞体回路清洗支路和驻室清洗支路的目标流量，并向清洗系统发送“调整洞体回路清洗支路和驻室清洗支路到目标流量”命令，清洗系统调节洞体回路清洗支路和驻室清洗支路进气流量至目标流量后，回复总控“洞体回路清洗支路和驻室清洗支路已调整到目标流量”信号；若总控收到该信号，则执行步骤S10。

步骤S10，总控持续监测洞内压力，一旦洞内压力达到常压，向清洗系统发送“关闭洞体回路清洗支路和驻室清洗支路”命令，清洗系统先关闭洞体回路清洗支路和驻室清洗支路上的截止阀，再关闭洞体回路清洗支路和驻室清洗支路上的调节阀，向总控发送“洞体回路清洗支路和驻室清洗支路已关闭”信号；若总控收到该信号，则执行步骤S11。

步骤S11，总控开始计时，计算洞体常压状态的持续时间，即混合时间；当混合时间超过预设值后，则执行步骤S12。

步骤S12，总控读取风洞内各露点测量点的数值，若都低于-37℃，则执行步骤S13，否则执行步骤S3。

步骤S400、连续清洗准备，至少包括打开上游气源，调整压缩机转速，打开排气系统，关闭放空管路。

在该实施例中，所述步骤S400具体是：

步骤S13，总控设定风洞连续清洗时预设的指定转速为压缩机目标转速，并向压缩机发送“调整压缩机转速至目标转速”命令，压缩机调节压缩机转速至目标转速后，回复总控“转速调整到位” 信号；若总控收到该信号，则执行下一步（即如下的步骤S14）。

步骤S500、连续清洗，向洞内注入干燥氮气，同时通过排气系统实时维持风洞压力稳定，直到风洞各处露点低于-63℃，并维持到设置时间。

在该实施例中，所述步骤S500具体是：

步骤S14，总控向排气系统发送“打开所有排气管路截止阀”命令，排气系统打开所有排气管路上的截止阀后回复总控“所有排气管路截止阀已打开”信号；若总控收到该信号，则执行步骤S15。

步骤S15，总控控制排气系统排气管路上的调节阀开度，实时闭环控制风洞总压在0.115MPa，当总压精度达标后执行步骤S16。

步骤S16，总控向供配气系统发送“打开洞体氮气清洗供气支路、压缩机清洗供气支路和保温系统清洗供气支路”命令。氮气供配气系统完成相关阀门操作确保干燥氮气能够流入到下游各清洗支路中，向总控发送“洞体氮气清洗供气支路、压缩机清洗供气支路和保温系统清洗供气支路已打开”信号；若总控收到该信号，则执行步骤S17。

步骤S17，总控向清洗系统、压缩机、保温系统发送“关闭放空管路”命令；清洗系统、压缩机、保温系统关闭放空管路后，分别向总控发送“放空管路已关闭”信号；若总控收到三者的该信号，则执行步骤S18。

步骤S18，总控持续监测所有清洗支路的管路压力，当其高于风洞内压力时，向清洗系统、压缩机、保温系统发送“打开清洗支路截止阀”命令，清洗系统、压缩机、保温系统打开所管辖的清洗支路上的截止阀后，分别向总控发送“清洗支路截止阀已打开”信号；若总控收到三者的该信号，则执行步骤S19。

步骤S19，总控设定风洞连续清洗时预设的清洗支路进气流量为清洗系统、压缩机、保温系统清洗支路的目标流量，并向清洗系统、压缩机、保温系统发送“调整清洗支路到目标流量”命令，清洗系统、压缩机、保温系统将所管辖的清洗支路上的进气流量调整到目标流量后，分别向总控发送“清洗支路已调整到目标流量”信号；若总控收到三者的该信号，则执行步骤S20。

步骤S20，总控读取风洞内各露点测量点的数值，当其都低于-63℃时，洞内气体露点达标，总控开始计时，并始终维持洞内露点低于-63℃；当露点达标时间超过预设值后，则执行下一步（即如下的步骤S21）。

步骤S600、将风洞状态调整至待命状态，湿气清洗完毕。

在该实施例中，所述步骤S600具体是：

步骤S21，总控向供配气系统发送“关闭洞体氮气清洗供气支路、压缩机清洗供气支路和保温系统清洗供气支路”命令。氮气供配气系统完成相关阀门操作确保干燥氮气无法流入到下游各清洗支路中，向总控发送“洞体氮气清洗供气支路、压缩机清洗供气支路和保温系统清洗供气支路已关闭”信号；若总控收到该信号，则执行步骤S22。

步骤S22，总控向清洗系统、压缩机、保温系统发送“关闭清洗支路”命令，清洗系统、压缩机、保温系统先关闭所管辖的清洗支路上的调节阀，再关闭所管辖的清洗支路上的截止阀，分别向总控发送“清洗支路已关闭”信号；若总控收到三者的该信号，则执行步骤S23。

步骤S23，总控向清洗系统、压缩机、保温系统发送“打开放空管路”命令；清洗系统、压缩机、保温系统打开放空管路后，分别向总控发送“放空管路已打开”信号；若总控收到三者的该信号，则执行步骤S24。

步骤S24，总控压缩机发送“调整压缩机至盘车状态”命令，压缩机调整压缩机至盘车状态，回复总控“压缩机已调整至盘车状态”信号；若总控收到该信号，则执行步骤S25。

步骤S25，总控向排气系统发送“关闭所有排气管路调节阀”命令，排气系统关闭所有排气管路上的调节阀，回复总控“所有排气管路调节阀已关闭”信号；湿气清洗流程结束。

在该实施例中所述大型低温风洞自动化湿气清洗方法根据逻辑规则对大型低温风洞持续时间长、资源消耗大的湿气清洗流程逐步分解，每一步执行规定的动作，动作目标实现后自动跳转到下一步，直至整个湿气清洗目标完成。该方法实现了湿气清洗流程的自动化运行，将试验人员从繁重的试验操作中解脱出来，同时增强了风洞湿气清洗过程的运行安全性，提高了风洞湿气清洗效率，减少了清洗过程用气、用电、用水等各项资源消耗。

如图3是本发明所述大型低温风洞自动化湿气清洗系统结构示意图；

如图3所示，该大型低温风洞自动化湿气清洗系统包括：

露点测量模块406，用于全过程实时采集风洞内的露点，采集部位至少包括风洞稳定段、驻室、压缩机内腔、风洞消声器；

抽真空清洗准备模块404，用于抽真空清洗准备；

抽真空清洗执行模块401，用于抽真空清洗；

连续清洗准备模块405，用于连续清洗准备；

连续清洗执行模块402，用于连续清洗；

清洗结束模块403，用于将风洞状态调整至待命状态，湿气清洗完毕。

可选的，所述抽真空清洗执行模块和连续清洗执行模块共有或分别设置有一个时间计算模块407，该时间计算模块407用于计算风洞压力保持第一设定值的时间或/和风洞各处露点维持第二露点值的时间。

需要说明的是，前述对方法实施例的解释说明也适用于该实施例的系统。

本发明所提供的大型低温风洞自动化湿气清洗方法及系统具有自动化程度高、简单高效的特点，实现了非干预的自动化湿气清洗功能，可以全自动地完成大型低温风洞复杂的湿气清洗过程，试验人员不需要一步一动实时操作和监控，通过简单的“一键启动”便可安全高效地实现大型低温风洞的湿气清洗，极大地降低了试验人员的负担，避免了人为误操作带来的问题，显著提高了风洞运行效率。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “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必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种大型低温风洞自动化湿气清洗方法，其特征在于：包括

全过程实时采集风洞内的露点，采集部位至少包括风洞稳定段、驻室、压缩机内腔、风洞消声器；

抽真空清洗准备；

抽真空清洗；

连续清洗准备；

连续清洗；

将风洞状态调整至待命状态，湿气清洗完毕；

所述抽真空清洗的方法是：通过真空泵将风洞内的气体抽出，直至风洞处于负压，并且该压力小于第一设定值，保持到设定时间，再将干燥空气填充到风洞直至其为常压状态；重复执行抽真空清洗，直到风洞各处露点低于第一露点值；

所述连续清洗的方法是：向风洞内注入干燥氮气，同时通过排气系统实时维持风洞压力稳定，直到风洞各处露点低于第二露点值，并维持到设置时间，所述第二露点值小于第一露点值；

所述抽真空清洗准备，至少包括打开洞体清洗空气气源，调整风洞压缩机转速；

连续清洗准备，至少包括打开上游气源，调整风洞压缩机转速，打开排气系统，关闭放空管路。

2.根据权利要求1所述大型低温风洞自动化湿气清洗方法，其特征在于：所述第一设定值为0.02MPa，所述第一露点值为-37℃，所述第二露点值为-63℃。

3.一种实现如权利要求1或2所述大型低温风洞自动化湿气清洗方法的大型低温风洞自动化湿气清洗系统，其特征在于：包括

露点测量模块，用于全过程实时采集风洞内的露点，采集部位至少包括风洞稳定段、驻室、压缩机内腔、风洞消声器；

抽真空清洗准备模块，用于抽真空清洗准备；

抽真空清洗执行模块，用于抽真空清洗；

连续清洗准备模块，用于连续清洗准备；

连续清洗执行模块，

压力闭环模块，用于调节风洞压力至设定值；

清洗结束模块，用于将风洞状态调整至待命状态，湿气清洗完毕。

4.根据权利要求3所述一种大型低温风洞自动化湿气清洗系统，其特征在于：所述抽真空清洗执行模块和连续清洗执行模块共有或分别设置有一个时间计算模块，该时间计算模块用于计算风洞压力保持第一设定值的时间或/和风洞各处露点维持第二露点值的时间。