CN202305240U - 风沙环境模拟实验台 - Google Patents

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李树典
储成龙
宋晓文
崔洪举
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Abstract

本实用新型涉及一种风沙环境模拟实验台，包括一个围护结构，在所述围护结构内设置模拟风沙系统、测试间及控制系统，所述模拟风沙系统由循环风道、送风机、沙箱及除尘器组成，所述测试间具有至少一个进风口和至少一个出风口，被测部件放置在所述测试间内测试，所述送风机、沙箱、测试间及除尘器按风向依次与所述循环风道连通，所述模拟风沙系统和测试间与所述控制系统连接。本实用新型能够模拟沙漠气候条件下的高速吹沙环境，为铁路客车生产中的各相关部件、设备、装置进行耐沙漠气候环境试验提供了良好的实验条件。

Description

风沙环境模拟实验台
技术领域
本实用新型涉及一种环境模拟实验台，特别涉及一种用于模拟高速风沙条件的风沙环境模拟实验台，属于轨道车辆性能验证试验装备技术领域。
背景技术
随着高速铁路的发展，国内外风沙地区的高速铁路项目也已逐渐提上日程，通常情况下风沙气候会同时伴随高温辐射等气候。为保证动车组安全可靠运行，需要对风沙、高温及辐射环境下的系统进行提前系统分析及地面验证。在耐风沙方面，国内空调的设计开发和应用方面有着丰富的经验和成功的业绩，但相应防沙试验仅局限于低速，高速风沙条件的地面验证还不具备条件。国内现有的风沙实验台中，空调厂家搭建的风沙试验台仅能进行扬沙试验，无法对高速吹沙工况进行验证分析。电气电子设备也有风沙试验台的研究，但也无法实现高速吹沙试验的要求，且设备放置在其中，仅能进行设备无电情况下的试验，不能进行运转试验。
发明内容
本实用新型主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种具备模拟高速吹沙环境，能为车辆零部件耐环境试验提供良好试验条件的风沙环境模拟实验台。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
一种风沙环境模拟实验台，包括一个围护结构，在所述围护结构内设置模拟风沙系统、测试间及控制系统，所述模拟风沙系统由循环风道、送风机、沙箱及除尘器组成，所述测试间具有至少一个进风口和至少一个出风口，被测部件放置在所述测试间内测试，所述送风机、沙箱、测试间及除尘器按风向依次与所述循环风道连通，所述模拟风沙系统和测试间与所述控制系统连接。
进一步，所述测试间的进风口包括用于模拟两侧进风设备的两侧进风口及用于模拟中间进风设备的中间进风口。
进一步，在所述送风机的出风侧与所述测试间的进风侧之间的风道上设置有与所述测试间的进风口相对应的喉口转换装置。
进一步，在所述除尘器与所述沙箱之间设置一用于输送沙粒的传送带。
进一步，在所述传送带旁设置一用于检测沙粒粒径的检测装置。
进一步，所述沙箱与所述风道连通的开口处设置一可以调节所述开口面积大小的控制装置。
进一步，所述送风机为风洞风机。
进一步，在所述围护结构内还设置有用于按焓差法测试车辆空调装置制冷性能的室内室，所述车辆空调装置测试的室内环境条件在所述室内室模拟，所述车辆空调装置测试的室外环境条件在所述测试间内模拟，所述测试间与所述室内室之间连通有送风风道和回风风道。
进一步，在所述围护结构内还设置有用于给所述测试间加热以模拟高温环境的热源设备。
进一步，在所述围护结构内还设置有用于模拟太阳辐射环境的辐射设备。
综上内容，本实用新型所述的风沙环境模拟实验台，能够模拟沙漠气候条件下的高速吹沙环境，还可以模拟沙漠气候条件下的强辐射、高温的实验环境，为铁路客车生产中的各相关部件、设备、装置进行耐沙漠气候环境试验提供了良好的实验条件，使实验结果更加精确，进而保证产品质量，保证车辆在任何恶劣的环境条件下运行安全。本实验台最高可模拟进速350公里的风沙环境条件，完全可以满足现有轨道车辆的实验要求。同时，该实验台可以进行电气系统、通风冷却系统、空调系统、制动系统、车外设备等所有部件的耐风沙环境模拟试验。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
图2是图1的A-A向视图；
图3是图2的B-B剖视图；
图4是图2的C-C剖视图。
如图1至图4所示，测试间1，热源设备2，风道3，送风机4，沙箱5，除尘器6，传送带7，两侧进风口8，中间进风口9，出风口10，喉口转换装置11，两侧喉口风道12，中间喉口风道13，检测装置14，室内室15，控制室16。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：
如图1和图2所示，一种风沙环境模拟实验台，能够模拟沙漠气候条件下的高速风沙环境，其包括一个围护结构(图中未示出)，在围护结构内设置有模拟风沙系统、测试间1及控制系统，被测部件放置在测试间1内进行各种实验测试，测试间1的尺寸要保证车辆的各种测试件都能放置在其中，且能进行通电测试试验。由于沙漠气候条件还具有高温和高辐射的特点，在围护结构内还设置有用于模拟高温环境的热源设备2及用于模拟太阳辐射环境的辐射设备(图中未示出)。
在围护结构内设置的热源设备2，用于给测试间1加热以模拟高温环境，热源设备2采用电加热器，维持实验台高温达到70℃。
其中，围护结构将所有的实验设备包围在内，为保证实验效果，在围护结构的外侧用保温良好的聚氨酯保温板包围，其厚度在150-180mm之间，整体围护结构要防止产生冷桥现象，同时保证围护结构的气密性。围护结构上开有一外门，以便待测部件进出，外门同样要具有良好的保温措施。
模拟风沙系统由循环风道3、送风机4、沙箱5、除尘器6、传送带7组成，循环风道3与送风机4、沙箱5及除尘器6依次连通，传送带7连接在除尘器6与沙箱5之间，用于将除尘器6收集的沙粒再运送回至沙箱5，使沙粒能反复利用，测试间1设置在送风机4与除尘器6之间的风道3上。
由于风沙实验时所要求的送风量较大，本实施例，送风机4采用特制风洞风机，其组成包括风机、电机、油站、消音器、电动执行机构、仪器仪表等。风洞风机的结构组成为现有技术，这里不再另作详细描述。
风道3采用砖混结构构建，内部采用光滑钢板用于减小空气流动阻力。用于连接送风机4和测试间1之间的风道3断面的面积可优选为3×3平方米，以保证送风量。为有效节约空间，风道3采用上下结构，实验设备设置在下排的风道3上。
如图3和图4所示，本实施例中，测试间1具有两个两侧进风口8和一个中间进风口9，测试间1的另一端具有一个出风口10，模拟两侧进风设备的带风沙空气从两侧进风口8进入测试间1内以模拟高速风沙环境，模拟中间进风设备的带风沙空气从中间进风口9进入测试间1，待测试间1验证完成后，带风沙空气再从测试间1的出风口10流出沿风道3进入除尘器6，过滤后的空气再沿着上方的风道3折返至送风机4的进风侧。
如图2所示，为保证将高速风沙送入测试间1，同时为了在满足实验条件的基础上有效节约能源，在送风机4的出风侧与测试间1的进风侧之间的风道3上设置有喉口转换装置11，以进一步提高送风机4出风侧的风速。相对应于测试间1的两侧进风口8和中间进风口9，喉口转换装置11中包括有三个喉口风道，其中，与两侧进风口8对应的为两侧喉口风道12，与中间进风口9对应的为中间喉口风道13，两侧喉口风道12和中间喉口风道13的出口面积根据实验对风速的设计要求而定，以风道3断面的面积为3×3平方米为例，两侧喉口风道12的面积选择为1平方米，中间喉口风道13的面积选择为1.5平方米，这样，两侧喉口风道12出口的风速最高可以达到350km/h，完全可以满足现有轨道车辆的实验要求。
两侧喉口风道12和中间喉口风道13不同时使用，当需要模拟350km/h风速机组两侧进风状态时，开启两个两侧喉口风道12的通道，通过两侧进风口8进入测试间1内模拟风沙条件；需模拟中间进风状态时，开启中间喉口风道13的通道，通过中间进风口9进入测试间1内模拟风沙条件。列车运行速度变化由送风机4以及设置在喉口转换装置11位置的风速检测仪器控制，当无风沙环境模拟时，除尘器6则起着旁通回路的作用。
流经测试间1的含尘空气从测试间1出来后进入除尘器6，用于将沙样分离出来，以避免磨损送风机4。本实施例中，为保证除尘效果，除尘器6优选采用脉冲清灰袋式除尘器，含沙气体经测试间1后，进入除尘器6净化，净化后气体返回系统使用，捕集的沙粒经灰斗卸料至刮板再通过传送带7重新输送返回至沙箱5再使用。除尘器6本身设置有清灰和自动控制系统。
为保证进入测试间1内的沙粒完全模拟沙漠内的气候条件，所以要保证参与实验的沙粒的粒径在实验要求范围之内，一般要求沙粒粒径分布在5-850μm范围内。本实施例中，在传送带7的旁边设置有在线检测装置14，检测装置14与控制系统连接，检测装置14采用光学粒径检测仪，用于检测经过实验后的沙粒的粒径分布情况，其原理是利用颗粒对光的散射现象，根据散射光能的分布推算被测颗粒的粒度分布。在实验过程中，沙粒由于磨损、破坏等原因，粒径会有所变化，当检测装置14检测出沙粒的粒径超出实验要求范围，则发出报警信号提示，此时，可以采用更换沙粒等方法，以保证实验所需条件。
沙箱5布置在测试间1的进风侧，设置在风道3的上方，沙箱5与风道3之间通过一开口(图中未示出)连通。风沙实验时，同样要保证空气中的含沙量，一般要求空气含沙量最大可达到10g/m3，不同的实验，含沙量要求不同。所以沙箱5在与风道3连通的开口处设置一可以调节开口面积大小的控制装置，用以调节向风道3内的漏沙量及漏沙速度，满足不同的风量、风速以及空气含沙量的要求。控制装置可以采用具有很多小孔的挡板结构，通过调节小孔的开启面积或控制小孔开闭的数量来调节漏沙量及漏沙速度；也可以采用控制阀的结构，通过调节控制阀的开度大小，而调节漏沙量及漏沙速度。控制装置无论采用何种结构，都与控制系统连接，由控制系统根据实验条件自动控制漏沙量及漏沙速度。
在围护结构内还设置有用于按焓差法测试车辆空调制冷量等性能的室内室15，以方便进行高温、风沙等恶劣环境下的空调制冷量测试。车辆空调装置测试时，用测试间1模拟空调的室外环境，用室内室15模拟车辆室内环境，测试间1与室内室15之间连通有空调系统的送风风道和回风风道(图中未示出)。
在对空调装置进行制冷量测试时，将空调装置放置在测试间1内，连接好送风风道和回风风道，由热源设备2对测试间1及室内室15内的空气进行处理。系统稳定后，通过焓差法测试空调制冷量，由控制系统对系统试验进行控制及检测。
在围护结构内设置的辐射设备(图中未示出)，辐射设备的主要功能是向测试间1内施加需要的辐射量，用于模拟太阳辐射环境。辐射设备采用高强度的辐射灯，辐射灯安装在测试间1内的顶部，采用可拆式结构，最大辐射强度为1200W/m2，且在设计要求范围内可调控。
为了操作人员使用方便，同时为了方便维护，控制系统集中设置在控制室16内，控制系统主要进行试验数据的采集和分析，同时协调控制各实验设备的工作状态。控制系统采用可靠的测控仪器、设备及传输的连接接口，能在模拟的高辐射、高风沙实验条件下，对所要求的测试量进行测试，满足实验要求，数据的采集和数据的分析。
下面详细描述本实用新型的工作流程。
将待测部件放入测试间1内。
开启送风机4，循环空气经送风机4加压，带动空气达到要求的风量和风速，经过风道3至沙箱5，通过高压空气漏沙后，循环空气带沙经喉口转换装置11、两侧进风口8(或中间进风口9)进入测试间1内，模拟高速风沙条件。
在测试间1内的试验完成后，带风沙空气经测试间1尾部的出风口10进入脉冲清灰袋式除尘器6，进行循环空气除尘处理，将沙粒与空气分离，分离后的沙粒经传送带7、在线检测装置14检测后重新回到沙箱5，沙粒如满足要求，重新进入下一个循环，如不满足沙粒要求，补沙或重新更换沙粒后进入下一个循环。与沙粒分离后的空气再经过风道3重新进入送风机4进行循环。
如上所述，结合附图和实施例所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种风沙环境模拟实验台，其特征在于：包括一个围护结构，在所述围护结构内设置模拟风沙系统、测试间及控制系统，所述模拟风沙系统由循环风道、送风机、沙箱及除尘器组成，所述测试间具有至少一个进风口和至少一个出风口，被测部件放置在所述测试间内测试，所述送风机、沙箱、测试间及除尘器按风向依次与所述循环风道连通，所述模拟风沙系统和测试间与所述控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的风沙环境模拟实验台，其特征在于：所述测试间的进风口包括用于模拟两侧进风设备的两侧进风口及用于模拟中间进风设备的中间进风口。
3.根据权利要求1所述的风沙环境模拟实验台，其特征在于：在所述送风机的出风侧与所述测试间的进风侧之间的风道上设置有与所述测试间的进风口相对应的喉口转换装置。
4.根据权利要求1所述的风沙环境模拟实验台，其特征在于：在所述除尘器与所述沙箱之间设置一用于输送沙粒的传送带。
5.根据权利要求4所述的风沙环境模拟实验台，其特征在于：在所述传送带旁设置一用于检测沙粒粒径的检测装置。
6.根据权利要求1所述的风沙环境模拟实验台，其特征在于：所述沙箱与所述风道连通的开口处设置一可以调节所述开口面积大小的控制装置。
7.根据权利要求1所述的风沙环境模拟实验台，其特征在于：所述送风机为风洞风机。
8.根据权利要求1所述的风沙环境模拟实验台，其特征在于：在所述围护结构内还设置有用于按焓差法测试车辆空调装置制冷性能的室内室，所述车辆空调装置测试的室内环境条件在所述室内室模拟，所述车辆空调装置测试的室外环境条件在所述测试间内模拟，所述测试间与所述室内室之间连通有送风风道和回风风道。
9.根据权利要求1所述的风沙环境模拟实验台，其特征在于：在所述围护结构内还设置有用于给所述测试间加热以模拟高温环境的热源设备。
10.根据权利要求1所述的风沙环境模拟实验台，其特征在于：在所述围护结构内还设置有用于模拟太阳辐射环境的辐射设备。
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