CN217132237U - 一种大型快速旋转轮毂的覆冰试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大型快速旋转轮毂的覆冰试验装置，包括纯水机组、预冷水箱、覆冰喷头、液氮罐、液氮喷头、空气压缩机、气体稳压罐和轮毂；纯水机组的出水管路连接预冷水箱的进水口；空气压缩机连接气体稳压罐的进气侧，气体稳压罐的出气侧连接与预冷水箱的出水管路共同连接覆冰喷头；覆冰喷头设置于轮毂的一侧，并且朝向轮毂的内周表面设置；液氮罐分别连接至预冷水箱以及液氮喷头；液氮喷头设置于轮毂的一侧，并且朝向轮毂的内周表面设置。本实用新型覆冰试验装置通过调节气、水压力和轮毂转速来控制覆冰状态，可在开放环境下精准还原雨凇、雾凇、混合凇等覆冰工况，满足多种试验需求。

Description

一种大型快速旋转轮毂的覆冰试验装置

技术领域

本实用新型属于覆冰装置的技术领域，具体涉及一种大型快速旋转轮毂的覆冰试验装置。

背景技术

冬季气温较低，电路覆冰、路面覆冰、机械设备覆冰等造成的冰害事故时有发生。输电线路覆冰造成跳闸、倒杆断线、全面停电等各类事故，严重影响供电安全。寒冷季节机场跑道出现道面积冰的问题，当跑道结冰后，先形成薄冰层，然后随着冰层面积的扩大，道面会形成积冰，此时道面摩擦系数会急剧下降，道面会很光滑，将影响飞机的正常起降，甚至造成人员伤亡。路面覆冰致使车辆轮胎打滑，造成交通事故。风力机叶片、飞机部件等机械设备覆冰，严重影响设备性能，降低运行效率甚至引发事故。因此，研究路面或设备覆冰特性、监测覆冰形成及消除覆冰灾害对于交通、电力、能源等行业均有重要意义。

目前，国内外对于覆冰特性研究方法包括理论分析法、试验装置模拟法、自然环境测试法等，其中运用试验装置模拟法，建立覆冰模拟装置，人工模拟覆冰情况，可以更直观地看到试验结果。现有技术中覆冰试验装置多设置在封闭保温环境内，利用制冷机组进行制冷+喷头喷洒过冷水的方式实现覆冰模拟，但对于在开放环境下大型快速旋转试验件的覆冰模拟则较少，缺少相关试验装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种大型快速旋转轮毂的覆冰试验装置，通过控制气、水压力和轮毂转速，精确控制试验温度、覆冰厚度，在开放环境下实现雨凇、雾凇、混合凇等多种覆冰工况。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种大型快速旋转轮毂的覆冰试验装置，包括纯水机组、预冷水箱、覆冰喷头、液氮罐、液氮喷头、空气压缩机、气体稳压罐和轮毂；

所述纯水机组的出水管路连接所述预冷水箱的进水口；

所述空气压缩机连接所述气体稳压罐的进气侧，所述气体稳压罐的出气侧连接与所述预冷水箱的出水管路共同连接所述覆冰喷头；

所述覆冰喷头设置于所述轮毂的一侧，并且朝向所述轮毂的内周表面设置；

所述液氮罐分别连接至所述预冷水箱以及所述液氮喷头；

所述液氮喷头设置于所述轮毂的一侧，并且朝向所述轮毂的内周表面设置。

作为本实用新型的一种可选方案，所述纯水机组的进水口连接有自来水供水管。

作为本实用新型的一种可选方案，所述预冷水箱内设置有电动搅拌器。

作为本实用新型的一种可选方案，所述预冷水箱连接所述覆冰喷头的出水管路上设置有第一电动调节阀。

作为本实用新型的一种可选方案，所述液氮罐通过管路和三通调节阀分别连接至所述预冷水箱以及所述液氮喷头。

作为本实用新型的一种可选方案，所述气体稳压罐的出气侧与所述覆冰喷头之间设置有第三电动调节阀。

作为本实用新型的一种可选方案，所述气体稳压罐的出气侧还与所述预冷水箱的出水管路通过第二电动调节阀连通。

作为本实用新型的一种可选方案，所述第二电动调节阀第一端连接在所述气体稳压罐的出气侧与第三电动调节阀之间的管路上，所述第二电动调节阀第二端连接所述预冷水箱的出水管路。

作为本实用新型的一种可选方案，所述液氮喷头背面设置有非接触式温度传感器。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果如下：

1)本实用新型覆冰试验装置，包括纯水机组、预冷水箱、覆冰喷头、液氮罐、液氮喷头、空气压缩机、气体稳压罐和轮毂，通过调节气、水压力和轮毂转速来控制覆冰状态，可在开放环境下精准还原雨凇、雾凇、混合凇等覆冰工况，满足多种试验需求。

2)本实用新型覆冰试验装置，覆冰水源采用预冷至2-5℃的纯水，不仅防止喷头和管道因结垢而堵塞，而且可以加快水雾凝结的速度，有效缩短覆冰时间。

3)本实用新型覆冰试验装置，液氮具有气化温度低、降温效率高、无毒无害等特点，采用液氮作为冷源可实现在开放环境中安全快速降温，覆冰试验不易受周围环境温度影响。相对于传统制冷机组，液氮制冷系统也具有安装和运营费用低的优点，且无需围护结构，大大降低了安装和维护成本。

4)本实用新型覆冰试验装置，非接触式温度传感设置于液氮喷头的背侧，不仅避免液氮气化过程对温度传感器的影响，而且可精简系统线路，避免轮毂转动时发生接线缠绕。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型实施例覆冰试验装置的结构示意图。

图2是本实用新型实施例中覆冰试验装置的工作方法流程图。

符号说明：1-自来水供水管；2-纯水机组；3-预冷水箱；4-第一电动调节阀；5-三通调节阀；6-液氮罐；7-空气压缩机、；8-气体稳压罐；9-第二电动调节阀；10-第三电动调节阀；11-轮毂；12-液氮喷头；13-覆冰喷头；14-非接触式温度传感器。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本实用新型提供进一步的详细说明。除非另有指明，本实用新型所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本实用新型所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。

如图1所示，为了解决缺少开放环境下快速旋转覆冰装置的问题，本实用新型实施例的第一方面，提供了一种大型快速旋转轮毂的覆冰试验装置，包括纯水机组2、预冷水箱3、覆冰喷头13、液氮罐6、液氮喷头12、空气压缩机7、气体稳压罐8和轮毂11。

纯水机组2的出水管路连接预冷水箱3的进水口，纯水机组2的进水口连接有自来水供水管1；纯水机组2的水源由自来水管1接入，经纯水机组2净化至电导率≤10μs/cm后，送入预冷水箱3。

空气压缩机7连接气体稳压罐8的进气侧，气体稳压罐8的出气侧连接与预冷水箱3的出水管路共同连接覆冰喷头13；预冷水箱3连接覆冰喷头13的出水管路上设置有第一电动调节阀4，气体稳压罐8的出气侧与覆冰喷头13之间设置有第三电动调节阀10。

覆冰喷头13设置于轮毂11的一侧，并且朝向轮毂11的内周表面设置；液氮喷头12背面设置有非接触式温度传感器14，温度传感器14可检测轮毂表面温度，同时将检测的数据上传至PLC系统，实现整套系统的闭环控制。

液氮罐6作为冷源，通过管路和三通调节阀5分别连接至预冷水箱3以及液氮喷头12，液氮喷头12用于轮毂11降温。

液氮喷头12设置于轮毂11的一侧，并且朝向轮毂11的内周表面设置。液氮喷头12在进行覆冰试验前喷洒液氮，将轮毂11内表面的模块降温至≤-25℃。待轮毂11内表面的模块降温至≤-25℃后，通过第一电动调节阀4、第二电动调节阀10分别调节水流量、水压、气压，改变轮毂11转速来控制覆冰状态，可在开放环境下实现雨凇、雾凇、混合凇等多种覆冰工况。

作为本实用新型的一种可选方案，预冷水箱3内设置有电动搅拌器，可将其内部纯水均匀预冷至2-5℃。

作为本实用新型的一种可选方案，气体稳压罐8的出气侧还与预冷水箱3的出水管路通过第二电动调节阀9连通。作为本实用新型的一种可选方案，第二电动调节阀9第一端连接在气体稳压罐8的出气侧与第三电动调节阀10之间的管路上，第二电动调节阀9第二端连接预冷水箱3的出水管路。

如图2所示，本实用新型实施例第二方面，提供了一种上述大型快速旋转轮毂的覆冰试验装置的试验方法，包括以下步骤：

S1：首先打开轮毂11的电机，使其处于大约30～60r/min的转动状态。

S2：然后打开纯水机组2制取纯水，待水位升至预冷水箱3预设位置高位时停止。

S3：开启三通调节阀5，使一部分液氮进入预冷水箱3进行预冷；待预冷水箱3内水温在2～5℃时，关闭三通调节阀5进入预冷水箱3管路的阀门。

S4：采用低温液氮介质，通过液氮喷头12直接朝轮毂11内表面的模块喷洒液氮，以降低模块温度。

S5：采用非接触式温度传感器14检测模块表面温度，传感器检测的温度可上传至PLC系统中，模块表面温度大约为-25℃时，开启覆冰喷头13，通过调节第一电动调节阀4和第三电动调节阀10控制水流量、气压，调节喷头颗粒直径，短时间内在轮毂11内表面形成雾凇、雨凇、混合淞等多种覆冰状态。

作为本步骤的一个示例，调节水流量60±20L/(h·m2)、水滴中值体积直径25μm、空气中液态水含量0.8g/m3，即可快速实现雾凇覆冰工况。

S6：实验完成后，关闭第一电动调节阀4、第三电动调节阀10和三通调节阀5，打开第二电动调节阀9，进行管路吹扫。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。

Claims (9)

1.一种大型快速旋转轮毂的覆冰试验装置，其特征在于，包括纯水机组(2)、预冷水箱(3)、覆冰喷头(13)、液氮罐(6)、液氮喷头(12)、空气压缩机(7)、气体稳压罐(8)和轮毂(11)；

所述纯水机组(2)的出水管路连接所述预冷水箱(3)的进水口；

所述空气压缩机(7)连接所述气体稳压罐(8)的进气侧，所述气体稳压罐(8)的出气侧连接与所述预冷水箱(3)的出水管路共同连接所述覆冰喷头(13)；

所述覆冰喷头(13)设置于所述轮毂(11)的一侧，并且朝向所述轮毂(11)的内周表面设置；

所述液氮罐(6)分别连接至所述预冷水箱(3)以及所述液氮喷头(12)；

所述液氮喷头(12)设置于所述轮毂(11)的一侧，并且朝向所述轮毂(11)的内周表面设置。

2.根据权利要求1所述的大型快速旋转轮毂的覆冰试验装置，其特征在于，所述纯水机组(2)的进水口连接有自来水供水管(1)。

3.根据权利要求1所述的大型快速旋转轮毂的覆冰试验装置，其特征在于，所述预冷水箱(3)内设置有电动搅拌器。

4.根据权利要求1所述的大型快速旋转轮毂的覆冰试验装置，其特征在于，所述预冷水箱(3)连接所述覆冰喷头(13)的出水管路上设置有第一电动调节阀(4)。

5.根据权利要求1所述的大型快速旋转轮毂的覆冰试验装置，其特征在于，所述液氮罐(6)通过管路和三通调节阀(5)分别连接至所述预冷水箱(3)以及所述液氮喷头(12)。

6.根据权利要求1所述的大型快速旋转轮毂的覆冰试验装置，其特征在于，所述气体稳压罐(8)的出气侧与所述覆冰喷头(13)之间设置有第三电动调节阀(10)。

7.根据权利要求6所述的大型快速旋转轮毂的覆冰试验装置，其特征在于，所述气体稳压罐(8)的出气侧还与所述预冷水箱(3)的出水管路通过第二电动调节阀(9)连通。

8.根据权利要求7所述的大型快速旋转轮毂的覆冰试验装置，其特征在于，所述第二电动调节阀(9)第一端连接在所述气体稳压罐(8)的出气侧与第三电动调节阀(10)之间的管路上，所述第二电动调节阀(9)第二端连接所述预冷水箱(3)的出水管路。

9.根据权利要求1所述的大型快速旋转轮毂的覆冰试验装置，其特征在于，所述液氮喷头(12)背面设置有非接触式温度传感器(14)。

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