CN217331215U - 一种开放环境快速覆冰试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开放环境快速覆冰试验装置，包括纯水机组、预冷水箱、液氮罐、液氮喷头、覆冰喷头、水冷空气幕和试验台；纯水机组的出水口连接预冷水箱的进水口，预冷水箱的出水管路连接覆冰喷头和水冷空气幕供水管；覆冰喷头设置于试验台上方；液氮罐的液氮输出管路分别连接至预冷水箱以及液氮喷头；液氮喷头设置于试验台上方；水冷空气幕设置于试验台的四周，水冷空气幕的供、回水管均连通预冷水箱。本实用新型可在开放环境下快速覆冰。试验台四周设置水冷空气幕，无需设置保温围护结构，可在开放环境下使用，不仅减少了初投资，还可以缩短建设工期。

Description

一种开放环境快速覆冰试验装置

技术领域

本实用新型属于及覆冰装置的技术领域，具体涉及一种开放环境快速覆冰试验装置。

背景技术

覆冰是一种自然现象，由于物体表面附着有水滴，当气温下降时，水滴凝结成冰且越积越厚，因此形成覆冰。近年来随着全球气候的变化，极端天气频繁出现，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。

当风力机组发生覆冰时，会对机组的运行会带来许多不利的影响，如降低发电量、改变风机的气动特性、减少风机的疲劳寿命以及危害人身安全等。当路面发生覆冰时，由于车轮与路面摩擦作用大大减弱，极易造成交通事故。因此有必要对道路、设备、电线等覆冰现象进行系统研究。

近年来，有越来越多的专家学者投入到覆冰现象的研究中来。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，其中试验装置模拟法可建模拟各种复杂的气象环境，科学研究不同环境气候条件下、不同覆冰情况下的覆冰试验。现有的试验装置大多设置在保温密闭的环境，以制冷机组作为冷源，降温速度慢，由于围护结构施工周期长、低温制冷机组价格昂贵，此类装置通常初投资和后期运行成本高，且占地面积较大，在选址上也有很大的局限性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种开放环境快速覆冰试验装置，以解决上述背景技术部分提出的，现有的试验装置初投资和后期运行成本高的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种开放环境快速覆冰试验装置，包括纯水机组、预冷水箱、液氮罐、液氮喷头、覆冰喷头、水冷空气幕和试验台；

所述纯水机组的出水口连接所述预冷水箱的进水口，所述预冷水箱的出水管路连接所述覆冰喷头；所述覆冰喷头设置于所述试验台上方；

所述液氮罐的液氮输出管路分别连接至所述预冷水箱以及液氮喷头；所述液氮喷头设置于所述试验台上方；

所述水冷空气幕设置于所述试验台的四周，所述水冷空气幕的供、回水管均连通所述预冷水箱。

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，所述预冷水箱与所述覆冰喷头之间的连接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，所述试验台用于承载试验构件。

作为本实用新型的一种可选方案，所述试验构件上设置有贴片式温度传感器，用于检测当前环境温度和试验构件温度。

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，所述液氮罐的液氮输出管路通过三通调节阀分别连接至所述预冷水箱以及液氮喷头。

作为本实用新型的一种可选方案，所述水冷空气幕的供水管上设置有循环泵。

作为本实用新型的一种可选方案，所述水冷空气幕的供水管上设置有第二电动调节阀。

作为本实用新型的一种可选方案，所述预冷水箱内存储有电导率≤10μs/cm的纯水。

本实用新型的有益效果如下：

1)不同于传统保温密闭+制冷机组，本实用新型提供的开放环境快速覆冰实验装置，可在开放环境下快速覆冰。采用液氮作为冷源，成本低廉，降温速度快，且占地面积较小，可实现快速覆冰。试验台四周设置水冷空气幕，无需设置保温围护结构，可在开放环境下使用，不仅减少了初投资，还可以缩短建设工期。同时，该装置还具有不易结垢、选址灵活、可实现多种覆冰状态等优点。

2)水源采用纯水，并提前预冷，不仅可以降低水垢堵塞喷头的风险，而且缩短了水雾凝结时间，有效加快覆冰速度。

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开放环境快速覆冰实验装置示意图。

图2是本实用新型实施例中试验台正上方俯视示意图。

符号说明：1-自来水供水管；2-纯水机组；3-预冷水箱；4-电动调节阀；5-三通调节阀；6-液氮罐；7-液氮喷头；8-覆冰喷头；9-水冷空气幕；10-循环泵；11-电动调节阀；12-试验台；13-试验构件；14-贴片式温度传感器。

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。

为了在开放环境下能够实现快速覆冰模拟试验，本实用新型实施例提供了一种开放环境快速覆冰试验装置。装置设置在试验厂房内开放空间，在试验台四周设置水冷空气幕隔绝外界空气，再使用液氮直接喷淋的方式进行预冷却，通过调节覆冰喷头水滴直径、试验构件及其环境温度，可在开放环境下快速模拟冰雹、冻雨、积冰等多种覆冰工况。

如图1和2所示，一种开放环境快速覆冰试验装置，包括纯水机组2、预冷水箱3、液氮罐6、液氮喷头7、覆冰喷头8、水冷空气幕9和试验台12；纯水机组2的进水口连接有自来水供水管1，纯水机组2的出水口连接预冷水箱3的进水口，预冷水箱3的出水管路通过水冷空气幕供水管连接覆冰喷头8，预冷水箱3与覆冰喷头8之间的连接管路上设置有第一电动调节阀4；覆冰喷头8设置于试验台12上方；试验台12用于承载试验构件13。液氮罐6的液氮输出管路分别连接至预冷水箱3以及液氮喷头7；在一些其他实施例中，液氮罐6的液氮输出管路通过三通调节阀5分别连接至预冷水箱3以及液氮喷头7。液氮喷头7设置于试验台12上方；水冷空气幕9设置于试验台12的四周，水冷空气幕9的供、回水管均连通预冷水箱3。水冷空气幕9的供水管上设置有循环泵10，水冷空气幕9的供水管上设置有第二电动调节阀11。水冷空气幕9可在试验台四周形成2-10℃的冷空气墙，隔绝室外环境，形成一个封闭的试验空间。试验构件13上设置有贴片式温度传感器14，用于检测当前环境温度和试验构件13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。

作为本实用新型的示例，预冷水箱3内存储有电导率≤10μs/cm的纯水，由纯水机组2制备。预冷水箱3内的纯水，在试验前使用液氮直接喷洒的方式预冷至2-10℃，预冷水箱3内设置电动搅拌器保证其内部温度均匀。

通过控制试验构件及其环境温度、覆冰喷头水滴直径，可实现冻雨、积冰、冰雹等多种覆冰状态：液氮喷头7首先将水冷空气幕9内的环境温度和试验构件13预冷至-20℃，随后通过电动调节阀4将覆冰喷头8水滴直径控制在1mm-1.5mm，可快速实现冻雨、积冰的覆冰工况。液氮喷头7首先将水冷空气幕9内的环境温度和试验构件13预冷至-40℃，随后通过电动调节阀4将覆冰喷头8水滴直径控制在0.5mm-2mm，可快速实现冰雹的覆冰工况。

开放环境快速覆冰试验装置的试验方法包括以下几个步骤：

S1：首先开启纯水机组2，制取电导率≤10μs/cm的纯水，保持水位处于预冷水箱3高位。

S2：打开液氮三通调节阀5，对预冷水箱3喷洒液氮，使水箱内的纯水降温至2-10℃。

S3：开启循环泵10、电动调节阀11和水冷空气幕9，可避免试验过程中的冷量外泄，并保证试验空间不受外界环境因素影响。

S4：

a.冻雨、积冰覆冰工况：开启液氮喷头7，使用液氮为冷源对水冷空气幕9围成的试验空间预冷至-20℃；继续保持液氮喷头7的开启状态，通过电动调节阀4将覆冰喷头8的水滴直径控制在1mm-1.5mm，即可快速实现冻雨、积冰的覆冰工况。

b.冰雹覆冰工况：开启液氮喷头7，使用液氮为冷源对水冷空气幕9围成的试验空间预冷至-40℃；继续保持液氮喷头7的开启状态，通过电动调节阀4将覆冰喷头8的水滴直径控制在0.5mm-2mm，即可快速实现冰雹覆冰工况。

试验方法中，采用液氮作为冷源，液氮具有温度极低、安全环保等优点。并且制冷装置简单，占地面积较小，安装位置灵活，可以降低设备的初投资。试验台四周设置水冷空气幕，隔绝试验空间与外部环境，不仅减少围护结构的成本，缩短建造工期。而且可减小风速、沙尘、气候等环境因素对试验的影响，保证试验过程中试验环境的稳定性和可控性。

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 (10)

1.一种开放环境快速覆冰试验装置，其特征在于，包括纯水机组(2)、预冷水箱(3)、液氮罐(6)、液氮喷头(7)、覆冰喷头(8)、水冷空气幕(9)和试验台(12)；

所述纯水机组(2)的出水口连接所述预冷水箱(3)的进水口，所述预冷水箱(3)的出水管路连接所述覆冰喷头(8)；所述覆冰喷头(8)设置于所述试验台(12)上方；

所述液氮罐(6)的液氮输出管路分别连接至所述预冷水箱(3)以及液氮喷头(7)；所述液氮喷头(7)设置于所述试验台(12)上方；

所述水冷空气幕(9)设置于所述试验台(12)的四周，所述水冷空气幕(9)的供、回水管均连通所述预冷水箱(3)。

2.根据权利要求1所述的开放环境快速覆冰试验装置，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所述的开放环境快速覆冰试验装置，其特征在于，所述预冷水箱(3)与所述覆冰喷头(8)之间的连接管路上设置有第一电动调节阀(4)。

4.根据权利要求1所述的开放环境快速覆冰试验装置，其特征在于，所述试验台(12)用于承载试验构件(13)。

5.根据权利要求4所述的开放环境快速覆冰试验装置，其特征在于，所述试验构件(13)上设置有贴片式温度传感器(14)，用于检测当前环境温度和试验构件(13)温度。

6.根据权利要求1所述的开放环境快速覆冰试验装置，其特征在于，所述预冷水箱(3)内设置有电动搅拌器。

7.根据权利要求1所述的开放环境快速覆冰试验装置，其特征在于，所述液氮罐(6)的液氮输出管路通过三通调节阀(5)分别连接至所述预冷水箱(3)以及液氮喷头(7)。

8.根据权利要求1所述的开放环境快速覆冰试验装置，其特征在于，所述水冷空气幕(9)的供水管上设置有循环泵(10)。

9.根据权利要求1所述的开放环境快速覆冰试验装置，其特征在于，所述水冷空气幕(9)的供水管上设置有第二电动调节阀(11)。

10.根据权利要求1所述的开放环境快速覆冰试验装置，其特征在于，所述预冷水箱(3)内存储有电导率≤10μs/cm的纯水。

Images