CN109488482B - 一种斯特林发动机用冷却器流阻测试装置及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斯特林发动机用冷却器流阻测试装置及***，斯特林发动机用环状冷却器流阻测试装置包括：用于安装环状冷却器的测试台，测试台设有用于与环状冷却器的进水口的流体连通的进水管路，测试台设有用于与环状冷却器的出水口的流体连通的出水管路；进水管路靠近进水口的位置设有用于安装第一压力传感器的第一测试位；出水管路靠近出水口的位置设有用于安装第二压力传感器的第二测试位。本发明的流阻测试装置具有操作灵活、可重复性好及可靠性高等特点，能够满足环状冷却器水侧流阻的研究测试要求，为环状冷却器的进一步优化设计提供试验数据支持。

Description

一种斯特林发动机用冷却器流阻测试装置及***

技术领域

本发明涉及斯特林发动机用冷却器技术领域，尤指一种斯特林发动机用冷却器流阻测试装置及***。

背景技术

冷却器是斯特林发动机冷却工质的热交换器，冷却器采用管式换热结构。冷却水在管外流动，吸收管内流动工质的热量，并将热量带走，保持冷端工质的温度。冷却器安装在斯特林发动机时，上接回热器，下接另一缸的冷腔。冷却器水侧流阻特性影响了热气机***的净效率，开发低流阻高换热效率的冷却器是提升热气机性能的途径之一。

对于环状冷却器的水侧流阻特性相关研究起步较晚，特别是针对斯特林发动机，缺乏能够测试实际工作条件下冷却器产生的流阻的试验装置，无法为开发低流阻高换热效率的冷却器提供试验数据基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种斯特林发动机用冷却器流阻测试装置及***，具有操作灵活、可重复性好及可靠性高等特点，能够满足环状冷却器水侧流阻的研究测试要求。

本发明提供的技术方案如下：

一种斯特林发动机用冷却器流阻测试装置，包括：

用于安装环状冷却器的测试台，所述测试台设有用于与所述环状冷却器的进水口流体连通的进水管路，所述测试台设有用于与所述环状冷却器的出水口流体连通的出水管路；

所述进水管路靠近所述进水口的位置设有用于安装第一压力传感器的第一测试位；

所述出水管路靠近所述出水口的位置设有用于安装第二压力传感器的第二测试位。

本技术方案中，本发明的流阻测试装置具有操作灵活、可重复性好及可靠性高等特点，能够满足环状冷却器水侧流阻的研究测试要求。通过本发明的测试台可模拟斯特林发动机实际工作条件，测试研究斯特林发动机环状冷却器在工况下的实际水侧流阻情况(通过设置于第一测试位的第一压力传感器和设置于第二测试位的第二压力传感器所测得压差)，为环状冷却器的进一步优化设计提供试验数据支持。

进一步优选地，所述测试台为中空筒体，所述中空筒体的内孔形成所述环状冷却器的安装位；所述内孔与所述环状冷却器同轴设置；所述进水口和所述出水口均设置于所述环状冷却器的侧壁。

本技术方案中，本测试台适用于进水口和出水口均设置于侧壁的环状冷却器，当然，为了满足进水口和出水口均设置于端面的环状冷却器，本测试台可设置成与环状冷却器外轮廓相适配的安装位，具体可根据不同种类的环状冷却器进行适应设置。

进一步优选地，所述测试台为透明测试台；所述环状冷却器为透明环状冷却器。

本技术方案中，可直观观察实际工况下冷却水于环状冷却器的水流分布和充满率，为环状冷却器的进一步优化设计提供试验依据。

进一步优选地，所述第一压力传感器和所述第一测试位可拆式连接，所述第二压力传感器和所述第二测试位可拆式连接。

本技术方案中，可拆卸式连接便于第一压力传感器、第二压力传感器和测试台的拆装、维护、维修和更换，从而降低其使用成本。

进一步优选地，还包括用于安装所述测试台的安装座。

本技术方案中，通过安装座的固定，有效避免测试台的振动，确保实验数据的科学性。

本发明还提供了一种斯特林发动机用冷却器流阻测试***，包括：

斯特林发动机用冷却器流阻测试装置、蓄水池、第一控制阀、流量计、环状冷却器、缸套、循环泵、第一压力传感器和第二压力传感器；

所述斯特林发动机用冷却器流阻测试装置包括用于安装所述环状冷却器的测试台，所述测试台设有用于与所述环状冷却器的进水口流体连通的进水管路，所述测试台设有用于与所述环状冷却器的出水口流体连通的出水管路；所述进水管路靠近所述进水口的位置设有用于安装所述第一压力传感器的第一测试位；所述出水管路靠近所述出水口的位置设有用于安装所述第二压力传感器的第二测试位；

所述缸套设于所述环状冷却器的内部，使得所述环状冷却器夹设于所述缸套和所述测试台之间；

所述进水管路、所述环状冷却器、所述出水管路和所述蓄水池形成冷却水回路；所述冷却水回路设有所述循环泵，使得冷却水于所述冷却水回路循环流通；

所述进水管路沿水流方向依次设有所述第一控制阀、所述流量计和所述第一压力传感器。

本技术方案中，本***简化了斯特林发动机机身，仅保留冷却水流道关联部分及其密封结构；取消原机身上的工质密封结构，从而在确保实验数据的科学性的前提下，简化了环状冷却器测试的繁琐度和结构复杂性；通过第一压力传感器和第二压力传感器实现了环状冷却器前后端的压力差值的获取，从而得到环状冷却器的流阻数据，为环状冷却器的进一步优化设计提供试验数据支持。第一控制阀可调节冷却水回路的水流量，实现了本***的冷却水开关功能，同时串联的电磁流量计实时监测冷却水流量，改变第一控制阀的开度可实现调节流量大小的功能，从而模拟斯特林发动机冷却水***实际工作的环境和压力条件。本***具有操作灵活、可重复性好及可靠性高等特点，能够满足环状冷却器水侧流阻的研究测试要求。

进一步优选地，还包括过滤组件，所述过滤组件沿水流方向安装于所述冷却水回路并设于所述第一控制阀的后端。

本技术方案中，过滤组件可将环状冷却器前端的冷却水内的杂质进行阻挡，有效避免检测过程中，冷却水回路上的杂质等进入环状冷却器而影响环状冷却器的流阻测量数据的科学性。

进一步优选地，还包括温度计，所述温度计沿水流方向安装于所述冷却水回路并设于所述第一控制阀的后端。

本技术方案中，还可通过温度计测试环状冷却器的前端冷却水的温度，从而实现不同水温的冷却水的流阻测量，为斯特林发动机的冷却水的最适温度提供实验依据，从而保证斯特林发动机的冷却***的工作效率。

进一步优选地，所述环状冷却器为透明环状冷却器，所述测试台为透明测试台；和/或，所述冷却水为有色冷却水。

本技术方案中，可直观观察实际工况下冷却水于环状冷却器的水流分布和充满率，为环状冷却器的进一步优化设计提供试验依据。

进一步优选地，还包括用于与所述蓄水池进行热交换的海水热交换***，所述海水热交换***设有控制流向所述蓄水池的海水流量的第二控制阀。

本技术方案中，通过调节第二控制阀的开度以调节冷却水的温度，从而实现不同温度的冷却水的流阻数据，为斯特林发动机的冷却水的最适温度提供实验依据，从而保证斯特林发动机的冷却***的工作效率。

本发明提供的一种斯特林发动机用冷却器流阻测试装置及***，能够带来以下至少一种有益效果：

1、本发明中，测试台具有操作灵活、可重复性好及可靠性高等特点，能够满足环状冷却器水侧流阻的研究测试要求。通过本发明的测试台可模拟斯特林发动机实际工作条件，测试研究斯特林发动机环状冷却器在工况下的实际水侧流阻情况(通过设置于第一测试位的第一压力传感器和设置于第二测试位的第二压力传感器所测得压差)，为环状冷却器的进一步优化设计提供试验数据支持。

2、本发明中，本***简化了斯特林发动机机身，仅保留冷却水流道关联部分及其密封结构；取消原机身上的工质密封结构，从而在确保实验数据的科学性的前提下，简化了环状冷却器测试的繁琐度和结构复杂性；通过第一压力传感器和第二压力传感器实现了环状冷却器前后端的压力差值的获取，从而得到环状冷却器的流阻数据，为环状冷却器的进一步优化设计提供试验数据支持。第一控制阀可调节冷却水回路的水流量，实现了本***的冷却水开关功能，同时串联的电磁流量计实时监测冷却水流量，改变第一控制阀的开度可实现调节流量大小的功能，从而模拟斯特林发动机冷却水***实际工作的环境和压力条件。本***具有操作灵活、可重复性好及可靠性高等特点，能够满足环状冷却器水侧流阻的研究测试要求。

3、本发明中，环状冷却器和测试台透明设计，且本***所用冷水为有色冷却水；从而实现直观观察实际工况下冷却水于环状冷却器的水流分布和充满率，为环状冷却器的进一步优化设计提供试验依据。更优的，通过调整海水中用于与蓄水池进行热交换的海水量，从而实现不同温度下的冷却水的流阻数据，为环状冷却器和斯特林发动机的冷却***的进一步优化设计提供试验数据支持。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对斯特林发动机用冷却器流阻测试装置及***的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明的斯特林发动机用冷却器流阻测试装置一种实施例结构示意图；

图2是图1的局部剖面结构示意图；

图3是本发明的斯特林发动机用冷却器流阻测试***的一种实施例结构示意图。

附图标号说明：

11.测试台，111.安装位，12.进水管路，121.第一测试位，13.出水管路，131.第二测试位，14.安装座，141.安装孔，2.第一控制阀，3.流量计，4.环状冷却器，5.缸套，6.循环泵，7.第一压力传感器，8.第二压力传感器，9.过滤组件，101.温度计。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在实施例一中，如图1和2所示，一种斯特林发动机用冷却器流阻测试装置，包括：用于安装环状冷却器4的测试台11，测试台11设有用于与环状冷却器4的进水口的流体连通的进水管路12，测试台11设有用于与环状冷却器4的出水口的流体连通的出水管路13；进水管路12靠近进水口的位置设有用于安装第一压力传感器7的第一测试位121；出水管路13靠近出水口的位置设有用于安装第二压力传感器8的第二测试位131。本发明的测试台11具有操作灵活、可重复性好及可靠性高等特点，能够满足环状冷却器4水侧流阻的研究测试要求。通过本发明的流阻测试装置可模拟斯特林发动机实际工作条件(测试台11与斯特林发动机位于冷却器的结构相同)，测试研究斯特林发动机环状冷却器4在工况下的实际水侧流阻情况(通过设置于第一测试位121的第一压力传感器7和设置于第二测试位131的第二压力传感器8所测得压差)，为环状冷却器4的进一步优化设计提供试验数据支持。

在实施例二中，如图1和2所示，在实施例一的基础上，测试台11为中空筒体，中空筒体的内孔形成环状冷却器4的安装位111；内孔与环状冷却器4同轴设置；进水口和出水口均设置于环状冷却器4的侧壁。在实际应用中，环状冷却器4沿轴线方向安装于测试台11的内孔处，并于环状冷却器4的内部套设缸套5(与缸套5结构相同，为缸套的仿制品)，从而实现缸套5与测试台11对环状冷却器4的夹持和固定，避免实验过程中出现进水口与进水管路12、出水口与出水管路13不对应的现象。当然，当环状冷却器4的进水口和出水口分设于两端面时，则此时安装位111的轴线方向与环状冷却器4的轴线也重叠，只是安装位111对应进水口和出水口位置的内壁面应优选为圆壁面，从而实现其与环状冷却器4的端面的贴合。当进水口和出水口一个设置于端面而一个设置于壁面时，则可通过更改进水管路12和出水管路13的角度即可，具体可根据环状冷却器4的形状进行选择。

在实施例三中，如图如图1和2所示，在实施例一或二的基础上，测试台11为透明测试台；环状冷却器4为透明环状冷却器；进水管路12和出水管路13为钢材。值得说明的是，环状冷却器4可为全透明环状冷却器，也可为仅仅外壁面为透明壁面的环状冷却器4。进一步优选地，环状冷却器4的上端盖和下端盖优选为透明上端盖和透明下端盖，这样可从环状冷却器4的各个角度观察冷却水于环状冷却器4内的分布情况和布满情况，非常的直观且易于实现，当然，为了便于观察，冷却水可为有色冷却水，从而一目了然。优选地，第一压力传感器7和第一测试位121可拆式连接，第二压力传感器8和第二测试位131可拆式连接。在实际应用中，可拆卸方式可为螺栓螺孔、螺丝螺孔、也可为卡扣连接、凹凸配合连接等等。优选地，还包括用于安装测试台11的安装座14，为了避免实验过程中，测试台11出现振动而影响测试台11与环状冷却器4的对准(进水口与进水管路12、出水口与出水管路13)，通过安装座14实现对测试台11的固定，如在安装座14的四个边角处分别设置有安装孔141，可通过连接件贯穿安装孔141而实现对测试台11的固定安装。

在实施例四中，如图1-3所示，一种斯特林发动机用冷却器流阻测试***，包括：上述任意一项所述的斯特林发动机用冷却器流阻测试装置、蓄水池、第一控制阀2、流量计3、环状冷却器4、缸套5、循环泵6、第一压力传感器7和第二压力传感器8；斯特林发动机用冷却器流阻测试装置包括用于安装环状冷却器4的测试台11，测试台11设有用于与环状冷却器4的进水口流体连通的进水管路12，测试台11设有用于与环状冷却器4的出水口流体连通的出水管路13；进水管路12靠近进水口的位置设有用于安装第一压力传感器7的第一测试位121；出水管路13靠近出水口的位置设有用于安装第二压力传感器8的第二测试位131；缸套5设于环状冷却器4的内部，使得环状冷却器4夹设于缸套5和测试台11之间；进水管路12、环状冷却器4、出水管路13和蓄水池形成冷却水回路；冷却水回路设有循环泵6，使得冷却水于冷却水回路循环流通；进水管路12沿水流方向依次设有第一控制阀2、流量计3和第一压力传感器7。

在实际应用中，通过第一压力传感器7和第二压力传感器8实现了环状冷却器4前后端的压力差值的获取，从而得到环状冷却器4的流阻数据，为环状冷却器4的进一步优化设计提供试验数据支持；通过第一控制阀2调节冷却水回路的水流量，实现了本***的冷却水开关功能，同时串联的流量计3实时监测冷却水流量，改变第一控制阀2的开度可实现调节流量大小的功能，从而模拟斯特林发动机冷却水***实际工作的环境和压力条件；本***具有操作灵活、可重复性好及可靠性高等特点，能够满足环状冷却器4水侧流阻的研究测试要求。

在实施例五中，如图1-3所示，在实施例四的基础上，测试台11为中空筒体，中空筒体的内孔形成环状冷却器4的安装位111；内孔与环状冷却器4同轴设置；进水口和出水口均设置于环状冷却器4的侧壁。在实际应用中，环状冷却器4沿轴线方向安装于测试台11的内孔处，并于环状冷却器4的内部套设缸套5(与缸套5结构相同，为缸套5的仿制品)，从而实现缸套5与测试台11对环状冷却器4的夹持和固定，避免实验过程中出现进水口与进水管路12、出水口与出水管路13不对应的现象。当然，当环状冷却器4的进水口和出水口分设于两端面时，则此时安装位111的轴线方向与环状冷却器4的轴线也重叠，只是安装位111对应进水口和出水口位置的内壁面应优选为圆壁面，从而实现其与环状冷却器4的端面的贴合。当进水口和出水口一个设置于端面而一个设置于壁面时，则可通过更改进水管路12和出水管路13的角度即可，具体可根据环状冷却器4的形状进行选择。

在实施例六中，如图1-3所示，在实施例四或五的基础上，测试台11为透明测试台；环状冷却器4为透明环状冷却器；进水管路12和出水管路13为钢材。值得说明的是，环状冷却器4可为全透明环状冷却器，也可为仅仅外壁面为透明壁面的环状冷却器4。进一步优选地，环状冷却器4的上端盖和下端盖优选为透明上端盖和透明下端盖，这样可从环状冷却器4的各个角度观察冷却水于环状冷却器4内的分布情况和布满情况，非常的直观且易于实现，当然，为了便于观察，冷却水可为有色冷却水，从而一目了然。优选地，第一压力传感器7和第一测试位121可拆式连接，第二压力传感器8和第二测试位131可拆式连接。在实际应用中，可拆卸方式可为螺栓螺孔、螺丝螺孔、也可为卡扣连接、凹凸配合连接等等。优选地，还包括用于安装测试台11的安装座14，为了避免实验过程中，测试台11出现振动而影响测试台11与环状冷却器4的对准(进水口与进水管路12、出水口与出水管路13)，通过安装座14实现对测试台11的固定，如在安装座14的四个边角处分别设置有安装孔141，可通过连接件贯穿安装孔141而实现对测试台11的固定安装。

在实施例七中，如图1-3所示，在实施例四、五或六的基础上，还包括过滤组件9，过滤组件9沿水流方向安装于冷却水回路并设于第一控制阀2的后端。过滤组件9可为可拆装于进水管路12上的过滤网，或者为Y型过滤器等。优选地，还包括温度计101，温度计101沿水流方向安装于冷却水回路并设于第一控制阀2的后端。优选地，温度计101设置于过滤组件9和第一控制阀2之间，且循环泵6设置于蓄水池的出水端。优选地，还包括用于与蓄水池进行热交换的海水热交换***，海水热交换***设有控制流向蓄水池的海水流量的第二控制阀。在实际应用中，蓄水池为一封闭腔室，因此海水通过于蓄水池的外侧壁流通而实现海水与冷却水的热交换，进而保证进入到环状冷却器4的冷却水的温度的稳定性，当然，实际应用中，海水和冷却水也可通过换热器进行换热。因此，可通过控制海水的流速来实现冷却水的温度的控制，因此，在实际应用中，可通过调节第二控制阀的开度来实现不同冷却水的温度的流阻性能的测试，从而确定冷却水的循环温度。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种斯特林发动机用冷却器流阻测试装置，其特征在于，包括：

用于安装环状冷却器的测试台、蓄水池，以及用于与所述蓄水池进行热交换的海水热交换***；

所述测试台设有用于与所述环状冷却器的进水口流体连通的进水管路，所述测试台设有用于与所述环状冷却器的出水口流体连通的出水管路；

所述进水管路靠近所述进水口的位置设有用于安装第一压力传感器的第一测试位；

所述出水管路靠近所述出水口的位置设有用于安装第二压力传感器的第二测试位；

所述进水管路、所述环状冷却器、所述出水管路和所述蓄水池形成冷却水回路，所述海水热交换***设有控制流向所述蓄水池的海水流量的第二控制阀。

2.根据权利要求1所述的斯特林发动机用冷却器流阻测试装置，其特征在于：

所述测试台为中空筒体，所述中空筒体的内孔形成所述环状冷却器的安装位；所述内孔与所述环状冷却器同轴设置；

所述进水口和所述出水口均设置于所述环状冷却器的侧壁。

3.根据权利要求1所述的斯特林发动机用冷却器流阻测试装置，其特征在于：

所述测试台为透明测试台；所述环状冷却器为透明环状冷却器。

4.根据权利要求1所述的斯特林发动机用冷却器流阻测试装置，其特征在于所述第一压力传感器和所述第一测试位可拆式连接，所述第二压力传感器和所述第二测试位可拆式连接。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的斯特林发动机用冷却器流阻测试装置，

其特征在于，还包括：

用于安装所述测试台的安装座。

6.一种斯特林发动机用冷却器流阻测试***，其特征在于，包括：

斯特林发动机用冷却器流阻测试装置、第一控制阀、流量计、环状冷却器、缸套、循环泵、第一压力传感器和第二压力传感器；

所述斯特林发动机用冷却器流阻测试装置包括用于安装所述环状冷却器的测试台、蓄水池，以及用于与所述蓄水池进行热交换的海水热交换***，所述测试台设有用于与所述环状冷却器的进水口流体连通的进水管路，所述测试台设有用于与所述环状冷却器的出水口流体连通的出水管路；所述进水管路靠近所述进水口的位置设有用于安装所述第一压力传感器的第一测试位；所述出水管路靠近所述出水口的位置设有用于安装所述第二压力传感器的第二测试位；所述海水热交换***设有控制流向所述蓄水池的海水流量的第二控制阀；

所述缸套设于所述环状冷却器的内部，使得所述环状冷却器夹设于所述缸套和所述测试台之间；

所述进水管路、所述环状冷却器、所述出水管路和所述蓄水池形成冷却水回路；所述冷却水回路设有所述循环泵，使得冷却水于所述冷却水回路循环流通；

所述进水管路沿水流方向依次设有所述第一控制阀、所述流量计和所述第一压力传感器。

7.根据权利要求6所述的斯特林发动机用冷却器流阻测试***，其特征在于，还包括：

过滤组件，所述过滤组件沿水流方向安装于所述冷却水回路并设于所述第一控制阀的后端。

8.根据权利要求6所述的斯特林发动机用冷却器流阻测试***，其特征在于，还包括：

温度计，所述温度计沿水流方向安装于所述冷却水回路并设于所述第一控制阀的后端。

9.根据权利要求6所述的斯特林发动机用冷却器流阻测试***，其特征在于：

所述环状冷却器为透明环状冷却器，所述测试台为透明测试台；和/或，所述冷却水为有色冷却水。