CN111238762A - 一种结冰风洞用喷嘴地面试验平台 - Google Patents

一种结冰风洞用喷嘴地面试验平台 Download PDF

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赵维明
郭龙
王梓旭
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Abstract

本发明适用于结冰风洞技术领域，提供了一种结冰风洞用喷嘴地面试验平台，包括供水***、供气***、喷嘴组件，所述供气***包括第一路供气***和第二路供气***，所述第一路供气***与所述喷嘴组件连接，所述第一路供气***向所述喷嘴组件提供气流量；所述供水***包括调压水缸，所述第二路供气***与所述调压水缸相连，所述供水***向所述喷嘴组件提供水流量。因此，可以通过调节第二路供气***的气压来达到微调水压的目的。

Description

一种结冰风洞用喷嘴地面试验平台
技术领域
本发明属于结冰风洞技术领域，尤其涉及一种结冰风洞用喷嘴地面试验平台。
背景技术
3米×2米结冰风洞是风洞开展结冰试验的主要设备之一，其包含1000个独立雾化喷嘴，用于产生试验所需的结冰云雾。结冰风洞用喷嘴地面试验平台的主要用途是对喷雾***中的单个喷嘴进行标定，其目的一是在初次安装前对喷嘴的平均水滴直径、喷雾锥角、一致性等参数进行逐一校准，为风洞试验段的云雾均匀性提供保障；二是在风洞使用中，对喷嘴进行定期检测，更换因长期使用而腐蚀的破损喷嘴，确保风洞云雾场的良好品质。
结冰风洞用喷嘴地面试验平台立足于3米×2米结冰风洞，需完全模拟喷雾水、气压力工况。
喷雾***的工作状态分为试验待命阶段和试验测量阶段两个部分。其中，试验待命阶段主要是使供水***、供气***达到试验所需压力值；试验测量阶段则是对试验时喷嘴所产生的云雾进行粒径测量分析。试验测量阶段的时间较短，喷雾***主要处于试验待命阶段，因此，要求供水***、供气***处于一个压力恒定的状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结冰风洞用喷嘴地面试验平台，旨在解决现有技术中供水***、供气***的压力不易精确控制的技术问题。
本发明是这样实现的，一种结冰风洞用喷嘴地面试验平台，包括供水***、供气***、喷嘴组件，所述供气***包括第一路供气***和第二路供气***，所述第一路供气***与所述喷嘴组件连接，所述第一路供气***向所述喷嘴组件提供气流量；所述供水***包括调压水缸，所述第二路供气***与所述调压水缸相连，所述供水***向所述喷嘴组件提供水流量。因此，可以通过调节第二路供气***的气压来达到微调水压的目的。
还包括结构主体，所述结构主体的顶部包括X向轨道和Y向轨道，Z向升降轨道安装在所述X向轨道上，所述喷嘴组件安装在所述Z向升降轨道的末端。因此，可实现喷嘴组件的XYZ三个方向的移动。
所述喷嘴组件包括喷嘴和喷嘴架，所述喷嘴架包括上连接体和下连接体，其中，所述上连接体用于与所述Z向升降轨道的末端连接，所述下连接体用于与所述喷嘴连接。通过该喷嘴架的设置，提供了适合于多种不同类型喷嘴的通用接口，方便更换不同类型的喷嘴进行测试。
所述第一路供气***包括多条第一条支路、第1蓄能罐充气，所述多条第一支路包括第1电磁阀和喷管，通过所述多条第一支路向所述第1蓄能罐充气。
每条第一支路中，喷管中的喉道直径不相等，因此，可以方便地限制供气速度，气压过低时可以打开大尺寸喉道对应的第1电磁阀使供气加快，当气压相差不大时只打开小尺寸喉道对应的第1电磁阀进行供气，从而达到一个供气流量平衡稳定的状态。
所述第二路供气***包括多条第二支路、第2蓄能罐充气，所述多条第二支路包括第2电磁阀和喷管，通过所述多条第二支路向所述第2蓄能罐充气。
每条第二支路中，喷管中的喉道直径不相等，因此，可以方便地限制供气速度，气压过低时可以打开大尺寸喉道对应的第4电磁阀使供气加快，当气压相差不大时只打开小尺寸喉道对应的第4电磁阀进行供气，从而达到一个供气流量平衡稳定的状态。
所述调压水缸中具有滑块、进气口、余气排放口、充水口、出水口，所述进气口、所述余气排放口位于所述滑块的一侧，所述充水口、所述出水口位于所述滑块的另一侧，所述滑块上设置有薄膜，通过所述滑块将调压水缸中的压缩空气与水分隔开，从而可以通过调节气压来达到微调水压的目的。
所述进气口与所述第2蓄能罐的出气口相连。
所述调压水缸的水容量设置为大容量，因此，可以补偿电磁阀打开瞬间的压力波动。
本发明相对于现有技术的技术效果是：
1、可以通过调节气压来达到微调水压的目的，实现了水压的稳定调节；
2、喷嘴组件可以在XYZ三个方向的移动，方便测试；
3、喷嘴架的设置，提供了适合于多种不同类型喷嘴的通用接口，方便更换不同类型的喷嘴进行测试；
4、每条第一支路、第二支路中，喷管中的喉道直径不相等，因此，可以方便地限制供气速度，气压过低时可以打开大尺寸喉道对应的电磁阀使供气加快，当气压相差不大时只打开小尺寸喉道对应的电磁阀进行供气，从而达到一个供气流量平衡稳定的状态，实现了气压和水压的稳定调节。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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。
图1是本发明实施例提供结冰风洞用喷嘴地面试验平台的结构示意图；
图2是结构主体的结构示意图；
图3是喷嘴组件的结构示意图；
图4是***工作流程图；
图5是调压水缸的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示为结冰风洞用喷嘴地面试验平台的结构示意图，结冰风洞用喷嘴地面试验平台包括结构主体1、供水***2、供气***3、抽排气***、喷嘴组件5、压力控制监测***、云雾测试设备4；
在进行试验时，供水***2向喷嘴组件5提供水流量，供气***3向喷嘴组件5提供气流量，供水***2、供气***3配有相应的压力测量控制***；
压力控制监测***用于对供水***2的水压和供气***3的气压进行调节控制，采用PLC控制器进行集中控制，使用工控机对水压数据、气压数据进行实时监测控制；
抽排气***用于防止结冰风洞用喷嘴地面试验平台中空气回流对云雾测量区产生影响，因此，需要抽排气***的排气流量大于喷嘴组件5的喷气量；
云雾测试设备4包括PDI测量仪和马尔文测量仪，用于对产生的云雾水滴粒径等参数进行测量。云雾测试设备4需要配套的支撑装置，方便云雾测试设备4的安装与测量。
如图2所示为结构主体的结构示意图，结构主体1是喷雾台的核心，是试验开展及测量区域，所有的配套***都围绕结构主体1展开。
结构主体1采用框架结构，利用铝型材做骨架，墙面由透光性能优良的光学玻璃组成，通过玻璃门进入室内；
结构主体1的顶部包括X向轨道6和Y向轨道7，Z向升降轨道8安装在X向轨道6上，喷嘴组件5安装在Z向升降轨道8的末端，通过X向轨道6、Y向轨道7、Z向升降轨道8，即可实现喷嘴组件5的XYZ三个方向的移动；
如图3所示为喷嘴组件5的结构示意图，喷嘴组件5包括喷嘴(未图示)和喷嘴架5-1，喷嘴架5-1包括上连接体9和下连接体10，其中，上连接体9用于与Z向升降轨道8的末端连接，下连接体10用于与喷嘴连接；Z向升降轨道8内设置有供气管11和供水管12，供气管11和供水管12与上连接体9连接，上连接体9和下连接体10中均具有内部通道，可以将供气管11和供水管12中的水流和气流引导至喷嘴。通过该喷嘴架的设置，提供了适合于多种不同类型喷嘴的通用接口，方便更换不同类型的喷嘴进行测试。
如图4所示为***工作流程图。
对于供气***而言，空气经过空压机、截止阀、过滤器后分为第一路供气***3-1和第二路供气***3-2，第一路供气***3-1中，通过第1电磁阀加喷管形式向第1蓄能罐充气，具体地，通过多条第一支路的第1电磁阀加喷管形式向第1蓄能罐充气，图4所示包括三条第一支路的第1电磁阀加喷管，其中，每条第一支路中喷管中的喉道直径不相等；将每条第一支路中喷管中的喉道直径设置为不相等，主要是用于限制供气速度，气压过低时可以打开大尺寸喉道对应的第1电磁阀使供气加快，当气压相差不大时只打开小尺寸喉道对应的第1电磁阀进行供气，从而达到一个供气流量平衡稳定的状态。
第1蓄能罐上配置有压力传感器，用于检测第1蓄能罐中的气体压力，优选地，所述的压力传感器为压力表；第1蓄能罐上还配置第2电磁阀，第1蓄能罐通过第2电磁阀与大气连通。
当检测到第1蓄能罐中的气体压力过低时，打开第1电磁阀使压缩空气充入到第1蓄能罐中，当第1蓄能罐中的气体压力过高时，关闭第1电磁阀，将第2电磁阀打开，以泄放压力。
当第1蓄能罐中的气体压力达到设定值时，等待启动喷雾命令。空气经过第1蓄能罐的出气口，通过空气流量计、第3电磁阀后，到达喷嘴。
第二路供气***3-2中，通过第4电磁阀加喷管形式向第2蓄能罐充气，具体地，通过多条第二支路的第4电磁阀加喷管形式向第2蓄能罐充气，图4所示包括三条第二支路的第4电磁阀加喷管，其中，每条第二支路中喷管中的喉道直径不相等；将每条第二支路中喷管中的喉道直径设置为不相等，同样是用于限制供气速度，气压过低时可以打开大尺寸喉道对应的第4电磁阀使供气加快，当气压相差不大时只打开小尺寸喉道对应的第4电磁阀进行供气，从而达到一个供气流量平衡稳定的状态。
第2蓄能罐上同样配置有压力传感器，用于检测第2蓄能罐中的气体压力，优选地，所述的压力传感器为压力表；第2蓄能罐上还配置第5电磁阀，第2蓄能罐通过第5电磁阀与大气连通。
当检测到第2蓄能罐中的气体压力过低时，打开第5电磁阀使压缩空气充入到第2蓄能罐中，当第2蓄能罐中的气体压力过高时，关闭第4电磁阀，将第5电磁阀打开，以泄放压力。
第2蓄能罐的出气口与调压水缸的进气口相连，因此，可以通过调节第二路供气***的气压来达到微调水压的目的。
对于供水***而言，首先将自来水送入软水机中进行软化，软化过后的水存入纯水箱中，纯水箱的出水口依次连接截止阀、水泵、单向阀、过滤器、第6电磁阀、调压水缸，通过水泵抽水给调压水缸充水。
如图5所示为调压水缸的结构示意图，调压水缸上设置有进气口13，该进气口13与第2蓄能罐的出气口相连；调压水缸上还设置有余气排放口14，在向调压水缸内充水时，水面上方的气体可通过余气排放口14返回到纯水箱中；调压水缸上还设置有出水口16，出水口16通过水流量计和第8电磁阀后与喷嘴相连；调压水缸上还设置有充水口15，水泵抽的水通过充水口15给调压水缸充水。
调压水缸中还具有滑块18，滑块18上设置有薄膜7，进气口13、余气排放口14位于滑块18的一侧，充水口15、出水口16位于滑块18的另一侧，因此，通过滑块18将压缩空气与水分隔开，从而可以通过调节气压来达到微调水压的目的。
同时，将调压水缸的水容量设置为大容量，因此可以补偿第8电磁阀打开瞬间的压力波动。
当调压水缸水量少于设定值时，第6电磁阀打开，水泵给调压水缸补充水，当水量达到设定上限值时，关闭水泵及第6电磁阀，停止补水。供水***工作水压由供气***的第二路供气***3-2来控制，第二路供气***3-2通过压力和流量调节后进入调压水缸，压缩空气与水通过一个带薄膜的滑块隔开，从而可以通过调节气压来达到微调水压的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种结冰风洞用喷嘴地面试验平台，其特征在于，包括供水***、供气***、喷嘴组件，所述供气***包括第一路供气***和第二路供气***，所述第一路供气***与所述喷嘴组件连接，所述第一路供气***向所述喷嘴组件提供气流量；所述供水***包括调压水缸，所述第二路供气***与所述调压水缸相连，所述供水***向所述喷嘴组件提供水流量。
2.如权利要求1所述的一种结冰风洞用喷嘴地面试验平台，其特征在于，还包括结构主体，所述结构主体的顶部包括X向轨道和Y向轨道，Z向升降轨道安装在所述X向轨道上，所述喷嘴组件安装在所述Z向升降轨道的末端。
3.如权利要求2所述的一种结冰风洞用喷嘴地面试验平台，其特征在于，所述喷嘴组件包括喷嘴和喷嘴架，所述喷嘴架包括上连接体和下连接体，其中，所述上连接体用于与所述Z向升降轨道的末端连接，所述下连接体用于与所述喷嘴连接。
4.如权利要求1所述的一种结冰风洞用喷嘴地面试验平台，其特征在于，所述第一路供气***包括多条第一条支路、第1蓄能罐充气，所述多条第一支路包括第1电磁阀和喷管，通过所述多条第一支路向所述第1蓄能罐充气。
5.如权利要求4所述的一种结冰风洞用喷嘴地面试验平台，其特征在于，每条第一支路中，喷管中的喉道直径不相等。
6.如权利要求1所述的一种结冰风洞用喷嘴地面试验平台，其特征在于，所述第二路供气***包括多条第二支路、第2蓄能罐充气，所述多条第二支路包括第2电磁阀和喷管，通过所述多条第二支路向所述第2蓄能罐充气。
7.如权利要求6所述的一种结冰风洞用喷嘴地面试验平台，其特征在于，每条第二支路中，喷管中的喉道直径不相等。
8.如权利要求6所述的一种结冰风洞用喷嘴地面试验平台，其特征在于，所述调压水缸中具有滑块、进气口、余气排放口、充水口、出水口，所述进气口、所述余气排放口位于所述滑块的一侧，所述充水口、所述出水口位于所述滑块的另一侧，所述滑块上设置有薄膜，通过所述滑块将调压水缸中的压缩空气与水分隔开。
9.如权利要求8所述的一种结冰风洞用喷嘴地面试验平台，其特征在于，所述进气口与所述第2蓄能罐的出气口相连。
10.如权利要求1所述的一种结冰风洞用喷嘴地面试验平台，其特征在于，所述调压水缸的水容量设置为大容量。
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