CN111397906A - 一种热气机动力***综合试验台及试验方法 - Google Patents

一种热气机动力***综合试验台及试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种热气机动力***综合试验台包括：待测动力***，待测动力***包括起动电机、热气机以及若干个子动力模块；测试***，测试***包括测功机和联轴器；控制***，控制***包括发动机控制端和测功机控制端。上述综合试验台的试验方法，包括步骤：测试***工作在静止状态下，测定待测动力***的起动性能；测试***工作从静止状态切换到运行状态，测定待测动力***的子动力模块性能；通过测功机控制端对测功机进行恒转速调节，测定待测动力***的输出特性。该方案不仅能够对斯特林发动机动力***的起各个子***进行测试，使得测试结果更全面、更精准，还能够方便对热气机和各个子***进行更换测试，有利于多次试验。

Description

一种热气机动力***综合试验台及试验方法
技术领域
本发明涉及热气机技术领域，尤指一种热气机动力***综合试验台及试验方法。
背景技术
热气机是一种外燃式封闭循环往复活塞式热力发动机。与内燃机相比，热气机具有燃料适应范围广、噪音低、维护保养费用低、输出功率稳定等特点。随着能源危机和环境污染的问题日益显现，基于热气机对能源的广泛适应性和优异的环境特性，人们恢复了对热气机的兴趣。
热气机是外燃机，燃料在活塞外部连续燃烧，为热气机提供能量，因此其火焰的温度、形状对斯特林发动的性能有重要的影响；热气机一般需要在外力作用下逐步建立起斯特林循环，此力量过大则可能损坏传动机构，过小则循环建立较慢，造成发动机起动缓慢，不能适应动力迅速变化的要求；冷却性能直接影响发动机的效率，所以需要研究冷却水对热气机的影响程度，以便进行优化改进设计；控制***能够展示热气机的性能，同时一个良好的控制***可以简化发动机的设计，也是衡量发动机性能的重要参考点。
现有的试验平台大多只针对热气机动力***的一个或部分子***进行测试，造成测试结果不全面，不能真实反映实际应用数据，且若针对各个子***分别建立热气机子***试验台，会造成试验成本过高，不利于对热气机和各个子***进行更换测试。
发明内容
本发明的目的是提供一种热气机动力***综合试验台，能够对斯特林发动机动力***的起各个子***进行测试，使得测试结果更全面、更精准，一种热气机动力***综合试验台的试验方法，能够方便对热气机和各个子***进行更换测试，有利于多次试验。
本发明提供的技术方案如下：
本发明提供一种热气机动力***综合试验台，包括：
待测动力***，所述待测动力***包括起动电机、热气机以及若干个子动力模块；
测试***，所述测试***包括测功机和联轴器；
控制***，所述控制***包括发动机控制端和测功机控制端；
其中，所述起动电机和若干个所述子动力模块均与所述热气机连接；
所述热气机还通过所述联轴器与所述测功机连接；
所述测功机控制端与所述测功机连接，用于控制所述测功机的起停；
所述发动机控制端分别与所述起动电机、所述热气机以及若干个所述子动力模块连接，用于控制所述待测动力***的运行。
通过将起动电机和子动力模块的输出端与热气机的输入端连接，将热气机的输出端通过联轴器与测功机的输入端连接，能够对起动电机的起动性能以及各个子动力模块的性能进行测试，使得测试结果更全面、更精准，同时，还能够方便对热气机和各个子***进行更换测试，有利于减小试验成本，且方便进行多次试验。
进一步地，所述子动力模块包括：
燃烧模块，用于所述待测动力***的热能供应；
冷却模块，用于所述待测动力***的冷却；
工质模块，用于所述待测动力***热能和机械能的转换；
所述燃烧模块、所述冷却模块以及工质模块并联连接在所述热气机和所述发动机控制端之间。
通过将子动力模块分为燃烧模块、冷却模块和工质模块，能够对热气机动力***的燃烧特性、冷却特性和工质特性进行测试，使得测试结果更全面。
进一步地，所述测试***还包括传感器模块；
所述传感器模块安装在所述联轴器上，且所述传感器模块与所述发动机控制端连接，将所述联轴器上采集的测试数据传输至所述发动机控制端。
通过在联轴器上安装传感器模块，能够对试验结果进行检测，并将检测结果发送至发动机控制端，从而便于对待测动力***的性能进行分析。
进一步地，所述控制***还包括监测控制端，所述监测控制端与所述发动机控制端连接，用于对所述发动机控制端的测试进行监控。
通过设置监测控制端，能够对发动机控制端进行监控，从而对待测动力***的性能参数进行监控并显示出来，监测控制端可以为PC机，由主界面、***运行、参数数据、控制操作、历史趋势和报警记录等6个部分组成，是操作人员与发动机进行人机对话的窗口，发动机的运行参数设置也是通过此界面进行设置，通过点选各功能页面可直接切换至所需页面。如主界面显示当前发动机的主要性能参数，包括功率，电流，温度和压力等；历史趋势可以查看发动机各个参数的运行趋势，可以用作寿命统计分析；报警记录主要记录发动机参数信息和警报类型，方便分析故障。
另外，本发明还提供一种基于上述热气机动力***综合试验台的试验方法，包括步骤：
S1、所述测试***工作在静止状态下，通过所述发动机控制端控制所述起动电机起停，测定所述待测动力***的起动性能；
S2、所述测试***工作从静止状态切换到运行状态，测定所述待测动力***的子动力模块性能；
S3、通过所述测功机控制端对所述测功机进行恒转速调节，测定所述待测动力***的输出特性。
通过对待测动力***的起动性能、各个子动力模块的性能、输出特性以及运行步骤进行性能测试，能够使待测动力***的性能检测更全面，同时，还能够方便对热气机和各个子***进行更换测试，有利于减小试验成本，且方便进行多次试验。
进一步地，步骤测定所述待测动力***的起动性能，具体包括：
调节所述热气机的工质压力，对所述起动电机的电流、电压、功率、转速、拖动时间进行测试。
通过对待测动力***的起动性能进行测试，能够验证起动电机与设计选型的可行性，从而便于合理的确定待测动力***的起动工质压力和拖动温度。
进一步地，步骤测定所述待测动力***的子动力模块性能的具体步骤为：
将所述测试***工作在静止状态；
所述发动机控制端控制所述待测动力***的燃烧模块工作；
通过调节所述燃烧模块的空燃比，测量所述热气机的点火情况、火焰分布情况以及尾气中的氧气含量，从而获得所述待测动力***在不同空燃比下的燃烧性能；
将所述测试***工作从静止状态切换到运行状态；
通过所述发动机控制端控制所述热气机运行在不同的工况下；
测量所述热气机的冷却水进出口的温度和流量，从而获得所述待测动力***在不同工况下的冷却性能。
进一步地，测定所述待测动力***的输出特性，具体包括：
通过所述发动机控制端控制所述热气机运行在最高管壁温度和最高工质压力条件下，获得所述热气机的最大转矩；
调节所述热气机的工况，获得所述待测动力***在不同工况下的输出特性。
进一步地，还包括对所述发动机控制端进行标定，具体为对所述待测动力***的起动工质压力、点火阀位、点火时间、起动管壁温度、运行阀位和管壁温度的控制参数进行标定。
进一步地，还包括对所述待测动力***的运行步骤进行性能测试，具体步骤为：
将所述待测动力***和所述测试***均工作在运行状态；
通过所述发动机控制端和所述测功机控制端设定所述待测动力***的运行工况；
对所述待测动力***的运行步骤进行性能测试。
对待测动力***的运行步骤进行性能测试，包括对待测动力***的上电调试执行器阶段、联锁检查阶段、吹扫阶段、点火阶段、拖动阶段、爬坡阶段、运行阶段、停车阶段和复位阶段进行性能测试。
根据本发明提供的一种热气机动力***综合试验台及试验方法，通过将起动电机和子动力模块的输出端与热气机的输入端连接，将热气机的输出端通过联轴器与测功机的输入端连接，能够对起动电机的起动性能以及各个子动力模块的性能进行测试，使得测试结果更全面、更精准，同时，还能够方便对热气机和各个子***进行更换测试，有利于减小试验成本，且方便进行多次试验。
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，对本方案的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的整体流程示意图。
图中标号：11-起动电机；12-热气机；13-燃烧模块；14-冷却模块；15-工质模块；21-测功机；22-联轴器；23-传感器模块；31-发动机控制端；32-测功机控制端；33-监测控制端。
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。
实施例1
本发明的一个实施例，如图1所示，本发明提供一种热气机动力***综合试验台，包括待测动力***、测试***和控制***。
待测动力***包括起动电机11、热气机12以及若干个子动力模块；测试***包括测功机21和联轴器22；控制***包括发动机控制端31和测功机控制端32。
其中，起动电机11和若干个子动力模块均与热气机12连接，具体的，起动电机11和若干个子动力模块的输出端均与热气机12的输入端连接；热气机12还通过联轴器22与测功机21连接，具体的，热气机12的输出端通过联轴器22与测功机21的输入端连接；使得测功机21能够对热气机12以及待测动力***的起动电机11、子动力模块的性能进行测试。
测功机控制端32与测功机21连接，用于控制测功机21的起停；发动机控制端31分别与起动电机11、热气机12和若干个子动力模块连接，用于控制待测动力***的运行。
进一步地，子动力模块包括燃烧模块13、冷却模块14和工质模块15；燃烧模块13用于待测动力***的热能供应；冷却模块14用于待测动力***的冷却；工质模块15用于待测动力***热能和机械能的转换；燃烧模块13、冷却模块14以及工质模块15并联连接在热气机12和发动机控制端31之间.
通过将子动力模块分为燃烧模块13、冷却模块14和工质模块15，能够对热气机动力***的燃烧特性、冷却特性和工质特性进行测试，使得测试结果更全面。
通过将起动电机11和子动力模块的输出端与热气机12的输入端连接，将热气机12的输出端通过联轴器22与测功机21的输入端连接，能够对起动电机11的起动性能以及各个子动力模块的性能进行测试，使得测试结果更全面、更精准，同时，还能够方便对热气机12和各个子动力***进行更换测试，有利于减小试验成本，且方便进行多次试验。
实施例2
本发明的一个实施例，如图1所示，在实施例1的基础上，测试***还包括传感器模块23；传感器模块23安装在联轴器22上，且传感器模块23的与发动机控制端31连接，使联轴器22上采集的测试数据传输至发动机控制端31。
通过在联轴器22上安装传感器模块23，能够对试验结果进行检测，并将检测结果发送至发动机控制端31，从而便于对待测动力***的性能进行分析。
进一步地，控制***还包括监测控制端33，监测控制端33与发动机控制端31连接，用于对发动机控制端31的测试进行监控。
通过设置监测控制端33，能够对发动机控制端31进行监控，从而对待测动力***的性能参数进行监控并显示出来，监测控制端33可以为PC机等，由主界面、***运行、参数数据、控制操作、历史趋势和报警记录等6个部分组成，是操作人员与发动机进行人机对话的窗口，发动机的运行参数设置也是通过此界面进行设置，通过点选各功能页面可直接切换至所需页面。如主界面显示当前发动机的主要性能参数，包括功率，电流，温度和压力等；历史趋势可以查看发动机各个参数的运行趋势，可以用作寿命统计分析；报警记录主要记录发动机参数信息和警报类型，方便分析故障。
实施例3
本发明的一个实施例，如图2所示，在实施例1或实施例2的基础上，本发明还提供一种基于上述热气机动力***综合试验台的试验方法，包括步骤：
S1、测试***工作在静止状态下，通过发动机控制端控制起动电机起停，测定待测动力***的起动性能。
步骤测定待测动力***的起动性能，具体包括：调节热气机的工质压力，对起动电机的电流、电压、功率、转速、拖动时间进行测试。
通过对待测动力***的起动性能进行测试，能够验证起动电机与设计选型的可行性，从而便于合理的确定待测动力***的起动工质压力和拖动温度。
S2、测试***工作从静止状态切换到运行状态，测定待测动力***的子动力模块性能。
S3、通过测功机控制端对测功机进行恒转速调节，测定待测动力***的输出特性。
测定待测动力***的输出特性，具体包括：通过发动机控制端控制热气机运行在最高管壁温度和最高工质压力条件下，获得热气机的最大转矩；调节热气机的工况，获得待测动力***在不同工况下的输出特性。
通过对待测动力***的起动性能、各个子动力模块的性能、输出特性以及运行步骤进行性能测试，能够使待测动力***的性能检测更全面、更精准，同时，还能够方便对热气机和各个子***进行更换测试，有利于减小试验成本，且方便进行多次试验。
实施例4
本发明的一个实施例，在实施例3的基础上，步骤测定待测动力***的子动力模块性能的具体步骤为：
将测试***工作在静止状态；发动机控制端控制待测动力***的燃烧模块工作；通过调节燃烧模块的空燃比，测量热气机的点火情况、火焰分布情况以及尾气中的氧气含量，从而获得待测动力***在不同空燃比下的燃烧性能。
将测试***工作从静止状态切换到运行状态；通过发动机控制端控制热气机运行在不同的工况下；测量热气机的冷却水进出口的温度和流量，从而获得待测动力***在不同工况下的冷却性能。
实施例5
本发明的一个实施例，在实施例3或实施例4的基础上，还包括对发动机控制端进行标定，具体为对待测动力***的起动工质压力、点火阀位、点火时间、起动管壁温度、运行阀位和管壁温度的控制参数进行标定。
进一步地，还包括对待测动力***的运行步骤进行性能测试，具体步骤为：
将待测动力***和测试***均工作在运行状态；通过发动机控制端和测功机控制端设定待测动力***的运行工况；对待测动力***的运行步骤进行性能测试。
对待测动力***的运行步骤进行性能测试，包括对待测动力***的上电调试执行器阶段、联锁检查阶段、吹扫阶段、点火阶段、拖动阶段、爬坡阶段、运行阶段、停车阶段和复位阶段进行性能测试。
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 (10)

1.一种热气机动力***综合试验台，其特征在于，包括：
待测动力***，所述待测动力***包括起动电机、热气机以及若干个子动力模块；
测试***，所述测试***包括测功机和联轴器；
控制***，所述控制***包括发动机控制端和测功机控制端；
其中，所述起动电机和若干个所述子动力模块均与所述热气机连接；
所述热气机还通过所述联轴器与所述测功机连接；
所述测功机控制端与所述测功机连接，用于控制所述测功机的起停；
所述发动机控制端分别与所述起动电机、所述热气机以及若干个所述子动力模块连接，用于控制所述待测动力***的运行。
2.根据权利要求1所述的一种热气机动力***综合试验台，其特征在于，所述子动力模块包括：
燃烧模块，用于所述待测动力***的热能供应；
冷却模块，用于所述待测动力***的冷却；
工质模块，用于所述待测动力***热能和机械能的转换；
所述燃烧模块、所述冷却模块以及工质模块并联连接在所述热气机和所述发动机控制端之间。
3.根据权利要求1所述的一种热气机动力***综合试验台，其特征在于：所述测试***还包括传感器模块；
所述传感器模块安装在所述联轴器上，且所述传感器模块与所述发动机控制端连接，将所述联轴器上采集的测试数据传输至所述发动机控制端。
4.根据权利要求1所述的一种热气机动力***综合试验台，其特征在于：所述控制***还包括监测控制端，所述监测控制端与所述发动机控制端连接，用于对所述发动机控制端的测试进行监控。
5.一种基于权利要求1-4任一所述的热气机动力***综合试验台的试验方法，其特征在于，包括步骤：
S1、所述测试***工作在静止状态下，通过所述发动机控制端控制所述起动电机起停，测定所述待测动力***的起动性能；
S2、所述测试***工作从静止状态切换到运行状态，测定所述待测动力***的子动力模块性能；
S3、通过所述测功机控制端对所述测功机进行恒转速调节，测定所述待测动力***的输出特性。
6.根据权利要求5所述的热气机动力***综合试验台的试验方法，其特征在于，步骤测定所述待测动力***的起动性能，具体包括：
调节所述热气机的工质压力，对所述起动电机的电流、电压、功率、转速、拖动时间进行测试。
7.根据权利要求5所述的热气机动力***综合试验台的试验方法，其特征在于，步骤测定所述待测动力***的子动力模块性能的具体步骤为：
将所述测试***工作在静止状态；
所述发动机控制端控制所述待测动力***的燃烧模块工作；
通过调节所述燃烧模块的空燃比，测量所述热气机的点火情况、火焰分布情况以及尾气中的氧气含量，从而获得所述待测动力***在不同空燃比下的燃烧性能；
将所述测试***工作从静止状态切换到运行状态；
通过所述发动机控制端控制所述热气机运行在不同的工况下；
测量所述热气机的冷却水进出口的温度和流量，从而获得所述待测动力***在不同工况下的冷却性能。
8.根据权利要求5所述的热气机动力***综合试验台的试验方法，其特征在于，测定所述待测动力***的输出特性，具体包括：
通过所述发动机控制端控制所述热气机运行在最高管壁温度和最高工质压力条件下，获得所述热气机的最大转矩；
调节所述热气机的工况，获得所述待测动力***在不同工况下的输出特性。
9.根据权利要求5所述的热气机动力***综合试验台的试验方法，其特征在于：还包括对所述发动机控制端进行标定，具体为对所述待测动力***的起动工质压力、点火阀位、点火时间、起动管壁温度、运行阀位和管壁温度的控制参数进行标定。
10.根据权利要求5所述的热气机动力***综合试验台的试验方法，其特征在于，还包括对所述待测动力***的运行步骤进行性能测试，具体步骤为：
将所述待测动力***和所述测试***均工作在运行状态；
通过所述发动机控制端和所述测功机控制端设定所述待测动力***的运行工况；
对所述待测动力***的运行步骤进行性能测试。
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