CN112345258B - 一种可精确移动测量喷雾流量的实验装置 - Google Patents

一种可精确移动测量喷雾流量的实验装置 Download PDF

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Abstract

一种可精确移动测量喷雾流量的实验装置，属于喷雾冷却和内燃机喷雾技术领域，其包含喷雾质量流量测量和测量液体收集装置。其中，喷雾质量流量测量装置固紧手轮能够通过固紧螺杆控制固定夹板来固定金属试管，Y向控制手轮能够通过Y向双线丝杠与Y向直线轴承座的共同作用控制金属试管固定架的主体结构的Y方向相对位置精确的移动，X向控制手轮能够通过X向双线丝杠与X向直线轴承座的共同作用控制Y向支撑底座的X方向相对位置精确的移动；金属试管的壁厚相比玻璃试管壁厚小得多，能够减少试管采集喷雾场局部液体时的误差；液体收集盒设有液体注入口和抽气口以消除喷雾过程中由于液体表面张力作用附着或悬挂在金属试管壁的现象。

Description

一种可精确移动测量喷雾流量的实验装置
技术领域
本发明属于喷雾冷却和内燃机喷雾技术领域，包含喷雾流量测量和测量液体收集装置，该装置用于测量喷雾场流量的空间分布等性能参数。
背景技术
喷雾是喷雾冷却和内燃机喷雾领域的必要过程，良好的喷雾效果不仅在喷雾冷却过程中可以明显地提高换热效率，而且在内燃机喷雾过程中可以充分雾化燃油，提高燃烧效率。流量的分布是研究喷雾场的重要参数之一，通过喷雾过程中流量的分布可以直接获得喷雾场通量等参数的分布规律，成为众多学者关注的焦点。
通常喷雾场流量大多用试管对喷雾场定点采集液体样本，由于玻璃试管壁较厚(约1-2mm)，会产生较大的误差，从而影响测量精度。本实验装置液体采集部分采用壁厚更薄的不锈钢管(以下成为金属试管)和软管的配合方式。
在喷雾流量空间分布测量过程中，更精确的流量分布测量需要更细钢管对喷雾场进行划分，工质由于其表面张力的存在会存留钢管内或悬滴在金属试管出口，无法对其准确全部采集，从而导致较大误差。
通常喷雾场的测量过程需要多次移动实验装置以达到全面测量喷雾场性能参数的要求，然而，每次对装置的移动需要重新标定和校准装置位置，使其保持水平并准确移动到要测量的喷雾场的准确位置，该过程既费时又有可能产生操作误差。本实验装置能够在一次位置标定完成后无需进行移动即可精确移动测量喷雾场全部位置的流量。
发明内容
本发明设计了一种可精确移动测量喷雾流量的实验装置，其主要目的是测量喷雾流量的空间分布。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种可精确移动测量喷雾流量的实验装置，包括金属试管固定架(图1)，金属试管(阵列)23和液体收集盒25。
所述的金属试管固定架用于固定阵列排布的金属试管23，能够实现在XY两个方向的移动，其结构包括固紧手轮1、深沟球轴承2、固紧螺杆3、光轴4、固定夹板5、直线轴承6、吊脚7、Y向支撑底座8、Y向直线轴承座9、Y向直线轴承10、Y向双线丝杠11、Y向光轴12、Y向深沟球轴承13、Y向控制手轮14、X向支撑底座15、X向直线轴承座16、X向直线轴承17、X向光轴18、X向双线丝杠19、X向深沟球轴承20、X向控制手轮21、支撑柱22、金属试管23和底座24。所述部件1-6在XY两个自由度均有设置。所述部件9-21除11、14、19和21均为对称部件。所述的液体收集盒25，其结构包括液体排放口26、液体注入口27和抽气口28。
所述的固紧手轮1通过螺纹胶与固紧螺杆3的一端固定，使其能够正反旋转而不掉落；所述的固紧螺杆3通过两端固定在金属试管固定架的主体结构上的深沟球轴承2(深沟球轴承2用于将固紧螺杆3支撑在金属试管架的主体结构上并保证其回转运动)支撑，并与靠近固紧手轮1一侧的固定夹板5的螺纹连接，而另一端固定夹板5的同一位置为通孔，不设螺纹，从而保证每根固紧螺杆3只控制一个固定夹板5的移动；所述的两端固定夹板5内部还设有直线轴承6；所述的光轴4穿过安装在固定夹板5上的直线轴承6，使固定夹板5能够光轴4方向移动，以达到固紧金属试管23的目的。其中，直线轴承6用于保证固定夹板5沿光轴4做直线运动。也就是说，4片固定夹板5均由光轴4和直线轴承6共同固定在金属试管固定架的主体结构上，并通过固紧手轮1通过固紧螺杆3控制固定夹板5的移动(固紧螺杆3能够将固紧手轮1的回转运动转化为固定夹板5的直线运动)，保证金属试管23的固定，其中，光轴4使固定夹板5能够沿固紧螺杆3控制的方向移动。
所述的金属试管架的主体结构通过Y向直线轴承10和Y向光轴12固定在Y向直线轴承座9上(两侧均有布置)。所述的Y向直线轴承座9通过螺栓固定在Y向支撑底座8上；所述的Y向直线轴承座9上装有Y向直线轴承10；所述的Y向光轴12用于支撑金属试管固定架的主体结构并可以沿Y向直线轴承10做直线运动，其中一侧Y向直线轴承座9内部装有双线丝杠螺母，其可以与Y向双线丝杠11配合；所述的Y向双线丝杠11通过两端固定在金属试管固定架的主体结构上的Y向深沟球轴承13支撑；所述的Y向控制手轮14通过螺纹胶与Y向双线丝杠11的一端固定，用于控制Y向双线丝杠11，从而控制金属试管固定架的主体结构的Y方向相对位置的移动。Y向移动的实现需要根据金属试管23的长度选择适合高度的Y向直线轴承座9。也就是说，所述的Y向光轴12用于支撑金属试管固定架的主体结构并可以沿Y向直线轴承10做直线运动；所述的Y向控制手轮14用于控制Y向双线丝杠11，从而控制金属试管固定架的主体结构沿Y方向相对位置的移动。
所述的吊脚7通过螺栓固定在Y向支撑底座8下方。所述的X向直线轴承座16通过螺栓固定在X向支撑底座15上。所述的Y向支撑底座8和吊脚7通过X向直线轴承17和X向光轴18固定在X向直线轴承座16上(两侧均有布置)，所述的X向直线轴承座16装有X向直线轴承17，Y向支撑底座8可以沿X向直线轴承17和X向光轴18做直线运动；所述的X向直线轴承座16，其中一侧内部装有双线丝杠螺母，可以与X向双线丝杠19配合；所述的X向双线丝杠19通过两端固定在吊脚7上的X向深沟球轴承20固定；所述的X向深沟球轴承20与吊脚7固定；所述的X向控制手轮21通过螺纹胶与X向双线丝杠19的一端固定，用于控制X向双线丝杠19，从而控制Y向支撑底座8沿X方向相对位置的移动。
所述的支撑柱22两端分别与上方的X向支撑底座15和下方的底座24过盈配合以达到固定的效果。
所述的液体收集盒25用于收集由金属试管23采集的液体，其上包括多个空间且内部互不相通，每个空间都包含有液体排放口26、液体注入口27和抽气口28，液体收集盒25能够通过抽气口28对其内部空间抽气以消除喷雾过程中由于液体表面张力作用附着或悬挂在金属试管壁的现象。
所述的金属试管(阵列)23由一定数量壁厚为0.2mm的金属圆通管组成，其壁厚相比玻璃试管壁厚小得多，能够减少试管采集喷雾场局部流量时的误差。
本发明中，所述的Y向双线丝杠11和X向双线丝杠19及Y向直线轴承座9和X向直线轴承座16内配套的双线丝杠螺母均采用国标GB/T17587.3-1998中规定的直径6mm导程1mm的双线丝杠，其可以保证Y向控制手轮14和X向控制手轮21旋转一周时，金属试管架的主体结构和Y向支撑底座8移动1mm，从而保证其精确移动和定位。
本发明中的金属试管23根据实验需求选定合适大小的金属试管后，调节4个方向的固紧手轮1，进而通过固紧螺杆3控制4个固定夹板5夹紧阵列排布好的金属试管23，并使其上部水平。所述的金属试管23下方通过软管与液体收集盒25的每个液体注入口27连接，每个抽气口28与真空罐连接。实验开始，当喷雾进行时，截止阀打开，使真空管对液体收集盒25的每个舱室抽气保证液体进入液体收集盒25；实验结束后，通过液体排放口26排出每个舱室的液体并称重(或量体积)，从而获得喷雾场流量的分布。
本发明的有益效果为：(1)金属试管固定架能够实现在XY两个方向的精确移动；(2)液体收集盒具有抽气口，利用真空负压对其空间抽气以消除喷雾过程中由于液体表面张力作用附着或悬挂在金属试管壁的现象；(3)金属试管的壁厚相比玻璃试管壁厚小得多，能够减少试管采集喷雾场局部液体时的误差。
附图说明
图1为金属试管固定架示意图；
图中：1固紧手轮；2深沟球轴承；3固紧螺杆；4光轴；5固定夹板；6直线轴承；7吊脚；8Y向支撑底座；9Y向直线轴承座；10Y向直线轴承；11Y向双线丝杠；12Y向光轴；13Y向深沟球轴承；14Y向控制手轮；15X向支撑底座；16X向直线轴承座；17X向直线轴承；18X向光轴；19X向双线丝杠；20X向深沟球轴承；21X向控制手轮；22支撑柱；23金属试管；24底座。
图2为液体收集盒示意图；
图中：25液体收集盒；26液体排放口；27液体注入口；28抽气口。
说明：部件1-6在XY两个自由度均有设置；部件9-21除11、14、19和21均为对称部件；结构26、27和28均包括多个，图中仅对其中一个标注。
具体实施方案
本发明将根据附图1和附图2进行具体实施方案的说明。
一种可精确移动测量喷雾流量的实验装置，包括金属试管固定架(图1)、金属试管(阵列)23和液体收集盒25。
所述的金属试管固定架上的固定夹板5由光轴4和直线轴承6共同固定在金属试管固定架的主体结构上，并由固紧手轮1通过固紧螺杆3控制固定夹板5的移动(4片固定夹板的原理相同)保证阵列排布的金属试管23的固定；所述的深沟球轴承2用于将固紧螺杆3支撑在金属试管架的主体结构上并保证其回转运动，所述的直线轴承6用于保证固定夹板5沿光轴4做直线运动；所述的固紧螺杆3能够将固紧手轮1的回转运动转化为固定夹板5的直线运动。
所述的金属试管架的主体结构通过Y向直线轴承10和Y向光轴12固定在Y向直线轴承座9上(两侧均有布置)，Y向双线丝杠11通过Y向直线轴承座9内部的双线丝杠螺母配合；所述的Y向直线轴承座9通过螺栓固定于Y向支撑底座8上；所述的Y向双线丝杠11两端由Y向深沟球轴承13支撑并固定在金属试管架的主体结构上，其中一端装有Y向控制手轮14通过Y向双线丝杠11来控制金属试管架的主体结构与Y向直线轴承座9在Y方向上相对位置的移动。
所述的吊脚7(四只)通过螺栓固定于Y向支撑底座8下方。所述的X向直线轴承座16通过螺栓固定在X向支撑底座15上，X向直线轴承17和X向光轴18固定在X向直线轴承座16上(两侧均有布置)，X向双线丝杠19通过X向直线轴承座16内部的双线丝杠螺母配合；所述的X向支撑底座15与四根支撑柱22的上方过盈配合固定；所述的X向双线丝杠19两端由X向深沟球轴承20支撑并与吊脚7固定，其中一端装有X向控制手轮21来控制Y向支撑底座8在X方向上相对位置的移动。所述的底座24与支撑柱22的下方过盈配合固定。
所述的金属试管23根据实验需求选定合适大小的金属试管后，调节4个方向的固紧手轮1通过固紧螺杆3控制4个固定夹板5对其固定并使其上部水平；所述的金属试管23下方通过软管与液体收集盒25的每个液体注入口27连接，真空罐(未标识)与每个抽气口28连接。随后标定金属试管23的位置，将其移动到目标测量区域，并开始试验。当喷雾稳定时，截止阀(未标识，位于真空罐与抽气口之间)打开，使真空管对液体收集盒25的每个舱室抽气，可避免表面张力的作用使液体附着或悬挂金属试管壁，从而保证液体进入液体收集盒25。进一步的，如果需要移动金属试管23测量不同的位置的流量，可根据最初标定的金属试管位置计算位移量，通过旋转Y向控制手轮14和X向控制手轮21实现。实验结束后，通过液体排放口26排出每个舱室的液体并称重，从而获得喷雾场流量的分布。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种可精确移动测量喷雾流量的实验装置，其特征在于，所述的实验装置包括金属试管固定架，阵列排布的金属试管(23)和液体收集盒(25)；所述的金属试管固定架能够实现在XY两个方向精确的移动，包括固紧手轮(1)、深沟球轴承(2)、固紧螺杆(3)、光轴(4)、固定夹板(5)、直线轴承(6)、吊脚(7)、Y向支撑底座(8)、Y向直线轴承座(9)、Y向直线轴承(10)、Y向双线丝杠(11)、Y向光轴(12)、Y向深沟球轴承(13)、Y向控制手轮(14)、X向支撑底座(15)、X向直线轴承座(16)、X向直线轴承(17)、X向光轴(18)、X向双线丝杠(19)、X向深沟球轴承(20)、X向控制手轮(21)、支撑柱(22)、金属试管(23)和底座(24)；
所述的固紧手轮(1)通过螺纹胶与固紧螺杆(3)的一端固定，所述的固紧螺杆(3)通过两端固定在金属试管固定架的主体结构上的深沟球轴承(2)支撑，并与靠近固紧手轮(1)一侧的固定夹板(5)的螺纹连接，而另一端固定夹板(5)的同一位置为通孔，不设螺纹，从而保证每根固紧螺杆(3)只控制一个固定夹板(5)的移动；固紧螺杆(3)两端的固定夹板(5)内部还设有直线轴承(6)；所述的光轴(4)穿过安装在固定夹板(5)上的直线轴承(6)，光轴(4)使固定夹板(5)能够沿固紧螺杆(3)控制的方向移动；其中，直线轴承(6)用于保证固定夹板(5)沿光轴(4)做直线运动；4片固定夹板(5)均由光轴(4)和直线轴承(6)共同固定在金属试管固定架的主体结构上，并通过固紧手轮(1)通过固紧螺杆(3)控制固定夹板(5)的移动，保证金属试管(23)的固定；
所述的金属试管架的主体结构通过Y向直线轴承(10)和Y向光轴(12)固定在Y向直线轴承座(9)上；所述的Y向直线轴承座(9)固定在Y向支撑底座(8)上，其上装有Y向直线轴承(10)；所述的Y向光轴(12)用于支撑金属试管固定架的主体结构并可以沿Y向直线轴承(10)做直线运动，其一侧Y向直线轴承座(9)内部的双线丝杠螺母与Y向双线丝杠(11)配合；所述的Y向双线丝杠(11)通过两端固定在金属试管固定架的主体结构上的Y向深沟球轴承(13)支撑；所述的Y向控制手轮(14)用于控制Y向双线丝杠(11)，控制金属试管固定架的主体结构的Y方向相对位置精确的移动；
所述的吊脚(7)固定在Y向支撑底座(8)下方；所述的X向直线轴承座(16)固定在X向支撑底座(15)上，Y向支撑底座(8)和吊脚(7)通过X向直线轴承(17)和X向光轴(18)固定在X向直线轴承座(16)上；所述的X向直线轴承座(16)装有X向直线轴承(17)，Y向支撑底座(8)可以沿X向直线轴承(17)和X向光轴(18)做直线运动；所述的X向直线轴承座(16)一侧内部的双线丝杠螺母与X向双线丝杠(19)配合；所述的X向双线丝杠(19)通过两端固定在吊脚(7)上的X向深沟球轴承(20)固定；所述的X向深沟球轴承(20)与吊脚(7)固定；所述的X向控制手轮(21)通过螺纹胶与X向双线丝杠(19)的一端固定，用于控制X向双线丝杠(19)，控制Y向支撑底座(8)的X方向相对位置精确的移动；
所述的支撑柱(22)上下两端分别与X向支撑底座(15)和底座(24)过盈配合；
所述的液体收集盒(25)用于收集由金属试管(23)采集的液体，其内部空间互不相通，每个空间都包含有液体排放口(26)、液体注入口(27)和抽气口(28)，液体收集盒(25)能够通过抽气口(28)对其内部空间抽气，以消除喷雾过程中由于液体表面张力作用附着或悬挂在金属试管壁的现象。
2.根据权利要求1所述的一种可精确移动测量喷雾流量的实验装置，其特征在于，所述的阵列排布的金属试管(23)由多个壁厚为0.2mm的金属圆通管组成。
3.根据权利要求1所述的一种可精确移动测量喷雾流量的实验装置，其特征在于，所述的Y向移动的实现需要根据金属试管(23)的长度选择适合高度的Y向直线轴承座(9)。
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