专利名称：砂尘环境试验装置的压缩空气调温加料系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及砂尘环境试验装置的一种压缩空气调温加料系统，该系统适用于场地小，试验时间长的场合。
背景技术：
砂尘环境通常与干热地区有关，但在其他大多数地区也季节性的存在这种环境。 砂尘环境容易给民用设备和军用装备带来诸如表面的磨损和腐蚀、密封渗漏、热传导性能降低、活动部件卡死或阻碍等典型问题。因此砂尘环境试验，对沙尘天气条件下民用设备和军用装备的适应性能与可靠性能的检验，是十分重要的手段。现有的中国专利ZL200510000070. 8公布的由表冷器翅片管、翅片电加热器、变频调速风机、冷水机组、以及包括大空调和小空调的温度控制系统。该系统存在的问题有(1) 进入大小空调的调温气流是试验段砂尘两相流经过分离装置分离后的气流，分离器的分离效率决定了调温气流中砂尘浓度的高低，含砂尘的调温气流易造成大小空调设备的积尘， 甚至影响其正常工作。(2)大小空调的调温通道与加砂/尘通道分离，直接与试验段砂尘环境相连，其气流不但影响试验段砂尘气流品质，而且空调气流直接对砂尘环境调温，温度不易控制，调温效果差。( 循环水冷却机组、电加热器、包括大小空调的装置系统耗能较大，经济性能差。现有的中国专利ZL200910089289. 8公布的一体式吹砂吹尘环境模拟系统的温度调节采用循环水和电加热冷热多用温度控制模式。这样的系统具有的问题如下 (1)循环风道的收缩段设置电加热器，导致风道阻力增加，主风机压头增加，能量损耗增加， 同时电加热器产生积尘，影响换热效率，积尘清理困难；( 内置电加热器，具有热交换功能的导向叶片结构复杂，造价高。(3)由循环冷却水、冷冻水及热水在循环冷却水系统、冷水机组和电锅炉内循环流动构成的冷热多用温度控制模式中，系统结构复杂，资源浪费严重， 同时该系统需要手动调节循环水的流量，自动化程度低。现有的砂尘环境试验装置的突出问题主要是三方面一是调温系统与加料系统的分离，调温不准，影响试验质量；二是调温气流内含砂尘，造成设备积尘，清理困难；三是系统结构复杂，自动化程度低，能耗较高，影响砂尘试验的整体性能。
发明内容
本发明解决了现有砂尘环境试验装置中调温和加料分离、调温系统能耗高等问题或不足，提出了一种压缩机出口压缩空气作为调温和加料的动力。本发明公开的砂尘环境试验装置的一种压缩空气调温加料系统，压气机从大气环境压缩空气，干净的压缩空气作为调温气流，避免了空气冷却通道上膨胀涡轮和空气加热通道上电炉的积尘污染，设备可以高效连续运行；同时，采用电炉对调温气流加热升温，采用膨胀涡轮对调温气流膨胀降温，不但提高了压气机出口压缩空气气流的利用效率，而且节省了传统调温系统中循环冷却水流动需要的动力耗能；空气加热通道上的热气流和空气冷却通道上的冷气流汇合调温，调温后气流带动砂尘料喷入风道，温度传感器信号闭环自动控制流量调节阀的开度，从而保证了砂尘气固两相流温度的控制精度，使之达到所需的砂尘试验环境。本发明公开的是砂尘环境试验装置的一种压缩空气调温加料系统，包括压气机、 调温流量调节阀、第一温度传感器、第一流量调节阀、电炉、第二流量调节阀、膨胀涡轮、加料装置、第二温度传感器、收缩段、砂尘喷口、试验段、扩压段。压气机从大气环境抽气，气流经压气机出口通道上的调温流量调节阀分为两个分支，一个分支是空气加热通道，另一个分支时空气冷却通道。空气加热通道上的电炉对气流进行加热，空气冷却通道上的膨胀涡轮对气流进行膨胀透平，对外做功，压力减小，温度降低。两通道上的热气流和冷气流进行汇合调温，调温后气流携带加料装置的砂尘料，形成气固两相流经加料通道由收缩段的砂尘喷口喷入风道。本发明的原理是压气机从大气环境压缩空气，高压气流(一般为0. 6-0. 8Mpa)作为调温和加料的动力。压缩空气分流进入空气加热通道和空气冷去通道，经电炉加热和经膨胀涡轮膨胀降温，调温后气流携带砂尘料经收缩段砂尘喷口进入风道。另外，为了保证空气加热通道和空气冷却通道汇合调温气流满足砂尘试验环境所需的温度条件，通过第一温度传感器所测得温度信号控制调温流量调节阀的开度，第二温度传感器所测得的温度信号控制第一、第二气流调节阀的开度，两个传感器闭环自动控制，从而达到试验环境要求温度条件。本发明的优点1)与传统的砂尘环境试验装置系统相比，本发明取消了传统的空调箱调温装置和循环冷却水系统、冷水机组和电锅炉构成的冷热多用温度控制模式，采用膨胀涡轮膨胀降温气流和电炉加热升温气流汇合调温，系统结构简单，调温范围广(可达到-20 70°C)；同时，膨胀涡轮透平膨胀降温，节省了冷却系统的能量损耗，而且压气机出口压缩空气气流作为调温和加料动力，提高了压缩空气的利用效率；另外，该调温系统的调温气流带动加料装置的砂尘料形成气固两相流经砂尘喷口进入风道，砂尘两相流进入循环风道前得到调节，有效改善了风道内试验段的气流品质。幻由于本发明取消了布置在循环风道收缩段内的电加热器，这样可以消除主风道阻力，减小了主风机的压头，减小了驱动电机的功率损耗。同时，取消了分离装置出口气流作为调温气流，采用压气机的压缩空气作为调温气流，空气加热通道内电加热器和空气冷却通道内膨胀涡轮的积尘污染得到清除；3) 本发明调温流量调节阀、第一流量调节阀和第二流量调节阀的开度均有温度传感器测得的温度信号控制，改变了传统的调温系统中阀门开度手动调节，提高了系统的自动化程度，闭环温度控制系统提高了砂尘环境温度的控制精度。根据本发明的一个方面，提供了一种用于砂尘环境试验装置的一种压缩空气调温加料系统，其特征在于包括压气机，用于从大气环境抽气，提供作为调温和加料的动力的压缩空气；加热装置，用于对来自压气机的空气进行加热，
冷却装置，用于对来自压气机的空气进行冷却，加料装置，用于对来自加热装置和冷却装置的空气汇合后的空气进行加料。
图1是本发明压缩空气调温加料系统连接关系示意图。图2是本发明砂尘环境试验装置的调温闭环控制系统流程图。
附图标记
1.压气机出口通道101.压气机102.调温流量调节阀
103.第一温度传感器2.空气加热通道201.第一流量调节阀
202.加热装置3.空气冷却通道301.第二流量调节阀
302.冷却装置4.加料通道401.加料装置
402.第二温度传感器5.收缩段
501.砂尘喷口6.试验段7.扩压段
具体实施例方式如图1所示，是根据本发明的一个实施例的砂尘环境试验装置的压缩空气调温加料系统的示意图，其中箭头指示气流的流动方向，图中虚线为温度信号传输线路。所述的压缩空气调温加料系统包括压气机出口通道1、压气机101、调温流量调节阀102、第一温度传感器103、空气加热通道2、第一流量调节阀201、加热装置202、空气冷却通道3、第二流量调节阀301、冷却装置302、加料通道4、加料装置401、第二温度传感器 402、收缩段5、砂尘喷口 501、试验段6、扩压段7。在本发明中，压气机出口通道1上设置有调温流量调节阀102，空气加热通道2上设置有第一流量调节阀201和加热装置202，空气冷却通道3上有第二流量调节阀301和冷却装置302，加料通道4设置有加料装置401，风道收缩段5设置有砂尘喷口 501，风道试验段6内设置有第一温度传感器103，空气加热通道2和空气冷却通道3汇合后的加料通道4 上设置第二温度传感器402。本发明所述的压缩空气调温加料系统中，压气机101从大气环境抽气，压缩空气作为调温和加料的动力。气流经压气机出口通道1上的调温流量调节阀102分为两个分支， 一个分支是空气加热通道2，另一个分支时空气冷却通道3。空气加热通道2上的加热装置电炉202对气流进行加热，空气冷却通道3上的冷却装置膨胀涡轮302对气流进行膨胀透平，对外做功，压力减小，温度降低。两通道2和3上的热气流和冷气流进行汇合调温，调温后气流携带加料装置401的砂尘料，形成气固两相流经加料通道4由收缩段5的砂尘喷口 501喷入风道。本发明的试验段6内第一温度传感器103所测得的温度信号控制调温流量调节阀 102的开度。空气加热通道2和空气冷却通道3汇合处的第二温度传感器402所测得的温度信号控制第一流量调节阀201和第二流量调节阀301的开度。图2是砂尘环境试验装置的调温闭环控制系统流程图。结合图2给出压缩空气调温加料系统的闭环温度调节实施步骤第一步(si):启动试验装置主风机(图1中未示出)和调温加料系统，打开压气机101、调温流量调节阀102、第一流量调节阀201、第二流量调节阀301、加热装置电炉302、 冷却装置膨胀涡轮402 ；第二步(W)空气加热通道2和空气冷却通道3汇合后加料通道4上的第二温度传感器402检测试验温度条件；第三步(U)第二温度传感器402所测的温度条件与实际试验所需温度条件进行比较，满足试验所需条件时，转第七步(s7)，不满足试验条件时，转第四步(s4)；
第四步(s4)第二温度传感器402温度传感器所测的温度条件与实际试验所需温度条件进行比较，低于试验所需温度条件时，转第五步(s5)，高于试验所需温度条件时，转第六步(s6)；第五步(站)空气加热通道2上的第一流量调节阀201开度增大，从而增加加热装置电炉202的进气量，以提高加料通道内温度，然后转第二步(s2)，继续测温比较；第六步(s6)空气冷却通道3上的第二流量调节阀301开度增大，从而增加冷却装置膨胀涡轮302的进气量，以降低加料通道内温度，然后转第二步(s2)，继续测温比较；第七步(s7)空气加热通道2上的第一流量调节阀201的开度不变，空气冷却通道3上的第二流量调节阀301的开度不变，然后转第八步(s8)；第八步(s8)试验段6内壁上的第一温度传感器103检测试验温度条件；第九步(s9)试验段6内壁上的第一温度传感器103所测的温度与实际试验所需温度条件进行比较，满足试验所需条件时，转第十三步(sl3)，不满足试验条件时，转第十步 (slO)；第十步(slO)第一温度传感器103温度传感器所测的温度条件与实际试验所需温度条件进行比较，低于试验所需温度条件时，转第五步(sll)，高于试验所需温度条件时， 转第六步(sl2)；第十一步(sll)压气机出口通道1上的调温流量调节阀102开度增大，从而增加加料通道4的进气量，以提高循环风道试验段内砂尘环境温度，然后转第八步(s8)，继续测温比较；第十二步(sl2)压气机出口通道1上的调温流量调节阀102开度减小，从而减小加料通道4的进气量，以降低循环风道试验段内砂尘环境温度，然后转第八步(s8)，继续测温比较；第十三步(sl3)压气机出口通道1上的调温流量调节阀101的开度不变，维持试验段内砂尘环境温度不变。根据图3所示的调温加料系统控制流程为双闭环温度控制系统，首先通过第一步 (si)至第第七步(s7)的调节，保证了加料通道4上携带加料装置401内砂尘料的气流是满足试验温度条件的；然后通过第八步(s8)至第十三步(sl3)的调节，保证了试验段内砂尘环境满足试验条件。双闭环调节使得砂尘料加入循环风道前后循环风道内温度变化较小， 从而提高了砂尘试验环境的调节精度。图3所示的调温加料系统中，试验开始后，调温流量调节阀102、第一流量调节阀 201、第二流量调节阀301的开度均有调温系统中的控制器(图1中未示出)调节，循环往复，自动控制，直至砂尘环境试验结束。本发明公开了砂尘环境试验装置的一种压缩空气调温加料系统，主要由压气机、 电炉、膨胀涡轮、加料装置、温度传感器以及设有调节阀的通道构成。压气机从大气环境抽气，压缩空气作为调温和加料的动力。压缩空气经调温流量调节阀分为两支，一支为设置有电炉的空气加热通道，另一支为设置有膨胀涡轮的空气冷却通道。两通道的热冷气流进行汇合调温，调温后气流携带加料装置的砂尘料以气固两相流方式经砂尘喷口送入试验装置的收缩段。双闭环温控系统控制调节阀的开度，可实现温度准确调节。压缩空气用于调温和加料，减小了压气机的压头损耗，电炉和膨胀涡轮免于积尘污染，提高了工作效率；同时，砂尘料调温后进入风道，有效的改善了砂尘环境试验的气流品质。本发明中未作详细描述内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。应当理解的是，以上结合附图对本发明所进行的描述只是说明而非限定性的，且在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的前提下，可以对上述实施实例进行各种改变、 变形、和/或修正。
权利要求
1.用于砂尘环境试验装置的一种压缩空气调温加料系统，其特征在于包括压气机(101)，用于从大气环境抽气，提供作为调温和加料的动力的压缩空气； 加热装置002)，用于对来自压气机(101)的空气进行加热，冷却装置(302)，用于对来自压气机(101)的空气进行冷却，加料装置G01)，用于对来自加热装置(202)和冷却装置(303)的空气汇合后的空气进行加料。
2.如权利要求1所述的用于砂尘环境试验装置的一种压缩空气调温加料系统，其特征在于所述压气机的出口通道(1)分为两个分支，第一分支是空气加热通道O)，另一个分支是空气冷却通道(3)，其中加热装置(20 被设置在所述空气加热通道O)中，所述冷却装置(30 被设置在空气冷却通道(3)中。
3.如权利要求2所述的用于砂尘环境试验装置的一种压缩空气调温加料系统，其特征在于所述加热装置O02)为电炉，用于对气流进行加热，所述冷却装置(30 为膨胀涡轮，用于对气流进行膨胀透平，气流温度降低， 空气加热通道( 和空气冷却通道( 上的冷气流和热气流进行汇合调温。
4.如权利要求3所述的用于砂尘环境试验装置的一种压缩空气调温加料系统，其特征在于进一步包括调温流量调节阀(102)， 第一温度传感器(103)， 第一流量调节阀001)， 第二流量调节阀(301)， 加料装置G01)， 第二温度传感器(402)。
5.如权利要求1-4之一所述的用于砂尘环境试验装置的一种压缩空气调温加料系统， 其特征在于所述砂尘环境试验装置包括收缩段(5)， 砂尘喷口 (501)， 试验段(6)， 扩压段(7)。
6.如权利要求5所述的用于砂尘环境试验装置的一种压缩空气调温加料系统，其特征在于所述的压缩空气调温加料系统中，在压气机出口通道(1)上设置有调温流量调节阀 (102)，空气加热通道(2)上设置有第一流量调节阀(201)和电炉002)，空气冷却通道(3) 上有第二流量调节阀(301)和膨胀涡轮(302)，加料通道(4)设置有加料装置001)，风道收缩段( 设置有砂尘喷口(501)，风道试验段(6)内设置有第一温度传感器(103)，空气加热通道2和空气冷却通道C3)汇合后的加料通道(4)上设置第二温度传感器002)。
7.如权利要求5所述的用于砂尘环境试验装置的一种压缩空气调温加料系统，其特征在于试验段(6)内第一温度传感器(10 所测得的温度信号控制调温流量调节阀(102)的开度，空气加热通道( 和空气冷却通道C3)汇合后加料通道(4)上的第二温度传感器 (402)所测得的温度信号控制第一流量调节阀O01)和第二流量调节阀(301)的开度。
全文摘要
本发明公开了砂尘环境试验装置的压缩空气调温加料系统，主要由压气机、电炉、膨胀涡轮、加料装置、温度传感器以及设有调节阀的通道构成。压气机从大气环境抽气，压缩空气作为调温和加料的动力。压缩空气经调温流量调节阀分为两支，分别为设置有电炉的空气加热通道和设置有膨胀涡轮的空气冷却通道。两通道的热气流和冷气流进行汇合调温，调温后气流携带加料装置的砂尘料以气固两相流方式经砂尘喷口送入试验装置的收缩段。双闭环温控系统控制调节阀开度，可实现温度准确调节。压缩空气用于调温和加料，减小了压气机的压头损耗，电炉和膨胀涡轮免于积尘污染，提高了工作效率；同时，砂尘料调温后进入风道，有效的改善了砂尘环境试验的气流品质。
文档编号G01M99/00GK102252860SQ20111010117
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月21日 优先权日2011年4月21日
发明者张红生, 李明敏, 李淼, 李运泽, 王为术, 王浚 申请人:北京航空航天大学