一种模块式喷雾场流量密度分布测量装置及使用方法与流程

本发明涉及喷雾头流量分配性能评价领域，属于对不同流量、不同覆盖的喷雾场流量分配特性测量技术设备，具体涉及一种模块式喷雾场流量密度分布测量装置及使用方法。

背景技术：

喷雾头流量分配性能，即流量密度分布，是反应喷雾头雾化性能的一个重要指标。表征了雾化工质在喷雾场中分布均匀情况，在不同的应用场合，对喷淋流量分布的均匀性要求有所不同。在喷雾头的设计研发及技术验证过程中，需要通过试验测试的方法对流量密度分布进行实地测量，以验证喷雾头的流量均匀性指标。流量累计是较为常用的方法，通过一段时间内流量的累计，即可得到流量密度，而在不同位置进行测量即可得到各个点的流量密度，从而形成流量密度分布。

专利cn201210128240.0介绍了一种大型喷雾场流量密度分布的一体化测量装置，为针对喷雾头流量密度分布测量的专门设备，但是其适用范围限定在了大型喷雾场，针对固定大小的喷雾场专门开发设计，适用性较为局限。不能根据不同的测试需求调整，当喷雾场尺寸与设备差别较大时，需频繁移动多次装置位置才能进行喷雾场一条直径上分布的测量。在待测试部件规格、性能差异较大时适用性较差，同时不具备自动化读取数据能力，在测试数据量较大时使用繁琐，非常影响测试效率。盖板结构存在液体积存问题。

专利cn200920257102介绍了一种移动式雾量分布测定仪，采用旋转倾倒式结构。其适用范围受限于器材尺寸限值，不具有广泛适用性，且数据读取需要人工进行。

专利cn201819696介绍了一种雾化系统综合性能测试装置。其流量分布采用v型收集板和蜂窝状收集板于一体的收集测量装置。蜂窝状收集版主要存在的问题是采集尺寸具有局限性，无法根据测试需求的变化而变化，在应对较小的喷雾场时尚可通过盖板来控制测量范围，但无法应对较大喷雾场，而蜂窝状采集如果根据每个大型喷雾场重新加工，其成本上升会很高，难以实现。

专利cn201120438469.5公开一种水平雾量分布测试装置，具有水平集雾盒阵列、纵横向移位机构、分区吸液式自动排液系统、控制系统、非接触式液位检测装置。同样，该专利在应对与设计值差别较大的喷雾范围时，会表现出较大的局限性。

专利200910264414.4公布了一种移动式动态雾量分布性能测试方法，主要介绍了在流量分布采集过程中，所涉及的重量传感器、动态信息采集、数据传输和处理等在线测试系统，偏重介绍了测量过程的数据获取侧内容，并不涉及采集装置本身。

在实际试验生产实践中发现，针对大流量、大覆盖的以核电厂安全壳喷雾头及稳压器喷雾头为代表的大型喷淋场喷雾头，喷淋覆盖范围直径可达五米及以上，而且液滴浓度较高，现有装置、方法具有一定的不足之处。核电厂安全壳喷雾头在安全壳中的安装布置具有多种偏置角度，这与传统喷雾头性能测试有较大区别，一般测试都是喷嘴出口竖直向下进行的。不同的偏置角度使同一个喷雾头在不同角度下的覆盖范围有相当大的差别，在竖直向下条件下能够进行完整喷淋区域流量分布测量的设备在偏置角度条件下会出现测量范围不足的情况。偏置角度距离竖直向下越远，喷淋覆盖范围扩张也越大，单一设备难以适用变化的测量需求。同时在保证测点密度基本不变的前提下，喷淋覆盖范围越大，需要读取的测量点数据就越多，人工读数会极大影响测试效率，同时提高人因误差概率。另一方面，喷雾头种类多种多样，喷淋特性也多种多样，一体化设备一般根据专门需求加工制造，通用适用性较差。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供了一种模块式喷雾场流量密度分布测量装置及使用方法，本发明解决了不同体量尺寸喷雾场的流量分布测试问题，通过模块化设计及自动数据读取实现了喷雾场流量分布快速连续可靠测量；装置结构简单可靠，易于调节，切实有效，大大提高测试效率及准确度。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模块式喷雾场流量密度分布测量装置，包括驱动手柄转轮1、小从动转轮5、对位主从动轮6、主从动轮7、起始测量管10、中间测量管3、末端测量管4、测量管底盖2、压力传感器29、测量管顶盖13、顶盖盖板14、定位销8、底盖传动销9、顶盖轴传动销11和顶盖手柄传动销12；中间测量管3上部与测量管顶盖13及顶盖盖板14配合安装，测量管顶盖13可绕传动销12转动，中间测量管3下部与测量管底盖2配合安装，构成基本测量单元；起始测量管10和末端测量管4与中间测量管3进行相似的装配；起始测量管10和末端测量管4与中间测量管3之间通过卡槽装配；驱动手柄转轮1和小从动转轮5、对位主从动轮6、主从动轮7通过传动销9构成成对的齿轮传动组，对位主从动轮6、主从动轮7、通过定位销8与测量管底盖2实现定位，共同转动。

测量管顶盖13及顶盖盖板14配合安装，顶盖盖板14能够绕轴转动，最大开启角度为30度，顶盖盖板14采用金属材料，比重较大；测量管顶盖13为四面包围的四方筒形结构，顶部留有与顶盖盖板14尺寸一致的凹陷槽，能够分别与起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4通过转轴15实现配合安装，并能够绕轴转动；当起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4顶部整体关闭时，测量管顶盖13平置，顶盖盖板14受重力作用自然闭合，将顶盖孔口闭合；当起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4顶部整体开启时，测量管顶盖13转过一定角度，此时顶盖盖板14受重力作用自然开启，顶盖孔口开启，供积存液滴流出顶盖空间，不影响测量管内液位测量；测量管顶盖13开有传动销槽16，用于与传动销12的配合安装。

相邻的中间测量管3之间使用键19和对应的槽24连接；中间测量管3采用有机玻璃材料制作采用中空长方体管状结构，具有良好的透明效果；在中间测量管3正侧面上布置有液位刻度线23，用于人工读取液位累计数据；中间测量管3顶部入口处设置有坡面结构，防止液滴飞溅进入测量管影响测量结果，测量管底部具有壁厚缩减设计17，用于与测量管底盖2配合密封；中间测量管3前端面上设置有两枚突起触点22，用于对测量管顶盖13旋转的限位；中间测量管3顶部和底部分别设置顶盖配合孔20和底盖配合孔18。

所述测量管底盖2顶部具有转轴结构27能够分别与起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4配合安装，使测量管底盖绕转轴结构27转动，实现起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4底部的开合，转轴结构27开有用于与传动销配合安装的传动销孔26，测量管底盖2底部开有用于与定位销配合安装的定位销孔25；测量管底盖2呈无顶的盒式结构，内底面布置有硅胶垫片28及压力传感器29，压力传感器29置于测量管底盖2内部底部中央，压力传感器29测量面向上，与测量液体接触，引线从测量管底盖2底部引出，压力传感器29为通用型压力传感器，根据压力输出4-20ma电流信号，接数显表头或数据采集系统。

所述起始测量管10及末端测量管4与中间测量管3结构不同，具有弓形支撑臂结构31，并在弓形支撑臂结构31上两端留有前端螺栓孔30及后端螺栓孔32，用于在支架上的固定安装；弓形支撑臂结构31上留有用于配合安装的通孔33。

采用驱动手柄转轮1、主从动轮7的齿轮传动对作为底盖开合动力源；驱动手柄转轮1上设有手动摇臂，进行人力驱动；主从动轮7具有四分之三的镂空结构，剩余实心部分上开有定位孔，用于与定位销配合安装，实现所有测量管底盖的同步开启和关闭；驱动手柄转轮1齿数小，手动摇臂半径大，保证开合过程转动平稳，同时保证闭合状态下有一定闭合力。

测量装置采用模块化设计，每个中间测量管3都能够和一个测量管顶盖13、一个顶盖盖板14、一个测量管底盖2组合安装，构成一个独立的测量单元；一个完整的测量装置，需要一个起始测量管10、一个末端测量管4及若干中间测量管3组成；中间测量管3的数量取决于所需要测量的喷雾场的尺寸大小；并根据所需要测量的喷雾场的尺寸大小准备不同长度的定位销及传动销即可。

所述的一种模块式喷雾场流量密度分布测量装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：装置校准

将测量装置竖直安装固定好，在包括起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4在内的所有测量管内空置、测量管底盖2闭合状态下，观察压力传感器29输出示数是否为零；再向包括起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4在内的各个测量管内添加一定量水，通过包括起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4在内的各个测量管表面刻度线读出液位数据；与压力传感器29读出的压强数据对比，按照h＝p/ρg换算出高度h；如果压力传感器29测得数据与刻度读取数据存在3mm以上的偏差，则需要对压力传感器29进行校准；数据无误则开始进行试验测试；

步骤2：试验测试

步骤2.1：排空过程

将测量装置沿喷雾场测量径向位置安装固定好，通过摇动顶盖轴传动销11手动闭合各测量管顶盖13，此时各顶盖盖板14受重力作用自然闭合，此时手握驱动手柄转轮1的手柄，逆时针转动，带动从动转轮7顺时针转动，带动测量管底盖2开启，转动至测量管底盖2转过180度时，此时测量管底盖2内底面向下，排空包括起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4在内的所有测量管内部存留液体，待液体排净之后，反向转动驱动手柄转轮1，闭合测量管底盖2，此时包括起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4在内的所有测量管内存留液体已排空，开始进行试验测量；

步骤2.2：测量过程

保持测量装置位置、状态不变，开启喷雾场系统，待喷雾场状态稳定并达到额定工况状态之后，快速摇动顶盖轴传动销11手动开启各测量管顶盖13，同时进行计时，此时各顶盖盖板14受重力作用自然打开，包括起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4在内的所有测量管内开始累积液体，测量管顶盖13内由于顶盖盖板14为开启状态，不会积存液体，累积到预设时间之后，快速摇动顶盖轴传动销11手动关闭各测量管顶盖13，同时结束计时，关闭喷雾场系统；

步骤2.3：读数过程

保持测量装置位置、状态不变，待包括起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4在内的所有测量管内液位稳定，不再发生晃动之后，读取各压力传感器29压强数据，通过h＝p/ρg计算得到液位高度数据，与记录的测试时间结合得到个各测量点的单位时间累积液位，即流量密度分布；待读数完成后重复排空过程，进行下一次试验测量。

本发明具有以下优点和有益效果：

1.装置采用模块化设计，可根据实际需求灵活调整装置适用尺寸。

2.装置底盖采用齿轮驱动控制开合，免去翻转装置倾倒内容液体的麻烦，方便操作。

3.装置上顶盖采用具有最大开合角度的盖板设计，可在测量状态和待机状态自动实现开合，保证了顶盖内不积存液体，不因积存液体影响测量液位。

4.装置采用自动化读取数据，可与计算机通过数据采集系统相连，方便读取数据，减轻操作人员负担，减少人因误差引入，提高了测量效率。

5.装置测量管上端设置了坡面结构，防止飞溅液滴进入测量管造成误差，保证了装置的适用性。

总之，本装置可以有效地用于喷雾场的流量密度分布测量。可在覆盖范围多变的情形下具有较好的使用性，易于使用，设计合理。

附图说明

图1为本发明各组件组装完成后的整体结构示意图。

图2为本发明中的组成部分“测量管顶盖及顶盖盖板”组合结构正向示意图。

图3为本发明中的组成部分“测量管顶盖及顶盖盖板”组合结构背向示意图。

图4为本发明中的组成部分“中间测量管”结构正向示意图。

图5为本发明中的组成部分“中间测量管”结构背向示意图。

图6为本发明中的组成部分“测量管底盖”结构示意图。

图7为本发明中的组成部分“起始测量管”结构正向示意图。

图8为本发明中的组成部分“起始测量管”结构背向示意图。

图9为本发明中的组成部分“末端测量管”结构正向示意图。

图10为本发明中的组成部分“驱动手柄转轮及从动转轮”配合结构示意图。

图11为本发明处于测量管顶盖开启状态时(测量过程)结构正向示意图。

图12为本发明处于测量管顶盖开启状态时(测量过程)结构背向示意图。

图13为本发明处于测量管底盖开启状态时(排空过程)结构正向示意图。

图14为本发明处于测量管底盖开启状态时(排空过程)结构背向示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种模块式喷雾场流量密度分布测量装置，包括驱动手柄转轮1、小从动转轮5、对位主从动轮6、主从动轮7、起始测量管10、中间测量管3、末端测量管4、测量管底盖2、压力传感器29、测量管顶盖13、顶盖盖板14、定位销8、底盖传动销9、顶盖轴传动销11和顶盖手柄传动销12；中间测量管3上部与测量管顶盖13及顶盖盖板14配合安装，测量管顶盖13可绕传动销12转动，中间测量管3下部与测量管底盖2配合安装，构成基本测量单元；起始测量管10和末端测量管4与中间测量管3进行相似的装配；起始测量管10和末端测量管4与中间测量管3之间通过卡槽装配；驱动手柄转轮1和小从动转轮5、对位主从动轮6、主从动轮7通过传动销9构成成对的齿轮传动组，对位主从动轮6和主从动轮7通过定位销8与测量管底盖2实现定位，共同转动。测试装置采用模块化设计，图中给出的只是有5个中间测量管的组合形式。每个中间测量管3都可以和一个测量管顶盖13、顶盖盖板14、测量管底盖2组合安装，构成一个独立的测量单元。一个完整的测量装置，需要一个起始测量管10、一个末端测量管4及若干中间测量管3组成。中间测量管3的数量取决于所需要测量的喷雾场的尺寸大小。并根据所需要测量的喷雾场的尺寸大小准备不同长度的定位销及传动销即可。

如图2和图3所示，给出了测量管顶盖及顶盖盖板的具体组合结构，测量管顶盖13及顶盖盖板14配合安装，顶盖盖板14可绕轴转动，最大开启角度为30度，顶盖盖板14采用金属材料，比重较大。测量管顶盖13为四面包围的四方筒形结构，顶部留有与顶盖盖板14尺寸一致的凹陷槽，能够分别与起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4通过转轴15实现配合安装，并可绕轴转动。当起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4顶部整体关闭时，测量管顶盖13平置，顶盖盖板14受重力作用自然闭合，将顶盖孔口闭合。当起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4顶部整体开启时，测量管顶盖13转过一定角度，此时顶盖盖板14受重力作用自然开启，顶盖孔口开启，可供积存液滴流出顶盖空间，不影响测量管内液位测量。测量管顶盖13开有传动销槽16，用于传动销12的配合安装。

如图4和图5所示，给出了中间测量管具体结构，中间测量管3彼此之间使用键19、槽24连接。中间测量管3采用有机玻璃材料制作采用中空长方体管状结构，具有良好的透明效果。在中间测量管3正侧面上布置有液位刻度线23，用于人工读取液位累计数据。中间测量管3顶部入口处设置有坡面斜度结构，防止液滴飞溅进入测量管影响测量结果，中间测量管3底部设有壁厚缩减结构17，用于与测量管底盖2配合密封。中间测量管3前端面底部上设置有两枚突起触点22，用于对测量管顶盖13旋转的限位。中间测量管3顶部和底部分别设置用于顶盖配合孔20和底盖配合孔18。

如图6所示，给出了测量管底盖具体结构，所述测量管底盖2顶部具有转轴结构27能够分别与起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4配合安装，可使测量管底盖2绕转轴转动，实现起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4底部的开合，转轴结构27开有用于与传动销配合安装的传动销孔26，测量管底盖2底部开有用于与定位销配合安装的定位销孔25。底盖呈无顶的盒式结构，内底面布置有硅胶垫片28及压力传感器29，压力传感器29置于测量管底盖2内部中央，压力传感器29测量面向上，可与测量液体接触，引线从测量管底盖2底部引出，压力传感器29为一般通用型压力传感器，根据压力输出4-20ma电流信号，可接数显表头或数据采集系统。

如图7、图8和图9所示，给出了起始测量管和末端测量管具体结构，所述起始测量管10及末端测量管4与中间测量管3不同，具有弓形支撑臂结构31，并在弓形支撑臂结构31上两端留有前端螺栓孔30及后端螺栓孔32，用于装置在支架上的固定安装。弓形支撑臂结构31上留有用于配合转轮安装的通孔33，起始测量管前端面上设置有两枚金属突起触点34，用于对测量管顶盖13旋转的限位。

如图10所示，给出了驱动手柄转轮及从动转轮配合结构，驱动手柄转轮1上设有手动摇臂，进行人力驱动。在主从动轮7具有四分之三的镂空结构，剩余实心部分上开有定位孔，用于与定位销配合安装，实现所有测量管底盖的同步开启和关闭。驱动手柄转轮1齿数小，摇臂半径大，可保证开合过程转动平稳，同时保证闭合状态下有一定闭合力。

如图11和图12所示，给出了测量装置处于测量管顶盖开启状态时的结构，此时可进行试验测量，可见测量管顶盖13及顶盖盖板14呈开启状态。

如图13和图14所示，给出了测量装置处于测量管底盖2开启状态时的结构，此时可进行测量管内液体排空。

上述所述的一种模块式喷雾场流量密度分布测量装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：装置校准

将装置竖直安装固定好，在包括起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4在内的所有测量管内空置、测量管底盖闭合状态下，观察压力传感器输出示数是否为零。再向包括起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4在内的各个测量管内添加一定量水，通过包括起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4在内的各个测量管表面刻度线读出液位数据。与压力传感器29读出的压强数据对比，按照h＝p/ρg换算出高度h。

式中h为计算液位高度，g为重力加速度，ρ为当前条件下被测液体密度，p为压力传感器压强读数。

如果压力传感器测得数据与刻度读取数据存在3mm以上的偏差，则需要对压力传感器29进行校准。数据无误则开始进行试验测试；

步骤2：试验测试

步骤2.1：排空过程

如图13和图14所示，将装置延喷雾场测量径向位置安装固定好，通过摇动顶盖上的传动销11手动闭合各测量管顶盖13，此时各顶盖盖板14受重力作用自然闭合，此时手握驱动手柄转轮1的手柄，逆时针转动，带动从动转轮7顺时针转动，带动测量管底盖2开启，转动至测量管底盖2转过约180度时，此时测量管底盖内底面向下，排空包括起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4在内的所有测量管内部存留液体，待液体排净之后，反向转动驱动手柄转轮1，闭合测量管底盖2，此时包括起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4在内的所有测量管内存留液体已排空，可开始进行试验测量；

步骤2.2：测量过程

保持装置位置、状态不变。开启喷雾场系统，待喷雾场状态稳定并达到额定工况状态之后，快速摇动顶盖上的传动销11手动开启各测量管顶盖13，如图11和图12所示，同时进行计时，此时各顶盖盖板14受重力作用自然打开，包括起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4在内的所有测量管内开始累积液体，测量管顶盖13内由于顶盖盖板14为开启状态，不会积存液体，累积到一定时间之后，快速摇动顶盖上的传动销11手动关闭各测量管顶盖13，同时结束计时，关闭喷雾场系统；

步骤2.3：读数过程

如图1所示，保持装置位置、状态不变，待包括起始测量管10、中间测量管3及末端测量管4在内的所有测量管内液位稳定，不再发生晃动之后，读取各压力传感器29压强数据，通过h＝p/ρg计算得到液位高度数据，与记录的测试时间结合可以得到个各测量点的单位时间累积液位，即流量密度分布。待读数完成后重复排空过程，可进行下一次试验测量。

经过在某大型喷雾场喷淋特性测试试验回路中使用，装置工作可靠，方法可行，能够较好地实现功能。整个装置操作简便，能够显著提高测试效率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。