一种可模拟柴油机排气颗粒流的气溶胶发生器的制造方法

一种可模拟柴油机排气颗粒流的气溶胶发生器的制造方法
【专利摘要】一种可模拟柴油机排气颗粒流的气溶胶发生器，属模拟柴油机排气颗粒流以对柴油机尾气处理系统的性能进行测试的气溶胶发生装置。进气段是用于提供流量稳定且可调节的干净空气，气溶胶发生段是用于提供浓度稳定且定量的气溶胶，气溶胶稀释段是按一定比例稀释气溶胶到需要的浓度，采样段是提供符合要求的气溶胶气体。由空气压缩机产生的气体依次通过空气过滤器、进气段质量流量计与稀释段质量流量计、旁通道与气溶胶发生部分、稀释段DPF与气溶胶稀释部分、采样接口与浓度监测单元、采样段DPF。本发明装置不仅节能、环保，结构简单、成本低、性能可靠，且通过多外方式对气溶胶浓度进行大范围调节，从而更真实模拟柴油机的各种工况。
【专利说明】一种可模拟柴油机排气颗粒流的气溶胶发生器
【技术领域】
[0001]本发明属于汽车尾气后处理系统的过滤性能测试装置，具体涉及的是节能、环保领域的一种可模拟柴油机排气颗粒流，且可实现浓度调节的气溶胶发生装置。
【背景技术】
[0002]柴油机由于其高热效率、低CO2排放等优点，而被广泛的应用于运输业中。但是，其颗粒物排放量大(排放量为同排量汽油机的30倍?80倍)，对环境造成了严重污染，危害人类身体健康，从而严重限制了它的发展。因此，严格的排放标准要求有效、可靠的技术以减少颗粒物排放。从技术上看，仅靠机内净化和改善燃油品质已经难以满足目前的排放标准。目前，满足“国IV ”排放法规的柴油机普遍采用了后处理技术，未来更严格的排放法规将对后处理技术提出更高的要求。柴油机颗粒捕集器(DPF, Diesel Particulate Filter)是公认的最有效的颗粒物净化装置(物理捕集柴油机颗粒，效率常常高于95%)，也是目前净化技术中商用前景最好的技术之一。
[0003]目前，在实验室研究DPF中，使用气溶胶模拟柴油机排气颗粒流是一种比较常用的做法。通过改变气溶胶浓度以模拟柴油机在不同工况下的排气颗粒量，免去了直接进行柴油机实验而带来的资金、人员以及台架的消耗。在气溶胶发生装置上，国内常用的几款产品多为国外研发，价格上普遍偏高。其中，美国ATI公司TDA系列气溶胶发生器通过使用Laskin喷嘴使溶液雾化产生气溶胶，其浓度稳定，但其浓度调节手段单一(仅调节空气的稀释比例)。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是提供一种结构简单、成本低廉的可模拟柴油机排气颗粒流的气溶胶发生器，以对气溶胶浓度通过多种方式进行大范围调节，能更真实模拟柴油机的各种工况。
[0005]本发明的目的是这样实现的:一种可模拟柴油机排气颗粒流的气溶胶发生器，气溶胶发生部分结构为:压紧盘位于支撑盘上方，二者经螺栓固定在发生段基架上，转盘贴合在压紧盘与支撑盘之间，且分别与压紧盘和支撑盘形成转动配合，转盘轴与发生段旋转电机轴连接，压紧盘上开有一个出气孔，该出气孔上固定有一根气溶胶出气道连接管，位于压紧盘的出气孔正下方的支撑盘的位置上开有一个进气孔，该进气孔上固定有一根气溶胶进气道连接管，转盘上开有一个贯通孔，该贯通孔的中心至转盘轴的中心的距离等于压紧盘的出气孔的中心至转盘轴的中心的距离，用作盛装气溶胶颗粒的圆锥形漏斗或底部开口的圆筒固定在压紧盘上表面，该圆锥形漏斗或底部开口的圆筒与压紧盘上的下料孔连通，该压紧盘的下料孔的中心至转盘轴的中心的距离的等于压紧盘的出气孔的中心至转盘轴的中心的距离。
[0006]气溶胶稀释部分结构为:稀释压紧盘位于稀释支撑盘上方，二者经另外的螺栓固定在稀释段基架上，稀释转盘上左、右对称设置有左圆筒和右圆筒，稀释转盘的左、右圆筒贴合在稀释压紧盘与稀释支撑盘之间、且分别与稀释压紧盘和稀释支撑盘形成转动配合，稀释转盘轴与稀释段旋转电机轴连接，稀释压紧盘上表面左、右对称地开有左、右通孔，该左通孔上固定有一根稀释气溶胶出气道连接管，该右通孔上固定有一根第二气溶胶出气道连接管，稀释压紧盘的左、右通孔与稀释转盘的左、右圆筒位于同一圆周上，稀释支撑盘上位于稀释压紧盘的左、右通孔的正下方的位置上对应开有另外一个左通孔和另外一个右通孔，该另外一个左通孔上固定有一根空气进气道连接管，该另外一个右通孔上固定有一根第二气溶胶进气道连接管。
[0007]空气压缩机出口顺次连接进气段空气过滤器和进气段质量流量计，进气段质量流量计出口连接上述气溶胶进气道连接管，上述气溶胶出气道连接管以及进气段质量流量计出口均经旁通管路接于第二气溶胶进气道连接管，进气段空气过滤器出口连接稀释段质量流量计后接于空气进气道连接管，稀释气溶胶出气道连接管连接采样段DPF后排空，稀释气溶胶出气道连接管与采样段DPF之间的管路上设置有采样接口，稀释气溶胶出气道连接管与采样接口之间的管路上设置有浓度监测单元。
[0008]所述进气段质量流量计出口经旁通管路与气溶胶出气道连接管连接后接于稀释段DPF后排空；所述第二气溶胶出气道连接管接于稀释段DPF后排空。
[0009]所述压紧盘上的出气孔为左、右对称的两个，该两个出气孔上分别固定有一根气溶胶出气道连接管，所述支撑盘上的进气孔为左、右对称的两个，该两个进气孔上分别固定有一根气溶胶进气道连接管；所述用作盛装气溶胶颗粒的圆锥形漏斗或底部开口的圆筒为上、下对称的两个，该两个圆锥形漏斗或底部开口的圆筒分别与压紧盘上的上、下对称的两个下料孔连通。
[0010]所述浓度监测单元为AVL不透光烟度计。
[0011]所述压紧盘下表面以及支撑盘上表面均设有内凹形台阶；所述圆筒上还设置有其上开有小孔的圆筒盖。
[0012]所述转盘厚度为2 mm,转盘的贯通孔的直径为4 mm ;稀释转盘厚度为5 mm,稀释转盘上的左、右圆筒的内径均为5 mm,高均为50mm。
[0013]所述进气段质量流量计流量控制在5(T300 L/min,发生段旋转电机转速控制在30^300 r/min，稀释段旋转电机转速与发生段旋转电机转速保持一致或其1/η，η为发生段旋转电机转速的公约数，稀释段质量流量计流量控制在1(T300 L/min。
[0014]所述发生段基架和稀释段基架上均安装有活动脚轮。
[0015]所述所有气体通路均采用Φ8气动管进行连接。
[0016]所述进气段空气过滤器采用三级空气过滤器。第一级采用FC级离心式油水分离器，完全过滤3 μ或更大的固态离子，上游气体水分负载允许达到25000ΡΡΜ去除99 %水分，40%的油雾；第二级采用FT级主管路过滤器完全过滤I μ或更大的固态离子，上游气体水分负载允许达到2000ΡΡΜ去除100%水分，70%的油雾；第三级采用的是FA微油雾过滤器，玻璃纤维经特殊 设计的密度可以过滤0.01 μ的固态粒子，99.9999%的油雾。
[0017]本发明的有益效果是:
1、本发明装置结构简单、可靠。使用常用的仪器、设备即可搭建。
[0018]2、颗粒供给部分结构简单、可靠。利用颗粒自身重力进入转盘圆孔中，具有相同的气溶胶送出量，能保证稳定的气溶胶浓度并长时间连续提供。[0019]3、气溶胶浓度范围广。在不改变结构情况下，可以通过调节进气段流量、发生段旋转电机转速、稀释段旋转电机转速以及稀释段流量这四种方式来改变气溶胶在采集接口的浓度，模拟柴油机在不同工况下的排气颗粒流，四种方式相互协调，最高浓度与最低浓度比可达到18000。
[0020]4、气溶胶浓度范围可扩大。本发明通过使用旋转式颗粒发生与旋转式稀释进行多方式结合、大范围调节，同时利用DPF回收颗粒进行循环利用。通过改变气溶胶发生段转盘的厚度及孔径来改变气溶胶送出量，以及通过改变气溶胶稀释段转盘旋转圆筒高度，并结合上述四种浓度调节方式，可扩大气溶胶浓度范围。
[0021]5、对DPF提供颗粒加载。本发明去掉气溶胶稀释段及采样段，增加DPF加载段，可对DPF进行颗粒加载。该装置加载均匀，解决了目前颗粒加载难的问题。本发明中，稀释段、采样段DPF就起到了该作用。
[0022]6、本发明装置经济、节能、环保。使用购买的颗粒物模拟柴油机颗粒物并产生相应的气溶胶，调节其浓度以模拟柴油机在不同工况下的排气颗粒量，节约了因直接进行柴油机实验而带来的资金、人员以及台架的消耗；整套系统耗电量低；使用三级过滤方式过滤空气，使用DPF对气溶胶进行过滤从而最后排空，并且装置运行期间所供给的颗粒物除采集外被全部过滤，并回收再利用。
[0023]7、本发明装置操作简单，设计独特，应用性强，由于其气溶胶浓度范围广，除了能模拟柴油机颗粒流外，也可应用其他领域如化工的过滤系统性能测试、大气颗粒物研究等。
【专利附图】

【附图说明】
[0024]图1是本发明的工艺设备示意图。
[0025]图2-1是图1所示气溶胶发生部分结构示意图(是图2-2的横向剖视图，支撑盘与转盘轴之间应有间隙)。
[0026]图2-2是图2-1的俯视图(没有圆筒盖状态)。
[0027]图3-1是图1所示气溶胶稀释部分结构示意图(稀释支撑盘与稀释转动盘轴之间应有间隙)。
[0028]图3-2是图3-1的俯视图。
【具体实施方式】
[0029]参见图1，本气溶胶发生器包括进气段、气溶胶发生段、气溶胶稀释段以及采样段；进气段是用于提供流量稳定且可调节的干净空气，包括空气压缩机、空气过滤器、质量流量计；气溶胶发生段是用于提供浓度稳定且定量的气溶胶，包括基架、旋转电机、气溶胶发生部分，其中，气溶胶发生部分包括支撑盘、转盘、压紧盘以及颗粒供给部分；气溶胶稀释段是用于按一定比例稀释气溶胶到需要的浓度，包括基架、旋转电机、质量流量计、气溶胶稀释部分、DPF，其中，气溶胶稀释部分包括支撑盘、转盘、压紧盘；采样段是用于提供采集，包括DPF、浓度监测单元、采样接口。
[0030]上述空气压缩机是用于提供足够量的空气；进气段空气过滤器是用于提供洁净的空气并使用三级过滤方式过滤；进气段质量流量计是用于提供流量稳定且可调节的气体；气溶胶发生段旋转电机是用于提供旋转动力；气溶胶发生部分是用于连续产生定量的气溶胶；气溶胶稀释段旋转电机是用于提供旋转动力；气溶胶稀释段质量流量计是用于提供流量稳定且可调节的气体；气溶胶稀释部分是用于连续传输定量的气溶胶，并按一定比例稀释气溶胶到需要的浓度；通过调节气溶胶稀释段质量流量计流量及旋转电机转速，从而改变气溶胶的稀释比；气溶胶稀释段使用DPF过滤稀释前后的气溶胶并回收多可颗粒从而最后排空；采样段DPF过滤稀释后的气溶胶并回收多余颗粒从而最后排空；浓度监测单元是用于监测气溶胶浓度；采样接口用于提供采集模拟柴油机排气颗粒流；气溶胶发生段及气溶胶稀释段基架用于提供各仪器、设备的合理连接及安装。
[0031]参见图2-1、图2-2，上述气溶胶发生部分结构为:压紧盘5-3位于支撑盘5_1上方，二者经螺栓5-7固定在发生段基架5-8上，转盘5-2贴合在压紧盘与支撑盘之间，且分别与压紧盘和支撑盘形成转动配合，转盘轴与发生段旋转电机4轴连接，压紧盘上开有一个出气孔，该出气孔上固定有一根气溶胶出气道连接管5-6，位于压紧盘的出气孔正下方的支撑盘的位置上开有一个进气孔，该进气孔上固定有一根气溶胶进气道连接管5-5，转盘上开有一个贯通孔，该贯通孔的中心至转盘轴的中心的距离等于压紧盘的出气孔的中心至转盘轴的中心的距离，用作盛装气溶胶颗粒的圆锥形漏斗或底部开口的圆筒5-4固定在压紧盘上表面，该圆锥形漏斗或底部开口的圆筒与压紧盘上的下料孔连通，该压紧盘的下料孔的中心至转盘轴的中心的距离的等于压紧盘的出气孔的中心至转盘轴的中心的距离。
[0032]所述压紧盘5-3上的出气孔为左、右对称的两个，该两个出气孔上分别固定有一根气溶胶出气道连接管5-6，所述支撑盘5-1上的进气孔为左、右对称的两个，该两个进气孔上分别固定有一根气溶胶进气道连接管5-5 ;所述用作盛装气溶胶颗粒的圆锥形漏斗或底部开口的圆筒为上、下对称的两个，该两个圆锥形漏斗或底部开口的圆筒分别与压紧盘上的上、下对称的两个下料孔连通。
[0033]支撑盘与压紧盘是通过螺栓连接固定于基架，其间的转盘通过轴与旋转电机轴连接。支撑盘、压紧盘、转盘同轴并且在相同半径下开有圆孔，支撑盘、压紧盘在孔上分别设有气溶胶进气道连接管、气溶胶出气道连接管，在相同半径下，压紧盘上方设有用于在线连续提供颗粒的颗粒供给部分。颗粒供给部分结构包括圆筒及开有小孔的圆筒盖，圆筒是用于盛装颗粒，圆筒盖是用于防止颗粒物的散出以及杂质的进入，并开小孔连接大气。为减小干摩擦面积，支撑盘上表面、压紧盘下表面上设有内凹形台阶。通过驱动旋转电机，转盘转动，其孔在经过供给部分时，颗粒落入其中，继续旋转，待圆孔旋转至气流通过点时，颗粒被吹散，形成气溶胶。
[0034]参见图3-1、图3-2，上述气溶胶稀释部分结构为:稀释压紧盘9-3位于稀释支撑盘9-1上方，二者经另外的螺栓9-8固定在稀释段基架9-9上，稀释转盘9-2上左、右对称设置有左圆筒和右圆筒，稀释转盘的左、右圆筒贴合在稀释压紧盘与稀释支撑盘之间、且分别与稀释压紧盘和稀释支撑盘形成转动配合，稀释转盘轴与稀释段旋转电机7轴连接，稀释压紧盘上表面左、右对称地开有左、右通孔，该左通孔上固定有一根稀释气溶胶出气道连接管9-7，该右通孔上固定有一根第二气溶胶出气道连接管9-6，稀释压紧盘的左、右通孔与稀释转盘的左、右圆筒位于同一圆周上，稀释支撑盘上位于稀释压紧盘的左、右通孔的正下方的位置上对应开有另外一个左通孔和另外一个右通孔，该另外一个左通孔上固定有一根空气进气道连接管9-5，该另外一个右通孔上固定有一根第二气溶胶进气道连接管9-4。
[0035]支撑盘与压紧盘是通过螺栓连接固定于发生段基架，其间的转盘通过轴与稀释段旋转电机连接，支撑、压紧盘、转盘同轴，并且支撑盘与压紧盘在相同半径下开有圆孔，支撑盘在孔上设有第二气溶胶进气道连接管、空气进气道连接管，压紧盘在孔上设有第二气溶胶出气道连接管、稀释气溶胶出气道连接管，在相同半径下，转盘上设有旋转圆筒，用于储存与释放通过气溶胶进气道连接管进入的气溶胶。通过驱动旋转电机，转盘转动，在旋转圆筒旋转至第二气溶胶进气道连接管时，气溶胶充满旋转圆筒，多余气溶胶进入稀释段DPF ;在旋转圆筒旋转至稀释气溶胶出气道连接管时，定流量空气从空气进气道连接管进入，从而稀释旋转圆筒中的气溶胶。
[0036]上述进气段除空气压缩机外，其余全部固定在气溶胶发生段基架上；采样段除浓度监测单元外，其余全部固定在气溶胶稀释段基架上。气溶胶发生段基架上，按空气过滤器、旋转电机、质量流量计、旋转电机控制器、质量流量计控制器、气溶胶发生部分的顺序依次安装。气溶胶稀释段基架上，按DPF、旋转电机、质量流量计、旋转电机控制器、质量流量计控制器、气溶胶发生部分、浓度监测单元接口、采样接口的顺序依次安装。
[0037]为方便移动及固定，上述发生段基架和稀释段基架上安装活动脚轮。
[0038]上述各气道管路通过Φ8 mm气动管(也称气管)进行连接。
[0039]上述质量流量计及旋转电机的控制器安装于固定在气溶胶发生段及稀释段基架侧边的仪表板上。
[0040]上述旋转电机通过螺钉以及旋转电机支架固定在基架上，并通过销连接定位，保证轴与转盘轴同轴。
[0041]上述气溶 胶发生段转盘的厚度在2 _，转盘的贯通孔的直径为4 mm ;气溶胶稀释段转盘的厚度在5 mm，稀释盘的左、右圆筒内径均为5mm，高均为50 mm，进气段流量控制在50^300 L/min，气溶胶发生段旋转电机转速控制在3(T300 r/min，气溶胶稀释段旋转电机转速与气溶胶发生段旋转电机转速保持一致或其1/η (η为气溶胶发生段旋转电机转速的公约数)，以保证每次储存在旋转圆筒的是气溶胶，气溶胶稀释段流量控制在1(T300 L/min,稀释段稀释比根据气溶胶稀释段旋转电机转速与气溶胶稀释段流量最高可控制在1~320。
[0042]上述浓度监测单元可以使用AVL不透光烟度计，每隔10分钟测定一次气溶胶浓度。由于柴油机即使在稳定工况下，颗粒浓度也有一定变化，因此允许气溶胶在一定范围变化，为此，需要浓度监测单元以监测气溶胶浓度，并在气溶胶浓度偏离较大时，手动调节稀释比例来回复到需要浓度。
[0043]参见图1，空气压缩机I出口顺次连接进气段空气过滤器2和进气段质量流量计3，进气段质量流量计3出口连接上述气溶胶进气道连接管5-5，上述气溶胶出气道连接管5-6以及进气段质量流量计出口均经旁通管路接于第二气溶胶进气道连接管9-4，进气段空气过滤器2出口连接稀释段质量流量计8后接于空气进气道连接管9-5，稀释气溶胶出气道连接管9-7连接采样段DPFlO后排空，稀释气溶胶出气道连接管9-7与采样段DPFlO之间的管路上设置有采样接口 12，稀释气溶胶出气道连接管9-7与采样接口 12之间的管路上设置有浓度监测单元11。
[0044]所述进气段质量流量计3出口经旁通管路与气溶胶出气道连接管5-6连接后接于稀释段DPF6后排空；所述第二气溶胶出气道连接管9-6接于稀释段DPF6后排空。图1示出，装置包括进气段1、气溶胶发生段I1、气溶胶稀释段III及采样段IV。进气段I是用于提供流量稳定且可调节的干净空气，包括空气压缩机1、进气段空气过滤器2、进气段质量流量计3 ;气溶胶发生段II是用于提供浓度稳定且定量的气溶胶，包括发生段旋转电机4、气溶胶发生部分5 ;气溶胶稀释段III是用于按一定比例稀释气溶胶到需要的浓度，包括稀释段DPF6、稀释段旋转电机7、稀释段质量流量计8、气溶胶稀释部分9 ;采样段IV是用于提供采集，并回收多余的气溶胶颗粒，包括采样段DPF10、浓度监测单元11、采样接口 12。
[0045]图1中，空气压缩机I是用于提供足够量的空气；进气段空气过滤器2是用于提供洁净的空气并使用三级过滤方式过滤；进气段质量流量计3是用于提供流量稳定且可调节的气体；发生段旋转电机4是用于提供旋转动力；；气溶胶发生部分5 (或称气溶胶发生装置)是用于连续产生定量的气溶胶；稀释段DPF6过滤稀释前后的气溶胶并回收多可颗粒从而最后排空；稀释段旋转电机7是用于提供旋转动力；稀释段质量流量计8是用于提供流量稳定且可调节的气体；气溶胶稀释部分9 (或称气溶胶稀释装置)是用于连续传输定量的气溶胶，并按一定比例稀释气溶胶到需要的浓度；通过调节气溶胶稀释段质量流量计8流量及稀释段旋转电机7转速，从而改变气溶胶的稀释比例；采样段DPFlO过滤稀释后的气溶胶并回收多可颗粒从而最后排空；浓度监测单元11是用于监测气溶胶浓度；采样接口 12用于提供采集模拟柴油机排气颗粒流。整个装置使用了一次三级空气过滤器、两次DPF，进气段空气过滤器2是用于提供洁净的空气，防止大气颗粒物及水分进入进气段质量流量计3与稀释段质量流量计8引起设备损坏，同时防止混入气溶胶中污染气溶胶；稀释段DPF6及采样段DPFlO是防止气溶胶颗粒物进入大气，污染环境，同时回收多余颗粒循环利用。
[0046]参见图1，实验开始时，首先打开进气段质量流量计3与稀释段质量流量计8，保持整个气流通路连通。接着开启空气压缩机I，调节进气段质量流量计3与稀释段质量流量计8，读数稳定后，打开发生段旋转电机4与稀释段旋转电机7，待旋转电机转速稳定后，气溶胶浓度趋于稳定。装置运行过程中，也可以通过调节进气段流量、发生段旋转电机4转速、稀释段旋转电机7转速以及稀释段流量这四种方式来调节气溶胶浓度，甚至有规律的改变发生段旋转电机4与稀释段旋转电机7转速实现变工况气溶胶浓度变化。在关闭系统时，以发生段旋转电机4与稀释段旋转电机7、空气压缩机1、进气段质量流量计3与稀释段质量流量计8的顺序依次关闭。
[0047]参见图1，气溶胶发生段、稀释段基架相互独立，进气段I除空气压缩机I外，其余全部固定在气溶胶发生段的基架上，采样段IV除浓度监测单元11外，其余全部固定在气溶胶稀释段的基架上。在气溶胶发生段基架上，按进气段空气过滤器2、发生段旋转电机4、进气段质量流量计3、旋转电机制器、质量流量计控制器、气溶胶发生部分5的顺序依次安装。进气段空气过滤器2所占空间大，需要优先安装，因其外形类似锥台，选取中间直径Φ60 mm与60 mmX300 mm的圆筒相切安装并固定，由于三级稀释，固定效果更佳；因发生段旋转电机4位置的特殊性以及所占空间尺寸较大，也需要优先安装，其通过螺钉以及旋转电机支架固定在基架上，安装时需注意转轴的位置；选取发生段空气过滤器2对面安装进气段质量流量计3并使用螺钉固定；在进气段段质量流量计3同侧安装仪表板，并通过螺栓固定，仪表板上需开两个90 mmX90 mm的方孔以放置旋转电机制器与质量流量计控制器；气溶胶发生部分5通过螺栓固定在基架上，并保证转盘5-2与发生段旋转电机4同轴，并通过销连接定位。在气溶胶稀释段基架上，按稀释段DPF6、采样段DPF10、稀释段旋转电机7、稀释段质量流量计8、旋转电机制器、质量流量计控制器、气溶胶稀释部分9、浓度监测单元11接口、采样接口 12的顺序依次安装。安装过程类似安装气溶胶发生段基架，这里稀释段DPF6与采样段DPFlO需要对侧安装；之后根据气流管路，在管路合适位置设置浓度监测单元11接口、采样接口 12。
[0048]参见图1，装置的各气道管路通过Φ8 mm气动管进行连接，保证在进气段质量流量计3后端分流后，气流不会只通过旁通道流出而影响气溶胶的生成，同时保证了各接口的统一。进气段质量流量计3流量控制在5(T300 L/min,发生段旋转电机4转速控制在30-300r/min,稀释段旋转电机7转速与发生段旋转电机4转速保持一致或其1/η (η为发生段旋转电机4转速的公约数)，以保证每次储存在旋转圆筒的是气溶胶，稀释段质量流量计8流量控制在1(T300 L/min，稀释段稀释比根据稀释段旋转电机7转速与稀释段质量流量计8流量最高可控制在广320。浓度监测单元11可以使用AVL不透光烟度计，每隔10分钟测定一次气溶胶浓度。由于柴油机即使在稳定工况下，颗粒浓度也有一定变化，因此允许气溶胶在一定范围变化，为此，需要浓度监测单元11以监测气溶胶浓度，并在气溶胶浓度偏离较大时，手动调节稀释比例来回复到需要浓度。
[0049]图2-1、图2-2示出，气溶胶发生部分5包括支撑盘5_1、转盘5_2、压紧盘5_3以及颗粒供给部分(指圆锥形漏斗或底部开口的圆筒5-4)，其结构为:支撑盘5-1与压紧盘5-3是通过螺栓连接固定于发生段基架5-8，其间的转盘5-2通过轴与发生段旋转电机4连接(即转盘5-2固定在发生段旋转电机4轴上)，支撑盘5-1、压紧盘5-3、转盘5-2同轴并且在相同半径下开有圆孔，支撑盘5-1、压紧盘5-3在孔上分别设有气溶胶进气道连接管5-5、气溶胶出气道连接管5-6，在相同半径下，压紧盘5-3上方设有用于在线连续提供颗粒的颗粒供给部分。颗粒供给部分结构包括圆筒5-4及开有小孔的圆筒盖，圆筒是用于盛装颗粒，圆筒盖是用于防止颗粒物 的散出以及杂质的进入，而小孔是用于连接大气。为减小干摩擦面积，支撑盘5-1、压紧盘5-3设有台阶。通过驱动发生段旋转电机4，转盘5-2转动，其孔在经过颗粒供给部分时，颗粒落入其中，继续旋转，待圆孔旋转至气流通过点时，颗粒被吹散，形成气溶胶。
[0050]参见图2-1、图2-2，气溶胶发生部分按支撑盘5-1、转盘5-2、压紧盘5-3的顺序依次安装，并通过螺栓连接固定。在发生段基架上，设有转盘轴导向孔，保证安装及运转时，转盘轴与旋转电机轴同轴，并且通过销连接定位。为尽量减少气溶胶颗粒的送出量，同时保证送出效果，转盘设计的厚度为2 mm，孔径为4 mm。在实验前，需要手动向颗粒供给部分的圆筒5-4内加入一定量的气溶胶颗粒。该气溶胶颗粒可以选择新材料，也可使用空气过滤器中回收的材料，为节约实验材料，一般选择使用回收材料。
[0051 ] 图3-1、图3-2示出，气溶胶稀释部分9包括稀释支撑盘9_1、稀释转盘9_2、稀释压紧盘9-3，其结构为:稀释支撑盘9-1与稀释压紧盘9-3是通过螺栓连接固定于稀释段基架9-9，其间的稀释转盘9-2轴与稀释段旋转电机7轴通过联轴器或销连接，稀释支撑盘9-1与稀释压紧盘9-3在相同半径下开有圆孔，稀释支撑盘9-1在孔上设有第二气溶胶进气道连接管9-4、空气进气道连接管9-5，稀释压紧盘9-3在孔上设有第二气溶胶出气道连接管9-6、稀释气溶胶出气道连接管9-7，在相同半径下，稀释转盘9-2上设有旋转圆筒(即左、右圆筒)，用于储存与释放通过第二气溶胶进气道连接管9-4进入的气溶胶。通过驱动稀释段旋转电机7，稀释转盘9-2转动，在旋转圆筒旋转至第二气溶胶进气道连接管9-4时，气溶胶充满旋转圆筒，多余气溶胶进入稀释段DPF6 (参见图1);在旋转圆筒旋转至稀释气溶胶出气道连接管9-7时，定流量空气从空气进气道连接管9-5进入，从而稀释旋转圆筒中的气溶胶。
[0052]参见图3-1，气溶胶稀释部分按稀释支撑盘9-1、稀释转盘9-2、稀释压紧盘9-3的顺序依次安装，并通过螺栓连接固定。在稀释段基架上，设有转盘轴导向孔，保证安装及运转时，转盘轴与旋转电机轴同轴，并且通过销或联轴器连接定位。为保证旋转圆筒的充气效果，转盘设计的厚度在5 mm,旋转圆筒内径为5mm,高50 mm。
[0053]图1、图2-1、图2-2、图3-1、图3_2中，空气压缩机I提供的空气经进气段空气过滤器2过滤，部分气流进入稀释段质量流量计8，部分气流进入进气段质量流量计3。在气溶胶发生部分5气道封堵时，气流通过旁通道(图1中进气段质量流量计3与稀释段DPF6进口之间的直接通道)流出，在气溶胶发生部分5气道通畅时，气流同时通过旁通道与气溶胶发生部分5流出，此时产生气溶胶并在合流之后使全部气流成为气溶胶。在旋转圆筒未旋转至第二气溶胶进气道连接管9-4时，全部气流通过旁通道流出并经过稀释段DPF6过滤排空，在旋转圆筒旋转至第二气溶胶进气道连接管9-4时，部分气流通过旁通道流出并经过稀释段DPF6过滤排空，部分气溶胶充满旋转圆筒，其多余气溶胶经过第二气溶胶出气道连接管9-6同样进入稀释段DPF6过滤排空；在旋转圆筒旋转至稀释气溶胶出气道连接管9-7时，定流量空气自稀释段质量流量计8进入流过空气进气道连接管9-5，与旋转圆筒气溶胶混合、稀释，并流出。之后气流通过采样段DPFlO过滤并排空。在过滤前的管路上分别设有浓度监测单元11、采样接口 12。
[0054]参见图1、图2-1、图2-2、图3_1、图3_2，首先确定要模拟的柴油机工况，根据柴油机台架实验数据确定气溶胶浓度，并计算出适宜的进气段流量、旋转电机转速以及气溶胶稀释段稀释比。比如，以DK4A柴油机某一工况为例，其颗粒浓度为0.02222 mg/L (较低浓度工况，并设柴油机颗粒堆积密度为100 g/L)。设进气段质量流量计3流量为100 L/min,发生段旋转电机4的转速60 r/min,转盘5-2的厚度为2 mm,两个圆孔的孔径为4 mm,贝丨J气溶胶颗粒浓度为3.1165 mg/L(设气溶胶颗粒堆积密度为100 g/L)，则稀释比约140。因此，将进气段质量流量计3流量定为100 L/min,发生段旋转电机4的转速为60 r/min,稀释段旋转电机7的转速为60 r/min,稀释段质量流量计8流量定为66 L/min,即可达到该浓度。在进行实验前，需利用烟度计对气溶胶浓度进行标定，以达到能模拟柴油机工况的目的。实验过程中，也需要通过浓度监测单元11来监测气溶胶浓度，并在气溶胶浓度偏离较大时，手动调节稀释比例来回复到需要浓度。
【权利要求】
1.一种可模拟柴油机排气颗粒流的气溶胶发生器，其特征是，气溶胶发生部分结构为:压紧盘(5-3)位于支撑盘(5-1)上方，二者经螺栓(5-7)固定在发生段基架(5-8)上，转盘(5-2)贴合在压紧盘与支撑盘之间，且分别与压紧盘和支撑盘形成转动配合，转盘轴与发生段旋转电机(4)轴连接，压紧盘上开有一个出气孔，该出气孔上固定有一根气溶胶出气道连接管(5-6)，位于压紧盘的出气孔正下方的支撑盘的位置上开有一个进气孔，该进气孔上固定有一根气溶胶进气道连接管(5-5 )，转盘上开有一个贯通孔，该贯通孔的中心至转盘轴的中心的距离等于压紧盘的出气孔的中心至转盘轴的中心的距离，用作盛装气溶胶颗粒的圆锥形漏斗或底部开口的圆筒(5-4)固定在压紧盘上表面，该圆锥形漏斗或底部开口的圆筒与压紧盘上的下料孔连通，该压紧盘的下料孔的中心至转盘轴的中心的距离的等于压紧盘的出气孔的中心至转盘轴的中心的距离； 还具有，气溶胶稀释部分结构为:稀释压紧盘(9-3)位于稀释支撑盘(9-1)上方，二者经另外的螺栓固定在稀释段基架(9-9)上，稀释转盘(9-2)上左、右对称设置有左圆筒和右圆筒，稀释转盘的左、右圆筒贴合在稀释压紧盘与稀释支撑盘之间、且分别与稀释压紧盘和稀释支撑盘形成转动配合，稀释转盘轴与稀释段旋转电机(7)轴连接，稀释压紧盘上表面左、右对称地开有左、右通孔，该左通孔上固定有一根稀释气溶胶出气道连接管(9-7)，该右通孔上固定有一根第二气溶胶出气道连接管(9-6)，稀释压紧盘的左、右通孔与稀释转盘的左、右圆筒位于同一圆周上，稀释支撑盘上位于稀释压紧盘的左、右通孔的正下方的位置上对应开有另外一个左通孔和另外一个右通孔，该另外一个左通孔上固定有一根空气进气道连接管(9-5)，该另外一个右通孔上固定有一根第二气溶胶进气道连接管(9-4); 空气压缩机(I)出口顺次连接进气段空气过滤器(2 )和进气段质量流量计(3 )，进气段质量流量计(3 )出口连接上述气溶胶进气道连接管(5-5 )，上述气溶胶出气道连接管(5-6 )以及进气段质量流量计出口均经旁通管路接于第二气溶胶进气道连接管(9-4)，进气段空气过滤器(2 )出口连接稀释段质量流量计(8 )后接于空气进气道连接管(9-5 )，稀释气溶胶出气道连接管(9-7)连接采 样段DPF (10)后排空，稀释气溶胶出气道连接管(9-7)与采样段DPF (10 )之间的管路上设置有采样接口( 12 )，稀释气溶胶出气道连接管(9-7 )与采样接口( 12)之间的管路上设置有浓度监测单元(11)。
2.根据权利要求1所述的一种可模拟柴油机排气颗粒流的气溶胶发生器，其特征是，所述进气段质量流量计(3 )出口经旁通管路与气溶胶出气道连接管(5-6 )连接后接于稀释段DPF (6)后排空；所述第二气溶胶出气道连接管(9-6)接于稀释段DPF (6)后排空。
3.根据权利要求1或2所述的一种可模拟柴油机排气颗粒流的气溶胶发生器，其特征是，所述压紧盘(5-3)上的出气孔为左、右对称的两个，该两个出气孔上分别固定有一根气溶胶出气道连接管(5-6)，所述支撑盘(5-1)上的进气孔为左、右对称的两个，该两个进气孔上分别固定有一根气溶胶进气道连接管(5-5);所述用作盛装气溶胶颗粒的圆锥形漏斗或底部开口的圆筒为上、下对称的两个，该两个圆锥形漏斗或底部开口的圆筒分别与压紧盘上的上、下对称的两个下料孔连通。
4.根据权利要求3所述的一种可模拟柴油机排气颗粒流的气溶胶发生器，其特征是，所述浓度监测单元(11)为AVL不透光烟度计。
5.根据权利要求4所述的一种可模拟柴油机排气颗粒流的气溶胶发生器，其特征是，所述压紧盘(5-3)下表面以及支撑盘(5-1)上表面均设有内凹形台阶；所述圆筒(5-4)上还设置有其上开有小孔的圆筒盖。
6.根据权利要求5所述的一种可模拟柴油机排气颗粒流的气溶胶发生器，其特征是，所述转盘(5-2)厚度为2 mm,转盘的贯通孔的直径为4 mm ;稀释转盘(9_2)厚度为5mm,稀释转盘上的左、右圆筒的内径均为5 mm,高均为50 mm。
7.根据权利要求6所述的一种可模拟柴油机排气颗粒流的气溶胶发生器，其特征是，所述进气段质量流量计(3)流量控制在5(T300 L/min，发生段旋转电机(4)转速控制在30^300 r/min，稀释段旋转电机(7)转速与发生段旋转电机(4)转速保持一致或其l/n，n为发生段旋转电机转速的公约数，稀释段质量流量计(8)流量控制在1(T300 L/min。
8.根据权利要求7所述的一种可模拟柴油机排气颗粒流的气溶胶发生器，其特征是，所述发生段基架(5-8 )和稀释段基架上均安装有活动脚轮。
9.根据权利要求8所述的一种可模拟柴油机排气颗粒流的气溶胶发生器，其特征是，所述所有气体通路均采用Φ8气动管进行连接。
10.根据权利要求9所述的一种可模拟柴油机排气颗粒流的气溶胶发生器，其特征是，所述进气段空气过滤器(2)为三级空气过滤器稀释段DPF (6)与采样段DPF (10)均为柴油机颗粒捕集器型。
【文档编号】B01F3/06GK104014285SQ201410294033
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】孟忠伟, 蒲云飞, 杨冬, 李路, 张靖, 张川 申请人:西华大学