吹砂吹尘环境试验装置系统

1、一种吹砂吹尘环境试验装置系统，包括模拟风速环境的循环风道、砂/尘料 循环装置、空气调节装置以及由各自管道组成的通道构成，砂/尘料循环装置、空气 调节装置通过通道与循环风道连接，各通道上设有多个用于控制流量、流速、压力的 阀门，其特征在于：
所述的循环风道(1)为不规则结构的密闭风道，循环风道(1)按其不同结构段依次 分为试验段(101)、扩压段(102)、分离段(103)、第一拐角段(104)、第一收缩段(105)、 第二拐角段(106)、方圆过渡段(107)、动力段(108)、圆方过渡段(109)、变截面段 (110)、第三拐角段(111)、第四拐角段(112)、稳定段(113)、第二收缩段(114)；
在四个拐角段(104、106、111、112)分别设有第一导流片(115)、第二导流 片(116)、第三导流片(117)、第四导流片(118)；
在试验段(101)上设有密封门(18)和电机转盘(17)，密封门(18)上设有观察窗，观 察窗上设有刮尘器；
在分离段(103)内设有分离件(19)，第二回料通道(123)连接在循环风道(1)的分离 段(103)，第二回料通道(123)另一端与回收料斗(507)连接；
在第一拐角段(104)，干压缩空气通道(129)和回气通道(130)与循环风道(1)导通， 干压缩空气通道(129)另一端与干压缩空气输出管道连接，回气通道(130)另一端与分 离器(501)连接，回气通道(130)上设有真空泵(506)；
在第一收缩段(105)两端顶部分别设排风阀(601)和进风阀(602)，排风阀(601) 与排气通道(6)连接；
在方圆过渡段(107)，大空调进气通道(124)与循环风道(1)导通，大空调进气通 道(124)另一端与大空调旁路(8)导通；
在动力段(108)内设有主风机(15)，主风机(15)外部设有用于对其进行降温的冷 却风机(20)；
在变截面段(110)，小空调进气通道(125)与循环风道(1)导通，小空调进气通道 (125)另一端与小空调旁路(9)导通；
在第三拐角段(111)，空调回气通道(131)与循环风道(1)导通，空调回气通道(131) 另一端分别与大空调旁路(8)和小空调旁路(9)导通；
在稳定段(113)内设有整流隔栅(16)，送料通道(121)与稳定段(113)导通，送料 通道(121)送料端伸入循环风道(1)内并安装在整流隔栅(16)的下游，送料通道(121) 送料端伸入循环风道(1)内的管道上连接有喷头(7)，第一回料通道(122)与稳定段(113) 导通并安装在整流隔栅(16)的上游；
在循环风道(1)的内层(13)与装饰板(11)之间安装有保温层(12)，循环风道(1)的外 层(14)上设有装饰板；
所述的砂/尘料循环装置由分离器(501)、第四旋转阀(502)、第一气动换向阀 (503)、加料仓(5)、第一旋转阀(504)、第二旋转阀(505)、吹砂混合器(512)、吹尘混 合器(513)构成，砂尘料从加料吸嘴(511)经第二气动换向阀(510)、第一回料通道 (122)、分离器(501)将砂尘料吸入加料仓(5)中；送料通道(121)另一端与湿压缩空气 管道的输出端连接，且送料通道(121)上设有阀门、压力表、吹砂混合器(512)和吹尘 混合器(513)，吹砂混合器(512)与加料仓(5)输出管道上的第一旋转阀(504)连接，吹 尘混合器(513)与加料仓(5)输出管道上的第二旋转阀(505)连接；加料仓(5)设有两路 输出管道，安装第一旋转阀(504)的管道用于吹砂试验用，安装第二旋转阀(505)的管 道用于吹尘试验用；第一破拱通道(126)与分离器(501)底端连接，第一破拱通道(126) 的另一端与第二破拱通道(128)导通，第二破拱通道(128)输入端与干压缩空气的输出 管道连接，第二破拱通道(128)的另一端与回收料斗(507)底端连接；回收料斗(507) 输出管道上设有第三旋转阀(508)，回收料斗(507)输出管道与设在第一回料通道(122) 上的第三混合器(509)导通，实现将循环风道(1)中回收的砂尘料送回加料仓(5)中；第 一破拱通道(126)与大空调旁路(8)和小空调旁路(9)上的清尘通道(127)连接；
所述的空气调节装置由大空调旁路(8)和小空调旁路(9)构成，采用冷为基础热调 节控制模式，大空调旁路(8)通过第一进水通道(801)和第一回水通道(802)与循环冷 却水以及水处理设备连接，通过设在第一进水通道(801)和第一回水通道(802)上的阀 门控制吹砂试验时冷却水的流量；小空调旁路(9)通过第二进水通道(901)和第二回水 通道(902)与冷水机组(905)设备连接，通过设在第二进水通道(901)和第二回水通道 (902)上的阀门控制吹尘试验时冷却水的流量。
2、根据权利要求1所述的吹砂吹尘环境试验装置系统，其特征在于：送料通道 (121)送料端伸入循环风道(1)内的管道上通过螺纹连接有多个喷头(7)，各喷头之间间 距90cm；喷头(7)由连接段(702)、收缩段(703)、喉部(704)和扩展段(705)构成，连 接段(702)与喉部(704)之间为收缩段(703)，扩展段(705)设在喷口处。
3、根据权利要求1所述的吹砂吹尘环境试验装置系统，其特征在于：稳定段(113) 中的整流隔栅(16)为蜂窝结构。
4、根据权利要求1所述的吹砂吹尘环境试验装置系统，其特征在于：分离段(103) 中的分离件(19)由U型件(1902)和角钢(1901)构成，U型件(1902)焊接在角钢(1901) 上。
5、根据权利要求1所述的吹砂吹尘环境试验装置系统，其特征在于：循环风道 (1)内的砂尘浓度通过调节喷头(7)的射流流量大小和调节安装在加料仓(5)送料端管 道上的第一旋转阀(504)和第二旋转阀(505)的转流速实现。
6、根据权利要求1所述的吹砂吹尘环境试验装置系统，其特征在于：送料通道 (121)中的压缩空气湿度通过第一气动调节阀(517)的膨胀降压形成湿度为30％RH； 循环风道(1)内的湿度通过调整设在干压缩空气通道(129)上的第二气动调节阀(519) 的开度控制在30％RH。
7、根据权利要求1所述的吹砂吹尘环境试验装置系统，其特征在于：排气通道 (6)上设有的调压风机(603)用于调整循环风道(1)内的空气压力。
8、根据权利要求1所述的吹砂吹尘环境试验装置系统，其特征在于：加料通道 (121)为气力输送管道。

技术领域\n本发明涉及一种可在同一套设备中进行吹砂和吹尘两种环境试验的装置系统。\n背景技术\n吹砂和吹尘试验是检验车辆、飞行器、电器设备、军用装备在沙漠、干旱地区和 风砂天气条件下环境适应性和环境可靠性的重要手段。\n目前，吹砂和吹尘试验需要在不同的环境试验设备中进行：(1)吹砂时，由于砂 尘颗粒较大(粒径在150μm至850μm之间)，对风机叶片的磨损较大。又因风道 设计为开式风道(或风洞)，试验过程中的砂尘料损耗和用于温度调节的能量损失都较 大；(2)吹尘时，虽然尘粒较小(粒径≤150μm)，因风道设计为闭式循环风道，试 验过程中的砂尘料损耗和能量损失有所减小，但由于吹砂和吹尘试验分别用不同试验 设备，造成试验设备的利用率不高。现有的吹砂和吹尘环境试验设备均采用依靠重力 及风道主气流携裹作用的加砂、加尘方式，砂尘环境试验设备内部的砂尘颗粒速度和 浓度分布不易控制，不能在试件前形成砂尘浓度、颗粒速度和均匀性的试验环境。吹 砂和吹尘试验中需要对环境试验设备内的温度和湿度进行严格控制，如果简单采用现 有的将换热面和电加热器直接串入吹砂/吹尘风道的温度调节方式，将会出现主风机 压头和系统能量损耗加大的现象；另外，由于其调节对象为含砂尘颗粒的气固两相流， 无法采用常规的干燥手段进行其湿度调节。\n发明内容\n本发明的目的是公开一种吹砂吹尘环境试验装置系统，该装置解决了在同一套环 境试验设备中进行吹砂和吹尘两种试验。使砂尘环境试验设备在有效试验空间内形成 在砂尘浓度和速度分布上较现有分立式吹砂、吹尘环境试验设备性能更好，并在试验 过程中循环使用砂尘料和经过调温、调湿处理的试验气流，从而达到提高设备利用率、 改善试验条件、减少试验过程中材料和能源浪费的技术效果。\n本发明是一种吹砂吹尘环境试验装置系统，包括模拟风速环境的循环风道、砂/ 尘料循环装置、空气调节装置以及由各自管道组成的通道构成，砂/尘料循环装置、 空气调节装置通过通道与循环风道连接，各通道上设有多个用于控制流量、流速、压 力的阀门。循环风道设计成一个不规则结构，在主风机的轴流风力驱动下使试验段形 成满足试验要求的风速条件。来自加料仓中的砂尘原料通过气力输送通道(即送料通 道)和送料通道端部设置的喷头将砂尘原料喷入循环风道内，喷入循环风道内的砂尘 原料与循环风道内的主流风充分混和形成自然环境中的砂尘状况，再通过调节通道上 的多个阀门来改变循环风道内的温度、湿度、浓度等环境条件。\n本发明的优点：1)可以在同一套环境试验设备中进行吹砂、吹尘试验，减少了 系统初投资、提高了试验设备的利用率；2)试验用砂尘料和经过调温、调湿处理的 试验气流可以在吹砂、吹尘试验过程中循环使用，减少了试验过程中的材料和能源消 耗，降低了试验设备的运行费用；3)采用气力输送和气固两相流射流技术进行加砂、 加尘及试验段砂尘浓度控制，有助于改善试验段入口截面砂尘浓度和速度分布，使砂 尘颗粒在速度和分布均匀性上更加满足环境试验要求，改善了试验条件、提高了试验 质量；4)采用一大一小两个空调旁路结构，可以降低主风机功耗、提高温度控制效 果、降低温度调节过程的电能损耗；5)去掉了传统砂尘试验设备试件前后的两个回 收料斗，采用侧面略带扩展的平直试验段，并在试验段前设收缩段，试验段与分离段 间设扩压段，不但减少了系统回收料斗数量，而且在进一步改善循环风道内的流场品 质、减少流动损失的同时提高了分离段气固分离效果。\n附图说明\n图1是本发明不规则循环风道气动布局结构示意图。\n图2是本发明不规则循环风道剖视图。\n图3是本发明吹砂吹尘环境试验装置系统的连接关系示意图。\n图4是本发明中喷头剖视图。\n图5是本发明中隔栅结构示意图。\n图6是本发明中U型分离件剖视图。\n图中：  1.循环风道  10 1.试验段  102.扩压段  103.分离段 104.第一拐角段  105.第一收缩段  106.第二拐角段  107.方圆过渡段  108.动力段 109.圆方过渡段  110.变截面段  111.第三拐角段  112.第四拐角段  113.稳定段 114.第二收缩段  115.第一导流片  116.第二导流片  117.第三导流片  118.第四导流片 121.送料通道  122.第一回料通道  123.第二回料通道 124.大空调进气通道  125.小空调进气通道  126.第一破拱通道 127.清尘通道  128.第二破拱通道  129.干压缩空气通道 130.回气通道  131.空调回气通道  5.加料仓  501.分离器 502.第四旋转阀  503.第一气动换向阀  504.第一旋转阀  505.第二旋转阀 506.真空泵  507.回收料斗  508.第三旋转阀  509.第三混合器 510.第二气动换向阀  511.加料吸嘴  512.吹砂混合器  513.吹尘混合器 517.第一气动调节阀  519.第二气动调节阀 6.排气通道  601.排风阀  602.进风阀  603.调压风机 7.喷头  701.内螺纹  702.连接段  703.收缩段  704.喉部 705.扩展段  8.大空调旁路  801.第一进水通道 802.第一回水通道  807.水泵  808.水处理设备  9.小空调旁路 901.第二进水通道  902.第二回水通道  905.冷水机组 11.装饰板  12.保温层  13.内层  14.外层  15.主风机 16.整流隔栅  17.机电转盘  18.密封门  19.分离件  1901.角钢 1902.U型件  20.冷风机\n具体实施方式\n下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。\n对于吹砂、吹尘环境试验设备中，一般包括砂尘料系统、循环风道、空气调节系 统，循环风道用于提供试件在吹砂和吹尘环境的场所；砂尘料系统提供所需的砂、尘 的原料；空气调节系统用于实现试验环境的温度、湿度。砂尘料系统和空气调节系统 通过管道与循环风道实现连通，各管道上设有多个阀门，阀门的设置是为有效的调节 风道中砂尘料的流量、气力的大小、压力的调节、湿度的调节、湿度的调节等。\n在本发明中，为了实现气固两相流，特对循环风道1作了结构上的改进。循环 风道1为不规则结构的密闭风道，循环风道1按其不同结构段依次分为试验段101、 扩压段102、分离段103、第一拐角段104、第一收缩段105、第二拐角段106、 方圆过渡段107、动力段108、圆方过渡段109、变截面段110、第三拐角段111、 第四拐角段112、稳定段113、第二收缩段114；在四个拐角段104、106、111、 112分别设有第一导流片115、第二导流片116、第三导流片117、第四导流片118； 在试验段101上设有密封门18和电机转盘17，密封门18上设有观察窗，观察窗 上设有刮尘器；在分离段103内设有分离件19，第二通道123连接在循环风道1 的分离段103，第二通道123另一端与回收料斗507连接；在第一拐角段104，干 压缩空气通道129和回气通道130与循环风道1导通，干压缩空气通道129另一 端与干压缩空气输出管道连接，回气通道130另一端与分离器501连接，回气通道 130上设有真空泵506；在第一收缩段105两端顶部分别设排风阀601和进风阀 602，排风阀601与排气通道6连接；在方圆过渡段107，大空调进气通道124与 循环风道1导通，大空调进气通道124另一端与大空调旁路8导通；在动力段108 内设有主风机15，主风机15外部设有用于对其进行降温的冷却风机20；在变截面 段110，小空调进气通道125与循环风道1导通，小空调进气通道125另一端与小 空调旁路9导通；在第三拐角段111，空调回气通道131与循环风道1导通，空调 回气通道131另一端分别与大空调旁路8和小空调旁路9导通；在稳定段113内设 有蜂窝结构整流隔栅16，送料通道121与稳定段113导通，送料通道121送料端 伸入循环风道1内并安装在蜂窝结构整流隔栅16的下游，送料通道121送料端伸 入循环风道1内的管道上连接有喷头7，第一回料通道122与稳定段113导通并安 装在蜂窝结构整流隔栅16的上游；在循环风道1的内层13与装饰板11之间安装 有保温层12，循环风道1的外层14上设有装饰板。\n本发明中的砂/尘料循环装置由分离器501、第四旋转阀502、第一气动换向阀 503、加料仓5、第一旋转阀504、第二旋转阀505、吹砂混合器512、吹尘混合器 513构成，砂尘料从加料吸嘴511经第二气动换向阀510、第一回料通道122、分 离器501将砂尘料吸入加料仓5中；送料通道121另一端与湿压缩空气管道的输出 端连接，且送料通道121上设有阀门、压力表、吹砂混合器512和吹尘混合器513， 吹砂混合器512与加料仓5输出管道上的第一旋转阀504连接，吹尘混合器513 与加料仓5输出管道上的第二旋转阀505连接；加料仓5设有两路输出管道，安装 第一旋转阀504的管道用于吹砂试验用，安装第二旋转阀505的管道用于吹尘试验 用；第一破拱通道126与分离器501底端连接，第一破拱通道126的另一端与第二 破拱通道128导通，第二破拱通道128输入端与干压缩空气的输出管道连接，第二 破拱通道128的另一端与回收料斗507底端连接；回收料斗507输出管道上设有第 三旋转阀508，回收料斗507输出管道与设在第一回料通道122上的第三混合器 509导通，实现将循环风道1中回收的砂尘料送回加料仓5中；第一破拱通道126 与大空调旁路8和小空调旁路9上的清尘通道127连接。\n本发明中的空气调节装置由大空调旁路8和小空调旁路9构成，采用冷为基础 热调节控制模式，大空调旁路8通过第一进水通道801和第一回水通道802与循环 冷却水以及水处理设备连接，通过设在第一进水通道801和第一回水通道802上的 阀门控制吹砂试验时冷却水的流量；小空调旁路9通过第二进水通道901和第二回 水通道902与冷水机组905设备连接，通过设在第二进水通道901和第二回水通道 902上的阀门控制吹尘试验时冷却水的流量。\n在本发明中，送料通道121送料端伸入循环风道1内的管道上通过螺纹连接有 多个喷头7，各喷头之间间距90cm；喷头7由连接段702、收缩段703、喉部704 和扩展段705构成，连接段702与喉部704之间为收缩段703，扩展段705设在 喷口处(喷头结构请参见图4所示)。\n在本发明中，分离段103中的分离件19由U型件1902和角钢1901构成， U型件1902焊接在角钢1901上(请参见图6所示)。\n在本发明中，循环风道1内的砂尘浓度通过调节喷头7的射流流量大小和调节 安装在加料仓5送料端管道上的第一旋转阀504和第二旋转阀505的转流速实现。\n在本发明中，送料通道121与湿压缩空气管道的输出端连接，通过调节设在其 上的阀门和混合器使砂尘在送料通道121内形成气固两相流。\n在本发明中，送料通道121中的压缩空气湿度通过第一气动调节阀517的膨胀 降压形成湿度为30％RH；循环风道1内的湿度通过调整设在干压缩空气通道1 29 上的第二气动调节阀519的开度控制在30％RH。\n在本发明中，排气通道6上设有的调压风机603用于调整循环风道1内的空气 压力。\n在本发明中，加料通道121为气力输送管道。通过调节第一气动调节阀517的 压力、流量使湿压缩空气管道输出的湿空气与加料仓5输出的砂尘料经第一旋转阀 504或者第二旋转阀505与吹砂混合器512或者砂尘混合器513充分渗混后使加 料通道121内形成气力输送砂尘料。\n下面将介绍试件在本发明的设备中的工作过程：\n请参见附图所示，在主风机15的驱动下，试验用空气在循环风道1中循环流动 并在循环风道1的试验段101形成满足试验要求的试验风速，吹砂18～30m/s， 低速吹尘1.5m/s，高速吹尘8.9 m/s，风速大小可以通过调整主风机1 5转速的方 式加以闭环控制，主风机15由直流电机驱动其转速受调速器控制。循环风道1的气 动布局结构如图2所示，采用侧面略带扩展的平直试验段101，为了减小循环风道1 的阻力损失，在循环风道1的四个拐角设有四组导流片115～118；为了改善试验段 101的流场品质，在试验段101上游设有第二收缩段114和稳定段113，稳定段 113内设有整流隔栅16(如图1、2所示)以减少试验段101的紊流度；为了避免 大粒径砂尘颗粒对主风机15叶片造成危害，在试验段101出口设有扩压段102与 分离段103，在分离段103内设有中迎风交错布置四排U分离件19(如图1、2所 示)，扩压段102设在试验段101与分离段103之间以降低分段入口截面的风速， 从而扩压段102起到了气固分离的作用。\n湿压缩空气流经第一气动调节阀517后，其压力和湿度降低至在20～30％RH 的范围。在吹砂混和器512、吹尘混合器513同来自加料仓5的砂尘料均匀混合， 砂尘料在湿压缩空气流的携裹下以气力输送的方式由送料通道121经其端部安装的 多个喷头7喷入循环风道1中，喷头7结构如图5所示，喷头7布置在距试验段101 入口截面3米的加砂截面，含砂尘颗粒的压缩空气反向喷入循环风道1后形成与风 道主流方向相反的气固两相流射流，在风道主流与气固两相流射流的共同作用下，砂 尘颗粒与风洞主流均匀混和，在试验段101入口截面形成砂尘颗粒分布均匀、颗粒 速度与主流风速高度一致的气固两相试验气流，试验段101入口截面所需砂尘浓度 通过调整加料仓5下方的第一旋转阀504和第二旋转阀505转速的方式加以闭环控 制，由于吹砂和吹尘试验中的砂尘浓度要求有较大差异，第一旋转阀504用于完成 吹砂试验时的砂尘浓度调节，第二旋转阀505用于完成吹尘试验时的浓度调节。\n离开试验段101的气固两相流经扩压段102减速后，在流经分离段103的U 型分离件19时发生气固分离，大部分砂尘颗粒被拦截下来落入布置在分离段103 下方的回收料斗507中，并进一步通过第三旋转阀508在第三混和器509和抽自循 环风道1试验段101上游的空气相混合，二者一起在真空泵506抽吸力的作用下经 过第二气动换向阀510进入布置在加料仓5上方的旋风分离器501，被旋风分离器 501分离出的砂尘颗粒经第一气动换向阀503回到加料仓5得以循环利用。在试验 前，将第二气动换向阀510切换至加料位置并将加料吸嘴511插入筛分烘干后的砂 尘料中，这样试验用砂尘料就会在真空泵506抽吸作用下由其存放地点以气力输送 的方式通过旋风分离器501进入加料仓5中；在试验结束后，将第一气动换向阀503 切换至放料位置，继续运行系统15～30分钟就可将系统残存的砂尘料由放料口放 出。\n排风阀601与调压风机603相接，调压风机603的转速和排风量受循环风道1 中的主风机15进口压差控制，从而保证了试验过程中循环风道1内的压力稳定，进 风阀602用于试验前主风机15启动阶段的循环风道1进风过程，当主风机1 5运行 稳定后进风阀602处于关闭状态。\n循环风道1内的温度是通过安装在大空调旁路8中的循环冷却水表冷器，以及 装在小空调旁路9中的电加热器和冷冻水表冷器来控制的，系统的被调量为试验段 101温度。大旁路表冷器中可通以入口温度为35℃的循环冷却水，用于平衡试验段 101温度要求为70℃的高温吹砂试验时的系统热负荷，大旁路内置离心风机的压头 应大于主风机15压头，以避免试验气流在大旁路形成反向流动；小旁路中通以来自 冷水机组905入口温度为7℃的冷冻水，用于平衡常温吹砂(23℃)、高温吹尘(70 ℃)试验时的系统热负荷，配备调功器的电加热器用于温度的精细调节；在试验过程 中首先通过远距离手工调节第一进水通道801上的换向阀803和与第一回水通道 802连接的换向阀804来调整大旁路表冷器循环冷却水流量；通过远距离手工调节 第二进水通道901上的换向阀903和与第二回水通道902连接的换向阀904来调 整小旁路表冷器冷冻水流量；使试验段101温度调至稍低于试验温度要求的水平， 然后根据试验段101温度信号闭环自动调节电加热器的功率使试验段101温度满足 试验要求，从而实现“冷为基础热调节”的调温方式。主风机15由安装在循环风道 1外的冷却风机20以风冷的方式对其进行冷却。\n由于真空泵506的抽气来自循环风道1内部，主流风经过分离段103内设有的 旋风分离件19后，真空泵506尾气管中空气已较为清洁。为了得到循环风道1内 的主流风湿度，可将湿度传感器安装在真空泵506尾气管内，根据湿度信号来改变 设在干压缩空气通道129上的第二空气调节阀519开度的方式实时调整喷入循环风 道1内干压缩空气量就可以使循环风道1内的空气湿度得到进一步精确控制。\n循环风道1的试验段101内设有机电转盘17和密封门18，机电转盘13用于 固定试件、调整试件的受吹方向并承受试验过程中试件的重量、扭矩和偏心矩；密封 门18供试件出入循环风道1时使用，密封门18上可设有观察窗，观察窗上设刮尘 器。\n本发明试验空气在循环风道中循环流动，在试验段形成满足环境试验所需的气固 两相流条件，循环风道具有整流、保温和气固分离功能，改善了流场品质，减少了流 动损失和散热损失，降低了电能消耗。砂尘料以气固两相流射流的方式喷入循环风道 中的试验段上游，形成砂尘颗粒分布均匀、颗粒速度满足要求的试验条件，并以气力 输送的方式在试验过程中得以循环使用，减少了砂尘料消耗，砂尘浓度通过调整砂尘 料的喷入量的方式加以控制；空气调节系统用于调整试验中的温度和湿度条件。该设 备可用于汽车、飞机、装甲车等大型机电设备的吹砂和吹尘环境试验。