一種粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)，其包括環(huán)形風洞、粉塵發(fā)生裝置、風機和粉塵傳感及監(jiān)測系統(tǒng)；環(huán)形風洞包括按逆時針方向首尾依次連接的擴壓段、第一拐角段、紊流段、第二拐角段、混合段、穩(wěn)定段、收縮段和實驗段。本發(fā)明通過對環(huán)形風洞合理設計，使得環(huán)形風洞內產(chǎn)生的粉塵環(huán)境能夠有效避免外界的干擾，保證粉塵環(huán)境的穩(wěn)定；在進行測量粉塵濃度試驗時，粉塵發(fā)生裝置可以調節(jié)噴入環(huán)形風洞內的粉塵流量，定量的粉塵噴入環(huán)形風洞中，粉塵發(fā)生裝置的出塵口方向與氣流方向相反，使得粉塵與空氣能夠充分混合，設置混合段、穩(wěn)定段和收縮段可以為實驗段提供均勻穩(wěn)定、濃度可調的粉塵環(huán)境，可進行產(chǎn)品的環(huán)境可靠性測試、準確度校正等試驗。
【專利說明】
一種粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于儀器制造及環(huán)境保護領域，具體涉及一種粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)。【背景技術】
[0002]環(huán)境模擬技術是一門新的綜合性工程技術，主要研究各種自然環(huán)境的人工再現(xiàn)技術和在模擬環(huán)境下產(chǎn)品的試驗技術。當前發(fā)展方向是建立整機的多參數(shù)綜合動態(tài)環(huán)境模擬設備和進行多參數(shù)綜合動態(tài)試驗及人機系統(tǒng)環(huán)境試驗;在環(huán)境模擬設備中再現(xiàn)各種環(huán)境條件，進行產(chǎn)品的環(huán)境可靠性試驗、準確度校正或耐久試驗等，這對于新產(chǎn)品的開發(fā)和成品的質量檢驗具有重要的意義。粉塵環(huán)境模擬可應用于能源、化工、冶金、環(huán)境、食品等生產(chǎn)領域，應用管道氣力輸送工藝來傳送煤粉、石灰、礦石、鹽類以及面粉等都是屬于典型的粉塵環(huán)境。粉塵環(huán)境模擬對各類參數(shù)(諸如濃度、流速、質量流量等)傳感器等產(chǎn)品的研發(fā)，探索提高輸送及生產(chǎn)效率、保證系統(tǒng)安全運行的新技術和新方法等都有著重要的現(xiàn)實意義。
[0003]現(xiàn)有技術中的粉塵環(huán)境模擬裝置一般采用水平橫置的風洞，利用風機在風洞內產(chǎn)生負壓使空氣流動，而風洞連接粉塵產(chǎn)生裝置，產(chǎn)生的粉塵進入到風洞內形成粉塵模擬環(huán)境。上述裝置在實際應用中存在如下缺陷:1、通過上述粉塵環(huán)境模擬裝置產(chǎn)生的粉塵模擬環(huán)境實驗段受外界環(huán)境影響大，難以形成穩(wěn)定流動均勻的粉塵環(huán)境;2、多參數(shù)實時測量困難。
【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠模擬出分布均勻、濃度可調的粉塵環(huán)境，且氣固兩相流流動穩(wěn)定，不受外界干擾。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0006]—種粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)，包括環(huán)形風洞、粉塵發(fā)生裝置、風機和粉塵傳感及監(jiān)測系統(tǒng);所述環(huán)形風洞包括按逆時針方向首尾依次連接的擴壓段、第一拐角段、紊流段、第二拐角段、混合段、穩(wěn)定段、收縮段和實驗段;其中，第一拐角段、紊流段、第二拐角段、混合段和穩(wěn)定段的管徑相同，且紊流段、混合段和穩(wěn)定段和實驗段均為直管道，第一拐角段和第二拐角段均為弧形管道;第一拐角段與第二拐角段相對設置，紊流段與由混合段、穩(wěn)定段、 收縮段、實驗段和擴壓段連接組成的管道相對設置;擴壓段的管徑由實驗段向第一拐角段逐漸增大，增大方式為弧形曲線增大;在擴壓段上設置若干個調壓孔，每個調壓孔內壁上均設有濾膜;在第一拐角段和第二拐角段內均設有導流片;在穩(wěn)定段的輸入端設有蜂窩器;收縮段的管徑由穩(wěn)定段向實驗段逐漸減小，減小方式為弧形曲線減小;粉塵發(fā)生裝置的出塵口置于混合段內；風機位于第一拐角段的輸出端與紊流段的輸入端之間。
[0007]優(yōu)選地，所述環(huán)形風洞內的氣固兩相流為逆時針方向，粉塵發(fā)生裝置的出塵口方向與氣固兩相流流動方向相反。
[0008]優(yōu)選地，所述環(huán)形風洞為縱向布置，第一拐角段和第二拐角段分別位于環(huán)形風洞的兩側，紊流段位于環(huán)形風洞的上側，由混合段、穩(wěn)定段、收縮段、實驗段和擴壓段連接組成的管道位于環(huán)形風洞的下側。
[0009]優(yōu)選地，所述實驗段包括第一實驗段和第二實驗段，其中第一實驗段與收縮段相鄰，第二實驗段與擴壓段相鄰;第一實驗段以可拆卸的方式接入到環(huán)形風洞上;在第二實驗段上方設有至少兩個傳感器放置工位;在第二實驗段上還設有有機玻璃材質的觀察窗，觀察窗上帶有可開閉的金屬罩。
[0010]優(yōu)選地，所述粉塵發(fā)生裝置包括依次連接的空氣壓縮機、油水分離器和氣溶膠粉塵發(fā)生器。
[0011]優(yōu)選地，所述風機為離心式防爆風機，該風機配置有變頻器。
[0012]優(yōu)選地，所述粉塵傳感及監(jiān)測系統(tǒng)包括粉塵傳感系統(tǒng)及上位機顯示系統(tǒng)；
[0013]其中，粉塵傳感系統(tǒng)包括粉塵濃度傳感器、風速傳感器、風壓傳感器和溫濕度傳感器，粉塵濃度傳感器和風速傳感器位于實驗段內；風壓傳感器位于擴壓段、第一拐角段、紊流段、第二拐角段、混合段、穩(wěn)定段或收縮段內；溫濕度傳感器位于擴壓段、第一拐角段、紊流段、第二拐角段、混合段、穩(wěn)定段或收縮段內。[〇〇14]優(yōu)選地，所述粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)還包括除塵裝置，除塵裝置位于擴壓段的輸出端與第一拐角段的輸入端之間；該除塵裝置包括可拆卸的除塵濾膜。
[0015]優(yōu)選地，所述粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)還包括用于調整環(huán)形風洞內溫度的空調。
[0016]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:[〇〇17]1、環(huán)形風洞內產(chǎn)生的粉塵環(huán)境能夠有效避免外界的干擾，保證粉塵環(huán)境的穩(wěn)定；在進行測量粉塵濃度試驗時，粉塵發(fā)生裝置可以調節(jié)噴入環(huán)形風洞內的粉塵流量，定量的粉塵噴入環(huán)形風洞中，由于粉塵發(fā)生裝置的出塵口方向與氣流方向相反，使得粉塵與空氣能夠充分混合，設置混合段、穩(wěn)定段和收縮段可以為實驗段提供均勻穩(wěn)定、濃度可調的粉塵環(huán)境，可進行產(chǎn)品的環(huán)境可靠性測試、準確度校正等試驗，且試驗結果更加準確。
[0018]2、氣固兩相流在環(huán)形風洞中循環(huán)流動，避免持續(xù)加粉，系統(tǒng)能量比高。
[0019]3、環(huán)形風洞豎直擺放，占地面積小，且能夠利用回形區(qū)域進行布線，方便實驗者操作?！靖綀D說明】
[0020]圖1為本發(fā)明中一種粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)的結構示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明中一種粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)的原理框圖；
[0022]其中，1-環(huán)形風洞，2-粉塵發(fā)生裝置，3-風機，4-擴壓段，5-第一拐角段，6-紊流段， 7_第二拐角段，8-混合段，9-穩(wěn)定段，10-收縮段；[〇〇23]11-實驗段，12-調壓孔，13-導流片，14-蜂窩器，15-變頻器，16-空氣壓縮機，17-油水分離器，18-氣溶膠粉塵發(fā)生器，19-粉塵傳感系統(tǒng)，20-上位機顯示系統(tǒng)，21-除塵裝置， 22-第一實驗段，23-第二實驗段，24-傳感器放置工位，25-傳感器放置工位，26-觀察窗。【具體實施方式】[〇〇24]下面結合附圖以及【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明:
[0025]結合圖1和圖2所示，一種粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)，包括環(huán)形風洞1、粉塵發(fā)生裝置 2、風機3和粉塵傳感及監(jiān)測系統(tǒng)。
[0026]環(huán)形風洞1包括按逆時針方向首尾依次連接的擴壓段4、第一拐角段5、紊流段6、第二拐角段7、混合段8、穩(wěn)定段9、收縮段10和實驗段11。其中，[〇〇27]第一拐角段5、紊流段6、第二拐角段7、混合段8和穩(wěn)定段9的管徑相同，且紊流段6、 混合段8和穩(wěn)定段9和實驗段11均為直管道，第一拐角段5和第二拐角段7均為弧形管道。
[0028]優(yōu)選地，第一拐角段5和第二拐角段7均采用半圓弧形管道。
[0029]第一拐角段5與第二拐角段7相對設置，紊流段6與由混合段8、穩(wěn)定段9、收縮段10、 實驗段11和擴壓段4連接組成的管道相對設置。
[0030]擴壓段4的管徑由實驗段11向第一拐角段5逐漸增大，增大方式為弧形曲線增大， 即擴壓段4管道經(jīng)軸向剖后，剖線呈弧形曲線狀。
[0031]在擴壓段4上設置若干個調壓孔12,每個調壓孔12內壁上均設有濾膜。調壓孔12的作用是使環(huán)形風洞1內外壓力相等，調壓孔12內壁的濾膜可以防止粉塵被吹出環(huán)形風洞。
[0032]第一拐角段5和第二拐角段7內均設有導流片，例如導流片13。通過設置導流片13 使到達混合段8的氣固兩相流比較均勻。
[0033]在穩(wěn)定段9的輸入端設有蜂窩器14,便于對氣固兩相流進行初步整流。
[0034]收縮段10的管徑由穩(wěn)定段9向實驗段11逐漸減小，減小方式為弧形曲線減小，即收縮段管道經(jīng)軸向剖后，剖線呈弧形曲線狀。
[0035]粉塵發(fā)生裝置2的出塵口置于混合段8內。環(huán)形風洞1內的氣固兩相流為逆時針方向，粉塵發(fā)生裝置的出塵口方向與氣固兩相流流動方向相反，使粉塵與氣固兩相流混合更加均勻。
[0036]風機3位于第一拐角段5的輸出端與紊流段6的輸入端之間，便于為環(huán)形風洞1內的氣固兩相流循環(huán)流動提供動力。
[0037] 優(yōu)選地，風機3為離心式防爆風機，該風機配置有變頻器15。通過變頻器15可以調節(jié)風機轉速，使氣固兩相流達到所需要的不同流速。
[0038]本發(fā)明中的環(huán)形風洞1采用縱向布置，即垂直于地面放置。第一拐角段5位于環(huán)形風洞的右側，第二拐角段6位于環(huán)形風洞的左側，紊流段6位于環(huán)形風洞的上側，由混合段8、 穩(wěn)定段9、收縮段10、實驗段11和擴壓段4連接組成的管道位于環(huán)形風洞的下側。
[0039] 通過上述放置方式，使得環(huán)形風洞1占地面積小。此外，環(huán)形風洞1包圍的回形區(qū)域可以設置面板，便于供電電源、各類傳感器與上位機間的走線。
[0040]優(yōu)選地，環(huán)形風洞1采用金屬制作以抗干擾。在環(huán)形風洞1的內壁上噴涂聚四氟乙烯，以增加內壁的光滑性和防腐蝕性。
[0041]粉塵發(fā)生裝置2用于將粉塵顆粒噴入環(huán)形風洞1中。該粉塵發(fā)生裝置包括依次連接的空氣壓縮機16、油水分離器17和氣溶膠粉塵發(fā)生器18。
[0042]其中，空氣壓縮機16產(chǎn)生壓縮空氣；油水分離器17分離出壓縮空氣中的水分和油分，對壓縮空氣進行凈化;在氣溶膠粉塵發(fā)生器18中，凈化后的壓縮空氣將粉塵噴入環(huán)形風洞1，通過調節(jié)噴入環(huán)形風洞1的粉塵流量，可實現(xiàn)環(huán)形風洞1內不同的固氣混合比。[〇〇43]粉塵傳感及監(jiān)測系統(tǒng)包括粉塵傳感系統(tǒng)19及上位機顯示系統(tǒng)20。其中，粉塵傳感系統(tǒng)19用于將粉塵濃度、風速、風壓、溫濕度等信息轉變成電信號并進行放大調制。
[0044] 該粉塵傳感系統(tǒng)19包括粉塵濃度傳感器、風速傳感器、風壓傳感器和溫濕度傳感器等。其中，粉塵濃度傳感器和風速傳感器位于實驗段11內，風壓傳感器在不干擾實驗段流型的前提下可以設置在擴壓段4、第一拐角段5、紊流段6、第二拐角段7、混合段8、穩(wěn)定段9或收縮段10內，此外，溫濕度傳感器在不干擾實驗段流型的前提下也可以設置在擴壓段4、第一拐角段5、紊流段6、第二拐角段7、混合段8、穩(wěn)定段9或收縮段10內。[〇〇45]上位機顯示系統(tǒng)20包括數(shù)據(jù)采集卡、計算機及上位機軟件，用于對傳感器輸出的電信號進行采集、分析處理及顯示。
[0046]此外，粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)還包括除塵裝置21，除塵裝置21位于擴壓段4的輸出端與第一拐角段5的輸入端之間。該除塵裝置包括可拆卸的除塵濾膜。
[0047]實驗時取出除塵濾膜，實驗結束后放入除塵濾膜，啟動風機3進行除塵并回收粉塵。
[0048]此外，粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)還包括用于調整環(huán)形風洞1內溫度的空調。
[0049]實驗段11包括第一實驗段22和第二實驗段23。其中第一實驗段22與收縮段10相鄰，第二實驗段23與擴壓段4相鄰。
[0050]第一實驗段22以可拆卸的方式接入到環(huán)形風洞1上，該可拆卸方式例如可以是法蘭連接。此種可拆卸式連接便于安裝和拆卸。[0051 ]粉塵濃度傳感器包括環(huán)形粉塵濃度傳感器和棒狀粉塵濃度傳感器。其中，
[0052]第一實驗段22為環(huán)形粉塵濃度傳感器實驗段，該實驗段兩端采用法蘭接入風洞管道，便于傳感器的安裝和拆卸，且由于環(huán)形粉塵濃度傳感器以嵌入管道內壁形式安裝，因此可放置在上游兩相流流動區(qū)域而不會干擾流型、造成第二實驗段23粉塵濃度分布不均的問題；[〇〇53]在第二實驗段23上方設有至少兩個傳感器放置工位，例如傳感器放置工位24和放置工位25，分別用于放置棒狀粉塵濃度傳感器和風速傳感器;在第二實驗段23上還設有有機玻璃材質的觀察窗26,觀察窗上帶有可開閉的金屬罩以抗干擾。
[0054]利用該粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)可進行產(chǎn)品的環(huán)境可靠性試驗以及標定與校準等實驗，其工作過程如下:1、啟動風機3，觀測風速傳感器和風壓傳感器測得的數(shù)據(jù)，通過變頻器調節(jié)電機轉速可實現(xiàn)環(huán)形風洞1內風流流速的調節(jié)；2、待環(huán)形風洞1內風流穩(wěn)定后，啟動粉塵發(fā)生裝置2,向環(huán)形風洞1內噴入一定量的粉塵，由于粉塵發(fā)生裝置2的出塵口與氣固兩相流相反，使得粉塵與空氣能夠在混合段8內充分混合，經(jīng)穩(wěn)定段9入口處的蜂窩器14實現(xiàn)氣固兩相流初步整流，在穩(wěn)定段9進一步均勻穩(wěn)定，而后進入收縮段10,氣固兩相流在收縮段均勻加速進入實驗段11，粉塵與空氣在實驗段均勻彌散，從而在實驗段形成均勻穩(wěn)定且低湍流的模擬粉塵環(huán)境。
[0055]在此實驗段模擬粉塵環(huán)境中，可進行產(chǎn)品的環(huán)境可靠性試驗、標定與校準等實驗， 例如可將一標定好的粉塵濃度傳感器與一待校正的粉塵濃度傳感器放入實驗段中，通過測得的兩組濃度值，對待校正傳感器進行校準；也可將環(huán)形粉塵濃度傳感器和棒狀粉塵濃度傳感器放入實驗段，通過測得兩傳感器靜電輸出信號分析其靜態(tài)、動態(tài)特性的異同，測定及評價其性能并改進設計;也可用于研究風速和粉塵濃度之間的關系，如在環(huán)形風洞1內噴入定量粉塵，在實驗段11形成某一濃度(濃度波動〈=±5%)的粉塵環(huán)境，調節(jié)風機3轉速，采集并分析在不同風速下測得的靜電輸出信號，得到風速和粉塵濃度之間的關系。[〇〇56]當然，以上說明僅僅為本發(fā)明的較佳實施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實施例，應當說明的是，任何熟悉本領域的技術人員在本說明書的教導下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說明書的實質范圍之內，理應受到本發(fā)明的保護。
【主權項】
1.一種粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)，其特征在于，包括環(huán)形風洞、粉塵發(fā)生裝置、風機和粉 塵傳感及監(jiān)測系統(tǒng);所述環(huán)形風洞包括按逆時針方向首尾依次連接的擴壓段、第一拐角段、 紊流段、第二拐角段、混合段、穩(wěn)定段、收縮段和實驗段;其中，第一拐角段、紊流段、第二拐 角段、混合段和穩(wěn)定段的管徑相同，且紊流段、混合段和穩(wěn)定段和實驗段均為直管道，第一 拐角段和第二拐角段均為弧形管道;第一拐角段與第二拐角段相對設置，紊流段與由混合 段、穩(wěn)定段、收縮段、實驗段和擴壓段連接組成的管道相對設置;擴壓段的管徑由實驗段向 第一拐角段逐漸增大，增大方式為弧形曲線增大;在擴壓段上設置若干個調壓孔，每個調壓 孔內壁上均設有濾膜;在第一拐角段和第二拐角段內均設有導流片;在穩(wěn)定段的輸入端設 有蜂窩器;收縮段的管徑由穩(wěn)定段向實驗段逐漸減小，減小方式為弧形曲線減小;粉塵發(fā)生 裝置的出塵口置于混合段內；風機位于第一拐角段的輸出端與紊流段的輸入端之間。2.根據(jù)權利要求1所述的一種粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)形風洞內的 氣固兩相流為逆時針方向，粉塵發(fā)生裝置的出塵口方向與氣固兩相流流動方向相反。3.根據(jù)權利要求1所述的一種粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)形風洞為縱 向布置，第一拐角段和第二拐角段分別位于環(huán)形風洞的兩側，紊流段位于環(huán)形風洞的上側， 由混合段、穩(wěn)定段、收縮段、實驗段和擴壓段連接組成的管道位于環(huán)形風洞的下側。4.根據(jù)權利要求1所述的一種粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述實驗段包括第 一實驗段和第二實驗段，其中第一實驗段與收縮段相鄰，第二實驗段與擴壓段相鄰;第一實 驗段以可拆卸的方式接入到環(huán)形風洞上；在第二實驗段上方設有至少兩個傳感器放置工 位;在第二實驗段上還設有有機玻璃材質的觀察窗，觀察窗上帶有可開閉的金屬罩。5.根據(jù)權利要求1所述的一種粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述粉塵發(fā)生裝置 包括依次連接的空氣壓縮機、油水分離器和氣溶膠粉塵發(fā)生器。6.根據(jù)權利要求1所述的一種粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述風機為離心式 防爆風機，該風機配置有變頻器。7.根據(jù)權利要求1所述的一種粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述粉塵傳感及監(jiān) 測系統(tǒng)包括粉塵傳感系統(tǒng)及上位機顯示系統(tǒng);粉塵傳感系統(tǒng)包括粉塵濃度傳感器、風速傳 感器、風壓傳感器和溫濕度傳感器，粉塵濃度傳感器和風速傳感器位于實驗段內；風壓傳感 器位于擴壓段、第一拐角段、紊流段、第二拐角段、混合段、穩(wěn)定段或收縮段內；溫濕度傳感 器位于擴壓段、第一拐角段、紊流段、第二拐角段、混合段、穩(wěn)定段或收縮段內。8.根據(jù)權利要求1所述的一種粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述粉塵環(huán)境模擬 測量系統(tǒng)還包括除塵裝置，該除塵裝置位于擴壓段的輸出端與第一拐角段的輸入端之間； 所述除塵裝置包括可拆卸的除塵濾膜。9.根據(jù)權利要求1所述的一種粉塵環(huán)境模擬測量系統(tǒng)，其特征在于，所述粉塵環(huán)境模擬 測量系統(tǒng)還包括用于調整環(huán)形風洞內溫度的空調。
【文檔編號】G01M9/04GK106017854SQ201610554830
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月14日
【發(fā)明人】程學珍, 馮翠萍, 李超, 亢菲菲, 于永進, 楊婕, 尹唱唱, 杜彥鑌, 趙猛, 李繼明
【申請人】山東科技大學