车辆试验舱低气压动态试验系统设计.pdf
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1、真空VACUUM车辆试验舱低气压动态试验系统设计刘中博(沈阳金凯瑞科技有限公司,辽宁沈阳110031)摘要:针对车辆发动机在高海拔地区因低气压而性能下降的问题,依托于 XX 项目需求设计了一套低气压动态试验系统,其可用于模拟高海拔低气压环境和开展车辆低气压动态试验。详细介绍了该试验系统中低气压模拟系统及排烟系统的组成和工艺流程,并进行了抽气速率及抽气量计算。关 键 词:低气压环境;发动机性能;排烟系统中图分类号:TB774文献标识码:B文章编号:1002-0322(2024)02-0058-04doi:10.13385/ki.vacuum.2024.02.10Design of Low-pre
2、ssure Area Dynamic Test System for Vehicle Test CabinLIU Zhong-bo(Shenyang KingCareer Technology Co.,Ltd.,Shenyang 110031,China)Abstract:Aiming at the problem of engine performance degradation of vehicles due to low air pressure in high-altitude areas,alow-pressure dynamic testing system was designe
3、d based on the requirements of the XX project,which can be used to simulate high-altitude low-pressure environments,and carry out various dynamic tests of vehicles under low-pressure.The composition and processflow of the low-pressure simulation system and smoke exhaust system were introduced in det
4、ail,and the extraction rate and amountwere calculated.Key words:low-pressure environment;engine performance;smoke exhaust system收稿日期:2023-05-08作者简介:刘中博(1985-),男,辽宁省沈阳市人,本科,工程师。我国高原地域广阔,随着海拔升高,气压和气温会逐渐降低,因此在高海拔地区,车辆发动机常出现吸气能力不足的问题,导致发动机性能大幅度下降1-4。高原地区气温由于季节、昼夜、天气的不同变化很大5,以年平均统计温度来指导整车性能开发缺少实际意义,且大气温度
5、模拟装置昂贵复杂,一时难以实现。而采用高原海拔气候舱对大气压力变化进行模拟,对于车型开发阶段具有重大意义,在普通环境地区就可以进行车辆的高海拔环境适应性模拟验证,通过研究及评价内燃机及其附件在不同海拔高度环境下的动力性、经济性、排放及起动性能,探索发动机各项性能指标随海拔变化的规律,可以为改善燃烧过程、降低油耗和炭烟排放,以及开发设计适合高原地区使用的新型发动机提供依据和资料,有助 于 发 动 机 高 原 环 境 适 应 性 问 题 的 进 一 步 研究6-9。本文依托 XX 项目,设计了一套低气压动态试验系统,该系统不仅可以模拟高海拔低气压环境,还可满足车辆在低气压下的各种动态试验要求。1系
6、统设计技术指标低气压动态试验系统设计技术指标如下:(1)气压:北京当地大气压至 50 kPa(相当于海拔 5 500 m)范围内任意可调。(2)海拔变化速率:海拔上升最大速率不低于3 m/s,可调;海拔下降最大速率不低于 2 m/s,可调。(3)真空风机流量:风压至 50 kPa 工况下最大风量不小于 13 800 m3/h,可调。(4)海拔模拟的精确度为50 m。(5)排烟温度最高为 800。(6)使用环境:温度为-4555;大气压为50101 kPa。第 61 卷第 2 期2024年3月Vol.61,No.2Mar.2024第 2 期刘中博:车辆试验舱低气压动态试验系统设计2系统组成低气压
7、动态试验系统主要由低气压模拟系统及排烟系统组成。2.1低气压模拟系统低气压模拟系统主要包括真空设备、驱动系统、压力调节阀系统、气温调节系统、管道系统和应急安全系统等部分。真空设备的主要功能是将车辆试验间内的气体排出到洞体外,降低洞体内的气压从而模拟不同海拔高度的低气压环境。驱动系统主要对真空设备进行驱动并进行调速控制。压力调节阀系统主要通过控制阀门控制抽气速率及进气速率,从而精确控制试验间内的环境压力10-13。气温调节系统的主要功能是调节进入真空设备的气体温度,防止真空设备损坏。管道系统的主要功能是将真空设备、高海拔试验单元试验间及压力调节阀系统连接起来,实现气流与外界的流动。应急安全系统在
8、系统出现故障或试验间出现特殊状况需要紧急复压时启动,帮助试验人员快速安全脱离低气压环境或使救护人员顺利进入试验间进行救援。2.2排烟系统排烟系统系统主要由尾气收集装置、真空设备、气动压力调节阀、尾气预冷器和扫气系统等部件组成。尾气收集装置对尾气进行净化。真空设备的主要功能是将试验件产生的烟气排出到洞体外。气动压力调节阀调节系统压力,进行背压模拟试验。尾气预冷器对烟气进行冷却,防止温度过高的烟气损坏真空设备及其他设备,同时烟气预冷器对突然喷出的烟气进行缓冲,防止冲击造成设备损坏。扫气系统主要在试验完毕恢复常压后对试验舱进行换气处理,防止残留烟气污染试验舱。3总体方案模拟低气压环境时气流通过真空总
9、抽气管道经过换热器、压力及温度变送器等部件抽进真空泵组,最终由真空泵组排出实验室。当进行低气压下的排烟试验时,由真空设备将试验件产生的烟气排出,流量调节阀控制烟气排出的速率,满足系统背压模拟及排烟需求。在主管道的旁路上设置两根精调管道。每根管道设置精调阀,用于进行高精度气压调节,最终抽出的气体经真空泵组的出口连接到总排气管道排到室外。4系统工艺流程4.1低气压模拟系统工艺流程根据低气压模拟系统的工作要求以及其他系统的工况要求,低气压模拟系统的工艺流程如图 1 所示。图 1低气压模拟系统工艺流程图Fig.1Process flow diagram of low-pressure simulati
10、on system首先打开注气平衡阀门,关闭低气压模拟管路阀门,启动真空设备通过驱动系统调整至指定工况,此时真空设备仅抽取室外气体。机组启动完成后,逐渐打开低气压模拟系统的流量调节阀控制舱内的抽速,并实时测量风洞内气体压力。当风洞内气体压力与目标数值接近时逐渐关闭流量调节阀,直至压力与目标数值一致,维持系统稳定。当补气系统和排烟系统联合工作时,通过主路和注气平衡支路高精度压力调节阀配合工作,控制抽气速率,协同补气系统和排烟系统联合控制环境舱内压力,满足系统工作要求。4.2排烟系统工艺流程根据排烟系统的工作要求以及其他系统的工况要求,排烟系统原理图如图 2 所示。图 2排烟系统原理图Fig.2S
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