坦克裝甲車輛空氣濾清器與增壓器性能匹配測試系統的製作方法

2023-04-25 13:56:22 1

本發明涉及坦克裝甲車輛空氣濾清器性能檢測技術及增壓器技術領域。

背景技術：

坦克裝甲車輛中的空氣濾清器主要功能是淨化發動機進氣，防止發動機因吸入微塵顆粒而加劇活塞與氣缸壁之間的磨損，特別是在風沙較大的沙漠、多塵地帶顯得尤為重要。坦克裝甲車輛的空氣濾清器由一級旋風筒濾清器和二級精濾組成，一級旋風筒濾清器過濾掉大部分的顆粒較大的灰塵，然後經過二級空氣濾清器過濾掉更小的微粒雜質，使二級過濾精度達到99.99％以上。目前傳統的坦克裝甲車輛空氣濾清器布置在渦輪增壓器壓氣機的空氣進氣端，且空氣濾清器的一級旋風筒濾清器和二級精濾都處於常溫常壓條件下，被過濾後的空氣經增壓器和中冷器之後直接進入發動機氣缸內。

近年來，國外某些先進的坦克裝甲車輛動力裝置採用新型空氣濾清器，其顯著特點是將空氣濾清器的一級濾清器和二級濾清器分開，一級旋風筒濾清器仍然布置在增壓器壓氣機的進氣端，二級精濾則布置在增壓器壓氣機出口端的中冷器之後，這樣空氣經一級旋風筒濾清器過濾後的空氣通過增壓器的壓氣機後變成高溫高壓空氣，經中冷器降溫後，空氣溫度一般在80℃以上，這時進入空氣濾清器二級精濾的空氣與傳統的相比屬於高溫高壓空氣，要求二級精濾的材料具有耐高溫和高壓的能力。由於增壓後的空氣密度大、體積小，即體積流量小，因而可以減小二級精濾的體積，有利於提高坦克裝甲車輛動力裝置的功率密度。

現有的坦克裝甲車輛空氣濾清器性能測試系統，主要是在常溫常壓的測試環境下完成對空氣濾清器總成或濾芯性能的測試，不具備在高溫高壓的測試環境下對空氣濾清器性能測試的要求。本發明提供的測試系統既能對現役坦克裝甲車輛在常溫常壓工作條件下的空氣濾清器的性能進行測試，又能對未來坦克裝甲車輛在高溫高壓工作條件下的空氣濾清器的性能進行測試，能以較少的設備投入，獲得較多的測試功能。

技術實現要素：

針對坦克裝甲車輛對高溫高壓空氣濾清器性能測試的需求，本發明提出了一種新的空氣濾清器高溫高壓測試系統，以解決現有的常溫常壓空氣濾清器測試系統不能用於測試高溫高壓空氣濾清器性能的問題。並通過增加少量的設備，將高溫高壓測試系統與常溫常壓測試系統組合在一起，形成一個多功能的空氣濾清器性能測試系統，能夠同時滿足高溫高壓空氣濾清器和常溫常壓空氣濾清器的測試要求。

本發明所涉及的坦克裝甲車輛空氣濾清器與增壓器性能匹配測試系統主要包括：

(1)坦克裝甲車輛空氣濾清器與增壓器性能匹配測試系統有兩項功能，既能對現役坦克裝甲車輛在常溫常壓工作條件下的空氣濾清器的性能進行測試，又能對未來坦克裝甲車輛在高溫高壓工作條件下的空氣濾清器的性能進行測試，能以較少的設備投入，獲得較多的測試功能。通過控制空氣濾清器測試系統中相關電動截止閥的開啟和關閉，來進行常溫常壓測試系統和高溫高壓空氣濾清器測試系統之間的切換。

(2)常溫常壓測試系統和高溫高壓測試系統共用高壓氣源、真空泵、穩壓箱、空氣流量測試系統、絕對濾清器、抽塵泵、自動加塵系統等。

(3)高溫高壓測試系統。系統主要由高壓氣源、燃燒器B、增壓器、水空中冷器、一級旋風筒濾清器2、高溫高壓二級精濾、絕對濾清器、自動加塵系統、穩壓箱、抽塵泵、真空泵、信號採集系統、控制系統、供油系統、管道系統等組成。利用高壓氣源、燃燒器、增壓器B和水空中冷器共同作用，生成用於測試高溫高壓空氣濾清器所需要的高溫高壓氣體。

(4)增壓器性能匹配測試系統。高壓氣源輸出的高壓空氣經過燃燒器與柴油混合燃燒後進一步提高空氣的溫度和壓力，通過改變進入燃燒器的供油量和供氣量，燃燒後產生的高溫高壓氣體驅動增壓器B的壓氣機工作，模擬增壓器實際工作時渦輪機所需要的發動機排氣溫度和壓力，對增壓器的性能進行全工況的匹配測試。同時，通過增壓器B的增壓，獲得與渦輪增壓器實際工況相一致的空壓比，經過水空中冷器的降溫之後，可以滿足高溫高壓二級精濾對不同高溫和高壓測試的需求。

(5)高溫、高壓控制系統。控制臺1和控制臺2通過接收溫度傳感器1和溫度傳感器2的溫度信號，自動調節流過水空中冷器中冷卻水的流量，進而控制進入高溫高壓二級精濾的空氣溫度；通過接收壓力傳感器1的壓力信號，自動調節真空泵的抽空流量；通過接收空氣流量採集系統中的流量信號，並與預設的流量值對比之後，自動調節風量控制閥F5、F6和F7的開度，達到控制空氣流量的目的；通過接收壓力傳感器4的壓力信息，自動調節高壓氣源的供氣量以及風量控制閥F1的開度。控制臺1和控制臺2還可以通過壓力傳感器2和壓力傳感器3採集流經高溫高壓二級精濾的空氣壓力降。

(6)在常溫常壓測試系統中，通過高壓氣源、增壓器A和真空泵的協同作用，能夠提高測試系統中試驗用空氣的流量範圍。

本發明具有如下優點：

(1)具有兩項測試功能，既能測試高溫高壓空氣濾清器的性能，也能測試常溫常壓空氣濾清器的性能。

(2)高溫高壓測試系統和常溫常壓測試系統共用高壓氣源、真空泵、穩壓箱、抽塵泵、空氣流量採集系統、絕對濾清器和自動加塵系統等，使得測試系統結構緊湊，且以較低的成本，增加了較多的測試功能。

(3)能夠模擬坦克裝甲車輛實際工作狀態，並能夠完成對坦克裝甲車輛中渦輪增壓器的性能測試。通過增壓器B增壓之後的高溫高壓空氣，可以滿足高溫高壓二級精濾對不同高溫和高壓測試的需求。

(4)利用高壓氣源、增壓器和真空泵的聯合作用，提高了測試系統的空氣流量，能夠完成對流量有較高要求的試驗。

(5)控制系統通過接收溫度傳感器、壓力傳感器和空氣流量計的溫度、壓力和流量信號，自動調節高壓氣源供氣量、真空泵抽空量、電動截止閥的通斷、風量控制閥的開度、水空中冷器的進水量，使測試系統具有更高的自動化程度、測試精度和穩定性。

附圖說明

圖1是坦克裝甲車輛空氣濾清器與增壓器性能匹配測試系統工作原理圖；

圖2是空氣濾清器常溫常壓測試系統工作原理圖；

圖3是空氣濾清器高溫高壓測試系統工作原理圖。

圖中：1是高壓氣源、2是風量控制閥F1、3是電動截止閥F2、4是真空泵、5是電動截止閥F3、6是抽塵泵、7是穩壓箱、8是風量控制閥F5、9是風量控制閥F6、10是風量控制閥F7、11是空氣流量計、12是空氣流量採集系統、13是空氣流量分配管道、14是抽塵管道、15是絕對濾清器、16是壓力傳感器1、17是電動截止閥F11、18是手動液壓升降臺、19是常溫常壓二級精濾、20是一級旋風筒濾清器1、21是電動截止閥F10、22是壓力傳感器2、23是電動截止閥F9、24是自動加塵系統、25是高溫高壓二級精濾、26是壓力傳感器3、27是溫度傳感器1、28是水空中冷器、29是溫度傳感器2、30是電動截止閥F8、31是一級旋風筒濾清器2、32是增壓器B、33是控制臺1、34是溫度傳感器3、35是壓力傳感器4、36是潤滑油箱、37是潤滑油泵、38是燃燒器、39是燃油箱、40是燃油泵、41是燃油管道、42是電動截止閥F4、43是控制臺2、44是潤滑油管路、45是增壓器A、46是風道。

具體實施方式

如圖1所示，坦克裝甲車輛空氣濾清器與增壓器性能匹配測試系統包括空氣濾清器常溫常壓試驗測試系統和高溫高壓試驗測試系統。通過控制相應電動截止閥的開啟和閉合，來進行兩個測試系統之間的切換。兩個系統共用高壓氣源、真空泵、穩壓箱、抽塵泵、空氣流量採集系統、絕對濾清器、自動加塵系統以及潤滑系統等。潤滑系統包括潤滑油箱和潤滑油泵，用於對增壓器A和增壓器B的潤滑。兩個空氣濾清器性能試驗測試系統的功能原理分別如下：

(1)空氣濾清器常溫常壓試驗測試系統

如圖2所示，該系統由高壓氣源、增壓器A、一級旋風筒濾清器1、常溫常壓二級精濾、絕對濾清器、自動加塵系統、穩壓箱、抽塵泵、真空泵、手動液壓升降臺、信號採集系統、 控制系統、供油系統、管道系統等組成。其中，信號採集系統由空氣流量採集系統、壓力傳感器1等組成；控制系統由風量控制閥F1、風量控制閥F5、風量控制閥F6、風量控制閥F7、電動截止閥F2、電動截止閥F3、電動截止閥F9、電動截止閥F11、控制臺1、控制臺2等組成；供油系統由潤滑油箱、潤滑油泵等組成；管道系統由抽塵管道、空氣流量分配管道、潤滑油管道、風道等組成。

其具體工作原理為：關閉電動截止閥F4、F8、F10，打開電動截止閥F2、F3、F9、F11，打開風量控制閥F1、F5、F6、F7，此時坦克裝甲車輛空氣濾清器與增壓器性能匹配測試系統為空氣濾清器常溫常壓試驗測試系統。高壓氣源產生的高壓空氣，經電動截止閥F2進入增壓器A，通過驅動增壓器的渦輪機帶動壓氣機工作，壓氣機的進口處通過電動截止閥F3與穩壓箱相連接，由壓氣機抽空增壓產生抽力，其排量通過調節風量控制閥F1的開度進行調節。增壓器A與真空泵並聯工作，兩者相加組合形成8000m3/h以上的排氣量，滿足試驗臺在常溫常壓下空氣濾清器試驗件的臺架試驗測試所需要的風量條件。增壓器A和真空泵形成的負壓，使空氣通過一級旋風筒濾清器1過濾掉大部分微塵顆粒後，經過常溫常壓二級精濾，進入絕對濾清器，然後進入空氣流量分配管道，在穩壓箱的作用下形成穩態流場，由安裝在管道末端的空氣流量採集系統採集空氣流量，最後空氣依次通過穩壓箱、真空泵流出室外。系統中還有自動加塵系統、手動液壓升降臺、空氣流量採集處理系統(可實時顯示、記錄、儲存試驗數據，自動形成所需要的數據曲線等)，在操縱間通過電控調節風量控制閥F5、F6、F7的開度，調節出滿足不同要求的空氣流量。同時一級旋風筒濾清器1的除塵由抽塵泵抽氣，灰塵經抽塵管道和電動截止閥F9完成抽塵。

測試過程和方法與原有坦克裝甲車輛空氣濾清器試驗的工作過程相同，由自動加塵系統完成加塵，灰塵經一級旋風筒濾清器1除塵後進入常溫常壓二級精濾，經二級精濾過濾後的空氣進入絕對濾清器，來收集二級精濾後殘餘的微小灰塵，然後進入空氣流量分配管道形成穩態流場，由安裝在管道末端的流量計測量流量，所有數據均在操縱間顯示，並完成數據的自動採集、處理工作。通過計量試驗中添加的灰塵量，減去自動加塵室、灰塵通道、試驗件中殘留的灰塵，得出實際進入一級旋風筒濾清器1中的灰塵量。採用稱重法，通過稱量試驗前、後絕對濾清器的重量得到經過兩級過濾後的殘餘灰塵量，實際加灰塵量減去殘餘灰塵量得到被過濾灰塵量，用被過濾灰塵量除以實際加灰塵量得出空氣濾清器濾清效率，從而達到實驗目的。此外，控制臺1、控制臺2通過接收空氣流量採集系統中的流量信號，並與預設的流量值對比之後，自動調節風量控制閥F5、F6和F7的開度；通過壓力傳感器1採集流經常溫常壓二級精濾的空氣壓力降。

(2)空氣濾清器高溫高壓試驗測試系統

如圖3所示，該系統由高壓氣源、燃燒器、增壓器B、水空中冷器、一級旋風筒濾清器 2、高溫高壓二級精濾、絕對濾清器、自動加塵系統、穩壓箱、抽塵泵、真空泵、信號採集系統、控制系統、供油系統、管道系統等組成。其中，信號採集系統由空氣流量採集系統、壓力傳感器1、壓力傳感器2、壓力傳感器3、壓力傳感器4、溫度傳感器1、溫度傳感器2、溫度傳感器3等組成；控制系統由風量控制閥F1、風量控制閥F5、風量控制閥F6、風量控制閥F7、電動截止閥F4、電動截止閥F8、電動截止閥F10、控制臺1、控制臺2等組成；供油系統由潤滑油箱、潤滑油泵、燃油箱、燃油泵等組成；管道系統由抽塵管道、空氣流量分配管道、潤滑油管道、風道等組成。

其具體工作原理為：關閉電動截止閥F2、F3、F9、F11，打開電動截止閥F4、F8、F10，打開風量控制閥F1、F5、F6、F7，此時坦克裝甲車輛空氣濾清器與增壓器性能匹配測試系統為空氣濾清器高溫高壓試驗測試系統。高壓氣源產生的高壓空氣，經電動截止閥F4進入燃燒器與燃油混合燃燒，經燃燒器燃燒後高壓空氣進一步升溫升壓，達到發動機排氣渦輪增壓器工作所需要的溫度、壓力條件，高溫高壓氣流進入增壓器B，通過驅動渦輪機帶動壓氣機工作，壓氣機的進口段與一級旋風筒濾清器2相連接，模擬一級旋風筒濾清器的工作條件，壓氣機的出口段與中冷器相連接，降溫之後的高溫高壓氣體進入高溫高壓二級精濾，模擬高溫高壓二級精濾的工作條件。壓氣機抽空增壓形成與渦輪增壓器實際工況相一致的空壓比，同時增壓器B的工作狀態通過控制風量控制閥F1的開度進行調節，增壓後的高溫高壓空氣經水空中冷器散熱降溫(通過調節冷卻水的流量來調節冷卻後的空氣溫度)，達到高溫高壓二級精濾實際工作時的溫度、壓力條件，降溫後的高溫高壓空氣進入高溫高壓二級精濾，空氣經過二級精濾後進入絕對濾清器，然後進入空氣流量分配管道，在穩壓箱的作用下形成穩態流場，由安裝在管道末端的空氣流量採集系統採集空氣流量，最後空氣依次通過穩壓箱、真空泵流出室外。由於管道較長、閥門較多，空氣沿程阻力較大，通過開啟真空泵抽空氣來消除管道阻力，模擬發動機的進氣抽空過程，真空泵的抽空流量根據增壓器B的空氣出口壓力來調節。同時一級旋風筒濾清器2的除塵由抽塵泵、抽塵管道，經電動截止閥F8完成抽塵，達到與實際應用完全相一致的試驗條件，完成坦克裝甲車輛中高溫高壓二級精濾的性能測試工作。

測試系統還可以完成渦輪增壓器性能匹配的測試試驗。高壓氣源輸出的高壓空氣經過燃燒器與柴油混合燃燒後進一步提高空氣的溫度和壓力，通過改變進入燃燒器的供油量和供氣量，燃燒後產生的高溫高壓氣體驅動增壓器B的壓氣機工作，模擬增壓器實際工作時渦輪機所需要的發動機排氣溫度和壓力，對增壓器的性能進行全工況的匹配測試。同時，通過增壓器B的增壓，獲得與渦輪增壓器實際工況相一致的空壓比，經過水空中冷器的降溫之後，可以滿足高溫高壓二級精濾對不同高溫和高壓測試的需求。

空氣濾清器濾清效率測試過程和方法與常溫常壓空氣濾清器試驗臺工作過程相同，由自動加塵系統完成加塵，灰塵經一級旋風筒濾清器2除塵後進入高溫高壓二級精濾，經高溫高 壓二級精濾過濾後的空氣進入絕對濾清器，來收集二級精濾之後的殘餘微小灰塵，最終進入空氣流量分配管道形成穩態流場，由安裝在管道末端的流量計測量流量，所有數據均在操縱間顯示，並完成數據採集、處理工作。通過計量試驗中添加的灰塵量，減去自動加塵室、灰塵通道、試驗件中殘留的灰塵，得出實際進入一級旋風筒濾清器2中的灰塵量。採用稱重法，通過稱量試驗前、後絕對濾清器的重量得到經過兩級過濾後的殘餘灰塵量，實際加灰塵量減去殘餘灰塵量得到被過濾灰塵量，用被過濾灰塵量除以實際加灰塵量得出空氣濾清器濾清效率，從而達到實驗目的。此外，控制臺1、控制臺2通過接收溫度傳感器1和溫度傳感器2的溫度信號，自動調節流過水空中冷器中冷卻水的流量，進而控制進入高溫高壓二級精濾的空氣溫度；通過接收壓力傳感器1的壓力信號，自動調節真空泵的抽空流量；通過接收空氣流量採集系統中的流量信號，並與預設的流量值對比之後，自動調節風量控制閥F5、F6和F7的開度；通過接收溫度傳感器3和壓力傳感器4的溫度和壓力信息，自動調節燃油系統給燃油器的供油量、高壓氣源的供氣量以及風量控制閥F1的開度。控制臺1、控制臺2還可以通過壓力傳感器2和壓力傳感器3採集流經高溫高壓二級精濾的空氣壓力降。