基于复杂环境的机电设备综合模拟试验装置及试验方法与流程

基于复杂环境的机电设备综合模拟试验装置及试验方法
1.技术领域：本发明涉及模拟试验设备技术领域，具体涉及一种基于复杂环境的机电设备综合模拟试验装置及试验方法。
2.

背景技术：
环境综合实验模拟试验装置用于模拟高原复杂气候下气压、温度、相对湿度等极端环境，并开展高原环境下室内环境营造及机电设备性能测试研究，在平原地区建设高原环境模拟试验装置，使实验可以在当地完成，缩短了设备研发和测试周期；同时能实现环境多参数高精度交变控制，能够满足不同高原环境的模拟实验研究；本技术的环境综合实验模拟试验装置是一个在完全密闭的有限空间内创造一个人造环境系统装置，模拟海拔6000米高原环境，包括气压、温度、湿度等，用于模拟高原、高温、湿热、寒区不同地域环境，为机电设备试验系统提供全地域环境模拟条件，为机电设备系统一体化管理全地域环境下控制策略和匹配设计方法提供科学的试验数据和设计依据，完善一直欠缺的全地域环境条件下的传热基础实验数据。
3.

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于复杂环境的机电设备综合模拟试验装置，该结构及方法对机电设备能够根据复杂环境下进行试验检测，使试验结果能作为机电设备性能和寿命考核的重要依据。
4.上述的目的通过以下的技术方案实现：一种基于复杂环境的机电设备综合模拟试验装置，其组成包括：试验舱，所述的试验舱内部安装有中间隔离墙，所述的中间隔离墙将试验舱分为通风系统、试验区两部分，所述的通风系统包括产湿模块，所述的产湿模块与产热模块连接，所述的产热模块与制冷模块连接，所述的制冷模块通过管路与风机连接，所述的风机通过管路与风量调节阀a连接，所述的产湿模块通过管路与风量调节阀b连接，所述的试验舱顶部安装有抽气系统，所述的抽气系统包括真空泵，所述的真空泵通过电动三通阀分别与电动调节阀a、电动调节阀b连接，所述的电动调节阀b通过单向阀b与所述的试验舱连接，所述的电动调节阀a通过单向阀a与所述的试验舱连接。
5.所述的基于复杂环境的机电设备综合模拟试验装置，所述的试验舱的侧壁上分别安装有观察窗、递物筒，所,递物筒的上方与下方分别安装有截止阀a、截止阀b，所述的试验舱具有过渡舱，所述的过渡舱的两侧分别安装有密封舱门、过渡舱门，所述的过渡舱的侧壁上通过管路连接有紧急泄压阀b，所述的试验区侧壁上通过管路连接有紧急泄压阀b。
6.所述的基于复杂环境的机电设备综合模拟试验装置，所述的试验舱包括保温层，所述的保温层内部安装有钢板，所述的钢板内侧分别焊接固定有一组方管龙骨，所述的中间隔离墙固定在两个相对的方管龙骨侧面。
7.一种基于复杂环境的机电设备综合模拟试验装置及试验方法，该方法包括如下步骤：首先是设置一个试验舱，试验舱体是一个密封低压舱，试验舱采用两层结构，即保温层+承压结构层，试验舱内部通过中间隔墙隔出两个区域，一个区域做实验用，另一区域放置通
风系统回路设备，试验舱上设置了密封舱门和过渡舱；试验舱的顶部设置抽气系统回路，为实验对象提供高原低气压环境模拟条件，试验舱体压力调节，通过电动三通阀的切换，抽气系统可单独对低压舱或过渡舱进行气压控制；抽气系统通过调节真空泵的频率实现对压力的精确控制，从101.3kpa到48kpa所需时间≤1h，满足气压调节等效高度升、降速率在0.5~3m/s之间可调；通风系统回路与实验区域通过风管连接，使通风系统回路区域和实验区域压力相等，通过风机将处理好的空气环境送到实验区域，通过调节风机的风量来降低舱内的送风量，使舱内达到风速《0.2m/s的微风环境，同时避免风速过低造成制冷模块结霜导致制冷模块低压保护；工作时，风机将经过通风系统的空气从一侧送到试验舱内，然后从另一侧回到通风系统，形成与通风系统回路区域、实验区域的空气循环和交换；测控系统完成复杂环境综合实验模拟的试验装置过程参数测量、采集和控制，测控系统所有电气设备由自动控制系统控制，实现实验所需的温度、湿度、低气压模拟等要求；在试验开始时，先用产湿模块将舱内空气湿度调节至30%左右，然后开启产热模块将湿度降低到设置湿度，如设定湿度较低，同时开启产湿模块和产热模块，快速降低湿度，通过产湿模块和产热模块叠加使用，对试验舱的湿度进行自动控制，为确保试验舱的湿度均匀，可开启风机，风速《0.2m/s；湿度控制范围在10%rh～95%rh，湿度控制精度
±
3%rh，具体处理过程为：当设定湿度≥30%rh时，用制冷模块直接冷却除湿，30分钟内可达到设定湿度；当设定湿度≤30%时，由于冷却除湿能力有限，当湿度降低至30%时须开启产热模块除湿装置，降低至目标湿度；温度和湿度均采用补偿法，先将温度和湿度降到设定值以下，然后通过加热、加湿方式补偿达到设定温度，通风系统中温度和湿度采取单独控制，温度采用直接对流循环控制，湿度采用产热模块+产湿模块结合；在低压工况下工作时，温度采用空气对流温度控制，使舱内形成密闭空间，通过空气对流调节维持舱内温度；湿度通过产湿模块和产热模块叠加使用，通过风管将调节好的湿度送至实验区域混合均匀；试验舱内部设置急停装置，实验人员可通过急停按键一键关闭真空泵。
8.有益效果：1.本发明是一种基于复杂环境的机电设备综合模拟试验装置，该结构可开展机电设备的高原适应性试验和高原性能测试实验，能够满足高温试验、低温试验、高低温冲击试验要求的装置，广泛应用于机电产品领域装置设备的性能测试，可开展机电设备的高原适应性试验和高原性能测试实验，还可应用于材料试验、电子电器性能试验、汽车等领域装置设备的性能测试，该结构是针对于机电设备仿真出一种高温、恶劣环境测试的装置，验证机电设备的高原性能，为相应的机电设备的结构合理性和寿命考核验证提供试验数据，是提高产品稳定性、可靠性的重要实验设备，是各生产企业提高产品质量和竞争性的重要生产流程。
9.2.本发明的通风系统回路设备放置在试验舱内，通过隔板与试验区域隔开，通风系统回路与实验区域通过风管连接，使通风系统回路区域和实验区域压力相等，通过风机将处理好的空气环境送到实验区域，通过调节风机的风量来降低舱内的送风量，同时避免风速过低造成制冷模块结霜导致制冷模块低压保护。
10.3.本发明的抽气系统通过调节真空泵的频率实现对压力的精确控制，可实现气压上升速率的无级调节，在风量波动时，可自动追随压力的变化自动调节频率。
11.3.本发明的验舱的试验区和过渡舱顶部分别设置紧急泄压阀，以应对突发紧急状况以保证实验人员人身安全，当舱内压力超过设定的压力值时，紧急泄压阀自动开启。
12.4.本发明的试验舱上设置了密封舱门和过渡舱，舱门具有高原环境模拟所需要的耐压强度、密封、防冻结、隔热、保温、防腐蚀功能，舱门内外均设置安全开关。
13.5.本发明试验舱舱体设置了dn300的观察窗和递物筒，递物筒上设置真空压力表和进、排气阀等安全装置和防护装置，递物筒主要由圆形门板、递物筒本体、密封法兰、安全联锁装置、门铰链等组成，方便试验人员和物品进出舱体，试验舱出口处设置一个过渡舱，通过抽气系统进行气压控制，。当舱内人员出现不适时，可以进入过渡舱缓解不适后出舱。
14.6.本发明采用单循环回路的试验装置，通过模拟海拔6000米高原环境，包括气压、温度、湿度，在工业上可开展机电设备的高原适应性试验和高原性能测试实验。
15.7.本发明所有测量与控制系统采用智能化监测与控制，在远程计算机上可实时监测系统中各项参数的变化，并通过专门的信号来控制相关设备的关闭或开启，对于试验过程中设定的内部模拟的高温干热、湿热、低温、真空等试验环境参数具有保持恒定功能；对加热、加湿、制冷和低压等工作参数和试验舱内部模拟的环境参数具有数字显示和故障报警功能，其数据具有准确、可靠，测量与控制系统自动化操作，可减少人因错误，多重安全保护，确保生产安全。
16.8.本发明充分利用空气作为冷源，精确控制风量来调节室内温度，对于环境综合实验模拟试验装置试验过程中设定的内部模拟的高温干热、湿热、低温、真空等试验环境参数具有保持恒定功能，对加热、加湿、制冷和真空系统工作参数和试验箱内部模拟的环境参数具有数字显示和故障报警功能。
17.附图说明：附图1是本发明的结构示意图。
18.附图2是附图1中试验舱的结构示意图。
19.图中：1、试验舱，2、产湿模块，3、产热模块，4、制冷模块，5、风机，6、风量调节阀a，7、中间隔离墙，8、风量调节阀b，9、紧急泄压阀a，10、截止阀a，11、截止阀b，12、紧急泄压阀b，13、单向阀a，14、电动调节阀a，15、电动三通阀，16、真空泵，17、电动调节阀b，18、单向阀b，19、保温层，20、钢板，21、方管龙骨，22、观察窗，23、递物筒，24、密封舱门，25、过渡舱，26、过渡舱门。
20.具体实施方式：实施例1：一种基于复杂环境的机电设备综合模拟试验装置，其组成包括：试验舱1，所述的试验舱内部安装有中间隔离墙7，所述的中间隔离墙将试验舱分为通风系统、试验区两部分，所述的通风系统包括产湿模块2，所述的产湿模块与产热模块3连接，所述的产热模块与制冷模块4连接，所述的制冷模块通过管路与风机5连接，所述的风机通过管路与风量调节阀a6连接，所述的产湿模块通过管路与风量调节阀b8连接，所述的试验舱顶部安装有抽气系统，所述的抽气系统包括真空泵16，所述的真空泵通过电动三通阀15分别与电动调节阀a14、电动调节阀b17连接，所述的电动调节阀b通过单向阀b18与所述的试验舱连接，所述的
电动调节阀a通过单向阀a13与所述的试验舱连接。
21.实施例2：根据实施例1所述的基于复杂环境的机电设备综合模拟试验装置，所述的试验舱的侧壁上分别安装有观察窗22、递物筒23，所,递物筒的上方与下方分别安装有截止阀a10、截止阀b11，所述的试验舱具有过渡舱25，所述的过渡舱的两侧分别安装有密封舱门24、过渡舱门26，所述的过渡舱的侧壁上通过管路连接有紧急泄压阀b12，所述的试验区侧壁上通过管路连接有紧急泄压阀b9。
22.实施例3：根据实施例1所述的基于复杂环境的机电设备综合模拟试验装置，所述的试验舱包括保温层19，所述的保温层内部安装有钢板20，所述的钢板内侧分别焊接固定有一组方管龙骨21，所述的中间隔离墙固定在两个相对的方管龙骨侧面。
23.实施例4：根据实施例1所述的基于复杂环境的机电设备综合模拟试验装置的试验方法，该方法包括如下步骤：首先是设置一个试验舱，舱体是一个密封低压舱，它由抽气系统抽气，造成舱内压力减小，达到低压效果，试验舱采用两层结构，即保温层+承压结构层，保温层的作用是为试验舱提供保温措施，减少与室外空气进行热量交换，避免能量损耗，承压结构层的作用是提供与外界隔绝的密闭环境，承受压差，实现压力调节，保温层采用聚氨酯库板搭建，承压结构层为钢板+方管龙骨钢构加固，试验舱内部通过中间隔墙隔出两个区域，一个区域做实验用，另一区域放置通风系统回路设备，试验舱上设置了密封舱门和过渡舱，舱门具有高原环境模拟所需要的耐压强度、密封、防冻结、隔热、保温、防腐蚀功能，舱门内外均设置安全开关，试验舱舱体设置了dn300的观察窗和递物筒，递物筒上设置真空压力表和进、排气阀等安全装置和防护装置，递物筒主要由圆形门板、递物筒本体、密封法兰、安全联锁装置、门铰链等组成，为方便试验人员和物品进出舱体，试验舱出口处设置一个过渡舱，通过抽气系统进行气压控制，当舱内人员出现不适时，可以进入过渡舱缓解不适后出舱；试验舱的顶部设置抽气系统回路，为实验对象提供高原低气压环境模拟条件，抽气系统回路包含一台真空泵，一台三通阀、两台电动调节阀，两台单向阀和压力表等，舱体压力调节，通过电动三通阀的切换，抽气系统可单独对低压舱或过渡舱进行气压控制；抽气系统通过调节真空泵的频率实现对压力的精确控制，可实现气压上升速率的无级调节，在风量波动时，可自动追随压力的变化自动调节频率，考虑舱体密闭性，从101.3kpa到48kpa所需时间≤1h，并能满足气压调节等效高度升、降速率在0.5~3m/s之间可调，舱体顶部设置有紧急泄压阀，以应对突发紧急状况以保证实验人员人身安全。
24.通风系统回路用于调节环境舱内的空气环境，对空气进行除湿、降温、加湿和升温等操作，使试验舱内的温湿度符合试验工况要求；为实验对象提供所需的温湿度模拟环境，通风系统回路主要由风机、产热模块、产湿模块、制冷模块、风量调节阀等组成，产湿模块同时为舱内低湿环境模拟提供干燥空气，达到给实验舱除湿的目的；通风系统回路设备放置在试验舱内，通过隔板与试验区域隔开，通风系统回路与实验区域通过风管连接，使通风系统回路区域和实验区域压力相等，通过风机将处理好的
空气环境送到实验区域，通过调节风机的风量来降低舱内的送风量，使舱内达到风速《0.2m/s的微风环境，同时避免风速过低造成制冷模块结霜导致制冷模块低压保护。工作时，风机将经过通风系统的空气从一侧送到试验舱内，然后从另一侧回到通风系统，形成与通风系统回路区域、实验区域的空气循环和交换。
25.测控系统完成复杂环境综合实验模拟的试验装置过程参数测量、采集和控制，测控系统所有电气设备由自动控制系统控制，实现实验所需的温度、湿度、低气压模拟等要求；同时，还具备环境监测、系统故障诊断和报警等服务。
26.本装置温度控制范围在-25℃～50℃，空气温度控制精度
±
0.2℃，调节装置在2小时左右可以从最高温降到最低温，1小时左右可以从最低温升至最高温，不同的温度区间其升降温的速率分别为：（1）舱内温度≥0℃时，升温速率为1℃/min，降温速率为1℃/min；（2）-10℃≤舱内温度≤0℃区间时，升温速度为2℃/min，降温速率为0.5℃/min；（3）-25℃≤温度≤-10℃区间时，升温速度为3℃/min，降温速率为0.3℃/min；不同的温度区间稳定时间分别为：（1）舱内温度≥0℃时，稳定到设定温度时间：≤ 30 min；（2）-10℃≤舱内温度≤0℃时，稳定到设定温度时间：≤ 20 min；（3）-25℃≤舱内温度≤-10℃区间时，稳定到设定温度时间：≤ 40 min；温度控制采用补偿法，由产热模块和制冷模块组成；即先将低压舱内的空气温度降到设定值下，然后通过无极调节方式精确控制产热模块，使温度稳定在设定值，同时开启风机，保证舱内的温度达到设定温度和均匀。制冷模块具备能量调节手段，采用分级调节+电子调节相结合，实现0~100%无极调节功能；产湿模块和产热模块叠加使用实现湿度调节，可使露点温度达到-25℃；在试验开始时，先用产湿模块将舱内空气湿度调节至30%左右，然后开启产热模块将湿度降低到设置湿度，如设定湿度较低，同时开启产湿模块和产热模块，快速降低湿度，通过产湿模块和产热模块叠加使用，对试验舱的湿度进行自动控制，为确保试验舱的湿度均匀，可开启风机，风速《0.2m/s；湿度控制范围在10%rh～95%rh，湿度控制精度
±
3%rh，具体处理过程为：当设定湿度≥30%rh时，用制冷模块直接冷却除湿，30分钟内可达到设定湿度；当设定湿度≤30%时，由于冷却除湿能力有限，当湿度降低至30%时须开启产热模块除湿装置，用该装置降低至目标湿度；大气压力在101kpa时，湿度调节范围如下：（1）50℃≤温度＜80℃时，湿度调节范围为10%rh~30%rh；（2）0℃≤温度＜50℃时，湿度调节范围为10%rh~95%rh；（3）-12℃≤温度＜0℃时，湿度调节范围为10%rh~50%rh；（4）-25℃≤温度＜-12℃时，湿度调节范围为20%rh~30%rh。
27.大气压力在48kpa时，湿度调节范围如下：（1）50℃≤温度＜60℃时，湿度调节范围为10%rh~25%rh；（2）40℃≤温度＜50℃时，湿度调节范围为10%rh~50%rh；（3）30℃≤温度＜40℃时，湿度调节范围为10%rh~85%rh；
（4）0℃≤温度＜30℃时，湿度调节范围为10%rh~95%rh；（5）-12℃≤温度＜0℃时，湿度调节范围为10%rh~50%rh；（6）-25℃≤温度＜-12℃时，湿度调节范围为30%rh~50%rh。
28.温度和湿度均采用补偿法，即先将温度和湿度降到设定值以下，然后通过加热、加湿方式补偿达到设定温度，通风系统中温度和湿度采取单独控制，温度采用直接对流循环控制，湿度采用产热模块+产湿模块结合；在低压工况下工作时，温度采用空气对流温度控制，使舱内形成密闭空间，通过空气对流调节维持舱内温度；湿度通过产湿模块和产热模块叠加使用，通过风管将调节好的湿度送至实验区域混合均匀；通风系统进气会对压力产生影响，所以选用真空泵时考虑最大风量和泄漏量，然后通过无极变频方式调节真空泵频率根据舱内监测的压力波动情况自动调节，以自适应压力的变化，维持压力稳定；试验舱内部设置急停装置，实验人员可通过急停按键一键关闭真空泵。
29.以下结合附图1、附图2对本技术进行进一步详细说明：a)运行前的准备工作（1）确认递物筒和试验舱试验区域密封舱门已关闭；（2）将抽气系统的三通阀切换到试验舱回路，启动真空泵，直至压力至48kpa；（3）关闭真空泵，保压30min，如果压力无变化。可开始进行试验。
30.b)在试验开始时，先用产湿模块将舱内空气湿度调节至30%左右，然后开启产热模块将湿度降低到设置湿度，如设定湿度较低，同时开启产湿模块和产热模块，快速降低湿度，通过产湿模块和产热模块叠加使用，对试验舱的湿度进行自动控制，为确保试验舱的湿度均匀，可开启风机，风速《0.2m/s。本装置湿度控制范围在10%rh～95%rh，湿度控制精度
±
3%rh。具体处理过程为：当设定湿度≥30%rh时，用制冷模块直接冷却除湿，30分钟内可达到设定湿度；当设定湿度≤30%时，由于冷却除湿能力有限，当湿度降低至30%时须开启产热模块除湿装置，用该装置降低至目标湿度；c)温度控制由产热模块和制冷模块组成；即先将低压舱内的空气温度降到设定值下，然后通过无极调节方式精确控制产热模块，使温度稳定在设定值，同时开启风机，保证舱内的温度达到设定温度和均匀，制冷模块具备能量调节手段，采用分级调节+电子调节相结合，实现0~100%无极调节功能。产湿模块和产热模块叠加使用实现湿度调节，可使露点温度达到-25℃；d)温度和湿度均采用补偿法，即先将温度和湿度降到设定值以下，然后通过加热、加湿方式补偿达到设定温度。本通风系统中温度和湿度采取单独控制，温度采用直接对流循环控制，湿度采用产热模块+产湿模块结合。在低压工况下工作时，温度采用空气对流温度控制，使舱内形成密闭空间，通过空气对流调节维持舱内温度；湿度通过产湿模块和产热模块叠加使用，通过风管将调节好的湿度送至实验区域混合均匀；e)通风系统进气会对压力产生影响，通过无极变频方式调节真空泵频率根据舱内监测的压力波动情况自动调节，以自适应压力的变化，维持压力稳定；f)试验过程中，当需要通过递物筒向外传递物品时，先打开试验舱内递物筒上的截止阀，待截止阀前端的压力表显示和舱内的压力一致时，关闭截止阀，打开舱内的递物筒门，将物品放入，关闭舱内递物筒门。再打开舱外递物筒附近的截止阀，直至递物筒内压力
和大气压力一致，关闭截止阀，打开舱外递物筒门拿出物品，并把递物筒门关上；g)试验过程中，试验人员和物品需出舱体时，把抽气系统的三通阀切换到过渡舱，试验人员出来前，通过真空泵先把过渡舱压力降到和舱内一致，试验人员进入过渡舱后，关闭试验舱密封舱门，再通过过渡舱顶部的紧急泄压阀泄压至大气压，才能打开过渡舱舱门出来；h)试验过程中，试验人员和物品需进入舱体时，把抽气系统的三通阀切换到过渡舱，试验人员先进入过渡舱，通过真空泵把过渡舱压力降到和舱内一致，再打开试验舱密封舱门进入试验舱；i)试验做完后，切断抽气系统和通风系统的所有设备电源（除紧急泄压阀），再打开紧急泄压阀，直至舱内压力和大气压力一致；复杂环境综合实验模拟的试验装置停止运行停运操作结束。