一種可模擬柴油機排氣顆粒流的氣溶膠發生器的制造方法
【專利摘要】一種可模擬柴油機排氣顆粒流的氣溶膠發生器，屬模擬柴油機排氣顆粒流以對柴油機尾氣處理系統的性能進行測試的氣溶膠發生裝置。進氣段是用于提供流量穩定且可調節的干凈空氣，氣溶膠發生段是用于提供濃度穩定且定量的氣溶膠，氣溶膠稀釋段是按一定比例稀釋氣溶膠到需要的濃度，采樣段是提供符合要求的氣溶膠氣體。由空氣壓縮機產生的氣體依次通過空氣過濾器、進氣段質量流量計與稀釋段質量流量計、旁通道與氣溶膠發生部分、稀釋段DPF與氣溶膠稀釋部分、采樣接口與濃度監測單元、采樣段DPF。本實用新型裝置不僅節能、環保，結構簡單、成本低、性能可靠，且通過多外方式對氣溶膠濃度進行大范圍調節，從而更真實模擬柴油機的各種工況。
【專利說明】一種可模擬柴油機排氣顆粒流的氣溶膠發生器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于汽車尾氣后處理系統的過濾性能測試裝置，具體涉及的是節能、環保領域的一種可模擬柴油機排氣顆粒流，且可實現濃度調節的氣溶膠發生裝置。
【背景技術】
[0002]柴油機由于其高熱效率、低CO2排放等優點，而被廣泛的應用于運輸業中。但是，其顆粒物排放量大(排放量為同排量汽油機的30倍?80倍)，對環境造成了嚴重污染，危害人類身體健康，從而嚴重限制了它的發展。因此，嚴格的排放標準要求有效、可靠的技術以減少顆粒物排放。從技術上看，僅靠機內凈化和改善燃油品質已經難以滿足目前的排放標準。目前，滿足“國IV”排放法規的柴油機普遍采用了后處理技術，未來更嚴格的排放法規將對后處理技術提出更高的要求。柴油機顆粒捕集器(DPF, Diesel Particulate Filter)是公認的最有效的顆粒物凈化裝置(物理捕集柴油機顆粒，效率常常高于95%)，也是目前凈化技術中商用前景最好的技術之一。
[0003]目前，在實驗室研究DPF中，使用氣溶膠模擬柴油機排氣顆粒流是一種比較常用的做法。通過改變氣溶膠濃度以模擬柴油機在不同工況下的排氣顆粒量，免去了直接進行柴油機實驗而帶來的資金、人員以及臺架的消耗。在氣溶膠發生裝置上，國內常用的幾款產品多為國外研發，價格上普遍偏高。其中，美國ATI公司TDA系列氣溶膠發生器通過使用Laskin噴嘴使溶液霧化產生氣溶膠，其濃度穩定，但其濃度調節手段單一(僅調節空氣的稀釋比例)。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是提供一種結構簡單、成本低廉的可模擬柴油機排氣顆粒流的氣溶膠發生器，以對氣溶膠濃度通過多種方式進行大范圍調節，能更真實模擬柴油機的各種工況。
[0005]本實用新型的目的是這樣實現的:一種可模擬柴油機排氣顆粒流的氣溶膠發生器，氣溶膠發生部分結構為:壓緊盤位于支撐盤上方，二者經螺栓固定在發生段基架上，轉盤貼合在壓緊盤與支撐盤之間，且分別與壓緊盤和支撐盤形成轉動配合，轉盤軸與發生段旋轉電機軸連接，壓緊盤上開有一個出氣孔，該出氣孔上固定有一根氣溶膠出氣道連接管，位于壓緊盤的出氣孔正下方的支撐盤的位置上開有一個進氣孔，該進氣孔上固定有一根氣溶膠進氣道連接管，轉盤上開有一個貫通孔，該貫通孔的中心至轉盤軸的中心的距離等于壓緊盤的出氣孔的中心至轉盤軸的中心的距離，用作盛裝氣溶膠顆粒的圓錐形漏斗或底部開口的圓筒固定在壓緊盤上表面，該圓錐形漏斗或底部開口的圓筒與壓緊盤上的下料孔連通，該壓緊盤的下料孔的中心至轉盤軸的中心的距離的等于壓緊盤的出氣孔的中心至轉盤軸的中心的距離。
[0006]氣溶膠稀釋部分結構為:稀釋壓緊盤位于稀釋支撐盤上方，二者經另外的螺栓固定在稀釋段基架上，稀釋轉盤上左、右對稱設置有左圓筒和右圓筒，稀釋轉盤的左、右圓筒貼合在稀釋壓緊盤與稀釋支撐盤之間、且分別與稀釋壓緊盤和稀釋支撐盤形成轉動配合，稀釋轉盤軸與稀釋段旋轉電機軸連接，稀釋壓緊盤上表面左、右對稱地開有左、右通孔，該左通孔上固定有一根稀釋氣溶膠出氣道連接管，該右通孔上固定有一根第二氣溶膠出氣道連接管，稀釋壓緊盤的左、右通孔與稀釋轉盤的左、右圓筒位于同一圓周上，稀釋支撐盤上位于稀釋壓緊盤的左、右通孔的正下方的位置上對應開有另外一個左通孔和另外一個右通孔，該另外一個左通孔上固定有一根空氣進氣道連接管，該另外一個右通孔上固定有一根第二氣溶膠進氣道連接管。
[0007]空氣壓縮機出口順次連接進氣段空氣過濾器和進氣段質量流量計，進氣段質量流量計出口連接上述氣溶膠進氣道連接管，上述氣溶膠出氣道連接管以及進氣段質量流量計出口均經旁通管路接于第二氣溶膠進氣道連接管，進氣段空氣過濾器出口連接稀釋段質量流量計后接于空氣進氣道連接管，稀釋氣溶膠出氣道連接管連接采樣段DPF后排空，稀釋氣溶膠出氣道連接管與采樣段DPF之間的管路上設置有采樣接口，稀釋氣溶膠出氣道連接管與采樣接口之間的管路上設置有濃度監測單元。
[0008]所述進氣段質量流量計出口經旁通管路與氣溶膠出氣道連接管連接后接于稀釋段DPF后排空；所述第二氣溶膠出氣道連接管接于稀釋段DPF后排空。
[0009]所述壓緊盤上的出氣孔為左、右對稱的兩個，該兩個出氣孔上分別固定有一根氣溶膠出氣道連接管，所述支撐盤上的進氣孔為左、右對稱的兩個，該兩個進氣孔上分別固定有一根氣溶膠進氣道連接管；所述用作盛裝氣溶膠顆粒的圓錐形漏斗或底部開口的圓筒為上、下對稱的兩個，該兩個圓錐形漏斗或底部開口的圓筒分別與壓緊盤上的上、下對稱的兩個下料孔連通。
[0010]所述濃度監測單元為AVL不透光煙度計。
[0011]所述壓緊盤下表面以及支撐盤上表面均設有內凹形臺階；所述圓筒上還設置有其上開有小孔的圓筒蓋。
[0012]所述轉盤厚度為2 mm,轉盤的貫通孔的直徑為4 mm ;稀釋轉盤厚度為5 mm,稀釋轉盤上的左、右圓筒的內徑均為5 mm,高均為50mm。
[0013]所述進氣段質量流量計流量控制在5(T300 L/min,發生段旋轉電機轉速控制在30^300 r/min，稀釋段旋轉電機轉速與發生段旋轉電機轉速保持一致或其1/η，η為發生段旋轉電機轉速的公約數，稀釋段質量流量計流量控制在1(T300 L/min。
[0014]所述發生段基架和稀釋段基架上均安裝有活動腳輪。
[0015]所述所有氣體通路均采用Φ8氣動管進行連接。
[0016]所述進氣段空氣過濾器采用三級空氣過濾器。第一級采用FC級離心式油水分離器，完全過濾3 μ或更大的固態離子，上游氣體水分負載允許達到25000ΡΡΜ去除99 %水分，40%的油霧；第二級采用FT級主管路過濾器完全過濾I μ或更大的固態離子，上游氣體水分負載允許達到2000ΡΡΜ去除100%水分，70%的油霧；第三級采用的是FA微油霧過濾器，玻璃纖維經特殊設計的密度可以過濾0.01 μ的固態粒子，99.9999%的油霧。
[0017]本實用新型的有益效果是:
[0018]1、本實用新型裝置結構簡單、可靠。使用常用的儀器、設備即可搭建。
[0019]2、顆粒供給部分結構簡單、可靠。利用顆粒自身重力進入轉盤圓孔中，具有相同的氣溶膠送出量，能保證穩定的氣溶膠濃度并長時間連續提供。
[0020]3、氣溶膠濃度范圍廣。在不改變結構情況下，可以通過調節進氣段流量、發生段旋轉電機轉速、稀釋段旋轉電機轉速以及稀釋段流量這四種方式來改變氣溶膠在采集接口的濃度，模擬柴油機在不同工況下的排氣顆粒流，四種方式相互協調，最高濃度與最低濃度比可達到18000。
[0021]4、氣溶膠濃度范圍可擴大。本實用新型通過使用旋轉式顆粒發生與旋轉式稀釋進行多方式結合、大范圍調節，同時利用DPF回收顆粒進行循環利用。通過改變氣溶膠發生段轉盤的厚度及孔徑來改變氣溶膠送出量，以及通過改變氣溶膠稀釋段轉盤旋轉圓筒高度，并結合上述四種濃度調節方式，可擴大氣溶膠濃度范圍。
[0022]5、對DPF提供顆粒加載。本實用新型去掉氣溶膠稀釋段及采樣段，增加DPF加載段，可對DPF進行顆粒加載。該裝置加載均勻，解決了目前顆粒加載難的問題。本實用新型中，稀釋段、采樣段DPF就起到了該作用。
[0023]6、本實用新型裝置經濟、節能、環保。使用購買的顆粒物模擬柴油機顆粒物并產生相應的氣溶膠，調節其濃度以模擬柴油機在不同工況下的排氣顆粒量，節約了因直接進行柴油機實驗而帶來的資金、人員以及臺架的消耗；整套系統耗電量低；使用三級過濾方式過濾空氣，使用DPF對氣溶膠進行過濾從而最后排空，并且裝置運行期間所供給的顆粒物除采集外被全部過濾，并回收再利用。
[0024]7、本實用新型裝置操作簡單，設計獨特，應用性強，由于其氣溶膠濃度范圍廣，除了能模擬柴油機顆粒流外，也可應用其他領域如化工的過濾系統性能測試、大氣顆粒物研究等。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是本實用新型的工藝設備示意圖。
[0026]圖2-1是圖1所示氣溶膠發生部分結構示意圖(是圖2-2的橫向剖視圖，支撐盤與轉盤軸之間應有間隙)。
[0027]圖2-2是圖2-1的俯視圖(沒有圓筒蓋狀態)。
[0028]圖3-1是圖1所示氣溶膠稀釋部分結構示意圖(稀釋支撐盤與稀釋轉動盤軸之間應有間隙)。
[0029]圖3-2是圖3-1的俯視圖。
【具體實施方式】
[0030]參見圖1，本氣溶膠發生器包括進氣段、氣溶膠發生段、氣溶膠稀釋段以及采樣段；進氣段是用于提供流量穩定且可調節的干凈空氣，包括空氣壓縮機、空氣過濾器、質量流量計；氣溶膠發生段是用于提供濃度穩定且定量的氣溶膠，包括基架、旋轉電機、氣溶膠發生部分，其中，氣溶膠發生部分包括支撐盤、轉盤、壓緊盤以及顆粒供給部分；氣溶膠稀釋段是用于按一定比例稀釋氣溶膠到需要的濃度，包括基架、旋轉電機、質量流量計、氣溶膠稀釋部分、DPF，其中，氣溶膠稀釋部分包括支撐盤、轉盤、壓緊盤；采樣段是用于提供采集，包括DPF、濃度監測單元、采樣接口。
[0031]上述空氣壓縮機是用于提供足夠量的空氣；進氣段空氣過濾器是用于提供潔凈的空氣并使用三級過濾方式過濾；進氣段質量流量計是用于提供流量穩定且可調節的氣體；氣溶膠發生段旋轉電機是用于提供旋轉動力；氣溶膠發生部分是用于連續產生定量的氣溶膠；氣溶膠稀釋段旋轉電機是用于提供旋轉動力；氣溶膠稀釋段質量流量計是用于提供流量穩定且可調節的氣體；氣溶膠稀釋部分是用于連續傳輸定量的氣溶膠，并按一定比例稀釋氣溶膠到需要的濃度；通過調節氣溶膠稀釋段質量流量計流量及旋轉電機轉速，從而改變氣溶膠的稀釋比；氣溶膠稀釋段使用DPF過濾稀釋前后的氣溶膠并回收多可顆粒從而最后排空；采樣段DPF過濾稀釋后的氣溶膠并回收多余顆粒從而最后排空；濃度監測單元是用于監測氣溶膠濃度；采樣接口用于提供采集模擬柴油機排氣顆粒流；氣溶膠發生段及氣溶膠稀釋段基架用于提供各儀器、設備的合理連接及安裝。
[0032]參見圖2-1、圖2-2，上述氣溶膠發生部分結構為:壓緊盤5-3位于支撐盤5_1上方，二者經螺栓5-7固定在發生段基架5-8上，轉盤5-2貼合在壓緊盤與支撐盤之間，且分別與壓緊盤和支撐盤形成轉動配合，轉盤軸與發生段旋轉電機4軸連接，壓緊盤上開有一個出氣孔，該出氣孔上固定有一根氣溶膠出氣道連接管5-6，位于壓緊盤的出氣孔正下方的支撐盤的位置上開有一個進氣孔，該進氣孔上固定有一根氣溶膠進氣道連接管5-5，轉盤上開有一個貫通孔，該貫通孔的中心至轉盤軸的中心的距離等于壓緊盤的出氣孔的中心至轉盤軸的中心的距離，用作盛裝氣溶膠顆粒的圓錐形漏斗或底部開口的圓筒5-4固定在壓緊盤上表面，該圓錐形漏斗或底部開口的圓筒與壓緊盤上的下料孔連通，該壓緊盤的下料孔的中心至轉盤軸的中心的距離的等于壓緊盤的出氣孔的中心至轉盤軸的中心的距離。
[0033]所述壓緊盤5-3上的出氣孔為左、右對稱的兩個，該兩個出氣孔上分別固定有一根氣溶膠出氣道連接管5-6，所述支撐盤5-1上的進氣孔為左、右對稱的兩個，該兩個進氣孔上分別固定有一根氣溶膠進氣道連接管5-5 ;所述用作盛裝氣溶膠顆粒的圓錐形漏斗或底部開口的圓筒為上、下對稱的兩個，該兩個圓錐形漏斗或底部開口的圓筒分別與壓緊盤上的上、下對稱的兩個下料孔連通。
[0034]支撐盤與壓緊盤是通過螺栓連接固定于基架，其間的轉盤通過軸與旋轉電機軸連接。支撐盤、壓緊盤、轉盤同軸并且在相同半徑下開有圓孔，支撐盤、壓緊盤在孔上分別設有氣溶膠進氣道連接管、氣溶膠出氣道連接管，在相同半徑下，壓緊盤上方設有用于在線連續提供顆粒的顆粒供給部分。顆粒供給部分結構包括圓筒及開有小孔的圓筒蓋，圓筒是用于盛裝顆粒，圓筒蓋是用于防止顆粒物的散出以及雜質的進入，并開小孔連接大氣。為減小干摩擦面積，支撐盤上表面、壓緊盤下表面上設有內凹形臺階。通過驅動旋轉電機，轉盤轉動，其孔在經過供給部分時，顆粒落入其中，繼續旋轉，待圓孔旋轉至氣流通過點時，顆粒被吹散，形成氣溶膠。
[0035]參見圖3-1、圖3-2，上述氣溶膠稀釋部分結構為:稀釋壓緊盤9-3位于稀釋支撐盤9-1上方，二者經另外的螺栓9-8固定在稀釋段基架9-9上，稀釋轉盤9-2上左、右對稱設置有左圓筒和右圓筒，稀釋轉盤的左、右圓筒貼合在稀釋壓緊盤與稀釋支撐盤之間、且分別與稀釋壓緊盤和稀釋支撐盤形成轉動配合，稀釋轉盤軸與稀釋段旋轉電機7軸連接，稀釋壓緊盤上表面左、右對稱地開有左、右通孔，該左通孔上固定有一根稀釋氣溶膠出氣道連接管9-7，該右通孔上固定有一根第二氣溶膠出氣道連接管9-6，稀釋壓緊盤的左、右通孔與稀釋轉盤的左、右圓筒位于同一圓周上，稀釋支撐盤上位于稀釋壓緊盤的左、右通孔的正下方的位置上對應開有另外一個左通孔和另外一個右通孔，該另外一個左通孔上固定有一根空氣進氣道連接管9-5，該另外一個右通孔上固定有一根第二氣溶膠進氣道連接管9-4。
[0036]支撐盤與壓緊盤是通過螺栓連接固定于發生段基架，其間的轉盤通過軸與稀釋段旋轉電機連接，支撐、壓緊盤、轉盤同軸，并且支撐盤與壓緊盤在相同半徑下開有圓孔，支撐盤在孔上設有第二氣溶膠進氣道連接管、空氣進氣道連接管，壓緊盤在孔上設有第二氣溶膠出氣道連接管、稀釋氣溶膠出氣道連接管，在相同半徑下，轉盤上設有旋轉圓筒，用于儲存與釋放通過氣溶膠進氣道連接管進入的氣溶膠。通過驅動旋轉電機，轉盤轉動，在旋轉圓筒旋轉至第二氣溶膠進氣道連接管時，氣溶膠充滿旋轉圓筒，多余氣溶膠進入稀釋段DPF;在旋轉圓筒旋轉至稀釋氣溶膠出氣道連接管時，定流量空氣從空氣進氣道連接管進入，從而稀釋旋轉圓筒中的氣溶膠。
[0037]上述進氣段除空氣壓縮機外，其余全部固定在氣溶膠發生段基架上；采樣段除濃度監測單元外，其余全部固定在氣溶膠稀釋段基架上。氣溶膠發生段基架上，按空氣過濾器、旋轉電機、質量流量計、旋轉電機控制器、質量流量計控制器、氣溶膠發生部分的順序依次安裝。氣溶膠稀釋段基架上，按DPF、旋轉電機、質量流量計、旋轉電機控制器、質量流量計控制器、氣溶膠發生部分、濃度監測單元接口、采樣接口的順序依次安裝。
[0038]為方便移動及固定，上述發生段基架和稀釋段基架上安裝活動腳輪。
[0039]上述各氣道管路通過Φ8 mm氣動管(也稱氣管)進行連接。
[0040]上述質量流量計及旋轉電機的控制器安裝于固定在氣溶膠發生段及稀釋段基架側邊的儀表板上。
[0041]上述旋轉電機通過螺釘以及旋轉電機支架固定在基架上，并通過銷連接定位，保證軸與轉盤軸同軸。
[0042]上述氣溶膠發生段轉盤的厚度在2 mm，轉盤的貫通孔的直徑為4 mm ;氣溶膠稀釋段轉盤的厚度在5 mm，稀釋盤的左、右圓筒內徑均為5mm，高均為50 mm，進氣段流量控制在5(T300 L/min，氣溶膠發生段旋轉電機轉速控制在3(T300 r/min，氣溶膠稀釋段旋轉電機轉速與氣溶膠發生段旋轉電機轉速保持一致或其1/η (η為氣溶膠發生段旋轉電機轉速的公約數)，以保證每次儲存在旋轉圓筒的是氣溶膠，氣溶膠稀釋段流量控制在1(Γ300L/min,稀釋段稀釋比根據氣溶膠稀釋段旋轉電機轉速與氣溶膠稀釋段流量最高可控制在I?320。
[0043]上述濃度監測單元可以使用AVL不透光煙度計，每隔10分鐘測定一次氣溶膠濃度。由于柴油機即使在穩定工況下，顆粒濃度也有一定變化，因此允許氣溶膠在一定范圍變化，為此，需要濃度監測單元以監測氣溶膠濃度，并在氣溶膠濃度偏離較大時，手動調節稀釋比例來回復到需要濃度。
[0044]參見圖1，空氣壓縮機I出口順次連接進氣段空氣過濾器2和進氣段質量流量計3，進氣段質量流量計3出口連接上述氣溶膠進氣道連接管5-5，上述氣溶膠出氣道連接管5-6以及進氣段質量流量計出口均經旁通管路接于第二氣溶膠進氣道連接管9-4，進氣段空氣過濾器2出口連接稀釋段質量流量計8后接于空氣進氣道連接管9-5，稀釋氣溶膠出氣道連接管9-7連接采樣段DPFlO后排空，稀釋氣溶膠出氣道連接管9-7與采樣段DPFlO之間的管路上設置有采樣接口 12，稀釋氣溶膠出氣道連接管9-7與采樣接口 12之間的管路上設置有濃度監測單元11。
[0045]所述進氣段質量流量計3出口經旁通管路與氣溶膠出氣道連接管5-6連接后接于稀釋段DPF6后排空；所述第二氣溶膠出氣道連接管9-6接于稀釋段DPF6后排空。圖1示出，裝置包括進氣段1、氣溶膠發生段I1、氣溶膠稀釋段III及采樣段IV。進氣段I是用于提供流量穩定且可調節的干凈空氣，包括空氣壓縮機1、進氣段空氣過濾器2、進氣段質量流量計3 ;氣溶膠發生段II是用于提供濃度穩定且定量的氣溶膠，包括發生段旋轉電機4、氣溶膠發生部分5 ;氣溶膠稀釋段III是用于按一定比例稀釋氣溶膠到需要的濃度，包括稀釋段DPF6、稀釋段旋轉電機7、稀釋段質量流量計8、氣溶膠稀釋部分9 ;采樣段IV是用于提供采集，并回收多余的氣溶膠顆粒，包括采樣段DPF10、濃度監測單元11、采樣接口 12。
[0046]圖1中，空氣壓縮機I是用于提供足夠量的空氣；進氣段空氣過濾器2是用于提供潔凈的空氣并使用三級過濾方式過濾；進氣段質量流量計3是用于提供流量穩定且可調節的氣體；發生段旋轉電機4是用于提供旋轉動力；；氣溶膠發生部分5 (或稱氣溶膠發生裝置)是用于連續產生定量的氣溶膠；稀釋段DPF6過濾稀釋前后的氣溶膠并回收多可顆粒從而最后排空；稀釋段旋轉電機7是用于提供旋轉動力；稀釋段質量流量計8是用于提供流量穩定且可調節的氣體；氣溶膠稀釋部分9 (或稱氣溶膠稀釋裝置)是用于連續傳輸定量的氣溶膠，并按一定比例稀釋氣溶膠到需要的濃度；通過調節氣溶膠稀釋段質量流量計8流量及稀釋段旋轉電機7轉速，從而改變氣溶膠的稀釋比例；采樣段DPFlO過濾稀釋后的氣溶膠并回收多可顆粒從而最后排空；濃度監測單元11是用于監測氣溶膠濃度；采樣接口 12用于提供采集模擬柴油機排氣顆粒流。整個裝置使用了一次三級空氣過濾器、兩次DPF，進氣段空氣過濾器2是用于提供潔凈的空氣，防止大氣顆粒物及水分進入進氣段質量流量計3與稀釋段質量流量計8引起設備損壞，同時防止混入氣溶膠中污染氣溶膠；稀釋段DPF6及采樣段DPFlO是防止氣溶膠顆粒物進入大氣，污染環境，同時回收多余顆粒循環利用。
[0047]參見圖1，實驗開始時，首先打開進氣段質量流量計3與稀釋段質量流量計8，保持整個氣流通路連通。接著開啟空氣壓縮機I，調節進氣段質量流量計3與稀釋段質量流量計8，讀數穩定后，打開發生段旋轉電機4與稀釋段旋轉電機7，待旋轉電機轉速穩定后，氣溶膠濃度趨于穩定。裝置運行過程中，也可以通過調節進氣段流量、發生段旋轉電機4轉速、稀釋段旋轉電機7轉速以及稀釋段流量這四種方式來調節氣溶膠濃度，甚至有規律的改變發生段旋轉電機4與稀釋段旋轉電機7轉速實現變工況氣溶膠濃度變化。在關閉系統時，以發生段旋轉電機4與稀釋段旋轉電機7、空氣壓縮機1、進氣段質量流量計3與稀釋段質量流量計8的順序依次關閉。
[0048]參見圖1，氣溶膠發生段、稀釋段基架相互獨立，進氣段I除空氣壓縮機I外，其余全部固定在氣溶膠發生段的基架上，采樣段IV除濃度監測單元11外，其余全部固定在氣溶膠稀釋段的基架上。在氣溶膠發生段基架上，按進氣段空氣過濾器2、發生段旋轉電機4、進氣段質量流量計3、旋轉電機制器、質量流量計控制器、氣溶膠發生部分5的順序依次安裝。進氣段空氣過濾器2所占空間大，需要優先安裝，因其外形類似錐臺，選取中間直徑Φ60mm與60 mmX300 mm的圓筒相切安裝并固定，由于三級稀釋，固定效果更佳；因發生段旋轉電機4位置的特殊性以及所占空間尺寸較大，也需要優先安裝，其通過螺釘以及旋轉電機支架固定在基架上，安裝時需注意轉軸的位置；選取發生段空氣過濾器2對面安裝進氣段質量流量計3并使用螺釘固定；在進氣段段質量流量計3同側安裝儀表板，并通過螺栓固定，儀表板上需開兩個90 mmX90 mm的方孔以放置旋轉電機制器與質量流量計控制器；氣溶膠發生部分5通過螺栓固定在基架上，并保證轉盤5-2與發生段旋轉電機4同軸，并通過銷連接定位。在氣溶膠稀釋段基架上，按稀釋段DPF6、采樣段DPF10、稀釋段旋轉電機7、稀釋段質量流量計8、旋轉電機制器、質量流量計控制器、氣溶膠稀釋部分9、濃度監測單元11接口、采樣接口 12的順序依次安裝。安裝過程類似安裝氣溶膠發生段基架，這里稀釋段DPF6與采樣段DPFlO需要對側安裝；之后根據氣流管路，在管路合適位置設置濃度監測單元11接口、采樣接口 12。
[0049]參見圖1，裝置的各氣道管路通過Φ8 mm氣動管進行連接，保證在進氣段質量流量計3后端分流后，氣流不會只通過旁通道流出而影響氣溶膠的生成，同時保證了各接口的統一。進氣段質量流量計3流量控制在5(T300 L/min，發生段旋轉電機4轉速控制在30^300 r/min，稀釋段旋轉電機7轉速與發生段旋轉電機4轉速保持一致或其1/η (η為發生段旋轉電機4轉速的公約數)，以保證每次儲存在旋轉圓筒的是氣溶膠，稀釋段質量流量計8流量控制在1(T300 L/min，稀釋段稀釋比根據稀釋段旋轉電機7轉速與稀釋段質量流量計8流量最高可控制在f320。濃度監測單元11可以使用AVL不透光煙度計，每隔10分鐘測定一次氣溶膠濃度。由于柴油機即使在穩定工況下，顆粒濃度也有一定變化，因此允許氣溶膠在一定范圍變化，為此，需要濃度監測單元11以監測氣溶膠濃度，并在氣溶膠濃度偏離較大時，手動調節稀釋比例來回復到需要濃度。
[0050]圖2-1、圖2-2示出，氣溶膠發生部分5包括支撐盤5_1、轉盤5_2、壓緊盤5_3以及顆粒供給部分(指圓錐形漏斗或底部開口的圓筒5-4)，其結構為:支撐盤5-1與壓緊盤5-3是通過螺栓連接固定于發生段基架5-8，其間的轉盤5-2通過軸與發生段旋轉電機4連接(即轉盤5-2固定在發生段旋轉電機4軸上)，支撐盤5-1、壓緊盤5-3、轉盤5-2同軸并且在相同半徑下開有圓孔，支撐盤5-1、壓緊盤5-3在孔上分別設有氣溶膠進氣道連接管5-5、氣溶膠出氣道連接管5-6，在相同半徑下，壓緊盤5-3上方設有用于在線連續提供顆粒的顆粒供給部分。顆粒供給部分結構包括圓筒5-4及開有小孔的圓筒蓋，圓筒是用于盛裝顆粒，圓筒蓋是用于防止顆粒物的散出以及雜質的進入，而小孔是用于連接大氣。為減小干摩擦面積，支撐盤5-1、壓緊盤5-3設有臺階。通過驅動發生段旋轉電機4，轉盤5-2轉動，其孔在經過顆粒供給部分時，顆粒落入其中，繼續旋轉，待圓孔旋轉至氣流通過點時，顆粒被吹散，形成氣溶膠。
[0051]參見圖2-1、圖2-2，氣溶膠發生部分按支撐盤5-1、轉盤5-2、壓緊盤5-3的順序依次安裝，并通過螺栓連接固定。在發生段基架上，設有轉盤軸導向孔，保證安裝及運轉時，轉盤軸與旋轉電機軸同軸，并且通過銷連接定位。為盡量減少氣溶膠顆粒的送出量，同時保證送出效果，轉盤設計的厚度為2 mm，孔徑為4 mm。在實驗前，需要手動向顆粒供給部分的圓筒5-4內加入一定量的氣溶膠顆粒。該氣溶膠顆粒可以選擇新材料，也可使用空氣過濾器中回收的材料，為節約實驗材料，一般選擇使用回收材料。
[0052]圖3-1、圖3-2示出，氣溶膠稀釋部分9包括稀釋支撐盤9_1、稀釋轉盤9_2、稀釋壓緊盤9-3，其結構為:稀釋支撐盤9-1與稀釋壓緊盤9-3是通過螺栓連接固定于稀釋段基架9-9，其間的稀釋轉盤9-2軸與稀釋段旋轉電機7軸通過聯軸器或銷連接，稀釋支撐盤9-1與稀釋壓緊盤9-3在相同半徑下開有圓孔，稀釋支撐盤9-1在孔上設有第二氣溶膠進氣道連接管9-4、空氣進氣道連接管9-5，稀釋壓緊盤9-3在孔上設有第二氣溶膠出氣道連接管9-6、稀釋氣溶膠出氣道連接管9-7，在相同半徑下，稀釋轉盤9-2上設有旋轉圓筒(即左、右圓筒)，用于儲存與釋放通過第二氣溶膠進氣道連接管9-4進入的氣溶膠。通過驅動稀釋段旋轉電機7，稀釋轉盤9-2轉動，在旋轉圓筒旋轉至第二氣溶膠進氣道連接管9-4時，氣溶膠充滿旋轉圓筒，多余氣溶膠進入稀釋段DPF6 (參見圖1);在旋轉圓筒旋轉至稀釋氣溶膠出氣道連接管9-7時，定流量空氣從空氣進氣道連接管9-5進入，從而稀釋旋轉圓筒中的氣溶膠。
[0053]參見圖3-1，氣溶膠稀釋部分按稀釋支撐盤9-1、稀釋轉盤9-2、稀釋壓緊盤9-3的順序依次安裝，并通過螺栓連接固定。在稀釋段基架上，設有轉盤軸導向孔，保證安裝及運轉時，轉盤軸與旋轉電機軸同軸，并且通過銷或聯軸器連接定位。為保證旋轉圓筒的充氣效果，轉盤設計的厚度在5 mm,旋轉圓筒內徑為5mm,高50 mm。
[0054]圖1、圖2-1、圖2-2、圖3-1、圖3_2中，空氣壓縮機I提供的空氣經進氣段空氣過濾器2過濾，部分氣流進入稀釋段質量流量計8，部分氣流進入進氣段質量流量計3。在氣溶膠發生部分5氣道封堵時，氣流通過旁通道(圖1中進氣段質量流量計3與稀釋段DPF6進口之間的直接通道)流出，在氣溶膠發生部分5氣道通暢時，氣流同時通過旁通道與氣溶膠發生部分5流出，此時產生氣溶膠并在合流之后使全部氣流成為氣溶膠。在旋轉圓筒未旋轉至第二氣溶膠進氣道連接管9-4時，全部氣流通過旁通道流出并經過稀釋段DPF6過濾排空，在旋轉圓筒旋轉至第二氣溶膠進氣道連接管9-4時，部分氣流通過旁通道流出并經過稀釋段DPF6過濾排空，部分氣溶膠充滿旋轉圓筒，其多余氣溶膠經過第二氣溶膠出氣道連接管9-6同樣進入稀釋段DPF6過濾排空；在旋轉圓筒旋轉至稀釋氣溶膠出氣道連接管9-7時，定流量空氣自稀釋段質量流量計8進入流過空氣進氣道連接管9-5，與旋轉圓筒氣溶膠混合、稀釋，并流出。之后氣流通過采樣段DPFlO過濾并排空。在過濾前的管路上分別設有濃度監測單元11、采樣接口 12。
[0055]參見圖1、圖2-1、圖2-2、圖3_1、圖3_2，首先確定要模擬的柴油機工況，根據柴油機臺架實驗數據確定氣溶膠濃度，并計算出適宜的進氣段流量、旋轉電機轉速以及氣溶膠稀釋段稀釋比。比如，以DK4A柴油機某一工況為例，其顆粒濃度為0.02222 mg/L (較低濃度工況，并設柴油機顆粒堆積密度為100 g/L)。設進氣段質量流量計3流量為100 L/min,發生段旋轉電機4的轉速60 r/min,轉盤5-2的厚度為2 mm,兩個圓孔的孔徑為4 mm,貝丨J氣溶膠顆粒濃度為3.1165 mg/L(設氣溶膠顆粒堆積密度為100 g/L)，則稀釋比約140。因此，將進氣段質量流量計3流量定為100 L/min,發生段旋轉電機4的轉速為60 r/min,稀釋段旋轉電機7的轉速為60 r/min,稀釋段質量流量計8流量定為66 L/min,即可達到該濃度。在進行實驗前，需利用煙度計對氣溶膠濃度進行標定，以達到能模擬柴油機工況的目的。實驗過程中，也需要通過濃度監測單元11來監測氣溶膠濃度，并在氣溶膠濃度偏離較大時，手動調節稀釋比例來回復到需要濃度。
【權利要求】
1.一種可模擬柴油機排氣顆粒流的氣溶膠發生器，其特征是，氣溶膠發生部分結構為:壓緊盤(5-3)位于支撐盤(5-1)上方，二者經螺栓(5-7)固定在發生段基架(5-8)上，轉盤(5-2)貼合在壓緊盤與支撐盤之間，且分別與壓緊盤和支撐盤形成轉動配合，轉盤軸與發生段旋轉電機(4)軸連接，壓緊盤上開有一個出氣孔，該出氣孔上固定有一根氣溶膠出氣道連接管(5-6)，位于壓緊盤的出氣孔正下方的支撐盤的位置上開有一個進氣孔，該進氣孔上固定有一根氣溶膠進氣道連接管(5-5 )，轉盤上開有一個貫通孔，該貫通孔的中心至轉盤軸的中心的距離等于壓緊盤的出氣孔的中心至轉盤軸的中心的距離，用作盛裝氣溶膠顆粒的圓錐形漏斗或底部開口的圓筒(5-4)固定在壓緊盤上表面，該圓錐形漏斗或底部開口的圓筒與壓緊盤上的下料孔連通，該壓緊盤的下料孔的中心至轉盤軸的中心的距離的等于壓緊盤的出氣孔的中心至轉盤軸的中心的距離； 還具有，氣溶膠稀釋部分結構為:稀釋壓緊盤(9-3)位于稀釋支撐盤(9-1)上方，二者經另外的螺栓固定在稀釋段基架(9-9)上，稀釋轉盤(9-2)上左、右對稱設置有左圓筒和右圓筒，稀釋轉盤的左、右圓筒貼合在稀釋壓緊盤與稀釋支撐盤之間、且分別與稀釋壓緊盤和稀釋支撐盤形成轉動配合，稀釋轉盤軸與稀釋段旋轉電機(7)軸連接，稀釋壓緊盤上表面左、右對稱地開有左、右通孔，該左通孔上固定有一根稀釋氣溶膠出氣道連接管(9-7)，該右通孔上固定有一根第二氣溶膠出氣道連接管(9-6)，稀釋壓緊盤的左、右通孔與稀釋轉盤的左、右圓筒位于同一圓周上，稀釋支撐盤上位于稀釋壓緊盤的左、右通孔的正下方的位置上對應開有另外一個左通孔和另外一個右通孔，該另外一個左通孔上固定有一根空氣進氣道連接管(9-5)，該另外一個右通孔上固定有一根第二氣溶膠進氣道連接管(9-4); 空氣壓縮機(I)出口順次連接進氣段空氣過濾器(2 )和進氣段質量流量計(3 )，進氣段質量流量計(3 )出口連接上述氣溶膠進氣道連接管(5-5 )，上述氣溶膠出氣道連接管(5-6 )以及進氣段質量流量計出口均經旁通管路接于第二氣溶膠進氣道連接管(9-4)，進氣段空氣過濾器(2 )出口連接稀釋段質量流量計(8 )后接于空氣進氣道連接管(9-5 )，稀釋氣溶膠出氣道連接管(9-7)連接采樣段DPF (10)后排空，稀釋氣溶膠出氣道連接管(9-7)與采樣段DPF (10 )之間的管路上設置有采樣接口( 12 )，稀釋氣溶膠出氣道連接管(9-7 )與采樣接口( 12)之間的管路上設置有濃度監測單元(11)。
2.根據權利要求1所述的一種可模擬柴油機排氣顆粒流的氣溶膠發生器，其特征是，所述進氣段質量流量計(3 )出口經旁通管路與氣溶膠出氣道連接管(5-6 )連接后接于稀釋段DPF (6)后排空；所述第二氣溶膠出氣道連接管(9-6)接于稀釋段DPF (6)后排空。
3.根據權利要求1或2所述的一種可模擬柴油機排氣顆粒流的氣溶膠發生器，其特征是，所述壓緊盤(5-3)上的出氣孔為左、右對稱的兩個，該兩個出氣孔上分別固定有一根氣溶膠出氣道連接管(5-6)，所述支撐盤(5-1)上的進氣孔為左、右對稱的兩個，該兩個進氣孔上分別固定有一根氣溶膠進氣道連接管(5-5);所述用作盛裝氣溶膠顆粒的圓錐形漏斗或底部開口的圓筒為上、下對稱的兩個，該兩個圓錐形漏斗或底部開口的圓筒分別與壓緊盤上的上、下對稱的兩個下料孔連通。
4.根據權利要求3所述的一種可模擬柴油機排氣顆粒流的氣溶膠發生器，其特征是，所述濃度監測單元(11)為AVL不透光煙度計。
5.根據權利要求4所述的一種可模擬柴油機排氣顆粒流的氣溶膠發生器，其特征是，所述壓緊盤(5-3)下表面以及支撐盤(5-1)上表面均設有內凹形臺階；所述圓筒(5-4)上還設置有其上開有小孔的圓筒蓋。
6.根據權利要求5所述的一種可模擬柴油機排氣顆粒流的氣溶膠發生器，其特征是，所述轉盤(5-2)厚度為2 mm，轉盤的貫通孔的直徑為4 mm ;稀釋轉盤(9-2)厚度為5mm，稀釋轉盤上的左、右圓筒的內徑均為5 mm,高均為50 mm。
7.根據權利要求6所述的一種可模擬柴油機排氣顆粒流的氣溶膠發生器，其特征是，所述進氣段質量流量計(3)流量控制在5(T300 L/min，發生段旋轉電機(4)轉速控制在30^300 r/min，稀釋段旋轉電機(7)轉速與發生段旋轉電機(4)轉速保持一致或其l/n，n為發生段旋轉電機轉速的公約數，稀釋段質量流量計(8)流量控制在1(T300 L/min。
8.根據權利要求7所述的一種可模擬柴油機排氣顆粒流的氣溶膠發生器，其特征是，所述發生段基架(5-8 )和稀釋段基架上均安裝有活動腳輪。
9.根據權利要求8所述的一種可模擬柴油機排氣顆粒流的氣溶膠發生器，其特征是，所述所有氣體通路均采用Φ8氣動管進行連接。
10.根據權利要求9所述的一種可模擬柴油機排氣顆粒流的氣溶膠發生器，其特征是，所述進氣段空氣過濾器(2)為三級空氣過濾器稀釋段DPF (6)與采樣段DPF (10)均為柴油機顆粒捕集器型。
【文檔編號】B01F3/06GK203916635SQ201420344429
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】孟忠偉, 蒲云飛, 楊冬, 李路, 張靖, 張川 申請人:西華大學