[发明专利]一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置及方法

权利要求书

1.一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置，其特征在于：包括六自由度运动模拟平台、多环路主循环回路、冷却水系统、电加热系统；

所述六自由度运动模拟平台由机械台体、驱动系统及控制系统组成；

所述多环路主循环回路包括蛇形预热器(4)、实验段(1)、加压循环泵(7)、稳压器(6)、电磁流量计(5)、排气阀(14)、两个套管式冷凝器(15)组成，其中蛇形预热器(4)、实验段(1)、加压循环泵(7)通过桁架结构固定于所述六自由度运动模拟平台的机械台体上；桁架结构上固定有圆弧形导轨(17)，两个套管式冷凝器(15)分别固定于圆弧形导轨(17)上，多环路主循环回路的上升段、下降段通过T形三通(16)及软管与两个套管式冷凝器(15)的进出口分别相连，构成多环路主循环回路的两个冷却回路；实验段(1)通过旋转式绝缘法兰(22)连接在多环路主循环回路的上升段中，蛇形预热器(4)、上升段和下降段分别焊接相连，加压循环泵(7)及排气阀(14)与下降段入口处连通，稳压器(6)与蛇形预热器(4)入口段连通，电磁流量计(5)安装于蛇形预热器(4)入口段；

所述冷却水系统由套管式冷凝器(15)、板式换热器(13)、冷却塔(11)、冷却风机(12)、冷却水箱(10)、循环泵、电磁流量计组成；两个套管式冷凝器(15)的冷却水通道使用不锈钢软管串联，并与板式换热器(13)一次侧相连，构成冷却水系统的室内部分；板式换热器(13)二次侧与冷却水箱(10)、冷却塔(11)连接构成冷却水系统的室外部分，冷却风机(12)安装于冷却塔(11)内部；冷却水系统的室内部分和室外部分分别安装了电磁流量计、闸阀和循环泵；

所述电加热系统由直流电源(2)、低压功率控制器、变压器(3)组成，直流电源(2)固定于机械台体上台面(8)上，输出恒定功率至实验段(1)，变压器(3)输入端与低压功率控制器连接，输出端与蛇形预热器(4)连接，输出恒定功率至预热器(4)。

2.根据权利要求1所述的一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置，其特征在于：所述六自由度运动模拟平台的机械台体包括上台面(8)和下基座(9)，驱动系统包括六个伸缩缸(23)及关节铰链(24)，伸缩缸(23)使用伺服电机驱动，采用并联布置，两端分别通过关节铰链(24)与上台面(8)及下基座(9)相连接；通过六个伸缩缸(23)的伸缩运动实现上台面(8)的六自由度运动。

3.根据权利要求1所述的一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置，其特征在于：所述冷却水系统的室内部分固定于六自由度运动模拟平台上，通过不锈钢软管与室外部分相连接，包括冷、热源的整个自然循环实验装置在实验时均处于运动状态。

4.根据权利要求1所述的一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置，其特征在于：所述两个套管式冷凝器(15)能够在圆弧形导轨(17)上改变方位，进而改变两个冷却环路的夹角。

5.根据权利要求1所述的一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置，其特征在于：所述的两个冷却回路分别配有阻力调节阀门(18)，能够对两个冷却回路设置不同的阻力工况，实现两个冷却回路间的偏环运行。

6.根据权利要求1所述的一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置，其特征在于：所述实验段(1)为圆管实验段，直接由直流电源(2)通电加热，功率控制灵敏度高；所述实验段(1)壁面上每隔100mm等距布置有热电偶(21)测量壁温，进出口中心位置插入热电偶测量流体温度，实时监测实验段内流体及壁面状态；所述实验段上设置的引压管(19)设有绝缘法兰(20)，避免因与实验段(1)形成并联回路而被直流电源(2)加热；所述实验段(1)能够通过旋转式绝缘法兰(22)使实验段绕其中心轴线旋转，根据运动形式的不同改变引压管(19)的方位，减少附加压降的影响。

7.权利要求1至6任一项所述的一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置的实验方法，其特征在于：实验开始前对多环路主循环回路及冷却水系统进行充水检漏、抗压实验，确保回路在大流量及高压状态下无泄漏；

实验开始前，开启加压循环泵(7)与排气阀(14)，排出多环路主循环回路内气体，保持多环路主循环回路内全部工质为单相水；然后关闭排气阀(14)，断开加压循环泵(7)连接，调节稳压器(6)，使多环路主循环回路的压力为实验目标工况压力；

调整套管式冷凝器(15)的位置与冷却回路的阻力调节阀门 (18)，使两个冷却回路的夹角与阻力为实验目标工况；

开启冷却水系统时，保持冷却水系统的室内部分和室外部分的闸阀为开启状态，分别开启两部分的循环泵，开启冷却风机(12)加速冷却塔(11)内流体冷却；

开启电加热系统时，逐步缓慢提升实验段(1)与预热器(4)的加热功率，每次升功率保证实验段(1)壁温升幅不超过15℃，待实验段(1)壁温与多环路主循环回路流量达到稳定后进行下一次升功率操作，直至实验段(1)进口流体温度达到实验目标工况温度；

开启六自由度运动模拟平台时，保证各伸缩缸的基准经过校正，开启驱动电机电源，进入运动模拟控制系统，升起机械台体至一定高度，为后续各种运动的模拟留足空间裕量，设定实验目标运动工况进行运动模拟。