CN203177465U - 电预热高温高压蓄热式空气加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电预热高温高压蓄热式空气加热装置，包括耐压壳体（1）、滑移筒（2）、隔热层（3）、隔热材料内衬（4）、蜂窝蓄热体（5）、电阻发热体（6）、电接头密封法兰（7）和电源柜（8），电阻发热体（6）、蜂窝蓄热体（5）、隔热材料内衬（4）、隔热层（3）、滑移筒（2）和耐压壳体（1）由内到外依次安装。本实用新型采用蜂窝蓄热组合体径向留有间隙辐射传热和电阻发热体的内置设计，通过热辐射和热传导的共同作用，可以加快热量传递，实现大流量的高温、高压空气加热。

Description

电预热高温高压蓄热式空气加热装置

技术领域

本实用新型属于蓄热式加热器预热技术领域，特别涉及一种用于常规高超声速风洞主气流预热的电预热高温高压蓄热式空气加热装置。

背景技术

在高超声速风洞中，气流在喷管内急剧加速会发生冷凝，通过提高前室气流温度可避免冷凝，用于提高气流总温的加热器是风洞的关键部件，也是常规高超声速风洞设计的难点。

目前，用于常规高超声速风洞的加热器有电阻连续加热式和蓄热式。其中，电阻连续加热式通常是把电阻发热元件布置成一定形状，通过结构设计，确保加热器内部电热元件的绝缘和合理的空气流通面积；电热元件通电后，在很短的时间内达到高温，高压空气流过电热元件的间隙，把热量带走，在加热器出口获得高温空气。电阻加热元件主要指：金属电阻带、电阻管、碳化硅发热件等。电阻连续式电加热器需要很大的电功率和调压设备，而且设备相对利用率比较小，一般试验室都不提供大功率的电源设备，限制了这种加热方式的使用。国内最早的常规高超声速风洞FD-03，二级加热器，功率为400KW。中国空气研究与发展中心的常规高超声速风洞FL-31，加热器功率为8000KW。而且根据空气流加热功率设计建造的大功率加热器，风洞运行时，气流升温慢，启动过程长，温度达不到设计要求，降低了风洞试验设备使用范围。

蓄热式就是加热器内部安装蓄热材料，加热器使用前先进行蓄热材料的预热，把热量存储在加热器蓄热材料中，使用过程中，由蓄热材料把热量传递给空气，加热器出口获得高温气流。加热器的预热方式，主要有：燃料燃烧、感应加热、电阻元件预热。目前在用的依靠热辐射加热蓄热体的电阻元件预热加热器，蓄热体沿着气流方向布局，气流通过蓄热体的狭缝换热，电阻元件垂直安装，布局分散，预热时间长，受温差影响，蓄热材料预热温度不高，这类加热器的使用温度都在650℃以下。例如，南航NWH-0.5m高超声速风洞，蓄热体为精密铸造，缝隙比0.33，最高温度为600℃。FD-07风洞蓄热式加热器蓄热体为钢板组合式，缝隙比为：0.28，最高温度为650℃，而且采用燃油预热，蓄热体上容易产生积碳，需要排烟道和耐高压烟道阀等辅助设备，增加设备投资，废热无法回收，浪费严重。

另外，感应加热的预热方式，是近年来发展的新加热技术，通过电磁感应在金属蓄热体内部产生涡流，快速加热金属蓄热材料，温度最高能够达到金属的熔化温度，突破辐射加热温度不高的限制。但是，感应加热采用发热筒体外缠感应圈，为了避免耐压壳体发热，需要导磁体进行屏蔽，大量占用加热器内部空间，增加耐压壳体的制造成本。封闭空间内，导磁体要求环境温度为常温。加热器在使用时，高温高压条件下，空气密度很大，温度高，导磁体的隔热很难解决。

实用新型内容

本实用新型的目的是，克服现有技术的不足，提供一种加热温度更高、热能利用率高、加热均匀、使用更安全的电预热高温高压蓄热式空气加热装置。

本实用新型的技术解决方案是：电预热高温高压蓄热式空气加热装置，包括耐压壳体、滑移筒、隔热层、隔热材料内衬、蜂窝蓄热体、电阻发热体、电接头密封法兰和电源柜；电阻发热体、蜂窝蓄热体、隔热材料内衬、隔热层、滑移筒和耐压壳体由内到外依次安装；电阻发热体沿轴向安装在蜂窝蓄热体中间的圆孔中，长度与蜂窝蓄热体相同，通过蜂窝蓄热体蜂窝板之间的间隙，均匀辐射传热；滑移筒和隔热材料内衬固定隔热层；电源柜通过电接头密封法兰为电阻发热体提供电源；所述隔热层为耐火材料加工而成的圆环，圆环内外分别是高温区和低温区；隔热材料内衬外侧固定隔热材料，内部为光滑筒体，用于支撑、安放蜂窝蓄热体。

所述蜂窝蓄热体包括连接螺栓、螺母、支撑套管和蜂窝蓄热片；连接螺栓、螺母和支撑套管与蜂窝蓄热片采用相同的材料。

所述发热体装置包括紧固螺柱、端头螺母、刚玉管、刚玉盘、电阻发热元件、端部刚玉盘和引出端导电柱；发热体元件安装在刚玉管、刚玉盘和端部刚玉盘中；整个发热体装置使用紧固螺柱串起来，达到设定的长度后，两端用端头螺母紧固；刚玉管套在紧固螺柱上，两端为刚玉盘，电阻发热元件平行穿进刚玉盘上的固定孔中，端部刚玉盘安装在一侧，支撑引出端导电柱。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

1）本实用新型采用蜂窝蓄热组合体径向留有间隙辐射传热和电阻发热体的内置设计，通过热辐射和热传导的共同作用，可以加快热量传递。其中耐压外壳体内采用蜂窝状蓄热体组成一定长度的气流通道，蓄热体中部安装电阻发热元件，热量主要通过热辐射，由蓄热体径向间隙，均匀预热蓄热材料到需要的温度，换热时气流通过蜂窝小孔进行热交换，实现大流量的高温、高压空气加热。

2）本实用新型采用金属蜂窝状蓄热体内置发热体的形式，避免垂直安装电阻元件必须进行蓄热层和耐压壳体的纵向安装孔加工，蓄热层易于整体铸造，隔热效果更好，耐压壳体减少了开孔数量，强度更高。检修加热器时，不用拆卸隔热层和蓄热体，只要把预热元件从蓄热体内孔中抽出来更换就可以了，避免每次检修加热器，都必须要破坏蓄热材料，重新更换，能够解决加热器安全检修和发热元件更换的问题。

3）本实用新型采用金属蜂窝状蓄热体，工作时，进行空气换热，换热面积为同质量金属板片蓄热体的2倍以上，在较短的换热通道内可将空气加热到需要的温度，温度效率高，热量利用充分。

4）本实用新型可以安装使用不同种类的电阻预热元件，预热元件按照蓄热体内孔的位置和尺寸设计、安装，预热元件可以使用金属电阻带组合而成，也可以使用碳化硅发热元件，根据空气加热器的设计指标，选择加热温度相符，性价比较高的预热电阻材料，为不同温度等级的蓄热加热器预热。

附图说明

图1为本发明加热器装置示意图；

图2为本发明加热器装置剖视图；

图3为蜂窝状蓄热体示意图；

图4为蜂窝状蓄热体剖视图；

图 5为电阻发热体示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1、2所示，本实用新型的电预热高温高压蓄热式空气加热装置，包括耐压壳体1、滑移筒2、隔热层3、隔热材料内衬4、蜂窝蓄热体5、电阻发热体6、电接头密封法兰7和电源柜8；电阻发热体6、蜂窝蓄热体5、隔热材料内衬4、隔热层3、滑移筒2和耐压壳体1由内到外依次安装；电阻发热体6沿轴向安装在蜂窝蓄热体5中间的圆孔中，长度与蜂窝蓄热体5相同，通过蜂窝蓄热体5蜂窝板之间的间隙，均匀辐射传热；滑移筒2和隔热材料内衬4固定隔热层3；电源柜8通过电接头密封法兰7为电阻发热体6提供电源。

耐压壳体1是承受高温高压空气的装置，由高温合金材料锻造加工而成，本实施例中的额定设计压力12.0MPa。滑移筒2是固定隔热材料外层的筒体，在高温高压空气的快速充压和泄压时，防止隔热层3变形。隔热层3是耐火材料加工而成的圆环，圆环内外分别是高温区和低温区。隔热材料内衬4外侧固定隔热材料，内部为光滑筒体，用于支撑、安放蜂窝蓄热体5。

蜂窝蓄热体5是整套设备的关键部件，加热时，蜂窝蓄热体5的最内层受辐射温度较高，通过热传导，向外层传递热量，另外通过蜂窝片间隙的热辐射热也比较强，在高温条件下，蓄热体外层也能够快速达到温度均匀。如图4、5所示，蜂窝蓄热体5包括连接螺栓51、螺母52、支撑套管53和蜂窝蓄热片54。连接螺栓51和螺母52采用与蜂窝蓄热片54一样的材料，中间夹缝为同材质支撑套管53，间距按照蓄热片尺寸和温度辐射强度确定，确保预热均匀，换热面积大。

图5所示为发热体装置6，包括紧固螺柱61、端头螺母62、刚玉管63、刚玉盘64、电阻发热元件65、端部刚玉盘66和引出端导电柱67。发热体元件65使用高温电阻发热带组合而成，安装在刚玉管63、刚玉盘64和端部刚玉盘66中。整个发热体装置6使用紧固螺柱61串起来，达到设定的长度后，两端用端头螺母62紧固；刚玉管63套在紧固螺柱61上，两端为刚玉盘64，电阻发热元件65平行穿进刚玉盘64上的固定孔中，按照电路接线要求进行端部连接，确保电绝缘和热辐射的负荷。端部刚玉盘66安装在一侧，支撑引出端导电柱67。

引出端导电柱67连接电接头密封法兰7，一方面保证接线柱与加热器壳体的电绝缘，另一方面的作用是使高压空气密闭，承压状态下的电接头不漏气。电源柜8通过电接头密封法兰7对电阻发热体6提供电源。

本实用新型要根据蜂窝蓄热体5的设计尺寸，确定电阻发热元件65的外径，设计各刚玉绝缘件，留出安全的热辐射距离。

本实施例中，蜂窝蓄热体5和电阻发热体6的总长均为6m；电阻发热元件65材料为0Cr27Al7Mo2，最高使用温度1400℃；刚玉管63长度为100mm，刚玉盘直径130mm；蓄热片直径490mm，厚度3mm，片间距3mm，蓄热材料：1Cr25Ni20Si2，最高蓄热温度1035℃。电阻发热元件在蓄热体内安装完成后，发热元件外圆和蓄热体内圆相离为10mm，发热元件能够充分散热，确保正常的使用寿命，较高的辐射温差，蓄热体升温快且不会烧坏。

本实用新型未公开技术属本领域技术人员公知常识。

Claims (3)

1.电预热高温高压蓄热式空气加热装置，其特征在于：包括耐压壳体（1）、滑移筒（2）、隔热层（3）、隔热材料内衬（4）、蜂窝蓄热体（5）、电阻发热体（6）、电接头密封法兰（7）和电源柜（8）；电阻发热体（6）、蜂窝蓄热体（5）、隔热材料内衬（4）、隔热层（3）、滑移筒（2）和耐压壳体（1）由内到外依次安装；电阻发热体（6）沿轴向安装在蜂窝蓄热体（5）中间的圆孔中，长度与蜂窝蓄热体（5）相同，通过蜂窝蓄热体（5）蜂窝板之间的间隙，均匀辐射传热；滑移筒（2）和隔热材料内衬（4）固定隔热层（3）；电源柜（8）通过电接头密封法兰（7）为电阻发热体（6）提供电源；所述隔热层（3）为耐火材料加工而成的圆环，圆环内外分别是高温区和低温区；隔热材料内衬（4）外侧固定隔热材料，内部为光滑筒体，用于支撑蜂窝蓄热体（5）。

2.根据权利要求1的电预热高温高压蓄热式空气加热装置，其特征在于：所述蜂窝蓄热体（5）包括连接螺栓（51）、螺母（52）、支撑套管（53）和蜂窝蓄热片（54）；连接螺栓（51）、螺母（52）和支撑套管（53）与蜂窝蓄热片（54）采用相同的材料。

3.根据权利要求1或2的电预热高温高压蓄热式空气加热装置，其特征在于：所述发热体装置（6）包括紧固螺柱（61）、端头螺母（62）、刚玉管（63）、刚玉盘（64）、电阻发热元件（65）、端部刚玉盘（66）和引出端导电柱（67）；发热体元件（65）安装在刚玉管（63）、刚玉盘（64）和端部刚玉盘（66）中；整个发热体装置（6）使用紧固螺柱（61）串起来，达到设定的长度后，两端用端头螺母（62）紧固；刚玉管（63）套在紧固螺柱（61）上，两端为刚玉盘（64），电阻发热元件（65）平行穿进刚玉盘（64）上的固定孔中，端部刚玉盘（66）安装在一侧，支撑引出端导电柱（67）。

Images