CN103646732A - 不锈钢管水冷电阻 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不锈钢管水冷电阻，属于航天气动热电弧风洞试验电弧加热器领域。不锈钢管水冷电阻包括：多根不锈钢管，多根所述不锈钢管的两端均设置有接管嘴，所述不锈钢管的内腔通有冷却水；以及夹持住多根所述不锈钢管的外夹板；其中，多根所述不锈钢管中的部分或全部通过与所述接管嘴连接的连接片串联连接、并联连接或串并联连接以形成不锈钢管水冷电阻本体；所述不锈钢管水冷电阻本体通过接线端子与电极连接，所述接线端子与所述接管嘴连接。本发明通过上述技术方案使得不锈钢管水冷电阻的冷却效果更好，便于集成化安装，阻值调节简单明了，功率大。

Description

不锈钢管水冷电阻

技术领域

本发明属于航天气动热电弧风洞试验电弧加热器领域，特别涉及一种不锈钢管水冷电阻。

背景技术

电弧加热器是航天飞行器地面热模拟考核试验主要热源设备之一。电弧加热器中的长直管型直流电弧加热器，特别是管状电弧加热器，其电弧运行参数表现出典型的“负阻”特性，为了使电弧稳定燃烧，需要在电气主回路串联一定阻值的镇定电阻。

长直管型直流电弧加热器中的一种叠片式电弧加热器，又叫压缩弧式电弧加热器，具有高焓、运行稳定等优点，是解决高超声速、长航时航天飞行器理想的电弧加热设备，其在使用时会产生很大的电弧电流。

由于叠片式电弧加热器，尤其大功率叠片式电弧加热器使用电极组装备，为了实现电极烧损率低，气流污染小，使用寿命长。现有技术中利用分流方法，即一个电极对应一个分流电阻（分流电阻只对应电极组内的一个电阻，与电极组对应时需要与电极组内电极数量相同的分流电阻），使各电极分别承担部分总电流，从而使电弧加热器能够以更大的电弧电流运行。

现有市面上的电阻使用低压水冷却、功率小、体积大，不适合作为镇定电阻和分流电阻使用。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种不锈钢管水冷电阻，其包括：多根不锈钢管，多根所述不锈钢管的两端均设置有接管嘴，所述不锈钢管的内腔通有冷却水；以及夹持住多根所述不锈钢管的外夹板；其中，多根所述不锈钢管中的部分或全部通过与所述接管嘴连接的连接片串联连接、并联连接或串并联连接以形成不锈钢管水冷电阻本体；所述不锈钢管水冷电阻本体通过接线端子与电极连接，所述接线端子与所述接管嘴连接。

在如上所述的不锈钢管水冷电阻中，优选，所述多根不锈钢管均呈“S”形。

在如上所述的不锈钢管水冷电阻中，优选，所述“S”形包括：第一种“S”形和第二种“S”形，多根所述不锈钢管中的一部分不锈钢管呈第一种“S”形，多根所述不锈钢管中的另一部分不锈钢管呈第二种“S”形；其中，所述第一种“S”形为中心对称图形，具有等距的三段横向段和呈中心对称的两段竖向段；所述第二种“S”形具有两段竖向段和不等距的三段横向段。

在如上所述的不锈钢管水冷电阻中，优选，所述不锈钢管的数量为6根，6根所述不锈钢管沿所述外夹板的厚度方向排列成两排，并通过绝缘垫块固定于所述外夹板中；每排中含有呈所述第一种“S”形的1根不锈钢管和呈所述第二种“S”形的2根不锈钢管；每排中的3根不锈钢管沿所述外夹板的长度方向从上到下依次套设，且从上到下3根所述不锈钢管的形状依次为所述第二种“S”形、所述第一种“S”形和旋转180°的所述第二种“S”形。

在如上所述的不锈钢管水冷电阻中，优选，6根所述不锈钢管的长度均相等，且所述接管嘴伸出所述外夹板的边缘外。

在如上所述的不锈钢管水冷电阻中，优选，所述冷却水为高压冷却水。

在如上所述的不锈钢管水冷电阻中，优选，所述冷却水为高压软化水。

在如上所述的不锈钢管水冷电阻中，优选，所述不锈钢管的外径为

，壁厚为0.5mm～1mm。

在如上所述的不锈钢管水冷电阻中，优选，多根所述不锈钢管的阻值均相等。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果如下：

（1）不锈钢管水冷电阻中的不锈钢管被弯成“S”形，冷却效果优于直管型钢管电阻。

（2）不锈钢管水冷电阻的结构紧凑，外形尺寸小，占用空间小，便于集成化安装。

（3）不锈钢管水冷电阻的阻值调节简单明了、精度高，易于实现。

（4）不锈钢管水冷电阻的功率大，冷却好，结构简单，坚固耐用，性能良好。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种含有6根不锈钢管的不锈钢管水冷电阻的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种呈第二种“S”形的不锈钢管的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种呈第一种“S”形的不锈钢管的结构示意图；

图4为图1的右视图；

图5为图1的左视图；

图6为本发明实施例提供的一种阻值为0.2Ω的连接方式的右视图，

图7为本发明实施例提供的一种阻值为0.2Ω的连接方式的左视图，

图8为本发明实施例提供的一种阻值为0.075Ω的连接方式的右视图；

图9为本发明实施例提供的一种阻值为0.075Ω的连接方式的左视图；

其中，图中符号说明如下：

1不锈钢管、      2外夹板、      3绝缘垫块、

4连接片、        5接线端子、    6接管嘴、

7横向段、        8竖向段、

T外夹板的厚度方向、             L外夹板的长度方向。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1-7，本发明实施例提供了一种不锈钢管水冷电阻，属于镇定电阻，适用于长直管型直流电弧加热器稳定电弧用，尤其适用于大功率低压高焓叠片式电弧加热器中作分流电阻使用（此时可以称之为叠片式电弧加热器用不锈钢管水冷分流电阻），能使叠片式电弧加热器以更大的电流运行。不锈钢管水冷电阻包括：多根不锈钢管1和夹持住多根不锈钢管的外夹板2。

其中，任意一根不锈钢管1的两端均焊接有接管嘴6，按照方式A将多根不锈钢管1串联连接、并联连接或串并联连接以形成不锈钢管水冷电阻本体，该方式A为将两根不锈钢管1之间通过连接片4连接各自的接管嘴以串联连接或并联连接连通。例如：通过一个连接片4将两根不锈钢管1串联连接，即：连接片4的一端连接一根不锈钢管1上的接管嘴6，另一端连接另一根不锈钢管1上的接管嘴6。形成的不锈钢管水冷电阻本体中的两个不锈钢管1上的接管嘴6分别连接有一个接线端子5，通过接线端子5与叠片式电弧加热器的电极连接，以对流经电极的电流进行分流。在实际中，根据具体的阻值使用需求，可以将多根不锈钢管1的全部连接或部分连接以形成不同阻值的不锈钢管水冷电阻本体。由于不锈钢管1之间的连接通过连接片4连接，此连接为可拆卸连接，便于实现调节不锈钢管水冷电阻的阻值。

由于不锈钢管水冷电阻在使用过程中会产生大量的热量，为了延长其使用寿命，在任意一根不锈钢管1的内腔内通有冷却水，以对不锈钢管1进行冷却。冷却水优选采用高压冷却水，可以使内腔内的冷却水流动性强，对不锈钢管水冷电阻迅速降温，例如3.5MPa的高压冷却水，水温升不超过50℃。更优选采用高压软化水，更进一步优选采用高压软化、去离子水。通冷却水的方式可以是集中通冷却水，即多根不锈钢管1共用一个通冷却水通道；还可以是分散通冷却水，即多根不锈钢管1各自有自己的通冷却水通道，本发明实施例不对此进行限定。

在多根不锈钢管1的外侧以外夹板2夹持形成不锈钢管水冷电阻，如此，可增大不锈钢管1与空气的接触面积，空气能带走不锈钢管水冷电阻产生的热量。

为了增强对不锈钢管1的冷却效果，不锈钢管1呈“S”形，在实际中，可以将不锈钢管1弯成“S”形，以解决大功率电阻的发热问题。优选，多根不锈钢管1套设排列，如此可使不锈钢管水冷电阻本体结构紧凑，外形尺寸小，占用空间少，便于安装。

具体地，多根不锈钢管1中的一部分不锈钢管均呈第一种“S”形，多根不锈钢管1中的另一部分不锈钢管均呈第二种“S”形。也就是说不锈钢管的形状选自第一种“S”形和第二种“S”形中的一种。其中，参见图3所示，第一种“S”形具有等距的三段横向段7，也就是说该三段横向段7以等间距设置，以及呈中心对称的两段竖向段8，且第一种“S”形为中心对称图形，即三段横向段7以中间的一段横向段7为中心线上下对称，两段竖向段8以中间的一端横向段7的中点为中心对称。参见图2所示，第二种“S”形具有以不等距的方式设置的三段横向段7、和两段竖向段8。在实际中，呈第一种“S”形或第二种“S”形的不锈钢管制造尺寸及外形尺寸以不锈钢管规格及最大允许空间确定。

进一步地，不锈钢管1的数量的为6根，其沿外夹板2的厚度方向T排列成两排，并通过绝缘垫块3固定于外夹板2中；每排中含有呈第一种“S”形的1根不锈钢管和呈第二种“S”形的2根不锈钢管；每排中的3根不锈钢管沿外夹板2的长度方向L从上到下依次套设，且从上到下3根不锈钢管的形状依次为第二种“S”形、第一种“S”形和旋转180°的第二种“S”形。如此，可使不锈钢管水冷电阻本体结构更紧凑，外形尺寸更小，占用空间更少，便于集成化安装。本发明实施例不对构成不锈钢管水冷电阻中呈第一种“S”形和第二种“S”形的不锈钢管的数量进行限定，可以是6根，还可以是其他数量。

为了使不锈钢管水冷电阻的结构简单，阻值调节简单明了，多根不锈钢管1的阻值相等，优选，其长度也相等，且接管嘴6均伸出外夹板2的边缘外。更优选多根不锈钢管的外径为

，壁厚为0.5mm～1mm。不锈钢管连续运行的额定电流为800A～1500A，短时最大通过电流为2000A。

下面以60MW叠片式电弧加热器使用装备了10对不锈钢管水冷电阻用于最多十对电极的分流运行为例进行说明。

每个电极串接一个不锈钢管水冷电阻，10对不锈钢管水冷电阻中的任一个不锈钢管水冷电阻使用6根不锈钢管制成。6根不锈钢管的规格均为

，单根长度为1940mm，阻值0.05Ω。在每根不锈钢管1的两端焊接接管嘴6，然后将不锈钢管1弯成两种规格的“S”形，即第一种“S”形和第二种“S”形，呈第一种“S”形的不锈钢管的尺寸上下左右均对称，第二种“S”形按第一种“S”形等距曲线设计，距离为40mm。该6根不锈钢管1在两个外夹板2内侧分为两排，两排间距40mm，每排有3根不锈钢管，由上至下不锈钢管的形状分别为第二种“S”形、第一种“S”形、第二种“S”形。在两排之间以及与外夹板之间设置5个点位，分别以绝缘垫块隔开。由外夹板2夹持形成一个不锈钢管集合，即不锈钢管水冷电阻。

当需要每对不锈钢管水冷电阻的阻值为0.3Ω时，如图4和图5所示，将所有6根不锈钢管首尾相连，即串联连接，形成最大阻值的连接方式，在图4中，最上面2根形状呈第二种“S”形的不锈钢管分别连接端子排，形成不锈钢管水冷电阻的两个接线端子5以与电极连接；下面4根不锈钢管左右两两连接。在图5中，上面的4根不锈钢管左右两两连接，最下面的2根不锈钢管横向连接。

通过去掉数量不等的不锈钢管或不同数量的不锈钢管通过串联、并联或串并联混合使用的连接方式，可实现不同阻值。如按照图6和图7的连接方式，去掉最下面两根不锈钢管，得到的不锈钢管水冷电阻的阻值为0.2Ω。按图8和图9的连接方式，所有不锈钢管分为两列串联后再将首尾并联，得到的不锈钢管水冷电阻的阻值为0.075Ω。

综上所述，本发明实施例通过将不锈钢管水冷电阻中的不锈钢管弯成“S”字形，使得不锈钢管水冷电阻的冷却效果优于直管型不锈钢管电阻。将呈“S”形的不锈钢管套设，使得不锈钢管水冷电阻结构紧凑，外形尺寸小，占用空间小，便于集成化安装。同时不锈钢管水冷电阻阻值调节简单明了、精度高，易于实现。不锈钢管水冷电阻的功率大，冷却好，结构简单，坚固耐用，性能良好。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种不锈钢管水冷电阻，其特征在于，所述不锈钢管水冷电阻包括：

多根不锈钢管，多根所述不锈钢管的两端均设置有接管嘴，所述不锈钢管的内腔通有冷却水；以及

夹持住多根所述不锈钢管的外夹板；

其中，多根所述不锈钢管中的部分或全部通过与所述接管嘴连接的连接片串联连接、并联连接或串并联连接以形成不锈钢管水冷电阻本体；

所述不锈钢管水冷电阻本体通过接线端子与电极连接，所述接线端子与所述接管嘴连接。

2.根据权利要求1所述的不锈钢管水冷电阻，其特征在于，多根所述不锈钢管均呈“S”形。

3.根据权利要求2所述的不锈钢管水冷电阻，其特征在于，所述“S”形包括：第一种“S”形和第二种“S”形，多根所述不锈钢管中的一部分不锈钢管呈第一种“S”形，多根所述不锈钢管中的另一部分不锈钢管呈第二种“S”形；

其中，所述第一种“S”形为中心对称图形，具有等距的三段横向段和呈中心对称的两段竖向段；

所述第二种“S”形具有两段竖向段和不等距的三段横向段。

4.根据权利要求3所述的不锈钢管水冷电阻，其特征在于，所述不锈钢管的数量为6根，6根所述不锈钢管沿所述外夹板的厚度方向排列成两排，并通过绝缘垫块固定于所述外夹板中；

每排中含有呈所述第一种“S”形的1根不锈钢管和呈所述第二种“S”形的2根不锈钢管；

每排中的3根不锈钢管沿所述外夹板的长度方向从上到下依次套设，且从上到下3根所述不锈钢管的形状依次为所述第二种“S”形、所述第一种“S”形和旋转180°的所述第二种“S”形。

5.根据权利要求4所述的不锈钢管水冷电阻，其特征在于，6根所述不锈钢管的长度均相等，所述接管嘴伸出所述外夹板的边缘外。

6.根据权利要求1所述的不锈钢管水冷电阻，其特征在于，所述冷却水为高压冷却水。

7.根据权利要求1所述的不锈钢管水冷电阻，其特征在于，所述冷却水为高压软化水。

8.根据权利要求1所述的不锈钢管水冷电阻，其特征在于，所述不锈钢管的外径为

，壁厚为0.5mm～1mm。

9.根据权利要求8所述的不锈钢管水冷电阻，其特征在于，多根所述不锈钢管的阻值均相等。

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