CN104469999A - 用于直接电加热元件的模块式流道结构及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热工试验装置技术领域，具体公开了一种用于直接电加热元件的模块式流道结构及其安装方法，结构包括多个陶瓷分段，陶瓷分段中心设置有供流体流动和安装电加热元件的流道，多个陶瓷分段沿流体流动方向布置，后一陶瓷分段的前端连接前一陶瓷分段的后端，相邻两个陶瓷分段的连接处外壁套设有一个金属夹紧定位环；陶瓷分段由两个完全相同的陶瓷件拼接构成。本发明的模块式流道结构采用陶瓷作为流道结构材料，对发热元件与外围承压金属件进行了隔离绝缘，流道结构采用模块化的结构设计，便于拆卸和更换；每个模块上都设计有卡槽和凸起等定位结构，保证整个流道结构不变形，流道结构稳定，在高温下具有自夹紧功能，保证流道不容易出现漏流。

Description

用于直接电加热元件的模块式流道结构及其安装方法

技术领域

本发明涉及热工试验装置技术领域，具体地，涉及一种用于直接电加热元件的模块式流道结构及其安装方法。

背景技术

在核能、火电热工试验研究或其他化工热工试验研究中往往需要采用电加热方式来模拟核释热或其他发热方式。在这种试验模拟体结构中一般采用直接电加热方式发热，试验模拟体外围筒体一般需要承受一定的压力并且采用金属结构，因此在这种情况下直接加热元件容易与外围的承压金属结构接触导致绝缘失效。

为了避免上述情况的发生，在现有的试验模拟体中往往采用薄陶瓷片或石英玻璃片等材料拼装于直接发热元件外组成流道。薄陶瓷片或石英玻璃片由于易碎导致这种流道结构安装难度大，流道结构不稳定、容易存在漏流等技术特点，使用不方便。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种用于直接电加热元件的模块式流道结构，该模块式流道结构不易出现漏流问题，而且安装简单方便；本发明还提供了该模块式流道结构及其安装方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

用于直接电加热元件的模块式流道结构，包括多个陶瓷分段，所述陶瓷分段中心设置有供流体流动和安装电加热元件的流道，多个陶瓷分段沿流体流动方向布置，后一陶瓷分段的前端连接前一陶瓷分段的后端，相邻两个陶瓷分段的连接处外壁套设有一个金属夹紧定位环。本方案中，采用多个陶瓷分段以模块化组装方式构建流道，安装和加工非常方便简单。

作为本发明的进一步改进，所述陶瓷分段由两个完全相同的陶瓷件拼接构成，两个陶瓷件相接触的两个平面上开设有构成流道的第一凹槽，第一凹槽的长度方向与流体流动方向一致。本方案中，陶瓷分段采用2个陶瓷件拼合，再将多个陶瓷分段以模块化组装方式构建流道，不仅安装和加工方便，而且采用金属金属夹紧定位环进行夹紧定位，在高温条件下金属膨胀较多使得陶瓷流道贴合更加紧密的具有自夹紧功能，从而可以有效避免漏流情况的发生。发明人在长期的实践中，综合考虑漏流成因和流道安装问题，设计了前述方案，一改为减少漏流发生就要增加流道结构封闭性的认识，设计了分体结构的陶瓷分段，并采用金属夹紧定位环进行固定，利用金属和陶瓷的膨胀性区别，将陶瓷分段的2个陶瓷件紧密贴合，防止漏流，同时，这种分体结构的安装和拆卸更加容易和方便。

进一步，所述陶瓷件的两端还各设置有一个凸台，陶瓷分段两端各有2个凸台，陶瓷分段同一端的两个凸台相接触，该两个凸台相接触的平面上开设有形状、大小与第一凹槽相同的第二凹槽；所述金属夹紧定位环套设在相邻两个陶瓷分段的凸台外壁上。

进一步，所述陶瓷件两端在与第一凹槽所在面相对的外表面上设置有卡槽，所述金属夹紧定位环的两个端面上均设置有与卡槽配合的凸起。本方案中，在陶瓷件端部加工凸台和卡槽，在金属夹紧定位环两个端面上加工凸起来配合陶瓷件的卡槽进行定位，在流道很长的情况下都能保证整个流道结构不变形，保证流道的稳定性，这种定位结构设计在高温下还具有自夹紧功能，保证流道不容易出现漏流。

进一步，所述陶瓷件两端各仅设一个卡槽，且该卡槽位于所在外表面的平行于流道的平分线上。

进一步，所述陶瓷分段为圆柱状结构，所述陶瓷件和凸台为半圆柱状结构，陶瓷件和凸台的圆心重合，且凸台的半径小于陶瓷件的半径；所述金属夹紧定位环为圆环，其内径等于凸台的外径。

进一步，所述流道的截面呈矩形状，所述第一凹槽（111）和第二凹槽（121）为矩形槽。

进一步，所述陶瓷分段采用高纯陶瓷制成。

用于直接电加热元件的模块式流道结构的安装方法，包括以下步骤：

S1：从外承压件的上端装入第一块金属夹紧定位环；

S2：安装第一个陶瓷分段：将两块陶瓷件以第一凹槽所在平面相对进行靠拢，构成陶瓷分段，将陶瓷分段上端的两个凸台插入第一块金属夹紧定位环中，并使金属夹紧定位环下端的凸起卡入两块陶瓷件上端的卡槽中；

S3：将下一个金属夹紧定位环套设到第一个陶瓷分段下端，使该金属夹紧定位环上端的凸起卡入第一个陶瓷分段的两块陶瓷件下端的卡槽中，然后安装下一个陶瓷分段、再安装下一个金属夹紧定位环，以此类推；

S4：直到装入的陶瓷分段到达外承压件的另一端时，在最后一个陶瓷分段下部安装一个夹紧块将陶瓷分段夹紧并固定于外承压件上，完成安装。

综上，本发明的有益效果是：

1、本发明采用陶瓷作为流道结构材料，解决了直接发热元件与外围承压金属件之间的绝缘问题，保证了试验的安全性和试验模拟体的可靠性。

2、本发明采用模块化的结构设计，使本流道结构便于拆卸和更换，方便批量化生产，降低成本。

3、本发明的每个陶瓷分段和金属夹紧定位环构成的模块上都设计有卡槽和凸起等定位结构，在流道很长的情况下都能保证整个流道结构不变形，流道结构稳定，这种定位结构设计在高温下还具有自夹紧功能，保证流道不容易出现漏流。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是陶瓷分段的结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是凸台的俯视图；

图5是金属夹紧定位环的俯视图；

图6是金属夹紧定位环的侧视图。

附图中标记及相应的零部件名称：1-陶瓷分段；11-陶瓷件；111-第一凹槽；112-卡槽；12-凸台；121-第二凹槽；2-金属夹紧定位环；21-凸起。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，用于直接电加热元件的模块式流道结构，包括多个圆柱状的陶瓷分段1，所述陶瓷分段1中心设置有供流体流动和安装电加热元件的截面呈矩形状的流道，多个陶瓷分段1沿流体流动方向布置，后一陶瓷分段1的前端连接前一陶瓷分段1的后端，相邻两个陶瓷分段1的连接处外壁套设有一个金属夹紧定位环2，该金属夹紧定位环2为圆环，其将两个陶瓷分段1相接触的端部都套设在其中固定起来。所述陶瓷分段1采用高纯陶瓷制成。

如图2和图3所示，所述陶瓷分段1由两个半圆柱状陶瓷件11拼接构成，半圆柱状陶瓷件11具有4个表面：外圆柱面、与外圆柱面相对的平面、以及两个相对的端面，所述半圆柱状陶瓷件11的平面上开设有凹向外圆柱面的第一凹槽111，第一凹槽111为矩形槽，其长度方向与流体流动方向一致，两个半圆柱状陶瓷件11拼合成圆柱状陶瓷件11时，其两个平面相对，拼合到起一起时，这两个平面相接触，这两个半圆柱状陶瓷件11的平面上的第一凹槽111就构成了上述的供流体流动和安装电加热元件的流道。

所述半圆柱状陶瓷件11的两端还各设置有一个半圆柱状凸台12，其也具有外圆柱面、与外圆柱面相对的平面、以及两个相对的端面，当然其中一个端面已与半圆柱状陶瓷件11的端面紧密贴合在一起，凸台12的结构如图3和图4所示，该半圆柱状凸台12的圆心、平面均与半圆柱状陶瓷件11的圆心、平面重合，但半径小于半圆柱状陶瓷件11半径，该半圆柱状凸台12的平面上还开设有形状、大小与第一凹槽111相同的第二凹槽121，且凸台12的第二凹槽121与第一凹槽111连通，构成了连续的流道。两个半圆柱状陶瓷件11拼合成圆柱状陶瓷件11时，两个凸台12也是两个平面相接触，两个平面上的第二凹槽121也构成了上述的供流体流动和安装电加热元件的流道。这样在拼合陶瓷分段1时不会因凸台12的存在而影响流道建立。

所述半圆柱状陶瓷件11的两端还在外圆柱面上各设置有一个卡槽112，由于陶瓷分段1由两个半圆柱状陶瓷件11构成，陶瓷分段1两端就各有2个卡槽112，这两个卡槽112（即构成同一个陶瓷分段1的两个半圆柱状陶瓷件11的同一端的两个卡槽112）连成的线段与陶瓷分段1的中心轴线相交。本实施例中，将卡槽112设置在半圆柱状陶瓷件11的外圆柱面的圆弧中点上，亦即卡槽112位于外圆柱面的平行于流道的平分线上。

如图5和图6所示，所述金属夹紧定位环2为圆环，其具有内圆周面、外圆周面和两个端面，金属夹紧定位环2内圆周面的内径等于凸台12的外径，金属夹紧定位环2的两个端面上各设置有2个与卡槽112配合的凸起21，共4个凸起21。采用金属夹紧定位环2固定两个相邻的陶瓷分段1时，金属夹紧定位环2套设在相邻两个陶瓷分段1的相邻4个凸台12（前一陶瓷分段1后端的两个凸台12和后一陶瓷分段1的前端两个凸台12）的外壁上，其4个凸起21分别卡入两个陶瓷分段1的4个卡槽112（前一陶瓷分段1后端的两个卡槽112和后一陶瓷分段1的前端两个卡槽112）中。实际应用中，凸台12上也可以开设与卡槽112相对应的卡槽，此时金属夹紧定位环2的内圆周面则需要再设置一个凸起与凸台12上的卡槽配合。

本实施例中的流道结构为模块化结构，结构紧凑，安装难度小，在高温高压试验模拟体中可以减小外围承压件的尺寸，降低成本。本实施例中，流道结构材料采用高纯陶瓷，能用于高温高压水环境以及其它具有一定腐蚀性的工质环境。陶瓷流道模块之间采用金属夹紧定位环2进行定位夹紧，由于金属的膨胀系数大于陶瓷，在高温下金属膨胀更多使得半圆柱状陶瓷件11之间以及半圆柱状陶瓷件11与金属夹紧定位环2之间贴合更加紧密，有效减小流道漏流。在每个陶瓷件11和金属夹紧定位环2上加工有凸台12、卡槽112、凸起21等定位机构，在流道很长的情况下都能保证整个流道结构不变形，保证流道的稳定性。

上述仅为本发明的一个优选实施例，在具体的应用中，不仅限于上述实施例中的形状和结构，例如陶瓷件11和凸台不仅限于半圆柱状、金属夹紧定位环2不仅限于圆环、流道不仅限于方形等，可以根据试验模拟体的要求，按需要加工流道结构的形状和尺寸。陶瓷件的外表面可以加工其他相应的结构实现定位，例如陶瓷分段1上的卡槽112的个数和位置、金属夹紧定位环2上的凸起的个数和位置可以根据需要进行设定。

以下是上述模块式流道结构的安装方法：

S1：从外承压件的上端装入第一块金属夹紧定位环2；

S2：安装第一个陶瓷分段1：将两块半圆柱状陶瓷件11平面相对靠拢成半圆柱状，将其上端的两个凸台12插入第一块金属夹紧定位环2中，并使金属夹紧定位环2下端的两个凸起21卡入两块半圆柱状陶瓷件11上端卡槽112中；

S3：将下一个金属夹紧定位环2套设到第一个陶瓷分段1下端，使该金属夹紧定位环2上端的凸起21卡入第一个陶瓷分段1的两块半圆柱状陶瓷件11的下端卡槽112中，然后安装下一个陶瓷分段1、再安装下一个金属夹紧定位环2，以此类推；

S4：直到装入的陶瓷分段1到达外承压件的另一端时，在最后一个陶瓷分段1下部安装一个夹紧块将陶瓷分段1夹紧并固定于外承压件上，完成安装。

由于陶瓷件11多为异型结构，并且陶瓷较脆，异型结构不便于加工，成品率不高，所以在制作过程中一般先按其形状进行预先烧制，之后再进行高精度的加工，这样可以显著提高加工效率和减少废品率。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.用于直接电加热元件的模块式流道结构，其特征在于，包括多个陶瓷分段（1），所述陶瓷分段（1）中心设置有供流体流动和安装电加热元件的流道，多个陶瓷分段（1）沿流体流动方向布置，后一陶瓷分段（1）的前端连接前一陶瓷分段（1）的后端，相邻两个陶瓷分段（1）的连接处外壁套设有一个金属夹紧定位环（2）。

2.根据权利要求1所述的用于直接电加热元件的模块式流道结构，其特征在于，所述陶瓷分段（1）由两个完全相同的陶瓷件（11）拼接构成，两个陶瓷件（11）相接触的两个平面上开设有构成流道的第一凹槽（111），第一凹槽（111）的长度方向与流体流动方向一致。

3.根据权利要求2所述的用于直接电加热元件的模块式流道结构，其特征在于，所述陶瓷件（11）的两端还各设置有一个凸台（12），陶瓷分段（1）两端各有2个凸台（12），陶瓷分段（1）同一端的两个凸台（12）相接触，该两个凸台（12）相接触的平面上开设有形状、大小与第一凹槽（111）相同的第二凹槽（121）；所述金属夹紧定位环（2）套设在相邻两个陶瓷分段（1）的凸台（12）外壁上。

4.根据权利要求3所述的用于直接电加热元件的模块式流道结构，其特征在于，所述陶瓷件（11）两端在与第一凹槽（111）所在面相对的外表面上设置有卡槽（112），所述金属夹紧定位环（2）的两个端面上均设置有与卡槽（112）配合的凸起（21）。

5.根据权利要求 4所述的用于直接电加热元件的模块式流道结构，其特征在于，所述陶瓷件（11）两端各仅设一个卡槽（112），且该卡槽（112）位于所在外表面的平行于流道的平分线上。

6.根据权利要求3至5任一所述的用于直接电加热元件的模块式流道结构，其特征在于，所述陶瓷分段（1）为圆柱状结构，所述陶瓷件（11）和凸台（12）为半圆柱状结构，陶瓷件（11）和凸台（12）的圆心重合，且凸台（12）的半径小于陶瓷件（11）的半径；所述金属夹紧定位环（2）为圆环，其内径等于凸台（12）的外径。

7.根据权利要求3至5任一所述的用于直接电加热元件的模块式流道结构，其特征在于，所述流道的截面呈矩形状，所述第一凹槽（111）和第二凹槽（121）为矩形槽。

8.根据权利要求1至5任一所述的用于直接电加热元件的模块式流道结构，其特征在于，所述陶瓷分段（1）采用高纯陶瓷制成。

9.用于直接电加热元件的模块式流道结构的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：从外承压件的上端装入第一块金属夹紧定位环（2）；

S2：安装第一个陶瓷分段（1）：将两块陶瓷件（11）以第一凹槽（111）所在平面相对进行靠拢，构成陶瓷分段（1），将陶瓷分段（1）上端的两个凸台（12）插入第一块金属夹紧定位环（2）中，并使金属夹紧定位环（2）下端的凸起（21）卡入两块陶瓷件（11）上端的卡槽（112）中；

S3：将下一个金属夹紧定位环（2）套设到第一个陶瓷分段（1）下端，使该金属夹紧定位环（2）上端的凸起（21）卡入第一个陶瓷分段（1）的两块陶瓷件（11）下端的卡槽（112）中，然后安装下一个陶瓷分段（1）、再安装下一个金属夹紧定位环（2），以此类推；

S4：直到装入的陶瓷分段（1）到达外承压件的另一端时，在最后一个陶瓷分段（1）下部安装一个夹紧块将陶瓷分段（1）夹紧并固定于外承压件上，完成安装。