CN106766915A - 一种用于shpb动态冲击实验的高温加热装置 - Google Patents

一种用于shpb动态冲击实验的高温加热装置 Download PDF

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吴明静
平琦
张欢
苏海鹏
张号
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    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
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    • F27B17/02—Furnaces of a kind not covered by any preceding group specially designed for laboratory use
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明公开了一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置，包括炉体、温度控制器、炉膛盖、铰链、炉栓、炉销、炉膛、隔板、试件、电热转换装置、温度传感器、鼓风口、电源插头、保温层、发热层、烟气室、烟气入口、烟气出口、孔洞、凹槽，所述炉体和炉膛盖通过铰链相连，所述炉体包含保温层、发热层、炉膛与烟气室，所述炉膛上安插若干块隔板，所述隔板上镂空有若干孔洞，所述烟气室通过鼓风口和烟气出口与外界相连，所述炉体通过电热转换装置和温度传感器与温度控制器相连，所述温度控制器与电源插头相连。它既能快速均匀地加热试件，又能充分利用加热炉空间，且能将加热过程中的气体排出室外，操作方便，工作效率高，便于普及推广。

Description

一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置
技术领域
本发明涉及SHPB实验辅助装置领域，尤其涉及一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置。
背景技术
现有霍普金森压杆(SHPB)实验加热装置及方法，被认为是研究材料动态力学性能的一种有效方法。传统的SHPB高温实验方案大体分为二种类型：一种是将试件和部分导波杆放入温度箱中同时进行加热，其缺点在于实验系统安装复杂，技术要求高，且导波杆加热后，产生端部温度效应，对实验精度影响大。另一种是先单独对试件加热，实验前快速将试件安装在系统中，由于其操作简便，且能保证实验精度，被广泛的应用在SHPB冲击实验中。
目前，SHPB加热装置大多采用箱式加热炉，现有的加热炉都是采用方形箱式结构，炉膛也是为标准的长方体，炉膛内热量无法形成气流环绕加热试件，对于炉膛内的高温环境容易产生温差点，试件加热均匀性和热效率利用方面都有待提高，且加热炉空间没有得到充分的利用。再者，在加热过程中，试件的叠加摆放容易让部分试件出现过热现象，且在高温下试件之间容易发生粘黏，在分开的过程中对试件造成破坏，增大了实验误差。对于温度控制来说，容易出现控制的温度不精准。
由于现有的箱式高温炉无法处理烟气，在试件加热过程中，所产生的烟气难以排出，对环境造成严重影响，难以消散，更有甚者由于有毒有害烟气的存在，对人的身体健康和生命构成威胁。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的在于提供一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置。它既能快速均匀地加热试件，又能充分利用加热炉空间，且能将加热过程中的气体排出室外。操作方便，工作效率高，便于普及推广。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置，包括炉体(1)、温度控制器(2)、炉膛盖(3)、铰链(4)、炉栓(5)、炉销(6)、炉膛(7)、隔板(8)、试件(9)、电热转换装置(10)、温度传感器(11)、鼓风口(12)、电源插头(13)、保温层(14)、发热层(15)、烟气室(16)、烟气入口(17)、烟气出口(18)、孔洞(19)、凹槽(20)，所述炉体(1)和炉膛盖(3)通过铰链(4)相连，所述炉体(1)还与炉膛盖(3)通过炉栓(5)和炉销(6)相连，所述炉体(1)包含保温层(14)、发热层(15)、炉膛(7)与烟气室(16)，所述炉膛(7)上安插若干块隔板(8)，所述隔板(8)上镂空有若干孔洞(19)，所述隔板(8)上放置若干试件(9)，所述炉膛(7)和烟气室(16)通过烟气入口(17)相连，所述烟气室(16)通过鼓风口(12)和烟气出口(18)与外界相连，所述炉体(1)通过电热转换装置(10)和温度传感器(11)与温度控制器(2)相连，所述温度控制器(2)与电源插头(13)相连。
为了提高本发明的综合性能，实现结构、效果优化，其进一步的措施是：
炉膛(7)的形状是马蹄形，其顶面为圆弧拱顶，且炉膛壁上刻有若干个凹槽(20)，采用碳化硅或高铝材料烧结而成。
发热层(15)采用高温电阻丝缠绕而成。
保温层(14)为轻质砖或硅棉毡材料。
隔板(8)采用碳化硅材料，其上孔洞(19)直径约为10～15mm。
与现有技术相比，本发明的优点是：
(1)本发明通过马蹄形炉膛(7)的设计使炉膛内能够形成高温循环气流，使炉膛内没有温差点，可以精准控制炉膛内的温度。
(2)本发明通过带孔洞(19)的隔板(8)，不仅使试件(9)均匀受热，而且隔板(8)将炉膛(7)分为若干层，可以充分利用炉膛(7)内的空间。
(3)本发明通过带凹槽(20)的炉膛(7)，使隔板(8)与炉膛(7)有效的衔接，可根据实验需要快速的进行拆卸与安装。
(4)本发明通过烟气室(16)、烟气入口(17)、烟气出口(18)、鼓风口(12)的设计，使炉膛内的烟气能够及时排出室外，避免在加热过程中产生的气体对人体健康产生危害。
(5)本发明通过将烟气出口(18)设置在烟气室(16)的顶部，鼓风口(12)设置在烟气室(16)的后侧壁，有利于气体的流出。
附图说明
图1是本发明一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置的立体结构示意图；
图2是本发明一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置的正视图；
图3是本发明一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置的后视图；
图4是本发明一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置的剖面图；
图5是本发明一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置隔板(8)的结构示意图；
图6是本发明一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置的实验原理图；
示意图中标号：1、炉体；2、温度控制器；3、炉膛盖；4、铰链；5、炉栓；6、炉销；7、炉膛；8、隔板；9、试件；10、电热转换装置；11、温度传感器；12、鼓风口；13、电源插头；14、保温层；15、发热层；16、烟气室；17、烟气入口；18、烟气出口；19、孔洞；20、凹槽。
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，下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置，包括炉体(1)、温度控制器(2)、炉膛盖(3)、铰链(4)、炉栓(5)、炉销(6)、炉膛(7)、隔板(8)、试件(9)、电热转换装置(10)、温度传感器(11)、鼓风口(12)、电源插头(13)、保温层(14)、发热层(15)、烟气室(16)、烟气入口(17)、烟气出口(18)、孔洞(19)、凹槽(20)，所述炉体(1)和炉膛盖(3)通过铰链(4)相连，所述炉体(1)还与炉膛盖(3)通过炉栓(5)和炉销(6)相连，所述炉体(1)包含保温层(14)、发热层(15)、炉膛(7)与烟气室(16)，所述炉膛(7)上安插若干块隔板(8)，所述隔板(8)上镂空有若干孔洞(19)，所述隔板(8)上放置若干试件(9)，所述炉膛(7)和烟气室(16)通过烟气入口(17)相连，所述烟气室(16)通过鼓风口(12)和烟气出口(18)与外界相连，所述炉体(1)通过电热转换装置(10)和温度传感器(11)与温度控制器(2)相连，所述温度控制器(2)与电源插头(13)相连。
在本实施例中，设计的一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置，使用时将试件放入隔板(8)上，再一起放在炉膛(7)内，并关闭炉膛盖(3)。然后接通电源，通过温度控制器(2)设置所需温度，在加热过程中，打开鼓风机，加热炉内的烟气在烟气室(16)内通过空气循环经烟气出口(18)排出室外。
在本实施例中通过马蹄形炉膛(7)的设计使炉膛内能够形成高温循环气流，使炉膛内没有温差点，可以精确控制炉膛内的温度。
在本实施例中通过带孔洞(19)的隔板(8)，不仅使试件(9)均匀受热，而且隔板(8)将炉膛(7)分为若干层，可以充分利用炉膛(7)内的空间，通过带凹槽(20)的炉膛(7)，使隔板(8)与炉膛(7)有效的衔接，可根据实验需要快速的进行拆卸与安装。
在本实施例中通过烟气室(16)、烟气入口(17)、烟气出口(18)、鼓风口(12)的设计，使炉膛内的烟气能够及时排出室外，避免在加热过程中产生的气体对人体健康产生危害，烟气出口(18)设置在烟气室(16)的顶部，鼓风口(12)设置在烟气室(16)的后侧壁，有利于气体的流出。
需要指出的是，以上实施例只是本发明一部分，实例中所使用的数据和图表仅用于说明本方法的具体思路。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，可轻易想到的变化或同等替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置，包括炉体(1)、温度控制器(2)、炉膛盖(3)、铰链(4)、炉栓(5)、炉销(6)、炉膛(7)、隔板(8)、试件(9)、电热转换装置(10)、温度传感器(11)、鼓风口(12)、电源插头(13)、保温层(14)、发热层(15)、烟气室(16)、烟气入口(17)、烟气出口(18)、孔洞(19)、凹槽(20)，所述炉体(1)和炉膛盖(3)通过铰链(4)相连，所述炉体(1)还与炉膛盖(3)通过炉栓(5)和炉销(6)相连，所述炉体(1)包含保温层(14)、发热层(15)、炉膛(7)与烟气室(16)，所述炉膛(7)上安插若干块隔板(8)，所述隔板(8)上镂空有若干孔洞(19)，所述隔板(8)上放置若干试件(9)，所述炉膛(7)和烟气室(16)通过烟气入口(17)相连，所述烟气室(16)通过鼓风口(12)和烟气出口(18)与外界相连，所述炉体(1)通过电热转换装置(10)和温度传感器(11)与温度控制器(2)相连，所述温度控制器(2)与电源插头(13)相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置，其特征是：炉膛(7)的形状是马蹄形，其顶面为圆弧拱顶，且炉膛壁上刻有若干个凹槽(20)，采用碳化硅或高铝材料烧结而成。
3.根据权利要求1所述的一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置，其特征是：发热层(15)采用高温电阻丝缠绕而成。
4.根据权利要求1所述的一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置，其特征是：保温层(14)为轻质砖或硅棉毡材料。
5.根据权利要求1所述的一种用于SHPB动态冲击实验的高温加热装置，其特征是：隔板(8)采用碳化硅材料，其上孔洞(19)直径约为10～15mm。
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