CN108545214B - 一种大型热结构低气压环境热特性试验水冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大型热结构低气压环境热特性试验水冷却系统，按照水流方向依次连接有循环水箱、泵单元、主进水管、减压阀、分水器、流量计、低气压舱、水路分配器单元、回水箱、回水泵、主回水管、冷却塔；水路分配器单元包括若干进水水路分配器和若干出水水路分配器，进水水路分配器和出水水路分配器结构相同且二者数量一致，在使用中进出水的方向不同；每一进水水路分配器与对应的每一出水水路分配器之间设置相应的被冷却设备。所述水冷却系统具有结构可靠性高、冷却能力高、冷却对象全面、可长时间进行冷却的优点，并具有可扩展、可调节能力，适用于不同规模，不同加热条件下设备的冷却。
Description
技术领域
本发明涉及一种大型热结构低气压环境热特性试验水冷却系统。
背景技术
飞行器再入过程中，在低气压环境下其会经受非常高的气动热载荷，由于低气压环境下多孔隙隔热材料的气体逸出，会改变导热特性，常压下的热特性试验无法准确的验证防隔热效果。复杂的热结构使材料级的低气压热试验无法准确的评估大型结构的隔热性能，为了更准确的考核飞行器的热特性，需要进行大型热结构低气压环境热特性试验。大型热结构低气压环境热特性试验技术的发展对促进新型飞行器的研究与发展具有重要意义。
在低气压(10Pa)环境下，将大型热结构加热到2000℃以上，上述试验条件下，试验设备所处的环境相当严酷。在低气压环境下进行的大型热结构低气压环境热特性试验，具有长时间(>6000s)、大热流、密闭空间、大规模等特点。这使得对冷却水系统的可靠性要求大幅提升，密闭空间要求试验全程保证水路通畅且无任何漏水。试验在有限空间内进行，可用于冷却水布置的空间极其有限。试验规模大、系统复杂，对冷却水系统的要求高。现有的冷却水供给与回收方式、可靠性均不满足试验需求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对上述需求，本发明提出一种大型热结构低气压环境热特性试验水冷却系统，解决了在低气压环境下进行大型结构件热特性试验时，对试验中的加热器反射器、电极、热流计、水冷挡板等试验设备的冷却难题，本发明的所述水冷却系统具有冷却能力强、水路数量灵活、被冷却设备种类多、时间长、可靠性高的特点，可以实现对大规模试验的多加热区(不小于24，并可根据实际需求进行扩展)、多类型设备(加热器、热流计、电极、防护板等)、长时间(>6000s)、超高加热功率条件下的冷却，并且可以根据试验需求，通过增加水泵供水能力、水路分配器数量，进一步提高循环水冷却系统的能力。
(二)技术方案
一种大型热结构低气压环境热特性试验水冷却系统，所述水冷却系统按照水流方向依次连接有循环水箱、泵单元、主进水管、减压阀、分水器、流量计、低气压舱、水路分配器单元、回水箱、回水泵、主回水管、冷却塔，还包括配套的连接管路和连接件；其中，所述泵单元包括多台定频泵和1台变频泵；分水器将主进水管中的水分成若干支路，每个支路与一个流量计相连接，流量计还连接至流量监测设备；各支路水通过进水穿舱接口与低气压试验舱内的水路分配器连接；低气压试验舱内安装水路分配器，所述水路分配器包括若干进水水路分配器和若干出水水路分配器，所述水路分配器的类型和数量由被冷却设备的类型和数量决定，进水水路分配器和出水水路分配器结构相同且二者数量一致，在使用中进出水的方向不同；每一进水水路分配器与对应的每一出水水路分配器之间设置相应的被冷却设备；出水水路分配器通过出水穿舱接口与主出水管连接。
其中，所述被冷却设备为反射板、水冷电极、热流计；所述进水水路分配器包括进水水路分配器一、进水水路分配器二、进水水路分配器三，所述出水水路分配器包括出水水路分配器一、出水水路分配器二、出水水路分配器三。
其中，所述水路分配器包括舱体和安装在舱体上的进水穿舱接口和出水穿舱接口；进水穿舱接口通过DN32水管分别连接若干进水水路分配器一、若干进水水路分配器二、若干进水水路分配器三；进水水路分配器一通过DN16水管连接反射板，反射板通过DN16水管连接出水水路分配器一；进水水路分配器二通过DN8水管连接水冷电极，水冷电极通过DN8水管连接出水水路分配器二；进水水路分配器三通过DN5水管连接热流计，热流计通过DN5水管连接出水水路分配器三；出水水路分配器一、出水水路分配器二、出水水路分配器三分别通过各自的DN32水管连接至出水穿舱接口，汇合与主出水管相连接。
其中，各个水路分配器包括储水腔、过渡水管、球阀、水管接头、快速接头、固定安装板，水路分配器通过快速接头与DN32水管连接，进水由储水腔流入各过渡水管进行分配，回水由过渡水管汇总到储水腔后一起排出，每一路过渡水管均配备一个球阀，球阀与水管接头连接，水管接头通过相应水管与相应的被冷却设备相连。
其中，水路分配器采用不锈钢材质。
其中，水路分配器采用等流量设计。
其中，水管接头采用耐压接头，水管均为耐压水管，水路分配器采用耐压设计。
(三)有益效果
本发明涉及的一种大型热结构低气压环境热特性试验水冷却系统具有结构可靠性高、冷却能力高、冷却对象全面、可长时间进行冷却的优点，并具有可扩展、可调节能力，适用于不同规模，不同加热条件下设备的冷却。水路分配器的设计，保证了各个水路水量的可控性，各个水路分配器的流量计，有效的监测了各水路的流量，并配备球阀对各水路分配器的流量进行有效的调节，从而保证对设备的有效冷却，提高了冷却效率、冷却能力以及系统的可靠性。水冷却系统各个环节的耐压设计，保证了在低气压环境使用的过程中不会发生漏水等现象，进一步保证系统的可靠性。
经过试验证，本发明涉及的一种大型热结构低气压环境热特性试验水冷却系能够满足气压环境，长时间，超高加热功率条件下，加热器、热流计、假试件、水冷电极、水冷却防护板的长时间的冷却，保证试验的顺利进行。系统的冷却能力可以根据加热器、热流计、假试件、水冷电极、水冷却防护板的数量进行灵活的调节。并可根据冷却需求对总的进水量进行扩展，扩展系统的冷却能力。并且可以根据冷却对象的要求进行进出水路分配器的设计，以满足不同设备的水冷需求。本发明解决了低气压环境下高温加热设备冷却的难题，系统具备的可调节性、可扩展性扩大了该系统的应用范围。
附图说明
图1大型热结构低气压环境热特性试验水冷却系统示意图。
图2大型热结构低气压环境热特性试验水冷却系统中低气压试验舱内水路分配及使用图。
图3大型热结构低气压环境热特性试验水冷却系统中进出水水路分配器内部结构图。
附图标记依次为：1-循环水箱、2-定频泵、3-变频泵、4-主进水管、5-减压阀、6-分水器、7-流量计、8-流量监测设备、9-低气压试验舱、10-回水箱、11-回水泵、12-主回水管、13-冷却塔、14-进水穿舱接口、15-进水水路分配器一、16-进水水路分配器二、17-进水水路分配器三、18-反射板、19-水冷电极、20-热流计、21-出水水路分配器一、22-出水水路分配器二、23-出水水路分配器三、24-出水穿舱接口、25-储水腔、26-过渡水管、27-球阀、28-水管接头、29-快速接头、30-固定安装板。
具体实施方式
参照图1-2，本发明的大型热结构低气压环境热特性试验水冷却系统按照水流方向依次连接有循环水箱1、泵单元、主进水管4、减压阀5、分水器6、流量计7、低气压试验舱9、回水箱10、回水泵11、主回水管12、冷却塔13，还包括配套的连接管路和连接件；其中，所述泵单元包括多台定频泵2和1台变频泵3；分水器6将主进水管4中的水分成若干支路，每个支路与一个流量计7相连接，流量计7还连接至流量监测设备8；各支路水通过进水穿舱接口14与低气压试验舱9内的进出水路分配器连接；低气压试验舱9内安装水路分配器，所述水路分配器包括若干进水水路分配器和若干出水水路分配器，所述水路分配器的类型和数量由被冷却设备的类型和数量决定，进水水路分配器和出水水路分配器结构相同且二者数量一致，在使用中进出水的方向不同；每一进水水路分配器与对应的每一出水水路分配器之间设置相应的被冷却设备；出水水路分配器通过出水穿舱接口24与主出水管4连接。
进一步的，所述被冷却设备为反射板18、水冷电极19、热流计20；所述进水水路分配器包括进水水路分配器一15、进水水路分配器二16、进水水路分配器三17，所述出水水路分配器包括出水水路分配器一21、出水水路分配器二22、出水水路分配器三23。
进一步的，所述水路分配器包括舱体和安装在舱体上的进水穿舱接口14和出水穿舱接口24；进水穿舱接口14通过若干路DN32水管分别连接若干进水水路分配器一15、若干进水水路分配器二16、若干进水水路分配器三17；进水水路分配器一15通过DN16水管连接反射板18，反射板18通过DN16水管连接出水水路分配器一21；进水水路分配器二16通过DN8水管连接水冷电极19，水冷电极19通过DN8水管连接出水水路分配器二22；进水水路分配器三17通过DN5水管连接热流计20，热流计20通过DN5水管连接出水水路分配器三23；出水水路分配器一21、出水水路分配器二22、出水水路分配器三23分别通过各自的DN32水管连接至出水穿舱接口24，汇合与主出水管相连接。
参照图3，各个水路分配器包括储水腔25、过渡水管26、球阀27、水管接头28、快速接头29、固定安装板30，水路分配器通过快速接头29与DN32水管连接，进水由储水腔25流入各过渡水管26进行分配，回水由过渡水管26汇总到储水腔25后一起排出，每一路过渡水管26均配备一个球阀27，球阀27与水管接头34连接，水管接头34通过相应水管与相应的被冷却设备相连。
其中，水路分配器采用不锈钢材质。
其中，水路分配器采用等流量设计。
其中，水管接头34采用耐压接头，水管均为耐压水管，水路分配器采用耐压设计。
Claims (7)
1.一种大型热结构低气压环境热特性试验水冷却系统，其特征在于，所述水冷却系统按照水流方向依次连接有循环水箱、泵单元、主进水管、减压阀、分水器、流量计、低气压试验舱、水路分配器、回水箱、回水泵、主回水管、冷却塔，还包括配套的连接管路和连接件；其中，所述泵单元包括多台定频泵和1台变频泵；分水器将主进水管中的水分成若干支路，每个支路与一个流量计相连接，流量计还连接至流量监测设备；各支路水通过进水穿舱接口与低气压试验舱内的水路分配器连接；低气压试验舱内安装水路分配器，所述水路分配器包括若干进水水路分配器和若干出水水路分配器，所述水路分配器的类型和数量由被冷却设备的类型和数量决定，进水水路分配器和出水水路分配器结构相同且二者数量一致，在使用中进出水的方向不同；每一进水水路分配器与对应的每一出水水路分配器之间设置相应的被冷却设备；出水水路分配器通过出水穿舱接口与主出水管连接。
2.如权利要求1所述的一种大型热结构低气压环境热特性试验水冷却系统，其特征在于，所述被冷却设备为反射板、水冷电极、热流计；所述进水水路分配器包括进水水路分配器一、进水水路分配器二、进水水路分配器三，所述出水水路分配器包括出水水路分配器一、出水水路分配器二、出水水路分配器三。
3.如权利要求2所述的一种大型热结构低气压环境热特性试验水冷却系统，其特征在于，所述水路分配器包括舱体和安装在舱体上的进水穿舱接口和出水穿舱接口；进水穿舱接口通过DN32水管分别连接若干进水水路分配器一、若干进水水路分配器二、若干进水水路分配器三；进水水路分配器一通过DN16水管连接反射板，反射板通过DN16水管连接出水水路分配器一；进水水路分配器二通过DN8水管连接水冷电极，水冷电极通过DN8水管连接出水水路分配器二；进水水路分配器三通过DN5水管连接热流计，热流计通过DN5水管连接出水水路分配器三；出水水路分配器一、出水水路分配器二、出水水路分配器三分别通过各自的DN32水管连接至出水穿舱接口，汇合与主出水管相连接。
4.如权利要求1或2所述的一种大型热结构低气压环境热特性试验水冷却系统，其特征在于，各个水路分配器包括储水腔、过渡水管、球阀、水管接头、快速接头、固定安装板，水路分配器通过快速接头与DN32水管连接，进水由储水腔流入各过渡水管进行分配，回水由过渡水管汇总到储水腔后一起排出，每一路过渡水管均配备一个球阀，球阀与水管接头连接，水管接头通过相应水管与相应的被冷却设备相连。
5.如权利要求4所述的一种大型热结构低气压环境热特性试验水冷却系统，其特征在于，水路分配器采用不锈钢材质。
6.如权利要求4所述的一种大型热结构低气压环境热特性试验水冷却系统，其特征在于，水路分配器采用等流量设计。
7.如权利要求4所述的一种大型热结构低气压环境热特性试验水冷却系统，其特征在于，水管接头采用耐压接头，水管均为耐压水管，水路分配器采用耐压设计。
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