CN109297895B - 一种圆锥形辐射加热装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于高温试验领域，特别涉及一种圆锥形辐射加热装置。装置包括：支架、水冷管路、加热元件以及反射板。所述支架上设置有第一安装槽；所述水冷管路呈圆弧状，包括两个，两个所述水冷管路的半径不同，通过在所述水冷管路的两端设置螺纹杆将其安装在第一安装槽中，两个所述水冷管路上设置有第二安装槽以及反射板安装孔；加热元件，包括多个，所述加热元件安装在所述第二安装槽中，连接两个所述水冷管路，其中，所述加热元件与两个所述水冷管路构成圆锥形；所述反射板设置在所述加热元件与两个所述水冷管路构成圆锥形的外侧，通过反射板安装孔安装在所述水冷管路上。本申请使试验件表面的热流和温度分布更均匀，提高试验效率，降低能耗。

Description

一种圆锥形辐射加热装置

技术领域

本申请属于高温试验领域，特别涉及一种圆锥形辐射加热装置。

背景技术

随着航天航空事业的发展，飞行器的飞行速度越来越快，而飞行器在飞行过程中会受到严重的气动加热作用，导致飞行器结构强度和刚度降低，影响飞行器的安全性能。因而在飞行器设计和定型过程中，为了研究飞行器结构在高温环境下的性能，需开展各类型的结构热试验，而结构热试验中常采用辐射加热器作为高温试验的加热系统。

高温试验中常见的辐射加热系统包括平板型辐射加热系统和圆柱形辐射加热系统，这类系统结构简单，便于调整。对于圆锥形结构的试验件，试验中常采用圆柱形辐射加热系统进行热载荷的加载，然而由于圆锥形的结构特点，试验件锥尖处距离石英灯管的距离相对较远，圆柱形的辐射加热系统会造成试验件产生严重不均匀的热流或温度分布，影响高温试验的可靠性。此外，随着试验需求的温度升高，为了提高热效率，常在加热系统中安装反射板对辐射热进行反射，而为了防止反射板的变形，通常采用中空水冷却的形式对反射板进行冷却，但是由于反射板的面积较大，反射板内部的冷却水加上反射板重量会带来严重的附加质量，使加热系统难于安装，且过高温度可能会造成反射板内部的冷却水汽化，内部压力增大，存在安全隐患。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种圆锥形辐射加热装置，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种圆锥形辐射加热装置，包括：

支架，所述支架上设置有第一安装槽；

水冷管路，所述水冷管路呈圆弧状，包括两个，两个所述水冷管路的半径不同，通过在所述水冷管路的两端设置螺纹杆将其安装在第一安装槽中，两个所述水冷管路上均设置有第二安装槽以及反射板安装孔；

加热元件，包括多个，所述加热元件安装在所述第二安装槽中，连接两个所述水冷管路，其中，所述加热元件与两个所述水冷管路构成圆锥形；

反射板，所述反射板设置在所述加热元件与两个所述水冷管路构成圆锥形的外侧，通过反射板安装孔安装在所述水冷管路上。

可选地，所述加热元件为石英灯管。

可选地，还包括灯管夹，所述灯管夹以可拆卸的方式安装在所述水冷管路的第二安装槽上，所述加热元件通过灯管接头安装在灯管夹上。

可选地，所述灯管接头为陶瓷材料制件。

可选地，所述水冷管路为不锈钢材料制件。

可选地，所述水冷管路上的螺纹杆与所述支架的第一安装槽螺接固定，通过上下调节所述螺纹杆在第一安装槽上的高度或旋转所述螺纹杆的角度来改变所述水冷管路在所述支架上的位置。

可选地，所述水冷管路的螺纹杆与通水接头连接，所述通水接头通过水管与水冷却设备连接。

可选地，所述所述反射板与所述水冷管路上的反射板安装孔采用螺接固定，反射板的内表面抛光，内部为空心腔，外侧设置有两个风冷接头，所述风冷接头与风冷设备连接。

可选地，还包括电极板，所述电极板通过绝缘子安装在所述支架上，所述电极板上设置有软连接线，所述软连接线通过灯管接头与所述加热元件连接。

可选地，所述支架上还设置有与所述电极板相适配的电极护板，用于对所述电极板进行隔离防护。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的圆锥形辐射加热装置可以满足圆锥形壳体结构试验件的温度加载要求，使试验件表面的热流和温度分布更均匀；反射板的可以提高试验的热效率，节省试验中电能的损耗，满足试验更高的温度要求及温度场分布要求。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的圆锥形辐射加热装置整体示意图；

图2是本申请一个实施方式的圆锥形辐射加热装置的加热元件装配示意图；

图3是本申请一个实施方式的圆锥形辐射加热装置的水冷管路装配示意图；

图4是本申请一个实施方式的圆锥形辐射加热装置的反射板装配示意图；

图5是本申请一个实施方式的圆锥形辐射加热装置的电极板装配示意图；

图6是本申请一个实施方式的圆锥形辐射加热装置的软连接线装配示意图；

图7是本申请一个实施方式的圆锥形辐射加热装置的灯管接头示意图；

图8是本申请一个实施方式的圆锥形辐射加热装置的灯管夹示意图；

图9是本申请一个实施方式的圆锥形辐射加热装置的水冷管路示意图；

图10是图9得到A-A视图；

图11是本申请一个实施方式的圆锥形辐射加热装置的反射板示意图；

图12是本申请一个实施方式的圆锥形辐射加热装置的绝缘子示意图；

图13是本申请一个实施方式的圆锥形辐射加热装置的电极板示意图；

图14是本申请一个实施方式的圆锥形辐射加热装置的电极护板示意图；

图15是本申请一个实施方式的圆锥形辐射加热装置的支架示意图；

图16是本申请一个实施方式的圆锥形辐射加热装置的通水接头示意图；

其中：

1-加热元件；2-灯管接头；3-灯管夹；4-软连接线；5-水冷管路；6-反射板；7-绝缘子；8-电极板；9-电极护板；10-支架；11-通水接头；12-第二安装槽；13-螺纹杆；14-第一安装槽；15-反射板安装孔；16-风冷接头。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图16对本申请做进一步详细说明。

本申请提供了一种圆锥形辐射加热装置，可以包括：支架10、水冷管路5、加热元件1以及反射板6。

具体的，支架10上设置有第一安装槽14。如图1、图5以及图15所示，本实施例中，支架10是由方钢和槽钢组成的方形框架，两根槽钢作为底座，四根方钢作为支架部，第一安装槽14开设在方钢上，在相邻两根方钢之间平行设置两根槽钢，用于安装电极板8、电极护板9等。

水冷管路5呈圆弧状，包括两个，两个水冷管路5的半径不同，通过在水冷管路5的两端设置螺纹杆13将其安装在第一安装槽14中，两个水冷管路5上均设置有第二安装槽12以及反射板安装孔15。本实施例中，两个水冷管路5为不锈钢材料制件，均呈半圆弧状，通过设置在两端的螺纹杆13螺接到支架10的第一安装槽14上，可以通过上下调节螺纹杆13在第一安装槽14上的高度或旋转螺纹杆13的角度来改变水冷管路5在支架10上的位置，进而可以改变试验件表面吸收的辐射热流分布，改变试验件表面的温度分布。

有利的是，本实施例中，水冷管路5内部有空腔，水冷管路5的两端螺纹杆13与通水接头11进行螺接，两端的通水接头11通过水管分别与水冷却设备的进水口和出水口连接，冷却水从一端的通水接头11进入水冷管路5的内部空腔，再从另一端的通水接头11流出，形成冷却水循环，使水冷管路5的温度保持在工作温度范围内。

加热元件1包括多个，其安装在水冷管路5的第二安装槽(12)中，连接两个水冷管路5，其中，加热元件1与两个水冷管路5构成圆锥形。加热元件1为大功率加热元件石英灯管，根据试验件的尺寸和温度加载需求，可以选择不同功率、不同尺寸的石英灯管。本实施例中，通过在水冷管路5的第二安装槽12上螺接灯管夹3，加热元件1与灯管接头2相连接，灯管接头2由绝缘耐高温的陶瓷材料制成，灯管接头2安装固定在灯管夹3上，通过改变各个灯管夹3在第二安装槽12的位置来调整各个加热元件1之间的距离，进而改变试验件表面的温度场分布。

本申请的圆锥形辐射加热装置，还包括反射板6，反射板6设置在加热元件1与两个水冷管路5构成圆锥形的外侧，通过反射板安装孔15安装在水冷管路5上。本实施例中，反射板6为金属材料制成，反射板6的内表面抛光，一方面可以提高表面的反射率，使背离试验件方向的大部分热辐射反射回试验件，另一方面又可以减少反射板6吸收的热量，降低反射板6的温度，从而提高试验的热效率及排除试验区域与周围环境之间的相互影响，还防止石英灯管外侧的电极区域受到高温影响。

有利的是，反射板6与水冷管路5上的反射板安装孔15采用螺接固定，反射板6的内部为空心腔，反射板6的外侧背板上下区域设置两个风冷接头16，风冷接头16与风冷设备的进、出气口连接，冷空气通过风机驱动从一端的风冷接头16快速流入反射板6的内部空心腔，再从另一端的风冷接头16流出反射板6，形成风冷循环，从而防止反射板6在辐射加热过程中的热变形，其中出气端的风冷接头16与机械安全阀和压力表连接，当反射板6的内部压力超过安全压力时，机械安全阀自动开启放气泄压，保证试验安全。

进一步，本申请的圆锥形辐射加热装置还包括电极板8，电极板8由纯铜材料制成，电极板8通过绝缘子7与支架10上的槽钢进行连接固定，绝缘子7由陶瓷材料制成，防止支架10带电。电极护板9螺接安装在槽钢上对电极板8进行隔离防护，防止试验人员发生触电事故。电极板8上还设置有电缆接线孔，用于与大功率电缆连接，从而给予辐射加热装置通电加热。

进一步，本申请的圆锥形辐射加热装置还包括软连接线4，其一端通过灯管接头2与加热元件1连接，另一端绕过电极护板9与电极板8上接线孔螺接。

综上所述，本申请的圆锥形辐射加热装置，可以满足圆锥形壳体结构试验件的温度加载要求，使试验件表面的热流和温度分布更均匀。水冷管路的设计中，石英灯管之间的距离可以在水冷管路上的灯管安装槽进行调节，辐射加热装置相对于试验件的距离和角度可以通过水冷管路两端的螺旋杆在支架安装槽的上下高度以及螺旋杆的旋转角度进行调整，从而满足试验件表面的温度场分布要求；水冷管路的中空水冷的设计可以使加热系统在试验中正常工作，提高加热系统的使用寿命，保障试验的安全进行；反射板的设计可以提高试验的热效率，节省试验中电能的损耗，满足试验更高的温度要求及温度场分布要求，并且反射板采用的风冷却方式既可以保证反射板不受高温影响，同时还减轻了试验夹具的附加质量所带来的问题，还避免了高温时反射板腔内大面积冷却水汽化引起的内部压力增大，保证了试验安全性。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种圆锥形辐射加热装置，其特征在于，包括：

支架(10)，所述支架(10)上设置有第一安装槽(14)；

水冷管路(5)，所述水冷管路(5)呈圆弧状，包括两个，两个所述水冷管路(5)的半径不同，通过在所述水冷管路(5)的两端设置螺纹杆(13)将其安装在第一安装槽(14)中，两个所述水冷管路(5)上均设置有第二安装槽(12)以及反射板安装孔(15)；

加热元件(1)，包括多个，所述加热元件(1)安装在所述第二安装槽(12)中，连接两个所述水冷管路(5)，其中，所述加热元件(1)与两个所述水冷管路(5)构成圆锥形；

反射板(6)，所述反射板(6)设置在所述加热元件(1)与两个所述水冷管路(5)构成圆锥形的外侧，通过反射板安装孔(15)安装在所述水冷管路(5)上；

所述加热元件(1)为石英灯管；

还包括灯管夹(3)，所述灯管夹(3)以可拆卸的方式安装在所述水冷管路(5)的第二安装槽(12)上，所述加热元件(1)通过灯管接头(2)安装在灯管夹(3)上；

所述水冷管路(5)上的螺纹杆(13)与所述支架(10)的第一安装槽(14)螺接固定，通过上下调节所述螺纹杆(13)在第一安装槽(14)上的高度或旋转所述螺纹杆(13)的角度来改变所述水冷管路(5)在所述支架(10)上的位置；

所述反射板(6)与所述水冷管路(5)上的反射板安装孔(15)采用螺接固定，反射板(6)的内表面抛光，内部为空心腔，外侧设置有两个风冷接头(16)，所述风冷接头(16)与风冷设备连接。

2.根据权利要求1所述的圆锥形辐射加热装置，其特征在于，所述灯管接头(2)为陶瓷材料制件。

3.根据权利要求1所述的圆锥形辐射加热装置，其特征在于，所述水冷管路(5)为不锈钢材料制件。

4.根据权利要求3所述的圆锥形辐射加热装置，其特征在于，所述水冷管路(5)的螺纹杆(13)与通水接头(11)连接，所述通水接头(11)通过水管与水冷却设备连接。

5.根据权利要求1所述的圆锥形辐射加热装置，其特征在于，还包括电极板(8)，所述电极板(8)通过绝缘子(7)安装在所述支架(10)上，所述电极板(8)上设置有软连接线(4)，所述软连接线(4)通过灯管接头(2)与所述加热元件(1)连接。

6.根据权利要求5所述的圆锥形辐射加热装置，其特征在于，所述支架(10)上还设置有与所述电极板(8)相适配的电极护板(9)，用于对所述电极板(8)进行隔离防护。

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