CN109465451A - 一种基于射流驱动的1800℃的快速冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于射流驱动的1800℃的快速冷却系统，包括初级超高压射流器（2）、1800℃快冷装置（3）、快冷导流筒（5）和1800℃快冷隔热屏（4），初级超高压射流器（2）上方依次安装1800℃快冷装置（3）、快冷导流筒（5），1800℃快冷隔热屏（4）套罩在外部，1800℃快冷装置（3）包括均压支撑板（6）、复合材料导流盘（7）、次级多头超高温射流器（8）和隔热垫（9），隔热垫（9）开有中心通道，下方设置初级超高压射流器（2），上方设置次级多头超高温射流器（8），次级多头超高温射流器（8）上方设置复合材料导流盘（7）和设置放置制品（11）的均压支撑板（6），这样实现从1800℃降到300℃以下的大温度梯度快速冷却。
Description
技术领域
本发明涉及热等静压设备的快速冷却系统，尤其涉及一种基于射流驱动的1800℃的快速冷却系统。
背景技术
快速冷却技术是热等静压设备行业中的一种在超高温超高压条件下进行流体传输和温度控制的先进技术，快速冷却技术一方面可以使制品快速通过相变区，获得细小晶粒，提高制品的疲劳性能；另一方面可以大幅度缩短热等静压工艺周期45%以上，缩短生产周期。一般根据液态气体的驱动方式不同，将快速冷却技术分为射流式、电机驱动风扇式和气动马达驱动风扇式，又可根据制品工艺使用温度不同将快速冷却技术分为1250℃和1800℃两个温度级别。目前国内已经在1250℃温度级别进行了射流式、电机驱动风扇式两种方式的快速冷却技术的研究，基于射流驱动的1800℃的快速冷却技术研究还是空白。
发明内容
本发明要解决的问题是为热等静压设备提供一种基于射流驱动的1800℃的快速冷却系统。
为解决上述技术问题，本发明的一种基于射流驱动的1800℃的快速冷却系统，其特征在于：包括安装在密闭压力容器10内的初级超高压射流器2、1800℃快冷装置3、快冷导流筒5和1800℃快冷隔热屏4，所述的初级超高压射流器2安装在密闭压力容器10内部下方，所述的初级超高压射流器2上方安装所述的1800℃快冷装置3 ，所述的1800℃快冷装置3上方安装所述的快冷导流筒5，所述的1800℃快冷隔热屏4套罩在所述的1800℃快冷装置3和所述的快冷导流筒5外部，所述的1800℃快冷装置3包括均压支撑板6、复合材料导流盘7、次级多头超高温射流器8和隔热垫9，所述的隔热垫9设置在所述的1800℃快冷隔热屏4底部，所述的隔热垫9开有中心通道，中心通道下方设置所述的初级超高压射流器2，中心通道上方设置所述的次级多头超高温射流器8，所述的次级多头超高温射流器8上方设置复合材料导流盘7，复合材料导流盘7上方设置放置制品11的均压支撑板6。
进一步，所述的初级超高压射流器2连接安装在密闭压力容器10外的提供射流动力的快冷动力装置1 。
进一步，所述的均压支撑板6开有气体向上流出的孔隙。
进一步，所述的复合材料导流盘7制成流线外形。
进一步，所述的1800℃快冷装置3、快冷导流筒5和1800℃快冷隔热屏4在快速冷却时处于温度超过800℃以上环境内的支撑结构材料，均选用高密度碳碳复合材料或钨材料。
进一步，所述的1800℃快冷隔热屏4包括碳碳复合材料支撑筒、不锈钢支撑筒和其间多层绝热材料逐层组装成的倒杯状支撑筒，每层之间设置气流通道或通气管。
进一步，所述的初级超高压射流器2将底部冷态区温度小于等于150℃和压力小于等于180MPa的氩气通过射流卷吸输送到次级射流掺混区，并作为次级多头超高温射流器8的射流动力源。
进一步，所述的次级多头超高温射流器8在1800℃的温度下应用射流效应将热区底部的超高压气体输送到热区顶部，到达1800℃快冷隔热屏4外部。
本发明的基于射流驱动的1800℃的快速冷却系统工作时，首先启动快冷动力装置1给初级超高压射流器2提供射流动力源,将底部冷态区的冷态气体输送到次级射流掺混区,并作为次级多头超高温射流器8的射流动力源, 次级多头超高温射流器8再次将冷态和热态气体掺混后的气体通过复合材料导流盘7、均压支撑板6输送到热区内，推动热区内的气体从快冷导流筒5顶部流出，经加热单元向下进入到1800℃快冷隔热屏4底部，经1800℃快冷隔热屏4各层间气流通道或通气管，在超高温层、高温层、中温层和低温层快冷流道内循环流动，气体从1800℃快冷隔热屏4顶部流出到达密闭压力容器10内壁冷却后循环到底部气体冷态区，再次经初级超高压射流器2输送到次级射流掺混区，如此连续循环快速冷却，实现从1800℃降到300℃以下的大温度梯度快速冷却的要求。
这样本发明的基于射流驱动的1800℃的快速冷却系统达到以下有益效果：
获得高性能制品。应用快速冷却可以使制品快速通过相变区，获得细小晶粒，提高制品的疲劳性能，延长使用寿命，如粉末高速钢、单晶叶片等。
大幅度缩短热等静工艺周期。由于热等静压过程中的降温时间大幅度缩短，仅为原来的五分之一，大幅度缩短工艺周期，提高生产效率，增加经济效益。
填补了国内基于射流驱动的1800℃快速冷却技术的空白。世界上热等静压设备技术领域根据液态气体的驱动方式不同，一般情况下将快速冷却技术分为射流式、电机驱动风扇式和气动马达驱动风扇式快速冷却技术，又可根据制品工艺使用温度不同将快速冷却技术分为1250℃和1800℃两个温度级别。目前世界上只有瑞典昆塔斯技术公司和四川航空工业川西机器有限公司在进行快速冷技术的研究工作，本发明填补了国内基于射流驱动的1800℃快速冷却技术的空白。
附图说明
为进一步说明本发明的较佳实施例，并配合附图详述于后，以使对于本发明更易于了解。但以下所述仅为用来解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，凡是以本发明的创造精神为基础，所做的任何形式的修饰或变更，皆仍应属于本发明意图保护的范畴。
图1是本发明的一种基于射流驱动的1800℃快速冷却系统的示意图。
图2是本发明的一种基于射流驱动的1800℃快速冷却系统的工作原理示意图。
图中：1.快冷动力装置，2.初级超高压射流器，3.1800℃快冷装置，4.1800℃快冷隔热屏，5.快冷导流筒，6.均压支撑板，7.复合材料导流盘，8.次级多头超高温射流器，9.隔热垫，10.密闭压力容器，11.制品。
具体实施方式
参见图1，本发明的一种基于射流驱动的1800℃的快速冷却系统，其特征在于：包括安装在密闭压力容器10内的初级超高压射流器2、1800℃快冷装置3、快冷导流筒5和1800℃快冷隔热屏4，所述的初级超高压射流器2安装在密闭压力容器10内部下方，所述的初级超高压射流器2上方安装所述的1800℃快冷装置3 ，所述的1800℃快冷装置3上方安装所述的快冷导流筒5，所述的1800℃快冷隔热屏4套罩在所述的1800℃快冷装置3和所述的快冷导流筒5外部，所述的1800℃快冷装置3包括均压支撑板6、复合材料导流盘7、次级多头超高温射流器8和隔热垫9，所述的隔热垫9设置在所述的1800℃快冷隔热屏4底部，所述的隔热垫9开有中心通道，中心通道下方设置所述的初级超高压射流器2，中心通道上方设置所述的次级多头超高温射流器8，所述的次级多头超高温射流器8上方设置复合材料导流盘7，复合材料导流盘7上方设置放置制品11的均压支撑板6。
进一步，所述的初级超高压射流器2连接安装在密闭压力容器10外的提供射流动力的快冷动力装置1 。
进一步，所述的均压支撑板6开有气体向上流出的孔隙，具有时均衡压力的功能。
进一步，所述的复合材料导流盘7制成流线外形，减小了气体的流阻，同时满足1800℃的气体通过的功能。
进一步，所述的1800℃快冷装置3、快冷导流筒5和1800℃快冷隔热屏4在快速冷却时处于温度超过800℃以上环境内的支撑结构材料，均选用高密度碳碳复合材料或钨材料，以满足快速冷却系统对支撑结构材料的1800℃超高温要求和强度要求。
进一步，所述的1800℃快冷隔热屏4包括碳碳复合材料支撑筒、不锈钢支撑筒和其间多层绝热材料逐层组装成的倒杯状支撑筒，每层之间设置气流通道或通气管。所述的1800℃快冷隔热屏4是一种集传导、对流和辐射三种模式于一体的多场耦合的快冷隔热屏，同时也是一种将超高温气体从1800℃经快冷通道后快速降到300℃以下的大温度梯度快冷隔热屏。
进一步，所述的初级超高压射流器2将底部冷态区温度小于等于150℃和压力小于等于180MPa的氩气通过射流卷吸输送到次级射流掺混区，并作为次级多头超高温射流器8的射流动力源。
进一步，所述的次级多头超高温射流器8在1800℃的温度下应用射流效应将热区底部的超高压气体输送到热区顶部，到达1800℃快冷隔热屏4外部。
图2示出了连续循环快速冷却气体流动方向。本发明的基于射流驱动的1800℃的快速冷却系统工作时，首先启动快冷动力装置1给初级超高压射流器2提供射流动力源,将底部冷态区的冷态气体输送到次级射流掺混区,并作为次级多头超高温射流器8的射流动力源, 次级多头超高温射流器8再次将冷态和热态气体掺混后的气体通过复合材料导流盘7、均压支撑板6输送到热区内，推动热区内的气体从快冷导流筒5顶部流出，经加热单元向下进入到1800℃快冷隔热屏4底部，经1800℃快冷隔热屏4各层间气流通道或通气管，在超高温层、高温层、中温层和低温层快冷流道内循环流动，气体从1800℃快冷隔热屏4顶部流出到达密闭压力容器10内壁冷却后循环到底部气体冷态区，再次经初级超高压射流器2输送到次级射流掺混区，如此连续循环快速冷却，实现从1800℃降到300℃以下的大温度梯度快速冷却的要求。
Claims (8)
1.一种基于射流驱动的1800℃的快速冷却系统，其特征在于：包括安装在密闭压力容器（10）内的初级超高压射流器（2）、1800℃快冷装置（3）、快冷导流筒（5）和1800℃快冷隔热屏（4），所述的初级超高压射流器（2）安装在密闭压力容器（10）内部下方，所述的初级超高压射流器（2）上方安装所述的1800℃快冷装置（3），所述的1800℃快冷装置（3）上方安装所述的快冷导流筒（5），所述的1800℃快冷隔热屏（4）套罩在所述的1800℃快冷装置（3）和所述的快冷导流筒（5）外部，所述的1800℃快冷装置（3）包括均压支撑板（6）、复合材料导流盘（7）、次级多头超高温射流器（8）和隔热垫（9），所述的隔热垫（9）设置在所述的1800℃快冷隔热屏（4）底部，所述的隔热垫（9）开有中心通道，中心通道下方设置所述的初级超高压射流器（2），中心通道上方设置所述的次级多头超高温射流器（8），所述的次级多头超高温射流器（8）上方设置复合材料导流盘（7），复合材料导流盘（7）上方设置放置制品（11）的均压支撑板（6）。
2.根据权利要求1所述的一种基于射流驱动的1800℃的快速冷却系统，其特征在于：所述的初级超高压射流器（2）连接安装在密闭压力容器（10）外的提供射流动力的快冷动力装置（1）。
3.根据权利要求2所述的一种基于射流驱动的1800℃的快速冷却系统，其特征在于：所述的均压支撑板（6）开有气体向上流出的孔隙。
4.根据权利要求3所述的一种基于射流驱动的1800℃的快速冷却系统，其特征在于：所述的复合材料导流盘（7）制成流线外形。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的任一项一种基于射流驱动的1800℃的快速冷却系统，其特征在于：所述的1800℃快冷装置（3）、快冷导流筒（5）和1800℃快冷隔热屏（4）在快速冷却时处于温度超过800℃以上环境内的支撑结构材料，均选用高密度碳碳复合材料或钨材料。
6.根据权利要求5的所述的一种基于射流驱动的1800℃的快速冷却系统，其特征在于：所述的1800℃快冷隔热屏（4）包括碳碳复合材料支撑筒、不锈钢支撑筒和其间多层绝热材料逐层组装成的倒杯状支撑筒，每层之间设置气流通道或通气管。
7.根据权利要求6所述的一种基于射流驱动的1800℃的快速冷却系统，其特征在于：所述的初级超高压射流器（2）将底部冷态区温度小于等于150℃和压力小于等于180MPa的氩气通过射流卷吸输送到次级射流掺混区，并作为次级多头超高温射流器（8）的射流动力源。
8.根据权利要求7所述的一种基于射流驱动的1800℃的快速冷却系统，其特征在于：所述的次级多头超高温射流器（8）在1800℃的温度下应用射流效应将热区底部的超高压气体输送到热区顶部，到达1800℃快冷隔热屏（4）外部。
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