CN109655276B - 一种无污染快速加热惰性气体的试验装置 - Google Patents

一种无污染快速加热惰性气体的试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无污染快速加热惰性气体的试验装置，属于飞航导弹发动机地面模拟试验技术领域，包括：石墨蓄热体、电磁感应线圈、压力外壳；所述石墨蓄热体的外部缠绕有电磁感应线圈；所述电磁感应线圈与外部的配电设备电性连接，通过电磁感应对石墨蓄热体进行加热；所述石墨蓄热体及其外部的电磁感应线圈均安装在压力外壳内，且石墨蓄热体的进气通道和出气通道分别从压力外壳穿出；本发明利用石墨材料作为一种蓄热体，通过电磁感应线圈对蓄热体进行加热，达到预设温度后，通入惰性气体，利用蓄热体表面和惰性气体的对流换热对惰性气体进行加热，可以快速将惰性气体加热无污染加热。

Description

一种无污染快速加热惰性气体的试验装置
技术领域
本发明属于飞航导弹发动机地面模拟试验技术领域，具体涉及一种无污染快速加热惰性气体的试验装置。
背景技术
飞航导弹发动机地面试验台模拟高温环境可采取多种方法。目前最主要的是燃烧加热方式和对流换热加热方式。
燃烧加热方式：采用空气或含氧气体作为试验工质，利用酒精、煤油等燃料与氧气燃烧放热对来流工质进行加热；但是该种加热方式只能对含氧气体进行加热，燃烧产生大量水蒸气、二氧化碳等杂质气体，对试验结果影响较大。
对流换热方式：采用蓄热器或发热体作为热源，设计一定的流通通道，在试验过程中，将试验工作流过热源，通过对流换热对试验工作进行加热；但是该种加热方式升温较慢，准备时间较长。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种无污染快速加热惰性气体的试验装置，利用石墨材料作为一种蓄热体，通过电磁感应线圈对蓄热体进行加热，达到预设温度后，通入惰性气体，利用蓄热体表面和惰性气体的对流换热对惰性气体进行加热，可以快速将惰性气体加热无污染加热。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种无污染快速加热惰性气体的试验装置，包括：惰性气体源、开关阀门、石墨蓄热体、电磁感应线圈、真空泵、压力外壳、高温阀门及用气单元；
所述石墨蓄热体由柱形本体及分别设置在柱形本体两端的进气通道和出气通道组成；所述柱形本体上设有两个以上轴向气孔；所述轴向气孔的两端分别与进气通道和出气通道相通；所述石墨蓄热体的外部缠绕有电磁感应线圈；所述电磁感应线圈与外部的配电设备电性连接，通过电磁感应对石墨蓄热体进行加热；
所述石墨蓄热体及其外部的电磁感应线圈均安装在压力外壳内，且石墨蓄热体的进气通道和出气通道分别从压力外壳穿出；压力外壳上设有用于充气的气口，压力外壳用于保证石墨蓄热体的内外压力相同；
所述石墨蓄热体的进气通道通过第一管路与惰性气体源连接，所述第一管路上安装有开关阀门，所述开关阀门用于控制惰性气体源是否给气；
所述石墨蓄热体的出气通道通过第二管路与用气单元连接，所述第二管路上安装有高温阀门，用于控制是否给用气单元供气；
所述真空泵与压力外壳连接，用于对压力外壳的空腔抽真空。
进一步的，所述第一管路上还安装有调节阀门，所述调节阀门用于控制惰性气体源提供的气体流量。
进一步的，所述石墨蓄热体上的轴向气孔沿周向均匀分布两圈以上。
有益效果：本发明采用石墨蓄热体，通过对石墨蓄热体的轴向长度、直径及设有的轴向气孔的长度、直径进行设计，使得石墨蓄热体达到设定要求的蓄热量；通过电磁感应线圈对石墨蓄热体进行加热，达到预设温度后，通入惰性气体，利用石墨蓄热体表面和惰性气体的对流换热对惰性气体进行加热，可以快速将惰性气体加热无污染加热，具有燃烧加热速度快、短时间内释放热量多，升温迅速；加热过程中不会对试验工质产生杂质气体，工质纯净度较高的特点。
附图说明
图1为本发明的结构组成图；
图2为本发明的石墨蓄热体的结构图；
图3为本发明的石墨蓄热体的剖面图；
图4为从石墨蓄热体排出的氮气温度随时间的增长逐渐降低的变化图；
图5为石墨蓄热体内的氮气温度在1s时刻的温度分布图；
图6为石墨蓄热体内的氮气温度在100s时刻的温度分布图；
其中，1－惰性气体源、2－开关阀门、3－调节阀门、4－压力外壳、5－石墨蓄热体、6－真空泵、7－高温阀门、8－用气单元。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种无污染快速加热惰性气体的试验装置，参见附图1，包括：惰性气体源1、开关阀门2、调节阀门3、石墨蓄热体5、电磁感应线圈、真空泵6、压力外壳4、高温阀门7及用气单元8；
参见附图2和图3，所述石墨蓄热体5由柱形本体及分别设置在柱形本体两端的进气通道和出气通道组成；所述柱形本体上设有两个以上轴向气孔；所述轴向气孔的两端分别与进气通道和出气通道相通；所述轴向气孔沿周向均匀分布两圈以上；所述石墨蓄热体5的外部缠绕有电磁感应线圈；所述电磁感应线圈与外部的配电设备电性连接，通过电磁感应对石墨蓄热体5进行加热；
所述石墨蓄热体5及其外部的电磁感应线圈均安装在压力外壳4内，且石墨蓄热体5的进气通道和出气通道分别从压力外壳4穿出；压力外壳4上设有用于充气的气口，压力外壳4用于保证石墨蓄热体5的内外压力相同；
所述石墨蓄热体5的进气通道通过第一管路与惰性气体源1连接，所述第一管路上安装有开关阀门2和调节阀门3，所述开关阀门2用于控制惰性气体源1是否给气；所述调节阀门3用于控制惰性气体源1提供的气体流量；
所述石墨蓄热体5的出气通道通过第二管路与用气单元8连接，所述第二管路上安装有高温阀门7，用于控制是否给用气单元8供气；
所述真空泵6与压力外壳4连接，用于对压力外壳4的空腔抽真空。
所述试验装置的工作流程如下：
第一步，关闭开关阀门2、调节阀门3及高温阀门7，通过真空泵6对压力外壳4进行抽真空，然后将惰性气体通过压力外壳4的气口充入到压力外壳4内，以确保石墨蓄热体5周围没有氧气，防止石墨蓄热体5氧化，直到压力外壳4内为微正压，停止充入惰性气体；
第二步，控制电磁感应线圈对石墨蓄热体5进行加热，直到石墨蓄热体5达到设定温度后停止加热；
第三步，打开开关阀门2、调节阀门3及高温阀门7，向加热完毕的石墨蓄热体5内充入常温的惰性气体；
第四步，常温的惰性气体与石墨蓄热体5进行热交换，惰性气体的温度升高后，通入用气单元8进行高温模拟试验；其中，从石墨蓄热体5出气通道排出的惰性气体的温度随时间的增长逐渐降低，例如，当石墨蓄热体5的总体轴向长度为4000mm，加热后的初始温度为3200K，出气通道的绝对压力为4MPa，惰性气体为氮气时，从石墨蓄热体5排出的氮气温度随时间的增长逐渐降低，参见附图4－6；
第五步，完成高温模拟试验后，停止向石墨蓄热体5充入常温的惰性气体，并关闭高温阀门7，维持压力外壳4内为微正压的状态，石墨蓄热体5逐渐冷却到环境温度。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种无污染快速加热惰性气体的试验装置，其特征在于，包括：惰性气体源、开关阀门、石墨蓄热体、电磁感应线圈、真空泵、压力外壳、高温阀门及用气单元；
所述石墨蓄热体由柱形本体及分别设置在柱形本体两端的进气通道和出气通道组成；所述柱形本体上设有两个以上轴向气孔；所述轴向气孔的两端分别与进气通道和出气通道相通；所述石墨蓄热体的外部缠绕有电磁感应线圈；所述电磁感应线圈与外部的配电设备电性连接，通过电磁感应对石墨蓄热体进行加热；
所述石墨蓄热体及其外部的电磁感应线圈均安装在压力外壳内，且石墨蓄热体的进气通道和出气通道分别从压力外壳穿出；压力外壳上设有用于充气的气口，压力外壳用于保证石墨蓄热体的内外压力相同；
所述石墨蓄热体的进气通道通过第一管路与惰性气体源连接，所述第一管路上安装有开关阀门，所述开关阀门用于控制惰性气体源是否给气；
所述石墨蓄热体的出气通道通过第二管路与用气单元连接，所述第二管路上安装有高温阀门，用于控制是否给用气单元供气；
所述真空泵与压力外壳连接，用于对压力外壳的空腔抽真空；
工作时，控制电磁感应线圈对石墨蓄热体进行加热，直到石墨蓄热体达到设定温度后停止加热；然后向加热完毕的石墨蓄热体内充入常温的惰性气体。
2.如权利要求1所述的一种无污染快速加热惰性气体的试验装置，其特征在于，所述第一管路上还安装有调节阀门，所述调节阀门用于控制惰性气体源提供的气体流量。
3.如权利要求1所述的一种无污染快速加热惰性气体的试验装置，其特征在于，所述石墨蓄热体上的轴向气孔沿周向均匀分布两圈以上。
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