CN110302846A - 一种分离式变截面三风道高温箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分离式变截面三风道高温箱，包括主箱体和副箱体，副箱体设置于主箱体后端，二者之间的连通与切断通过开关阀实现；主箱体前面具有箱门，主箱体后面和左右两侧面设置有形成气流循环的主箱体风道，箱门和主箱体风道共同围成有效工作区；若干内循环风机的叶轮设置于主箱体风道内，连接内循环风机的叶轮的轮轴穿过主箱体的壁连接至相应电机；主箱体风道内还设置若干电热丝加热器；主箱体风道为变截面式。所述高温箱扩展了高温箱的环境温度范围，以满足更大的高温环境试验需求。

Description

一种分离式变截面三风道高温箱

技术领域

本发明涉及一种分离式变截面三风道高温箱。

背景技术

在环境试验中，温度是引起产品失效的重要因素之一，它会导致产品的老化并且影响产品的寿命，随着温度的变化，产品失效的各种过程会发生剧烈的变化。高温箱是人工模拟环境试验中使用时间最长、用量最大的一种设备，航空、航天、兵器、电子很多产品均需要在其环境内进行性能检测试验。随着各种产品的使用环境越来越严苛，对高温箱的高温范围要求也越来越高。

航空发动机燃烧室出口温度高达500℃，其附近的元件、产品均处于高温工作环境，而目前国内常规的高温箱温度一般可达200℃，部分高温箱温度可达300℃左右，一般高于400℃时，试验大多采用热辐射的加热方式对产品进行加热，即高温烘箱，而高温烘箱温度可高达上千摄氏度。目前国内常规的温箱高温可达200℃，然而发动机的舱室、管路，燃气涡轮的轮盘等部件的工作温度远远大于200℃，现有的高温箱不能满足要求，所以用高温烘箱代替高温箱进行环境试验的现象很普遍。国内高温箱研发起步较晚，而国外高温箱的温度相对于国内具有更加宽的范围，以适应更广阔的市场需求，美国SD863型高温箱温度可达300℃，英国宽带环境试验箱的的温度范围为常温～500℃。

高温烘箱采用热辐射的加热方式，一般加热器件安装于工作室内部，对产品进行直接辐射加热，产品周围的温差较大，温度均匀性很差，会对产品的部分造成欠试验，而另一部分则会过试验，并且产品温度高于环境温度，与实际所处环境情况不符，所以此种方法在一定程度上的不合适的，而国外宽带环境试验箱在较高温度时存在箱内试验空间的温度梯度较大、均匀性较差的问题，同样会对高温环境试验造成不利的影响。箱体的结构对于高温箱的温度范围，以及温场品质起到决定性的作用，因此研制新型结构原理的高温箱，使其具有较高温度范围、且均匀性较好的性能特点，这对于高温环境试验十分有必要。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术中的上述不足和需求，本发明提出一种分离式变截面三风道高温箱，其扩展了高温箱的环境温度范围，以满足更大的高温环境试验需求。高低温分离式箱体避免用于空气制冷换热的制冷蒸发器长期处在高温环境而被损坏，进一步提高高温箱试验温度范围，而三风道变截面的设计形式可以保证有效试验空间的温度环境、气流环境、压力环境更加均匀一致，改善高温下的温场品质。

(二)技术方案

一种分离式变截面三风道高温箱，包括主箱体和副箱体，副箱体设置于主箱体后端，二者之间的连通与切断通过开关阀实现；主箱体前面具有箱门，主箱体后面和左右两侧面设置有形成气流循环的主箱体风道，箱门和主箱体风道共同围成有效工作区，主箱体风道朝向有效工作区设置全面送风孔板以供气流均匀进入有效工作区内；若干内循环风机的叶轮设置于主箱体风道内，连接内循环风机的叶轮的轮轴穿过主箱体的壁连接至相应电机；主箱体风道内还设置若干电热丝加热器；主箱体风道为变截面式。

主箱体的箱顶依次安装流量调节阀和排气风机，用于排出主箱体1内高温空气。

所述箱门采用单侧开门结构，并采用双层石棉条密封。

副箱体内部沿与主箱体非邻接的壁设置副箱体风道，副箱体风道围成制冷室，制冷室内设置制冷蒸发器；副箱体风道内设置若干外循环风机的叶轮，各外循环风机的叶轮的轮轴穿过副箱体的壁连接至相应电机；新风补气控制阀设置于副箱体的外壁并连接至新风补气口以向副箱体风道内供新风；当主箱体与副箱体连通时，外循环风机与内循环风机配合以实现主箱体内气流经过制冷蒸发器降温，再送回至有效工作区。

所述高温箱的箱体内壁均采用不锈钢板，外壁均采用冷轧钢板，中间夹层设置隔热材料。

所述隔热材料内添加阻燃剂，所述隔热材料为硅酸铝。

所述高温箱外设置控制设备箱，控制设备箱内设置制冷机组、PLC控制器、触摸控制屏。

所述的高温箱的测控系统，采用上位机和下位机结构，上位机包括台式计算机和触摸控制屏，其具有本地和远程控制功能，下位机包括PLC控制器，上位机和下位机通过以太网通讯建立数据交互。

所述的测控系统，所述测控系统采用多参数协调控制策略，其对试验参数设置，对环境温度和箱内压力进行实时测量，对电热丝加热器、内循环风机、外循环风机、制冷蒸发机进行实时控制。

一种所述的高温箱的使用方法，包括如下步骤：

S1、试验开始，关闭开关阀，切断主箱体风道与副箱体风道的连通；

S2、启动内循环风机，形成主箱体风道与有效工作区内的循环气流；

S3、根据有效工作区的目标点温度调节电热丝加热器的加热输出功率，从而形成高温试验环境；

S4、开展高温试验；

S5、试验结束，关闭电热丝加热器，打开开关阀，连通主箱体风道与副箱体风道；

S6、启动外循环风机，配合内循环风机，使主箱体风道内高温气体经过副箱体风道进入副箱体；

S7、高温气体经过制冷蒸发器降温换热，再送回至主箱体风道，最终进入有效工作区，根据有效工作区的目标点温度调节制冷机组的制冷输出功率，完成高温环境的降温；

S8、保持开关阀打开，启动排气风机，并打开新风补气控制，使用试验室内常温空气对箱内高温气体进行置换，通过控制流量调节阀来控制置换的速度。

(三)有益效果

本发明的一种分离式变截面三风道高温箱，箱体采用分离式结构，其中主箱体设有三个循环风道以形成带温循环气流进入有效工作区，主箱体风道采用等静压送风原理设计为变截面型式，同时配合对应的两侧面全面送风孔板，以实现带温气流均匀的流入、流出，从而形成均匀的温度场；副箱体与主箱体可连通，副箱体内安装制冷降温装置，用于将高温箱内高温气体降回至常温，分离式的设计可以避免用于空气制冷换热的制冷蒸发器长期处在较高温度环境下而被损坏。

箱体内壁均采用不锈钢板，外壁采用冷轧钢板，中间夹层使用导热系数小、吸水性小、强度高、高温下性能稳定的隔热材料硅酸铝进行保温，同时考虑消防安全，绝热材料中添加阻燃剂，防止温度过高引起火灾事故。箱顶上设置压力调节装置，用以调节箱内外压力平衡，对箱内空气热胀冷缩进行补偿，避免箱体结构受压变形损坏。箱门采用单侧开门结构，箱门采用双层石棉条密封，耐高温，抗老化，密封性能良好。

内循环风机用于形成高温箱主箱体风道内气流循环，将加热器加热后的高温气流送入有效试验空间形成高温环境，外循环风机用于将主箱体风道气流引入副箱体风道内，形成主-副风道连通的循环气流，使箱体内高温气体经过制冷分系统蒸发器进行降温，再送回至有效试验空间，从而完成有效试验空间的高温回降。

排气风机、流量调节阀、新风补气阀用于试验结束后的快速换气，使用常温空气替换箱内高温气体，实现气体的快速置换与降温，并将高温可能产生的有毒气体通过排气风机排至试验室外。

测控系统用于完成高温箱内温度环境的控制，包括试验参数设置、环境温度、箱内压力测量，电加热器、风机、制冷压缩机的控制等。测控分系统采用多参数协调控制策略，实现风量、加热制冷功率的最佳匹配。

附图说明

图1本发明的一种分离式变截面三风道高温箱结构示意图。

图2本发明的一种分离式变截面三风道高温箱与控制设备箱结构示意图。

图3本发明的一种分离式变截面三风道高温箱测控系统示意图。

图中，1-主箱体，2-主箱体风道，3-内循环风机，4-副箱体，5-补气口，6-新风补气控制阀，7-副箱体风道，8-外循环风机，9-制冷室，10-制冷蒸发器，11-开关阀，12-电热丝加热器，13-全面送风孔板，14-有效工作区，15-箱门，16-排气风机，17-流量调节阀，18-触摸控制屏，19-制冷机组；20-PLC控制器，21-台式计算机。

具体实施方式

参见图1，本发明的一种分离式变截面三风道高温箱，包括主箱体1和副箱体4，副箱体4设置于主箱体1后端，二者之间的连通与切断通过开关阀11实现；主箱体1前面具有箱门15，主箱体后面和左右两侧面设置有形成气流循环的主箱体风道3，箱门15和主箱体风道3共同围成有效工作区14，主箱体风道3朝向有效工作区14设置全面送风孔板13以供气流均匀进入有效工作区14内；若干内循环风机3的叶轮设置于主箱体风道3内，连接内循环风机的叶轮的轮轴穿过主箱体1的壁连接至相应电机；主箱体风道3内还设置若干电热丝加热器12；主箱体风道3为变截面式。

主箱体1的箱顶依次安装流量调节阀17和排气风机16，用于排出主箱体1内高温空气。

所述箱门15采用单侧开门结构，并采用双层石棉条密封。

副箱体4内部沿与主箱体1非邻接的壁设置副箱体风道7，副箱体风道7围成制冷室9，制冷室9内设置制冷蒸发器10；副箱体风道7内设置若干外循环风机8的叶轮，各外循环风机8的叶轮的轮轴穿过副箱体4的壁连接至相应电机；新风补气控制阀6设置于副箱体4的外壁并连接至新风补气口5以向副箱体风道7内供新风；当主箱体1与副箱体4连通时，外循环风机8与内循环风机3配合以实现主箱体1内气流经过制冷蒸发器10降温，再送回至有效工作区14。

所述高温箱的箱体内壁均采用不锈钢板，外壁均采用冷轧钢板，中间夹层设置隔热材料。

所述隔热材料内添加阻燃剂。

所述隔热材料为硅酸铝。

参见图2，所述高温箱外设置控制设备箱，控制设备箱内设置制冷机组19、PLC控制器20、触摸控制屏18。

参见图3，一种分离式变截面三风道高温箱的测控系统，采用上位机和下位机结构，上位机包括台式计算机21和触摸控制屏18，其具有本地和远程控制功能，下位机包括PLC控制器20，上位机和下位机通过以太网通讯建立数据交互。

所述测控系统采用多参数协调控制策略，其对试验参数设置，对环境温度和箱内压力进行实时测量，对电热丝加热器12、内循环风机3、外循环风机8、制冷蒸发机10进行实时控制。

一种分离式变截面三风道高温箱的使用方法，包括如下步骤：

S1、试验开始，关闭开关阀11，切断主箱体风道2与副箱体风道7的连通；

S2、启动内循环风机3，形成主箱体风道2与有效工作区14内的循环气流；

S3、根据有效工作区14的目标点温度调节电热丝加热器12的加热输出功率，从而形成高温试验环境；

S4、开展高温试验；

S5、试验结束，关闭电热丝加热器12，打开开关阀11，连通主箱体风道2与副箱体风道7；

S6、启动外循环风机8，配合内循环风机3，使主箱体风道2内高温气体经过副箱体风道7进入副箱体4；

S7、高温气体经过制冷蒸发器10降温换热，再送回至主箱体风道2，最终进入有效工作区14，根据有效工作区14的目标点温度调节制冷机组19的制冷输出功率，完成高温环境的降温；

S8、保持开关阀11打开，启动排气风机16，并打开新风补气控制6，使用试验室内常温空气对箱内高温气体进行置换，通过控制流量调节阀17来控制置换的速度。

Claims (10)

1.一种分离式变截面三风道高温箱，其特征在于，包括主箱体和副箱体，副箱体设置于主箱体后端，二者之间的连通与切断通过开关阀实现；主箱体前面具有箱门，主箱体后面和左右两侧面设置有形成气流循环的主箱体风道，箱门和主箱体风道共同围成有效工作区，主箱体风道朝向有效工作区设置全面送风孔板以供气流均匀进入有效工作区内；若干内循环风机的叶轮设置于主箱体风道内，连接内循环风机的叶轮的轮轴穿过主箱体的壁连接至相应电机；主箱体风道内还设置若干电热丝加热器；主箱体风道为变截面式。

2.如权利要求1所述的一种分离式变截面三风道高温箱，其特征在于，主箱体的箱顶依次安装流量调节阀和排气风机，用于排出主箱体1内高温空气。

3.如权利要求1所述的一种分离式变截面三风道高温箱，其特征在于，所述箱门采用单侧开门结构，并采用双层石棉条密封。

4.如权利要求2所述的一种分离式变截面三风道高温箱，其特征在于，副箱体内部沿与主箱体非邻接的壁设置副箱体风道，副箱体风道围成制冷室，制冷室内设置制冷蒸发器；副箱体风道内设置若干外循环风机的叶轮，各外循环风机的叶轮的轮轴穿过副箱体的壁连接至相应电机；新风补气控制阀设置于副箱体的外壁并连接至新风补气口以向副箱体风道内供新风；当主箱体与副箱体连通时，外循环风机与内循环风机配合以实现主箱体内气流经过制冷蒸发器降温，再送回至有效工作区。

5.如权利要求1所述的一种分离式变截面三风道高温箱，其特征在于，所述高温箱的箱体内壁均采用不锈钢板，外壁均采用冷轧钢板，中间夹层设置隔热材料。

6.如权利要求5所述的一种分离式变截面三风道高温箱，其特征在于，所述隔热材料内添加阻燃剂，所述隔热材料为硅酸铝。

7.如权利要求4所述的一种分离式变截面三风道高温箱，其特征在于，所述高温箱外设置控制设备箱，控制设备箱内设置制冷机组、PLC控制器、触摸控制屏。

8.如权利要求7所述的高温箱的测控系统，其特征在于，采用上位机和下位机结构，上位机包括台式计算机和触摸控制屏，其具有本地和远程控制功能，下位机包括PLC控制器，上位机和下位机通过以太网通讯建立数据交互。

9.如权利要求8所述的测控系统，其特征在于，所述测控系统采用多参数协调控制策略，其对试验参数设置，对环境温度和箱内压力进行实时测量，对电热丝加热器、内循环风机、外循环风机、制冷蒸发机进行实时控制。

10.一种如权利要求7所述的高温箱的使用方法，包括如下步骤：

S1、试验开始，关闭开关阀，切断主箱体风道与副箱体风道的连通；

S2、启动内循环风机，形成主箱体风道与有效工作区内的循环气流；

S3、根据有效工作区的目标点温度调节电热丝加热器的加热输出功率，从而形成高温试验环境；

S4、开展高温试验；

S5、试验结束，关闭电热丝加热器，打开开关阀，连通主箱体风道与副箱体风道；

S6、启动外循环风机，配合内循环风机，使主箱体风道内高温气体经过副箱体风道进入副箱体；

S7、高温气体经过制冷蒸发器降温换热，再送回至主箱体风道，最终进入有效工作区，根据有效工作区的目标点温度调节制冷机组的制冷输出功率，完成高温环境的降温；

S8、保持开关阀打开，启动排气风机，并打开新风补气控制，使用试验室内常温空气对箱内高温气体进行置换，通过控制流量调节阀来控制置换的速度。