CN110793912A - 一种燃气加热超高温环境试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空、航天试验环境模拟技术领域，公开了一种燃气加热超高温环境试验系统，包括：计算机；计算机连接中央控制器，中央控制器连接燃烧室；中央控制器与磁控阀、流量传感器、温度传感器、盐雾器连接；磁控阀与燃气供给装置、冷空气供给装置、废气回收及处理装置连接，盐雾器与冷空气供给装置连接。本发明避免了热量在传递过程中的损耗问题；氧炔焰温度上限可高达2800℃，通过燃气加热可使试验环境温度达到1500℃以上，温度峰值高；均热带更加稳定；通过控制燃气压力来调整温度波动，反馈和响应迅速，超高温下温度控制稳定，升降温速率调整范围宽，最高可达200℃/S；将高温废气回收利用，节约能源。

Description

一种燃气加热超高温环境试验系统

技术领域

本发明属于航空、航天试验环境模拟技术领域，尤其涉及一种燃气加热超高温环境试验系统。

背景技术

热端部件的承温能力是制约我国航空、航天材料技术发展的关键因素，它长期工作在不均匀温度场、应力场以及燃气腐蚀和高温氧化环境下，面临着热应力腐蚀、氧化、热疲劳及侵蚀等多种失效威胁。近年来，单晶高温合金的成熟应用以及陶瓷基复合材料的长足发展，使热端部件的综合性能有了很大的提高。然而由于技术手段和试验器材的限制，1500℃以上超高温环境下的材料力学行为研究尚未有效展开，因此，研发新型高温环境系统，开展针对1500℃以上的材料试验有很大的工程应用价值。在现有公开的高温试验环境技术中，以电阻式加热系统和电磁式加热系统应用最为广泛。实用新型CN204944182U是一种电阻式加热系统，即采用缠绕式电阻丝发热，以空气作为导热媒介，加热试样。实用新型CN203691667U是一种电磁式加热系统，即使高频电流通过感应线圈，加热线圈内部的石墨管道或导电陶瓷，后者通过辐射加热试样。上述两种方法存在的问题是在加热、传热的过程中热量散失严重，且均需要较长的发热段以维持均热带的稳定性。对于第一种加热系统，电阻丝本身在高温空气环境下存在严重的氧化行为，可靠性差；当试验温度超出1300℃时，电阻丝实际温度已临近熔点温度，不能再提供更高的环境温度。对于第二种加热系统，石墨管在高温的过程中剧烈升华，耗损严重，不能应用于长时试验；感应线圈首先加热石墨管，再通过石墨管加热试样，控制温度时具有一定的延迟性。不能准确、迅速的进行升、降温；近年来通过使用真空环境使电磁加热温度极限得以提高，却以牺牲气体试验环境为代价，不能有效模拟热端部件的热蚀和氧化行为。

综上所述，现有技术存在的问题是：传统高温试验系统升降温慢、温度控制误差大、能耗高，均热带不稳定。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种燃气加热超高温环境试验系统。

本发明是这样实现的，一种燃气加热超高温环境试验系统，所述燃气加热超高温环境试验系统包括：计算机；

计算机连接中央控制器，负责信息处理，中央控制器连接燃烧室，控制气体在燃烧室混合并燃烧，沿着气体通道喷射到试验件所在位置，为试验提供高温气体环境；

中央控制器通过USB接口与磁控阀、流量传感器、温度传感器、盐雾器连接实现对气体流量、温度的监测和控制，通过控制盐雾器调节热蚀过程中盐分含量，使其与试验预期标准相符合；

磁控阀与燃气供给装置、冷空气供给装置、废气回收及处理装置连接，通过接受中央控制器信息对气体流量进行调控，盐雾器与冷空气供给装置连接。

进一步，所述磁控阀连接流量传感器，流量传感器连接温度传感器。

进一步，所述燃烧室内安装有温度传感器，温度传感器与试验件连接。

本发明的另一目的在于提供一种所述燃气加热超高温环境试验系统的燃气加热超高温环境试验方法，所述燃气加热超高温环境试验方法包括：

(1)升温，中央控制器按照计算机程序指令控制燃气供给装置磁控阀，流量传感器监测流量反馈给中央控制器，气体在燃烧室燃烧，高温燃气加热试样，温度传感器将温度信息反馈到中央控制器，中央控制器根据反馈信息，控制磁控阀，修正气体流量，直至使实际升温速率与预设升温速率相同；

(2)保温，冷空气供给装置和废气回收及处理装置将温度信息和流量信息反馈给中央控制器，同时接收中央控制器指令，将一部分冷空气和高温废气重新输入到燃烧室，与燃气供给装置共同作用，组成双向反馈调节系统；

(3)降温，中央控制器根据计算机指令，结合温度传感器反馈信息，通过调整冷空气供给装置、废气回收及处理装置和燃气供给装置的流量比，调节降温速率，达到预设值。

本发明的优点及积极效果为：使用乙炔和氧气燃烧产生的高温燃气直接加热试样，避免了热量在传递过程中的损耗问题；氧炔焰温度上限可高达2800℃，通过燃气加热可使试验环境温度达到1500℃以上，温度峰值高。燃气充满整个炉腔，使均热带更加稳定；通过控制燃气压力来调整温度波动，反馈和响应迅速，超高温下温度控制稳定，升降温速率调整范围宽，最高可达200℃/S；采用废气二次利用装置，将高温废气回收利用，节约能源；燃气喷射速度快，可模拟热冲击、热腐蚀等试验工况。模块化程度高，改造方便。

附图说明

图1是本发明实施例提供的燃气加热超高温环境试验系统结构示意图；

图中：1、计算机；2、中央控制器；3、燃烧室；4、燃气供给装置；5、冷空气供给装置；6、废气回收及处理装置；7、磁控阀；8、流量传感器；9、温度传感器；10、盐雾器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的燃气加热超高温环境试验系统包括：计算机1、中央控制器2、燃烧室3、燃气供给装置4、冷空气供给装置5、废气回收及处理装置6、磁控阀7、流量传感器8、温度传感器9、盐雾器10。

计算机1连接中央控制器2，中央控制器2连接燃烧室3，中央控制器2与磁控阀7、流量传感器8、温度传感器9、盐雾器10连接，磁控阀7与燃气供给装置4、冷空气供给装置5、废气回收及处理装置6连接，盐雾器10与冷空气供给装置5连接。

磁控阀7连接流量传感器8，流量传感器8连接温度传感器9，燃烧室3内安装有温度传感器9，温度传感器9与试验件连接。

本发明实施例提供的燃气加热超高温环境试验方法包括：

升温过程中，中央控制器按照计算机程序指令控制燃气供给装置磁控阀，流量传感器监测流量反馈给中央控制器，气体在燃烧室燃烧，高温燃气加热试样，温度传感器将温度信息反馈到中央控制器，中央控制器根据反馈信息，控制磁控阀，修正气体流量，直至使实际升温速率与预设升温速率相同；

保温过程中，冷空气供给装置和废气回收及处理装置将温度信息和流量信息反馈给中央控制器，同时接收中央控制器指令，将一部分冷空气和高温废气重新输入到燃烧室，与燃气供给装置共同作用，组成双向反馈调节系统，共同维持温度稳定；

降温过程中，中央控制器根据计算机指令，结合温度传感器反馈信息，通过调整冷空气供给装置、废气回收及处理装置和燃气供给装置的流量比，调节降温速率，以达到预设值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种燃气加热超高温环境试验系统，其特征在于，所述燃气加热超高温环境试验系统包括：计算机；

计算机连接中央控制器，中央控制器连接燃烧室；

中央控制器与磁控阀、流量传感器、温度传感器、盐雾器连接；

磁控阀与燃气供给装置、冷空气供给装置、废气回收及处理装置连接，盐雾器与冷空气供给装置连接。

2.如权利要求1所述的燃气加热超高温环境试验系统，其特征在于，所述磁控阀连接流量传感器，流量传感器连接温度传感器。

3.如权利要求1所述的燃气加热超高温环境试验系统，其特征在于，所述燃烧室内安装有温度传感器，温度传感器与试验件连接。

4.一种如权利要求1所述燃气加热超高温环境试验系统的燃气加热超高温环境试验方法，其特征在于，所述燃气加热超高温环境试验方法包括：

(1)升温，中央控制器按照计算机程序指令控制燃气供给装置磁控阀，流量传感器监测流量反馈给中央控制器，气体在燃烧室燃烧，高温燃气加热试样，温度传感器将温度信息反馈到中央控制器，中央控制器根据反馈信息，控制磁控阀，修正气体流量，直至使实际升温速率与预设升温速率相同；

(2)保温，冷空气供给装置和废气回收及处理装置将温度信息和流量信息反馈给中央控制器，同时接收中央控制器指令，将一部分冷空气和高温废气重新输入到燃烧室，与燃气供给装置共同作用，组成双向反馈调节系统；

(3)降温，中央控制器根据计算机指令，结合温度传感器反馈信息，通过调整冷空气供给装置、废气回收及处理装置和燃气供给装置的流量比，调节降温速率，达到预设值。

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