CN204085722U - 高温振动环境下的管内气流温度测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于运载火箭管路热力综合环境试验技术领域，具体涉及一种高温振动环境下的管内气流温度测试装置。该装置包括外套螺母、铠装体、高温无机密封胶、K型热电偶；铠装体整体为圆筒形，圆筒结构内设置K型热电偶，使用高温无机密封胶填充K型热电偶与铠装体之间的间隙，K型热电偶从铠装体中伸出；在铠装体中部外侧设计有球头密封结构，球面朝向待测试装置，在球面后部，设置外套螺母，外套螺母与待测装置连接。本实用新型对热振试验环境下管内气流温度测试问题给出了较好的解决方案，已经成功应用于航天运载火箭领域。实践证明，该测试装置在恶劣的试验环境下，能够长时间、高可靠的工作，应用效果良好。
Description
技术领域
本实用新型属于运载火箭管路热力综合环境试验技术领域，具体涉及一种高温振动环境下的管内气流温度测试装置。
背景技术
运载火箭管路热力综合环境试验是在管系内部充高温(如350℃)、高压(如0.8MPa)、高流速的热气流，同时对管系施加振动的条件下进行的试验。其目的是对管系的强度、刚度、密封性能等进行综合考核。它不同于一般的力学试验，恶劣的试验条件对测试技术提出了很高的要求。高温、高压工况使传感器的工作环境恶化，振动、流动工况使传感器的可靠性和使用寿命大打折扣。
在此类试验中，管内的气流温度是测试的关键参数之一，也是试验测试难点之一。恶劣的工作环境要求传感器能够抗氧化、耐高压、耐高温、密封能力强、承受冲刷、振动等，具有在高温、振动情况下的高可靠性和长使用寿命，同时能够快速响应气流温度的变化。
传统的高温气流温度传感器一般很难满足管路试验下长时间的高温、振动环境下的使用要求。首先，高温振动环境下的密封问题有待解决，高温胶的耐震性至关重要，高温将导致胶和传感器结构之间出现热匹配问题，进而导致密封问题，现有的资料显示，并无成熟的技术方案参考。其次，热振复杂环境下普通的热电偶线容易损坏，电磁干扰严重，这对传感器本身提出了更高的抗振、抗干扰能力要求。再者，通常情况下，为达到很好的密封性能，传感器一般采用法兰加密封垫式的安装方式，然而这不适用于热振试验。因为法兰结构增加了传感器重量，这将对试验管路结构的力学性能产生影响，极限情况下会导致试件损坏。现有技术中没有装备能够解决上述问题。
发明内容
本实用新型的目的是开发高温振动环境下的管内气流温度测试装置，作为管路试验专用气流温度测试装置，解决热振高压恶劣环境对测试造成的新问题。需要解决的问题包括：1)提出热振环境下的新型温度测试装置的结构设计方案，解决密封问题；2)优选K偶丝材，解决敏感头易氧化和时间常数问题；3)设计测量线方案，解决热振环境下测量线易损坏、测量信号的干扰问题。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下：
一种高温振动环境下的管内气流温度测试装置，适用于测试待测试装置内部气体温度，包括外套螺母、铠装体、高温无机密封胶、K型热电偶；
铠装体整体为圆筒形，圆筒结构内设置K型热电偶，使用高温无机密封胶填充K型热电偶与铠装体之间的间隙，K型热电偶从铠装体中伸出；在铠装体中部外侧设计有球头密封结构，球面朝向待测试装置，在球面后部，设置外套螺母，外套螺母与待测装置连接。
在所述铠装体后端，K型热电偶连接至屏蔽补偿导线，屏蔽补偿导线外第一层为玻璃纤维绝缘防护套，然后玻璃纤维绝缘防护套外设置有第二层钢丝软套，钢丝软套与铠装体尾部焊接连接。
所述屏蔽补偿导线为0.5mm的K型热电偶丝材。
所述铠装体材质为1Cr18Ni9Ti，下段为长47mm、外径8mm的伸出端；中段为60°球头，，尾段为柱体密封段。
所述外套螺母选用星箭航天管件8YC1232-89标准的产品，材质为1Cr18Ni9Ti。
所述高温无机密封胶的型号为HT767B无机胶，最高耐温1400℃。
本实用新型所取得的有益效果如下：
本实用新型所述高温振动环境下的管内气流温度测试装置在满足耐高温、耐振动、密封性能高、抗干扰、时间常数小等各项技术指标之外，力争做到短小精悍，安装方便，成本低廉。本实用新型对热振试验环境下管内气流温度测试问题给出了较好的解决方案，已经成功应用于航天运载火箭领域。实践证明，该测试装置在恶劣的试验环境下，能够长时间、高可靠的工作，应用效果良好。
附图说明
图1为本实用新型所述高温振动环境下的管内气流温度测试装置结构图；
图中，1-屏蔽补偿导线；2-钢丝软套；3-外套螺母；4-铠装体；5-高温无机密封胶；6-K型热电偶。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步描述。
本实用新型所述高温振动环境下的管内气流温度测试装置包括：屏蔽补偿导线1、钢丝软套2、外套螺母3、铠装体4；高温无机密封胶5、K型热电偶6；
以铠装体4为主体，将K型热电偶6集成在其内部，K型热电偶6敏感端裸露在待测气体中，K型热电偶6与铠装体4之间填充高温无机密封胶5。
铠装体4整体为圆筒形，圆筒结构内设置K型热电偶6，并使用高温无机密封胶5填充K型热电偶6与铠装体4之间的间隙，K型热电偶6从铠装体4中伸出，探测温度。在铠装体4中部外侧设计有球头密封结构，球面朝向待测试装置，在球面后部，设置外套螺母3，外套螺母3与待测装置连接时，通过对于球头部分施压，球面与待测装置紧密接触，使球面能够和待测装置紧固密封。装置尾部的钢丝软套2和屏蔽补偿导线1均为抗振、耐高温、抗干扰设计。铠装体4后端，即图1中的上方，K型热电偶6连接至屏蔽补偿导线1。屏蔽补偿导线1采用双层保护，屏蔽补偿导线1外第一层为玻璃纤维绝缘防护套，并且设置两条，使得能承受400℃高温，然后玻璃纤维绝缘防护套外设置有第二层不锈钢编织防护套，钢丝软套2，钢丝软套2与铠装体4尾部焊接连接。
●铠装体4：材质为1Cr18Ni9Ti，下段为长47mm、外径8mm的伸出端。中段为60°球头，按照星箭航天管件标准YC1222-89加工，可满足公称压力PN<23MPa的密封要求。尾段为柱体密封段。
●外套螺母3：选用星箭航天管件8YC1232-89标准的产品，材质为1Cr18Ni9Ti，与铠装体4的球头配合达到密封效果。
高温无机密封胶5：铠装体内部需要浇灌密封胶，并进行固化。此胶需要有耐振、耐高温、密封性能良好等特点。同时尝试了陶瓷胶、高温修补剂和高温无机密封胶。实践发现，前两者在高温情况下的膨胀系数和不锈钢的膨胀系数相差较大，导致高温、振动下二者发生脱落，从而导致密封失效。高温无机密封胶5的密封效果良好，同时能承受最高990℃的温度，为最优选择。该胶的固化工艺为120℃的条件下固化6小时。高温无机密封胶5的型号为HT767B无机胶，最高耐温1400℃。
●K型热电偶6：综合考虑时间常数和敏感头的抗氧化性，对K偶丝材进行优选。丝材直径越大，则抗高温氧化能力越强，但时间常数变大。分别尝试了0.2、0.3、0.5、1.0mm直径的K型热电偶丝材。最终，0.3mm直径的K型热电偶丝材为最优选，其时间常数达到0.2～0.4s，且有一定的抗氧化性，使用寿命长，能很好的满足管路试验中的气流测量要求。此外，0.3mm的丝材在长时间振动环境下仍然容易损坏，固化后的高温无机密封胶可提供很好的保护作用。
●屏蔽补偿导线1：普通的补偿导线一般不能满足高温振动环境下的使用要求。导线需具有较强的耐高温、抗干扰能力。本项目设计了热振环境下专用屏蔽补偿导线，其特点如下：1)选用0.5mm的K型热电偶丝材，此丝材的直径略大于敏感头处的丝材，这增加了丝材的抗振性，增长了使用寿命。2)测量线采用双层保护，丝材外第一层为玻璃纤维绝缘防护套，能承受400℃高温，玻璃纤维绝缘防护套(两条)外设置有不锈钢编织防护套，即钢丝软套2，该防护套首先能对高温做进一步防护，然后能够屏蔽干扰信号，大大提高了测量数据的可靠性和使用寿命。
●钢丝软套2：钢丝软套2与铠装体4尾部焊接连接。采用不锈钢材料，具备一定的柔韧度。在振动环境下，钢丝软套2可对测量线根部起到很好的振动缓冲保护作用。
按照图1对此测试装置的六个部件(或部分)进行加工或备料，然后进行整体制作成型。其中，灌胶工艺为制作难点，需要进行多次分步灌胶、固化。固化条件为120℃下恒定6小时。
灌胶工艺完成后，安装钢丝软套和外套螺母。至此，该装置的制作完成。
该测试装置被成功应用在运载火箭增压管路热振试验当中。在试验气流的流通路径上，选取要测量的位置开孔，并焊接星箭航天标准管嘴8YC122-89，即可与该测试装置相连，并保证了密封性能。在进行安装时，所述管嘴8YC122-89由下至上顶住铠装体4中段的球头，同时，外套螺母3与所述管嘴8YC122-89连接后，由上至下对于铠装体4中段的球头施加压力，如此，达到了密封连接的目的。
Claims (6)
1.一种高温振动环境下的管内气流温度测试装置，适用于测试待测试装置内部气体温度，其特征在于：包括外套螺母(3)、铠装体(4)、高温无机密封胶(5)、K型热电偶(6)；
铠装体(4)整体为圆筒形，圆筒结构内设置K型热电偶(6)，使用高温无机密封胶(5)填充K型热电偶(6)与铠装体(4)之间的间隙，K型热电偶(6)从铠装体(4)中伸出；在铠装体(4)中部外侧设计有球头密封结构，球面朝向待测试装置，在球面后部，设置外套螺母(3)，外套螺母(3)与待测装置连接。
2.如权利要求1所述的一种高温振动环境下的管内气流温度测试装置，其特征在于：在所述铠装体(4)后端，K型热电偶(6)连接至屏蔽补偿导线(1)，屏蔽补偿导线(1)外第一层为玻璃纤维绝缘防护套，然后玻璃纤维绝缘防护套外设置有第二层钢丝软套(2)，钢丝软套(2)与铠装体(4)尾部焊接连接。
3.如权利要求2所述的一种高温振动环境下的管内气流温度测试装置，其特征在于：所述屏蔽补偿导线(1)为0.5mm的K型热电偶丝材。
4.如权利要求1所述的一种高温振动环境下的管内气流温度测试装置，其特征在于：所述铠装体(4)材质为1Cr18Ni9Ti，下段为长47mm、外径8mm的伸出端；中段为60°球头，尾段为柱体密封段。
5.如权利要求1所述的一种高温振动环境下的管内气流温度测试装置，其特征在于：所述外套螺母(3)选用星箭航天管件8YC1232-89标准的产品，材质为1Cr18Ni9Ti。
6.如权利要求1所述的一种高温振动环境下的管内气流温度测试装置，其特征在于：所述高温无机密封胶(5)的型号为HT767B无机胶，最高耐温1400℃。
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| CN106353462A (zh) * | 2016-11-18 | 2017-01-25 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电芯产气检测装置及检测方法 |
| CN107340081A (zh) * | 2017-08-14 | 2017-11-10 | 西安航天动力研究所 | 液体火箭发动机短型热电偶稳态校准装置 |
| CN111595476A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-08-28 | 西安航天动力试验技术研究所 | 液氧煤油发动机试验系统工艺管路用测温组件 |
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2014
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| CN107340081B (zh) * | 2017-08-14 | 2023-03-21 | 西安航天动力研究所 | 液体火箭发动机短型热电偶稳态校准装置 |
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