CN204168514U - 发动机用铠装加热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种发动机用铠装加热器，包括半环状外壳、加热器盖和加热模块，所述半环状外壳上设有安装孔和安装腔，所述加热模块安装固定在半环状外壳设有的安装腔中，所述加热器盖安装固定在半环状外壳上，所述加热器盖上设有电源引线安装孔，该电源引线安装孔中安装有电源引线密封段，所述加热模块包括支撑骨架、绝缘盖板和电热元件，所述支撑骨架上设有安装槽，所述电热元件安装固定在支撑骨架的安装槽中，所述绝缘盖板安装固定在支撑骨架上，用于盖住支撑骨架的安装槽，所述绝缘盖板上设有供电源引线通过的开口，电源引线分别与电热元件的两端电连接。其具有小型化、轻量化、安装方式简便易行、长寿命、高可靠性的优点。

Description

发动机用铠装加热器

技术领域

本实用新型涉及发动机系统领域，特别涉及一种发动机用铠装加热器。

背景技术

发动机喷注器中有多组流通推进剂的流道，在空间低温环境下，流道中的推进剂容易冻结。因此，必须采取加热措施，使得该处温度在推进剂冰点以上，以保证发动机正常启动和可靠工作。也就是说发动机正常点火最基本的条件就是推进剂流道的温度满足指标要求。在空间极端低温环境，需要通过加热器加热才能满足温度要求。而且，随着发动机应用领域的扩展以及越来越高的要求，发动机的结构设计应该朝着轻量化发展趋势，必然要求加热器件轻量化、微型化结构设计以及更高的可靠性，以满足发动机更宽范围要求的加热需求和应用领域的扩展要求。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种发动机用铠装加热器，其具有小型化、轻量化、安装方式简便易行、长寿命、高可靠性的优点。

本实用新型的技术方案是：一种发动机用铠装加热器，包括半环状外壳、加热器盖和加热模块，所述半环状外壳上设有安装孔和安装腔，所述加热模块安装固定在半环状外壳设有的安装腔中，所述加热器盖安装固定在半环状外壳上，用于盖住半环状外壳的安装腔，所述加热器盖上设有电源引线安装孔，该电源引线安装孔中安装有电源引线密封段，所述加热模块包括支撑骨架、绝缘盖板和电热元件，所述支撑骨架上设有安装槽，所述电热元件安装固定在支撑骨架的安装槽中，所述绝缘盖板安装固定在支撑骨架上，用于盖住支撑骨架的安装槽，所述绝缘盖板上设有供电源引线通过的开口，电源引线分别与电热元件的两端电连接。

所述加热模块为半环状，所述外壳的安装腔为与加热模块相适应的半环形凹腔。

所述加热模块的绝缘盖板包括上绝缘盖板、下绝缘盖板以及两侧绝缘盖板，所述加热模块的支撑骨架的上、下两面均设有贯穿支撑骨架的安装槽，支撑骨架的上、下两面的安装槽相互对应设置，加热模块的电热元件安装固定在支撑骨架的安装槽中，环支撑骨架设置，所述上绝缘盖板、下绝缘盖板分别安装固定在支撑骨架的上、下两面，所述两侧绝缘盖板分别安装固定在支撑骨架的两端面，所述上绝缘盖板上设有供绝缘套管穿过的过孔，所述加热模块内设有绝缘填充材料。

所述加热模块的电热元件经过渡引线与电源引线连接，所述过渡引线分别固定在两绝缘套管中，且两端分别延伸出绝缘套管，所述电源引线密封段包括第一密封套管，所述第一密封套管固定在加热器盖的电源引线安装孔中，两绝缘套管固定在第一密封套管的中心孔内，两绝缘套管均通过绝缘盖板的开口伸入加热模块中，两绝缘套管一端的过渡引线分别与加热模块中的电热元件的两端连接，两绝缘套管另一端的过渡引线分别与电源引线连接。

所述第一密封套管向外延伸出加热器盖，所述加热器盖上固定有第二密封套管，该第二密封套管套在第一密封套管的延伸段外面，所述第二密封套管中填充高温有机密封材料用来密封第二密封套管。 

所述过渡引线为银引线或镍引线，所述电源引线为聚酰亚胺薄膜绝缘镀银铜导线。

所述加热模块的电热元件为加热丝绕制成的螺旋状电热元件。

所述加热丝采用直径为0.08mm 的Karma 微细丝。

所述安装孔为两个，两安装孔分别位于半环状外壳的两端，通过安装孔把加热器安装在发动机法兰盘上，半环状外壳的中间设置用于安装固定加热模块的安装腔。

本实用新型的有益效果是：由于本实用新型包括半环状外壳、加热器盖和加热模块，所述半环状外壳上设有安装孔和安装腔，所述加热模块安装固定在半环状外壳设有的安装腔中，所述加热器盖安装固定在半环状外壳上，用于盖住半环状外壳的安装腔，半环状外壳与加热器盖用于保护加热模块。所述加热模块包括支撑骨架、绝缘盖板和电热元件，所述支撑骨架上设有安装槽，所述电热元件安装固定在支撑骨架的安装槽中，所述绝缘盖板安装固定在支撑骨架上，用于盖住支撑骨架的安装槽，所述绝缘盖板上设有供电源引线通过的开口，电源引线分别与电热元件的两端电连接。这些设计、制作工艺所带来的积极效果是：确保狭小结构尺寸下的功率密度以及绝缘性能的实现，制作的加热器易操作、安装简单、需求面积小、不需要二次电源、抗潮湿性能好、高温绝缘性能好；同时加热器件结构及制作工艺能很好的适应空间环境、发动机工作环境以及力学环境。体现在：

（1）实现大电阻加热器件的小型化、轻量化（≤15g）

符合发动机推进系统小型化、轻量化发展趋势。

（2）加热器件功率密度≤1W/cm²,　加热器件的断路、短路现象能完全避免，可靠性高，寿命提高，可满足15年寿命期要求。

加热器件在室温、相对湿度不大于65%的环境下，用250V直流兆欧表测得加热器件的绝缘电阻≥250MΩ。高温绝缘电阻（350℃）≥2MΩ。

（3）加热器件能耐受下列验证试验：

①40V异常电压试验

②力学性能试验

③大气中持续通电试验：额定功率下将加热器件持续通电4小时，恢复至室温，绝缘电阻不低于250MΩ（250V直流兆欧表）。

④真空连续高温试验：真空压力≤5×10-3Pa，每次高温(350±20℃)时间不小于2h，累积高温时间不小于150h。高温时须多次测量电加热器件的绝缘电阻，不低于2MΩ(250V直流兆欧表)。

⑤真空下温度交变试验：高温为350±20℃，低温为80±20℃，降温时切断加热器件电源，升温时接通加热器件电源，高低温分别停留3min，升温过程不超过6min，温度交变次数不少于10次，累计1000次。整个试验过程中多次测量高、低温时加热器件绝缘电阻，不低于2MΩ(250V直流兆欧表)。真空试验结束后，将加热器件从真空设备中取出，室温时测量其阻值及绝缘电阻，不超过原阻值的±7%，绝缘电阻不低于20MΩ(250V直流兆欧表)。

试验均完成后，加热器件表面平整，无变形，无裂纹，其尺寸满足图纸要求，电性能满足各项试验对应要求。

所述加热器盖上设有电源引线安装孔，该电源引线安装孔中安装有电源引线密封段，电源引线密封段采用的是双层密封结构，有效解决了空间有限的电源引线的密封过渡问题。

聚酰亚胺薄膜绝缘镀银铜导线与过渡银引线或镍引线，及过渡引线与微细丝电热元件采用银铜钎焊工艺，焊点牢固可靠，有效解决了微细丝连接点强度问题；而且能有效防止其它焊接方式如氩弧焊给电热元件带来的缩径现象，而降低电热元件的强度。

用作电热元件的Karma 微细丝材料，电阻率高（1.33μΩ·m（20℃）），抗拉强度高（951 Mpa），电阻温度系数(3.6×10^-6℃^-1)，比常用的Cr20Ni80性能优良，同样电阻要求的条件下可以选择较细的丝，可使电阻丝的长度短很多，从而实现狭小结构尺寸下的电阻丝的布置安装。

上绝缘瓷板、侧绝缘瓷板、刚玉支撑骨架、下绝缘瓷板及绝缘瓷管的作用是保证电热元件有效的与加热器外壳绝缘，可靠的避免短路现象的发生。高温无机胶（陶瓷基）的作用是相关部件之间的固定，以防止发动机运行过程中的振动、冲击所带来的影响。

总之，本实用新型具备安装方式简便易行、安装面积小、电阻密度高，表面负荷低、抗潮湿性能好、高温绝缘性能好、无需电压较小的二次电源等优点，从而提高发动机的可靠性。

下面结合附图和具体实施方式作进一步的说明。

附图说明

图1为本实用新型的外观示意图；

图2为图1的A向示意图；

图3为本实用新型的结构示意图；

图4为本实用新型的结构简图；

图5为本实用新型的电源引线双层密封段的结构示意图；

图6为一次温度交变试验程序。

附图中，1为加热器外壳，1a为安装孔，1b为安装腔，2为加热器盖，3为电源引线密封段，4为上绝缘盖板，5为侧绝缘盖板，6为支撑骨架，7为电热元件，8为下绝缘盖板，9为绝缘填充材料，10为第二密封套管，11为高温有机密封材料，12为电源引线，13为过渡引线，14为绝缘套管，15为第一密封套管。

具体实施方式

参见图1至图6，一种发动机用铠装加热器，包括半环状外壳、加热器盖和加热模块。所述半环状外壳1、加热器盖采用不锈钢材料制成。所述半环状外壳上设有安装孔1a和安装腔1b。本实施例的所述安装孔为两个，两安装孔分别位于半环状外壳的两端，用于加热器与发动机联接，两个加热器成对安装，安装在发动机法兰盘上，给发动机喷注器的流通推进剂的流道加热。本实施例的各安装孔1a的孔心分别与半环状外壳1的两端端面之间的夹角α为10°，半环状外壳1的两端端面之间的夹角α为170°。半环状外壳的中间设置用于安装固定加热模块的安装腔。加热器外壳上的两个安装孔一体式设计，安装电热元件等附件的空间以加工中心的方法加工。所述加热模块安装固定在半环状外壳设有的安装腔中，所述加热器盖2安装固定在半环状外壳上，用于盖住半环状外壳的安装腔，所述加热器盖上设有电源引线安装孔，该电源引线安装孔中安装有电源引线密封段3，所述加热模块包括支撑骨架、绝缘盖板和电热元件，所述支撑骨架上设有安装槽，所述电热元件安装固定在支撑骨架的安装槽中，所述绝缘盖板安装固定在支撑骨架上，用于盖住支撑骨架的安装槽，所述绝缘盖板上设有供电源引线通过的开口，所述电源引线12分别与电热元件7的两端电连接。

优选地，所述加热模块的电热元件经过渡引线13与电源引线连接。所述过渡引线分别固定在两绝缘套管中，且两端分别延伸出绝缘套管，所述电源引线密封段包括第一密封套管，所述第一密封套管固定在加热器盖的电源引线安装孔中。两绝缘套管14固定在第一密封套管的中心孔内。因为第一密封套管直径很小，因此可以通过高温无机胶将两绝缘套管14直接固定在第一密封套管中。两绝缘套管均通过绝缘盖板的开口伸入加热模块中。两绝缘套管一端的过渡引线分别与加热模块中的电热元件的两端连接，两绝缘套管另一端的过渡引线分别与电源引线连接。所述第一密封套管向外延伸出加热器盖，所述加热器盖上固定有第二密封套管，该第二密封套管10套在第一密封套管15的延伸段外面，所述第二密封套管中填充高温有机密封材料11用来密封第二密封套管。所述第一密封套管为内层密封套管，第二密封套管为外层密封套管。本实施例的两根过渡引线均为银引线或镍引线，所述电源引线为聚酰亚胺薄膜绝缘镀银铜导线。电源引线密封段采用双层密封结构（外层密封套管、内层密封套管），有效解决了空间有限的电源引线的密封过渡问题，以利焊点及裸路导线线的密封安装。本实用新型的所有焊缝缝实现自动激光焊接。电热元件与过渡引线及过渡引线与电源引线均通过银铜钎焊工艺焊接。聚酰亚胺薄膜绝缘镀银铜导线与过渡银引线或镍引线，及过渡引线与微细丝电热元件采用银铜钎焊工艺，焊点牢固可靠，有效解决了微细丝连接点强度问题；而且能有效防止其它焊接方式如氩弧焊给电热元件带来的缩径现象，而降低电热元件的强度。

本实施例的所述加热模块为半环状。所述半环状外壳的安装腔为与加热模块相适应的半环形凹腔。该加热模块不是正半环状，占整个环形不到一半。加热模块恰好可以放在半环状外壳的安装腔中。所述加热模块的绝缘盖板包括上绝缘盖板4、下绝缘盖板8以及两侧绝缘盖板5，所述加热模块的支撑骨架6的上、下两面均设有沿环形贯穿支撑骨架的安装槽，支撑骨架的上、下两面的安装槽相互对应设置，加热模块的电热元件安装固定在支撑骨架的安装槽中，环支撑骨架设置，所述上绝缘盖板、下绝缘盖板分别安装固定在支撑骨架的上、下两面，所述两侧绝缘盖板分别安装固定在支撑骨架的两端面，所述上绝缘盖板上设有供绝缘套管穿过的过孔，所述加热模块内设有绝缘填充材料9。绝缘填充材料可以采用Al2O3或MgO粉、高温无机胶、环氧胶等。所述上绝缘盖板采用上绝缘瓷板。所述下绝缘盖板采用下绝缘瓷板。所述侧绝缘盖板采用侧绝缘瓷板。支撑骨架、上绝缘盖板、下绝缘盖板、侧绝缘盖板之间的固定采用高温无机胶。其他部件之间的固定也采用高温无机胶。所述加热模块的电热元件由电阻率高、强度好、电阻温度系数小的Karma 微细丝（φ0.08mm）电阻材料绕制成螺旋状电热元件。支撑骨架采用刚玉支撑骨架。绝缘套管采用绝缘瓷管。电热元件为高电阻率加热丝，用作电热元件的Karma 微细丝材料，电阻率高（1.33μΩ·m（20℃）），抗拉强度高（951 Mpa），电阻温度系数(3.6×10^-6℃^-1)，比常用的Cr20Ni80性能优良，同样电阻要求的条件下可以选择较细的丝，可使电阻丝的长度短很多，从而实现狭小结构尺寸下的电阻丝的布置安装。上绝缘瓷板、侧绝缘瓷板、刚玉支撑骨架、下绝缘瓷板及绝缘瓷管的作用是保证电热元件有效的与加热器外壳绝缘，可靠的避免短路现象的发生。高温无机胶（陶瓷基）的作用是相关部件之间的固定，以防止发动机运行过程中的振动、冲击所带来的影响。调好电阻的电热元件两端与两根过渡银引线或镍引线以银铜纤焊工艺连接，安装在刚玉支撑骨架内，并用高温无机胶固定，且两根过渡引线套上绝缘瓷管，所有间隙用MgO粉或Al₂O₃粉填实, 并用高温无机胶固定上绝缘瓷板、下绝缘瓷板于支撑骨架上下两面，侧绝缘瓷板于支撑骨架两端，以上经烘干固化后成为一个加热模块。

本加热器件结构尺寸小、重量轻（≤15g），在满足结构强度、焊接工艺、可靠性的前提下，尽量扩大加热器内部空间尺寸，以利各零配件在加热器内部空间的匹配安装，控制加热器件产品的重量。 

在保证强度及焊接工艺要求的条件下，加热器外壳、加热器盖、电源引线密封段的金属结构件尽可能的薄，一是减轻重量，更主要的是有尽可能大的空间安装发热元件、刚玉支撑骨架等附件。

这些设计、制作工艺所带来的积极效果是：确保狭小结构尺寸下的功率密度以及绝缘性能的实现，制作的加热器易操作、安装简单、需求面积小、不需要二次电源、抗潮湿性能好、高温绝缘性能好；同时加热器件结构及制作工艺能很好的适应空间环境、发动机工作环境以及力学环境。体现在：

（1）实现大电阻加热器件的小型化、轻量化（≤15g）

符合发动机推进系统小型化、轻量化发展趋势。

（2）加热器件功率密度≤1W/cm²,　加热器件的断路、短路现象能完全避免，可靠性高，寿命提高，可满足15年寿命期要求。

加热器件在室温、相对湿度不大于65%的环境下，用250V直流兆欧表测得加热器件的绝缘电阻≥250MΩ。高温绝缘电阻（350℃）≥2MΩ。

（3）加热器件能耐受下列验证试验：

①40V异常电压试验

②力学性能试验

Ⅰ振动试验

表1：发动机用微型铠装加热器振动试验条件

注：a正弦振动扫描速率：2oct/min。

b正弦振动扫描振幅：正弦扫描的振幅为单峰值（0－P）。

c随机振动试验时间：2min/轴向。

Ⅱ冲击试验

冲击试验条件见表2。

表2：发动机用微型铠装加热器冲击试验条件

③大气中持续通电试验：额定功率下将加热器件持续通电4小时，恢复至室温，绝缘电阻不低于250MΩ（250V直流兆欧表）。

④真空连续高温试验：真空压力≤5×10-3Pa，每次高温(350±20℃)时间不小于2h，累积高温时间不小于150h。高温时须多次测量电加热器件的绝缘电阻，不低于2MΩ(250V直流兆欧表)。

⑤真空下温度交变试验：高温为350±20℃，低温为80±20℃，降温时切断加热器件电源，升温时接通加热器件电源，高低温分别停留3min，升温过程不超过6min，温度交变次数不少于10次，累计1000次。整个试验过程中多次测量高、低温时加热器件绝缘电阻，不低于2MΩ(250V直流兆欧表)。真空试验结束后，将加热器件从真空设备中取出，室温时测量其阻值及绝缘电阻，不超过原阻值的±7%，绝缘电阻不低于20MΩ(250V直流兆欧表)，参见图6为一次温度交变试验程序。

试验均完成后，加热器件表面平整，无变形，无裂纹，其尺寸满足图纸要求，电性能满足各项试验对应要求。

Claims (9)

1.一种发动机用铠装加热器，其特征在于：包括半环状外壳、加热器盖和加热模块，所述半环状外壳上设有安装孔和安装腔，所述加热模块安装固定在半环状外壳设有的安装腔中，所述加热器盖安装固定在半环状外壳上，用于盖住半环状外壳的安装腔，所述加热器盖上设有电源引线安装孔，该电源引线安装孔中安装有电源引线密封段，所述加热模块包括支撑骨架、绝缘盖板和电热元件，所述支撑骨架上设有安装槽，所述电热元件安装固定在支撑骨架的安装槽中，所述绝缘盖板安装固定在支撑骨架上，用于盖住支撑骨架的安装槽，所述绝缘盖板上设有供电源引线通过的开口，电源引线分别与电热元件的两端电连接。

2.根据权利要求1所述的发动机用铠装加热器，其特征在于：所述加热模块为半环状，所述半环状外壳的安装腔为与加热模块相适应的半环形凹腔。

3.根据权利要求2所述的发动机用铠装加热器，其特征在于：所述加热模块的绝缘盖板包括上绝缘盖板、下绝缘盖板以及两侧绝缘盖板，所述加热模块的支撑骨架的上、下两面均设有贯穿支撑骨架的安装槽，支撑骨架的上、下两面的安装槽相互对应设置，加热模块的电热元件安装固定在支撑骨架的安装槽中，环支撑骨架设置，所述上绝缘盖板、下绝缘盖板分别安装固定在支撑骨架的上、下两面，所述两侧绝缘盖板分别安装固定在支撑骨架的两端面，所述上绝缘盖板上设有供绝缘套管穿过的过孔，所述加热模块内设有绝缘填充材料。

4.根据权利要求1所述的发动机用铠装加热器，其特征在于：所述加热模块的电热元件经过渡引线与电源引线连接，所述过渡引线分别固定在两绝缘套管中，且两端分别延伸出绝缘套管，所述电源引线密封段包括第一密封套管，所述第一密封套管固定在加热器盖的电源引线安装孔中，两绝缘套管固定在第一密封套管的中心孔内，两绝缘套管均通过绝缘盖板的开口伸入加热模块中，两绝缘套管一端的过渡引线分别与加热模块中的电热元件的两端连接，两绝缘套管另一端的过渡引线分别与电源引线连接。

5.根据权利要求4所述的发动机用铠装加热器，其特征在于：所述第一密封套管向外延伸出加热器盖，所述加热器盖上固定有第二密封套管，该第二密封套管套在第一密封套管的延伸段外面，所述第二密封套管中填充高温有机密封材料用来密封第二密封套管。

6.根据权利要求4所述的发动机用铠装加热器，其特征在于：所述过渡引线为银引线或镍引线，所述电源引线为聚酰亚胺薄膜绝缘镀银铜导线。

7.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的发动机用铠装加热器，其特征在于：所述加热模块的电热元件为加热丝绕制成的螺旋状电热元件。

8.根据权利要求7所述的发动机用铠装加热器，其特征在于：所述加热丝采用直径为0.08mm 的Karma 微细丝。

9.根据权利要求1所述的发动机用铠装加热器，其特征在于：所述安装孔为两个，两安装孔分别位于半环状外壳的两端，通过安装孔把加热器安装在发动机法兰盘上，半环状外壳的中间设置用于安装固定加热模块的安装腔。