CN215338808U - 一种风洞稳定段高总温测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及风洞测试技术领域，尤其涉及一种风洞稳定段高总温测量装置。该装置包括耐高温金属管、热电偶、密封金属垫片和帽形锁紧螺母，通过耐高温金属管、定位盘、密封金属垫片和帽形锁紧螺母实现热电偶可靠的密封安装，避免高温、高压气体泄露。热电偶伸入高温气体通道内实现风洞稳定段高总温接触测量，并且耐高温金属管经过稳定段的冷却水通道，能够实现一定程度的冷却降温，进一步保证实现在高温、高压工况下的风洞稳定段高总温接触测量。装置整体结构简单，成本低，效益高。

Description

一种风洞稳定段高总温测量装置

技术领域

本实用新型涉及风洞测试技术领域，尤其涉及一种风洞稳定段高总温测量装置。

背景技术

高马赫数风洞在运行过程中，为了防止流场气体冷凝或模拟真实气体效应，一般需要采用加热器对气体进行加热。稳定段内的气体流速相对较低，温度接近总温，使用空气作为介质，有高温、高压、强氧化性的特点，大部分的检测器材都会融化、烧蚀，而且稳定段也有很高的密封要求，因此，接触测量一直难以实现。

目前，为了解决这个难题，一般采用喉道音速法、光谱分析法等间接测量方法获取稳定段总温，但由于误差传导、测量信息不同步等因素，导致间接测量结果存在一定的误差，且该误差不易分析。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种风洞稳定段高总温测量装置，解决现有技术不能实现风洞稳定段高总温接触测量的问题。

(二)技术方案

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种风洞稳定段高总温测量装置，包括：

耐高温金属管，与稳定段密封固定连接，其一端沿垂直稳定段轴向的方向经冷却水通道插入稳定段，且与稳定段内的高温气体通道连通，另一端位于稳定段外，且具有外螺纹；

热电偶，包括耐高温金属壳体、穿设在耐高温壳体内的藕丝以及填充在耐高温金属壳体与藕丝之间设有耐高温绝缘层，热电偶的后部设有信号输出端，热电偶的外周侧具有定位盘，热电偶的前端穿过耐高温金属管伸入高温气体通道，定位盘能够挡在耐高温金属管的端部，限制热电偶伸入高温气体通道内的深度；

密封金属垫片，套设在热电偶上且位于定位盘与耐高温金属管的端部之间，且密封金属垫片的硬度小于定位盘和耐高温金属管的硬度；以及

帽形锁紧螺母，在其封闭端设有供信号输出端穿过的过孔，帽形锁紧螺母通过外螺纹与耐高温金属管螺纹锁紧连接，信号输出端从过孔穿出。

优选地，耐高温金属壳体下端的直径小于上端的直径。在此基础上，耐高温金属壳体优选呈阶梯状。

优选地，耐高温金属壳体的外表面涂覆有耐高温抗氧化涂层。

优选地，耐高温抗氧化涂层采用铱合金材料。

优选地，密封金属垫片为紫铜材料制成；和/或

耐高温金属管为06Cr25Ni20或GH30制成。

优选地，藕丝为铱铑-铱材料制成。

优选地，藕丝的测试端点伸出耐高温金属壳体外，且位于稳定段的轴线上。

优选地，热电偶与耐高温金属管内壁之间的间隙为0.1～0.2mm。

优选地，耐高温金属管与稳定段焊接固定。

优选地，定位盘与耐高温金属壳体为一体结构，由钽钨合金制成；和/或

耐高温绝缘层为氧化镁或氧化铝材料制成。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：本实用新型提供的风洞稳定段高总温测量装置，通过耐高温金属管、定位盘、密封金属垫片和帽形锁紧螺母实现热电偶可靠的的密封安装，避免高温、高压气体泄露。热电偶伸入高温气体通道内实现风洞稳定段高总温接触测量，并且耐高温金属管经过稳定段的冷却水通道，能够实现一定程度的冷却降温，进一步保证实现在高温、高压工况下的风洞稳定段高总温接触测量。装置整体结构简单，成本低，效益高。

附图说明

本实用新型附图仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。

图1是本实用新型实施例中一种风洞稳定段高总温测量装置安装在稳定段的结构示意图；

图2是图1的半剖结构示意图；

图3是本实用新型实施例一种耐高温金属管安装在稳定段的结构示意图；

图4是本实用新型实施例一种热电偶的结构示意图；

图5是图4中的A部放大示意图。

图中：1：稳定段；11：冷却水通道；12：外壳体；13：内壳体；14：冷却水接口；15：高温气体通道；

2：耐高温金属管；

3：热电偶；31：耐高温金属壳体；32：藕丝；321：测试端点；33：耐高温绝缘层；34：信号输出端；35：定位盘；

4：密封金属垫片；

5：帽形锁紧螺母。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1-图3所示，本实用新型实施例提供的风洞稳定段高总温测量装置，包括耐高温金属管2、热电偶3、密封金属垫片4和帽形锁紧螺母5。

参见图2和图3所示，稳定段1的外壳体12和内壳体13设有用于穿设耐高温金属管2的孔，且外壳体12和内壳体13上的孔沿垂直稳定段1轴向的方向同轴设置，冷却水通道11位于外壳体12和内壳体13之间，耐高温金属管2的一端从外壳体12上的孔经冷却水通道11和内壳体13上孔与稳定段1内的高温气体通道15连通，另一端位于稳定段1外，且具有外螺纹。冷却水通道11由冷却水接口14循环进出冷却水(一般至少两个冷却水接口14，一个进水，另一个出水)，能够持续的实现降温，对热电偶3起到一定的降温保护作用。优选地，耐高温金属管为06Cr25Ni20或GH30制成。

耐高温金属管2与稳定段1密封固定连接，避免两者连接处有缝隙，从而导致高温高压气体泄露。本实施例优选的实施方式中，耐高温金属管2与稳定段1之间采用螺纹密封连接或者焊接固定。需要说明的是，耐高温金属管2可以是部分插入连接内壳体13上的孔，也可以是直接抵在内壳体13的外侧壁，还可以完全插入与内壳体13的内侧壁齐平。优选地，耐高温金属管2与稳定段1的外壳体12和内壳体13分别焊接固定，焊接完成后进行水压试验，保证无渗漏、变形，与内壳体13焊接处进行打磨，避免出现局部缺陷，形成局部过热、烧毁现象。

参见图1、图2、图4和图5所示，热电偶3包括耐高温金属壳体31、穿设在耐高温壳体31内的藕丝32以及填充在耐高温金属壳体31与藕丝32之间设有耐高温绝缘层33，避免发生短路以及能够进一步的保护热电偶避免被高温损坏。热电偶3的后部设有信号输出端34，热电偶3的外周侧具有定位盘35，热电偶3的前端穿过耐高温金属管2伸入高温气体通道15，定位盘35能够挡在耐高温金属管2的端部，限制热电偶3伸入高温气体通道15内的深度。需要说明的是，信号输出端34为热电偶用于向外输出信号的常规结构，在此不再赘述。

参见图2所示，密封金属垫片4套设在热电偶3上且位于定位盘35与耐高温金属管2的端部之间，且密封金属垫片4的硬度小于定位盘35和耐高温金属管2的硬度，在帽形锁紧螺母5锁紧时，能够使密封金属垫片4发生变形与上下接触面贴合性更好，实现较好的密封，避免高温、高压气体泄露，例如，采用紫铜、银等材料制作。优选地，定位盘35的上侧面、耐高温金属管2的上端面的粗糙度不大于3.2μm，以达到更好的密封效果。

参见图1和图2所示，帽形锁紧螺母5的封闭端部设有供信号输出端34穿过的过孔，帽形锁紧螺母5通过外螺纹与耐高温金属管2螺纹锁紧连接，信号输出端34从过孔穿出。

本实施例中的风洞稳定段高总温测量装置，通过耐高温金属管2、定位盘35、密封金属垫片4和帽形锁紧螺母5实现热电偶3可靠的密封安装，避免高温、高压气体泄露。热电偶3伸入高温气体通道15内实现风洞稳定段高总温接触测量，并且耐高温金属管2经过稳定段1的冷却水通道11，能够实现一定程度的冷却降温，进一步保证实现在高温、高压工况下的风洞稳定段高总温接触测量。

为了尽量减小对气流的扰动，在一些优选实施方式中，参见图2和图4所示，耐高温金属壳体31下端的直径小于上端的直径，即在当前的加工技术能够达到的前提下，优选地，伸入高温气体通道15的热电偶3部分直径尽可能的小。结合当前加工技术以及密封等综合考虑，优选地，耐高温金属壳体31呈阶梯状，下端(伸入高温气体通道15内的一端)的直径小于上端的直径。当然，在其他一些实施方式中，热电偶3的外壳也可为锥形。

在一些实施方式中，热电偶3的耐高温金属壳体31优选采用耐高温难熔合金制作，例如，钽钨合金等。而针对抗氧化性相对较差的材料，优选地，参见图5所示，在耐高温金属壳体31的外侧涂覆耐高温抗氧化涂层36，优选地，耐高温抗氧化涂层为铱基抗氧化涂层，即采用铱合金材料制作涂层。更优选地，定位盘35与耐高温金属壳体31为一体结构，采用相同材料制作。

在一些优选实施方式中，藕丝32采用铱铑-铱材料制作，可测量2190℃以下的温度。优选地，耐高温绝缘层33采用氧化镁材料制作。

为了提高密封效果，在一些优选实施方式中，热电偶3与耐高温金属管2的内壁之间的间隙为0.1～0.2mm。例如，0.1mm、0.15mm、0.18mm、0.2mm。即能够保证安装，又能够实现较好结构密封。

为了提高测量速度和精确度，在一些优选实施方式中，参见图1、图2、图4和图5藕丝32的测试端点321伸出耐高温金属壳体31外，且位于稳定段1的轴线上。

需要说明的是，本实施例中耐高温的部件，其耐受温度与风洞的模拟环境有关，一般是要能够承受1600K以上的温度而不影响其在结构中所起的作用。但本领域技术人员应当理解的是，选用耐高温材料时可以根据实际情况进行选取，例如，若模拟的环境需要达到1600K～2300K的高温，不超过10MPa的高压，则耐高温则至少应能承受2300K以上的温度以及10MPa以上的高压。若模拟环境的温度低于1000K，则选用耐高温材料时也可以降低相应耐高温要求。当然，若考虑通用性，也可以直接选用能够满足模拟环境温度最高上限的耐高温材料。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，不存在方案冲突的情况下，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

此外，在不脱离本实用新型的范围的情况下，对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种风洞稳定段高总温测量装置，其特征在于，包括：

耐高温金属管，与稳定段密封固定连接，其一端沿垂直稳定段轴向的方向经冷却水通道插入所述稳定段，且与所述稳定段内的高温气体通道连通，另一端位于所述稳定段外，且具有外螺纹；

热电偶，包括耐高温金属壳体、穿设在所述耐高温壳体内的藕丝以及填充在所述耐高温金属壳体与所述藕丝之间设有耐高温绝缘层，所述热电偶的后部设有信号输出端，所述热电偶的外周侧具有定位盘，所述热电偶的前端穿过所述耐高温金属管伸入所述高温气体通道，所述定位盘能够挡在所述耐高温金属管的端部，限制所述热电偶伸入所述高温气体通道内的深度；

密封金属垫片，套设在所述热电偶上且位于所述定位盘与所述耐高温金属管的端部之间，且所述密封金属垫片的硬度小于所述定位盘和所述耐高温金属管的硬度；以及

帽形锁紧螺母，在其封闭端设有供所述信号输出端穿过的过孔，所述帽形锁紧螺母通过所述外螺纹与所述耐高温金属管螺纹锁紧连接，所述信号输出端从所述过孔穿出。

2.根据权利要求1所述的风洞稳定段高总温测量装置，其特征在于：所述耐高温金属壳体下端的直径小于上端的直径。

3.根据权利要求2所述的风洞稳定段高总温测量装置，其特征在于：所述耐高温金属壳体呈阶梯状。

4.根据权利要求1所述的风洞稳定段高总温测量装置，其特征在于：所述耐高温金属壳体的外表面涂覆有耐高温抗氧化涂层。

5.根据权利要求4所述的风洞稳定段高总温测量装置，其特征在于：所述耐高温抗氧化涂层采用铱合金材料。

6.根据权利要求1所述的风洞稳定段高总温测量装置，其特征在于：所述密封金属垫片为紫铜材料制成；和/或

所述耐高温金属管为06Cr25Ni20或GH30制成。

7.根据权利要求1所述的风洞稳定段高总温测量装置，其特征在于：所述藕丝为铱铑-铱材料制成。

8.根据权利要求1或7所述的风洞稳定段高总温测量装置，其特征在于：所述藕丝的测试端点伸出所述耐高温金属壳体外，且位于所述稳定段的轴线上。

9.根据权利要求1所述的风洞稳定段高总温测量装置，其特征在于：所述热电偶与所述耐高温金属管的内壁之间的间隙为0.1～0.2mm，和/或

所述耐高温金属管与所述稳定段焊接固定。

10.根据权利要求1或7所述的风洞稳定段高总温测量装置，其特征在于：所述定位盘与所述耐高温金属壳体为一体结构，由钽钨合金制成；和/或

所述耐高温绝缘层为氧化镁或氧化铝材料制成。

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