本发明专利技术属于高超声速风洞试验设备领域，公开了一种用于超大型蓄热式加热器的内部元件支撑装置及安装方法。该内部元件支撑装置通过支撑环、中空支撑柱逐渐减小相邻内部元件之间的接触面积，从而大幅减小内部元件支撑装置的热传导面积，减少热损失，不需要增加支撑柱长度和隔热层厚度即可确保蓄热式加热器的承压壳体使用安全；仅支撑柱与垫环、垫环与下封头两个连接处采用焊接装配，其余连接处均不采用焊接，进一步减小热传导率。该安装方法包括垫环与下封头组焊、支撑柱与垫环组焊、安装支撑环和安装支撑孔板。该内部元件支撑装置及安装方法能够适应2米量级大型高超声速风洞试验气流加热需求，具有工程实用性。具有工程实用性。具有工程实用性。
【技术实现步骤摘要】
用于超大型蓄热式加热器的内部元件支撑装置及安装方法
[0001]本专利技术属于高超声速风洞试验设备领域，具体涉及一种用于超大型蓄热式加热器的内部元件支撑装置及安装方法。
技术介绍
[0002]在用空气作试验介质的常规高超声速风洞中，由于气流流速极高，达到马赫数5至10，气流经喷管剧烈膨胀后，气流中的水蒸汽和二氧化碳发生凝结，造成流场的不均匀性，使得试验数据不准确，这在高超声速风洞气动试验中是不允许的。因此，在以空气为介质的常规高超声速风洞中需要设置蓄热式加热器，将气流加热到所需要的防冷凝温度。
[0003]蓄热式加热器由承压壳体、隔热层、蓄热体、支撑装置组成，蓄热式加热器结构见图1。蓄热式加热器的工作原理是预先将蓄热体加热到要求的温度，之后冷气流过蓄热体并与蓄热体换热，将冷气流加热到所需要的防冷凝温度后形成热气流，热气流流出蓄热式加热器至下游喷管，形成超音速流场。2米量级大型高超声速风洞的大型蓄热式加热器工作温度1373K，风洞运行压力范围为10Mpa~12MPa，最大气流量大于650kg/s，蓄热式加热器下游气流速度最大马赫数10。
[0004]为了满足2米量级大型高超声速风洞试验对气流的加热需求，蓄热式加热器总高度大于17m，筒体外径大于3500mm；内部的蓄热体高度大于12米，重量大于300吨，隔热层重量大于50吨。
[0005]内部元件支撑装置的作用是支撑蓄热体、隔热层，内部元件支撑装置需要长期在高温、高压、大流量、真空抽吸、高压冲刷等恶劣工况下工作。
[0006]2米量级大型高超声速风洞的大型蓄热式加热器的内部元件支撑装置设计面临以下困难：1.蓄热体与内部元件支撑装置、内部元件支撑装置与壳体之间接触面积大，导热面积大，下封头容易出现局部过热，影响蓄热式加热器的使用安全。
[0007]2.蓄热体和隔热层重量超过350吨，内部元件支撑装置的载荷大，通常采用多个实心支撑柱支撑，导热面积大，蓄热式加热器的热损失大，下封头在实心支撑柱附近的热量集中，容易出现局部过热，影响蓄热式加热器的使用安全。
[0008]3.由于存在多个实心支撑柱，下封头和实心支撑柱之间的保温隔热效果减弱，为了确保实心支撑柱底部和下封头温度在容许范围，通常需要通过延长实心支撑柱、增加隔热层厚度等措施确保温度降低到容许范围内，导致蓄热式加热器的尺寸增大，建设成本增加。
[0009]4.蓄热体为分层加工件堆叠而成，在长期高温、高压、大流量冲击工况下，蓄热体的支撑稳定性难以保证。
[0010]5.由于隔热层包含一定厚度的浇注料层，浇注料层和支撑孔板安装完成后，支撑孔板无法拆卸，下封头内部元件维修更换困难。
[0011]当前，亟需发展及一种用于超大型蓄热式加热器的内部元件支撑装置及安装方
法。
技术实现思路
[0012]为了解决内部元件支撑装置导热面积大、蓄热式加热器热损失大、下封头容易出现局部过热、支撑稳定性难以保证、下封头内部元件维修更换困难等问题，本专利技术提供了一种用于超大型蓄热式加热器的内部元件支撑装置及安装方法。
[0013]本专利技术的用于超大型蓄热式加热器的内部元件支撑装置，其特点是，所述的内部元件支撑装置从上至下依次包括支撑孔板、支撑环、支撑柱和垫环；支撑柱为竖直放置的圆管，沿下封头的周向均匀分布，支撑柱的数量为N，3≤N≤6，各支撑柱的中心轴线均与蓄热式加热器的中心轴线平行；各支撑柱的上表面位于同一水平面上；每个支撑柱的上表面均开有弧形凹槽，各支撑柱的弧形凹槽位于同一个圆形凹槽上；各支撑柱的末端均焊接有垫环，垫环的形状为环形，与下封头的球形内壁面相匹配，垫环焊接在下封头的球形内壁面上，各支撑柱通过垫环固定在下封头的球形内壁面上；支撑环为与圆形凹槽相匹配的圆环，固定在各支撑柱的弧形凹槽上，支撑环的两侧侧壁与弧形凹槽对应的侧壁面具有隔离缝隙；支撑孔板为中心开有检修人孔的圆盘形孔板，支撑孔板固定在支撑环的上表面，支撑孔板的外径小于蓄热式加热器的承压壳体的内径，支撑孔板上开有与蓄热式加热器的蓄热体的气流通孔相匹配的通孔阵列。
[0014]进一步地，所述的支撑孔板的检修人孔为阶梯孔，检修人孔的下端孔和上端孔的高度相同，下端孔孔径为DN400，上端孔孔径为DN500；阶梯孔设置有匹配的盖板，盖板通过台阶面定位；盖板上表面均匀设置三个螺纹孔，用于辅助拆卸和安装盖板；盖板放入阶梯孔后，盖板的上表面与支撑孔板的上表面位于同一水平面上；盖板上的通孔与支撑孔板相匹配，形成连续的通孔阵列。
[0015]进一步地，所述的支撑孔板的上表面的水平倾角小于0.05
°
。
[0016]进一步地，所述的支撑环的隔离缝隙宽度为1mm，两侧隔离缝隙宽度相同。
[0017]进一步地，所述的支撑环的高度为支撑环的厚度的2倍，支撑环的高度与弧形凹槽深度相等。
[0018]进一步地，所述的各支撑柱的竖直倾角小于0.05
°
。
[0019]进一步地，所述的下封头上设置有外部水冷夹层，外部水冷夹层的冷却水流道高度为100mm，采用下进上出的冷却水流动方式进行冷却。
[0020]本专利技术的用于超大型蓄热式加热器的内部元件支撑装置的安装方法，包括以下步骤：S10.垫环与下封头组焊；将垫环沿周向均匀分布在下封头的内壁面上，调整各垫环的水平度，将各垫环焊接在下封头内壁面上，焊接后将焊缝打磨平整；S20.支撑柱与垫环组焊；将各支撑柱插入对应的垫环内，调整每个支撑柱的位置和姿态，确保各支撑柱高度相同、沿下封头的内壁面周向均布；确保各支撑柱的中心轴线与蓄热式加热器的中心轴线平行，竖直倾角小于0.05
°
；焊接完成后，打磨各支撑柱的上表面，确保各支撑柱的上表面
在同一水平面上，水平倾角小于0.05
°
；S30.安装支撑环；将支撑环放置在各支撑柱的弧形凹槽上，调整支撑环的位置，确保支撑环的两侧侧壁与弧形凹槽对应的侧壁面具有相同宽度的隔离缝隙；打磨各支撑环的上表面，确保支撑环的上表面的水平倾角小于0.05
°
；S40.安装支撑孔板；支撑孔板吊装到位并放置在支撑环上，沿支撑孔板的外沿均匀设置6个楔铁，楔铁的内侧顶紧支撑孔板的边沿，楔铁的外侧顶紧承压壳体的内壁面；通过调整6个楔铁，确保楔铁沿周向分布均匀并与承压壳体内壁顶紧；调整支撑孔板上表面的水平度，确保水平倾角小于0.05
°
；然后将支撑孔板与楔铁点焊固定，再组焊筒体、上封头，待承压壳体在使用现场安装就位后，将楔铁拆除，完成安装。
[0021]本专利技术的用于超大型蓄热式加热器的内部元件支撑装置通过支撑环、中空支撑柱逐渐减小相邻内部元件之间的接触面积，从而大幅减小内部元件支撑装置的热传导面积，减少热损失，不需要增加支撑柱长度和隔热层厚度即可确保蓄热式加热器的承压壳体使用安全；仅支撑柱与垫环、垫环与下封头两个连接处采用焊接装配，其余连接处均不采用焊接，进一步减小热传导率。
[0022]本专利技术的用于超大型蓄热式加热器的内部本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于超大型蓄热式加热器的内部元件支撑装置，其特征在于，所述的内部元件支撑装置从上至下依次包括支撑孔板（1）、支撑环（2）、支撑柱（3）和垫环（4）；支撑柱（3）为竖直放置的圆管，沿下封头的周向均匀分布，支撑柱（3）的数量为N，3≤N≤6，各支撑柱（3）的中心轴线均与蓄热式加热器的中心轴线平行；各支撑柱（3）的上表面位于同一水平面上；每个支撑柱（3）的上表面均开有弧形凹槽，各支撑柱（3）的弧形凹槽位于同一个圆形凹槽上；各支撑柱（3）的末端均焊接有垫环（4），垫环（4）的形状为环形，与下封头的球形内壁面相匹配，垫环（4）焊接在下封头的球形内壁面上，各支撑柱（3）通过垫环（4）固定在下封头的球形内壁面上；支撑环（2）为与圆形凹槽相匹配的圆环，固定在各支撑柱（3）的弧形凹槽上，支撑环（2）的两侧侧壁与弧形凹槽对应的侧壁面具有隔离缝隙；支撑孔板（1）为中心开有检修人孔的圆盘形孔板，支撑孔板（1）固定在支撑环（2）的上表面，支撑孔板（1）的外径小于蓄热式加热器的承压壳体的内径，支撑孔板（1）上开有与蓄热式加热器的蓄热体的气流通孔相匹配的通孔阵列。2.根据权利要求1所述的用于超大型蓄热式加热器的内部元件支撑装置，其特征在于，所述的支撑孔板（1）的检修人孔为阶梯孔，检修人孔的下端孔和上端孔的高度相同，下端孔孔径为DN400，上端孔孔径为DN500；阶梯孔设置有匹配的盖板，盖板通过台阶面定位；盖板上表面均匀设置三个螺纹孔，用于辅助拆卸和安装盖板；盖板放入阶梯孔后，盖板的上表面与支撑孔板（1）的上表面位于同一水平面上；盖板上的通孔与支撑孔板（1）相匹配，形成连续的通孔阵列。3.根据权利要求1所述的用于超大型蓄热式加热器的内部元件支撑装置，其特征在于，所述的支撑孔板（1）的上表面的水平倾角小于0.05
°
。4.根据权利要求1所述的用于超大型蓄热式加热器的内部元件支撑装置，其特征在于，所述的支撑环（2）的隔离缝隙宽度为1mm，两侧隔离缝隙宽度相同。5.根据权利要求1所述的用于超大型蓄热式加热器的内部元件支撑装置，其特征在于，所述的支撑环（2）的高度为支撑环（2）的厚度的2倍，支撑环（...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈久芬，章起华，黄国昌，朱涛，蒋万秋，徐洋，茆青，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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