一种两级串联蓄热式加热器及其使用方法技术

本发明专利技术属于高超声速风洞试验设备领域，公开了一种两级串联蓄热式加热器及其使用方法。本发明专利技术的两级串联蓄热式加热器包括顺序连接的一级加热器、二级加热器、连接管道和热气管道；一级加热器、二级加热器均为蓄热式加热器，可以互换共用；二级加热器的上端热气出口中心标高、热气管道中心标高与试验段热气入口中心标高一致；连接管道为π字型结构，包括从前至后顺序连接的弯头Ⅰ、水平段和弯头Ⅱ，弯头Ⅰ和弯头Ⅱ规格尺寸相同，可以互换共用。本发明专利技术的两级串联蓄热式加热器在使用时根据试验段入口热气流量和温度需求，分别设置一级加热器、二级加热器的运行参数；能够在满足气流加热需求的前提下提高加热效率，减少能量浪费。减少能量浪费。减少能量浪费。

【技术实现步骤摘要】
一种两级串联蓄热式加热器及其使用方法


[0001]本专利技术属于高超声速风洞试验设备领域，具体涉及一种两级串联蓄热式加热器及其使用方法。

技术介绍

[0002]随着高超声速飞行器向高速、高机动发展，喷流控制作为在飞行器姿态控制、轨道控制和级间分离方案设计中的应用越来越广泛。采用气体作为热喷流介质进行喷流试验时，需要对气体加热升温防止气体经过发动机喷流后在喷口冷凝，还要部分模拟飞行器喷流产生的温度效应。因此，在高超声速风洞热喷流试模拟系统建设时需要设置加热器，将热喷流介质加热到所需的温度。某热喷流加热器设计指标为：工作压力12.0MPa、工作温度为常温至823K、气流流量0至5.0kg/s、最大气流净加热功率4.4MW、运行时间30s。
[0003]根据高超声速风洞厂房总体布局，风洞喷管、试验段位于二楼，试验段中心距离0
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0平面标高8m；热喷流加热器安装在试验段一侧一楼的0
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0平面处，加热器与试验段布置如图1a、图1b所示。喷流介质通过加热器加热后，通过管道引至离0
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0平面8m高的试验段中心入口处。采用直热式电加热器或者一级蓄热式加热器，存在以下不足：（1）采用直热式电加热器，加热器净功率4.4MW，配电系统的功率应不小于6MW，配电功率大，配电系统庞大，建设成本高。
[0004]（2）采用一级蓄热式加热器，加热器总高度为12m，分别是下封头及底座1.85米，蓄热体7米，热膨胀高度0.6米，上法兰及上封头2.05米，热阀0.5m。内部蓄热体高度为7m，加热器需要竖直安装，蓄热体采用整体吊装方式竖直安装于加热器内。如果一级蓄热式加热器安装于风洞厂房内0
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0平面上，为了确保蓄热体吊装，厂房内行车的吊高应不小于17.5m，分别是上法兰至0
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0平面10m，蓄热体高度7m，还有0.5m吊装余量，而厂房内现有的行车吊高为15m，不满足吊装要求。
[0005]（3）采用一级蓄热式加热器，为了满足吊装要求，加热器可以安装于地坑内，筒体上端面可以高出0
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0平面7.5m，厂房内需要设置深度不小于2.5米的地坑，地坑施工深度将大于3米。但是，一级蓄热式加热器安装位置附近已有多根高超声速风洞厂房、行车承重柱，地坑施工会影响已有承重柱性能，给高超声速风洞、厂房及行车带来安全风险。
[0006]（4）采用一级蓄热式加热器，（2）、（3）两种安装方式热气出口标高分别位于试验段中心上侧4m、1.5m处，增加了2个90度气流拐角，压力损失增加，增加了一级蓄热式加热器的热气出口至试验段入口管道长度，导致气流温度损失增加。
[0007]（5）在气流流量较小、温度较低时，所需要的换热长度远小于7米，如果采用一级蓄热式加热器，仍然需要将7米长的蓄热体全部加热到相应温度，导致加热时间延长、运行效率低、能量浪费。
[0008]为了解决直热式电加热器配电系统庞大、一级蓄热式加热器蓄热体无法吊装、地坑施工有安全风险、加热器出口至试验段气流温度损失和压力损失大、运行效率低、能量浪费等问题，亟需发展一种两级串联蓄热式加热器及其使用方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的一个技术问题是提供一种两级串联蓄热式加热器，本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种两级串联蓄热式加热器的使用方法。
[0010]本专利技术的两级串联蓄热式加热器，其特点是，所述的两级串联蓄热式加热器包括顺序连接的一级加热器、二级加热器、连接管道和热气管道；一级加热器、二级加热器并排竖直安装在厂房0
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0平面上，通过下端安装底座与基础平台固连；一级加热器的上端设置气流入口、下端设置气流出口，二级加热器的下端设置气流入口、上端设置热气出口；一级加热器的气流出口与连接管道的入口连接，连接管道的出口与二级加热器的气流入口连接，热气管道接入风洞试验段；二级加热器的上端热气出口中心标高、热气管道中心标高与试验段热气入口中心标高一致；一级加热器、二级加热器均为蓄热式加热器，设计指标、规格尺寸完全一致，备件规格相同，安装、使用过程中互换共用；一级加热器、二级加热器中的蓄热体长度为对应的单台加热器的一半；连接管道为π字型结构，包括从前至后顺序连接的弯头Ⅰ、水平段和弯头Ⅱ，弯头Ⅰ和弯头Ⅱ规格尺寸相同，安装、使用过程中互换共用；连接管道的外表面设置有均匀分布的耐高温隔热层；热气管道的外表面设置有均匀分布的伴热带和耐高温隔热层。
[0011]进一步地，所述的一级加热器、二级加热器的功率均为60kW。
[0012]进一步地，所述的连接管道的隔热层的表面温度低于50
°
C。
[0013]本专利技术的两级串联蓄热式加热器的使用方法，包括以下步骤：根据试验段入口热气流量和温度需求，分别设置一级加热器、二级加热器的运行参数；在气流温度、气流流量达到高超声速风洞的最高设计指标时，一级加热器、二级加热器均按最高工作指标运行；在气流温度达到高超声速风洞的设计指标的50%~90%，气流流量达到高超声速风洞的设计指标的50%~90%时，一级加热器、二级加热器的工作温度按气流温度加50K运行；在气流温度小于高超声速风洞的设计指标的50%，气流流量小于高超声速风洞的设计指标的50%，一级加热器关闭，二级加热器启动，二级加热器的工作温度按气流温度加50K运行。
[0014]本专利技术的两级串联蓄热式加热器中的一级蓄热式加热器和二级蓄热式加热器高度相同，每级蓄热式加热器蓄热体长度为单台蓄热式加热器蓄热体长度的一半，确保总的蓄热体长度不变。合理设计一级蓄热式加热器和二级蓄热式加热器的高度，确保二级加热器上端热气出口中心标高与试验段热气入口中心标高一致，热气从加热器流出后水平进入试验段，没有气流拐角，热气管道长度最短，降低了热气流压力损失和温度损失。连接管道π字型结构可以吸收连接管道受热带来的膨胀和应力，避免热膨胀对两级加热器的损坏。连接管道隔热层的表面温度低于50
°
C，能够减少气流温度损失，确保人员安全。热气管道外表面设置的伴热带和耐高温隔热层，能够进一步降低热气温度损失，确保试验段入口热气温度。
[0015]本专利技术的两级串联蓄热式加热器在使用时根据试验段入口热气流量和温度需求，分别设置一级加热器、二级加热器的运行参数；能够在满足气流加热需求的前提下提高加热效率，减少能量浪费。
[0016]本专利技术的两级串联蓄热式加热器具有以下优点：1.本专利技术的两级串联蓄热式加热器，采用两级蓄热式加热器串联，配电功率仅为直热式的2.8%，极大地减小了加热器配电功率，节约了建设成本；2.本专利技术的两级串联蓄热式加热器，采用两级蓄热式加热器竖直串联安装，缩短了单级加热器长度和吊装高度，避免了无法安装、地坑施工给其他设备带来的安全风险等问题；3.本专利技术的两级串联蓄热式加热器，合理设计单级加热器高度，确保了二级加热器上端热气出口中心标高与试验段热气入口中心标高一致，降低了热气流压力损失和温度损失；4.本专利技术的两级串联蓄热式加热器，采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两级串联蓄热式加热器，其特征在于，所述的两级串联蓄热式加热器包括顺序连接的一级加热器（1）、二级加热器（2）、连接管道（3）和热气管道（4）；一级加热器（1）、二级加热器（2）并排竖直安装在厂房0
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0平面上，通过下端安装底座与基础平台固连；一级加热器（1）的上端设置气流入口、下端设置气流出口，二级加热器（2）的下端设置气流入口、上端设置热气出口；一级加热器（1）的气流出口与连接管道（3）的入口连接，连接管道（3）的出口与二级加热器（2）的气流入口连接，热气管道（4）接入风洞试验段；二级加热器（2）的上端热气出口中心标高、热气管道（4）中心标高与试验段热气入口中心标高一致；一级加热器（1）、二级加热器（2）均为蓄热式加热器，设计指标、规格尺寸完全一致，备件规格相同，安装、使用过程中互换共用；一级加热器（1）、二级加热器（2）中的蓄热体长度为对应的单台加热器的一半；连接管道（3）为π字型结构，包括从前至后顺序连接的弯头Ⅰ（6）、水平段（5）和弯头Ⅱ（7），弯头Ⅰ（6）和弯头Ⅱ（7）规格尺寸相同，安装、使用过程中互换共用；连接管道（3）的外表面设置有均匀分布的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈久芬，孙启志，舒海峰，许晓斌，解福田，蒋万秋，侯峰伟，何姝雨，
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：