高电压加热元件的保护管装置和高电压加热元件的电测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种对气流和液体加热的高电压加热元件的保护管装置，此高电压加热元件装在石英管内，而此石英管装在金属外部保护管内部。本发明专利技术建议，保护管装置的石英管底部壁厚，至少等于或大于石英管其它部分的壁厚。此外提出了一种高电压加热器或加热元件的电气测试方法，可消耗最小的能量，用较短时间对制成的每个加热器在交付前进行测试。可在一定程序上模拟电气方面的长期使用情况，从而早期便能看出可能发生的电击穿。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种高电压加热元件的保护管装置，高电压加热元件用于在固定或移动的设备中加热气体或液体，高电压加热元件放在石英管内，石英管装在金属的外部保护管内部，必要时在石英管和保护管之间保留一个基本上同心的间隙，间隙内填充热稳定物质。本专利技术还涉及一种高电压加热元件的电测试方法。已知一些高电压加热元件或高电压加热模件，它们由一个基本上为杆状结构在陶瓷支架上的加热螺旋、一个石英管外壳和一个金属外部保护管组成。高电压加热元件的这种结构形式和使用方面的特殊问题在于，在工作电压高至1000伏和测试电压高到工作电压20倍时，以及在极端条件下长期使用时，必须保证整个高电压加热器的高压下绝缘强度。通过给加热器供入直流电或交流电，会发生许多可能的电火花放电点或电击穿点。当人们考虑在极端气候条件下使用加热器，尤其是加热长途旅客列车的情况下，现有的高电压加热器的高负荷是显然的，即这种旅客列车要进行长时间不间断地行驶，并需在外界温度低至-60℃时工作。一方面高电压加热模件要有足够的机械强度，但另一方面还要具有极好的电气性能，为此在DD-WP62630和DD-WP90597中提出，在陶瓷支架上的加热螺旋用石英管或石英外套加以保护。由此得出的优点是，由于对温度变化过程很不敏感以及石英制品良好导热性，所以一方面保证散除加热螺旋产生的热量，另一方面提高了加热螺旋与外部电位之间的电绝缘强度。但是，若局部或整个地将石英制品长时期置于极端高温之下，则会形成材料的半导特性。这也会导致降低绝缘强度，也就是说降低石英制品的绝缘特性。为保护石英管或石英外套免受外部机械损伤或影响，按法国受法律保护但无专利的较小专利技术G9017596中有关理论提出的建议，将石英管在留有基本上为同心间隙的情况下装入金属保护管中。所保持的同心间隙中填注一种热稳定的物质。显然，金属保护管具有最大程度的耐冲击能力，因此很好地保护了石英管。但在高电压加热器工作时，外部金属保护管的结构形成了一个强磁场。由于不可避免的加工误差以及结构上的原因，电磁场沿石英管长度和圆周分配是不均匀的。在不利的情况下，场强峰值会形成其数量级超过原定工作电压的电位关系。其结果是产生火花放电或电弧放电，从而有可能破坏加热装置。在旅客列车中使用的高电压加热器的工作电压，从电气化线段的当地工作电压直接导出，也即不通过变压器转接。如前所述，由于流行串联，在一个加热器出故障时，其余高电压加热器便处于高压之中。因此，出于安全的考虑，必须对所使用的高电压加热装置的电击穿强度提出更高的要求。由于高电压加热器一般放在水池中，所以上述要求将更高。温度的频繁改变更增加了困难并因而在高电压加热器的构件上作用有相当大的力。由上述可见，为了有利于可靠性、安全性和长期稳定性，必须将高电压加热器的结构设计得相当复杂，对所用材料的选择、使用和检测提出了高的要求。为了保证质量，有人建议将一组中选出的高电压加热器进行电气的持久试验。为了充分证明各加热器的工作能力和可靠性，这项试验必须经历一个特别长的时间，通常有几千小时。除了耗费时间外，这种试验耗电量非常大，因为高电压加热器在整个试验过程中必须处于工作条件下，亦即处于足够的工作温度之下。由于费用的原因，不可能对每一个制成的高电压加热器作即使时间上缩短的试验。然而以使用者的角度看，希望全面测试每一个加热器。本专利技术的目的是给出一种在固定和移动设备中加热气体和液体的高电压加热构件的保护管装置，这种加热构件具有最大程度均匀的磁场分布，并因此导致延长寿命，提高高电压加热构件的可靠性。本专利技术的目的还有，给出一种高电压加热器的电气测试方法，这种方法可以在交付前，对每个制成的高电压加热器，在一个较短的时间内用最小的电能消耗进行检测。因此所制造和交付的应该是质量得到改善的高电压加热器。按各项权利要求中的特征部分所述来达到本专利技术的目的。由大量的分析研究结果发现，尤其在石英管的底部，与金属的外部保护管有关，在工作状态下有特别高的磁场强度。到这里为止可以看出，造成高磁场强度的原因是与石英管底部的面积单位，和与此面积单位有关的金属保护管的电作用区域有关联。此外，在使用迄今为止的玻璃吹制成压制法时，产生的问题是石英管从空心圆柱体到底部过渡区的壁厚或厚度发生改变，亦即底部的厚度较小。按本专利技术建议，保护管装置在石英管底部的壁厚至少等于或大于石英管其余部分的壁厚，从石英管空心圆柱体到底部的过渡区或过渡部分基本上为直角。换句话说，石英管底部基本上是平的。在本专利技术的设计中，石英管从空心圆柱形到底部的过渡区，有一个浇注件形式的外壳包围着底部本身，此浇注件由高绝缘强度的圆柱形材料构成。围绕着石英管底部和外圆周下端一部分的浇注件，其底部壁厚大于或等于侧部壁厚的2倍。在本专利技术的进一步设计中，至少在底部和过渡区，在石英管内表面涂覆一层石英粉。在本专利技术另一种结构形式中，至少在石英管过渡区和底部的外表面，是一个粗糙度很小的光滑表面。按本专利技术的保护管装置和尤其是石英管底部的结构按以下所述来实现。用普通的拉伸法获得的石英管一端，与一个基本上平面平行的石英盘焊接。石英盘的厚度等于或大于石英管的壁厚。石英盘的直径大体上等于石英管的外径。通过围绕石英盘外圆周进行的电弧焊，局部熔化石英盘和石英管相应的部位。因此在以后作为底部的石英盘与石英管的一端之间达到紧密的连接。此外，通过焊接时电弧的作用，局部熔化了围绕着石英盘外表面的石英管表面。因此在上述部位形成了一个特别光滑的表面。焊接工序结束后以及现在已被底部封闭的石英管冷却后，在底部和在底部过渡区设置浇注件。浇注件与石英管空心圆柱体底部同心。如已经论及的，浇注件自身的底部其厚度大于圆周区。最好能直接利用在电弧焊连接中已经供给的热能，将预定量的石英粉引入石英管内部。石英粉因此铺在石英管内表面上，具体而言是在过渡区和底部。通过将石英管一端与预先加工好的石英盘焊在一起，来达到按本专利技术基本上为平的底部，此时，通过在一定条件下仅熔化石英管和石英盘之间原有的棱边，亦即连接部位，造成一个小圆角。通过石英管底部的这种特殊设计，正好在电气和机械的大负荷区，获得极高的绝缘强度。电气性能的进一步改善，是通过在内部涂覆石英粉层获得的。包围着石英管底部外面的浇注件，一方面在石英管和金属保护管之间起附加的电绝缘作用，另一方面由于它特有的电气性能而导致减小石英管底部对冲击的敏感性。通过石英管空心圆柱体端部到底部壁厚的均匀过渡，以及选择焊接的类型，避免了磁场强度的不均匀性或场强峰值。在过渡区和底部光滑的外表面，与石英管其它性能不同，同样减少了此处电击穿的可能性。此外，本专利技术还通过将各个测试步骤进行某种组合，模拟电气的长期使用性能，以便从一开始和在早期便了解由于结构或材料可能引起的电击穿。按本专利技术的测试方法大体上分三个测试步骤。第一和第三个测试步骤包含的内容有，给加热器施加其值为20至30倍工作电压UB的测试电压UPR。这一高的测试电压UPR加在加热件和金属保护管之间和根据高电压加热器的质量。从第一个测试步骤到第二个测试步骤过渡的特征为，这里将高电压加热器加热到一个预定的温度，它基本上等于工作温度。提高温度或加热，通过在加热件上加工作电压UB来实现。完成加热后，在工作电压UB之外，仍在加热件和金属保护管之间，加上述高测试电本文档来自技高网...

【技术保护点】
在固定和移动设备中，加热气体和液体的高电压加热元件的保护管装置，其中，高电压加热元件在石英管内，此石英管装在外部金属保护管内，必要时在它们之间保持一个基本上同心的间隙，其特征为：石英管（１）有一个基本上平的，由石英材料制的盘状底部（６），底部（６）的厚度等于或大于石英管（１）的壁厚。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：博纳德豪斯施尔德，斯迪芬施耐德，
申请(专利权)人：熔融通用石英产品有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]