[发明专利]高压高温光学管式气氛炉炉管

说明书

技术领域

本发明创造涉及的是一种高温炉炉管，尤其是适用于光学燃烧诊断技术测量方法的标定、高压高温环境模拟、材料高压加热等领域。

背景技术

航空航天发动机燃烧流场参数（温度、组分浓度等）的测量对改进发动机设计、提高燃烧效率、以及数值仿真平台研发和验证等方面至关重要。发动机燃烧流场具有高压强（30个大气压）非稳态的特点，其温度场、压力场、浓度场等动态变化。为了准确测量这种高压强非稳态燃烧流场，需要研制一台可产生稳定高压高温气氛的标定源对现有光学燃烧诊断技术进行标定。另外，为了便于光学燃烧诊断技术标定，这种标定装置必须有对开的光学通光窗口，还要保证在其测量路径上工作介质的温度、压力和密度保持恒定、可调。

国内尚未报道可产生高压高温气氛的光学测量装置。合肥科晶材料有限公司生产的OTF-1200X型高真空高压管式炉，该产品不具备光学窗口，但可产生高压（70个大气压）和高温（1400K）环境。西尼特（北京）电炉有限公司生产了一款真空光学测量炉，该测量炉具备光学窗口，温度可以加热到1650K，但该测量炉不能产生高压环境。

高温炉主要分为箱式和管式两种类型。箱式高温炉优点是内部温度均匀、加热空间大，缺点是该装置体积大、密封较差，一般不适宜产生高压环境。管式高温炉优点是装置体积小、容易密封，可产生高压环境，但管式炉炉管由于采用中间加热，炉管中间和两端温度不同，导致炉管内部温度存在梯度，用于标定时不能保证工作介质温度和密度保持均匀、恒定。鉴于这两种高温炉的优缺点，高压高温光学炉可以以现有的管式高温炉为基础，重新设计炉管结构，增加光学通光窗口，选择合适的炉管和窗口材料，并解决内部介质温度和密度不均匀的缺点。

发明内容

本发明目的是提供一种高压高温光学管式气氛炉炉管，其在三温区炉膛加热下可产生高压、高温环境，具备光学通光窗口、可调气氛，解决了炉管内介质温度和密度不均匀问题。

本发明的技术解决方案是：

一种高压高温光学管式气氛炉炉管，包括炉管管体1、炉管左端密封单元和炉管右端密封单元；所述炉管管体1的左右两端分别设置有炉管管体前端法兰10；其特殊之处在于：

所述炉管左端密封单元包括炉管左端中间法兰2、炉管左端外法兰3、石英玻璃片4和石英玻璃棒5；

所述炉管左端中间法兰2和炉管左端外法兰3中部均设置有通光孔23；

所述石英玻璃片4设置在和炉管左端中间法兰2之间且通过O型氟胶圈8密封；

所述炉管左端中间法兰2和炉管管体1左端的炉管管体前端法兰10固定连接且通过刀口紫铜垫片7密封；

所述石英玻璃棒5的左端与石英玻璃片4接触且被炉管左端外法兰3固定，其右端伸入炉管管体1内且通过石英玻璃棒固定垫6固定连接在炉管管体1内；所述石英玻璃棒固定垫6上设置有通气缺口26；

所述炉管左端中间法兰2上设置有两个接口，所述石英玻璃棒5与炉管左端中间法兰2之间设置有侧壁分支气路17，所述两个接口通过侧壁分支气路17与炉管管体1连通；所述两个接口为压力传感器预留接口或抽气预留接口13以及充气预留口或安全排气口14；

所述炉管右端密封单元与炉管左端密封单元为左右对称结构。

还包括设置在炉管管体1两端的保温罩。

上述石英玻璃片的厚度通过下式确定：

lD=12kfPσ]]>

其中：

P是外界压力；

f是安全系数，一般取f＝4；

D是暴露在大气部分的直径；

k是一个与边缘固定形式有关的参数，对于边缘夹紧的窗口k＝0.75；

σ为材料的断裂强度，石英玻璃的值为37MPa。

上述炉管管体1的材料选择镍基特种合金钢。

本发明创造的有益效果：

高压高温光学管式气氛炉炉管，最高承受加热温度1400K，在三温区炉膛加热下恒温区长度可达20cm，通光口径20mm，当通入工作介质后，最大承受内部压力3.5MPa，在压力3.5MPa、温度为1400K状态下，可连续正常工作1h。

附图说明