[实用新型]电预热高温高压蓄热式空气加热装置

说明书

技术领域

本实用新型属于蓄热式加热器预热技术领域，特别涉及一种用于常规高超声速风洞主气流预热的电预热高温高压蓄热式空气加热装置。

背景技术

在高超声速风洞中，气流在喷管内急剧加速会发生冷凝，通过提高前室气流温度可避免冷凝，用于提高气流总温的加热器是风洞的关键部件，也是常规高超声速风洞设计的难点。

目前，用于常规高超声速风洞的加热器有电阻连续加热式和蓄热式。其中，电阻连续加热式通常是把电阻发热元件布置成一定形状，通过结构设计，确保加热器内部电热元件的绝缘和合理的空气流通面积；电热元件通电后，在很短的时间内达到高温，高压空气流过电热元件的间隙，把热量带走，在加热器出口获得高温空气。电阻加热元件主要指：金属电阻带、电阻管、碳化硅发热件等。电阻连续式电加热器需要很大的电功率和调压设备，而且设备相对利用率比较小，一般试验室都不提供大功率的电源设备，限制了这种加热方式的使用。国内最早的常规高超声速风洞FD-03，二级加热器，功率为400KW。中国空气研究与发展中心的常规高超声速风洞FL-31，加热器功率为8000KW。而且根据空气流加热功率设计建造的大功率加热器，风洞运行时，气流升温慢，启动过程长，温度达不到设计要求，降低了风洞试验设备使用范围。

蓄热式就是加热器内部安装蓄热材料，加热器使用前先进行蓄热材料的预热，把热量存储在加热器蓄热材料中，使用过程中，由蓄热材料把热量传递给空气，加热器出口获得高温气流。加热器的预热方式，主要有：燃料燃烧、感应加热、电阻元件预热。目前在用的依靠热辐射加热蓄热体的电阻元件预热加热器，蓄热体沿着气流方向布局，气流通过蓄热体的狭缝换热，电阻元件垂直安装，布局分散，预热时间长，受温差影响，蓄热材料预热温度不高，这类加热器的使用温度都在650℃以下。例如，南航NWH-0.5m高超声速风洞，蓄热体为精密铸造，缝隙比0.33，最高温度为600℃。FD-07风洞蓄热式加热器蓄热体为钢板组合式，缝隙比为：0.28，最高温度为650℃，而且采用燃油预热，蓄热体上容易产生积碳，需要排烟道和耐高压烟道阀等辅助设备，增加设备投资，废热无法回收，浪费严重。

另外，感应加热的预热方式，是近年来发展的新加热技术，通过电磁感应在金属蓄热体内部产生涡流，快速加热金属蓄热材料，温度最高能够达到金属的熔化温度，突破辐射加热温度不高的限制。但是，感应加热采用发热筒体外缠感应圈，为了避免耐压壳体发热，需要导磁体进行屏蔽，大量占用加热器内部空间，增加耐压壳体的制造成本。封闭空间内，导磁体要求环境温度为常温。加热器在使用时，高温高压条件下，空气密度很大，温度高，导磁体的隔热很难解决。

实用新型内容

本实用新型的目的是，克服现有技术的不足，提供一种加热温度更高、热能利用率高、加热均匀、使用更安全的电预热高温高压蓄热式空气加热装置。

本实用新型的技术解决方案是：电预热高温高压蓄热式空气加热装置，包括耐压壳体、滑移筒、隔热层、隔热材料内衬、蜂窝蓄热体、电阻发热体、电接头密封法兰和电源柜；电阻发热体、蜂窝蓄热体、隔热材料内衬、隔热层、滑移筒和耐压壳体由内到外依次安装；电阻发热体沿轴向安装在蜂窝蓄热体中间的圆孔中，长度与蜂窝蓄热体相同，通过蜂窝蓄热体蜂窝板之间的间隙，均匀辐射传热；滑移筒和隔热材料内衬固定隔热层；电源柜通过电接头密封法兰为电阻发热体提供电源；所述隔热层为耐火材料加工而成的圆环，圆环内外分别是高温区和低温区；隔热材料内衬外侧固定隔热材料，内部为光滑筒体，用于支撑、安放蜂窝蓄热体。

所述蜂窝蓄热体包括连接螺栓、螺母、支撑套管和蜂窝蓄热片；连接螺栓、螺母和支撑套管与蜂窝蓄热片采用相同的材料。

所述发热体装置包括紧固螺柱、端头螺母、刚玉管、刚玉盘、电阻发热元件、端部刚玉盘和引出端导电柱；发热体元件安装在刚玉管、刚玉盘和端部刚玉盘中；整个发热体装置使用紧固螺柱串起来，达到设定的长度后，两端用端头螺母紧固；刚玉管套在紧固螺柱上，两端为刚玉盘，电阻发热元件平行穿进刚玉盘上的固定孔中，端部刚玉盘安装在一侧，支撑引出端导电柱。

本实用新型与现有技术相比的优点在于： 

1）本实用新型采用蜂窝蓄热组合体径向留有间隙辐射传热和电阻发热体的内置设计，通过热辐射和热传导的共同作用，可以加快热量传递。其中耐压外壳体内采用蜂窝状蓄热体组成一定长度的气流通道，蓄热体中部安装电阻发热元件，热量主要通过热辐射，由蓄热体径向间隙，均匀预热蓄热材料到需要的温度，换热时气流通过蜂窝小孔进行热交换，实现大流量的高温、高压空气加热。