[发明专利]一种蓄热式加热器的压力承载容器

说明书

本发明公开了一种蓄热式加热器的压力承载容器，适应了耐火材料安装固定和连接需求，保证压力承载容器工作在许可温度范围内，避免工作过程中的热应力破坏，壳体内结构支撑、定位结构明确、施工便捷，有效保证了气流流通和均匀性，防止长时间烘炉过程中的热应力集聚。该压力承载容器包括外壳体以及设置在外壳体上的燃气出口三通配对法兰、高温空气出口配对法兰、燃烧器配对法兰、水冷夹套组件、测温法兰以及设置在外壳体内用于对蓄热体和隔热层进行承载的底部支撑结构。

技术领域

本发明涉及压力承载容器，特别涉及用于蓄热式加热器的压力承载容器，可应用于超燃冲压直连试验台的高温纯净空气试验系统和其它蓄热式加热器系统中。

背景技术

蓄热式加热器工作基本原理为：通过高温燃气对蓄热材料加热，将蓄热材料温度由常温(300K)加热至2000K，然后关闭高温燃气，从底部通入空气，利用蓄热材料将空气从常温(300K)加热至1800K以上。

国外蓄热式加热器的研制与应用主要集中在美国(如NASA、ASE公司和AEDC)、法国和日本(NAL)等，早在20世纪60-70年代美国ASE就开始了这类加热器的传热分析、材料开发和设计技术研究。迄今为止，国外先后研制了30余套蓄热式加热系统，其中比较典型的有美国AEDC的9#风洞、NASA格林研究中心的高超声速风洞设备HTF、日本防卫厅研究开发局的RJTF、法国空间局的4风洞等。

蓄热式加热器主要包括耐火材料蓄热体、隔热材料、加热器壳体以及外围辅助设施等，加热器壳体作为整体耐火材料盛装结构和其它系统对接，需适应耐火材料的结构布局、传热特性和膨胀特性，保持和耐火材料、其它设备的紧密可靠连接，具有可靠的强度和支撑固定方式。由于内部耐火材料布局的影响，加热器壳体可能存在温度分布不均，致使局部出现热应力集中，在高压使用时，可能会影响压力容器使用寿命和出现破坏等危险。

同时，蓄热式加热器研制过程中，需要考虑加热器壳体内隔热层、蓄热体的支撑，并且要求该支撑结构能够加热器底部提供合理气体流道。

根据蓄热式加热器的工作机理可知加热器底部气体流道主要作用于两个阶段：一是在预热阶段，经过与蓄热体换热后的预热燃气提供收缩出口段，该过程持续时间达数天之久，蓄热体形成温度梯度后，底部温度逐步升高，因此，炉体底座需满足热环境下的力学性能要求；

二是在增压阶段以及正式工作阶段时，为常温高压试验空气从小流通面积扩张到蓄热体流通通道提供过渡扩张段，常温高压空气在入口处的流场形态直接影响空气在蓄热体中的换热结果，会对整个试验结果的造成很大的影响。

因此，需要根据特殊工作特性设计适用于蓄热式加热器的压力承载容器。

发明的内容

本发明的技术解决问题是：提供了一种蓄热式加热器的压力承载容器，特殊的容器构型设计适应了耐火材料安装固定和连接需求，构成蓄热式加热器的外壳容器，通过设置水冷夹套保证压力承载容器工作在许可温度范围内，避免工作过程中的热应力破坏，同时特殊的支撑结构设计和连接方式，使壳体内结构定位明确、施工便捷，有效保证了气流流通和均匀性，防止长时间烘炉过程中的热应力集聚。

本发明的技术解决方案是：提供了一种蓄热式加热器的压力承载容器，包括外壳体、燃气出口三通配对法兰、高温空气出口配对法兰、燃烧器配对法兰、水冷夹套组件、测温法兰以及底部支撑结构；

外壳体包括顶部锥形封头、中间圆柱筒体以及底部球状封头；

顶部锥形封头的小径端为燃气入口，其上通过止口配合安装有燃烧器配对法兰；顶部锥形封头的大径端与中间圆柱筒体上端连接；

底部球状封头的下端设有燃气出口，其上通过止口配合安装有燃气出口三通配对法兰，底部球状封头的上端与中间圆柱筒体下端连接；

中间圆柱筒体侧壁上且靠近顶部锥形封头大径段的位置处设置高温空气出口管，高温空气出口管上通过止口配合安装有高温空气出口配对法兰；