[发明专利]一种主动冷却棱镜折射式石英灯高温加热装置及方法

说明书

本发明公开了一种主动冷却棱镜折射式石英灯高温加热装置及方法。本发明具有能在较小的叶片加热区域内，将辐照加热的能量聚集在特定的任务区域，同时通过对棱镜内部通入冷却介质保证石英棱镜能承受1000℃以上的高温，从而对工件实现超过1000℃的加热温度试验。通过棱镜、棱镜冷却技术、棱镜固定技术使得石英灯辐射加热装能够在极小的加热面积内(40mm×40mm)完成高加热温度(1000℃)以上的加热任务。并在极小的加热面积内，产生较复杂的加热度。

技术领域

本发明属于石英灯加热技术领域，具体涉及一种主动冷却棱镜折射式石英灯高温加热装置及方法。

背景技术

先进燃气轮机、先进航空发动机、先进高超声速飞行器、先进原子能技术的发展不可避免地会遇见材料的耐热性设计与系统的热管理问题。如：先进高超声速飞行器的翼端前缘最高温度可达2200℃、燃气轮机的透平叶片的耐热性直接关系到燃气轮机的使用效率、航天器在使用时，将不可避免地遇见由于热障带来的通讯干扰问题等。为了有效地对材料极端高温的服役特性考核、系统极端高温热管理能力考核、系统高温热强度考核等，良好的试验装备具有至关重要的任务。

石英灯的加热，通过被卤素气体保护的特殊钨合金灯丝将电能转化成热辐射能，向试验件表面进行定向辐射。通过对辐射波段地设计，可使系统加热性能更为优良，加热效率更高。石英灯采用电能转化的方式进行加热，因此具有热惯性小、便于控制、清洁无污染的使用特点。并被广泛地应用在民用与工业加热领域。国际上，如美国NASA、中国航天702所实验室均有采用石英灯对飞行器进行热强度考核的案例。

石英灯虽然具有辐射波段易于选择、加热模块易于添加、加热系统易于控制的特点，但是石英灯的加热区域难以约束与控制，使得石英灯加热相比于氧丙烷火焰加热、电阻丝加热、感应式加热等难以进行高效的加热区域控制。

通常石英灯灯管的直径为9mm～13mm，加热距离约为10mm～100mm不等。因此难以实现小尺寸(小于50mm尺寸跨度)、大热流密度(1MW以上)、高加热温度(1000℃以上)的加热模拟任务(如航空发动机高压机的叶片等)。采用棱镜的折射的方式，可以良好的聚集石英灯的辐照光线，提高辐照强度与缩小加热范围。棱镜通常采用石英制成，石英在1000℃时将会产生石化现象，在石英中产生雾化区域。石英中的雾化区域将会显著降低石英的透光性，使得石英棱镜温度急剧上升，导致石英棱镜失效。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种主动冷却棱镜折射式石英灯高温加热装置及方法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种主动冷却棱镜折射式石英灯高温加热装置，包括机架，以及顺次固定在机架上的辐照加热模块、可调冷却棱镜折射模块和工件固定模块。

本发明进一步的改进在于，机架包括机架主体，加工在机架主体内部的机架冷却流道，固定在机架主体上的辐照加热模块挂载架和冷却棱镜折射模块固定架，辐照加热模块通过辐照加热模块挂载架固定在机架上，可调冷却棱镜折射模块通过冷却棱镜折射模块固定架固定在机架上。

本发明进一步的改进在于，辐照加热模块包括固定在辐照加模块挂载架上的石英灯夹头，固定在石英灯夹头上的若干石英灯管道，以及贯通固定在石英灯管道内的石英灯。

本发明进一步的改进在于，可调冷却棱镜折射模块包括固定在可调冷却棱镜折射模块挂载架上的棱镜调整底座，球铰连接在棱镜调整底座上的一级调节臂，滑动副连接并能够通过拧紧螺丝变成固定在一级调节臂上的二级调节臂，通过球铰连接在二级调节臂上的棱镜纵擒夹，由2个棱镜纵擒夹固定的冷却折射棱镜，加工在冷却折射棱镜内的棱镜冷却流道，以及固定在棱镜冷却流道外部的管路接头。

本发明进一步的改进在于，通过向棱镜内部的棱镜冷却流道通入气体或液体冷却介质，使得棱镜在高温的环境下始终保持较低的温度，使得棱镜保持强度与通透，进一步使得棱镜能在超过1000℃的极端高温环境下始终保持良好的折射特性。