[發(fā)明專利]高壓高溫光學管式氣氛爐爐管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310264363.1
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103383189A
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王晟;陶波;胡志云;葉景峰;張振榮;趙新艷;張立榮
• 申請（專利權(quán)）人: 西北核技術(shù)研究所
• 主分類號: F27B17/02
• 分類號: F27B17/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明創(chuàng)造涉及的是一種高溫爐爐管，尤其是適用于光學燃燒診斷技術(shù)測量方法的標定、高壓高溫環(huán)境模擬、材料高壓加熱等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

航空航天發(fā)動機燃燒流場參數(shù)（溫度、組分濃度等）的測量對改進發(fā)動機設(shè)計、提高燃燒效率、以及數(shù)值仿真平臺研發(fā)和驗證等方面至關(guān)重要。發(fā)動機燃燒流場具有高壓強（30個大氣壓）非穩(wěn)態(tài)的特點，其溫度場、壓力場、濃度場等動態(tài)變化。為了準確測量這種高壓強非穩(wěn)態(tài)燃燒流場，需要研制一臺可產(chǎn)生穩(wěn)定高壓高溫氣氛的標定源對現(xiàn)有光學燃燒診斷技術(shù)進行標定。另外，為了便于光學燃燒診斷技術(shù)標定，這種標定裝置必須有對開的光學通光窗口，還要保證在其測量路徑上工作介質(zhì)的溫度、壓力和密度保持恒定、可調(diào)。

國內(nèi)尚未報道可產(chǎn)生高壓高溫氣氛的光學測量裝置。合肥科晶材料有限公司生產(chǎn)的OTF-1200X型高真空高壓管式爐，該產(chǎn)品不具備光學窗口，但可產(chǎn)生高壓（70個大氣壓）和高溫（1400K）環(huán)境。西尼特（北京）電爐有限公司生產(chǎn)了一款真空光學測量爐，該測量爐具備光學窗口，溫度可以加熱到1650K，但該測量爐不能產(chǎn)生高壓環(huán)境。

高溫爐主要分為箱式和管式兩種類型。箱式高溫爐優(yōu)點是內(nèi)部溫度均勻、加熱空間大，缺點是該裝置體積大、密封較差，一般不適宜產(chǎn)生高壓環(huán)境。管式高溫爐優(yōu)點是裝置體積小、容易密封，可產(chǎn)生高壓環(huán)境，但管式爐爐管由于采用中間加熱，爐管中間和兩端溫度不同，導致爐管內(nèi)部溫度存在梯度，用于標定時不能保證工作介質(zhì)溫度和密度保持均勻、恒定。鑒于這兩種高溫爐的優(yōu)缺點，高壓高溫光學爐可以以現(xiàn)有的管式高溫爐為基礎(chǔ)，重新設(shè)計爐管結(jié)構(gòu)，增加光學通光窗口，選擇合適的爐管和窗口材料，并解決內(nèi)部介質(zhì)溫度和密度不均勻的缺點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種高壓高溫光學管式氣氛爐爐管，其在三溫區(qū)爐膛加熱下可產(chǎn)生高壓、高溫環(huán)境，具備光學通光窗口、可調(diào)氣氛，解決了爐管內(nèi)介質(zhì)溫度和密度不均勻問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種高壓高溫光學管式氣氛爐爐管，包括爐管管體1、爐管左端密封單元和爐管右端密封單元；所述爐管管體1的左右兩端分別設(shè)置有爐管管體前端法蘭10；其特殊之處在于：

所述爐管左端密封單元包括爐管左端中間法蘭2、爐管左端外法蘭3、石英玻璃片4和石英玻璃棒5；

所述爐管左端中間法蘭2和爐管左端外法蘭3中部均設(shè)置有通光孔23；

所述石英玻璃片4設(shè)置在和爐管左端中間法蘭2之間且通過O型氟膠圈8密封；

所述爐管左端中間法蘭2和爐管管體1左端的爐管管體前端法蘭10固定連接且通過刀口紫銅墊片7密封；

所述石英玻璃棒5的左端與石英玻璃片4接觸且被爐管左端外法蘭3固定，其右端伸入爐管管體1內(nèi)且通過石英玻璃棒固定墊6固定連接在爐管管體1內(nèi)；所述石英玻璃棒固定墊6上設(shè)置有通氣缺口26；

所述爐管左端中間法蘭2上設(shè)置有兩個接口，所述石英玻璃棒5與爐管左端中間法蘭2之間設(shè)置有側(cè)壁分支氣路17，所述兩個接口通過側(cè)壁分支氣路17與爐管管體1連通；所述兩個接口為壓力傳感器預(yù)留接口或抽氣預(yù)留接口13以及充氣預(yù)留口或安全排氣口14；

所述爐管右端密封單元與爐管左端密封單元為左右對稱結(jié)構(gòu)。

還包括設(shè)置在爐管管體1兩端的保溫罩。

上述石英玻璃片的厚度通過下式確定：

lD=12kfPσ]]>

其中：

P是外界壓力；

f是安全系數(shù)，一般取f＝4；

D是暴露在大氣部分的直徑；

k是一個與邊緣固定形式有關(guān)的參數(shù)，對于邊緣夾緊的窗口k＝0.75；

σ為材料的斷裂強度，石英玻璃的值為37MPa。

上述爐管管體1的材料選擇鎳基特種合金鋼。

本發(fā)明創(chuàng)造的有益效果：

高壓高溫光學管式氣氛爐爐管，最高承受加熱溫度1400K，在三溫區(qū)爐膛加熱下恒溫區(qū)長度可達20cm，通光口徑20mm，當通入工作介質(zhì)后，最大承受內(nèi)部壓力3.5MPa，在壓力3.5MPa、溫度為1400K狀態(tài)下，可連續(xù)正常工作1h。

附圖說明