[發(fā)明專利]基于水冷-加熱雙排石英燈管的超高溫紅外輻射加熱裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010560543.4
• 申請(qǐng)日: 2020-06-18
• 公開（公告）號(hào): CN111654925A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王鐵軍;王彬文;江鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué);中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所
• 主分類號(hào): H05B3/00
• 分類號(hào): H05B3/00;H05B3/02;H05B3/44
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明基于水冷?加熱雙排石英燈管的超高溫紅外輻射加熱裝置，包括冷卻水入水管道、冷卻水出水管道、金屬基座以及設(shè)置在金屬基座上的若干個(gè)石英燈材質(zhì)主體；每個(gè)石英燈材質(zhì)主體內(nèi)開設(shè)有貫通水冷通道管并鑲嵌有石英燈加熱燈管，石英燈加熱燈管的外壁采用可透紅外光線、高溫軟化溫度為1600℃的石英玻璃，石英燈加熱燈管內(nèi)設(shè)置有石英燈加熱燈絲，每個(gè)石英燈材質(zhì)主體內(nèi)的貫通水冷通道管兩端分別連通有冷卻水入水口和冷卻水出水口，所有的冷卻水入水口均與冷卻水入水管道連通，所有的冷卻水出水口均與冷卻水出水管道連通，且冷卻水入水管道上開設(shè)有冷卻水總?cè)胨冢鋮s水出水管道上開設(shè)有冷卻水總出水口。本發(fā)明具有極端高溫加熱、服役耐久性長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于水冷-加熱雙排石英燈管的超高溫紅外輻射加熱裝置，其具有加熱溫度高、服役耐久性長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，適用于高超聲速飛行器、火箭、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等的高溫結(jié)構(gòu)和材料，開展1600℃以上、有氧環(huán)境、大面積、長(zhǎng)時(shí)間加熱考核，極大提升了目前石英燈紅外輻射加熱技術(shù)的極限能力。

背景技術(shù)

當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在興起，世界先進(jìn)航空、航天和能源動(dòng)力裝備加速發(fā)展。隨著《國家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》的實(shí)施，我國正加快推進(jìn)國產(chǎn)大飛機(jī)、戰(zhàn)略導(dǎo)彈、載人航天、探月工程、深空探測(cè)等國家重大戰(zhàn)略高科技計(jì)劃，自主研發(fā)一批航空航天及能源動(dòng)力領(lǐng)域的國家重大需求裝備，包括大飛機(jī)(C919/C929等)、高超聲速飛行器、重型火箭、衛(wèi)星、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、重型燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)、核電裝置等。為了滿足更高的技術(shù)指標(biāo)和要求，航空、航天及能源動(dòng)力裝備越來越多地采用極端耐高溫材料及其制造的大型結(jié)構(gòu)，包括渦輪葉片、燃燒室、火焰筒、尾噴管、隔熱瓦、翼舵面、高溫涂層、高溫高壓管道、耐高溫薄壁構(gòu)件、高壓蒸汽鍋爐等，涉及高溫合金、高溫陶瓷、高溫復(fù)合材料等多類高溫材料。與常規(guī)結(jié)構(gòu)不同，這些極端耐高溫結(jié)構(gòu)需要在高溫下長(zhǎng)期服役，面臨極端高溫、大面積加熱、快速熱沖擊等復(fù)雜惡劣的熱環(huán)境。例如，航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片表面高溫燃?xì)鉁囟瘸?600℃、高超聲速飛行器翼舵面溫度近1700℃等，這些都給高溫結(jié)構(gòu)的性能提出了苛刻的要求。對(duì)高溫結(jié)構(gòu)進(jìn)行極端環(huán)境服役性能檢測(cè)與考核，可有效分析其性能變化對(duì)航空、航天及能源動(dòng)力裝備結(jié)構(gòu)的影響，為裝備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造提供基本參考和依據(jù)，并進(jìn)一步評(píng)價(jià)裝備在高溫下的承載能力、使用壽命及安全可靠性。

石英燈紅外輻射加熱是目前在有氧服役環(huán)境下最常見的一種大面積、低成本、極端高溫考核技術(shù)手段。石英燈加熱器采用可透紅外光線的石英燈外壁，內(nèi)部發(fā)熱體為發(fā)熱鎢燈絲，燈管內(nèi)部充滿鹵素氣體。燈絲發(fā)熱后，通過外壁向外界散發(fā)熱量。然而，石英燈外壁的高溫軟化溫度約1600℃，當(dāng)外界被加熱物體溫度超過1300℃時(shí)，石英燈外壁已接近軟化溫度。此時(shí)，石英燈管會(huì)逐漸發(fā)生軟化、鼓泡現(xiàn)象，最終導(dǎo)致燈管失效泄露，進(jìn)而造成鎢制燈絲高溫氧化燒毀。目前的解決手段主要是對(duì)燈管進(jìn)行表面吹氣冷卻、帶走熱量，從而延長(zhǎng)燈管使用壽命，同時(shí)提高其加熱能力。然而，即使采用這種緩解方式，紅外石英燈輻射加熱裝置的長(zhǎng)時(shí)間工作溫度也僅能達(dá)1300℃左右，短時(shí)最高加熱溫度僅為1500℃，無法滿足高超聲速飛行器、火箭、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等高溫結(jié)構(gòu)對(duì)于1600℃以上、長(zhǎng)時(shí)間熱考核的需求。因此，亟需開發(fā)一種加熱溫度更高、服役時(shí)間更長(zhǎng)的大面積快速加熱方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于水冷-加熱雙排石英燈管的超高溫紅外輻射加熱裝置，具有極端高溫加熱、服役耐久性長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，可面向高超聲速飛行器、火箭、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等高溫結(jié)構(gòu)和材料開展1600℃以上、有氧環(huán)境、大面積、長(zhǎng)時(shí)間加熱考核，能極大地提升目前石英燈紅外輻射加熱技術(shù)的能力。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：