[發明專利]一種蓄熱式加熱器的壓力承載容器

有效

• 申請號: 202011162719.7
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112268366B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 王勇;陳宏玉;李龍飛;洪流;楊尚榮;陳波;李舒欣
• 申請（專利權）人: 西安航天動力研究所
• 主分類號: F24H1/18
• 分類號: F24H1/18;F24H9/13;F24H9/1836;F24H9/20;F24H15/223
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 唐沛

本發明公開了一種蓄熱式加熱器的壓力承載容器，適應了耐火材料安裝固定和連接需求，保證壓力承載容器工作在許可溫度范圍內，避免工作過程中的熱應力破壞，殼體內結構支撐、定位結構明確、施工便捷，有效保證了氣流流通和均勻性，防止長時間烘爐過程中的熱應力集聚。該壓力承載容器包括外殼體以及設置在外殼體上的燃氣出口三通配對法蘭、高溫空氣出口配對法蘭、燃燒器配對法蘭、水冷夾套組件、測溫法蘭以及設置在外殼體內用于對蓄熱體和隔熱層進行承載的底部支撐結構。

技術領域

本發明涉及壓力承載容器，特別涉及用于蓄熱式加熱器的壓力承載容器，可應用于超燃沖壓直連試驗臺的高溫純凈空氣試驗系統和其它蓄熱式加熱器系統中。

背景技術

蓄熱式加熱器工作基本原理為：通過高溫燃氣對蓄熱材料加熱，將蓄熱材料溫度由常溫(300K)加熱至2000K，然后關閉高溫燃氣，從底部通入空氣，利用蓄熱材料將空氣從常溫(300K)加熱至1800K以上。

國外蓄熱式加熱器的研制與應用主要集中在美國(如NASA、ASE公司和AEDC)、法國和日本(NAL)等，早在20世紀60-70年代美國ASE就開始了這類加熱器的傳熱分析、材料開發和設計技術研究。迄今為止，國外先后研制了30余套蓄熱式加熱系統，其中比較典型的有美國AEDC的9#風洞、NASA格林研究中心的高超聲速風洞設備HTF、日本防衛廳研究開發局的RJTF、法國空間局的4風洞等。

蓄熱式加熱器主要包括耐火材料蓄熱體、隔熱材料、加熱器殼體以及外圍輔助設施等，加熱器殼體作為整體耐火材料盛裝結構和其它系統對接，需適應耐火材料的結構布局、傳熱特性和膨脹特性，保持和耐火材料、其它設備的緊密可靠連接，具有可靠的強度和支撐固定方式。由于內部耐火材料布局的影響，加熱器殼體可能存在溫度分布不均，致使局部出現熱應力集中，在高壓使用時，可能會影響壓力容器使用壽命和出現破壞等危險。

同時，蓄熱式加熱器研制過程中，需要考慮加熱器殼體內隔熱層、蓄熱體的支撐，并且要求該支撐結構能夠加熱器底部提供合理氣體流道。

根據蓄熱式加熱器的工作機理可知加熱器底部氣體流道主要作用于兩個階段：一是在預熱階段，經過與蓄熱體換熱后的預熱燃氣提供收縮出口段，該過程持續時間達數天之久，蓄熱體形成溫度梯度后，底部溫度逐步升高，因此，爐體底座需滿足熱環境下的力學性能要求；

二是在增壓階段以及正式工作階段時，為常溫高壓試驗空氣從小流通面積擴張到蓄熱體流通通道提供過渡擴張段，常溫高壓空氣在入口處的流場形態直接影響空氣在蓄熱體中的換熱結果，會對整個試驗結果的造成很大的影響。

因此，需要根據特殊工作特性設計適用于蓄熱式加熱器的壓力承載容器。

發明的內容

本發明的技術解決問題是：提供了一種蓄熱式加熱器的壓力承載容器，特殊的容器構型設計適應了耐火材料安裝固定和連接需求，構成蓄熱式加熱器的外殼容器，通過設置水冷夾套保證壓力承載容器工作在許可溫度范圍內，避免工作過程中的熱應力破壞，同時特殊的支撐結構設計和連接方式，使殼體內結構定位明確、施工便捷，有效保證了氣流流通和均勻性，防止長時間烘爐過程中的熱應力集聚。

本發明的技術解決方案是：提供了一種蓄熱式加熱器的壓力承載容器，包括外殼體、燃氣出口三通配對法蘭、高溫空氣出口配對法蘭、燃燒器配對法蘭、水冷夾套組件、測溫法蘭以及底部支撐結構；

外殼體包括頂部錐形封頭、中間圓柱筒體以及底部球狀封頭；

頂部錐形封頭的小徑端為燃氣入口，其上通過止口配合安裝有燃燒器配對法蘭；頂部錐形封頭的大徑端與中間圓柱筒體上端連接；

底部球狀封頭的下端設有燃氣出口，其上通過止口配合安裝有燃氣出口三通配對法蘭，底部球狀封頭的上端與中間圓柱筒體下端連接；

中間圓柱筒體側壁上且靠近頂部錐形封頭大徑段的位置處設置高溫空氣出口管，高溫空氣出口管上通過止口配合安裝有高溫空氣出口配對法蘭；