[發(fā)明專利]一種主動(dòng)冷卻棱鏡折射式石英燈高溫加熱裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011497505.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN112524882A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊晶晶;范學(xué)領(lǐng);蔣昊南;吳光耀;吳堅(jiān);胡娜;侯成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué);中國(guó)航發(fā)四川燃?xì)鉁u輪研究院
• 主分類號(hào): F25D31/00
• 分類號(hào): F25D31/00;F25D17/02
• 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)明公開了一種主動(dòng)冷卻棱鏡折射式石英燈高溫加熱裝置及方法。本發(fā)明具有能在較小的葉片加熱區(qū)域內(nèi)，將輻照加熱的能量聚集在特定的任務(wù)區(qū)域，同時(shí)通過對(duì)棱鏡內(nèi)部通入冷卻介質(zhì)保證石英棱鏡能承受1000℃以上的高溫，從而對(duì)工件實(shí)現(xiàn)超過1000℃的加熱溫度試驗(yàn)。通過棱鏡、棱鏡冷卻技術(shù)、棱鏡固定技術(shù)使得石英燈輻射加熱裝能夠在極小的加熱面積內(nèi)(40mm×40mm)完成高加熱溫度(1000℃)以上的加熱任務(wù)。并在極小的加熱面積內(nèi)，產(chǎn)生較復(fù)雜的加熱度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石英燈加熱技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種主動(dòng)冷卻棱鏡折射式石英燈高溫加熱裝置及方法。

背景技術(shù)

先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)、先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)、先進(jìn)高超聲速飛行器、先進(jìn)原子能技術(shù)的發(fā)展不可避免地會(huì)遇見材料的耐熱性設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的熱管理問題。如：先進(jìn)高超聲速飛行器的翼端前緣最高溫度可達(dá)2200℃、燃?xì)廨啓C(jī)的透平葉片的耐熱性直接關(guān)系到燃?xì)廨啓C(jī)的使用效率、航天器在使用時(shí)，將不可避免地遇見由于熱障帶來的通訊干擾問題等。為了有效地對(duì)材料極端高溫的服役特性考核、系統(tǒng)極端高溫?zé)峁芾砟芰己?、系統(tǒng)高溫?zé)釓?qiáng)度考核等，良好的試驗(yàn)裝備具有至關(guān)重要的任務(wù)。

石英燈的加熱，通過被鹵素氣體保護(hù)的特殊鎢合金燈絲將電能轉(zhuǎn)化成熱輻射能，向試驗(yàn)件表面進(jìn)行定向輻射。通過對(duì)輻射波段地設(shè)計(jì)，可使系統(tǒng)加熱性能更為優(yōu)良，加熱效率更高。石英燈采用電能轉(zhuǎn)化的方式進(jìn)行加熱，因此具有熱慣性小、便于控制、清潔無污染的使用特點(diǎn)。并被廣泛地應(yīng)用在民用與工業(yè)加熱領(lǐng)域。國(guó)際上，如美國(guó)NASA、中國(guó)航天702所實(shí)驗(yàn)室均有采用石英燈對(duì)飛行器進(jìn)行熱強(qiáng)度考核的案例。

石英燈雖然具有輻射波段易于選擇、加熱模塊易于添加、加熱系統(tǒng)易于控制的特點(diǎn)，但是石英燈的加熱區(qū)域難以約束與控制，使得石英燈加熱相比于氧丙烷火焰加熱、電阻絲加熱、感應(yīng)式加熱等難以進(jìn)行高效的加熱區(qū)域控制。

通常石英燈燈管的直徑為9mm～13mm，加熱距離約為10mm～100mm不等。因此難以實(shí)現(xiàn)小尺寸(小于50mm尺寸跨度)、大熱流密度(1MW以上)、高加熱溫度(1000℃以上)的加熱模擬任務(wù)(如航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓機(jī)的葉片等)。采用棱鏡的折射的方式，可以良好的聚集石英燈的輻照光線，提高輻照強(qiáng)度與縮小加熱范圍。棱鏡通常采用石英制成，石英在1000℃時(shí)將會(huì)產(chǎn)生石化現(xiàn)象，在石英中產(chǎn)生霧化區(qū)域。石英中的霧化區(qū)域?qū)?huì)顯著降低石英的透光性，使得石英棱鏡溫度急劇上升，導(dǎo)致石英棱鏡失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種主動(dòng)冷卻棱鏡折射式石英燈高溫加熱裝置及方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種主動(dòng)冷卻棱鏡折射式石英燈高溫加熱裝置，包括機(jī)架，以及順次固定在機(jī)架上的輻照加熱模塊、可調(diào)冷卻棱鏡折射模塊和工件固定模塊。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，機(jī)架包括機(jī)架主體，加工在機(jī)架主體內(nèi)部的機(jī)架冷卻流道，固定在機(jī)架主體上的輻照加熱模塊掛載架和冷卻棱鏡折射模塊固定架，輻照加熱模塊通過輻照加熱模塊掛載架固定在機(jī)架上，可調(diào)冷卻棱鏡折射模塊通過冷卻棱鏡折射模塊固定架固定在機(jī)架上。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，輻照加熱模塊包括固定在輻照加模塊掛載架上的石英燈夾頭，固定在石英燈夾頭上的若干石英燈管道，以及貫通固定在石英燈管道內(nèi)的石英燈。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，可調(diào)冷卻棱鏡折射模塊包括固定在可調(diào)冷卻棱鏡折射模塊掛載架上的棱鏡調(diào)整底座，球鉸連接在棱鏡調(diào)整底座上的一級(jí)調(diào)節(jié)臂，滑動(dòng)副連接并能夠通過擰緊螺絲變成固定在一級(jí)調(diào)節(jié)臂上的二級(jí)調(diào)節(jié)臂，通過球鉸連接在二級(jí)調(diào)節(jié)臂上的棱鏡縱擒夾，由2個(gè)棱鏡縱擒夾固定的冷卻折射棱鏡，加工在冷卻折射棱鏡內(nèi)的棱鏡冷卻流道，以及固定在棱鏡冷卻流道外部的管路接頭。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，通過向棱鏡內(nèi)部的棱鏡冷卻流道通入氣體或液體冷卻介質(zhì)，使得棱鏡在高溫的環(huán)境下始終保持較低的溫度，使得棱鏡保持強(qiáng)度與通透，進(jìn)一步使得棱鏡能在超過1000℃的極端高溫環(huán)境下始終保持良好的折射特性。