防掉渣高溫高壓純凈空氣蓄熱式加熱系統，主要由蓄熱器、燃燒器、旋風分離器構成；蓄熱器水平放置，其蓄熱材料為陶瓷蜂窩體；燃燒器安裝在蓄熱器前端，尾部與蓄熱器的前端連接，其有三個接口，分別是液化石油氣、風機空氣以及高壓空氣的入口；旋風分離器安裝在蓄熱器出口，垂直放置，空氣切向進入后向上流動；首先預熱蓄熱器，陶瓷蜂窩體達到指定溫度后，將高壓空氣通入蓄熱器，其排出蓄熱器后即達到指定溫度，當蓄熱器內耐火泥澆注料掉渣，陶瓷蜂窩體由于開裂以及碰撞而掉渣，渣子隨高壓空氣進入旋風分離器后由于自身重力降落，而高壓空氣則向上流動排出；本發明專利技術適用于需要高純度純凈空氣的地面試驗系統中，結構簡單緊湊，并且熱損失小。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種蓄熱式加熱系統，特別涉及一種提供高溫高壓純凈空氣并且防掉渣的蓄熱式加熱系統。
技術介紹
為了在地面進行超聲速燃燒的試驗研究，需建造能模擬飛行狀態的焓值、速度和氣體中氧氣組分的地面模擬設備。具有這種模擬能力的加熱方式有多種，目前國內外采用的大流量氣體加熱方式主要分為三類(1)電弧加熱通過高壓直流電弧放電使流過電弧的氣流被加熱；(2)燃燒加熱通過供入氫等燃料，利用部分空氣作為氧化劑實現燃燒加熱氣流；(3)蓄熱加熱利用預儲于高溫蓄熱材料中的熱能加熱氣流。電弧加熱方式能獲得很高的加熱溫度(3000-10000K)，但氮氧化合物的產生以及電極燒蝕污染物和流場不均勻性等問題使得該類加熱器難以真正復現高超聲速飛行器的真實特征熱、化學環境。燃燒加熱方式可獲得較高的氣流溫度。然而，實驗和數值模擬均發現，燃燒加熱方式會產生自由基，依然存在獲得的氣流化學組分與真實空氣有差別的問題。當化學組分偏離時，空氣的物理特性，例如比熱等會發生顯著變化，影響實驗精度。燃燒加熱方式具有經濟性好，結構簡單，效率高的特點，應用最廣泛。然而燃燒加熱后的試驗氣體中存在與空氣不同的污染組分。當使用氫燃料加熱空氣時，在高溫狀態下污染組分主要是H20和自由基，而使用烴燃料加熱空氣時，污染組分主要是H20、C02和自由基；污染組分使得被加熱的高溫氣體無法完全模擬真實飛行狀況下的氣體來流，導致從地面試驗向發動機飛行試驗的延伸存在不確定性。蓄熱式加熱將熱能以較慢的速率通過電加熱或燃燒加熱過程儲存在蓄熱材料中，當風洞運行時熱能再以很高的速率傳給空氣。此種加熱方式可獲得化學組分與真實空氣完全一致的氣流條件。用于超燃沖壓發動機地面性能測試時，蓄熱式加熱是三種加熱方式中獲得數據可靠性最高的一種。嚴格來說，蓄熱式加熱后的高溫空氣不是100%純凈的，一般都夾雜著固體粉塵，這些固體粉塵是由于蓄熱材料和爐襯材料受到氣流反復沖刷而脫落的。這些固體粉塵會影響地面試驗的可靠性和真實性，為了得到更可靠的試驗數據，有必要對氣體中夾雜的固體粉塵進行處理。旋風分離器具有構造簡單和造價低廉等優點，操作壓降中等，如能合理使用，可長期不會發生故障。對于粒徑大于5微米粉塵的分離，它的分離效率是很好的。旋風分離器常用作大顆粒粉塵分離過程中的最后一個分離器，亦可作為高效分離器。而本專利技術防掉渣高溫高壓純凈空氣蓄熱式加熱系統即是在蓄熱式加熱系統的基礎上加上了帶水冷結構的旋風分離器，對蓄熱器出口的高溫高壓氣體進行除塵，本套分離器系統對對粒徑大于5微米的粉塵具有很好的分離性
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種可供應高溫高壓純凈空氣的蓄熱式加熱系統，用于地面超聲速燃燒試驗研究，并解決加熱后高溫空氣中夾雜固體粉塵的問題。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案一種防掉渣高溫高壓純凈空氣蓄熱式加熱系統，主要包括蓄熱器、燃燒器、旋風分離器；蓄熱器由陶瓷蜂窩體、耐火澆注層、絕熱層、保溫層及外筒組成，陶瓷蜂窩體耐熱溫度高，具有較好的蓄熱能力，其蜂窩孔的尺寸、橫截面積和長度經過詳細的傳熱計算優化得到，耐火澆注層的耐熱溫度與蜂窩體相當，導熱率較小，可防止絕熱層和保溫層的燒蝕，絕熱層的耐熱溫度和導熱系數介于耐火澆注層和保溫層之間，可進一步降低熱沖擊和熱損失，保溫層的絕熱效果最好，而耐熱性略差于絕熱層，經過耐火澆注層、絕熱層和保溫層的隔絕后，最外層筒體的溫度不會高于100°c，不影響外層筒體的熱強度，而且熱損失很小，外筒采用高壓壓力容器，蓄熱器水平放置；燃燒器安裝在蓄熱器前端，尾部與蓄熱器的前端通過法蘭連接，其有三個接口，分別是液化石油氣、風機空氣以及高壓空氣的入口，燃燒器內放置旋流器來組織氣流，點火器通過液化石油氣入口插入到旋流器后的合適位置；旋風分離器安裝在蓄熱器出口，垂直放置，具有切向進氣口和錐底筒身的結構，分離器材料為不銹鋼，其進出口以及筒體都采用水冷結構，保證高溫下分離器的強度。本專利技術的工作原理風機提供的低壓空氣和液化氣進入蓄熱器的前置燃燒器，通過點火器點燃，形成的高溫燃氣進入蓄熱器中，加熱陶瓷蜂窩體，測量蜂窩體前燃氣溫度，以及蓄熱器出口處溫度，當出口燃氣溫度達到預定溫度時，關閉液化氣路，風機繼續供氣5min，將蓄熱器和分離器中的殘余燃氣吹除干凈；打開高壓氣路，高壓氣經過蓄熱器后被加熱預定溫度，由蓄熱器出口流出的帶有粉塵的高溫高壓空氣由分離器入口方管以切向進入旋風分離器內，且在旋風分離器內形成漩渦，在分離器導出管下面與漩渦底部上面的區域內，旋轉的氣流向低壓的中央核心作徑向移動，當氣流達到器底核心時，經凈制后的氣體則向上移動，而通過分離器導出管排出分離器外，分離出來的粉塵隨著下旋的氣流沿著器壁落到粉塵出口管進入分離器漏斗，分離器能很好的去除氣流中粒徑大于5微米的粉塵，使氣流更加純凈，組分更貼近飛行狀況下的進口氣流。本專利技術與現有技術相比具有的優點如下(I)本專利技術的蓄熱式加熱系統能夠較長時間的提供較大流量的高溫高壓空氣，溫度最高可到1500K,壓力最高可到3. 5MPa,流量最大可到4kg/s,并且流阻低,熱損失小；(2)本專利技術的蓄熱式加熱系統加入了旋風分離器結構，能有效去除氣流中粒徑大于5微米的粉塵，使氣流更加潔凈，能更好的滿足試驗的精確性和可靠性。附圖說明圖1為本專利技術的防掉渣高溫高壓純凈空氣蓄熱式加熱系統結構示意圖；圖2為本專利技術的旋風分離器結構示意圖；圖3為本專利技術的蓄熱器剖面結構示意圖；圖中I蓄熱器，2燃燒器，3旋風分離器，4分離器主體，5轉接段，6分離器入口方管，7分離器漏斗，8高壓空氣入口，9風機空氣入口，10液化石油氣入口，11分離器內筒，12分離器導出管，13分離器導出管法蘭，14分離器漏斗上法蘭，15分離器漏斗下法蘭，16分離器漏斗堵蓋，17分離器入口管寬度，18分離器內筒直徑，19分離器出口管深度，20分離器直筒長度，21分離器錐筒長度，22分離器入口管高度，23外陶瓷蜂窩體，24耐火泥澆注料層，25絕熱層，26保溫層，27外筒，28分離器出口管直徑，29分離器排料口直徑，30分離器漏斗，31分離器入口方管法蘭，32分離器內筒上法蘭，33分離器內筒下法蘭，34分離器堵蓋法蘭具體實施例方式圖1為防掉渣高溫高壓純凈空氣蓄熱式加熱系統結構示意圖，高溫高壓空氣所含渣子的臨界粒徑范圍為5 10微米，高溫高壓空氣溫度范圍為60(Γ1500Κ，壓力范圍為1~3. 5MPa。本專利技術包括蓄熱器I，燃燒器2，旋風分離器3，分離器主體4，轉接段5，分離器入口方管6，分離器漏斗7，高壓空氣入口 8，風機空氣入口 9，液化石油氣入口 10。燃燒器2安裝在蓄熱器I前端，尾部與蓄熱器I的前端連接，燃燒器2有三個接口，分別是液化石油氣入口 10、風機空氣入口 9以及高壓空氣的入口 8 ;旋風分離器3安裝在蓄熱器I出口，垂直放置，空氣切向進入后向上流動。本專利技術系統的整個工作過程蓄熱器I預熱階段風機空氣和液化石油氣分別由風機空氣入口 9和液化石油氣入口 10供入到燃燒器2中混合燃燒，燃燒后的熱燃氣通入蓄熱器I中預熱蓄熱器1，當蓄熱器I加熱到指定溫度時，液化石油氣入口 10停止液化石油氣的供應，風機空氣入口 9繼續供入空氣吹掃5min，將蓄熱器I中殘余的燃氣吹掃干凈；蓄熱器I放熱階段高壓空氣由高壓空氣入口 8通本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種防掉渣高溫高壓純凈空氣蓄熱式加熱系統，其特征在于包括：蓄熱器（1）、燃燒器（2）和旋風分離器（3）；所述蓄熱器（1）水平放置，包括陶瓷蜂窩體（23）、耐火泥澆注料層（24）、絕熱層（25）、保溫層（26）和外筒（27），蓄熱器（1）的蓄熱材料為陶瓷蜂窩體（23），包裹著陶瓷蜂窩體（23）從內到外依次為耐火泥澆注料層（24）、絕熱層（25）、保溫層（26）和外筒（27）；燃燒器（2）安裝在蓄熱器（1）前端，尾部與蓄熱器（1）的前端連接，燃燒器（2）有三個接口，分別是液化石油氣入口（10）、風機空氣入口（9）以及高壓空氣的入口（8）；所述旋風分離器（3）安裝在蓄熱器（1）出口，垂直放置，空氣切向進入后向上流動；首先風機空氣和液化石油氣分別從風機空氣入口（9）和液化石油氣入口（10）進入燃燒器（2），在燃燒器（2）內點燃后預熱蓄熱器（1），陶瓷蜂窩體（23）達到指定溫度后，將高壓空氣通入蓄熱器（1），排出蓄熱器（1）后即達到指定溫度，當蓄熱器（1）內耐火泥澆注料層（24）掉渣，陶瓷蜂窩體（23）由于開裂以及碰撞而掉渣，渣子隨高壓空氣（8）進入旋風分離器（3）后由于自身重力降落，而高溫高壓空氣則向上流動排出。...
【技術特征摘要】
1.一種防掉渣高溫高壓純凈空氣蓄熱式加熱系統，其特征在于包括蓄熱器(I)、燃燒器(2 )和旋風分離器(3 );所述蓄熱器(I)水平放置，包括陶瓷蜂窩體(23 )、耐火泥澆注料層(24)、絕熱層(25)、保溫層(26)和外筒(27)，蓄熱器(I)的蓄熱材料為陶瓷蜂窩體(23)，包裹著陶瓷蜂窩體(23)從內到外依次為耐火泥澆注料層(24)、絕熱層(25)、保溫層(26)和外筒(27);燃燒器(2)安裝在蓄熱器(I)前端，尾部與蓄熱器(I)的前端連接，燃燒器(2)有三個接口，分別是液化石油氣入口(10)、風機空氣入口(9)以及高壓空氣的入口(8);所述旋風分離器(3 )安裝在蓄熱器(I)出口，垂直放置，空氣切向進入后向上流動；首先風機空氣和液化石油氣分別從風機空氣入口(9)和液化石油氣入口(10)進入燃燒器(2)，在燃燒器(2 )內點燃后預熱蓄熱器(I)，陶瓷蜂窩體(23 )達到指定溫度后，將高壓空氣通入蓄熱器(I)，排出蓄熱器(I)后即達到指定溫度，當蓄熱器(I)內耐火泥澆注料層(24 )掉渣，陶瓷蜂窩體(23)由于開裂以及碰撞而掉渣，渣子隨高壓空氣(8)進入旋風分離器(3)后由于自身重力降落，而高溫高壓空氣則向上流動排出。2.根據權利要求1所述的防掉渣高溫高壓純凈空氣蓄熱式加熱系統，其特征在于所述高溫高壓空氣所含渣子的臨界粒徑范圍為5 10微米，高溫高壓空氣溫度范圍為600 1500K，壓力范圍為I 3· 5MPa03.根據權利要求1所述的防掉渣高溫高壓純凈空氣蓄熱式加熱系統，其特征在于所述旋風分離器(3)承受壓力6MPa，承受溫度1500K。4.根據權利要求1或3所述的防掉渣高溫高壓純凈空氣蓄熱式加熱系統，其特征在于所述旋風分離器(3)包括分離器入口方管(6)、分離器內筒...
【專利技術屬性】
技術研發人員：林宇震，劉偉，張弛，王建臣，賀杰，徐向陽，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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