一种用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层

摘要

本发明属于高超声速风洞试验设备技术领域，公开了一种用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层。该加热器隔热层包括从外至内顺序叠加的壳体层、浇注料层、隔离层Ⅰ、纤维叠块隔热层、隔离层Ⅱ和内衬筒；还包括贯穿浇注料层、隔离层Ⅰ和纤维叠块隔热层的锚固件。该加热器隔热层在高温、高压、真空抽吸、大流量冲刷等恶劣工况下，具有轻质、可靠、高效、不掉渣、不移位的特点，确保试验气流洁净无污染，提高风洞流场品质和试验数据质量。

权利要求

1.一种用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层，其特征在于，所述的加热器隔热层包括从外至内顺序叠加的壳体层（1）、浇注料层（2）、隔离层Ⅰ（3）、纤维叠块隔热层（4）、隔离层Ⅱ（5）和内衬筒（6）；还包括贯穿浇注料层（2）、隔离层Ⅰ（3）和纤维叠块隔热层（4）的锚固件（7），锚固件（7）由L型钢钉（8）、螺栓（9）、压紧片（10）和螺母（11）组成；

壳体层（1）的内壁面上均匀固定锚固件（7）的L型钢钉（8），L型钢钉（8）的水平段垂直固定在壳体层（1）的内壁面上，L型钢钉（8）的竖直段悬空；沿着壳体层（1）的内壁面分层浇筑浇注料层（2），浇注料层（2）凝固后，浇注料层（2）的厚度与L型钢钉（8）的水平段长度相等，L型钢钉（8）的竖直段表面与浇注料层（2）表面平齐；

隔离层Ⅰ（3）包括从外至内顺序叠加的四层覆盖物；第一层覆盖物为耐热钢滤网或者烧结网，第一层覆盖物沿高度方向分段铺设在浇注料层（2）的表面，各段在高度方向和周向的搭接处重叠，用于隔离浇注料渣滓；第二层覆盖物 第四层覆盖物为耐火纤维针刺毯，各层~

耐火纤维针刺毯在高度方向和周向的接缝处不搭接，各层耐火纤维针刺毯的高度方向和周向接缝错开，各层耐火纤维针刺毯厚度均匀、接缝紧密，第二层覆盖物 第四层覆盖物用于~

保温隔热；

纤维叠块隔热层（4）由堆叠排列的纤维叠块组成，通过锚固件（7）固定成一个整体；各纤维叠块从下至上交错叠放，高度方向和周向的接缝错开，接缝处压紧压实，无缝隙；螺栓（9）的一端固定在L型钢钉（8）的竖直段上，螺栓（9）的另一端穿过纤维叠块隔热层（4），再安装压紧片（10）、拧紧螺母（11），压紧片（10）压紧纤维叠块隔热层（4）；纤维叠块隔热层（4）用于加强保温隔热效果；

隔离层Ⅱ（5）也包括从外至内顺序叠加的四层覆盖物，第一层覆盖物为耐火纤维针刺毯、第二层覆盖物为耐热钢滤网或者烧结网、第三层覆盖物为不锈钢丝增强纤维布、第四层覆盖物为进口英特莱纤维布；第一层耐火纤维针刺毯沿壳体高度方向分段安装，高度方向和周向接缝错开；第二层覆盖物 第四层覆盖物均沿壳体高度方向分段安装，高度方向和周~

向接缝处重叠；隔离层Ⅱ（5）用于隔离浇注料和纤维棉掉渣，确保试验气流洁净无污染；

内衬筒（6）为金属筒，内衬筒（6）上均匀分布有作为压力平衡孔的通孔。

2.根据权利要求1所述的用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层，其特征在于，所述的耐热钢滤网和烧结网均为60目 120目。

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3.根据权利要求1所述的用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层，其特征在于，所述的内衬筒（6）的通孔直径范围为Φ1mm Φ3mm，开孔比例为千分之一 千分之十。

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4.根据权利要求1所述的用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层，其特征在于，所述的L型钢钉（8）的间隔距离为200mm 400mm。

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说明书

一种用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层

技术领域

[0001] 本发明属于高超声速风洞试验设备技术领域，具体涉及一种用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层。

背景技术

[0002] 在用空气作试验介质的常规高超声速风洞中，由于气体流速极高，达到马赫数5至马赫数10，气流经喷管而剧烈膨胀会造成水蒸汽和二氧化碳发生凝结，造成流场的不均匀
性，使试验数据不准确，这在高超声速风洞气动试验中是不允许的。因此，在以大流量高速
空气为介质的常规高超声速风洞中需要设置蓄热式加热器，将气流加热到所需要的防冷凝
温度。由于高超声速风洞的主要用途是开展高精度气动试验，必然要求加热器出口试验气
流洁净无污染。

[0003] 蓄热式加热器工作原理是利用电热元件作为发热体将蓄热元件加热到要求的温度，之后气体与蓄热元件间进行紊流换热，将气流加热到所需要的防冷凝温度。暂冲式高超
声速风洞采用高压下吹、真空抽吸运行方式，其工作流程是：加热器入口截止阀和出口热阀
关闭，加热器送电将蓄热元件加热到要求温度，加热器下游预抽真空到10Pa 2000Pa，加热
~
器上游常温空气增压至22MPa，然后依次开启热阀、截止阀，冷气从加热器下端进入，经蓄热
元件后，从加热器上端流出热气，热气在风洞试验段形成超音速流场，开始风洞试验，试验
时间30s 60s，然后依次关闭截止阀、热阀，风洞试验结束。隔热层的作用是在加热器连续长
~
时间（大于72小时）高温工作过程中减少热损失、确保加热器外壳使用安全。

[0004] 加热器内部最大气流流速达30m/s，最高使用温度700℃，运行压力范围为10Pa~
8MPa，最大气流量为180kg/s。电加热器内部使用的蓄热元件要长期在这种高温、高压、大流
量高速气体环境下工作。

[0005] 传统隔热层为轻质高铝浇注料或者硅酸铝纤维棉，通常用于无气流流动的窑炉，或者流速低、压力低的工况下。传统隔热层直接使用到高超声速风洞蓄热式加热器存在以
下不足之处：a.轻质高铝浇注料密度大，导热系数高，导致加热器隔热层较厚较重，能量损
失大，而且增加加热器重量，增加加热器安装基础施工难度；b.轻质高铝浇注料在长时间反
复高温高压工况下可能产生裂缝，导致加热器内部热气向壳体泄露，影响加热器壳体使用
安全；c.轻质高铝浇注料在高速大流量气流冲刷下存在掉渣情况，污染试验气流，影响风洞
流场品质；d.硅酸铝纤维棉在真空抽吸、高速大流量气流冲刷下存在移位情况，导致局部隔
热失效，影响壳体使用安全。e.硅酸铝纤维棉在真空抽吸、高速大流量气流冲刷下存在严重
掉渣情况，污染试验气流，影响风洞流场品质。

[0006] 当前，亟需发展一种用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层。

发明内容

[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层。

[0008] 本发明的用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层，其特点是，所述的加热器隔热层包括从外至内顺序叠加的壳体层、浇注料层、隔离层Ⅰ、纤维叠块隔热层、隔离
层Ⅱ和内衬筒；还包括贯穿浇注料层、隔离层Ⅰ和纤维叠块隔热层的锚固件，锚固件由L型钢
钉、螺栓、压紧片和螺母组成；

[0009] 壳体层的内壁面上均匀固定锚固件的L型钢钉，L型钢钉的水平段垂直固定在壳体层的内壁面上，L型钢钉的竖直段悬空；沿着壳体层的内壁面分层浇筑浇注料层，浇注料层
凝固后，浇注料层的厚度与L型钢钉的水平段长度相等，L型钢钉的竖直段表面与浇注料层
表面平齐；

[0010] 隔离层Ⅰ包括从外至内顺序叠加的四层覆盖物；第一层覆盖物为耐热钢滤网或者烧结网，第一层覆盖物沿高度方向分段铺设在浇注料层的表面，各段在高度方向和周向的
搭接处重叠，用于隔离浇注料渣滓；第二层覆盖物 第四层覆盖物为耐火纤维针刺毯，各层
~
耐火纤维针刺毯在高度方向和周向的接缝处不搭接，各层耐火纤维针刺毯的高度方向和周
向接缝错开，各层耐火纤维针刺毯厚度均匀、接缝紧密，第二层覆盖物 第四层覆盖物用于
~
保温隔热；

[0011] 纤维叠块隔热层由堆叠排列的纤维叠块组成，通过锚固件固定成一个整体；各纤维叠块从下至上交错叠放，高度方向和周向的接缝错开，接缝处压紧压实，无缝隙；螺栓的
一端固定在L型钢钉的竖直段上，螺栓的另一端穿过纤维叠块隔热层，再安装压紧片、拧紧
螺母，压紧片压紧纤维叠块隔热层；纤维叠块隔热层用于加强保温隔热效果；

[0012] 隔离层Ⅱ也包括从外至内顺序叠加的四层覆盖物，第一层覆盖物为耐火纤维针刺毯、第二层覆盖物为耐热钢滤网或者烧结网、第三层覆盖物为不锈钢丝增强纤维布、第四层
覆盖物为进口英特莱纤维布；第一层耐火纤维针刺毯沿壳体高度方向分段安装，高度方向
和周向接缝错开；第二层覆盖物 第四层覆盖物均沿壳体高度方向分段安装，高度方向和周
~
向接缝处重叠；隔离层Ⅱ用于隔离浇注料和纤维棉掉渣，确保试验气流洁净无污染；

[0013] 内衬筒为金属筒，内衬筒上均匀分布有作为压力平衡孔的通孔。

[0014] 进一步地，所述的耐热钢滤网和烧结网均为60目 120目。~

[0015] 进一步地，所述的内衬筒的通孔直径范围为Φ1mm Φ3mm，开孔比例为千分之一~ ~
千分之十。

[0016] 进一步地，所述的L型钢钉的间隔距离为200mm 400mm。~

[0017] 本发明的用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层采用浇注料、纤维棉、内衬筒组合的多层复合隔热层结构，并且在壳体层内侧设置锚固件，对浇注料和纤维棉
进行固定，使得浇注料、纤维棉和壳体形成一个致密的整体。内衬筒将气流与隔热层隔离，
确保隔热层不受高速大流量气流冲刷，并起到压力平衡作用。

[0018] 本发明的用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层具有以下优点：

[0019] a.采用多层复合隔热结构，减轻了隔热层重量，提高了保温隔热效果，避免了浇注料或者纤维棉存在的局部隔热失效风险，提高了可靠性和隔热性能。

[0020] b.采用多层耐热钢滤网或者烧结网，能够有效隔离浇注料和纤维棉脱落的渣滓，提高试验气流洁净度。

[0021] c.采用不锈钢丝增强纤维布和进口英特莱纤维布，能够有效隔离浇注料和纤维棉脱落的渣滓，防止渣滓进入试验气流，确保试验气流洁净度。

[0022] d.采用L型钢钉、螺栓、压紧片和螺母组成的锚固件，对加热器隔热层起到固定作用；锚固件的L型钢钉和螺栓可以固定浇注料和纤维叠块，防止浇注料和纤维叠块向下游移
动，压紧片可以保持纤维叠块致密度并防止径向移动，确保纤维叠块在真空抽吸、高速大流
量气流冲刷下不移位、不松动，保证隔热层的完整性和隔热性能。

[0023] 本发明的用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层在高温、高压、真空抽吸、大流量冲刷等恶劣工况下，具有轻质、可靠、高效、不掉渣、不移位的特点，确保试验气
流洁净无污染，提高风洞流场品质和试验数据质量。

附图说明

[0024] 图1为本发明的用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层的结构示意图；

[0025] 图2为本发明的用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层中的锚固件的结构示意图；

[0026] 图3为实施例1的加热器（主视剖面图）；

[0027] 图4为实施例1的加热器（俯视剖面图）。

[0028] 图中，1.壳体层；2.浇注料层；3.隔离层Ⅰ；4.纤维叠块隔热层；5.隔离层Ⅱ；6.内衬筒；7.锚固件；8.L型钢钉；9.螺栓；10.压紧片；11.螺母。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图和实施例详细说明本发明。

[0030] 如图1所示，本发明的用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层包括从外至内顺序叠加的壳体层1、浇注料层2、隔离层Ⅰ3、纤维叠块隔热层4、隔离层Ⅱ5和内衬筒
6；如图2所示，还包括贯穿浇注料层2、隔离层Ⅰ3和纤维叠块隔热层4的锚固件7，锚固件7由L
型钢钉8、螺栓9、压紧片10和螺母11组成；

[0031] 壳体层1的内壁面上均匀固定锚固件7的L型钢钉8，L型钢钉8的水平段垂直固定在壳体层1的内壁面上，L型钢钉8的竖直段悬空；沿着壳体层1的内壁面分层浇筑浇注料层2，
浇注料层2凝固后，浇注料层2的厚度与L型钢钉8的水平段长度相等，L型钢钉8的竖直段表
面与浇注料层2表面平齐；

[0032] 隔离层Ⅰ3包括从外至内顺序叠加的四层覆盖物；第一层覆盖物为耐热钢滤网或者烧结网，第一层覆盖物沿高度方向分段铺设在浇注料层2的表面，各段在高度方向和周向的
搭接处重叠，用于隔离浇注料渣滓；第二层覆盖物 第四层覆盖物为耐火纤维针刺毯，各层
~
耐火纤维针刺毯在高度方向和周向的接缝处不搭接，各层耐火纤维针刺毯的高度方向和周
向接缝错开，各层耐火纤维针刺毯厚度均匀、接缝紧密，第二层覆盖物 第四层覆盖物用于
~
保温隔热；

[0033] 纤维叠块隔热层4由堆叠排列的纤维叠块组成，通过锚固件7固定成一个整体；各纤维叠块从下至上交错叠放，高度方向和周向的接缝错开，接缝处压紧压实，无缝隙；螺栓9
的一端固定在L型钢钉8的竖直段上，螺栓9的另一端穿过纤维叠块隔热层4，再安装压紧片
10、拧紧螺母11，压紧片10压紧纤维叠块隔热层4；纤维叠块隔热层4用于加强保温隔热效
果；

[0034] 隔离层Ⅱ5也包括从外至内顺序叠加的四层覆盖物，第一层覆盖物为耐火纤维针刺毯、第二层覆盖物为耐热钢滤网或者烧结网、第三层覆盖物为不锈钢丝增强纤维布、第四
层覆盖物为进口英特莱纤维布；第一层耐火纤维针刺毯沿壳体高度方向分段安装，高度方
向和周向接缝错开；第二层覆盖物 第四层覆盖物均沿壳体高度方向分段安装，高度方向和
~
周向接缝处重叠；隔离层Ⅱ5用于隔离浇注料和纤维棉掉渣，确保试验气流洁净无污染；

[0035] 内衬筒6为金属筒，内衬筒6上均匀分布有作为压力平衡孔的通孔。

[0036] 进一步地，所述的耐热钢滤网和烧结网均为60目 120目。~

[0037] 进一步地，所述的内衬筒6的通孔直径范围为Φ1mm Φ3mm，开孔比例为千分之一~ ~
千分之十。

[0038] 进一步地，所述的L型钢钉8的间隔距离为200mm 400mm。~

[0039] 实施例1

[0040] 本发明的用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层用于图3、图4所示的蓄热式加热器，蓄热式加热器由电热元件、蓄热元件、隔热层、外壳等组成。

[0041] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离
本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，因此在不背离权利要求及等同范
围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。