[发明专利]热管砂轮工作状态监测装置与评价热管砂轮启动时间和换热性能的方法

权利要求书

1.一种用于热管砂轮的工作状态监测装置，包括：

一砂轮回转试验机，包括一电动机和经一传动机构连接的旋转轴，在该旋转轴上固定有一热管砂轮，在热管砂轮热端以及冷端的内外壁分别设置有测温热电偶；

一高频感应加热装置，设置在所述的热管砂轮热端外壁；

一电刷集流环系统，包括集流环系统以及与之相对应的电刷系统，其中集流环系统包括与所述测温热电偶连接的导电环；所述的电刷系统包括轴向进给装置和电刷装置，该电刷装置包括与所述的导电环接触的石墨棒；

一压力传感器，设置在所述的热管砂轮的热管内；

一信号采集处理器，用于采集所述的热电偶测温点及压力传感器输出的电势信号并转换成相应的温度或压力信号。

2.根据权利要求1所述热管砂轮的工作状态监测装置，其特征在于：所述热管砂轮包括砂轮基体、砂轮端盖、内密封圈、外密封圈、转接头以及堵头，且所述热管砂轮的外圆面为光滑面；所述砂轮端盖通过所述内密封圈、所述外密封圈以及两圈周向均布的内六角圆柱头螺钉与所述砂轮基体相连；所述转接头通过两个径向密封圈和一个端面密封圈安装在砂轮基体背面；所述堵头通过一个径向密封圈安装在转接头内。

3.根据权利要求1所述热管砂轮的工作状态监测装置，其特征在于：所述电刷装置还包括胶木支架、铜导线、弹簧和定位螺钉，所述的石墨棒置于胶木支架内，所述弹簧的一端与所述定位螺钉的台阶面贴合，另一端与所述石墨棒的底面贴合；所述铜导线的两端分别锡焊在所述定位螺钉和所述石墨棒上。

4.根据权利要求1所述热管砂轮的工作状态监测装置，其特征在于：所述集流环系统还包括胶木环，所述胶木环由两圈周向均布的内六角圆柱头螺钉安装在砂轮基体槽内，且胶木环与基体端面相齐或略低于基体端面；所述黄铜环为五片，五片黄铜环安装在胶木环与之相应的五个槽内，每片黄铜环由四个周向均布的开槽盘头螺钉锁紧在胶木环上。

5.根据权利要求4所述热管砂轮的工作状态监测装置，其特征在于：所述五片黄铜环的表面粗糙度Ra小于1.6                                                。

6.根据权利要求1所述热管砂轮的工作状态监测装置，其特征在于：所述测温热电偶为康铜丝，五根康铜丝的另一端通过接线夹头分别与所述集流环上与每片黄铜环对应的开槽盘头螺钉相连。

7.根据权利要求1所述热管砂轮的工作状态监测装置，其特征在于：所述压力传感器安装在砂轮基体的螺纹孔内，与热管工作腔连通，其上安装有可保证热管工作腔良好的气密性的一端面密封圈，其输入输出信号线在测量压力信号时也与所述集流环上与每片黄铜环对应的开槽盘头螺钉相连。

8.根据权利要求1所述热管砂轮的工作状态监测装置，其特征在于：所述高频感应加热装置采用交流电源，输入功率0~6.6KW，通过调节感应线圈电流，能够向与热管砂轮热端相对的外圆壁面提供0~100W/mm²的热流密度，所述感应线圈采用双回路方形紫铜管，与热管砂轮热端外壁间距为2mm。

9.一种采用权利要求1所述热管砂轮的工作状态监测装置进行评价热管砂轮的启动时间和换热性能的方法，其特征在于：包括以下步骤：一、把热管砂轮通过法兰底座及法兰盖安装在砂轮回转试验机上；二、调节电刷系统与热管砂轮的相对位置，使得石墨棒与旋转的热管砂轮端面安装的黄铜环表面实现良好贴合；三、接通高频感应加热装置的电源，调节感应线圈电流以控制线圈输出的热流密度q，同时由四对测温热电偶分别测得该热流密度下热管砂轮热端外壁温度T₁、与之相对的热端内壁温度T₂、热管砂轮冷端内壁温度T₃以及与之相对的冷端外壁温度T₄，根据砂轮结构和材料性质可计算出该热流密度q对应的热管砂轮等效换热系数；四、将压力传感器的四根输入输出信号线分别与集流环系统中与每片黄铜环对应的开槽盘头螺钉相连，接通高频感应加热装置的电源，重复获得步骤三所述线圈输出的热流密度q；同时由压力传感器测得每种热流密度下热管工作腔内气体压力P随时间t变化的曲线，由此判断热管砂轮的启动时间；五、改变砂轮转速或者改变工质性质，重复步骤三和步骤四，可定量分析砂轮转速以及工质性质对热管砂轮启动时间和换热性能的影响。