[实用新型]高温高压管道

说明书

技术领域

本实用新型涉及空气动力学领域，具体而言，涉及一种常规高超声速风洞设备连接部件，一种带电预热的风洞主气流高温高压管道。

背景技术

常规高超声速风洞运行时，风洞主气流经过管道、阀门和加热器等设备，进入稳定段前获得符合温度和压力参数要求的空气流量。风洞设计时，按照风洞主气流温度的高低，管道的长短，会采用不同的管道结构形式。

通常情况下，风洞对于常温、低温气流进行输送的管道，以及加热器出口温度不超过400℃，快速阀的前后较短的管道，一般采用厚壁不锈钢管道，直接承受气流的温度和压力，钢材的强度能够保证安全性。高超声速风洞的主气流是属于高温高压状态下的流动，管道要承受高温和较大的压力，例如CAAA的FD-07风洞，试验调试参数Ma＝8运行时，气流温度480℃条件下，压力为8.0MPa。Ma＝10调试运行时，气流温度800℃条件下，压力达到10.0MPa，管道设计压力需要达到14.0MPa甚至更高，强度安全和气密性是及其重要的，管道安装一般为双层，内部结构必须耐热、抗冲击，连接可靠，外部必须耐压，气密性好。

针对高超声速风洞对气流加热的特点，风洞高温高压管道从冷状态短时间进入热状态，一般为数秒钟，管道内壁是被动吸热的，在风洞运行时需要主气流预热管道内壁，管道越长，预热越慢，风洞等待稳定段气流温度达到符合要求的启动时间，有时甚至比正常的试验时间还要长；运行温度越高，启动时间越长。

对于压力-引射式风洞运行，例如CAAA的FD-07高超声速风洞，依靠热的主气流预热管道，大流量下，稳定段温度达到480℃时，一般30s左右，如果Ma数高，主气流的流量小时，预热的时间更长，风洞启动时间长，浪费大量的能源，为了达到快速升温的条件，需要提高加热器出口的温度， 给加热器系统提出更高的要求，基于加热器的能力限制，高Ma数试验时，一般难以满足快速升温的目的。对于CARDC的FL-31高超声速风洞，目前，采取喷管前引出旁路，用热的主气流进行管道预热，来提高管壁的温度，缩短风洞的启动时间，但带来设备运行的复杂程度提高和程序繁琐。

对于压力-真空风洞运行，真空系统一般维持风洞运行时间约几十秒，稳定段还没有达到要求的温度，真空罐的压力已经不能满足需要的压比条件，无法进行试验。例如，日本NAL-50常规高超声速风洞，增加预热排气系统，实验前，需要预热管道，在稳定段的末端设置三通，实验前依靠加热器的热气流，预先加热管道，余热气体通过旁路排出，能够达到缩短启动时间的目的，但风洞运行程序繁琐。

北京大学的和高超声速风洞，为满足快速启动，高温高压管道基本都要提前预热，来增加管壁温度。采用的方法是，在管道外壁面缠绕电热带，但是，此方式管道加热温度必须受到限制。考虑管道的耐压要求，加热温度一般限定在200℃以下，以防出现管壁加热不均，出现局部受热降低管道的耐压强度，由于主气流的管壁较厚，吸热量大，温度上升慢，消耗的电能较大，造成浪费。对于Ma大于7的风洞，应用此方式存在一定风险，如果风洞在更高Ma数-下工作，主气流工作压力一般大于5.0MPa，使用壳体壁面加热是存在风险的，实际工程中一般不采用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种缩短高超声速风洞启动时间，便于加工制造的风洞高温高压管道。

本发明的高温高压管道包括耐压筒体、滑移筒体、隔热层、加热元件和蓄热筒体，所述耐压筒体的两端分别带有法兰，所述滑移筒体的一端固定在所述耐压筒体的一个法兰上，其另一端为自由端，所述蓄热筒体的一端固定在所述耐压筒体的另一个法兰上，所述蓄热筒体的另一端插入所述滑移筒体中，与所述滑移筒体摩擦接触，所述蓄热筒体的外周上间隔地焊接有多个隔板，各所述隔板的顶端与所述耐压筒体的内表面抵接，所述隔热层通过所述隔板固定在所述耐压筒体与所述蓄热筒体之间，所述加热元件均匀平铺或缠绕在所述蓄热筒体上。

优选所述耐压筒体两个法兰中的一个法兰的端面上带有凹槽，另一个法兰的端面上带有与所述凹槽相配的凸槽，能够以凹槽与凸槽相配合的方式将两段所述高温高压管道连接起来，并通过在凹槽与凸槽之间安装紫铜密封垫片能够进行密封。

优选所述耐压筒体的材料为1Cr18Ni9Ti。

优选所述滑移筒体的材料为Cr25Ni20的耐热钢。

优选所述蓄热筒体，是壁厚较薄的无缝钢管，其材料为Cr25Ni20的耐热钢。

优选所述加热元件为管道电加热带或者电加热棒，能够设定温度，以实现不同用途的管壁温度的恒温控制。