[发明专利]一种蓄热空心砖及炉衬的高温高压考核试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种蓄热空心砖及炉衬的高温高压考核试验装置及方法，该试验装置由高温高压截止阀、被测材料安装管、常温空气供应管、预热燃烧器、压力测量元件以及温度测量元件；实现了蓄热空心砖及炉衬的蓄热过程和换热过程两个工作阶段控制和监测、测量，为蓄热式加热器内的蓄热空心砖和炉衬的抗氧化性、热震性能、使用寿命和换热特性评估提供了切实有效的考核试验途径。

技术领域

本发明涉及一种蓄热空心砖及炉衬的高温高压考核试验装置及方法，属于蓄热材料和隔热材料研究领域，特别涉及高温高压蓄热式加热器领域。

背景技术

超燃冲压发动机直连试验台多采用燃烧加热或电弧加热等污染加热方式。但是采用甲烷、氢、酒精和煤油等燃料的燃气发生器或电弧加热方式产生的模拟来流与超燃冲压发动机工作中实际纯净空气来流在性能之间存在诸多差异，主要是现有加热方式产生的模拟来流中含有H₂O、CO₂和NOx等组分从而会产生“污染效应”。

基于现有超燃冲压发动机直连试验台存在的缺陷，采用高温纯空气作为模拟来流成为一种发展趋势。

目前，国内外提出了一种利用蓄热式加热技术来产生纯净空气作为超燃冲压发动机直连试验台的模拟来流，其基本实现原理是：用空气/天然气预热燃烧器来产生热量，并将热量储存于蓄热床中；在试验阶段，热量从蓄热材料中释放出来，传递给冷态空气，形成高温高压的模拟来流，理论上可供应无污染、完全满足化学物理特性要求的高焓纯净试验空气，并在需要时可与燃烧加热器等设备共同工作，以满足高马赫数试验研究的目的。

蓄热式加热技术的换热过程主要以蓄热式加热器内的空心砖和炉衬对流换热、导热为主导，温度最高的部分是蓄热空心砖以及紧靠空心砖的炉衬材料，而蓄热式加热器最底部的蓄热空心砖与炉衬材料直接受到常温空气的冲击，经受的降温热震过程是最为恶劣的，涉及到热性能、热应力和压力损失控制等方面。空心砖和炉衬设计是蓄热式加热器研制成功的关键，以适当材料用量、结构简单、运行维护方便为原则，在不发生热应力破环、无粉尘污染的前提下与一定流量的气体进行热交换。鉴于蓄热式加热器的特点，热应力问题将是贯穿整个加热器设计、建造和试验运行过程的重要考虑，尤其对于较大尺寸的蓄热阵，因为温度梯度变化复杂，难以预测与控制，很容易局部应力过大而造成材料失效破坏。

发明的内容

本发明的技术解决问题是：提供了一种蓄热空心砖及炉衬的高温高压考核试验装置及方法，有效地模拟了高温高压富氧复杂工作环境，满足蓄热空心砖低压加热和高压换热降温过程的监测、考核要求，保证试验过程的升温速率和升压速率控制，以及系统的热防护可靠性，能够考核蓄热空心砖及炉衬材料的热震性能、热应力阻抗、抗蠕变强度、使用寿命以及传热特性。

本发明的技术解决方案是：

本发明提供了一种蓄热空心砖及炉衬的高温高压考核试验装置，包括高温高压截止阀、被测材料安装管、常温空气供应管、预热燃烧器、压力测量元件以及温度测量元件；

高温高压截止阀包括壳体以及阀芯组件；壳体的入口端依次通过常温空气供应管、被测材料安装管与预热燃烧器连接，壳体的出口端与外部环境连通，从而形成一个燃气通道；

阀芯组件安装在壳体上，阀芯组件中的阀芯往复移动实现燃气流道的开启或关闭；

待测的蓄热空心砖及炉衬安装于被测材料安装管内；被测材料安装管上且靠近预热燃烧器的一侧外壁上设有工艺喷管；

常温空气供应管内安装有均流装置，常温空气供应管上且位于均流装置后方设有常温空气接口，用于向管内注入常温空气；

预热燃烧器采用针栓式喷注结构，用于提供不同功率、不同流量的富氧燃气，并且具有反向面关机功能；

温度测量元件为多个，一部分温度测量元件沿着被测材料安装管的轴线方向布置有多个，另一部分温度测量元件沿着被测材料安装管的圆周方向分布，且均位于待测蓄热空心砖的前方；