[发明专利]用于大流量高温高压高速气体环境的电热元件及加工方法

权利要求书

1.一种用于大流量高温高压高速气体环境的电热元件，其特征在于，高超声速风洞的蓄热式加热器内部气流流速最大30m/s，最高使用温度为700℃，最高运行压力为8MPa，最大气流量为180kg/s，蓄热式加热器内部使用的电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；所述的电热元件采用夹板式结构，包括若干并列排列的电热管（2）、覆盖在电热管（2）上表面、下表面的保护板（1），和覆盖在电热管（2）中性端上、与保护板（1）固定连接的保护盒（3）；

保护板（1）覆盖在电热管（2）发热段上，总长度与电热管（2）的发热段长度相同；保护板（1）分为上下对称的两个夹板（4），上表面的夹板（4）由若干个板块拼接而成，下表面的夹板（4）也由若干个板块拼接而成，上表面的夹板（4）焊缝和下表面的夹板（4）焊缝交错排列；上表面的夹板（4）和下表面的夹板（4）上开有与电热管（2）相匹配的并列排列的半圆槽（5），在半圆槽（5）之间开有与电热管（2）的热电偶相匹配的热电偶安装槽（6），热电偶安装槽（6）的长度等于温度监控点到热电偶引出点的距离；上表面的夹板（4）和下表面的夹板（4）上还开有对应的阵列排列的销钉孔（7），夹板（4）的表面设置与各销钉孔（7）相匹配的45°焊接坡口，便于销钉表面与夹板（4）焊接，销钉的两端面与夹板（4）焊接并表面打磨平整；上表面的夹板（4）和下表面的夹板（4）的接触面留有焊接坡口，上表面的夹板（4）和下表面的夹板（4）采用氩弧焊焊接，并将焊缝打磨平整；

电热管（2）分为3组，每组数量相同，均为N个，N≥3；所有的电热管（2）的中性端采用金属连接片连接在一起，每组电热管（2）的另一端分别与供电电源的A相、B相、C相相连，形成三相三线制星型连接方式；电热管（2）与夹板（4）的接触面积大于95%；

保护盒（3）为一侧开口的方形盒体，保护盒（3）的厚度等于上表面的夹板（4）和下表面的夹板（4）的厚度之和，保护盒（3）的宽度等于夹板（4）的宽度，保护盒（3）的长度大于电热管（2）中性端的长度；保护盒（3）内填充具有灭弧作用氧化镁粉；

电热元件采用夹板式结构，增加电热元件强度，增大接触面积，提高换热效率，确保电热管不超温，热电偶不脱落，提高中性连接端的可靠性，保证了高超声速风洞试验质量和效率。

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电热元件，其特征在于，所述的保护板（1）和保护盒（3）的材质为06Cr19Ni10耐热钢。

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电热元件，其特征在于，所述的焊接坡口为45°，便于接触面焊接。

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电热元件，其特征在于，所述的销钉孔（7）的直径为Φ10mm。

5.基于权利要求1所述的用于大流量高温高压高速气体环境的电热元件的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10.采用工装将上表面的夹板（4）、电热管（2）和下表面的夹板（4）夹紧，电热管（2）与夹板（4）的接触面积大于95%；上表面的夹板（4）和下表面的夹板（4）合拢，然后用销钉贯穿销钉孔（7），销钉的两端面与夹板（4）焊接并打磨平整；

S20.将合拢后的上表面的夹板（4）和下表面的夹板（4）采用氩弧焊焊接，并将焊缝打磨平整；

S30.在保护盒（3）内填充氧化镁粉；

S40.将保护盒（3）的开口侧覆盖在电热管（2）中性端，采用氩弧焊焊接保护盒（3）与上表面的夹板（4）和下表面的夹板（4）的接触端面，并将焊缝打磨平整；得到一个整体为方形体的电热元件。