本發(fā)明涉及一種空氣供應(yīng)裝置，尤其是涉及一種高溫高壓純凈空氣供應(yīng)裝置，適用于需要高溫高壓純凈空氣的試驗(yàn)設(shè)備，如超聲速風(fēng)洞、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)設(shè)備、燒蝕試驗(yàn)設(shè)備等，可以供應(yīng)大流量的高溫高壓純凈空氣。

背景技術(shù)：

目前，高溫高壓空氣供應(yīng)裝置按供應(yīng)方式分為直接供應(yīng)和蓄熱供應(yīng)兩種類型。

高溫高壓空氣直接供應(yīng)裝置持續(xù)將所需流量的高壓空氣加熱，實(shí)時(shí)供應(yīng)給用氣設(shè)備。其空氣加熱方式主要有燃燒直接加熱、燃燒間接加熱、電阻加熱、電弧加熱。

燃燒直接加熱方式通過向空氣中通入氫氣或者醇類、油類等燃料，點(diǎn)燃生成高溫混合氣體，再向溫合氣體中補(bǔ)入氧氣使得氧氣含量與空氣中氧氣含量相近。這種方式系統(tǒng)簡(jiǎn)單、效率高，因而應(yīng)用較廣泛。但是所合成的氣體中含有水蒸汽、碳氧化物、自由基等雜質(zhì)，其組分與實(shí)際空氣有差別，影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

燃燒間接加熱方式通過換熱器采用非接觸換熱方式，利用高溫燃?xì)鈱⒖諝饧訜帷＿@種方式所獲得的空氣純度高，但受換熱器材料耐溫性能和高溫下強(qiáng)度的限度，所能供應(yīng)的空氣的壓力和溫度都不能太高，另外這種方式的加熱效率也較燃燒直接加熱方式低。

電阻加熱方式將電阻加熱元件均勻布置在加熱器氣流通道中，通電后電熱元件被加熱，高壓空氣流過電阻加熱元件的間隙，電熱元件的熱傳遞給空氣，獲得高溫空氣。這種加熱方式所獲得的空氣純度高，但需要設(shè)計(jì)制造大功率的加熱器和調(diào)壓供電設(shè)備，超出了一般試驗(yàn)單位的供電能力，加之啟動(dòng)過程中氣流升溫慢，穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，限制了這種加熱方式的使用范圍。

電弧加熱方式使用高壓電弧直接對(duì)氣體進(jìn)行加熱，可以將氣流加熱到很高的加溫度，但是電弧加熱器需要配套大功率供電設(shè)備，還存在流場(chǎng)不均勻、氣流中含有氮氧化合物以及電極燒蝕產(chǎn)生的污染物等問題。

高溫高壓空氣蓄熱供應(yīng)裝置，在加熱器內(nèi)部設(shè)置蓄熱材料，蓄熱材料沿氣流方向分布，氣流通過蓄熱材料的狹縫換熱。預(yù)熱階段進(jìn)行蓄熱材料的加熱，把熱量存儲(chǔ)在蓄熱材料中，供氣過程中，蓄熱材料再把熱量傳遞給空氣，加熱器出口可獲得高溫高壓空氣。其預(yù)熱方式主要有燃料燃燒加熱、電阻元件加熱、感應(yīng)加熱等。

燃料燃燒預(yù)熱蓄熱方式在預(yù)熱階段先使高溫燃?xì)馔ㄟ^蓄熱材料，蓄熱材料溫度逐漸升高，然后停燃?xì)?，通入空氣，空氣吸收蓄熱材料的熱量溫度升高，從而獲得高溫高壓空氣。這種方式蓄熱體上容易產(chǎn)生積碳，燃燒產(chǎn)物在蓄熱材料間的殘留可造成空氣的污染。

電阻預(yù)熱蓄熱方式在預(yù)熱階段依靠電阻元件加熱元件加熱蓄熱材料，加熱器內(nèi)的空氣同時(shí)衩加熱。這種方式預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)，受溫差影響，蓄熱材料預(yù)熱溫度不高。

感應(yīng)預(yù)熱蓄熱方式通過電磁感應(yīng)在金屬蓄熱體內(nèi)產(chǎn)生渦流，加熱溫度高、速度快，空氣不會(huì)被污染。但是為了防止耐壓容器殼體被過度加熱，需要用導(dǎo)磁體進(jìn)行屏蔽，導(dǎo)磁體占用空間，造成耐壓容器的制造成本增加。運(yùn)行時(shí)，耐壓容器內(nèi)是高溫高壓空氣，而導(dǎo)磁體要求環(huán)境溫度為常溫，導(dǎo)磁體的隔熱很難解決。

蓄熱供應(yīng)方式一般選用非金屬材料作為蓄熱材料，由于蓄熱材料受到溫度冷熱交錯(cuò)以及氣流反復(fù)沖刷會(huì)脫落，因此蓄熱供應(yīng)方式產(chǎn)生的空氣流中一般都摻雜著固體粉塵顆粒，會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響。另外因前面的空氣帶走熱量，蓄熱材料的溫度降低，后面的空氣被加熱的溫也會(huì)越來越低，難以保持出口空氣溫度的穩(wěn)定。

綜上所述，很多高壓空氣加熱方式都會(huì)產(chǎn)生污染雜質(zhì)，使空氣不純凈，影響試驗(yàn)準(zhǔn)確性等問題。其中電阻加熱直接供應(yīng)方式和電感應(yīng)預(yù)熱蓄熱供應(yīng)方式可效得較純凈的高溫高壓空氣，但電阻加熱直接供應(yīng)方式用電功率往往超出一般試驗(yàn)單位的供電能力，而且存在啟動(dòng)過程升溫慢，穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)等問題；而電感應(yīng)預(yù)熱蓄熱供應(yīng)方式目前技術(shù)還不成熟，難以工程化應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有高溫高壓空氣供應(yīng)技術(shù)的不足，提供一種新的高溫高壓純凈空氣供應(yīng)裝置，尤其是適用于需要高溫高壓純凈空氣的試驗(yàn)設(shè)備的高溫高壓純凈空氣供應(yīng)裝置，該裝置所生成的空氣純凈且溫度穩(wěn)定。

為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的：高溫高壓純凈空氣供應(yīng)裝置由耐壓容器、電阻加熱器、增壓閥、供氣閥、調(diào)壓電源、壓力傳感器、溫度傳感器、監(jiān)控設(shè)備、葉柵裝置、分配器等幾部分組成。其中耐壓容器包括耐壓容器本體、封頭、耐高溫隔熱層、增壓法蘭接口、供氣法蘭接口、電接頭法蘭接口、安全接地極等，耐壓容器本體和封頭采用法蘭形式對(duì)接。

調(diào)壓電源用于向電阻加熱器供電；壓力傳感器用于測(cè)量耐壓容器內(nèi)空氣壓力；溫度傳感器用于測(cè)量耐壓容器內(nèi)空氣溫度；監(jiān)控設(shè)備用于監(jiān)測(cè)壓力和溫度參數(shù)，控制閥門開關(guān)以及調(diào)整電阻加熱器加熱功率；耐高溫隔熱層除有利于減少熱量損失外，還有利于保護(hù)耐壓容器外殼，防止外殼在承壓的情況下因溫度過高而強(qiáng)度降低損壞；安全接地接極用于將耐壓容器外殼與安全地相連，以防止設(shè)備帶電，保護(hù)操作人員安全；葉柵裝置、分配器用于防止產(chǎn)生旋渦，減弱冷、熱空氣摻混；為了進(jìn)一步減弱冷、熱空氣摻混，充分利用耐壓容器內(nèi)的熱空氣，還可在耐壓容器內(nèi)設(shè)置耐高溫金屬導(dǎo)流隔板。

準(zhǔn)備過程中，通過增壓閥向耐壓容器充入空氣，利用電阻加熱器將耐壓容器內(nèi)的空氣加熱，通過增壓閥和供氣閥調(diào)整耐壓容器內(nèi)空氣壓力；供氣過程中，打開供氣閥向設(shè)備供應(yīng)適當(dāng)壓力和溫度的純凈空氣，同時(shí)打開增壓閥向耐壓容器充入常溫空氣，通過調(diào)整進(jìn)氣流量，使耐壓容器內(nèi)壓力穩(wěn)定，從而保持供氣壓力穩(wěn)定。

由于采用了上述方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本裝置采用電阻加熱的方式，且耐壓容器內(nèi)部沒有會(huì)產(chǎn)生粉塵顆粒的蓄熱材料，因此所供應(yīng)的空氣純凈無污染；

(2)本裝置耐壓容器內(nèi)部沒有蓄熱材料占用空間，可容納更多的空氣，除了少量散熱外，熱量主要用于加熱空氣，不會(huì)產(chǎn)生存儲(chǔ)在蓄熱材料內(nèi)的熱量無法利用的情況，因而效率較高；

(3)本裝置所供應(yīng)的空氣的溫度、壓力穩(wěn)定，容易控制。

附圖說明

圖1是本發(fā)明高溫高壓純凈空氣供應(yīng)裝置的原理圖；

圖2是本發(fā)明立式安裝耐壓容器剖視圖；

圖3是本發(fā)明臥式安裝耐壓容器剖視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

由附圖1給出，本發(fā)明采用電阻加熱方式，加熱耐壓容器內(nèi)的空氣，由耐壓容器1、電阻加熱器2、增壓閥3、供氣閥4、調(diào)壓電源5、壓力傳感器6、溫度傳感器7、監(jiān)控設(shè)備8等、葉柵裝置9、分配器10幾部分組成。

由附圖2、附圖3給出，本發(fā)明耐壓容器1包括耐壓容器本體11、封頭12、耐高溫隔熱層13、增壓法蘭接口14、供氣法蘭接口15、電接頭法蘭接口16、安全接地極17等幾部分，耐壓容器本體11和封頭12采用法蘭形式對(duì)接，將兩者拆開，可進(jìn)行內(nèi)部設(shè)備安裝、與維護(hù)。

附圖2是本發(fā)明立式安裝耐壓容器1剖視圖，附圖3是本發(fā)明臥式安裝耐壓容器1剖視圖。增壓法蘭接口14位于耐壓容器1下部，供氣法蘭接口15位于耐壓容器1的上部，這種布置可減緩充入的冷空氣與耐壓容器1內(nèi)原有熱空氣的摻混，提高熱空氣供應(yīng)量。

耐壓容器1的容積根據(jù)單次試驗(yàn)最大空氣用量確定，容積越大，所供應(yīng)的空氣壓力與溫度越穩(wěn)定，但設(shè)備規(guī)模與成本會(huì)相應(yīng)增加。一般情況下，耐壓容器1的容積為單次試驗(yàn)最大空氣用量的1.5倍左右時(shí)可滿足使用要求。相同容積的情況下，立式安裝供應(yīng)空氣溫度的穩(wěn)定性優(yōu)于臥式安裝。

耐高溫隔熱層13有利于減少熱量損失，而且還有利于保護(hù)耐壓容器1外殼，防止外殼在承壓的情況下因溫度過高而強(qiáng)度降低損壞。耐高溫隔熱層一般選用非金屬耐高溫材料，選用AL₂O₃-SiC-C澆注料時(shí)，耐溫可達(dá)1700K以上，耐壓可達(dá)30MPa以上。為防止非金屬耐高溫材料脫落形成固體粉塵顆粒，從而造成所供應(yīng)的空氣污染，在耐高溫隔熱層內(nèi)表面設(shè)置一層耐高溫金屬內(nèi)膽。

安全接地接極17用于將耐壓容器1外殼與安全地相連，以防止設(shè)備帶電，保護(hù)操作人員安全。

電阻加熱器2安裝于耐壓容器1內(nèi)，用于將耐壓容器1內(nèi)的空氣加熱，由調(diào)壓電源供應(yīng)。根據(jù)耐壓容器1內(nèi)空氣溫度變化情況調(diào)整加熱功率，若達(dá)到預(yù)期溫度，則停止加熱。電阻加熱器2可選用的加熱元件包括金屬電阻帶、電阻管、碳化硅等，可將耐壓容器1內(nèi)的空氣加熱加熱到1600K以上。電阻加熱器2在耐壓容器1應(yīng)設(shè)置可靠的絕緣支撐，防止設(shè)備漏電。

增壓閥3用于向耐壓容器1內(nèi)充入空氣，使耐壓容器1內(nèi)空氣壓力升高。供氣閥4用于向設(shè)備供應(yīng)適當(dāng)壓力和溫度的純凈空氣，打開供氣閥4可使耐壓容器1內(nèi)空氣壓力降低。預(yù)熱階段通過增壓閥3和供氣閥4配合工作可調(diào)整耐壓容器1內(nèi)空氣壓力。預(yù)熱前耐壓容器1初始充氣壓力可根據(jù)空氣壓力與溫度的關(guān)系及初始空氣溫度、預(yù)期空氣溫度、預(yù)期空氣壓力確定。

調(diào)壓電源5用于向電阻加熱器2供電，可通過控制其輸出電壓，控制電阻加熱器2加熱功率。

壓力傳感器6用于測(cè)量耐壓容器1內(nèi)空氣壓力；溫度傳感器7用于測(cè)量耐壓容器1內(nèi)空氣溫度；監(jiān)控設(shè)備8用于監(jiān)測(cè)壓力和溫度參數(shù)，控制閥門開關(guān)以及調(diào)整電阻加熱器2加熱功率。監(jiān)控設(shè)備一般包括工控機(jī)、采集卡、調(diào)理電路、控制電路和操作臺(tái)等，可人工手動(dòng)操作，也可對(duì)調(diào)壓、調(diào)溫過程自動(dòng)控制。

葉柵裝置9采用耐高溫金屬板制成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，分配器10采用耐高溫金屬板制成多級(jí)孔板形式或多圈周心圓形開孔管形式，用于防止產(chǎn)生旋渦，減弱冷、熱空氣摻混；為了進(jìn)一步減弱冷、熱空氣摻混，充分利用耐壓容器內(nèi)的熱空氣，還可在耐壓容器1內(nèi)設(shè)置耐高溫金屬導(dǎo)流隔板，對(duì)增壓冷空氣進(jìn)行導(dǎo)流。

本發(fā)明裝置的整個(gè)工作過程：準(zhǔn)備過程中，通過增壓閥3向耐壓容器1充入空氣，利用電阻加熱器2將耐壓容器1內(nèi)的空氣加熱，通過增壓閥3和供氣閥4調(diào)整耐壓容器1內(nèi)空氣壓力；供氣過程中，打開供氣閥4向設(shè)備供應(yīng)適當(dāng)壓力和溫度的純凈空氣，同時(shí)打開增壓閥3向耐壓容器1充入常溫空氣，通過調(diào)整進(jìn)氣流量，使耐壓容器1內(nèi)壓力穩(wěn)定，從而保持供氣壓力穩(wěn)定。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。