CN111426053A - 一种电磁感应空气加热器耐压装置 - Google Patents

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王毅
房健
***
晏至辉
刘琳琳
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Abstract

本发明涉及一种电磁感应空气加热器耐压装置，属于高超声速风洞技术领域。本发明公开一种电磁感应空气加热器耐压装置，基本原理是利用电磁感应技术加热感磁性芯体，然后利用高温芯体对洁净空气进行加热。主要包括耐压外壳、感应线圈、隔热壳体、加热芯体等部分，通过耐压外壳和隔热壳体的结构设计，实现耐压外壳承压不承温、隔热壳体承温不承压，完成对高压气流的加热。本发明解决了高压空气加热过程中耐压部件由于高温而造成强度下降的问题，实现了高压洁净空气的快速加热。

Description

一种电磁感应空气加热器耐压装置
技术领域
本发明涉及一种电磁感应空气加热器耐压装置，属于高超声速风洞技术领域。
背景技术
目前在高超声速风洞、发动机燃烧室模拟试验、高超声速飞行器的研制等场合都要用到高温大流量的纯净空气，所使用的气源往往都是带一定压力的，而且气流温度一般比较高(1100K左右)，此温度下承压部件的结构强度会下降，这就要求承压部件有足够的强度，在选材和结构设计上会大大提高承压部件的加工难度和成本。
目前传统的空气加热器对带有一定压力的空气加热时，特别是温度比较高的情况下，普遍都存在耐压部件结构强度由于高温而性能下降的问题，普遍的做法是增加耐压部件的厚度或者选用强度更高的材料，无论哪种方式都会大大提高加热器的成本。耐压部件高温下的强度问题一直是行业内要解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有高压空气加热器工作过程中，耐压部件由于高温而造成强度下降的问题，提供一种电磁感应空气加热器耐压装置，实现高压空气的快速加热。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种电磁感应空气加热器耐压装置，基本原理是利用中频交变电流与芯体产生感应加热效应，使芯体温度升高到一定程度，然后利用高温芯体对空气进行加热。通过耐压外壳和隔热壳体的结构设计，实现耐压外壳承压不承温、隔热壳体承温不承压，完成对高压空气的快速加热。
一种电磁感应空气加热器耐压装置，包括：耐压外壳和内芯；内芯部分置于耐压外壳中；
所述内芯包括感应线圈、隔热壳体和加热芯体；所述隔热壳体为两端开口结构；加热芯体内置于隔热壳体中；感应线圈安装在隔热壳体外侧；所述加热芯体受到感应线圈的电磁感应产生涡流，加热芯体温度迅速升高。常温气流通过耐压外壳的气流入口进入耐压壳体和隔热壳体之间，再进入隔热壳体内部被加热芯体加热，最后从气流出口流出；所述耐压外壳内外无压差，实现耐压外壳承压不承温，隔热壳体承温不承压；
所述感应线圈内部中空，通入循环冷却水，用来对隔热壳体降温。
所述感应线圈选用导电性好的材料。
所述加热芯体选用感磁性材料，内部开设空气流道。
所述隔热壳体选用耐高温隔热材料，主要起保温和隔热作用。
工作过程：进行空气加热时，首先打开冷却水泵，然后开启变频电源，将电源的输出功率、电流频率调至设定值，读取加热芯体的温度，等芯体温度达到设定温度后打开气源，调整空气流量到设定值，以出口气流温度为控制点，闭环控制调节加热功率和电流频率。停止加热时，首先关闭变频电源，然后关闭气源，冷却水泵继续运行，待加热装置降温后再关闭水泵。
有益效果
1.本发明的一种电磁感应空气加热器耐压装置，线圈中的冷却水以及外界进入耐压外壳的气体均对隔热壳体产生降温的作用，实现耐压外壳承压不承温；隔热壳体则仅承温不承压；实现了高压气流的加热的同时，解决了加热器高温高压条件下由于承压部件结构强度下降而产生的可靠性问题，保证了高温下装置的结构强度；
2.本发明的一种电磁感应空气加热器耐压装置，实现了空气流的快速加热，比传统电阻加热时间缩短2/3；
3.本发明的一种电磁感应空气加热器耐压装置，实现了空气流的无污染加热保证了空气的洁净。
附图说明
图1是电磁感应空气加热器耐压结构示意图。
其中，1—耐压外壳、2—感应线圈、3—隔热壳体、4—加热芯体、5—冷却水。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种电磁感应空气加热器耐压装置，包括：耐压外壳1和内芯；内芯部分置于耐压外壳1中；
所述内芯包括感应线圈2、隔热壳体3和加热芯体4；所述隔热壳体3为两端开口结构；加热芯体4内置于隔热壳体3中；感应线圈2安装在隔热壳体3外侧；所述加热芯体4受到感应线圈2的电磁感应产生涡流，加热芯体4温度迅速升高。常温气流通过耐压外壳1的气流入口进入耐压壳体和隔热壳体3之间，再进入隔热壳体3内部被加热芯体4加热，最后从气流出口流出；所述耐压外壳1内外无压差，实现耐压外壳1承压不承温，隔热壳体3承温不承压；
所述感应线圈2内部中空，通入循环冷却水5，用来对隔热壳体3降温。
所述感应线圈2选用导电性好的材料。
所述加热芯体4选用感磁性材料，内部开设空气流道。
所述隔热壳体3选用耐高温隔热材料，主要起保温和隔热作用。
将0.05kg/s、1MPa的常温空气加热到530℃。操作过程如下：首先打开冷却水泵5，然后开启变频电源，将电源的输出功率、电流频率调至设定值30kW、1000Hz，读取加热芯体4的温度，约10min左右加热芯体4温度达到800℃。然后打开气源，调整空气流量到0.05kg，约20s后出口气流温度达到600℃左右，以空气出口温度530℃闭环控制调节加热功率和电流频率，2min后气流温度稳定在530℃。停止加热时，首先关闭变频电源，然后关闭气源，冷却水5泵继续运行，待加热装置降温后再关闭水泵。
整个调节过程用时13min，时间比普通电阻式加热大大缩短，而且整个过程无污染，保证了空气的纯净，这是燃烧、电弧等加热方式无法做到的，PID控制下气流温度稳定，装置内部隔热壳体内外压差基本可忽略，稳定可靠。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，比如加热芯体结构的改变、感应线圈形状的改变等，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (5)

1.一种电磁感应空气加热器耐压装置，其特征在于：包括：耐压外壳和内芯；内芯部分置于耐压外壳中；
所述内芯包括感应线圈、隔热壳体和加热芯体；所述隔热壳体为两端开口结构；加热芯体内置于隔热壳体中；感应线圈安装在隔热壳体外侧；所述加热芯体受到感应线圈的电磁感应产生涡流，加热芯体温度迅速升高；常温气流通过耐压外壳的气流入口进入耐压壳体和隔热壳体之间，再进入隔热壳体内部被加热芯体加热，最后从气流出口流出；所述耐压外壳内外无压差，实现耐压外壳承压不承温，隔热壳体承温不承压。
2.如权利要求1所述装置，其特征在于：所述感应线圈内部中空，通入循环冷却水，用来对隔热壳体降温。
3.如权利要求1所述装置，其特征在于：所述感应线圈选用导电性好的材料。
4.如权利要求1所述装置，其特征在于：所述加热芯体选用感磁性材料，内部开设空气流道。
5.如权利要求1所述装置，其特征在于：所述隔热壳体选用耐高温隔热材料，主要起保温和隔热作用。
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