CN113340556A - 一种板片式加热器全局超温监测和控温辅助*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种板片式加热器全局超温监测和控温辅助***，包括红外全局测温单元、超温控制单元和冷却单元，红外全局测温单元采用红外摄像对加热器全局进行温度测量；超温控制单元识别温度采集数据，并进行超温报警，实现加热器运行的辅助控制；冷却单元接入风洞原有的气源，吹冷环和吹冷喷嘴实现加热器壳体表面气体流动，进而实现加热器壳体的冷却；红外全局测温单元包括红外摄像头、龙门架、驱动器、移动滑轨和实时测温器，龙门架设置在移动滑轨上，通过驱动器驱动龙门架沿移动滑轨滑动。本发明可以对加热器全局进行实时温度测量，使得加热器安全使用得到保证。

Description

一种板片式加热器全局超温监测和控温辅助***
技术领域
本发明涉及一种板片式加热器全局超温监测和控温辅助***，属于风洞试验技术领域。
背景技术
风洞板片蓄热式加热器是一个在高温高压环境中工作的设备，内部最高温度约800摄氏度。通常情况加热器壳体由卧式放置的前、后筒体组成，筒体两端设有法兰，筒体与法兰均为整体锻件经过机加工而成，采用U型坡口埋弧自动对接焊将法兰与筒体焊接在一起。这种加热器的制作工艺，使得连接的环缝、加热器的燃烧室防隔热、前后的连接缝都很多，都是受热后强度存在风险的危险点。
由于风洞使用频繁、加热器利用率较高，而加热器又属于循环使用设备，用量每年约6000小时。加热器最为重要部分为燃烧室，此处内部温度最高，是重点需要关注的部件。由于加热器属于早期设计，没有超温检测装置，测温主要靠人工对壳体局部的点测温，非实时测量，人为误差大，不确定性较大。
多次检修时发现，加热器燃烧室内部长时间处在高温状态下焊接处有断裂情况，保温衬筒使用年限较长，局部保温层脱落造成局部超温，是另一处不容易察觉的安全隐患。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种板片式加热器全局超温监测和控温辅助***，解决加热器运行隐患，保障风洞试验安全有序进行。
本发明解决技术的方案是：
一种板片式加热器全局超温监测和控温辅助***，包括红外全局测温单元、超温控制单元和冷却单元，
红外全局测温单元采用红外摄像对加热器全局进行温度测量；
超温控制单元识别温度采集数据，并进行超温报警，实现加热器运行的辅助控制；
冷却单元接入风洞原有的气源，吹冷环和吹冷喷嘴实现加热器壳体表面气体流动，进而实现加热器壳体的冷却；
红外全局测温单元包括红外摄像头、龙门架、驱动器、移动滑轨和实时测温器，
龙门架设置在移动滑轨上，通过驱动器驱动龙门架沿移动滑轨滑动；
红外摄像头均布在龙门架上，板片式加热器置于龙门架下方，可实现360°全局对板片式加热器外壳的温度测量，如果测量值大于警戒值，则通过冷却单元对测量值大于警戒值处的板片式加热器外壳降温，如果6-15min之间，测量值仍大于警戒值，则板片式加热器内部停止加热；
超温控制单元用于监测温度是否超标，控制冷却单元吹气及加热器是否加热；
冷却单元包括吹冷喷嘴、下游吹冷环、上游吹冷环、燃烧室吹冷环、电磁阀和气源管路，
下游吹冷环、上游吹冷环、燃烧室吹冷环均与气源管路连接，吹冷喷嘴均布在吹冷环上，形成沿加热器外壁面的冷却风场，气源管路中的气体经吹冷环，最终由吹冷喷嘴喷出，喷出的气体作用在板片式加热器外壳上，为测量值大于警戒值处的板片式加热器外壳降温。
进一步的，红外摄像头刷新率不超过1秒，温度分辨率不大于1℃。
进一步的，板片式加热器包括燃烧室和蓄热器，燃烧室和蓄热器连接；蓄热器包括上游段和下游段，上游段接近燃烧室。
进一步的，喷嘴与壳体轴线成40°-50°夹角，聚焦在轴线上的一点进行喷气，形成环形冷却风场。
进一步的，气源管路与风洞的中压气源管道相连，提供的压力不小于1兆帕。
进一步的，吹冷环分别位于加热器主体的前、中、后部，分别对应燃烧室、壳体前段和壳体后段。
进一步的，电磁阀受超温控制单元控制，可独立开启对不同位置的吹冷环供气。
进一步的，冷却单元与中压气罐连接，获得稳定的压力气源，通过分别安装在加热器燃烧室、壳体前段和壳体后段位置的吹冷环提供分段供气。
进一步的，冷却单元的控制通过超温控制单元对电磁阀发出的指令进行，根据不同的超温位置，控制相应的电磁阀开启，可分别对下游吹冷环、上游吹冷环、燃烧室吹冷环供气，再由吹冷喷嘴喷出。
进一步的，超温控制单元控制驱动器驱动龙门架沿轨道轴向移动。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明红外摄像头在加热器周向均布并安装在龙门架上，能够实时测量加热器360度结构的温度，对加热过程进行实时调整，避免了原有传感器点测量的局限性；
(2)本发明为了节约摄像头安装的空间，采用了滑轨结合龙门架的安装形式，对加热器温度进行纵向扫描，避免了视场过大，局部温度不准确的问题；
(3)本发明可以对1000摄氏度以下的温度进行实时测量，温度测量实时显示，刷新率1秒，温度分辨率1摄氏度；
(4)本发明可以对加热器全局进行实时温度测量，使得加热器安全使用得到保证，另外，可以对超温和加热进行控制，采用自动的方法来实现超温的控制和加热的运行，通过冷却***可以完成加热器的分段冷却。
附图说明
图1为本发明示意图。
图2为本发明红外全局测温单元示意图；
图3为本发明超温控制策略流程图；
图4为本发明冷却单元示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
一种板片式加热器全局超温监测和控温辅助***，如图1所示，包括红外全局测温单元101、超温控制单元102和冷却单元103，
红外全局测温单元101采用红外摄像对加热器全局进行温度测量；
超温控制单元102识别温度采集数据，并进行超温报警，实现加热器运行的辅助控制；
冷却单元103接入风洞原有的气源，吹冷环和吹冷喷嘴实现加热器壳体表面气体流动，进而实现加热器壳体的冷却；
如图2所示，红外全局测温单元101包括红外摄像头201、龙门架202、驱动器203、移动滑轨204和实时测温器205，
龙门架202设置在移动滑轨204上，通过驱动器203驱动龙门架202沿移动滑轨204滑动；
红外摄像头201均布在龙门架上，板片式加热器104置于龙门架下方，可实现360°全局对板片式加热器外壳的温度测量，如果测量值大于警戒值，则通过冷却单元103对测量值大于警戒值处的板片式加热器外壳降温，如果6-15min之间，测量值仍大于警戒值，则板片式加热器内部停止加热；
超温控制单元102用于监测温度是否超标，控制冷却单元吹气及加热器是否加热；
如图4所示，冷却单元103包括吹冷喷嘴301、下游吹冷环302、上游吹冷环303、燃烧室吹冷环304、电磁阀305和气源管路306，
下游吹冷环302、上游吹冷环303、燃烧室吹冷环304均与气源管路306连接，吹冷喷嘴301均布在吹冷环上，形成沿加热器外壁面的冷却风场，气源管路306中的气体经吹冷环，最终由吹冷喷嘴喷出，喷出的气体作用在板片式加热器外壳上，为测量值大于警戒值处的板片式加热器外壳降温。
红外摄像头201刷新率不超过1秒，温度分辨率不大于1℃。板片式加热器包括燃烧室和蓄热器，燃烧室和蓄热器连接；蓄热器包括上游段和下游段，上游段接近燃烧室。
喷嘴与壳体轴线成40°-50°夹角，聚焦在轴线上的一点进行喷气，形成环形冷却风场。
气源管路306与风洞的中压气源管道相连，提供的压力不小于1兆帕。
吹冷环分别位于加热器主体的前、中、后部，分别对应燃烧室、壳体前段和壳体后段。
电磁阀305受超温控制单元控制，可独立开启对不同位置的吹冷环供气。
冷却单元103与中压气罐连接，获得稳定的压力气源，通过分别安装在加热器燃烧室、壳体前段和壳体后段位置的吹冷环提供分段供气。
冷却单元的控制通过超温控制单元102对电磁阀305发出的指令进行，根据不同的超温位置，控制相应的电磁阀305开启，可分别对下游吹冷环302、上游吹冷环303、燃烧室吹冷环304供气，再由吹冷喷嘴301喷出。
超温控制单元102控制驱动器203驱动龙门架沿轨道轴向移动。
超温控制单元102对加热器运行情况进行评估和决策步骤如图3所示：
步骤1，加热器加热，当加热器内部温度达到指定温度时，辅助***开始对全局进行温度监测；
步骤2，对加热器壳体的温度进行动态实时监测；
步骤3，超温判定，如果壳体的温度未超过安全温度，则继续加热；如果壳体的温度超过安全温度，则暂停加热，超温报警，开启冷却单元103；
步骤4，对冷却单元开启后的壳体进行动态实时监测；
步骤5，超温判定，如果壳体的温度回到了安全温度以下，则继续加热，如果壳体的温度再次超安全温度，超温报警，终止加热，建议维修。
此运行辅助***作为一套独立的装置，是对原有风洞加热器结构和运行程序的提升，有效解决加热器燃烧室超温监测问题，特别是可以解决加热器内部保温材料脱落造成的随机超温点位置判断问题，可以有效保障风洞设备安全有序运行。
本发明红外摄像头在加热器周向均布并安装在龙门架上，能够实时测量加热器360度结构的温度，对加热过程进行实时调整，避免了原有传感器点测量的局限性；
本发明为了节约摄像头安装的空间，采用了滑轨结合龙门架的安装形式，对加热器温度进行纵向扫描，避免了视场过大，局部温度不准确的问题；
本发明可以对1000摄氏度以下的温度进行实时测量，温度测量实时显示，刷新率1秒，温度分辨率1摄氏度；
本发明可以对加热器全局进行实时温度测量，使得加热器安全使用得到保证，另外，可以对超温和加热进行控制，采用自动的方法来实现超温的控制和加热的运行，通过冷却***可以完成加热器的分段冷却。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种板片式加热器全局超温监测和控温辅助***，其特征在于，包括红外全局测温单元(101)、超温控制单元(102)和冷却单元(103)，
红外全局测温单元(101)采用红外摄像对加热器全局进行温度测量；
超温控制单元(102)识别温度采集数据，并进行超温报警，实现加热器运行的辅助控制；
冷却单元(103)接入风洞原有的气源，吹冷环和吹冷喷嘴实现加热器壳体表面气体流动，进而实现加热器壳体的冷却；
红外全局测温单元(101)包括红外摄像头(201)、龙门架(202)、驱动器(203)、移动滑轨(204)和实时测温器(205)，
龙门架(202)设置在移动滑轨(204)上，通过驱动器(203)驱动龙门架(202)沿移动滑轨(204)滑动；
红外摄像头(201)均布在龙门架上，板片式加热器(104)置于龙门架下方，可实现360°全局对板片式加热器外壳的温度测量，如果测量值大于警戒值，则通过冷却单元(103)对测量值大于警戒值处的板片式加热器外壳降温，如果6-15min之间，测量值仍大于警戒值，则板片式加热器内部停止加热；
超温控制单元(102)用于监测温度是否超标，控制冷却单元吹气及加热器是否加热；
冷却单元(103)包括吹冷喷嘴(301)、下游吹冷环(302)、上游吹冷环(303)、燃烧室吹冷环(304)、电磁阀(305)和气源管路(306)，
下游吹冷环(302)、上游吹冷环(303)、燃烧室吹冷环(304)均与气源管路(306)连接，吹冷喷嘴(301)均布在吹冷环上，形成沿加热器外壁面的冷却风场，气源管路(306)中的气体经吹冷环，最终由吹冷喷嘴喷出，喷出的气体作用在板片式加热器外壳上，为测量值大于警戒值处的板片式加热器外壳降温。
2.根据权利要求1所述的一种板片式加热器全局超温监测和控温辅助***，其特征在于，红外摄像头(201)刷新率不超过1秒，温度分辨率不大于1℃。
3.根据权利要求1所述的一种板片式加热器全局超温监测和控温辅助***，其特征在于，板片式加热器包括燃烧室和蓄热器，燃烧室和蓄热器连接；蓄热器包括上游段和下游段，上游段接近燃烧室。
4.根据权利要求1所述的一种板片式加热器全局超温监测和控温辅助***，其特征在于，喷嘴与壳体轴线成40°-50°夹角，聚焦在轴线上的一点进行喷气，形成环形冷却风场。
5.根据权利要求1所述的一种板片式加热器全局超温监测和控温辅助***，其特征在于，气源管路(306)与风洞的中压气源管道相连，提供的压力不小于1兆帕。
6.根据权利要求1所述的一种板片式加热器全局超温监测和控温辅助***，其特征在于，吹冷环分别位于加热器主体的前、中、后部，分别对应燃烧室、壳体前段和壳体后段。
7.根据权利要求1所述的一种板片式加热器全局超温监测和控温辅助***，其特征在于，电磁阀(305)受超温控制单元控制，可独立开启对不同位置的吹冷环供气。
8.根据权利要求1所述的一种板片式加热器全局超温监测和控温辅助***，其特征在于，冷却单元(103)与中压气罐连接，获得稳定的压力气源，通过分别安装在加热器燃烧室、壳体前段和壳体后段位置的吹冷环提供分段供气。
9.根据权利要求1所述的一种板片式加热器全局超温监测和控温辅助***，其特征在于，冷却单元的控制通过超温控制单元(102)对电磁阀(305)发出的指令进行，根据不同的超温位置，控制相应的电磁阀(305)开启，可分别对下游吹冷环(302)、上游吹冷环(303)、燃烧室吹冷环(304)供气，再由吹冷喷嘴(301)喷出。
10.根据权利要求1所述的一种板片式加热器全局超温监测和控温辅助***，其特征在于，超温控制单元(102)控制驱动器(203)驱动龙门架沿轨道轴向移动。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113984325A (zh) * 2021-10-11 2022-01-28 南京航空航天大学 一种提高高超声速静风洞来流总压的装置及方法

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