专利名称：用于超声速燃烧试验台的煤油加热系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于超声速燃烧试验台的煤油加热系统。
背景技术：
超声速发动机以液体碳氢化合物作为燃料。为避免发动机燃烧室在运行过程中烧毁，喷注前的液体燃料往往被用作冷却剂吸收燃烧室壁面热量，因此实际注入燃烧室的是已被加热的燃料。加热至超临界态的煤油进入燃烧室后将直接气化。若煤油被加热至超过裂解温度，煤油中的大分子碳氢化合物会发生裂解，适宜的催化剂会加速裂解过程。相对于未加热煤油而言，超临界态煤油或裂解煤油可使发动机的运行性能得到明显优化。当煤油加热至高于裂解温度时，煤油中多组分将热裂解成为分子量较小的碳氢化合物，伴随着裂解过程不可避免地出现结炭。如果结炭以游离状的微粒存在，它将作为燃料的一部分随着裂解煤油进入燃烧室，不会对加热器及输运系统带来麻烦；但若结炭微粒聚集成絮状物，或沉淀于加热器或系统内，形成层状或块状固体，或与煤油一起形成高度粘稠的液状物，将引起注油孔堵塞、传感器失灵、阀门密封失效等问题，使系统不能有效运转，严重时将会导致管道及加热器局部堵塞，引发恶性事故。
发明内容
针对上述现状，本发明的目的在于提供一种可使煤油在流动状态下快速升温、裂解，从而有效避免结炭聚集与沉积的用于超声速燃烧试验台的煤油加热系统。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案为一种用于超声速燃烧试验台的煤油加热系统，该系统包括一级加热器、与燃烧室相连的二级加热器，该一级加热器与二级加热器之间通过管道相连接，该管道上及燃烧室与二级加热器之间均设置有阀门。
进一步，所述一级加热器包括螺旋管和包覆于螺旋管上的加热带，所述一级加热器上设置有热电偶，该加热带通过与该热电偶相连接的温度控制仪连接电源。
进一步，所述二级加热器为由电阻材料制成的螺旋管。
进一步，所述二级加热器上设置有热电偶，所述螺旋管通过与该热电偶相连接的温度控制仪连接电源。
进一步，所述螺旋管为高镍耐热钢。
进一步，所述螺旋管内设有若干根耐热细管，该耐热细管为高镍耐热钢。
进一步，所述阀门为电—气阀，所述压力传感器及所述一级加热器上的热电偶、二级加热器上的热电偶均与计算机相连接，该计算机与所述电—气阀相连接。
进一步，所述一级加热器及二级加热器上均设置有双重安全系统。
进一步，所述第一级安全装置为带有冷凝器的安全阀，第二级安全装置由电接点压力表、由电接点压力表控制的电—气阀及设置于该电—气阀下游的冷凝器组成。
进一步，所述二级加热器上设置有双重冲洗系统，该双重冲洗系统包括高压氮气源、高压空气源及设置于高压氮气源、高压空气源与二级加热器之间的电—气阀，该电—气阀与所述计算机相连接。
该煤油加热系统采用二级加热，缩短了煤油处于高温状态的时间，并且使煤油在流动状态下快速发生裂解，大大减轻结炭的聚集与沉积。螺旋管管壁中镍元素可作为催化剂加速煤油裂解，进一步减轻了结炭的聚集与沉积；另外，由于该二级加热器的螺旋管内还填充有高镍耐热钢细管，提高了单位长度加热器的换热效率、进一步加快裂解催化过程。一级加热器及二级加热器均由温控仪控制，使温度控制更加准确；双重安全装置可在系统出现异常高压时迅速切断电源并泄放系统中燃料。使系统压力降低至安全范围内；双重冲洗系统可清除二级加热器及管道系统中残存的结炭和燃油，为下一次试验作好准备。
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的电路连接示意图；图3为本发明中二级加热器螺旋管的截面图。
具体实施例方式下面结合附图具体说明本发明本发明用于超声速燃烧试验台的煤油加热系统，其结构示意图如图1所示，该系统包括一级加热器1，由设置于里层的螺旋管11和包覆于螺旋管上的加热带12组成，该螺旋管11管壁上焊接有用于测管壁温度的K型热电偶13，该热电偶也可穿透管壁直接测煤油温度；螺旋管11一端通过阀门14连接高压油源15，另一端设置有双重安全系统16及驱动系统17，该高压油源由高压气体151推动活塞152进入一级加热器，该双重安全系统16包括冷凝器161和与冷凝器相连的安全阀162组成的第一级安全系统，及冷凝器163和与冷凝器163相连接的电—气阀164及设于一级加热器上的电接点压力表165组成的第二级安全系统；驱动系统17包括高压气源171和阀门172，该高压气源采用高压氮气。所述加热带12包括电阻丝和电阻丝外的绝缘层，加热带12的电阻丝通过数字式温度控制仪18与电源19相连接，该数字式温度控制仪与K型热电偶13相连接，其连接电路图如图2所示，K型热电偶13将采集到的温度参数传输到数字式温度控制仪，数字式温度控制仪根据温度参数控制电源的通断。
管道3，其上设置有电—气阀31和由电接点压力表32及冷凝器33、安全阀34组成的二级加热器上的第一级安全系统35，该电—气阀31连接有控制计算机4，该控制计算机另一端与上述K型热电偶13相连接；当该热电偶显示温度达到预定值时，通过控制系统的计算机发出指令使电—气阀31开启；另外，为使经预热的煤油在经管道传输的过程中温度恒定，在管道3外包覆有加热带。
二级加热器2，二级加热器2可与燃烧室相连接，二级加热器2包括外层螺旋管21和设置于外层螺旋管21内的若干根耐热细管22，该外层螺旋管2的截面图如图3所示；该外层螺旋管和耐热细管均采用高镍耐热钢，外层螺旋管21管壁上焊接有用于测管壁温度的K型热电偶23，热电偶也可穿透管壁直接测煤油温度；该二级加热器2一端设置有双重清洗系统25，另一端设置有冷凝器261和电—气阀262及上述设置于管道3上的电接点压力表32组成第二级安全系统26，该第二级安全系统与设置在管道3上的第一级安全系统35共同组成二级加热器的双重安全系统；该二级加热器2的外层螺旋管21通过数字式温度控制仪27连接交流电源28，该数字式温度控制仪27另一端连接K型热电偶23；该二级加热器的出油口端通过出油管连接燃烧室，该出油口端设置有压力传感器5、电—气阀6，该压力传感器与上述热电偶23均与上述控制计算机4相连接；所述双重清洗系统25包括高压氮气源251、高压空气源252及分别设置于高压氮气源、高压空气源与二级加热器之间输送管道上的电—气阀253及开关阀254，所述电—气阀6、253均与控制计算机4相连接，其电路连接图如图2所示，当热电偶23及压力传感器5采集到的温度、压力参数达到预定值时，控制计算机打开电—气阀6，使燃油进入燃烧室，然后打开电—气阀253，用高压氮气、高压空气依次冲洗二级加热器。
在使用过程中，高压煤油进入螺旋管11后，关闭阀门14，通过数字式温度控制仪161使开关162闭合，电阻丝通电，加热带温度升高，从而使一级加热器1的螺旋管温度升高，使进入螺旋管内的煤油被加热至预定值，然后通过控制计算机发出指令打开管道3上的电—气阀31，加热后的高压煤油进入管道3；为了保持煤油的输运压力，试验前可打开阀门62，在驱动系统的高压气体作用下，使加热后的高压煤油快速进入管道3。
当上述热电偶13显示的煤油温度接近设定温度时，通过数字式温度控制仪161切断电源停止给螺旋管11供电，使加热带温度不再上升，若燃油压力异常升高，安全阀162自动开启，通过燃油泄放使系统压力恢复正常。若安全阀失灵，系统压力继续升高，电接点压力表165将切断电源，并打开电—气阀164泄放燃油。因煤油泄出时温度很高呈气态，容易造成危险，因此在安全阀、电—气阀下游设置冷凝器，使煤油温度降低呈液态泄出。
经预热的煤油进入二级加热器前，先通过数字式温度控制仪27使二级加热器2接通交流电，使外层螺旋管及内部细管温度升高到预定值，然后来自一级加热器的高压煤油快速进入二级加热器并上升至高于裂解温度。在外层螺旋管21及耐热细管22的管壁中镍元素的催化作用下煤油完成裂解，并随后进入燃烧室。实验完成后，通过控制计算机4发出指令依次打开氮气冲洗系统和空气冲洗系统将二级加热器冲洗干净。
若燃油压力异常升高，安全阀34自动开启，通过燃油泄放使系统压力恢复正常。若安全阀失灵，系统压力继续升高，电接点压力表32将切断电源，并打开电—气阀262泄放燃油。因煤油泄出时温度很高呈气态，容易造成危险，因此在安全阀、电—气阀下游设置冷凝器，使煤油温度降低呈液态泄出。
权利要求
1.一种用于超声速燃烧试验台的煤油加热系统，其特征在于该系统包括一级加热器、与燃烧室相连的二级加热器，该一级加热器与二级加热器之间通过管道相连接，该管道上及燃烧室与二级加热器之间均设置有阀门。
2.如权利要求1所述的用于超声速燃烧试验台的煤油加热系统，其特征在于所述一级加热器包括螺旋管和包覆于螺旋管上的加热带，所述一级加热器上设置有热电偶，该加热带通过与该热电偶相连接的温度控制仪连接电源。
3.如权利要求1所述的用于超声速燃烧试验台的煤油加热系统，其特征在于所述二级加热器为由电阻材料制成的螺旋管。
4.如权利要求3所述的用于超声速燃烧试验台的煤油加热系统，其特征在于所述二级加热器上设置有热电偶，所述螺旋管通过与该热电偶相连接的温度控制仪连接电源。
5.如权利要求3所述的用于超声速燃烧试验台的煤油加热系统，其特征在于所述螺旋管为高镍耐热钢。
6.如权利要求5所述的用于超声速燃烧试验台的煤油加热系统，其特征在于所述螺旋管内设有若干根耐热细管，该耐热细管为高镍耐热钢。
7.如权利要求2或4所述的用于超声速燃烧试验台的煤油加热系统，其特征在于所述阀门为电—气阀，所述压力传感器及所述一级加热器上的热电偶、二级加热器上的热电偶均与计算机相连接，该计算机与所述电—气阀相连接。
8.如权利要求1所述的用于超声速燃烧试验台的煤油加热系统，其特征在于所述一级加热器及二级加热器上均设置有双重安全系统。
9.如权利要求8所述的用于超声速燃烧试验台的煤油加热系统，其特征在于所述第一级安全装置为带有冷凝器的安全阀，第二级安全装置由电接点压力表、由电接点压力表控制的电—气阀及设置于该电—气阀下游的冷凝器组成。
10.如权利要求7所述的用于超声速燃烧试验台的煤油加热系统，其特征在于所述二级加热器上设置有双重冲洗系统，该双重冲洗系统包括高压氮气源、高压空气源及设置于高压氮气源、高压空气源与二级加热器之间的电—气阀，该电—气阀与所述计算机相连接。
全文摘要
本发明公开了一种用于超声速燃烧试验台的煤油加热系统，其特征在于该系统包括一级加热器与燃烧室相连的二级加热器，该一级加热器与二级加热器之间通过管道相连接，该管道上及燃烧室与二级加热器之间均设置有阀门。该系统采用二级加热，缩短了煤油处于高温状态的时间，并且使煤油在流动状态下快速发生裂解，大大减轻结炭的聚集与沉积，而螺旋管管壁中镍元素可作为催化剂加速煤油裂解，进一步减轻了结炭的聚集与沉积。
文档编号F24H1/10GK1687661SQ20051006803
公开日2005年10月26日 申请日期2005年5月9日 优先权日2005年5月9日
发明者卢锡年, 范学军, 李英, 李建国, 俞刚, 张新宇 申请人:中国科学院力学研究所