一种高温高压三通的制作方法

本发明涉及一种气动热地面模拟实验用的高温高压三通。

背景技术：

随着航天技术的发展，对气动热地面模拟技术的要求越来越高，某些类型的试验需要提供高温高压并且均匀的热气流，这需要电弧加热器提供大功率、大流量的运行工况，而随着电弧功率和气体流量的增加，电弧加热器的损坏愈加严重，此时希望提供两台电弧加热器并联运行来解决该问题，通过高温高压三通将两台加热器并联是一个可行的办法。

研究高温高压三通，需要解决以下几个技术难点：

1、解决三通在高温下的冷却问题；

2、解决三通在高压下的强度问题；

3、解决高温高压下冷却结构和机械强度的平衡问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种高温高压三通，用于实现大功率加热器并联运行。

本发明提采用的技术方案为：

一种高温高压三通，包括：三通主体、法兰、哈夫件和隔板；

三通主体内部设置有T形气流通道，该气流通道的三个开口处有凸出的管口；每个所述管口均与哈夫件和隔板固定连接；两个哈夫件以及两个隔板形成圆环状并套在所述管口上，法兰安装在哈夫件以及隔板形成的圆环外部，且与所述管口固连；

三通主体内部设置有水流通道，水流通道的端口均匀分布在所述三通主体的管口端面上，哈夫件上设置有与所述三通主体内部设有的水流通道相对应的水流槽；法兰上设置的冷却水出入口、哈夫件上设置的水流槽以及三通主体内部设有的水流通道，组成冷却水流动散热管路；

隔板将所述冷却水流动散热管路分隔成两部分，使在上述两部分散热管路中的冷却水互不影响。

三通主体内部设置的水流通道包括两类，一类为相对的两个所述管口之间均匀分布的直线型水流通道，另一类为处于垂直位置的两个所述管口之间均匀分布的直角状水流通道。

所述直线型水流通道中的冷却水与直角状水流通道中的冷却水被隔板分离开。

三通主体内部设置的水流通道的直径为5～10mm。

三通主体内部的相邻两个水流通道之间的间距为5～10mm。

三通主体内部的水流通道的外壁面距离三通主体的气流通道内壁面之间的最小距离取值范围为3～6mm。

所述三通主体中的气流通道的壁厚不小于30mm。

所述哈夫件上的水流槽令冷却水贴在三通主体的管口外壁上流动。

所述三通主体采用导热率不小于纯铜并且机械强度不低于纯铜的材料。

本发明与现有技术相比带来的有益效果：

(1)本发明利用合理的打孔冷却和设计特定的水流通道解决了三通在高温下的冷却问题；

(2)采用整体打孔和焊接结合的方式，实现厚壁设计，保证了三通在高压下的强度；

(3)通过合理安排冷却水孔的数量、形状和位置解决了冷却和强度的矛盾，保证三通在高温高压下得到有效冷却同时不发生塑性变形。

附图说明

图1为本发明所述的高温高压三通的结构主视图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明所述的高温高压三通的三通主体的结构示意图；其中3-a为主视图，3-b为俯视图；

图4为本发明所述的高温高压三通的法兰的结构示意图；其中4-a为主视图，4-b为左视图；

图5为本发明所述的高温高压三通的哈夫件的结构示意图，其中5-a为主视图，5-b为左视图。

具体实施方式

本发明涉及到的高温高压三通，利用合理的打孔冷却和设计特定的水流通道解决了三通在高温下的冷却问题；采用整体打孔和焊接结合的方式，实现厚壁设计，保证了三通在高压下的强度；通过合理安排冷却水孔的数量、形状和位置解决了冷却和强度的矛盾，保证三通在高温高压下得到有效冷却同时不发生塑性变形。

如图1、图2所示，本发明提出的高温高压三通，包括：三通主体1、法兰2、哈夫件3和隔板4；

三通主体1内部设置有T形气流通道，该气流通道的三个开口处有凸出的管口，便于实现对三通主体进行打孔；每个所述管口均与哈夫件3和隔板4固定连接，该连接可以采用焊接、铆接等方式，具体方式不做限定；两个哈夫件3以及两个隔板4形成圆环状并套在所述管口上，法兰2安装在哈夫件3以及隔板4形成的圆环外部，且与所述管口固连，该连接可以采用焊接、铆接等方式，具体方式不做限定；

三通主体1内部设置有水流通道，水流通道的端口均匀分布在所述三通主体1的管口端面上，该水流通道的具体形状和加工方法不做具体限定，哈夫件3上设置有与所述三通主体1内部设有的水流通道相对应的水流槽，该水槽的具体形状和加工方法不做具体限定；法兰2上设置的冷却水出入口、哈夫件3上设置的水流槽以及三通主体1内部设有的水流通道，组成冷却水流动散热管路；

隔板4将所述冷却水流动散热管路分隔成两部分，使在上述两部分散热管路中的冷却水互不影响。

三通主体1内部设置的水流通道包括两类，一类为相对的两个所述管口之间均匀分布的直线型水流通道，另一类为处于垂直位置的两个所述管口之间均匀分布的直角状水流通道。

所述直线型水流通道中的冷却水与直角状水流通道中的冷却水被隔板4分离开。

三通主体1内部设置的水流通道的直径为5～10mm，所述直径具体数值根据所需冷却水流量和冷却水压力确定。

三通主体1内部的相邻两个水流通道之间的间距为5～10mm，所述间距具体数值根据三通主体的强度和冷却要求确定。

三通主体1内部的水流通道的外壁面距离三通主体1的气流通道内壁面之间的最小距离取值范围为3～6mm，所述的最小距离具体数值根据三通主体的强度和冷却要求确定。

三通主体1中的气流通道的壁厚不小于30mm，所述的壁厚具体数值根据三通主体的强度要求确定。

哈夫件3上的水流槽令冷却水贴在三通主体1的管口外壁上流动，所述水流槽的形状和尺寸具体数值根据三通主体的冷却要求确定。

三通主体1采用导热率不小于纯铜并且机械强度不低于纯铜的材料。

实施例：

三通主体1，其有三个开口X、Y、Z呈T形分布，每个开口与一个法兰2一组哈夫件3和隔板4采用焊接工艺固定连接，三通主体内部形成一个T形气流通道，便于实现大功率加热器并联；

法兰2，其与三通主体1采用焊接工艺连接，法兰上设置冷却水出入口、螺栓连接孔和密封槽，便于冷却三通并实现与其他设备的连接和密封；

哈夫件3，其与三通主体1和法兰2采用焊接工艺固定连接，哈夫件上具有特定的水流通道，强迫冷却水按照设计路线流动；

隔板4，其与三通主体1和法兰2采用焊接工艺固定连接，隔板将冷却水通道分隔成两部分，使冷却水按照设计路线流动。

三通主体、法兰、哈夫件和隔板固定连接后，将冷却水通道的形状已经固定，冷却水只能按照图1中箭头的方向流动，解决了复杂结构的冷却问题。

如图3a、3b所示，三通主体1采用鼠笼式打孔，没有开口的一侧采用通孔5，有开口的一侧采用盲孔6和7贯通的方式打孔。

三通主体1中的气流通道的壁厚为50mm。

三通主体1内部设置的水流通道的直径为6mm。

三通主体1内部的相邻两个水流通道之间的间距为8mm。

三通主体1内部的水流通道的外壁面距离三通主体1的气流通道内壁面之间的最小距离为4mm。

如图4a、4b所示，法兰2内部预留冷却水道空间；法兰径向加工6个冷却水出入口，每个冷却水出入口直径为20mm；法兰轴向均布8个M16的螺栓孔。

如图5a、5b所示，哈夫件3与三通主体1和法兰2形状贴合，密封焊接，将冷却水通道分割为两个互不干扰的部分。

为了证明本发明提供的高温高压三通性能忧于普通三通，进行了对比试验。试验条件为：内部气流温度5000℃，气流压力10MPa，冷却水压力5MPa，冷却水流量15kg/s。使用普通三通运行5秒发生变形和烧损现象，使用本实施例所述的三通运行1000秒，未发生明显变形和烧损现象。

本发明提供的高温高压三通，可以在高温高压工况下使用，可以应用于大功率加热器并联使用的实验研究。