一种空心砖蓄热阵的支撑结构的制作方法

[0001]
本发明涉及一种空心砖蓄热阵的支撑结构，可应用于空心砖蓄热式加热器或者其它类型蓄热式加热器和工业炉中。


背景技术：

[0002]
蓄热式加热技术的纯净空气直连式风洞基本原理是：用富氧燃烧器常规热源来产生热量并储存于蓄热床材料中，在随后试验期间，热能从蓄热材料中传递给高压空气流以提高空气温度，再向超燃发动机直连试验段供应并膨胀至目标马赫数。这不仅能提供相对纯洁的空气来流，能更真实模拟发动机工作状态，同时对研究和评估地面试验“污染效应”也具有重要意义。
[0003]
空心砖蓄热式加热器研制过程中，需要考虑加热器炉体内隔热层、蓄热阵的支撑，并且要求该支撑结构能够给加热器底部提供合理气体流道。
[0004]
根据空心砖蓄热式加热器的工作机理可知加热器底部气体流道主要作用于两个阶段：一是在预热阶段，经过与蓄热阵换热后的预热燃气提供收缩出口段，该过程持续时间达数天之久，蓄热阵形成温度梯度后，底部温度逐步升高，因此，炉体底座需满足热环境下的力学性能要求；
[0005]
二是在增压阶段以及正式工作阶段时，为常温高压试验空气从小流通面积扩张到蓄热阵流通通道提供过渡扩张段，常温高压空气在入口处的流场形态直接影响空气在蓄热阵中的换热结果，会对整个试验结果造成很大的影响。
[0006]
因此，根据蓄热式加热器应用需求，急需一种空心砖蓄热阵的支撑结构，满足加热器内部隔热层、蓄热阵的承重以及热应力、传热、气流通道和均流特性等结构设计的要求。
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发明的内容
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本发明的技术解决问题是：提供了一种空心砖蓄热阵的支撑结构，为蓄热式加热器的蓄热阵和隔热层耐火材料提供了稳固的强度支撑，特殊的支撑结构设计和连接方式，使炉体内结构定位明确、施工便捷，有效保证了气流流通和均匀性，防止长时间烘炉过程中的热应力集聚。
[0009]
本发明的技术解决方案是：提供了一种空心砖蓄热阵的支撑结构，设置于蓄热式加热器的压力容器钢壳体底部，包括耐热钢固定层、纤维捣打密封料层、耐火浇注层以及支撑板组件；
[0010]
耐热钢固定层同轴设置于蓄热式加热器的压力容器钢壳体底部，作为蓄热式加热器的富氧燃气排放通道和高压空气减速扩压通道；耐热钢固定层包括自下而上依次设置的圆柱管段以及圆锥台过渡管段；
[0011]
纤维捣打密封料层呈圆柱筒体结构，同轴紧密包覆于所述耐热钢固定层的圆柱管段外部；
[0012]
耐火浇注层设置于纤维捣打密封料层外表面、耐热钢固定层的圆锥台过渡管段外表面、压力容器钢壳体底部内壁之间构成的空间内，且耐火浇注层的上表面中部设有凹坑，
用于放置支撑板组件；
[0013]
支撑板组件上包括沿轴向设置的多个气流通孔构成的气流通孔阵列，且所述气流通孔阵列中气流通孔分布方式与被支撑的空心砖蓄热阵的通孔阵列中通孔的分布方式一致。
[0014]
进一步地，耐热钢固定层的圆锥台过渡管段的大径端截面面积大于或等于支撑板组件上气流通孔阵列覆盖面积。
[0015]
进一步地，耐热钢固定层的圆锥过渡管段扩张角度≤30
°
。
[0016]
进一步地，为了防止了长时间烘炉过程的热应力集聚，同时为了便于加工和安装，支撑板组件采用双层结构，包括上支撑板和下支撑板依次叠加安装而成；
[0017]
上支撑板和下支撑板上均设有气流通孔阵列。
[0018]
进一步地，上支撑板和下支撑板的直径和厚度均相同，且上支撑板和下支撑板的直径均是空心砖蓄热阵直径的2倍，下支撑板的气流通孔直径和空心砖蓄热阵中通孔直径一致，上支撑板的气流通孔为空心砖蓄热阵中通孔直径的1.1～1.25倍，从而能够有效地实现气流均匀性，同时控制气流流阻。
[0019]
进一步地，上支撑板和被支撑的空心砖蓄热阵之间通过至少一个定位销钉实现连接；
[0020]
上支撑板和下支撑板之间通过至少一个定位销钉实现连接。
[0021]
进一步地，为了便于在加热器的压力容器钢壳体内施工，上支撑板和下支撑板上均开设有沿圆周方向均匀分布的多个吊装孔。
[0022]
进一步地，为了确保该结构有足够的高温强度和良好抗热震性能，上述耐热钢固定层、上支撑板和下支撑板的材料均选用0cr25ni20。
[0023]
进一步地，上述耐火浇注层采用铝硅系材料制作。
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本发明的有益效果是：
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1、本发明的空心砖蓄热阵的支撑结构，耐热钢固定层采用圆柱管段和圆锥台过度管段构成，作为蓄热式加热器的富氧燃气排放通道和高压空气减速扩压通道，压力容器钢壳体底部采用球状结构，纤维捣打密封料层同轴紧密包覆于所述耐热钢固定层的圆柱管段外部，耐火浇注层固化在耐热钢固定层和压力容器钢壳体之间，支撑板组件镶嵌在耐火浇注层中心位置，并且支撑板组件开设有与被支撑的空心砖蓄热阵的通孔阵列一致的气流通孔阵列，从而不仅为加热器内的空心砖蓄热阵和隔热层提供了稳固的承重结构，同时形成了均匀合理的气流通道，有效避免了粉尘污染，且支撑结构紧凑、结构强度高、使用寿命长。
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2、本发明的空心砖蓄热阵的支撑结构，支撑板结构采用双层形式，气流通孔位置分布和空心砖阵列一致，通过定位销钉实现了上、下支撑板两层之间的定位连接，以及与空心砖蓄热阵的定位连接，定位准确，有效保证了气流流通和均匀性。
[0027]
3、吊钩设计使炉体内施工吊装操作简单，支撑板组件整体约束在耐火浇注层和隔热层之间，结构稳固可靠，多层设计避免了长时间烘炉过程中的热应力集聚，高温强度足，抗热震性能好。
[0028]
4、本发明提供的支撑结构便于安装操作，降低施工难度，提高循环工作次数，保证使用寿命。
附图说明
[0029]
图1为空心砖蓄热阵的支撑结构安装于压力容器钢壳体底部的剖视图；
[0030]
图2为本实施例中支撑板组件的结构图。
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附图标记如下：
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1-压力容器钢壳体、2-耐热钢固定层、21-圆柱管段、22-圆锥台过渡管段、3-纤维捣打密封料层、4-耐火浇注层、5-支撑板组件、51-上支撑板、52-下支撑板、53-定位销钉、6-隔热层、7-凹坑、8-空心砖蓄热阵、9-气流通孔阵列、10-吊装孔、11-吊钩。
具体实施方式
[0033]
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在有没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。
[0034]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0035]
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
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实施例
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本实施例提供了一种空心砖蓄热阵的支撑结构的具体形式，该支撑结构整体设置于蓄热式加热器的压力容器钢壳体1底部，且压力容器钢壳体底部1呈半球形状，其由耐热钢固定层2、纤维捣打密封料层3、耐火浇注层4以及支撑板组件5组成；
[0038]
耐热钢固定层2同轴设置于蓄热式加热器的压力容器钢壳体1底部，其为支撑结构的最内层，并作为蓄热式加热器提供的富氧燃气排放通道和高压空气减速扩压通道；该耐热钢固定层2包括自下而上依次设置的圆柱管段21以及圆锥台过渡管段22；
[0039]
纤维捣打密封料层3呈圆柱筒体结构，同轴紧密包覆于所述耐热钢固定层的圆柱管段21外部；
[0040]
耐火浇注层4设置于纤维捣打密封料层3外表面、耐热钢固定层的圆锥台过渡管段22外表面、压力容器钢壳体1底部内壁之间构成空间内，且耐火浇注层4的上表面中部设有凹坑7，用于放置支撑板组件5；加热器外侧多圈隔热层6直接坐落在耐火浇注层4上方；支撑板组件5的上方中部用于支撑空心砖蓄热阵8，上方的其余区域用于承受加热器中心两圈隔热层6重量；空心砖蓄热阵8和多圈隔热层6整体重量达数吨。
[0041]
该支撑结构不仅需要起到承重的作用，需同时还需满足高温高压恶略环境的热强度要求，保证气流的流通均匀性，为此支撑板组件5上包括沿轴向设置的多个气流通孔构成的气流通孔阵列9，且所述气流通孔阵列9中气流通孔分布方式与被支撑的空心砖蓄热阵8的通孔阵列中通孔的分布方式一致。
[0042]
耐热钢固定层的圆锥台过渡管段22大径端的截面面积大于或等于支撑板组件5上气流通孔阵列9覆盖面积，圆锥台过渡管段22的扩张角度不大于30
°
，该特殊结构设计能够保证气体扩压要求和加热过程长时间烘炉的耐高温要求，耐热钢避免了气流高速摩擦形成
粉尘影响空气洁净度。
[0043]
除上述结构特征外，本实施例还提供以下优化的结构设计：
[0044]
1、为了防止了长时间烘炉过程的热应力集聚，同时为了便于加工和安装，支撑板组件5采用双层结构，由上支撑板51、下支撑板52、定位销钉53组成，上支撑板51、下支撑板52依次叠加安装，上支撑板51和下支撑板52上均设有与被支撑的空心砖蓄热阵8通孔阵列分布方式一致的气流通孔阵列9；上支撑板51和下支撑板52之间，以及上支撑板51与被支撑的空心砖蓄热阵8之间均采用定位销钉53构成的凹凸子母扣结构定位连接，保证了空心砖蓄热阵的通孔阵列和支撑板组件的气流通道阵列对齐；不仅承受加热器整个空心砖蓄热阵的重量，同时构成气流整流容腔。
[0045]
2、上支撑板51厚度和下支撑板52的直径和厚度一致，且直径是被支撑空心砖蓄热阵8直径的2倍，下支撑板52的气流通孔直径和被支撑空心砖蓄热阵8中通孔直径一致，上支撑板51的气流通孔直径取被支撑空心砖蓄热阵8中通孔直径的1.1～1.25倍之间，保证支撑板组件在高热强度的同时，满足气流均匀、低流阻的流动，避免长时间烘炉过程中的热应力集聚。
[0046]
3、上支撑板51、下支撑板52上均开设有沿圆周方向均匀分布的多个吊装孔10，在深度达近十米的炉体内施工时，在吊装孔10内安装吊钩11，通过吊装的方式进行安装，操作简单。
[0047]
4、压力容器钢壳体1选用钢制压力容器专用材料，耐热钢固定层2、上支撑板51以及下支撑板52材料均选用0cr25ni20(310s)，，耐火浇注层采用铝硅系材料制作，从而确保了该支撑结构具有足够高温强度和良好抗热震性能。
[0048]
本实施方式的上述描述和附图代表了本发明的优选方案，本领域技术人员可以根据不同的设计要求和设计参数在不偏离本发明权利要求所界定的范围内进行各种增补、改进和更换。