一种高温气体流动换热安全压力容器制造技术

本发明专利技术公开了一种高温气体流动换热安全压力容器，包括压力容器筒体，左、右端盖，试验管道，导轨，三叶支撑架，空心电磁感应线圈，安全阀，波纹管，截止阀，真空泵，交流电源及感应线圈冷却装置，并给出了各部分的材料选择和连接方法；工作时，氮气经左侧端盖充入压力容器内部，升高容器压力；试验气体沿管道经左端盖进入压力容器。线圈连接外部电源产生磁场，加热试验管道，从而加热试验气体；试验结束后，氢气沿管道经气体冷却长管冷却后排出；氮气流经真空泵从压力容器排至外界。本发明专利技术创造高压环境，有效防止试验气体泄漏；电磁感应分区，气体带走外散的试验件热量，从而维持容器内环境相对稳定；便于灵活调整试验段位置，更改试验件长度，适用于多种实验场景。适用于多种实验场景。适用于多种实验场景。

【技术实现步骤摘要】
一种高温气体流动换热安全压力容器


[0001]本专利技术属于高温高压气体试验领域，具体涉及一种高温气体流动换热安全压力容器设计。

技术介绍

[0002]近些年来，常规的低温和常压试验已经不能满足实际需求，开始设计高温高压环境下的试验设备和回路。由于高温高压的实验环境很难采用现有的试验平台来完成，并且伴随着很高的危险性，因此需要一个先进的实验测试装置来评估候选流体工质换热特征。为了保证高温气体的实验安全，实验装置设计应充分考虑安全性、冗余性准则。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种高温气体流动换热安全压力容器，通过进行单通道流动换热试验，以高功率的电磁感应加热元件加热气体，在多种不同工况下开展流动换热的稳态和瞬态试验。通过这些试验，可以总结出气体工质在各类流道内的流动换热特性。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种高温气体流动换热安全压力容器，包括压力容器筒体1，设置在压力容器筒体1内壁的齿条轨道11和平滑轨道12；设置在压力容器筒体1两端的左端盖21和右端盖22,设置在左端盖21上的氮气充压管道23；设置在压力容器筒体1内中心位置的试验管道31，试验管道31分为多段，由法兰32连接，以及试验管道31末端的气体冷却管道33；设置在试验管道31上的三叶支撑架4；设置在试验管道31上的空心感应加热线圈5，与空心感应加热线圈5连接的交流电源51和感应线圈冷却水箱52；设置在压力容器筒体1外侧壁上的调压管路6，与调压管路6连接的安全阀61和调压管路阻火器62；设置在压力容器筒体1外侧壁上的氮气出口接管7，与氮气出口接管7连接的第一波纹管截止阀71、真空泵72、第二波纹管截止阀73和氮气出口接管阻火器74；所述氮气充压管道23将氮气经左端盖21通入压力容器筒体1内，使氮气充满整个压力容器空间，以维持一个稳定的高压环境，有效防止试验气体从试验管道逸出；所述三叶支撑架4含有三个叶片41，其中一个叶片的端部连接电机42，电机42与直齿轮43连接，直齿轮43与齿条轨道11啮合，另外两个叶片端部连接滑块44，滑块44直接在平滑轨道12上滑动；通过三叶支撑架4与压力容器导轨的啮合，将试验管道31固定在压力容器筒体中心位置，便于布局实验段的长度和位置，并进行多种实验；所述空心感应加热线圈5由压力容器外的交流电源51供电，空心感应加热线圈5主要提供磁场，通过产生的磁感线加热试验管道31；所述空心感应加热线圈5内部流有冷却水，冷却水来源于压力容器外的感应线圈冷却水箱52，用于带走空心感应加热线圈在产生磁场时附带的热量，避免空心感应加热线圈被烧毁；所述试验管道31从左端通入试验气体，经过空心感应加热线圈部分缠绕的管道被加热至预设温度，而后经过气体冷却管道33被冷却；所述调压管路6连接的安全阀61用于在压力容器内压力过高时自动减压；所述氮气出口接管7连接真空泵72用于在实验初始
时抽掉压力容器内的空气，同时在实验结束时，对整个压力容器进行安全减压。
[0006]所述压力容器筒体1与左端盖21和右端盖22通过螺栓螺母进行密封连接；压力容器筒体1内壁设有三条凹型导轨包括一条齿条轨道11和两条平滑轨道12，对实验管道起支撑作用。
[0007]所述氮气充压管道23工作温度不高于室温25℃，材料选用ODS钢，从左端盖21底部贯穿入压力容器筒体1内，持续通入低温高压氮气。
[0008]所述试验管道31材料为钨管或ODS钢，有良好的导热性能；试验管道31外需涂敷最高耐温2000K的纳米级保温材料，一方面对试验管道保温，避免热量过度外泄对实验器材产生更高要求，另一方面保护空心感应加热线圈避免高温熔损，维持正常工作。
[0009]所述氮气出口接管7连接的真空泵72，抽气率为40
‑
48m3/h，排出的氮气流经第二波纹管截止阀73防止气体逆向回流，再经过氮气出口接管阻火器74排至大气。
[0010]所述试验气体采用氢气、氦气或空气等。
[0011]和现有技术相比较，本专利技术具备如下优点：
[0012]1、本专利技术的压力容器采用了端盖与压力容器筒体连接，通过充氮气加压容器，便于创造高压环境，有效防止试验气体泄漏。
[0013]2、本专利技术的实验管道分为多段，由法兰连接，便于灵活调整试验段位置，更改试验件长度。
[0014]3、本专利技术的三叶支架结构设置电机，便于在压力容器外远程控制试验段的位置，并适时调整。齿轮齿条的啮合设计便于在调整位置后固定在适当位置。另外两叶片端部连接圆柱形滑块，设计简单，成本降低，便于操作。由此最大程度上减轻实验安全隐患。
[0015]4、本专利技术的电磁感应分区排布，氮气带走外散的试验件热量，从而维持压力容器内环境相对稳定。
[0016]5、通过真空泵抽取容器内压力，防止空气掺杂在容器内与氢气反应发生爆炸。并在试验结束后通过真空泵和安全阀两个回路有效降低容器内压力。
[0017]6、本专利技术的压力容器，具有较简单的结构和连接方式，降低了燃料元件设计的工艺要求，实用性较强。适用于多种形式的试验回路，其气体条件，加热方式满足多种热工水力实验需求。
附图说明
[0018]图1为压力容器外围回路布局整体结构示意图。
[0019]图2为一种高温气体流动换热安全压力容器结构示意图。
[0020]图3为三叶支架叶片末端齿轮与齿条轨道啮合局部示意图。
[0021]图4为三叶支架叶片末端滑块与平滑轨道局部示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细的说明：
[0023]如图1所示，本专利技术高温气体流动换热安全压力容器，包括压力容器筒体1、气体冷却管道33、交流电源51、感应线圈冷却水箱52、安全阀61、调压管路阻火器62、第一波纹管截止阀71、真空泵72、第二波纹管截止阀73、氮气出口接管阻火器74。所述压力容器筒体1内为
高压环境；压力容器外的交流电源51，用于对线圈通电产生磁场；所述压力容器外的感应线圈冷却水箱52，用于带走线圈在产生磁场时附带的热量，避免线圈被烧毁；所述气体冷却管道33用于冷却被加热的试验气体；调压管路6连接的安全阀61用于在压力容器内压力过高时自动减压。氮气出口接管7连接真空泵72用于在实验初始时抽掉压力容器内的空气，同时在实验结束时，对整个压力容器进行安全减压，排出的氮气流经第二波纹管截止阀73防止气体逆向回流，再经过氮气出口接管阻火器74排至大气。
[0024]如图2所示，本专利技术高温气体流动换热安全压力容器包括压力容器筒体1内壁的齿条轨道11和平滑轨道12、左端盖21和右端盖22、氮气充压管道23、试验管道31、法兰32、三叶支撑架叶片41、电机42、直齿轮43、滑块44、空心感应加热线圈5、调压管路6和氮气出口接管7。所述氮气充压管道23将氮气经左端盖21通入压力容器筒体1内，使氮气充满整个压力容器空间，以维持一个稳定的高压环境；所述空心感应加热线圈5由压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温气体流动换热安全压力容器，其特征在于：包括压力容器筒体(1)，设置在压力容器筒体(1)内壁的齿条轨道(11)和平滑轨道(12)；设置在压力容器筒体(1)两端的左端盖(21)和右端盖(22),设置在左端盖(21)上的氮气充压管道(23)；设置在压力容器筒体(1)内中心位置的试验管道(31)，试验管道(31)分为多段，由法兰(32)连接，以及试验管道(31)末端的气体冷却管道(33)；设置在试验管道(31)上的三叶支撑架(4)；设置在试验管道(31)上的空心感应加热线圈(5)，与空心感应加热线圈(5)连接的交流电源(51)和感应线圈冷却水箱(52)；设置在压力容器筒体(1)外侧壁上的调压管路(6)，与调压管路(6)连接的安全阀(61)和调压管路阻火器(62)；设置在压力容器筒体(1)外侧壁上的氮气出口接管(7)，与氮气出口接管(7)连接的第一波纹管截止阀(71)、真空泵(72)、第二波纹管截止阀(73)和氮气出口接管阻火器(74)；所述氮气充压管道(23)将氮气经左端盖(21)通入压力容器筒体(1)内，使氮气充满整个压力容器空间，以维持一个稳定的高压环境，有效防止试验气体从试验管道逸出；所述三叶支撑架(4)含有三个叶片(41)，其中一个叶片的端部连接电机(42)，电机(42)与直齿轮(43)连接，直齿轮(43)与齿条轨道(11)啮合，另外两个叶片端部连接滑块(44)，滑块(44)直接在平滑轨道(12)上滑动；通过三叶支撑架(4)与压力容器导轨的啮合，将试验管道(31)固定在压力容器筒体中心位置，便于布局实验段的长度和位置，并进行多种实验；所述空心感应加热线圈(5)由压力容器外的交流电源(51)供电，空心感应加热线圈(5)主要提供磁场，通过产生的磁感线加热试验管道(31)；所述空心感应加热线圈(5)内部流有冷却水，冷却水来源于压力容器外的感应线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：章静，郭保鑫，段子勉，李彬乾，巫英伟，苏光辉，王明军，秋穗正，田文喜，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：