本發明涉及一種氣動熱地面模擬實驗用的高溫高壓三通。

背景技術：

隨著航天技術的發展，對氣動熱地面模擬技術的要求越來越高，某些類型的試驗需要提供高溫高壓并且均勻的熱氣流，這需要電弧加熱器提供大功率、大流量的運行工況，而隨著電弧功率和氣體流量的增加，電弧加熱器的損壞愈加嚴重，此時希望提供兩臺電弧加熱器并聯運行來解決該問題，通過高溫高壓三通將兩臺加熱器并聯是一個可行的辦法。

研究高溫高壓三通，需要解決以下幾個技術難點：

1、解決三通在高溫下的冷卻問題；

2、解決三通在高壓下的強度問題；

3、解決高溫高壓下冷卻結構和機械強度的平衡問題。

技術實現要素：

本發明的目的在于：克服現有技術的不足，提供一種高溫高壓三通，用于實現大功率加熱器并聯運行。

本發明提采用的技術方案為：

一種高溫高壓三通，包括：三通主體、法蘭、哈夫件和隔板；

三通主體內部設置有T形氣流通道，該氣流通道的三個開口處有凸出的管口；每個所述管口均與哈夫件和隔板固定連接；兩個哈夫件以及兩個隔板形成圓環狀并套在所述管口上，法蘭安裝在哈夫件以及隔板形成的圓環外部，且與所述管口固連；

三通主體內部設置有水流通道，水流通道的端口均勻分布在所述三通主體的管口端面上，哈夫件上設置有與所述三通主體內部設有的水流通道相對應的水流槽；法蘭上設置的冷卻水出入口、哈夫件上設置的水流槽以及三通主體內部設有的水流通道，組成冷卻水流動散熱管路；

隔板將所述冷卻水流動散熱管路分隔成兩部分，使在上述兩部分散熱管路中的冷卻水互不影響。

三通主體內部設置的水流通道包括兩類，一類為相對的兩個所述管口之間均勻分布的直線型水流通道，另一類為處于垂直位置的兩個所述管口之間均勻分布的直角狀水流通道。

所述直線型水流通道中的冷卻水與直角狀水流通道中的冷卻水被隔板分離開。

三通主體內部設置的水流通道的直徑為5～10mm。

三通主體內部的相鄰兩個水流通道之間的間距為5～10mm。

三通主體內部的水流通道的外壁面距離三通主體的氣流通道內壁面之間的最小距離取值范圍為3～6mm。

所述三通主體中的氣流通道的壁厚不小于30mm。

所述哈夫件上的水流槽令冷卻水貼在三通主體的管口外壁上流動。

所述三通主體采用導熱率不小于純銅并且機械強度不低于純銅的材料。

本發明與現有技術相比帶來的有益效果：

(1)本發明利用合理的打孔冷卻和設計特定的水流通道解決了三通在高溫下的冷卻問題；

(2)采用整體打孔和焊接結合的方式，實現厚壁設計，保證了三通在高壓下的強度；

(3)通過合理安排冷卻水孔的數量、形狀和位置解決了冷卻和強度的矛盾，保證三通在高溫高壓下得到有效冷卻同時不發生塑性變形。

附圖說明

圖1為本發明所述的高溫高壓三通的結構主視圖；

圖2為圖1的俯視圖；

圖3為本發明所述的高溫高壓三通的三通主體的結構示意圖；其中3-a為主視圖，3-b為俯視圖；

圖4為本發明所述的高溫高壓三通的法蘭的結構示意圖；其中4-a為主視圖，4-b為左視圖；

圖5為本發明所述的高溫高壓三通的哈夫件的結構示意圖，其中5-a為主視圖，5-b為左視圖。

具體實施方式

本發明涉及到的高溫高壓三通，利用合理的打孔冷卻和設計特定的水流通道解決了三通在高溫下的冷卻問題；采用整體打孔和焊接結合的方式，實現厚壁設計，保證了三通在高壓下的強度；通過合理安排冷卻水孔的數量、形狀和位置解決了冷卻和強度的矛盾，保證三通在高溫高壓下得到有效冷卻同時不發生塑性變形。

如圖1、圖2所示，本發明提出的高溫高壓三通，包括：三通主體1、法蘭2、哈夫件3和隔板4；

三通主體1內部設置有T形氣流通道，該氣流通道的三個開口處有凸出的管口，便于實現對三通主體進行打孔；每個所述管口均與哈夫件3和隔板4固定連接，該連接可以采用焊接、鉚接等方式，具體方式不做限定；兩個哈夫件3以及兩個隔板4形成圓環狀并套在所述管口上，法蘭2安裝在哈夫件3以及隔板4形成的圓環外部，且與所述管口固連，該連接可以采用焊接、鉚接等方式，具體方式不做限定；

三通主體1內部設置有水流通道，水流通道的端口均勻分布在所述三通主體1的管口端面上，該水流通道的具體形狀和加工方法不做具體限定，哈夫件3上設置有與所述三通主體1內部設有的水流通道相對應的水流槽，該水槽的具體形狀和加工方法不做具體限定；法蘭2上設置的冷卻水出入口、哈夫件3上設置的水流槽以及三通主體1內部設有的水流通道，組成冷卻水流動散熱管路；

隔板4將所述冷卻水流動散熱管路分隔成兩部分，使在上述兩部分散熱管路中的冷卻水互不影響。

三通主體1內部設置的水流通道包括兩類，一類為相對的兩個所述管口之間均勻分布的直線型水流通道，另一類為處于垂直位置的兩個所述管口之間均勻分布的直角狀水流通道。

所述直線型水流通道中的冷卻水與直角狀水流通道中的冷卻水被隔板4分離開。

三通主體1內部設置的水流通道的直徑為5～10mm，所述直徑具體數值根據所需冷卻水流量和冷卻水壓力確定。

三通主體1內部的相鄰兩個水流通道之間的間距為5～10mm，所述間距具體數值根據三通主體的強度和冷卻要求確定。

三通主體1內部的水流通道的外壁面距離三通主體1的氣流通道內壁面之間的最小距離取值范圍為3～6mm，所述的最小距離具體數值根據三通主體的強度和冷卻要求確定。

三通主體1中的氣流通道的壁厚不小于30mm，所述的壁厚具體數值根據三通主體的強度要求確定。

哈夫件3上的水流槽令冷卻水貼在三通主體1的管口外壁上流動，所述水流槽的形狀和尺寸具體數值根據三通主體的冷卻要求確定。

三通主體1采用導熱率不小于純銅并且機械強度不低于純銅的材料。

實施例：

三通主體1，其有三個開口X、Y、Z呈T形分布，每個開口與一個法蘭2一組哈夫件3和隔板4采用焊接工藝固定連接，三通主體內部形成一個T形氣流通道，便于實現大功率加熱器并聯；

法蘭2，其與三通主體1采用焊接工藝連接，法蘭上設置冷卻水出入口、螺栓連接孔和密封槽，便于冷卻三通并實現與其他設備的連接和密封；

哈夫件3，其與三通主體1和法蘭2采用焊接工藝固定連接，哈夫件上具有特定的水流通道，強迫冷卻水按照設計路線流動；

隔板4，其與三通主體1和法蘭2采用焊接工藝固定連接，隔板將冷卻水通道分隔成兩部分，使冷卻水按照設計路線流動。

三通主體、法蘭、哈夫件和隔板固定連接后，將冷卻水通道的形狀已經固定，冷卻水只能按照圖1中箭頭的方向流動，解決了復雜結構的冷卻問題。

如圖3a、3b所示，三通主體1采用鼠籠式打孔，沒有開口的一側采用通孔5，有開口的一側采用盲孔6和7貫通的方式打孔。

三通主體1中的氣流通道的壁厚為50mm。

三通主體1內部設置的水流通道的直徑為6mm。

三通主體1內部的相鄰兩個水流通道之間的間距為8mm。

三通主體1內部的水流通道的外壁面距離三通主體1的氣流通道內壁面之間的最小距離為4mm。

如圖4a、4b所示，法蘭2內部預留冷卻水道空間；法蘭徑向加工6個冷卻水出入口，每個冷卻水出入口直徑為20mm；法蘭軸向均布8個M16的螺栓孔。

如圖5a、5b所示，哈夫件3與三通主體1和法蘭2形狀貼合，密封焊接，將冷卻水通道分割為兩個互不干擾的部分。

為了證明本發明提供的高溫高壓三通性能憂于普通三通，進行了對比試驗。試驗條件為：內部氣流溫度5000℃，氣流壓力10MPa，冷卻水壓力5MPa，冷卻水流量15kg/s。使用普通三通運行5秒發生變形和燒損現象，使用本實施例所述的三通運行1000秒，未發生明顯變形和燒損現象。

本發明提供的高溫高壓三通，可以在高溫高壓工況下使用，可以應用于大功率加熱器并聯使用的實驗研究。