[发明专利]一种用于电弧加热器的高压水冷密封结构

说明书

本发明公开了一种用于电弧加热器的高压水冷密封结构。该高压水冷密封结构包括设置在内壳内部的冷却水腔，安装在内壳端面的加强环；包括位于外壳的环形凹槽内，用于密封内壳与外壳接触端面的密封圈；还包括采用超声速火焰喷涂工艺喷涂在内壳壁面的NiCrAlY涂层；加强环的宽度范围为5mm～8mm，加强环的内径和外径根据内壳的直径经数值模拟计算确定；内壳的材质为紫铜，外壳和加强环的材质均为不锈钢。该高压水冷密封结构简单，加工制造容易，能够有效延长紫铜内壳的使用寿命。

技术领域

本发明属于电弧加热器技术领域，具体涉及一种用于电弧加热器的高压水冷密封结构。

背景技术

电弧加热器用于航天飞行器防热材料和结构的地面试验研究工作，采用电弧放电的方式产生的高温气体的温度可高达8000K，最高总压可以达到15MPa。能提供长时间持续的高焓高压来流，主要用于高超声速飞行器热防护系统材料与结构、超燃冲压发动机等飞行系统的地面试验研究和评估考核。

由于需要进行高压水冷，电弧加热器的内壳采用导热系数很高的紫铜材料制作，外壳采用强度较高的不锈钢，通常采用的装配结构，把内壳装入与外壳，二者之间的密封面用O型橡胶密封圈密封。

电弧加热器中的喷管内壳、电极内壳、转接段内壳等部件的内表面形成高温气流通道，气体流过高温气流通道形成的高热流。电弧加热器具有高压水冷装置，高压水冷装置在内壳外表面通入高压驱动产生高速流动的冷却水，把高温气流通道中的高热流的热量带走。

电弧加热器的一次运行过程为：先通入高压冷却水，电弧设备运行，内壳受热，工作一段时间，电弧设备停止运行，关停高压冷却水。每次运行过程都相同，这样重复运行多次过后，紫铜内壳的密封面尺寸会变小，密封面之间的间隙会变大，导致密封圈密封不住高压冷却水，出现漏水的情况，紫铜内壳被报废。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于电弧加热器的高压水冷密封结构。

本发明的用于电弧加热器的高压水冷密封结构，其特点是，所述的高压水冷密封结构包括设置在内壳内部的冷却水腔，安装在内壳端面的加强环；包括位于外壳的环形凹槽内，用于密封内壳与外壳接触端面的密封圈；还包括采用超声速火焰喷涂工艺喷涂在内壳壁面的NiCrAlY涂层；

所述的加强环的宽度范围为5mm～8mm，加强环的内径和外径根据内壳的直径经数值模拟计算确定；

所述的内壳的材质为紫铜，外壳和加强环的材质均为不锈钢。

进一步地，所述的NiCrAlY涂层厚度为0.2mm±0.05mm，粗糙度小于Ra3.2。

进一步地，所述的密封圈为O型氟橡胶圈，尺寸为GB/T3452.1-2005。

进一步地，所述的加强环为同心的1个或1个以上的一系列加强环。

进一步地，所述的加强环的材质为304不锈钢。

进一步地，所述的加强环与内壳之间采用过盈配合。

高热流从内壳中流过，内壳的气流壁面受热严重，虽然有冷却水沿着外壁面高速流动对内壳进行冷却，但是内壳的温度仍然能上升到200℃～500℃，这种情况会使紫铜退火软化，进而引起冷却通道水压变化，以及气流通道的气压变化，电弧加热器试验对紫铜内壳的反复冲击使紫铜内壳产生明显的尺寸变化，久而久之，导致紫铜内壳的端面尺寸变小，密封面不能密封。

本发明的用于电弧加热器的高压水冷密封结构在紫铜内壳的端面嵌入不锈钢的加强环后，加强环受温度变化影响小，加强环的外形尺寸基本不变，并且强度远高于软化后的紫铜强度，限制了紫铜内壳的材料变形，能够维持住紫铜内壳的密封面的尺寸保持不变，延长了紫铜内壳的使用寿命。