一種離心機(jī)用輻射加熱石英燈的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型屬于飛行器結(jié)構(gòu)綜合離心試驗(yàn)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種離心機(jī)用輻射加熱石英燈。包括燈絲（1）和燈管，燈管包括燈頭（4）和燈壁（5），所述燈絲（1）的纏繞方式采用雙螺旋結(jié)構(gòu)，燈絲（1）每個(gè)繞絲截面呈“U”形，且每一個(gè)繞絲截面都和燈壁（5）為點(diǎn)接觸；所述燈壁（5）的內(nèi)壁帶有多個(gè)環(huán)形凹槽（3），雙螺旋結(jié)構(gòu)的燈絲（1）卡在凹槽（3）中。本實(shí)用新型的有益效果在于：燈絲（1）纏繞方式采用雙螺旋結(jié)構(gòu)，去除了燈托（2）設(shè)計(jì)，極大增大了燈絲（1）抗變形的能力。燈壁的凹槽（3）能在任意位置將燈絲（1）定位卡住，使得燈絲（1）的軸向變形只能發(fā)生在小區(qū)域內(nèi)部，防止了燈絲（1）的整體變形。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種離心機(jī)用輻射加熱石英燈
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于飛行器結(jié)構(gòu)綜合離心試驗(yàn)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種離心機(jī)用輻射加熱石英燈。
【背景技術(shù)】
[0002]綜合離心環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)主要用于提供機(jī)動(dòng)過(guò)載下的復(fù)合動(dòng)力學(xué)模擬環(huán)境，以滿足機(jī)動(dòng)飛行環(huán)境試驗(yàn)要求。綜合離心環(huán)境試驗(yàn)的對(duì)象主要是載體上小尺度的關(guān)鍵儀器和設(shè)備，例如開(kāi)關(guān)裝置、慣性儀器、制導(dǎo)設(shè)備、閥門(mén)與管路等。對(duì)于儀器和設(shè)備主要進(jìn)行過(guò)載一熱環(huán)境試驗(yàn)，對(duì)于關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行過(guò)載一振動(dòng)一熱環(huán)境綜合試驗(yàn)。在所有的綜合離心環(huán)境試驗(yàn)中，熱環(huán)境的模擬是試驗(yàn)考核的核心部分。目前，國(guó)內(nèi)外比較普遍的模擬方式是采用輻射加熱的方式，通過(guò)輻射加熱器的輸出模擬試驗(yàn)件承受的熱環(huán)境。而其中加熱器的核心是加熱元件。
[0003]普通的熱試驗(yàn)中常使用石英燈作為輻射加熱元件，其優(yōu)點(diǎn)是成本低、壽命長(zhǎng)、時(shí)間常數(shù)較小，比較合適模擬飛行器的氣動(dòng)加熱，包括針對(duì)石英燈的輔助設(shè)計(jì)技術(shù)、控制算法等也比較成熟。但是在離心環(huán)境下，由于離心力和慣性力的作用，石英燈處于過(guò)載狀態(tài)，將承受較大的離心力。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的石英燈包括螺旋疊加結(jié)構(gòu)的燈絲1、用于支撐燈絲的燈托2以及燈管，其中燈管由燈頭4和燈壁5組成。燈絲采用螺旋疊加結(jié)構(gòu)，高溫下燈絲軟化，在離心力和慣性力的作用下燈絲會(huì)產(chǎn)生變形；同時(shí)，燈絲托只起到了托起燈絲遠(yuǎn)離燈壁的作用，而沒(méi)有軸向?qū)艚z的移動(dòng)進(jìn)行約束，軟化后的燈絲向一端聚集，容易造成燈絲的斷裂。傳統(tǒng)石英燈在高溫離心過(guò)載后其燈絲變形如圖2所示。燈絲靠近一側(cè)的燈壁，燈絲溫度極高，造成燈壁融合受損，由于在石英燈正常工作時(shí)，燈管內(nèi)部屬于高溫高壓環(huán)境，所以燈壁的損壞將引起石英燈的損壞，從而導(dǎo)致終止實(shí)驗(yàn)。因此需要提供一種在通電加熱條件下，能在80g加速度環(huán)境下正常工作的石英燈，滿足綜合離心環(huán)境試驗(yàn)中過(guò)載環(huán)境下的加熱需求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有石英燈結(jié)構(gòu)燈絲易變形的技術(shù)問(wèn)題，根據(jù)離心力環(huán)境改進(jìn)石英燈設(shè)計(jì)，提供一種離心機(jī)用輻射加熱石英燈，通過(guò)對(duì)石英燈的燈絲結(jié)構(gòu)、燈托結(jié)構(gòu)以及石英燈管的形狀進(jìn)行改進(jìn)，以滿足于高溫離心過(guò)載環(huán)境的使用要求。
[0006]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案:
[0007]一種離心機(jī)用輻射加熱石英燈，包括兩條呈螺旋結(jié)構(gòu)纏繞的燈絲和燈管，燈管包括燈頭和燈壁，每條燈絲的繞絲截面呈“U”形，燈絲每個(gè)繞絲截面通過(guò)“U”形的上端開(kāi)口處兩點(diǎn)和底部一點(diǎn)與燈壁三點(diǎn)接觸。
[0008]進(jìn)一步地，所述燈壁設(shè)有多個(gè)向內(nèi)凸起的半球形，用于固定螺旋結(jié)構(gòu)的燈絲。
[0009]進(jìn)一步地,所述的每個(gè)繞絲截面與相鄰的繞絲截面之間呈5°?45°角度布置。
[0010]進(jìn)一步地，所述的每個(gè)繞絲截面與相鄰的繞絲截面之間呈15°角度布置。[0011]本實(shí)用新型的有益效果在于:本實(shí)用新型的燈絲纏繞方式采用螺旋結(jié)構(gòu)，去除了燈托設(shè)計(jì)，而是使得燈絲每一個(gè)繞絲截面都和燈壁之間點(diǎn)接觸，極大增大了燈絲抗變形的能力，防止了燈絲在離心力的作用下變形過(guò)大而附著在燈壁上損壞燈管。燈絲各繞絲橫截面為“U”形，且相互之間錯(cuò)位，減少了各繞絲之間的相互影響，防止了軸向變形的累積。同時(shí)加大各繞絲之間的間隙，使得燈絲在慣性力下產(chǎn)出的軸向變形量由各繞絲之間的間隙相抵消，防止了變形的累積對(duì)整條燈絲的影響。燈壁向內(nèi)凸起的半球形能在任意位置將燈絲定位卡住，使得燈絲的軸向變形只能發(fā)生在小區(qū)域內(nèi)部，防止了燈絲的整體變形。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中石英燈結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為圖1中石英燈離心過(guò)載損壞后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3為本實(shí)用新型的離心機(jī)用輻射加熱石英燈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4為圖3中石英燈一條燈絲的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖中，1-燈絲，2-燈托，3-半球形，4-燈頭，5-燈壁。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0018]實(shí)施例1
[0019]本實(shí)施例中的離心機(jī)用輻射加熱石英燈，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括燈管和兩條呈螺旋結(jié)構(gòu)纏繞的燈絲I，燈管包括燈頭4和燈壁5 ;每條燈絲I的繞絲截面呈“U”形，燈絲I繞絲環(huán)繞一圈為一級(jí)，每條燈絲I的繞絲截面相鄰各級(jí)相互之間呈15°布置，每個(gè)繞絲截面通過(guò)“U”形的上端開(kāi)口處兩點(diǎn)和底部一點(diǎn)與燈壁5三點(diǎn)接觸，如圖5所示。
[0020]改進(jìn)后的燈絲I纏繞方式采用螺旋結(jié)構(gòu)，去除了現(xiàn)有設(shè)計(jì)中的燈托2，使燈絲I每一個(gè)繞絲截面都和燈壁5之間點(diǎn)接觸，極大增大了燈絲2抗變形的能力，防止了燈絲I在離心力的作用下變形過(guò)大而附著在燈壁5上損壞燈管。燈絲I各繞絲截面為“U”形，且相互之間錯(cuò)位，減少了各繞絲之間的相互影響，防止了軸向變形的累積。同時(shí)了加大各繞絲之間的間隙，使得燈絲I在慣性力下產(chǎn)出的軸向變形量由各繞絲之間的間隙相抵消，防止了變形了累積對(duì)整條燈絲I的影響。同時(shí)，采用螺旋結(jié)構(gòu)的燈絲I使得單位長(zhǎng)度內(nèi)燈絲密度下降，降低石英燈管加熱時(shí)內(nèi)部的溫度，從而減低了加熱過(guò)程中燈管內(nèi)部的壓力提高了石英燈管的使用壽命。
[0021]通過(guò)實(shí)驗(yàn)，本實(shí)施例中的離心機(jī)用輻射加熱石英燈，在額定電壓220V條件下，力口熱功率能夠達(dá)到2kW。同時(shí)，具有一定高壓使用能力，在330V電壓條件下，其加熱功率超過(guò)3.5kW，能夠使2mm厚鋼質(zhì)圓桶加熱到1000°C。在加速度為80g離心力環(huán)境中，本實(shí)施例中的離心機(jī)用輻射加熱石英燈在額定電壓下能夠正常工作5min以上，加熱功率能夠保證達(dá)到2.1kff以上，能夠使2mm厚鋼質(zhì)圓桶加熱到600°C。工作5min后其燈絲軸向變形量極小，可多次使用而不損壞。
[0022]實(shí)施例2
[0023]為進(jìn)一步提高燈絲等抗變形能力，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上對(duì)燈絲I的位置固定進(jìn)行改進(jìn)。所述燈壁5的內(nèi)壁帶有多個(gè)向內(nèi)凸起的半球形3，雙螺旋結(jié)構(gòu)的燈絲I卡在凹槽中。[0024]傳統(tǒng)石英燈由于使用過(guò)程為靜態(tài)環(huán)境，燈絲I不受力，所以只采用燈托2托起燈絲I遠(yuǎn)離燈壁5。在燈絲I正常工作時(shí)，燈絲I在高溫下軟化，容易在慣性力的作用沿軸向下向一側(cè)滑動(dòng)。將燈壁5設(shè)計(jì)成帶多個(gè)凹槽面的結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例中的石英燈長(zhǎng)度為325mm，每隔50mm加工一對(duì)內(nèi)凸起的半球形3，徑為2.5mm,由于燈絲I采用雙螺旋結(jié)構(gòu)，每一個(gè)繞絲截面都和燈壁5有點(diǎn)接觸，所以內(nèi)凸起的半球形3能在任意位置將燈絲I定位卡住，使得燈絲I的軸向變形只能發(fā)生在50mm內(nèi)的小區(qū)域內(nèi)部，防止了燈絲I的整體變形。通過(guò)改進(jìn)燈絲I結(jié)構(gòu)和燈絲I固定方式，設(shè)計(jì)出滿足高溫離心過(guò)載環(huán)境中使用的石英燈，滿足熱離心試驗(yàn)的使用要求。通過(guò)離心試驗(yàn)，在通電正常工作，加速度為80g環(huán)境中，改進(jìn)后的石英燈正常工作5min以上，加熱功率超過(guò)2kW，可以實(shí)現(xiàn)各類(lèi)加熱曲線控制，能夠滿足綜合離心環(huán)境試驗(yàn)中過(guò)載環(huán)境下的加熱需求。
[0025]本實(shí)施例的中對(duì)石英燈的改進(jìn)同樣可用于不同長(zhǎng)度，不同功率的石英燈的改進(jìn)。
[0026]實(shí)施例3
[0027]在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，增加每條燈絲I的繞絲截面相鄰各級(jí)相互之間的夾角，則燈絲密度降低，抗變形能力提高，均能夠保證220V和80g離心力環(huán)境中正常工作5min以上不變形；但是由于功率逐漸下降，需要更多的加熱時(shí)間導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過(guò)程延長(zhǎng)。
[0028]當(dāng)每條燈絲I的繞絲截面相鄰各級(jí)相互之間布置為25°時(shí)，燈絲I功率能夠達(dá)到1900W左右；當(dāng)每條燈絲I的繞絲截面相鄰各級(jí)相互之間布置為35°時(shí)，燈絲I功率能夠達(dá)到1650W左右；當(dāng)每條燈絲I的繞絲截面相鄰各級(jí)相互之間布置為45°時(shí)，燈絲I功率可以達(dá)到1500W左右，此時(shí)能夠滿足綜合離心環(huán)境試驗(yàn)中過(guò)載環(huán)境下的加熱需求。但是當(dāng)燈絲I的額定功率小于1500W時(shí)，由于功率過(guò)低將導(dǎo)致石英燈無(wú)法滿足綜合離心環(huán)境試驗(yàn)中過(guò)載環(huán)境下的加熱需求。
[0029]實(shí)施例4
[0030]在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，降低每條燈絲I的繞絲截面相鄰各級(jí)相互之間的角度，則燈絲I密度提高，功率逐漸提高，能夠滿足綜合離心環(huán)境試驗(yàn)中過(guò)載環(huán)境下的加熱需求；但是由于功率過(guò)高導(dǎo)致其抗變形能力降低，在220V和80g離心力環(huán)境中正常工作的時(shí)間逐漸變短，長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)容易損壞，影響實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。
[0031]當(dāng)每條燈絲I的繞絲截面相鄰各級(jí)相互之間布置為10°時(shí)，燈絲I功率能夠達(dá)到2400W左右，在220V和80g離心力環(huán)境中正常工作時(shí)能夠保持5min以上不變形；當(dāng)每條燈絲I的繞絲截面相鄰各級(jí)相互之間布置為5°時(shí)，燈絲I功率達(dá)到2700W左右，在220V和80g離心力環(huán)境中正常工作時(shí)能夠保持5min不變形。但是當(dāng)燈絲I的繞絲截面相鄰各級(jí)相互之間繼續(xù)減小時(shí)，雖然可以滿足綜合離心環(huán)境試驗(yàn)中過(guò)載環(huán)境下的加熱需求，但是由于燈絲I容易變形，會(huì)導(dǎo)致石英燈損壞，影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。
[0032]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。倘若這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種離心機(jī)用輻射加熱石英燈，其特征在于:包括燈管和兩條呈螺旋結(jié)構(gòu)纏繞的燈絲(1)，燈管包括燈頭(4)和燈壁(5);每條燈絲(I)的繞絲截面呈“U”形，每個(gè)繞絲截面通過(guò)“U”形的上端開(kāi)口處兩點(diǎn)和底部一點(diǎn)與燈壁(5)三點(diǎn)接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的一種離心機(jī)用輻射加熱石英燈，其特征在于:所述的每個(gè)繞絲截面與相鄰的繞絲截面之間呈一定角度布置。
3.如權(quán)利要求1所述的一種離心機(jī)用輻射加熱石英燈，其特征在于:所述的每個(gè)繞絲截面與相鄰的繞絲截面之間呈5°?45°角度布置。
4.如權(quán)利要求3所述的一種離心機(jī)用輻射加熱石英燈，其特征在于:所述每條燈絲(I)相鄰各級(jí)相互之間呈15°。
5.如權(quán)利要求1所述的一種離心機(jī)用輻射加熱石英燈，其特征在于:所述燈壁(5)設(shè)有多個(gè)向內(nèi)凸起的半球形(3 )，用于固定螺旋結(jié)構(gòu)的燈絲(I)。
【文檔編號(hào)】H01K1/14GK203573947SQ201320681236
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】肖乃風(fēng), 尹曉峰, 巨亞堂 申請(qǐng)人:北京強(qiáng)度環(huán)境研究所, 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院