發動機用鎧裝加熱器的製造方法
2023-10-17 01:47:39
發動機用鎧裝加熱器的製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種發動機用鎧裝加熱器，包括半環狀外殼、加熱器蓋和加熱模塊，所述半環狀外殼上設有安裝孔和安裝腔，所述加熱模塊安裝固定在半環狀外殼設有的安裝腔中，所述加熱器蓋安裝固定在半環狀外殼上，所述加熱器蓋上設有電源引線安裝孔，該電源引線安裝孔中安裝有電源引線密封段，所述加熱模塊包括支撐骨架、絕緣蓋板和電熱元件，所述支撐骨架上設有安裝槽，所述電熱元件安裝固定在支撐骨架的安裝槽中，所述絕緣蓋板安裝固定在支撐骨架上，用於蓋住支撐骨架的安裝槽，所述絕緣蓋板上設有供電源引線通過的開口，電源引線分別與電熱元件的兩端電連接。其具有小型化、輕量化、安裝方式簡便易行、長壽命、高可靠性的優點。
【專利說明】發動機用鎧裝加熱器
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及發動機系統領域，特別涉及一種發動機用鎧裝加熱器。
【背景技術】
[0002] 發動機噴注器中有多組流通推進劑的流道，在空間低溫環境下，流道中的推進劑 容易凍結。因此，必須採取加熱措施，使得該處溫度在推進劑冰點以上，以保證發動機正常 啟動和可靠工作。也就是說發動機正常點火最基本的條件就是推進劑流道的溫度滿足指標 要求。在空間極端低溫環境，需要通過加熱器加熱才能滿足溫度要求。而且，隨著發動機應 用領域的擴展以及越來越高的要求，發動機的結構設計應該朝著輕量化發展趨勢，必然要 求加熱器件輕量化、微型化結構設計以及更高的可靠性，以滿足發動機更寬範圍要求的加 熱需求和應用領域的擴展要求。
【發明內容】
[0003] 本實用新型的目的是針對現有技術的不足，提供一種發動機用鎧裝加熱器，其具 有小型化、輕量化、安裝方式簡便易行、長壽命、高可靠性的優點。
[0004] 本實用新型的技術方案是：一種發動機用鎧裝加熱器，包括半環狀外殼、加熱器蓋 和加熱模塊，所述半環狀外殼上設有安裝孔和安裝腔，所述加熱模塊安裝固定在半環狀外 殼設有的安裝腔中，所述加熱器蓋安裝固定在半環狀外殼上，用於蓋住半環狀外殼的安裝 腔，所述加熱器蓋上設有電源引線安裝孔，該電源引線安裝孔中安裝有電源引線密封段，所 述加熱模塊包括支撐骨架、絕緣蓋板和電熱元件，所述支撐骨架上設有安裝槽，所述電熱元 件安裝固定在支撐骨架的安裝槽中，所述絕緣蓋板安裝固定在支撐骨架上，用於蓋住支撐 骨架的安裝槽，所述絕緣蓋板上設有供電源引線通過的開口，電源引線分別與電熱元件的 兩端電連接。
[0005] 所述加熱模塊為半環狀，所述外殼的安裝腔為與加熱模塊相適應的半環形凹腔。 [0006] 所述加熱模塊的絕緣蓋板包括上絕緣蓋板、下絕緣蓋板以及兩側絕緣蓋板，所述 加熱模塊的支撐骨架的上、下兩面均設有貫穿支撐骨架的安裝槽，支撐骨架的上、下兩面的 安裝槽相互對應設置，加熱模塊的電熱元件安裝固定在支撐骨架的安裝槽中，環支撐骨架 設置，所述上絕緣蓋板、下絕緣蓋板分別安裝固定在支撐骨架的上、下兩面，所述兩側絕緣 蓋板分別安裝固定在支撐骨架的兩端面，所述上絕緣蓋板上設有供絕緣套管穿過的過孔， 所述加熱模塊內設有絕緣填充材料。
[0007] 所述加熱模塊的電熱元件經過渡引線與電源引線連接，所述過渡引線分別固定在 兩絕緣套管中，且兩端分別延伸出絕緣套管，所述電源引線密封段包括第一密封套管，所述 第一密封套管固定在加熱器蓋的電源引線安裝孔中，兩絕緣套管固定在第一密封套管的中 心孔內，兩絕緣套管均通過絕緣蓋板的開口伸入加熱模塊中，兩絕緣套管一端的過渡引線 分別與加熱模塊中的電熱元件的兩端連接，兩絕緣套管另一端的過渡引線分別與電源引線 連接。
[0008] 所述第一密封套管向外延伸出加熱器蓋，所述加熱器蓋上固定有第二密封套管， 該第二密封套管套在第一密封套管的延伸段外面，所述第二密封套管中填充高溫有機密封 材料用來密封第二密封套管。
[0009] 所述過渡引線為銀引線或鎳引線，所述電源引線為聚醯亞胺薄膜絕緣鍍銀銅導 線。
[0010] 所述加熱模塊的電熱元件為加熱絲繞製成的螺旋狀電熱元件。
[0011] 所述加熱絲採用直徑為0. 08mm的Karma微細絲。
[0012] 所述安裝孔為兩個，兩安裝孔分別位於半環狀外殼的兩端，通過安裝孔把加熱器 安裝在發動機法蘭盤上，半環狀外殼的中間設置用於安裝固定加熱模塊的安裝腔。
[0013] 本實用新型的有益效果是：由於本實用新型包括半環狀外殼、加熱器蓋和加熱模 塊，所述半環狀外殼上設有安裝孔和安裝腔，所述加熱模塊安裝固定在半環狀外殼設有的 安裝腔中，所述加熱器蓋安裝固定在半環狀外殼上，用於蓋住半環狀外殼的安裝腔，半環狀 外殼與加熱器蓋用於保護加熱模塊。所述加熱模塊包括支撐骨架、絕緣蓋板和電熱元件， 所述支撐骨架上設有安裝槽，所述電熱元件安裝固定在支撐骨架的安裝槽中，所述絕緣蓋 板安裝固定在支撐骨架上，用於蓋住支撐骨架的安裝槽，所述絕緣蓋板上設有供電源引線 通過的開口，電源引線分別與電熱元件的兩端電連接。這些設計、製作工藝所帶來的積極效 果是：確保狹小結構尺寸下的功率密度以及絕緣性能的實現，製作的加熱器易操作、安裝簡 單、需求面積小、不需要二次電源、抗潮溼性能好、高溫絕緣性能好；同時加熱器件結構及制 作工藝能很好的適應空間環境、發動機工作環境以及力學環境。體現在：
[0014] (1)實現大電阻加熱器件的小型化、輕量化(< 15g)
[0015] 符合發動機推進系統小型化、輕量化發展趨勢。
[0016] (2)加熱器件功率密度彡lW/cm2，加熱器件的斷路、短路現象能完全避免，可靠 性高，壽命提高，可滿足15年壽命期要求。
[0017] 加熱器件在室溫、相對溼度不大於65%的環境下，用250V直流兆歐表測得加熱器 件的絕緣電阻彡250ΜΩ。高溫絕緣電阻（350°C)彡2ΜΩ。
[0018] (3)加熱器件能耐受下列驗證試驗：
[0019] ①40V異常電壓試驗
[0020] ②力學性能試驗
[0021] ③大氣中持續通電試驗：額定功率下將加熱器件持續通電4小時，恢復至室溫，絕 緣電阻不低於250ΜΩ (250V直流兆歐表)。
[0022] ④真空連續高溫試驗：真空壓力彡5X10_3Pa，每次高溫（350±20°C )時間不 小於2h，累積高溫時間不小於150h。高溫時須多次測量電加熱器件的絕緣電阻，不低於 2ΜΩ (250V直流兆歐表）。
[0023] ⑤真空下溫度交變試驗：高溫為350±20°C，低溫為80±20°C，降溫時切斷加熱器 件電源，升溫時接通加熱器件電源，高低溫分別停留3min，升溫過程不超過6min，溫度交變 次數不少於10次，累計1000次。整個試驗過程中多次測量高、低溫時加熱器件絕緣電阻， 不低於2ΜΩ (250V直流兆歐表）。真空試驗結束後，將加熱器件從真空設備中取出，室溫時 測量其阻值及絕緣電阻，不超過原阻值的±7%，絕緣電阻不低於20ΜΩ (250V直流兆歐表）。
[0024] 試驗均完成後，加熱器件表面平整，無變形，無裂紋，其尺寸滿足圖紙要求，電性能 滿足各項試驗對應要求。
[0025] 所述加熱器蓋上設有電源引線安裝孔，該電源引線安裝孔中安裝有電源引線密封 段，電源引線密封段採用的是雙層密封結構，有效解決了空間有限的電源引線的密封過渡 問題。
[0026] 聚醯亞胺薄膜絕緣鍍銀銅導線與過渡銀引線或鎳引線，及過渡引線與微細絲電熱 元件採用銀銅釺焊工藝，焊點牢固可靠，有效解決了微細絲連接點強度問題；而且能有效防 止其它焊接方式如氬弧焊給電熱元件帶來的縮徑現象，而降低電熱元件的強度。
[0027] 用作電熱元件的Karma微細絲材料，電阻率高（1. 33μ Ω · m (20°C))，抗拉強度 高（951 Mpa)，電阻溫度係數（3. 6X 10_6°C I，比常用的Cr20Ni80性能優良，同樣電阻要求 的條件下可以選擇較細的絲，可使電阻絲的長度短很多，從而實現狹小結構尺寸下的電阻 絲的布置安裝。
[0028] 上絕緣瓷板、側絕緣瓷板、剛玉支撐骨架、下絕緣瓷板及絕緣瓷管的作用是保證電 熱元件有效的與加熱器外殼絕緣，可靠的避免短路現象的發生。高溫無機膠(陶瓷基）的作 用是相關部件之間的固定，以防止發動機運行過程中的振動、衝擊所帶來的影響。
[0029] 總之，本實用新型具備安裝方式簡便易行、安裝面積小、電阻密度高，表面負荷低、 抗潮溼性能好、高溫絕緣性能好、無需電壓較小的二次電源等優點，從而提高發動機的可靠 性。
[0030] 下面結合附圖和【具體實施方式】作進一步的說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031] 圖1為本實用新型的外觀示意圖；
[0032] 圖2為圖1的A向示意圖；
[0033] 圖3為本實用新型的結構示意圖；
[0034] 圖4為本實用新型的結構簡圖；
[0035] 圖5為本實用新型的電源引線雙層密封段的結構示意圖；
[0036] 圖6為一次溫度交變試驗程序。
[0037] 附圖中，1為加熱器外殼，Ia為安裝孔，Ib為安裝腔，2為加熱器蓋，3為電源引線 密封段，4為上絕緣蓋板,5為側絕緣蓋板,6為支撐骨架,7為電熱元件,8為下絕緣蓋板,9 為絕緣填充材料，10為第二密封套管，11為高溫有機密封材料，12為電源引線，13為過渡引 線，14為絕緣套管，15為第一密封套管。
【具體實施方式】
[0038] 參見圖1至圖6, 一種發動機用鎧裝加熱器，包括半環狀外殼、加熱器蓋和加熱模 塊。所述半環狀外殼1、加熱器蓋採用不鏽鋼材料製成。所述半環狀外殼上設有安裝孔Ia 和安裝腔lb。本實施例的所述安裝孔為兩個，兩安裝孔分別位於半環狀外殼的兩端，用於加 熱器與發動機聯接，兩個加熱器成對安裝，安裝在發動機法蘭盤上，給發動機噴注器的流通 推進劑的流道加熱。本實施例的各安裝孔Ia的孔心分別與半環狀外殼1的兩端端面之間 的夾角α為10°，半環狀外殼1的兩端端面之間的夾角α為170°。半環狀外殼的中間 設置用於安裝固定加熱模塊的安裝腔。加熱器外殼上的兩個安裝孔一體式設計，安裝電熱 元件等附件的空間以加工中心的方法加工。所述加熱模塊安裝固定在半環狀外殼設有的安 裝腔中，所述加熱器蓋2安裝固定在半環狀外殼上，用於蓋住半環狀外殼的安裝腔，所述加 熱器蓋上設有電源引線安裝孔，該電源引線安裝孔中安裝有電源引線密封段3,所述加熱模 塊包括支撐骨架、絕緣蓋板和電熱元件，所述支撐骨架上設有安裝槽，所述電熱元件安裝固 定在支撐骨架的安裝槽中，所述絕緣蓋板安裝固定在支撐骨架上，用於蓋住支撐骨架的安 裝槽，所述絕緣蓋板上設有供電源引線通過的開口，所述電源引線12分別與電熱元件7的 兩端電連接。
[0039] 優選地，所述加熱模塊的電熱元件經過渡引線13與電源引線連接。所述過渡引線 分別固定在兩絕緣套管中，且兩端分別延伸出絕緣套管，所述電源引線密封段包括第一密 封套管，所述第一密封套管固定在加熱器蓋的電源引線安裝孔中。兩絕緣套管14固定在第 一密封套管的中心孔內。因為第一密封套管直徑很小，因此可以通過高溫無機膠將兩絕緣 套管14直接固定在第一密封套管中。兩絕緣套管均通過絕緣蓋板的開口伸入加熱模塊中。 兩絕緣套管一端的過渡引線分別與加熱模塊中的電熱元件的兩端連接，兩絕緣套管另一端 的過渡引線分別與電源引線連接。所述第一密封套管向外延伸出加熱器蓋，所述加熱器蓋 上固定有第二密封套管，該第二密封套管10套在第一密封套管15的延伸段外面，所述第二 密封套管中填充高溫有機密封材料11用來密封第二密封套管。所述第一密封套管為內層 密封套管，第二密封套管為外層密封套管。本實施例的兩根過渡引線均為銀引線或鎳引線， 所述電源引線為聚醯亞胺薄膜絕緣鍍銀銅導線。電源引線密封段採用雙層密封結構(外層 密封套管、內層密封套管)，有效解決了空間有限的電源引線的密封過渡問題，以利焊點及 裸路導線線的密封安裝。本實用新型的所有焊縫縫實現自動雷射焊接。電熱元件與過渡引 線及過渡引線與電源引線均通過銀銅釺焊工藝焊接。聚醯亞胺薄膜絕緣鍍銀銅導線與過渡 銀引線或鎳引線，及過渡引線與微細絲電熱元件採用銀銅釺焊工藝，焊點牢固可靠，有效解 決了微細絲連接點強度問題；而且能有效防止其它焊接方式如氬弧焊給電熱元件帶來的縮 徑現象，而降低電熱元件的強度。
[0040] 本實施例的所述加熱模塊為半環狀。所述半環狀外殼的安裝腔為與加熱模塊相適 應的半環形凹腔。該加熱模塊不是正半環狀，佔整個環形不到一半。加熱模塊恰好可以放 在半環狀外殼的安裝腔中。所述加熱模塊的絕緣蓋板包括上絕緣蓋板4、下絕緣蓋板8以 及兩側絕緣蓋板5,所述加熱模塊的支撐骨架6的上、下兩面均設有沿環形貫穿支撐骨架的 安裝槽，支撐骨架的上、下兩面的安裝槽相互對應設置，加熱模塊的電熱元件安裝固定在支 撐骨架的安裝槽中，環支撐骨架設置，所述上絕緣蓋板、下絕緣蓋板分別安裝固定在支撐骨 架的上、下兩面，所述兩側絕緣蓋板分別安裝固定在支撐骨架的兩端面，所述上絕緣蓋板上 設有供絕緣套管穿過的過孔，所述加熱模塊內設有絕緣填充材料9。絕緣填充材料可以採 用A1203或MgO粉、高溫無機膠、環氧膠等。所述上絕緣蓋板採用上絕緣瓷板。所述下絕緣 蓋板採用下絕緣瓷板。所述側絕緣蓋板採用側絕緣瓷板。支撐骨架、上絕緣蓋板、下絕緣蓋 板、側絕緣蓋板之間的固定採用高溫無機膠。其他部件之間的固定也採用高溫無機膠。所 述加熱模塊的電熱元件由電阻率高、強度好、電阻溫度係數小的Karma微細絲（Φ0. 08mm) 電阻材料繞製成螺旋狀電熱元件。支撐骨架採用剛玉支撐骨架。絕緣套管採用絕緣瓷管。 電熱元件為高電阻率加熱絲，用作電熱元件的Karma微細絲材料，電阻率高（1.33μ Ω ·πι (20°C))，抗拉強度高（951 Mpa)，電阻溫度係數（3. 6Χ 10_6°C I，比常用的Cr20Ni80性能 優良，同樣電阻要求的條件下可以選擇較細的絲，可使電阻絲的長度短很多，從而實現狹小 結構尺寸下的電阻絲的布置安裝。上絕緣瓷板、側絕緣瓷板、剛玉支撐骨架、下絕緣瓷板及 絕緣瓷管的作用是保證電熱元件有效的與加熱器外殼絕緣，可靠的避免短路現象的發生。 高溫無機膠(陶瓷基）的作用是相關部件之間的固定，以防止發動機運行過程中的振動、衝 擊所帶來的影響。調好電阻的電熱元件兩端與兩根過渡銀引線或鎳引線以銀銅纖焊工藝連 接，安裝在剛玉支撐骨架內，並用高溫無機膠固定，且兩根過渡引線套上絕緣瓷管，所有間 隙用MgO粉或Al 2O3粉填實，並用高溫無機膠固定上絕緣瓷板、下絕緣瓷板於支撐骨架上 下兩面，側絕緣瓷板於支撐骨架兩端，以上經烘乾固化後成為一個加熱模塊。
[0041] 本加熱器件結構尺寸小、重量輕(< 15g)，在滿足結構強度、焊接工藝、可靠性的前 提下，儘量擴大加熱器內部空間尺寸，以利各零配件在加熱器內部空間的匹配安裝，控制加 熱器件產品的重量。
[0042] 在保證強度及焊接工藝要求的條件下，加熱器外殼、加熱器蓋、電源引線密封段的 金屬結構件儘可能的薄，一是減輕重量，更主要的是有儘可能大的空間安裝發熱元件、剛玉 支撐骨架等附件。
[0043] 這些設計、製作工藝所帶來的積極效果是：確保狹小結構尺寸下的功率密度以及 絕緣性能的實現，製作的加熱器易操作、安裝簡單、需求面積小、不需要二次電源、抗潮溼性 能好、高溫絕緣性能好；同時加熱器件結構及製作工藝能很好的適應空間環境、發動機工作 環境以及力學環境。體現在：
[0044] (1)實現大電阻加熱器件的小型化、輕量化(< 15g)
[0045] 符合發動機推進系統小型化、輕量化發展趨勢。
[0046] (2)加熱器件功率密度彡lW/cm2，加熱器件的斷路、短路現象能完全避免，可靠 性高，壽命提高，可滿足15年壽命期要求。
[0047] 加熱器件在室溫、相對溼度不大於65%的環境下，用250V直流兆歐表測得加熱器 件的絕緣電阻彡250ΜΩ。高溫絕緣電阻（350°C)彡2ΜΩ。
[0048] (3)加熱器件能耐受下列驗證試驗：
[0049] ①40V異常電壓試驗
[0050] ②力學性能試驗
[0051] I振動試驗
[0052] 表1 :發動機用微型鎧裝加熱器振動試驗條件
【權利要求】
1. 一種發動機用鎧裝加熱器，其特徵在於：包括半環狀外殼、加熱器蓋和加熱模塊，所 述半環狀外殼上設有安裝孔和安裝腔，所述加熱模塊安裝固定在半環狀外殼設有的安裝腔 中，所述加熱器蓋安裝固定在半環狀外殼上，用於蓋住半環狀外殼的安裝腔，所述加熱器蓋 上設有電源引線安裝孔，該電源引線安裝孔中安裝有電源引線密封段，所述加熱模塊包括 支撐骨架、絕緣蓋板和電熱元件，所述支撐骨架上設有安裝槽，所述電熱元件安裝固定在支 撐骨架的安裝槽中，所述絕緣蓋板安裝固定在支撐骨架上，用於蓋住支撐骨架的安裝槽，所 述絕緣蓋板上設有供電源引線通過的開口，電源引線分別與電熱元件的兩端電連接。
2. 根據權利要求1所述的發動機用鎧裝加熱器，其特徵在於：所述加熱模塊為半環狀， 所述半環狀外殼的安裝腔為與加熱模塊相適應的半環形凹腔。
3. 根據權利要求2所述的發動機用鎧裝加熱器，其特徵在於：所述加熱模塊的絕緣蓋 板包括上絕緣蓋板、下絕緣蓋板以及兩側絕緣蓋板，所述加熱模塊的支撐骨架的上、下兩面 均設有貫穿支撐骨架的安裝槽，支撐骨架的上、下兩面的安裝槽相互對應設置，加熱模塊的 電熱元件安裝固定在支撐骨架的安裝槽中，環支撐骨架設置，所述上絕緣蓋板、下絕緣蓋板 分別安裝固定在支撐骨架的上、下兩面，所述兩側絕緣蓋板分別安裝固定在支撐骨架的兩 端面，所述上絕緣蓋板上設有供絕緣套管穿過的過孔，所述加熱模塊內設有絕緣填充材料。
4. 根據權利要求1所述的發動機用鎧裝加熱器，其特徵在於：所述加熱模塊的電熱元 件經過渡引線與電源引線連接，所述過渡引線分別固定在兩絕緣套管中，且兩端分別延伸 出絕緣套管，所述電源引線密封段包括第一密封套管，所述第一密封套管固定在加熱器蓋 的電源引線安裝孔中，兩絕緣套管固定在第一密封套管的中心孔內，兩絕緣套管均通過絕 緣蓋板的開口伸入加熱模塊中，兩絕緣套管一端的過渡引線分別與加熱模塊中的電熱元件 的兩端連接，兩絕緣套管另一端的過渡引線分別與電源引線連接。
5. 根據權利要求4所述的發動機用鎧裝加熱器，其特徵在於：所述第一密封套管向外 延伸出加熱器蓋，所述加熱器蓋上固定有第二密封套管，該第二密封套管套在第一密封套 管的延伸段外面，所述第二密封套管中填充高溫有機密封材料用來密封第二密封套管。
6. 根據權利要求4所述的發動機用鎧裝加熱器，其特徵在於：所述過渡引線為銀引線 或鎳引線，所述電源引線為聚醯亞胺薄膜絕緣鍍銀銅導線。
7. 根據權利要求1至4中任一權利要求所述的發動機用鎧裝加熱器，其特徵在於：所 述加熱模塊的電熱元件為加熱絲繞製成的螺旋狀電熱元件。
8. 根據權利要求7所述的發動機用鎧裝加熱器，其特徵在於：所述加熱絲採用直徑為 0. 08mm的Karma微細絲。
9. 根據權利要求1所述的發動機用鎧裝加熱器，其特徵在於：所述安裝孔為兩個，兩安 裝孔分別位於半環狀外殼的兩端，通過安裝孔把加熱器安裝在發動機法蘭盤上，半環狀外 殼的中間設置用於安裝固定加熱模塊的安裝腔。
【文檔編號】H05B3/48GK204168514SQ201420658290
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月6日 優先權日:2014年11月6日
【發明者】鞠華, 湯建華, 羅松, 陳陽春, 鞠昀筱, 張祖力, 馮鄰江, 肖國忠 申請人:重慶材料研究院有限公司