真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，所述裝置包括：外腔體；內腔體，呈封閉狀并可充注低溫液體，其置于外腔體內并與外腔體共同形成真空夾層，所述內腔體上部設計成凹槽形，低溫液體液面高出凹槽底部；至少一個導熱實驗組設置在所述凹槽中，導熱實驗裝置安裝有加熱器、力傳感器以及負載，在各試件材料中均沿軸向布置熱電偶。本實用新型提供的裝置，能夠保證加載載荷的精確讀取以及傳熱溫差的穩定，準確測量真空深冷容器內材料接觸界面導熱熱阻。
【專利說明】
真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，屬于真空絕熱深冷容器技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術進步和經濟發展，工業氣體儲運由氣態高壓存儲逐漸轉變為深冷液化存儲，深冷液化存儲最大的優越性在于儲存密度大、運輸效率高以及氣體較為純凈等。低溫液體通常儲存于具有真空夾套的雙層壁深冷容器內，深冷容器內容器一般選用不銹鋼材質，外容器選用碳鋼或不銹鋼材質。深冷行業中許多儲運設備，例如低溫罐箱、低溫槽罐車以及臥式固定儲罐等都采用高真空多層絕熱，該絕熱方式能夠最大程度減低氣體對流傳熱與輻射傳熱。然而，深冷容器的內外容器必須要靠支撐結構連接，真空環境下對流與輻射傳熱量遠小于內外容器間的固體支撐連接構件(環氧玻璃鋼管)處的傳熱量。在低溫液體儲運過程中，玻璃鋼管支撐件與內外容器直接接觸而產生熱橋，熱橋的導熱量是深冷容器絕熱性能好壞的關鍵指標，這就必須掌握玻璃鋼管支撐件與內外容器的接觸導熱熱阻，才能準確計算該熱橋的導熱量。然而，目前關于如何測試高真空深多層絕熱深冷容器內玻璃鋼管支撐件與內外容器之間接觸熱阻的資料比較匱乏，尚無一種針對性的試驗裝置能有效解決該問題。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，測試高真空多層絕熱深冷環境下不同加載載荷與熱端溫度時不同材料試件的不同位置的溫度分布，評價不同材料直接接觸時受不同載荷與熱端溫度時的傳熱性能，得到其接觸導熱熱阻。
[0004]為實現上述目的，本實用新型提供一種真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，其特征是包括:
[0005]外腔體；
[0006]內腔體，呈封閉狀并充注低溫液體，其置于外腔體內，并與外腔體之間形成真空夾層，所述內腔體的上部成凹槽形，低溫液體的液面高出凹槽底部；
[0007]法蘭蓋板，與所述外腔體的上部密封連接，所述法蘭蓋板與外腔體之間以及凹槽內均抽真空；
[0008]至少一個導熱實驗組，設置在所述凹槽中，導熱試驗組采用管狀結構，每個導熱實驗組包括由下至上依次相接的第一種材料與第二種材料，在所述第二種材料的頂面熱接觸一個加熱器，所述加熱器的上面連接有力傳感器，所述力傳感器的上端穿出所述法蘭蓋板后連接有負載;在每個所述第一種材料以及每個所述第二種材料中均沿軸向間隔布置數個熱電偶。
[0009]所述的真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，其中:所述負載是液壓缸或電動絲桿，在法蘭蓋板上固定有輔助罩，以提供負載的施力支點。
[0010]所述的真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，其中:在凹槽底部與內腔體底部之間設有加強支撐，還在內腔體底部與外腔體底部之間設有絕熱支撐。
[0011 ]所述的真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，其中:所述內腔體連接有加液管與排放管，用于向內腔體內充注低溫液體。
[0012]所述的真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，其中:在力傳感器的上端還套接有一個波紋管，所述波紋管的一端與所述力傳感器的上端密封連接，另一端與所述法蘭蓋板焊接。
[0013]所述的真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，其中:所述法蘭蓋板上還設有加熱導線集線器與熱電偶線集線器，所述加熱器的導線能夠通過所述加熱導線集線器保持氣密性地穿出所述法蘭蓋板，所述熱電偶的導線能夠通過所述熱電偶線集線器保持氣密性地穿出所述法蘭蓋板。
[0014]所述的真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，其中:所述外腔體的側面設有抽真空口和真空測試口，抽真空口連接真空機組，真空測試口連接真空規管。
[0015]所述的真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，其中:第一種材料與第二種材料均為管狀，第一種材料與第二種材料的對接端設有相互配合的環形臺階，能夠通過環形臺階的相互嵌卡，
[0016]所述的真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，其中:在凹槽內還填充有絕熱材料。
[0017]本實用新型通過載荷加載系統實現不同材料試件不同作用力下的相互接觸，待支撐試件在真空深冷環境下達到熱平衡后測試其軸向溫度分布。依靠試驗裝置內的力傳感器可以精確讀取加載載荷大小，同時波紋管能夠產生加載載荷時需要的形變，由于安裝了力傳感器，波紋管產生形變時的作用力影響因素已被排除。依靠裝置內設置的圓盤加熱器可以改變熱端溫度，形成不同傳熱溫差。由于試驗中采用了深冷容器內實際使用的玻璃鋼管支撐件，因此，根據試驗中測得的溫度分布，評定玻璃鋼管支撐件與不銹鋼及碳鋼的接觸導熱熱阻，能夠更準確地為真空絕熱深冷容器的支撐結構熱設計提供依據。
【附圖說明】
[0018]圖1是真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置的組裝圖；
[0019]圖2是管狀試件接觸端結構示意圖。
[0020]附圖標記說明:外腔體A;內腔體B;凹槽C;法蘭蓋板D;絕熱支撐I;加強支撐2;不銹鋼管試件3 ；玻璃鋼管試件4;熱電偶5;液面6;圓盤加熱器7;力傳感器8;外絕熱材料9;內絕熱材料10;波紋管11;加熱導線集線器12;熱電偶線集線器13;排放管14;加液管15;負載16;輔助罩17;抽真空口 18;真空測試口 19。
【具體實施方式】
[0021 ]圖1所示為真空深冷環境下玻璃鋼管支撐件與不銹鋼或碳鋼接觸導熱試驗裝置的裝配圖，為了方便說明，此處以玻璃鋼管支撐件與不銹鋼接觸導熱為例，圖2為玻璃鋼管支撐件與不銹鋼在試驗系統內的裝配示意圖。此時玻璃鋼管支撐件放置與熱端溫度處。玻璃鋼管支撐件與碳鋼接觸導熱應將玻璃鋼放置于冷端溫度處，其余不變。現結合圖1所示的玻璃鋼管支撐件與不銹鋼接觸導熱試驗裝置，說明其結構如下，其包括:
[0022]外腔體A，其側面設有抽真空口18和真空測試口 19;
[0023]內腔體B，呈封閉狀，其置于外腔體A內，并與外腔體A之間具有夾層，所述內腔體B連接有加液管15與排放管14，用于向內腔體B中加注低溫液體;所述內腔體B的上部設計成凹槽C，低溫液體的液面6應當至少高出凹槽C底部;所述凹槽C凹入內腔體B內部，使凹槽C底面處的不銹鋼板能夠完全浸泡在低溫液體中，從而保證了溫度穩定性；
[0024]法蘭蓋板D，與所述外腔體A的上部密封連接;通過用真空機組連接外腔體A上的抽真空口 18，可使所述夾層獲取較高真空度，降低內腔體B向外的傳熱效率，減少低溫液體的損耗；
[0025]至少一個導熱實驗組，設置在所述凹槽C中，每個導熱實驗組包括由下至上依次相接的:第一種材料與第二種材料，在所有所述第二種材料的頂面一同熱接觸一個圓盤加熱器7，所述圓盤加熱器7的上面連接有力傳感器8，所述力傳感器8的上端穿出所述法蘭蓋板D后連接有負載16;在圖1所示的實施例中，設有兩個導熱實驗組，每個導熱實驗組中的第一種材料、第二種材料分別采用不銹鋼管試件3與玻璃鋼管試件4;不論采用何種材料制成的材料試件，在每個所述第一種材料以及每個第二種材料中均沿軸向間隔布置有數個熱電偶5。
[0026]在上述實施例中，所述負載16是由液壓缸或電動絲桿來實現的，在法蘭蓋板D上固定有輔助罩17，以提供負載16的施力支點。
[0027]其中，為了避免導熱實驗組在加載時將凹槽C底部壓破，在凹槽C底部與內腔體B底部之間對應于每一個導熱實驗組的位置設有一個加強支撐2，還在內腔體B底部與外腔體A底部之間設有絕熱支撐I，絕熱支撐I的材質為非金屬，在保持絕熱的同時，可以起到很好的穩固作用。
[0028]此外，在力傳感器8的上端還套接有一個波紋管11，所述波紋管11的一端與所述力傳感器8的上端密封連接，另一端與所述法蘭蓋板D焊接，如此一來，在實驗過程中，隨著負載16大小的變化，導熱實驗組的長度也會發生相應的變化，但通過波紋管11的相應伸縮，可以適應導熱實驗組的長度變化，始終保持力傳感器8與法蘭蓋板D之間的氣密性。
[0029]而且，所述法蘭蓋板D上還設有加熱導線集線器12與熱電偶線集線器13，所述圓盤加熱器7的導線能夠通過所述加熱導線集線器12保持氣密性地穿出所述法蘭蓋板D，所述熱電偶5的導線能夠通過所述熱電偶線集線器13保持氣密性地穿出所述法蘭蓋板D。
[0030]另外，為了更好的絕熱，在導熱實驗組與凹槽C內壁之間填充有外絕熱材料9，可以消除凹槽C內壁面溫度對測試結果的影響;在各個導熱實驗組之間填充有內絕熱材料10，可以消除凹槽C底面溫度對測試結果的影響。
[0031 ]再請參閱圖2所示，為了保證不銹鋼管試件3與玻璃鋼管試件4保持密切熱接觸，不銹鋼管試件3與玻璃鋼管試件4的對接端設有相互配合的環形臺階，通過環形臺階的相互嵌卡，能夠避免不銹鋼管試件3與玻璃鋼管試件4的對接端在負載16作用發生錯位而影響導熱效率。
[0032]而本實用新型提供的真空環境內材料接觸界面導熱試驗方法包括如下步驟:
[0033]I)在室溫下把試樣(包括第一種材料、第二種材料)裝配成導熱實驗組;將導熱實驗組連同圓盤加熱器7固定到凹槽8中，并填充外絕熱材料9與內絕熱材料10;
[0034]2)在圓盤加熱器7上放置力傳感器8，蓋上法蘭蓋板D，使其與外腔體A密封連接;真空測試口 19接上真空規管，抽真空口 18連接真空機組，然后將真空規管、力傳感器8以及熱電偶13分別接入數據采集系統。
[0035]3)啟動真空機組對夾層抽真空，夾層真空度應滿足常溫下不高于10—1Pa數量級的要求，充裝低溫液體后不高于10—2Pa數量級的要求。
[0036]4)往內腔體B中加注低溫液體直至排放口噴液，即液體已加滿。如果常溫加注低溫液體時，先用低溫氣體吹掃內腔體B，待內腔體B冷卻后再加入液體，避免內腔體B由于溫度急劇降低后迅速冷收縮而損壞。
[0037]5)啟動負載16，開啟數據采集系統，當10分鐘內第一種材料、第二種材料的溫度變化均小于0.5 °C時，認為傳熱穩定，開始記錄數據。
[0038]6)調節圓盤加熱器7的電流，以控制圓盤加熱器7的溫度。
[0039]7)逐步增加負載，獲取第一種材料、第二種材料的溫度-時間曲線。
[0040]玻璃鋼管支撐件在真空深冷環境中與不銹鋼和碳鋼間的接觸導熱對深冷設備的設計和絕熱性能評估均有著非常重要的參考作用。本試驗裝置及方法立足于獲取高真空多層絕熱深冷容器內玻璃鋼管支撐與內外容器接觸導熱性能而設計。由于涉及到夾層絕熱真空，對試驗設備密封真空要求較高，特別是在波紋管連接處以及集線器安裝處的密封均給予足夠重視。本試驗方法與試驗裝置結合力傳感器和溫度加熱控制，保證加載載荷的精確讀取以及傳熱溫差的穩定。
【主權項】
1.一種真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，其特征是包括: 外腔體； 內腔體，呈封閉狀并充注低溫液體，其置于外腔體內，并與外腔體之間形成真空夾層，所述內腔體的上部成凹槽形，低溫液體的液面高出凹槽底部； 法蘭蓋板，與所述外腔體的上部密封連接，所述法蘭蓋板與外腔體之間以及凹槽內均抽真空； 至少一個導熱實驗組，設置在所述凹槽中，導熱試驗組采用管狀結構，每個導熱實驗組包括由下至上依次相接的第一種材料與第二種材料，在所述第二種材料的頂面熱接觸一個加熱器，所述加熱器的上面連接有力傳感器，所述力傳感器的上端穿出所述法蘭蓋板后連接有負載;在每個所述第一種材料以及每個所述第二種材料中均沿軸向間隔布置數個熱電偶。2.根據權利要求1所述的真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，其特征在于:所述負載是液壓缸或電動絲桿，在法蘭蓋板上固定有輔助罩，以提供負載的施力支點。3.根據權利要求1所述的真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，其特征在于:在凹槽底部與內腔體底部之間設有加強支撐，還在內腔體底部與外腔體底部之間設有絕熱支撐。4.根據權利要求1所述的真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，其特征在于:所述內腔體連接有加液管與排放管，用于向內腔體內充注低溫液體。5.根據權利要求1所述的真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，其特征在于:在力傳感器的上端還套接有一個波紋管，所述波紋管的一端與所述力傳感器的上端密封連接，另一端與所述法蘭蓋板焊接。6.根據權利要求1所述的真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，其特征在于:所述法蘭蓋板上還設有加熱導線集線器與熱電偶線集線器，所述加熱器的導線能夠通過所述加熱導線集線器保持氣密性地穿出所述法蘭蓋板，所述熱電偶的導線能夠通過所述熱電偶線集線器保持氣密性地穿出所述法蘭蓋板。7.根據權利要求1所述的真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，其特征在于:所述外腔體的側面設有抽真空口和真空測試口，抽真空口連接真空機組，真空測試口連接真空規管。8.根據權利要求1所述的真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，其特征在于:第一種材料與第二種材料均為管狀，第一種材料與第二種材料的對接端設有相互配合的環形臺階，能夠通過環形臺階的相互嵌卡。9.根據權利要求1所述的真空深冷容器內支撐材料接觸界面導熱試驗裝置，其特征在于:在凹槽內還填充有絕熱材料。
【文檔編號】G01N25/20GK205593952SQ201620320860
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月15日
【發明人】朱鳴, 壽比南, 黃強華, 薄柯, 張波, 王玲, 趙建華
【申請人】中國特種設備檢測研究院