CN108896603A - 一种金属保温层管状试件用传热试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属保温层管状试件用传热试验装置，包括发热元件，所述发热元件的两端均设置有端部防护组件，所述发热元件外侧套设有加热管；进行传热试验时，所述加热管外壁与管状试件内壁之间存在有间隙；所述加热管外壁上套设有径向挡板，所述径向挡板将管状试件和加热管之间的间隙在轴向上分隔为多个独立的传热区域；所述加热管外壁上还设置有纵向挡板，所述纵向挡板将管状试件和加热管之间的间隙在周向上分隔为多个独立的传热区域。本发明弥补了现有技术中没有专门适用于管状金属保温层传热试验的试验装置的技术空白，贴合管状金属保温层在实际应用过程中的传热情况，使得传热试验的数据更加准确并具有参考意义。

Description

一种金属保温层管状试件用传热试验装置

技术领域

本发明涉及核电厂保温设备技术领域，具体涉及一种金属保温层管状试件用传热试验装置。

背景技术

金属保温层是国内近年来新研的一种核电厂主设备与管道用保温层结构，其传热性能需要借助专门的试验装置进行测量。

对管状金属保温层试件，由于其结构与平板状金属保温层的内部几何结构不同，且热流传递方向也与平板状保温层不一致，无法用国内较为成熟的防护热箱型传热试验装置进行传热性能测试，而GB/T 10296中规定的管式防护端头型试验装置也不能满足金属保温层试件的测试要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属保温层管状试件用传热试验装置，以解决现有的传热试验装置无法满足管状金属保温层试件传热性能的测试需要的问题，以开展专门试用于管状金属保温层试件的热量均匀分布且测量精度高的传热测试。

本发明通过下述技术方案实现：

一种金属保温层管状试件用传热试验装置，包括发热元件，所述发热元件的两端均设置有端部防护组件，所述发热元件外侧套设有加热管；进行传热试验时，所述加热管外壁与管状试件内壁之间存在有间隙。

目前，现有技术中的传热试验装置很难满足金属保温层管状试件传热性能的测试要求。例如，防护热箱型试验装置无法应用于管状试件，因为管状试件的结构与平板状的金属保温层的内部结构不同，并且热流传递方向也与平板状金属保温层不一致；同时，GB/T10296《绝缘层稳态传热性质的测定圆管法》中也规定管式防护端头型试验装置不能满足金属保温层试件的测试要求。但是，金属保温层管状试件的传热试验对模拟金属保温层在核电厂管道上的实际状态、研究其传热性能至关重要，因此，迫切需要设计一种专门用于金属保温层管状试件的传热试验装置。

本发明提供了一种金属保温层管状试件用传热试验装置，其与现有的传热实验装置一样，采用了发热元件作为热源，优选地，发热元件为各类电阻加热丝。在发热元件的两端均设置有端部防护组件，端部防护组件一方面用于在试验过程中夹持并固定管状试件，另一方面减少发热元件产生的热量向环境释放，确保加热功率测量的准确性。

与现有技术不同的是，发热元件的外侧套设有加热管。发明人在管状试件的传热试验过程中发现，从管状试件的一端至另一端，管状试件上存在明显的温度梯度和局部温度不均匀的现象，这是由于发热元件的结构、以及管状试件的长度所造成的。为了使得发热元件产生的热量在向管状试件传递前尽可能均匀，在发热元件外侧套设有加热管，加热管能够对发热元件产生的热量进行预分配，使得加热管上的热量分布相对均匀，之后加热管上的热量再传递至管状试件上。加热管的设计使得其上的热量分布更加贴合核电厂管道上的实际热量分布状态，使得传热试验的数据更加准确并具有参考意义。具体实施时，加热管的两端可以与端部防护组件接触，也可以不与端部防护组件接触。优选地，加热管为不锈钢材质，进一步优选地，加热管的壁厚为3～5mm以达到加热管上较佳的热量分布。

现有的传热试验装置中，发热元件和试件之间不存在间隙，发热元件与试件接触直接传热，但在核电厂管道上设置管状金属保温层时，保温层和管道之间是存在有间隙，并利用该间隙隔离热传导，因此，现有的传热试验装置并不能模拟核电厂管道上管道与管状金属保温层的实际安装状态和传热效果。为了解决上述问题，在加热管外壁与管状试件内壁设置间隙以隔离加热管和管状试件，本领域技术人员应当理解，加热管和管状试件之间进行隔离的方式还可以有其他多种实施方式，而这些实施方式均应落入本发明的保护范围中。

使用时，将一块端部防护组件放置在实验台上，将管状试件安装在固定的端部防护组件上，使管状试件的一端与端部防护组件接触，之后将另一块端部防护组件安装在管状试件的另一端，使该端部防护组件与管状试件接触，通过两块端部防护组件实现对管状试件的夹持和固定，同时使得管状试件与其内部的加热管之间存在一定间隙以隔离管状试件和加热管。

通过上述结构，弥补了现有技术中没有专门适用于管状金属保温层传热试验的试验装置；另外，该装置通过设置加热管实现对加热管的预加热，使得传递到管状试件上的热量更加均匀，更加贴合管状金属保温层在实际应用过程中的传热情况，使得传热试验的数据更加准确并具有参考意义；通过在管状试件和加热管之间设置间隙，使得传热试验装置贴近实际应用中管状金属保温层在核电厂管道上的安装状态，提高了试验数据的代表性。

间隙的存在导致间隙内空气存在对流传热，并在局部区域形成烟囱效应，导致管状试件温度不均匀，进而影响传热性能测试的准确性。为了解决该问题，本发明在间隙内沿加热管的径向、周向均设置有隔热挡板，使间隙内的空气腔被隔离成多个独立的传热区域，减小了对流传热，并避免了烟囱效应。

具体地，作为本发明的一个优选实施方案，所述加热管外壁上套设有径向挡板，所述径向挡板将管状试件和加热管之间的间隙在轴向上分隔为多个独立的传热区域。径向挡板采用耐高温的隔热材料，例如云母板、陶瓷等材料。径向挡板将挡板间隙分隔为至少两块传热区域，相邻的传热区域之间由于径向挡板的原因，气体无法通过，因此能够减少间隙内的高温气体沿加热管中轴线方向的对流，提高热量分布的均匀性，从而提高实验数据的准确性。优选地，径向挡板为圆环结构，且径向挡板的中轴线与加热管的中轴线共线。径向挡板与加热管之间的连接关系可以为可拆卸连接，例如卡接，也可以为不可拆卸连接例如粘接、镶接或焊接，优选地，径向挡板与加热管之间的连接方式为卡接，具体卡接方式为，径向挡板的内径略大于加热管的外径，在安装时，先将径向挡板套设在加热管的外壁上，再将管状试件套设在端部防护组件上。

进一步地，所述径向挡板的数量为两块。优选地，两块径向挡板沿加热管中轴线方向将间隙等分为三段。

作为本发明又一个优选实施方案，所述加热管外壁上还设置有纵向挡板，所述纵向挡板将管状试件和加热管之间的间隙在周向上分隔为多个独立的传热区域。在传热试验过程中发现，由于高温气体会上升而低温气体会下降，因此，位于上方的管状试件内壁与位于下方的管状试件内壁之间存在温度差，这个温度差通常在10～30℃，工作人员需要依靠经验弥补温度差所导致的数据差异，显然，这样测得的数据是不够准确的。为了解决该技术问题，在加热管外壁上设置了纵向挡板，所述纵向挡板采用耐高温的隔热材料，例如云母板、陶瓷等材料。在部分实施方式中，纵向挡板与径向挡板可以是一体结构，例如，两块径向挡板之间通过纵向挡板连接，也可以是径向挡板上设置有卡接槽，纵向挡板之间卡接在卡接槽中固定。纵向挡板能够沿加热管的周向方向进一步分隔传热区域，减少间隙内的高温气体沿加热管周向方向的对流，避免底部传热区域的高温气体流动至顶部的传热区域，同时避免顶部的低温气体流动至底部的传热区域，从而进一步提高热量分布的均匀性和数据采集的准确性。

进一步地，所述纵向挡板的数量为六块，所述六块纵向挡板沿加热管的周向均匀分布。

通过在间隙内布置径向挡板和纵向挡板，使间隙内的空气腔形成多个独立的传热区域，提高了试件的受热均匀性，保障了测试结果的准确性。

进一步地，所述端部防护组件包括试件端部防护、加热管端部防护，所述试件端部防护套设在加热管端部防护的外部，试件端部防护的厚度小于加热管端部防护的厚度。所述试件端部防护和加热管端部防护可以是两个独立部件，也可以一体成型的部件，试件端部防护的厚度小于加热管端部防护的厚度是指加热管端部防护相对于试件端部防护形成凸起部以安装发热元件和加热管，凸起部的侧面贴合管状试件的内壁。

进一步地，所述加热管端部防护上设置有端部隔热板。端部隔热板能够进一步减少发热元件产生的热量向环境的释放。优选地，端部隔热板的材料为云母板。

进一步地，所述径向挡板、纵向挡板的材料均为云母板。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明弥补了现有技术中没有专门适用于管状金属保温层传热试验的试验装置；另外，该装置通过设置加热管实现对加热管的预加热，使得传递到管状试件上的热量更加均匀，更加贴合管状金属保温层在实际应用过程中的传热情况，使得传热试验的数据更加准确并具有参考意义；不仅如此，管状试件和加热管之间存在的间隙使得传热试验装置贴近实际应用中管状金属保温层在核电厂管道上的安装状态，因而提高了试验数据的代表性；

2、本发明通过在间隙内布置径向挡板和纵向挡板，使间隙内的空气腔形成多个独立的传热区域，减小了对流传热，并避免了烟囱效应，提高了试件的受热均匀性，保障了测试结果的准确性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的结构示意图；

图2为本发明具体实施例的截面示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-管状试件，2-加热管，3-径向挡板，4-发热元件，5-端部隔热板，6-试件端部防护，7-加热管端部防护，8-纵向挡板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例：

如图1和图2所示的一种金属保温层管状试件用传热试验装置，包括发热元件4，所述发热元件4的两端均设置有端部防护组件，所述端部防护组件包括试件端部防护6、加热管端部防护7，所述试件端部防护6套设在加热管端部防护7的外部，试件端部防护6的厚度小于加热管端部防护7的厚度，所述发热元件4外侧套设有加热管2；进行传热试验时，所述加热管2外壁与管状试件1内壁之间存在有间隙；所述加热管2外壁上套设有两块径向挡板3，两块径向挡板3将管状试件1和加热管2之间的间隙沿加热管2的轴向方向等分为三段；加热管2外壁上还设置有至少六块纵向挡板8，所述六块纵向挡板8与径向挡板3连接，所述纵向挡板8将管状试件1和加热管2之间的间隙沿加热管2的周向方向分隔为六块独立的传热区域，且所述六块纵向挡板8沿加热管2的周向均匀分布；所述加热管端部防护7上设置有端部隔热板5；所述径向挡板3、纵向挡板8和端部隔热板5的材料均为云母板。

使用时，将一块端部防护组件放置在实验台上，在加热管2上安装两块径向挡板3，并在两块径向挡板3上沿加热管2的周向方向卡接总共六块纵向挡板8，在部分实施例中，径向挡板3和纵向挡板8也可以是一体结构；之后将管状试件1安装在端部防护组件的试件端部防护6上，管状试件1两端的内壁与加热管端部防护7连接；之后将另一块端部防护组件安装在管状试件1的端面上，此时，径向挡板3侧面与管状试件1的内壁接触，加热管2的两端通过端部隔热板5固定在两块加热管端部防护7之间，管状试件1固定在两块试件端部防护6之间；之后开启发热元件4开始传热试验。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种金属保温层管状试件用传热试验装置，包括发热元件(4)，所述发热元件(4)的两端均设置有端部防护组件，其特征在于，所述发热元件(4)外侧套设有加热管(2)；

进行传热试验时，所述加热管(2)外壁与管状试件(1)内壁之间存在有间隙。

2.根据权利要求1所述的一种金属保温层管状试件用传热试验装置，其特征在于，所述加热管(2)外壁上套设有径向挡板(3)，所述径向挡板(3)将管状试件(1)和加热管(2)之间的间隙在轴向上分隔为多个独立的传热区域。

3.根据权利要求2所述的一种金属保温层管状试件用传热试验装置，其特征在于，所述径向挡板(3)的数量为两块。

4.根据权利要求1所述的一种金属保温层管状试件用传热试验装置，其特征在于，所述加热管(2)外壁上还设置有纵向挡板(8)，所述纵向挡板(8)将管状试件(1)和加热管(2)之间的间隙在周向上分隔为多个独立的传热区域。

5.根据权利要求4所述的一种金属保温层管状试件用传热试验装置，其特征在于，所述纵向挡板(8)的数量为六块，所述六块纵向挡板(8)沿加热管(2)的周向均匀分布。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的一种金属保温层管状试件用传热试验装置，其特征在于，所述端部防护组件包括试件端部防护(6)、加热管端部防护(7)，所述试件端部防护(6)套设在加热管端部防护(7)的外部，试件端部防护(6)的厚度小于加热管端部防护(7)的厚度。

7.根据权利要求6所述的一种金属保温层管状试件用传热试验装置，其特征在于，所述加热管端部防护(7)上设置有端部隔热板(5)。

8.根据权利要求1～5中任一项所述的一种金属保温层管状试件用传热试验装置，其特征在于，所述径向挡板(3)、纵向挡板(8)的材料均为云母板。