专利名称：一种低真空度真空复合保温管道导热系数测定装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于热力性能检测技术领域，特别涉及ー种低真空度真空复合保温管道导热系数測定装置。
背景技术：
热カ管道是集中供热系统输送热水、蒸汽等热媒的重要组成部分。近年来，国内外主流热カ管道所输送热媒温度由150-250°C左右提高到600°C以上，蒸汽压カ达到2. 5Mpa以上，由于热カ管道的热媒压力的增高和热媒温度的提升，高温热カ管道设置真空复合保温层是提高管道保温性能、保证所输运热媒的热カ參数、增强管道防腐性能同时动态监测泄漏的新技木。不同于在空间技术、超导设备用低温液体的储藏和运输等领域中所应用的 中高真空(真空层的绝对压カ小于IPa),国内外2004年开始应用采用低中真空度的真空层复合保温直埋管道，測定该类具有真空层的各层复合保温结构的热阻、导热系数等热カ性能參数是衡量该类保温管道热カ性能的主要依据。以往所采用的热カ管道保温层导热系数測定装置无法准确测定新型真空层复合保温直埋管道的保温结构整体热阻和复合保温结构中各层实际导热系数，特别是该类管道工作时其真空层绝对压カ通常在20mbar至1013mbar(低真空)内波动变化，目前尚无检测真空层在不同真空压カ条件下该类复合管道的导热系数測定装置。该传热过程应包括复合保温结构内固体保温材料固相导热以及保温材料内残留空气的导热、对流和辐射换热，以及低中真空下真空层的导热、对流和辐射换热三部分，而检测复合保温结构内保温材料纤维和保温材料内残留空气、真空层三者的综合导热系数是真实地反映管道整体的保温性能，尤其是为了管道复合保温结构的优化、评价各型保温结构的性能、确定保温管热阻的关键。从目前国内外公开报导的文献来看，仅见到各种材料物性测试装置以及墙体整体导热系数測定装置的报导，而未见到复合保温管道整体保温结构导热系数、热阻測定装置的报导，特别是带有低真空度的真空层、适用于热媒温度高达200-350°C及以上的复合保温管道整体保温结构导热系数測定装置的报导。

实用新型内容本实用新型针对上述缺陷公开了ー种低真空度真空复合保温管道导热系数測定装置。它由控制与数据采集系统和导热油循环系统构成；所述控制与数据采集系统的结构如下エ业控制计算机分别连接打印机和RS232总线，RS232/485转换器分别连接RS232总线和RS485总线，RS485总线通过信号电缆分别与第I温度传感器-第48温度传感器、第I热流传感器-第16热流传感器、第I电量模块-第3电量模块和第I智能调节器-第3智能调节器连接；第I温度传感器-第47温度传感器分别与第I热电偶-第47热电偶直接安装在一起，第48温度传感器与测量仪器直接安装在一起，第I热流传感器-第16热流传感器分别与第I热流计-第16热流计直接安装在一起；[0007]所述导热油循环系统的结构如下导热油罐、导热油加热装置、第I油泵和阀门通过油管装配在一起，导热油加热装置、第2油泵、第I接头、第2接头和阀门通过油管装配在一起，导热油罐、柔性金属管、第I接头、测试管段、第2接头和阀门通过油管装配在一起；导热油罐上方安装有第2真空压カ计，下方通过油管与阀门连接；导热油加热装置、第I放气阀和阀门通过油管装配在一起，导热油加热装置的上方安装液位计和第I温度测试模块，下方通过油管与阀门连接；第I接头左侧的油管上安装有第2温度测试模块，第2接头右侧的油管上安装有第3温度测试模块，RS485总线通过信号电缆分别与第I油泵、液位计、第I温度测试模块、导热油加热装置、第2油泵、第2温度测试模块以及第3温度测试模块连接；测试管段两端分别安装有第I接头和第2接头，在测试管段上依次安装着抽气接ロ、第I热电偶-第47热电偶、第I热流计-第16热流计和第I真空压カ计，第2接头与 第2放气阀装配在一起，测量仪器与测试管段中轴线的距离不超过2-3m，，它由湿度计和热电偶组成；所述测试管段的结构如下两个辅助测试管段安装在测试管段主体的两端，辅助测试管段长度为1000mm，测试管段主体长度为2000mm;辅助测试管段与测试管段主体的结构相同，两者在径向上均分为五层，从内到外依次为工作钢管、保温材料层、真空层、钢外护管和防腐层；在辅助测试管段工作钢管内安装辅助性加热器，在测试管段主体工作钢管内安装主加热器；测试管段主体上设置有第I测试截面和第2测试截面，第I测试截面距测试管段主体左端500mm，第2测试截面距测试管段主体左端IOOOmm ;第I测试截面和第2测试截面均设置有温度测点和热流计测点；所述温度测点和热流计测点的布置情况如下第I测试截面的温度测点分布在第I测试截面的右半圆周内，在第I测试截面的工作钢管外表面、保温材料层外表面、钢外护管外表面和防腐层外表面上设置温度测点，当钢外护管采用直径为DN500及以上型号管道时，在上述任一表面与水平方向夹角呈/2、
/3、Ji /6、0、-Ji/6,-Ji/3,-Ji /2方向各布置I个温度测点；钢外护管采用直径为DN500以下型号管道时，在上述任一表面与水平方向夹角呈n/2、Ji/3、0、_ /3、-/2方向各布置I个温度测点；在对第I测试截面的温度进行测量时，在第I热电偶-第47热电偶中任意选取28个热电偶或20个热电偶，将选取的这些热电偶分别安装在第I测试截面的温度测点上；第2测试截面的温度测点分布在第2测试截面的左半圆周内，在第2测试截面的工作钢管外表面、保温材料层外表面、钢外护管外表面和防腐层外表面上设置温度测点，当钢外护管采用直径为DN500及以上型号管道时，在上述任一表面与水平方向夹角呈/2、
/3、/6、0、-Ji/6、-Ji/3、-Ji/2方向各布置I个温度测点；钢外护管采用直径为DN500以下型号管道时，在上述任一表面与水平方向夹角呈n/2、Ji/3、0、_ /3、-/2方向各布置I个温度测点；在对第2测试截面的温度进行测量时，在第I热电偶-第47热电偶中任意选取28个热电偶或20个热电偶，将选取的这些热电偶分别安装在第2测试截面的温度测点上；第I测试截面的热流计测点分布在第I测试截面的左半圆周内，在第I测试截面的防腐层外表面上设置热流计测点，当钢外护管采用直径为DN500及以上型号管道吋，在防腐层外表面与水平方向夹角呈Jr/2、Ji/3、/6、0、_ /6、-JI/3、-JI/2方向各布置I个热流计测点；当钢外护管采用直径为DN500以下型号管道时，在防腐层外表面与水平方向夹角呈/2、/3、-/2方向各布置I个热流计测点；在对第I测试截面的径向热迁移量进行测量时，在第I热流计-第16热流计任意选取7个热流计或5个热流计，将选取的这些热流计分别安装在第I测试截面的热流计测点上；第2测试截面的热流计测点分布在第2测试截面的右半圆周内，在第2测试截面的防腐层外表面上设置热流计测点，当钢外护管采用直径为DN500及以上型号管道时，在防腐层外表面与水平方向夹角呈Jr/2、Ji/3、/6、0、_ /6、-JI/3、-JI/2方向各布置I个热流计测点；当钢外护管采用直径为DN500以下型号管道时，在防腐层外表面与水平方向夹角呈/2、/3、0、_ /3、- /2方向各布置I个热流计测点；在对第2测试截面的径向热迁移量进行测量时，在第I热流计_第16热流计任意选取7个热流计或5个热流计，将选取的这些热流计分别安装在第2测试截面的热流计测点上。本实用新型的有益效果为 I)该装置适用于测定热媒温度在40_375°C、真空层压カ在50Pa至1013Pa复合保温热カ管道的真空层及各保温结构的导热系数，测试误差小于士 5% ；2)压カ控制系统可模拟真空层的复合保温热カ管道工作时真空层绝对压カ在2kPa至101. 3kPa之间波动的实际情况，温度、电能、真空层压カ控制系统组成的控制系统与数据采集系统可实现全程全部测试參数自动控制和测试数据自动记录；3)采用由导热油电加热装置、导热油罐、导热油系统模拟高温热媒。导热油温度采用控制系统自动控制温度。4)该装置在温度和热流测点布置充分考虑并实现对含有真空层的复合保温结构的各层热阻的測量，并采取了针对300°C以上高温热媒エ况时监测管道传热量，对比测量单位时间内导热油加热设备中电加热器输出热功率和通过热流计测得的热流；另ー方面是获得沿测试管段防腐层外表面圆周方向热流的分布情況，以便于研究具有真空层的复合保温管道传热过程和机理。

图I是控制与数据采集系统示意图；图2是导热油循环系统示意图；图3是测试管段中选取的测试截面设计示意图，图4是工作钢管外表面温度测点布置的结构示意图，图5是保温材料层外表面温度测点布置的结构示意图，图6是防腐层外表面温度测点布置的结构示意图，图7是防腐层外表面热流测点布置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进ー步详细说明。ー种低真空度真空复合保温管道导热系数測定装置，其特征在干，它由控制与数据采集系统和导热油循环系统构成；如图I所示，控制与数据采集系统的结构如下エ业控制计算机分别连接打印机和RS232总线LRS232/485转换器分别连接RS232总线I和RS485总线21,RS485总线21通过信号电缆8分别与第I温度传感器Tl-第48温度传感器T48、第I热流传感器Ql-第16热流传感器Q16、第I电量模块DLl-第3电量模块DL3和第I智能调节器Trkl-第3智能调节器Trk3连接；第I温度传感器Tl-第47温度传感器T47分别与第I热电偶Kl-第47热电偶K47直接安装在一起，第48温度传感器T48与测量仪器10直接安装在一起，第I热流传感器Ql-第16热流传感器Q16分别与第I热流计Rl-第16热流计R16直接安装在一起；如图2所示，导热油循环系统的结构如下导热油罐、导热油加热装置、第I油泵2 和阀门通过油管装配在一起，导热油加热装置、第2油泵5、第I接头13、第2接头27和阀门通过油管装配在一起，导热油罐、柔性金属管6、第I接头13、测试管段14、第2接头27和阀门通过油管装配在一起；导热油罐上方安装有第2真空压カ计23，下方通过油管与阀门连接；导热油加热装置、第I放气阀4和阀门通过油管装配在一起，导热油加热装置的上方安装液位计3和第I温度测试模块24，下方通过油管与阀门连接；第I接头13左侧的油管上安装有第2温度测试模块25，第2接头27右侧的油管上安装有第3温度测试模块26，RS485总线21通过信号电缆8分别与第I油泵2、液位计3、第I温度测试模块24、导热油加热装置、第2油泵5、第2温度测试模块25以及第3温度测试模块26连接；测试管段14两端分别安装有第I接头13和第2接头27，在测试管段14上依次安装着抽气接ロ 7、第I热电偶Kl-第47热电偶K47、第I热流计Rl-第16热流计R16和第I真空压カ计11，第2接头27与第2放气阀12装配在一起，测量仪器10与测试管段14中轴线的距离不超过2-3m，，它由湿度计和热电偶组成；如图3所示，所述测试管段14的结构如下两个辅助测试管段安装在测试管段主体的两端，辅助测试管段长度为1000mm，测试管段主体长度为2000mm;辅助测试管段与测试管段主体的结构相同，两者在径向上均分为五层，从内到外依次为工作钢管30、保温材料层31、真空层32、钢外护管33和防腐层34 ;在辅助测试管段工作钢管30内安装辅助性加热器，在测试管段主体工作钢管30内安装主加热器；测试管段主体上设置有第I测试截面A和第2测试截面B，第I测试截面A距测试管段主体左端500mm，第2测试截面B距测试管段主体左端IOOOmm ;第I测试截面A和第2测试截面B均设置有温度测点和热流计测点；沿测试管段14轴向方向布置2个测试截面的作用一方面是布置足够多的温度测点，以便掌握复合结构径向方向传热机理；另一方面是测试过程中若产生沿测试管段轴向方向的热流，获得第I测试截面A和第2测试截面B的温度测点对比数据，便于在后续研究中分析轴向热流对保温管道传热过程的影响，使获得的传热机理研究成果更准确。温度测点和热流计测点的布置情况如下如图4-图6所示，第I测试截面A的温度测点分布在第I测试截面A的右半圆周内，在第I测试截面A的工作钢管30外表面、保温材料层31外表面、钢外护管33外表面和防腐层34外表面上设置温度测点(图4-图6中黒点所示)，当钢外护管33采用直径为DN500及以上型号管道时，在上述任一表面与水平方向夹角呈/2、/3、/6、O、-31/6、-31/3、-31/2方向各布置I个温度测点；钢外护管33采用直径为DN500以下型号管道时，在上述任一表面与水平方向夹角呈n/2、3i/3、0、-3i/3、-3i/2方向各布置I个温度测点；在对第I测试截面A的温度进行测量吋，在第I热电偶Kl-第47热电偶K47中任意选取28个热电偶或20个热电偶，将选取的这些热电偶分别安装在第I测试截面A的温度测点上；第2测试截面B的温度测点分布在第2测试截面B的左半圆周内，在第2测试截面B的工作钢管30外表面、保温材料层31外表面、钢外护管33外表面和防腐层34外表面上设置温度测点，当钢外护管33采用直径为DN500及以上型号管道时，在上述任一表面与水平方向夹角呈n/2、31/3、31/6、0、_ 31/6、-31/3、-31/2方向各布置I个温度测点；钢外护管33采用直径为DN500以下型号管道时，在上述任一表面与水平方向夹角呈/2、/3、
O、- /3、- /2方向各布置I个温度测点；在对第2测试截面B的温度进行测量时，在第I热电偶Kl-第47热电偶K47中任意选取28个热电偶或20个热电偶，将选取的这些热电偶分别安装在第2测试截面B的温度测点上；在进行第I测试截面A和第2测试截面B的温度测点布置吋，保温材料31外表面、钢外护管33外表面、防腐层34外表面上温度因低于150°C，利用导热硅胶等具有良好贴附性的物质，使热电偶固定在相关的温度测点上。因工作钢管30的温度在300°C以上，为了防止因导热硅胶失效原因等造成热电偶的温度探头从工作钢管的温度测点上脱落，应采用预制的磁性温度探头的热电阻产品，利用温度探头的磁性吸附在工作钢管30表面温度测点上。在测试管段14防腐层34外表面布置热流计的目的一方面是监测管道热损失，对比测量单位时间内电加热器输出热功率和通过热流计测得的热流；另一方面是获得沿测试管段14防腐层34外表面圆周方向热流的分布情況，以便于研究保温管道传热过程和机理。第I测试截面A的热流计测点分布在第I测试截面A的左半圆周内，在第I测试 截面A的防腐层34外表面上设置热流计测点，当钢外护管33采用直径为DN500及以上型号管道时，在防腐层34外表面与水平方向夹角呈Ji/2、ji/3、/6、0、- /6、- /3、- /2方向各布置I个热流计测点；当钢外护管33采用直径为DN500以下型号管道时，在防腐层34外表面与水平方向夹角呈/2、Ji/3、0、_ Ji/3、-Ji/2方向各布置I个热流计测点；在对第I测试截面A的径向热迁移量进行测量时，在第I热流计Rl-第16热流计R16任意选取7个热流计或5个热流计,将选取的这些热流计分别安装在第I测试截面A的热流计测点上；如图7所示，第2测试截面B的热流计测点分布在第2测试截面B的右半圆周内，在第2测试截面B的防腐层34外表面上设置热流计测点(图7中三角形点所示)，当钢外护管33采用直径为DN500及以上型号管道吋，在防腐层34外表面与水平方向夹角呈/2、31/3、JI/6、0、_ 31/6、-31/3、-31/2方向各布置I个热流计测点；当钢外护管33采用直径为DN500以下型号管道时，在防腐层34外表面与水平方向夹角呈31/2、/3、0、- /3、- /2方向各布置I个热流计测点；在对第2测试截面B的径向热迁移量进行测量时，在第I热流计Rl-第16热流计R16任意选取7个热流计或5个热流计,将选取的这些热流计分别安装在第2测试截面B的热流计测点上。以下是本实用新型的相关设备參数列表[0045]表I本实用新型的设备参数列表
权利要求1.ー种低真空度真空复合保温管道导热系数測定装置，其特征在干，它由控制与数据采集系统和导热油循环系统构成； 所述控制与数据采集系统的结构如下エ业控制计算机分别连接打印机和RS232总线(1)，RS232/485转换器分别连接RS232总线(I)和RS485总线(21)，RS485总线(21)通过信号电缆(8)分别与第I温度传感器(Tl)-第48温度传感器(T48)、第I热流传感器(Ql)-第16热流传感器(Q16)、第I电量模块(DLl)-第3电量模块(DL3)和第I智能调节器(Trkl)-第3智能调节器(Trk3)连接； 第I温度传感器(Tl)-第47温度传感器(T47)分别与第I热电偶(Kl)-第47热电偶(K47)直接安装在一起，第48温度传感器(T48)与测量仪器(10)直接安装在一起，第I热流传感器(Ql)-第16热流传感器(Q16)分别与第I热流计(Rl)-第16热流计(R16)直接安装在一起； 所述导热油循环系统的结构如下导热油罐、导热油加热装置、第I油泵(2)和阀门通过油管装配在一起，导热油加热装置、第2油泵(5)、第I接头(13)、第2接头(27)和阀门通过油管装配在一起，导热油罐、柔性金属管(6)、第I接头(13)、测试管段(14)、第2接头(27)和阀门通过油管装配在一起；导热油罐上方安装有第2真空压カ计(23)，下方通过油管与阀门连接；导热油加热装置、第I放气阀(4)和阀门通过油管装配在一起，导热油加热装置的上方安装液位计(3)和第I温度测试模块(24)，下方通过油管与阀门连接；第I接头(13)左侧的油管上安装有第2温度测试模块(25)，第2接头(27)右侧的油管上安装有第3温度测试模块(26), RS485总线(21)通过信号电缆(8)分别与第I油泵(2)、液位计(3)、第I温度测试模块(24)、导热油加热装置、第2油泵(5)、第2温度测试模块(25)以及第3温度测试模块(26)连接； 测试管段(14)两端分别安装有第I接头(13)和第2接头(27)，在测试管段(14)上依次安装着抽气接ロ(7)、第I热电偶(Kl)-第47热电偶(K47)、第I热流计(Rl)-第16热流计(R16 )和第I真空压カ计(11)，第2接头(27 )与第2放气阀(12 )装配在一起，测量仪器(10)与测试管段(14)中轴线的距离不超过2-3m，它由湿度计和热电偶组成。
2.根据权利要求I所述的ー种低真空度真空复合保温管道导热系数測定装置，其特征在于，所述测试管段(14)的结构如下两个辅助测试管段安装在测试管段主体的两端，辅助测试管段长度为1000mm，测试管段主体长度为2000mm ;辅助测试管段与测试管段主体的结构相同，两者在径向上均分为五层，从内到外依次为工作钢管(30)、保温材料层(31)、真空层(32)、钢外护管(33)和防腐层(34);在辅助测试管段工作钢管(30)内安装辅助性加热器，在测试管段主体工作钢管(30)内安装主加热器； 测试管段主体上设置有第I测试截面(A)和第2测试截面(B)，第I测试截面(A)距测试管段主体左端500mm，第2测试截面(B)距测试管段主体左端IOOOmm ;第I测试截面(A)和第2测试截面(B)均设置有温度测点和热流计测点。
3.根据权利要求2所述的ー种低真空度真空复合保温管道导热系数測定装置，其特征在于，所述温度测点和热流计测点的布置情况如下 第I测试截面(A)的温度测点分布在第I测试截面(A)的右半圆周内，在第I测试截面(A)的工作钢管(30)外表面、保温材料层(31)外表面、钢外护管(33)外表面和防腐层(34)外表面上设置温度测点，当钢外护管(33)采用直径为DN500及以上型号管道时，在上述任一表面与水平方向夹角呈π /2、31 /3、31 /6、0、_ 31 /6、-31 /3、-31 /2方向各布置I个温度测点；钢外护管(33)采用直径为DN500以下型号管道时，在上述任一表面与水平方向夹角呈π /2、π /3、0、- π /3、- π /2方向各布置I个温度测点；在对第I测试截面(A)的温度进行测量时，在第I热电偶(Kl)-第47热电偶(Κ47)中任意选取28个热电偶或20个热电偶，将选取的这些热电偶分别安装在第I测试截面(A)的温度测点上； 第2测试截面(B)的温度测点分布在第2测试截面(B)的左半圆周内，在第2测试截面(B)的工作钢管(30)外表面、保温材料层(31)外表面、钢外护管(33)外表面和防腐层(34)外表面上设置温度测点，当钢外护管(33)采用直径为DN500及以上型号管道时，在上述任一表面与水平方向夹角呈π /2、31 /3、31 /6、0、_ 31 /6、-31 /3、-31 /2方向各布置I个温度测点；钢外护管(33)采用直径为DN500以下型号管道时，在上述任一表面与水平方向夹角呈 π /2、π /3、0、_ π /3、- π /2方向各布置I个温度测点；在对第2测试截面(B)的温度进行测量时，在第I热电偶(Kl)-第47热电偶(Κ47)中任意选取28个热电偶或20个热电偶，将选取的这些热电偶分别安装在第2测试截面(B)的温度测点上； 第I测试截面(A)的热流计测点分布在第I测试截面(A)的左半圆周内，在第I测试截面(A)的防腐层(34)外表面上设置热流计测点，当钢外护管(33)采用直径为DN500及以上型号管道时，在防腐层(34)外表面与水平方向夹角呈π/2、π/3、π/6、O、-Ji/6、-Ji/3、-Ji/2方向各布置I个热流计测点；当钢外护管(33)采用直径为DN500以下型号管道时，在防腐层(34)外表面与水平方向夹角呈π/2、π/3、0、-π/3、-π/2方向各布置I个热流计测点； 在对第I测试截面(A)的径向热迁移量进行测量时，在第I热流计(Rl)-第16热流计(R16)任意选取7个热流计或5个热流计，将选取的这些热流计分别安装在第I测试截面(A)的热流计测点上； 第2测试截面(B)的热流计测点分布在第2测试截面(B)的右半圆周内，在第2测试截面(B)的防腐层(34)外表面上设置热流计测点，当钢外护管(33)采用直径为DN500及以上型号管道时，在防腐层(34)外表面与水平方向夹角呈π/2、π/3、π/6、O、- Ji /6、- Ji /3、- Ji /2方向各布置I个热流计测点；当钢外护管(33)采用直径为DN500以下型号管道时，在防腐层(34)外表面与水平方向夹角呈π/2、π/3、0、- π/3、- π/2方向各布置I个热流计测点；在对第2测试截面(B)的径向热迁移量进行测量时，在第I热流计(Rl)-第16热流计(R16)任意选取7个热流计或5个热流计,将选取的这些热流计分别安装在第2测试截面(B)的热流计测点上。
专利摘要本实用新型公开了属于热力性能检测技术领域的一种低真空度真空复合保温管道导热系数测定装置。该装置由控制与数据采集系统和导热油循环系统构成。其中控制与数据采集系统由工控计算机、打印机、RS232总线、RS232/485转换器、RS485总线、温度传感器、热流传感器、电量模块、智能调节器和信号电缆构成；导热油循环系统主要由导热油罐、导热油加热装置、导热油管、油泵、柔性金属管、阀门、热电偶、热流计和温度计组成；本实用新型的有益效果为实现了对温度、电加热器输出功率和热流等参数的自动记录和自动控制，测试结果准确并具有较高的可靠性，有助于研究该类保温管道的传热机理。
文档编号G01N25/20GK202393722SQ20112052690
公开日2012年8月22日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者史永征, 宋艳, 李德英, 那威 申请人:北京建筑工程学院