本發(fā)明涉及一種測(cè)試導(dǎo)熱系數(shù)的裝置，尤其是一種管狀保溫層導(dǎo)熱系數(shù)裝置及方法，屬于核電保溫測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

核電站的許多管道和設(shè)備都在高溫（350℃左右）工況運(yùn)行。為減少管道和設(shè)備的熱損失，保證核電站混凝土壁面溫度和熱應(yīng)力符合設(shè)計(jì)要求，提高電站運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性，必須在高溫管道和設(shè)備外壁包覆金屬反射式保溫層。而導(dǎo)熱系數(shù)是考核金屬反射式保溫層保溫性能的重要指標(biāo)，是衡量其熱性能是否滿足使用要求的必要條件。

據(jù)申請(qǐng)人了解，現(xiàn)有專門測(cè)量圓管狀導(dǎo)熱系數(shù)的裝置均只能測(cè)量非金屬的導(dǎo)熱系數(shù)，加熱溫度不超過(guò)170℃，且通常采用一個(gè)加熱器，未采取防止圓管加熱器熱量軸向擴(kuò)散的有效措施。適用于核電金屬反射式保溫層導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量的裝置未見(jiàn)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法測(cè)量高溫（350℃左右）下被測(cè)件導(dǎo)熱系數(shù)的局限性，提出一種具有足夠準(zhǔn)確度的管狀保溫層導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試裝置，從而妥善解決核電金屬反射式保溫層高溫下導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量的難題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明管狀保溫層導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試裝置技術(shù)方案為：包括中段外套被測(cè)管狀保溫層樣件的測(cè)試圓管，所述測(cè)試圓管的中段與兩外段之間開(kāi)有周向延伸的間斷隔縫，所述中段內(nèi)插裝軸向延伸的主加熱管，兩外段分別套有阻熱保溫層且內(nèi)部分別插裝輔加熱管，所述兩外段的外端分別固定端板，所述主加熱管的兩端與兩輔加熱管之間分別裝有周向盤繞在所述隔縫外的電阻絲；所述主加熱管通過(guò)第一電阻以及與之并聯(lián)的串接第二和第三電阻接主穩(wěn)壓電源；所述輔加熱管和電阻絲分別接電源；

所述測(cè)試圓管的中央截面外圓上、下、左、右四處分別安置溫度傳感器，所述測(cè)試圓管的中央截面至隔縫的中間截面外圓分別安置角向位置與中央截面錯(cuò)開(kāi)45°的四處溫度傳感器，所述隔縫兩側(cè)截面的外圓分別上、下安置溫度傳感器；

所述管狀保溫層樣件的中央截面外圓上、下、左、右四處分別安置溫度傳感器，所述管狀保溫層樣件的中央截面至其兩端的中間截面外圓分別安置角向位置與中央截面錯(cuò)開(kāi)45°的四處溫度傳感器，所述管狀保溫層樣件的兩端部截面外圓分別上、下安置溫度傳感器。

本發(fā)明進(jìn)一步的完善包括：

所述輔加熱管通過(guò)可控硅接副穩(wěn)壓電源；

所述副穩(wěn)壓電源通過(guò)電壓調(diào)節(jié)器和溫度調(diào)節(jié)器接所述電阻絲；

所述主加熱器和輔助加熱器之間用隔熱板隔開(kāi)；

所述外端與對(duì)應(yīng)的固定端板之間裝有隔熱墊；

所述溫度傳感器采用借助弧形壓塊固定在測(cè)溫處的熱電偶構(gòu)成，所述弧形壓塊和測(cè)溫處之間填充導(dǎo)熱硅膠。

所述主加熱器和輔助加熱器由帶螺旋凹槽的鑄銅棒以及纏繞在凹槽內(nèi)的電阻絲構(gòu)成。

本發(fā)明的測(cè)試步驟如下：

本實(shí)施例的溫度傳感器采用熱電偶，具體測(cè)試步驟如下：

第一步、設(shè)定加熱溫度ty，開(kāi)啟主、輔加熱管控制升溫；

第二步、當(dāng)測(cè)試圓管中段外的溫度傳感器平均溫度讀數(shù)達(dá)到設(shè)定加熱溫度ty時(shí)，保持主加熱管功率；

第三步、檢測(cè)測(cè)試圓管一端隔縫外側(cè)和內(nèi)側(cè)截面溫度傳感器的溫度，分別取平均值，并調(diào)控相應(yīng)輔加熱管功率，使兩平均值之差小于允差值，保持相應(yīng)輔加熱管的功率；再同樣調(diào)控測(cè)試圓管另一端；

第四步、讀取管狀保溫層樣件中央截面及兩中間截面各測(cè)點(diǎn)溫度，取平均值t2；讀取測(cè)試圓管中央截面及兩中間截面各測(cè)點(diǎn)溫度各測(cè)點(diǎn)溫度,取平均值t1;

第五步、分別測(cè)量第一和第二電阻兩端的電壓v1、v2；

第六步、按下式計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)

式中：

q——管狀保溫層樣件吸收的熱量，單位w；

d2——管狀保溫層樣件外徑，單位m；

d1——管狀保溫層樣件內(nèi)徑，單位m；

l——管狀保溫層樣件長(zhǎng)度，單位m；

t1——讀取的測(cè)試圓管中央截面及兩中間截面各測(cè)點(diǎn)溫度平均值，單位℃；

t2——管狀保溫層樣件中央截面及兩中間截面各測(cè)點(diǎn)溫度平均值，單位℃；

r1——第一電阻阻值，單位ω；

r2——第二電阻阻值，單位ω；

r3——第三電阻阻值，單位ω；

v1——第一電阻端電壓測(cè)量值，單位v；

v2——第二電阻端電壓測(cè)量值，單位v。

本發(fā)明不僅解決了核電金屬反射型管狀保溫層導(dǎo)熱系數(shù)無(wú)法測(cè)量的難題，而且可以有效避免高溫下加熱管熱量的軸向傳遞，保證加熱到設(shè)定溫度達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，溫度和功率幾乎不變，因此可以保證測(cè)試結(jié)果具有足夠的準(zhǔn)確度。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1實(shí)施例中測(cè)試圓管各截面位置示意圖。

圖2-1-圖2-8分別是圖2的a-a——h-h各相應(yīng)截面的溫度傳感器布置示意圖。

圖3是圖1實(shí)施例中被測(cè)管狀保溫層樣件各截面位置示意圖。

圖3-1-圖3-5分別是圖3的b-b——f-f各相應(yīng)截面的溫度傳感器布置示意圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例測(cè)試核電金屬反射型管狀保溫層導(dǎo)熱系數(shù)的裝置如圖1所示，包括中段2-1外套被測(cè)管狀保溫層樣件、即被測(cè)核電金屬反射型保溫層3-1的測(cè)試圓管2，該測(cè)試圓管2為具有一定厚度的鋼管，其中段2-1與兩外段2-2之間開(kāi)有周向延伸寬度約為3mm的間斷隔縫2-3，主加熱器和輔助加熱器之間用隔熱板隔開(kāi)，阻止加熱器間熱量的傳遞。中段2-1內(nèi)插裝軸向延伸的主加熱管1，兩外段2-2分別套有阻熱保溫層3-2且內(nèi)部分別插裝輔加熱管4，兩外段2-2的外端分別通過(guò)隔熱墊固定端板7，以阻止兩端輔助加熱器的熱量擴(kuò)散到空氣中。主加熱管1的兩端與兩輔加熱管4之間分別裝有周向盤繞在測(cè)試圓管2隔縫2-3外的電阻絲4-1，主加熱管1通過(guò)第一電阻r1以及與之并聯(lián)的串接第二和第三電阻r2、r3接主穩(wěn)壓電源8，輔加熱管4通過(guò)可控硅11接副穩(wěn)壓電源12，副穩(wěn)壓電源12還通過(guò)電壓調(diào)節(jié)器10和溫度調(diào)節(jié)器9接電阻絲4-1。

本實(shí)施例的主加熱器和輔助加熱器由帶等間距螺旋凹槽的鑄銅棒以及纏繞在凹槽內(nèi)的電阻絲構(gòu)成，可以保證加熱管各處溫度均勻一致性。

如圖2以及圖2-1-圖2-7所示，測(cè)試圓管2的中央截面d-d外圓上、下、左、右四處分別安置溫度傳感器t05-t08，測(cè)試圓管2的中央截面至隔縫2-3的中間截面c-c、e-e外圓分別安置角向位置與中央截面錯(cuò)開(kāi)45°的四處溫度傳感器t01-t04、t09-t12，隔縫2-3兩側(cè)截面a-a、b-b以及f-f、g-g的外圓分別上、下安置溫度傳感器p01\p02、p03\p04、p05\p06、p07\p08。

如圖3以及圖3-1-圖3-5所示，管狀保溫層樣件3-1的中央截面d-d外圓上、下、左、右四處分別安置溫度傳感器t005-t008，管狀保溫層樣件3-1的中央截面d-d至其兩端的中間截面c-c、e-e外圓分別安置角向位置與中央截面錯(cuò)開(kāi)45°的四處溫度傳感器t001-t004、t009-t012，管狀保溫層樣件3-1的兩端部截面b-b、f-f外圓分別上、下安置溫度傳感器p003\p004、p005\p006。

本實(shí)施例的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括自動(dòng)調(diào)節(jié)和手動(dòng)調(diào)節(jié)，手動(dòng)調(diào)節(jié)含有粗調(diào)和微調(diào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)能夠保證加熱管盡快接近設(shè)定溫度，而手動(dòng)粗調(diào)和微調(diào)結(jié)合能夠保證所需溫度下功率和被測(cè)溫度的穩(wěn)定性。

本實(shí)施例的溫度傳感器采用借助弧形壓塊固定在測(cè)溫處的熱電偶構(gòu)成，弧形壓塊和測(cè)溫處之間填充導(dǎo)熱硅膠，避免與被測(cè)物件存在空氣間隙，保證了溫度測(cè)量的精確性。

具體測(cè)試步驟如下：

第一步、設(shè)定加熱溫度ty，開(kāi)啟主、輔加熱管，起初采用自動(dòng)控制方式升溫；待溫度接近設(shè)定加熱溫度ty時(shí)，手動(dòng)操控升溫；

第二步、當(dāng)測(cè)試圓管中段外的20只熱電偶平均溫度達(dá)到設(shè)定加熱溫度ty時(shí)，保持主加熱管功率保溫；

第三步、檢測(cè)測(cè)試圓管一端隔縫外側(cè)截面p01、p02的溫度，取平均值t1；同時(shí)檢測(cè)隔縫內(nèi)側(cè)截面p03、p04的溫度，取平均值t2；如t1與t2之差的絕對(duì)值小于等于允許誤差0.5℃，則保持相應(yīng)輔加熱管的功率；如大于0.5℃，則通過(guò)手動(dòng)微調(diào)輔加熱管的功率，直到滿足溫度允差要求為止；同理，調(diào)整測(cè)試圓管另一端隔縫兩側(cè)的溫度；

第四步、記錄主加熱管的功率，讀取管狀保溫層樣件中央截面及兩中間截面各測(cè)點(diǎn)t001-t012溫度，取平均值t2；讀取測(cè)試圓管中央截面及兩中間截面各測(cè)點(diǎn)t01-t12溫度各測(cè)點(diǎn)溫度,取平均值t1;

第五步、用電位計(jì)分別測(cè)量第一和第二電阻r1、r2兩端的電壓v1、v2；

第六步、按下式計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)

式中：

q——管狀保溫層樣件吸收的熱量，單位w；

d2——管狀保溫層樣件外徑，單位m；

d1——管狀保溫層樣件內(nèi)徑，單位m；

l——管狀保溫層樣件長(zhǎng)度，單位m；

t1——讀取的測(cè)試圓管中央截面及兩中間截面各測(cè)點(diǎn)溫度平均值，單位℃；

t2——管狀保溫層樣件中央截面及兩中間截面各測(cè)點(diǎn)溫度平均值，單位℃；

r1——第一電阻阻值，單位ω；

r2——第二電阻阻值，單位ω；

r3——第三電阻阻值，單位ω；

v1——第一電阻端電壓測(cè)量值，單位v；

v2——第二電阻端電壓測(cè)量值，單位v。

本實(shí)施例的上述導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試方法采用一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱原理，根據(jù)傅里葉定律，在一維、徑向、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的前提條件下，管狀絕熱材料的結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)可用以上算式求得。

本實(shí)施例的電加熱管由高精度晶體管直流穩(wěn)壓電源供電加熱，功率用精確度為0.01%電阻法測(cè)量，當(dāng)?shù)谝弧⒌诙?、第三電阻阻值分別為r1=0.1ω、r2=10ω、r3=10000ω時(shí)，

總之，本實(shí)施例通過(guò)采集被測(cè)件表面布置熱電偶點(diǎn)的溫度及主加熱器的功率，數(shù)據(jù)處理得出被測(cè)件的徑向?qū)嵯禂?shù)。同時(shí)，通過(guò)采用和測(cè)試管、被測(cè)件貼合的帶弧度的熱電偶?jí)簤K，并在壓塊與測(cè)試管、被測(cè)件之間填充高溫導(dǎo)熱硅膠，提高了測(cè)試數(shù)值的準(zhǔn)確性。溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)能夠保證加熱管盡快穩(wěn)定在設(shè)定溫度，而手動(dòng)調(diào)節(jié)粗調(diào)和微調(diào)結(jié)合能夠保證某一溫度下加熱功率和被測(cè)溫度的穩(wěn)定性。此外，加熱器均采用直流穩(wěn)壓電源，提供恒定的加熱功率，提高了測(cè)試數(shù)值的穩(wěn)定性和精確度。實(shí)踐證明，采用本實(shí)施例測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)簡(jiǎn)便可靠，能夠滿足核電領(lǐng)域外形為直管狀核電金屬反射型保溫層徑向?qū)嵯禂?shù)測(cè)定；大大提高了導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試的準(zhǔn)確性和客觀性。