一種用於蒸汽管道的冷/熱雙向保護裝置及方法與流程

2023-07-15 15:31:56 4

本發明屬於輸運管道同時防止冷凝和過熱技術領域，具體涉及一種用於蒸汽管道的冷/熱雙向保護裝置及方法。

背景技術：

蒸汽被廣泛應用於各種機械裝置和能量傳輸場合，比如航母彈射器、供熱和發電等。蒸汽在運輸過程中通常會遇到因散熱導致的冷凝、因各種因素導致的局部過熱以及由冷凝和過熱引發的工況波動等問題。無論是蒸汽冷凝還是過熱都會對輸運管道造成損害。而蒸汽工況的波動會對系統的穩定性和安全性造成嚴重影響。防止蒸汽冷凝、過熱以及隨之產生的工況波動具有十分重要的意義。

目前針對蒸汽冷凝問題常用的手段是在管道外包裹絕熱材料，但是當外界環境溫度持續過低時，還是無法避免管道內蒸汽冷凝的現象。而針對局部過熱的問題，由於過熱點無法精確預判，很難找到行之有效的解決方法。在冷凝和過熱問題都無法有效解決的情況下，蒸汽工況的波動問題也自然無法避免。

技術實現要素：

本發明針對上述技術難點，提出了一種用於蒸汽管道的冷/熱雙向保護裝置及方法，利用絕熱材料層減小外界環境溫度對管道及蒸汽的影響；利用相變材料層凝固放熱保持管道和蒸汽在長時間低溫環境下溫度不變，防止蒸汽冷凝腐蝕管道；利用附著在管道外壁的記憶合金網以及經由記憶合金絲和記憶合金網相連的相變材料膠囊強化升溫區域的傳熱並快速大量地吸熱，避免過熱現象發生。在有效防止蒸汽冷凝和過熱的同時解決了蒸汽工況穩定性問題。

一種用於蒸汽管道的冷/熱雙向保護裝置，其特徵在於包括絕熱材料層、相變材料層、記憶合金層、記憶合金絲、相變材料膠囊；所述的絕熱材料層由絕熱材料加工而成，同心包裹在蒸汽管道外圍；所述的相變材料層由凝固點高於蒸汽冷凝溫度的固-液相變材料構成，充滿絕熱材料層和蒸汽管道外壁之間；所述的記憶合金網附著在蒸汽管道外壁表面，由轉變溫度低於蒸汽過熱溫度的形狀記憶合金加工而成，當蒸汽升溫並觸發轉變溫度時，記憶合金網收縮變形，當溫度回歸正常時，記憶合金網恢復原狀；所述的記憶合金絲與記憶合金網的材料相同；所述的相變材料膠囊由金屬或石墨烯等具有高導熱係數的膜包裹熔點低於蒸汽過熱溫度的相變材料製成，通過記憶合金絲與記憶合金網相連，隨記憶合金網和記憶合金絲的形變而運動。

所述裝置的工作流程包括：當管道長時間處於低溫環境下時，絕熱材料層溫度逐漸降低，直至觸發相變材料層的凝固溫度，相變材料層凝固放熱保持管道及蒸汽溫度不變，防止蒸汽冷凝腐蝕管道，當環境溫度回升時，相變材料層吸熱熔化，恢復保護功能；當局部蒸汽升溫並觸發轉變溫度時，附著在蒸汽管道外壁上的記憶合金網以及與之相連的記憶合金絲將收縮變形，拉動大量的相變材料膠囊富集在蒸汽升溫的區域，強化升溫區域的傳熱並快速大量地吸熱，避免過熱現象發生，當溫度回歸正常時，記憶合金網和記憶合金絲恢復原狀。

本發明與現有技術相比，具有如下有益效果：

(1)當管道長時間處於低溫環境下時，可利用相變材料層凝固放熱保持管道和蒸汽在長時間低溫環境下溫度不變，防止蒸汽冷凝腐蝕管道。

(2)當局部蒸汽升溫時，可利用附著在管道外壁的記憶合金網以及經由記憶合金絲和記憶合金網相連的相變材料膠囊強化升溫區域的傳熱並快速大量地吸熱，避免過熱現象發生。

(3)所述裝置在有效防止蒸汽冷凝和過熱的同時解決了蒸汽工況穩定性問題。(4)本裝置無需消耗任何能量，且可以無限次循環工作。

(5)本裝置能夠自動精確地定位問題區域並實現冷/熱雙向保護。

(6)有機相變材料價廉、環保、性質穩定、壽命長、熔點分布廣泛、對工作要求及環境適應性強。

(7)可以任意改變絕熱材料層、相變材料層、記憶合金網和相變材料膠囊的配比和規格，按實際需要進行合理設計和調配。

附圖說明

圖1為一種用於蒸汽管道的冷/熱雙向保護裝置的局部示意圖

圖2為管道局部升溫時裝置的工作狀態圖

附圖中，各部件列表如下：

1：絕熱材料層 2：相變材料層

3：記憶合金網 4：記憶合金絲

5：相變材料膠囊 6：蒸汽管道。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步詳細說明。

如圖1所示，一種用於蒸汽管道的冷/熱雙向保護裝置包括絕熱材料層(1)、相變材料層(2)、記憶合金層(3)、記憶合金絲(4)、相變材料膠囊(5)。所述的絕熱材料層(1)由導熱係數極低的絕熱材料加工而成，同心包裹在蒸汽管道(6)外圍；所述的相變材料層(2)由凝固點高於蒸汽冷凝溫度的固-液相變材料構成，充滿絕熱材料層(1)和蒸汽管道(6)外壁之間；所述的記憶合金網(3)附著在蒸汽管道(6)外壁表面，由轉變溫度低於蒸汽過熱溫度的形狀記憶合金加工而成，當蒸汽升溫並觸發轉變溫度時，記憶合金網收縮變形，當溫度回歸正常時，記憶合金網恢復原狀；所述的記憶合金絲(4)與記憶合金網(3)的材料相同；所述的相變材料膠囊(5)由金屬或石墨烯等具有高導熱係數的膜包裹熔點低於蒸汽過熱溫度的相變材料製成，通過記憶合金絲(4)與記憶合金網(3)相連，隨記憶合金網(3)和記憶合金絲(4)的形變而運動。

如圖1所示，在正常情況下，相變材料層(2)處於熔化狀態，相變材料膠囊(6)均勻分散在相變材料層(2)中，當管道長時間處於低溫環境下時，絕熱材料層(1)溫度逐漸降低，直至觸發相變材料層(2)的凝固溫度，相變材料層(2)凝固放熱保持管道(6)及蒸汽溫度不變，防止蒸汽冷凝腐蝕管道，當環境溫度回升時，相變材料層(2)吸熱熔化，恢復保護功能；如圖2所示，當局部蒸汽升溫並觸發轉變溫度時，附著在蒸汽管道(6)外壁上的記憶合金網(3)以及與之相連的記憶合金絲(4)將收縮變形，拉動大量的相變材料膠囊(6)富集在蒸汽升溫的區域，強化升溫區域的傳熱並快速大量地吸熱，避免過熱現象發生，當溫度回歸正常時，記憶合金網(3)和記憶合金絲(4)恢復原狀。