CN107290143B - 高温熔盐旋转接头的测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温熔盐旋转接头的测试装置，包括熔盐罐、驱动塔、由所述的驱动塔驱动往复摆动的集热管，经金属软管与所述的集热管两端连接的旋转接头，所述的旋转接头分别经管道连接至熔盐罐以构成循环回路，所述的管道上设置有伴热带，所述的集热管和金属软管设置有焦耳加热机构，所述的金属软管和旋转接头间绝缘，在所述的旋转接头一侧分别设置有温度传感器。本发明通过驱动旋转接头旋转，实现模拟现场工况角度的的运动角度。用实际使用的驱动塔带动旋转接头旋转，与现场工况完全吻合，旋转角度完全相同，并提高旋转速度，缩短旋转周期。通过驱动塔移动带动金属软管摆动，模拟现场集热管的伸缩，有效减少集热管实验长度。

Description

高温熔盐旋转接头的测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及产品测试技术领域，特别是涉及一种高温熔盐旋转接头的测试装置。

背景技术

带有熔盐储热设施的槽式熔盐热发电项目的技术要求管道连接件具有耐570℃高温，25年使用寿命，低成本等特点。旋转接头是其中很关键的一个管件，目前这种高温型熔盐用旋转接头的采购全部依赖于进口，周期较长，对于一个50MW的集热场如此庞大的需求数量来说，费用是很高的，不能满足光热电站商业化的需要，因此急需开发出一套试验装置来模拟现场实际使用工况，来测试旋转接头的性能。目前我公司正在设计开发旋转接头，此试验装置也可进一步测试自主设计生产的旋转接头的性能，为50MW电厂选型提供依据。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种高温熔盐旋转接头的测试装置。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种高温熔盐旋转接头的测试装置，包括熔盐罐、驱动塔、由所述的驱动塔驱动往复摆动的集热管，经金属软管与所述的集热管两端连接的旋转接头，所述的旋转接头分别经管道连接至熔盐罐以构成循环回路，所述的管道上设置有伴热带，所述的集热管和金属软管设置有焦耳加热机构，所述的金属软管和旋转接头间绝缘，在所述的旋转接头一侧分别设置有温度传感器。

以熔盐流动方向从前向后流动，集热管前端的旋转接头的前部设置有温度传感器和流量计，所述的集热管后端的旋转接头的后部设置有温度传感器、压力传感器及调节阀。

所述的旋转接头包括，

第一接头，其包括第一连接管和与所述的第一连接管固定连接的第一金属波纹管，以及设置在第一金属波纹管端部的第一密封环，所述的第一连接管另一端与管路固定连接；

第二接头，其包括第二连接管和与所述的第二连接管固定连接的第二金属波纹管，以及设置在第二金属波纹管端部的第二密封环，所述的第二连接管的另一端与金属软管连接且其间设置有绝缘法兰；

连接紧定套，其包括与所述的第一连接管固定连接且允许所述的第一金属波纹管插入其中的第一连接套，与所述的第二连接管固定连接且与第一连接套可旋转连接的第二连接套，所述的第二金属波纹管穿过所述的第二连接套并使第一密封环和第二密封环密封对接。

所述的连接紧定套在所述的密封对接处形成有排泄腔，所述的第一连接套包括同轴设置的小直径段和大直径段，所述的排泄腔由第一连接套的台肩和与所述的大直径段固定连接的隔环构成，所述的大直径段端部形成有内止口，所述的第二连接套通过旋转轴承可旋转地设置在大直径端的开口处。

所述的旋转接头的第一连接套由支撑塔固定支撑，在所述的旋转接头的下方设置有漏液收集槽，所述的漏液收集槽与所述的支撑塔间设置有重力传感器。

所述的旋转接头外部设置有护罩以进行安防和保温。

所述的密封环为对应的平面、坡面或弧面密封副。

所述的熔盐罐包括容纳有熔盐的罐体，用以驱动熔盐流动的熔盐泵，以及熔盐加热器，以及罐内熔盐温度传感器。

所述的驱动塔的液压站设置在外部，驱动旋转角度为±120°，最大移动距离为±300mm，驱动塔移动导轨两端设置限位装置，防止驱动塔脱轨造成危险。

一种所述的测试装置的测试方法，包括以下步骤

1)熔盐罐加热熔盐并保温在设定温度，

2)熔盐泵驱动熔盐流动，管道和罐体进行伴热保温，使旋转接头持续在设定温度下运动，同时测量流量和压力；

3)驱动液压缸推动驱动塔在导轨上移动，带动金属软管左右摆动，摆动距离为±240mm，每天持续运行240次；

4)收集泄漏的熔盐，并进行称重，计算泄漏量；

5)改变设定温度，继续重复步骤1)-4)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过驱动旋转接头旋转，实现模拟现场工况角度的的运动角度。用实际使用的驱动塔带动旋转接头旋转，与现场工况完全吻合，旋转角度完全相同，并提高旋转速度，缩短旋转周期。通过驱动塔移动带动金属软管摆动，模拟现场集热管的伸缩，利用金属软管的摆动模拟集热管的伸缩，有效减少集热管实验长度，同时直接用焦耳加热对集热管和金属软管进行加热，模拟整体内部温度，温控变化速度大，进一步减少试验时间。

附图说明

图1所示为本发明的高温熔盐旋转接头的测试装置的结构示意图。

图2所示为本发明的高温熔盐旋转接头的测试装置的原理示意图。

图3所示为本发明的高温旋转接头的结构示意图；

图4所示为第一接头的结构示意图；

图5所示为第一连接套的预留槽口示意图。

图6所示为密封环对接第一示意图。

图7所示为密封环对接第二示意图。

图8所示为密封环对接第三示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图所示，本发明的高温熔盐旋转接头的测试装置包括熔盐罐50、驱动塔60、由所述的驱动塔驱动往复摆动的集热管70，经金属软管80与所述的集热管两端连接的旋转接头10，所述的旋转接头分别经管道连接至熔盐罐以构成循环回路，所述的管道上设置有伴热带，所述的集热管和金属软管设置有焦耳加热机构，所述的金属软管和旋转接头间绝缘，在所述的旋转接头一侧分别设置有温度传感器。

本发明通过驱动旋转接头旋转，实现模拟现场工况角度的的运动角度。用实际使用的驱动塔带动旋转接头旋转，与现场工况完全吻合，旋转角度完全相同，并提高旋转速度，缩短旋转周期。通过驱动塔移动带动金属软管摆动，模拟现场集热管的伸缩，利用金属软管的摆动模拟集热管的伸缩，有效减少集热管实验长度，同时直接用焦耳加热对集热管和金属软管进行加热，模拟整体内部温度，温控变化速度大，进一步减少试验时间。

其中，以熔盐流动方向从前向后流动，集热管前端的旋转接头的前部设置有温度传感器和流量计，所述的集热管后端的旋转接头的后部设置有温度传感器、压力传感器及调节阀，在接近旋转接头的位置设置温度和压力传感器，实时记录下旋转接头的测试条件，提供真实的边界参数，实时介质压力流量温度等参数监测并记录。

所述的旋转接头的第一连接套由支撑塔90固定支撑，在所述的旋转接头的下方设置有漏液收集槽91，所述的漏液收集槽与所述的支撑塔间设置有重力传感器，所述的旋转接头外部设置有护罩92以进行安防和保温。通过漏液收集槽及重力传感器，可实时测量漏液，计算在不同条件的旋转接头的熔盐泄漏量，可通过数据统计分析出具体的泄露情况，提供使用寿命计算的有效参考。

所述的熔盐罐包括容纳有熔盐的罐体，用以驱动熔盐流动的熔盐泵，以及熔盐加热器，以及罐内熔盐温度传感器，所述的驱动塔的液压站设置在外部，驱动旋转角度为±120°，最大移动距离为±300mm，驱动塔移动导轨两端设置限位装置，防止驱动塔脱轨造成危险。采用外置液压站驱动液压缸，推动驱动塔移动，最大移动距离为±300mm(中间时为0)，移动距离已经超过现场集热管伸缩要求的±240mm。

本发明的旋转接头包括，

第一接头，其包括第一连接管11和与所述的第一连接管11固定连接的第一金属波纹管12，以及固定设置在第一金属波纹管端部的第一密封环13，所述的第一连接管另一端与管路固定连接；

第二接头，其包括第二连接管21和与所述的第二连接管固定连接的第二金属波纹管22，以及固定设置在第二金属波纹管端部的第二密封环23，所述的第二连接管的另一端与金属软管连接且其间设置有绝缘法兰；

不锈钢材质的连接紧定套，其包括与所述的第一连接管固定连接且允许所述的第一金属波纹管插入其中的第一连接套31，与所述的第二连接管固定连接且与第一连接套可旋转连接的第二连接套32，所述的第二金属波纹管居中穿过所述的第二连接套并使第一密封环和第二密封环密封对接。所述的连接紧定套的第一连接套为固定侧，用以实现固定安装。

其中，为保证整体的密封效果，在装配后常温下第一密封环和第二密封环间的压紧压强较大，一般在2Mpa或以上，当内部流过高温熔盐，如580℃高温熔盐时，两密封环间的压强能达到4Mpa甚至以上。该金属波纹管材质由耐高温不锈钢，如304H制成，金属波纹管的壁厚厚度在0.6-1mm，如0.8mm，节距在8-12mm，如10mm，整体金属波纹管长度在30-80mm，金属波纹管刚度大于100N/mm，刚度范围内伸缩属于弹性变形，无疲劳影响，可满足长时间使用，金属波纹管长度与计算所需压缩量有关，密封环材质为硬质合金，如，司太力不锈钢，金属波纹管与连接管的固定连接采用专业焊接实现。

本发明通过连接管与外部管路连通，如与储热罐回路或者集热管连通，同时在两个连接管的相对端固定设置，如焊接连接密封圈，然后利用连接紧定套将第一接头和第二接头轴向定位但可旋转连接并对两个密封圈构成向内挤压，利用密封圈挤压构成密封连接形成这个管路的可旋转式密封连接，即在旋转接头的固定端头和旋转端头对接处分别焊接一定长度和刚度的金属波纹管，并在金属波纹管的另一端再焊接耐磨材料密封圈，旋转接头装配完成后，密封环对接并使波纹管有一定的压缩量，进而将热膨胀后伸缩量有效利用，提供给密封接触所需轴向预紧力，同时将工作介质和轴承等旋转组件的工作空间独立开来。即，采用管路直接密封对接的结构形式，消除了轴承等组件对密封性能的依赖性；在高温工作环境下，金属波纹管不仅可吸收旋转接头内管路的伸缩量，进而增加波纹管的压缩量，积极地利用高温环境下各组件材料的伸缩量来提高密封性能，更要改善装配结构，以消除轴承等组件在酸碱工作介质中对密封性能的依赖。

具体地说，为便于整体连接，所述的第一连接管11中部上设置有连接法兰14以与所述的第一连接套固定连接，所述的第二连接管上设置有连接法兰以与所述的第二连接套固定连接。同时，在第一连接管的外端部还设置有端部连接法兰以连接至整个管路。同时在连接管的端部设置有接口法兰15，通过法兰连接，能保证较好的同轴度。

其中，所述的连接法兰14内侧还有部分第一连接管段，该内侧的第一连接管段的端部与第一金属波纹管进行焊接，为增强焊接面积，该端的内径与整体的第一连接管相同，优选该段选择壁厚较大的设计，这样也提高装配性，可现在装入第一连接套时的对中，第二连接管设计与此类似，在此不展开描述。

进一步地，所述的密封环为对应的平面、坡面或弧面密封副。即所述的密封环有三种结构：第一种是平面密封结构，即接触密封面为平面对接形式；第二种是锥面密封结构，即接触密封面为锥面配合形式；第三种是球面密封结构，即接触密封面为环形凸、凹球面配合形式，密封环对应面的设计，再加上密封环与柔性波纹管焊接后的自对中性，更是提高了密封环接触面的摩擦力和密封性能。

进一步地，为防止密封处泄露后在连接套内积聚，所述的连接紧定套，如第一连接套在所述的密封对接处形成有排泄腔33，所述的排泄腔形成有排泄口。具体地，所述的第一连接套包括同轴设置的小直径段和大直径段，所述的大直径段端部形成有内止口，所述的第二连接套通过旋转轴承可旋转地设置在大直径端的开口处。

第一连接套采用变径式设计，利用内止口实现两连接套的可旋转轴线定位连接，具体地，该连接结构包括设置在两连接套间的滚动轴承41，轴承内衬套42，设置在滚动轴承外侧的轴承外衬套43，与所述的第一连接套连接用以定位所述的轴承外衬套外表面外圈的孔用挡圈44，以及与所述的第二连接套连接用以定位所述的轴向外轴承套外表面内圈的轴用挡圈45，采用两个挡圈，有效保证连接套连接的稳定性和耐压性。

进一步地，为避免泄露的熔盐对轴承构成影响，所述的排泄腔由第一连接套的台肩和与所述的大直径段固定连接的隔环34构成，所述的第二连接套向内突出地形成有凸环24，所述的隔环顶持在凸环外表面。

采用变径设计利用隔环实现了排泄腔的独立设计，进一步减少熔盐直接对轴承的侵蚀，而且，在第二连接套上形成与所述的隔环对应的凸环，该凸环和隔环构成密封的同时，也提供了对中，提高旋转套的运行效果。

进一步地，所述的第二连接套与所述的隔环保持间距以减少摩擦接触面积，所述的第二连接套的内侧面上形成有环凹槽25，该环凹槽减少了内部热量向外的传递，同时，还可在所述的环凹槽内设置加热器以减少连接处的温降。

同时，本发明公开了一种所述的测试装置的测试方法，包括以下步骤

1)熔盐罐加热熔盐并保温至设定温度，管道内安装温度传感器，实时测量罐体内熔盐的温度，在控制柜上位机上会有温度的实时显示。

2)熔盐泵驱动熔盐流动，管道和罐体进行伴热保温，使旋转接头持续在高温550℃运动，同时测量流量和压力；为测试温度变化可能导致的设备问题，熔盐罐内的温度还可做周期性变化，通过对管道内压力温度、压力的测量，能获知不同工况下旋转接头的工作情况和稳定性，

3)驱动液压缸推动驱动塔在导轨上移动，带动金属软管左右摆动，摆动距离为±240mm，每天持续运行240次；

4)收集泄漏的熔盐，并进行称重，计算泄漏量。

即，按试验时间和试验温度压力等不同参数记录泄漏量，例如：1、分别记录在在290℃、550℃时，压力为1MPa，记录下连续试验时间T，泄漏量M，进行称重，计算平均泄漏量Mm＝M/T。判断是否满足旋转接头的泄漏量要求。(具体泄漏量要求由旋转接头产品方提出)，2、进行等寿命模拟试验，在550℃，1MPa的条件下连续运行1000小时，考核旋转接头能否达到使用寿命要求，在使用周期内部能超过旋转接头的最大泄漏量。

针对不同现场实际不同位置旋转接头的工况，设定不同的测试条件，即可完成本发明的测试。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高温熔盐旋转接头的测试装置，其特征在于，包括熔盐罐、驱动塔、由所述的驱动塔驱动往复摆动的集热管，经金属软管与所述的集热管两端连接的旋转接头，所述的旋转接头分别经管道连接至熔盐罐以构成循环回路，所述的管道上设置有伴热带，所述的集热管和金属软管设置有焦耳加热机构，所述的金属软管和旋转接头间绝缘，在所述的旋转接头一侧分别设置有温度传感器。

2.如权利要求1所述的高温熔盐旋转接头的测试装置，其特征在于，以熔盐流动方向从前向后流动，集热管前端的旋转接头的前部设置有温度传感器和流量计，所述的集热管后端的旋转接头的后部设置有温度传感器、压力传感器及调节阀。

3.如权利要求1所述的高温熔盐旋转接头的测试装置，其特征在于，所述的旋转接头包括，

第一接头，其包括第一连接管和与所述的第一连接管固定连接的第一金属波纹管，以及设置在第一金属波纹管端部的第一密封环，所述的第一连接管另一端与管路固定连接；

第二接头，其包括第二连接管和与所述的第二连接管固定连接的第二金属波纹管，以及设置在第二金属波纹管端部的第二密封环，所述的第二连接管的另一端与金属软管连接且其间设置有绝缘法兰；

连接紧定套，其包括与所述的第一连接管固定连接且允许所述的第一金属波纹管插入其中的第一连接套，与所述的第二连接管固定连接且与第一连接套可旋转连接的第二连接套，所述的第二金属波纹管穿过所述的第二连接套并使第一密封环和第二密封环密封对接。

4.如权利要求3所述的高温熔盐旋转接头的测试装置，其特征在于，所述的连接紧定套在所述的密封对接处形成有排泄腔，所述的第一连接套包括同轴设置的小直径段和大直径段，所述的排泄腔由第一连接套的台肩和与所述的大直径段固定连接的隔环构成，所述的大直径段端部形成有内止口，所述的第二连接套通过旋转轴承可旋转地设置在大直径端的开口处。

5.如权利要求4所述的高温熔盐旋转接头的测试装置，其特征在于，所述的旋转接头的第一连接套由支撑塔固定支撑，在所述的旋转接头的下方设置有漏液收集槽，所述的漏液收集槽与所述的支撑塔间设置有重力传感器。

6.如权利要求5所述的高温熔盐旋转接头的测试装置，其特征在于，所述的旋转接头外部设置有护罩以进行安防和保温。

7.如权利要求3所述的高温熔盐旋转接头的测试装置，其特征在于，所述的密封环为对应的平面、坡面或弧面密封副。

8.如权利要求1所述的高温熔盐旋转接头的测试装置，其特征在于，所述的熔盐罐包括容纳有熔盐的罐体，用以驱动熔盐流动的熔盐泵，以及熔盐加热器，以及罐内熔盐温度传感器。

9.如权利要求1所述的高温熔盐旋转接头的测试装置，其特征在于，所述的驱动塔的液压站设置在外部，驱动旋转角度为±120°，最大移动距离为±300mm，驱动塔移动导轨两端设置限位装置，防止驱动塔脱轨造成危险。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的测试装置的测试方法，包括以下步骤

1)熔盐罐加热熔盐并保温在设定温度，

2)熔盐泵驱动熔盐流动，管道和罐体进行伴热保温，使旋转接头持续在设定温度下运动，同时测量流量和压力；

3)驱动液压缸推动驱动塔在导轨上移动，带动金属软管左右摆动，摆动距离为±240mm，每天持续运行240次；

4)收集泄漏的熔盐，并进行称重，计算泄漏量；

5)改变设定温度，继续重复步骤1)-4)。