CN107356626A - 一种全天候的冻土地区热管工况数据检测装置 - Google Patents

一种全天候的冻土地区热管工况数据检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种全天候的冻土地区热管工况数据检测装置，该检测装置包括设在热管散热段翅片下部的制冷机构、分别设在所述制冷机构上方和下方的检测器（1）以及与这两个检测器（1）均相连的数据存储器（2）；所述制冷机构用于建立让所述热管处于工作状态的低温环境，所述检测器（1）用于检测其所处热管位置的工况数据，所述数据存储器（2）用于记录和存储来自所述检测器（1）的工况数据。本发明先为热管散热段提供一个使该热管进入工作导热状态的低温环境，然后再进行自动化检测，使得检测时间不受限制，提高了检测的工作效率，改善了工作条件，同时也解决了热管检测标准不一致的问题。

Description

一种全天候的冻土地区热管工况数据检测装置
技术领域
本发明涉及冻土工程设备检测技术领域，尤其涉及一种全天候的冻土地区热管工况数据检测装置。
背景技术
冻土是指具有负温和含冰的土体和岩石，我国冻土面积主要分布在青藏高原，东北大、小兴安岭和天山、阿尔泰山等地区。随着国家经济建设的不断加快，这些特殊地区在不断兴建各种交通设施，如青藏公路、青藏铁路等国家重大项目。
由于多年冻土和厚层地下冰的存在，使得多年冻土区输电线路塔基基础稳定性具有极大的不确定性：随着外界环境的变化，冻土中冰体的融化会导致塔基基础的快速弱化，对塔基的安全运营和长期稳定性产生重要影响。为避免该种影响，通常会在塔基周围布设一定数量的热管从而维护塔基的稳定性。
热管一种汽、液两相对流循环的导热系统，它是一根密封真空的钢管，里面充填了极易挥发的液态和气态工作介质（如氮、氟里昂、丙烷、CO2等），上端为安装有散热片的散热段，下端为吸热段。应用时，将热管的吸热段插入需要降温的冻土中。在冬季或者夜晚，当环境温度即散热段的温度低于地下吸热段温度的时候，热管开始工作处于导热状态，将地基土中的热量不断散发出去而使土体冷却。
可见，热管在制作、安装和使用过程中的任何微小瑕疵或受损都会导致内部工质泄漏，进而影响热管的工作效能甚至报废。因此，检测热管工作状况是否正常是一项重要工作。现有的检测手段中，通常都需要检测人员拿着仪器到正在工作的热管跟前采集后期分析所需数据，而热管的工作时段一般为冬季的夜晚低温环境，白天受太阳辐射、热管散热段吸热升温而停止工作。即：要想获得有效的工况数据，检测时段局限在冬季的夜晚，而不论是冬季的低温还是夜晚的黑暗都不利于检测工作的展开；另外，现有技术对热管的检测都是一根一根进行的，热管所处的环境和时间均不相同，无法对一批热管进行标准的定量分析。
比如，对于输电线路塔基的热管来说，其工况数据检测工作的展开存在以下困难：1、与公路、铁路等线性工程相比，输电线路塔基一般架设在距离公路一定距离或是比较偏远人迹罕至的位置，在青藏高原等极端寒区条件下，道路通行困难，特别是夜晚更是难以到达，费时费力。2、夜晚视线受限不利于准确寻找到热管：（1）输电线路铁塔、热管均为金属材料，且热管埋设紧邻塔基基础，与输电线路杆塔在观测视线范围内相互重叠，造成严重干扰；（2）在半夜温度过低条件下，塔材、热管金属材料均表现为相同热红外性质，无法使用现有方法进行检测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种全天候的冻土地区热管工况数据检测装置，以达到能够随时对热管进行检测的目的。
为解决现有问题，本发明所述的一种全天候的冻土地区热管工况数据检测装置，该检测装置包括设在热管散热段翅片下部的制冷机构、分别设在所述制冷机构上方和下方的检测器以及与这两个检测器均相连的数据存储器；所述制冷机构用于建立让所述热管处于工作状态的低温环境，所述检测器用于检测其所处热管位置的工况数据，所述数据存储器用于记录和存储来自所述检测器的工况数据。
优选地，所述制冷机构包括套装在所述热管上的制冷套管和与之通过循环管相连的制冷压缩机；所述制冷套管为内部填充冷却液的中空条带。
优选地，所述检测器包括环形壳体以及等间距设在该环形壳体内壁上的多个传感器组，所述传感器组包括温度传感器和热流传感器。
优选地，所述检测器外壁上设有保温套管。
优选地，所述保温套管与所述制冷机构之间的距离大于10cm。
优选地，所述制冷机构与两个所述检测器之间的距离均大于20cm。
优选地，位于所述制冷机构上方的检测器套装在所述热管散热段翅片的上部，位于所述制冷机构下方的检测器距离地面0～40cm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、检测时间不受限制，全年全时段检测
本发明中设有制冷机构、检测器和数据存储器，制冷机构能够为热管散热段提供一个使该热管进入工作导热状态的低温环境，检测器能够实时测量热管工况数据并将其传入数据存储器进行记录和保存。即不必非得等到冬季夜晚热管常规进入工作状态后才能测量到有效的工况数据，克服了现有检测时间的限制，可以在任何季节任何时段对热管的工况数据进行检测，同时也有利于后期及时发现热管的异常，进而保证及时的维护和更换。
2、解决了热管检测标准不一致的问题
本发明通过制冷机构建立了一个温度、辐射、气流等一致的环境，可以同时对一级输电线路塔基的所有热管同时进行检测，由于是标准环境、统一时间，由此可以对这一批热管进行比较和定量分析，得到的测量数据更具说服力。
3、自动化检测提高效率
相较现有技术中冬季的夜间人工亲自检测，本发明的自动化检测在保证检测人员安全的同时节省了人力和物力，并且能够同时对多个热管进行检测，从根本上解决了热管一旦布设好，就无法对其进行精确和大规模检测的技术难题。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明在应用时与被测热管的相对位置示意图。
图2为图1中检测器1的纵断面结构示意图。
图3为图1中检测器1的俯视结构示意图。
图中：1—检测器，2—数据存储器，3—制冷套管，4—循环管，5—制冷压缩机，6—保温套管，7—温度传感器，8—热流传感器，9—环形壳体。
具体实施方式
如图1~3所示，一种全天候的冻土地区热管工况数据检测装置，该检测装置包括设在热管散热段翅片下部的制冷机构、分别设在制冷机构上方和下方的检测器1以及与这两个检测器1均相连的数据存储器2，制冷机构与两个检测器1之间的距离均大于20cm。其中，制冷机构用于建立让热管处于工作状态的低温环境，检测器1用于检测其所处热管位置的工况数据，数据存储器2用于记录和存储来自检测器1的工况数据。
具体地，制冷机构包括套装在热管上的制冷套管3和与之通过循环管4相连的制冷压缩机5；制冷套管3可以为内部填充冷却液的中空条带，可以由耐低温橡胶或塑料制成，以缠绕方式紧密外套于热管散热段，与热管散热段底部的检测器1之间的距离大于20cm；制冷压缩机5为适用于高原缺氧环境的变频压缩机，其可以在高原缺氧环境下保持正常负荷工作，制冷范围0～-20℃。
检测器1具体包括环形壳体9以及等间距设在该环形壳体9内壁上的多个传感器组，传感器组包括温度传感器7和热流传感器8，两种传感器各取一个构成一组，采用温度及热流两个参数进行检测，相较单一参数检测，检测结果可以互相印证，提高了检测结果的准确性和可信性。这两种传感器为可弯曲材质，其紧贴在环形壳体9内壁上时能够适应内壁的弧度，传感器外表面与内壁平齐；环形壳体9采用1～10cm厚的PVC或不透明的有机玻璃或金属等材料制成，可以充分阻挡太阳辐射。
位于制冷机构上方的检测器1套装在热管散热段翅片的上部，位于制冷机构下方的检测器1距离地面0～40cm，它们能够精确测量其被放置位置的温度及热流值，热流传感器8的分辨率在2.5～10W/M2之间，温度传感器7的分辨率小于0.1℃。
为避免太阳辐射等外界环境对检测器1检测功能的影响，在检测器1外壁上设有保温套管6，保温套管6与制冷机构之间的距离大于10cm；保温套管6由保温材料制成，形状为两支半圆柱，外罩于检测器1外部。
本发明采用接触式传感器，能在保持热管原状态下，做到不损坏热管快速检测，快速高效。对于一些进场困难的输电线路塔基白天观测即可，无需在冷季夜晚热管工作时检测，保障检测人员安全，避免夜间发生危险，由此提高了工作效率，改善了工作条件。
工作原理：由于热管工作时必须在其上部散热段和下部吸热端存在一个温差，这样在热管内部的工质才可以通过形态的变化达到吸收和释放热量的目的。因此，通过现场构建能够满足热管开始工作的工作环境和条件，并在该条件下进行热管工作性状的检测工作。
首先，本发明的关键是，在热管散热段的局部管段构建热管可以正常工作的、相对地下冻土存在温差的低温环境；因为该部位温度低于地下冻土温度，热管中的工质由于地下温度相对较高而转变为蒸汽形式，蒸汽在向上运动途中遇到该管段较冷的管壁后，放出热量冷凝成液体落回吸热段，如此循环往复将吸热段热量散发至外部。而此时散热段上构建低温环境管段上部并无气态工质到达，因此不会向外散发热量。这样一来，在散热段构建低温环境管段的上部温度会明显低于其下部的温度，且下部的热管壁会向外散发热量。因此可以通过检测该条件下热管散热段高低不同位置的温度和热流来判断热管的工作状态。
其次，由于人造的低温环境可以调节温度的高低，该温度相对于冻土温度越、低热管性能越好，理论上热管内工质循环的越快，散热也就越好。因此可以根据构建的不同温差，进行热管性能不同级别的划定。
最后，本发明中数据存储器2可以自动记录数据，可以根据设定，进行不同时间间隔、不同人造环境温度下的长期观测记录，由此可以建立不同时间温度下热管工作性状的判定模式。
应用举例：在实际应用中，可以参照以下举例内容进行制作、安装和使用：
（1）先将由耐低温橡胶制成的宽度为10cm的制冷套管3，套于热管散热段翅片靠下位置，制冷套管3内部中空，充填-20℃防冻液，并通过循环管3与制冷压缩机5相连。
（2）将两支检测器1分别放置于热管散热段的顶部及底部，每支检测器1厚度3cm、高2cm，其环形壳体9内壁等间距分设有4组传感器，每组由一支1×1cm温度传感器7和一支1×1cm热流传感器8构成，与热管紧密接触。保证底部的检测器1位于制冷套管3以下25cm处，顶部的检测器1位于制冷套管3上方30cm处，两支检测器1通过线缆与数据存储器2相连。
（3）将两支高为30cm的保温套管6套装于两支检测器1外部，与制冷套管3的距离均为20cm。
（4）布设完毕后，首先开启制冷压缩5，使得制冷套管3内防冻液开始循环并开始降低温度，当制冷压缩机5显示制冷温度降低至-10℃时，开始使用数据存储器2对两支检测器1进行数据采集，并自动记录采集到的数据。若此时热管正常、无内部工质泄露，则可以处于正常工作状态；两支检测器1测得的数据会产生较大差异，通过测试主机分析计算，最终得到热管散热段表面高低不同位置的热流及温度差，从而判断热管是否处正常。

Claims (7)

1.一种全天候的冻土地区热管工况数据检测装置，其特征在于：该检测装置包括设在热管散热段翅片下部的制冷机构、分别设在所述制冷机构上方和下方的检测器（1）以及与这两个检测器（1）均相连的数据存储器（2）；所述制冷机构用于建立让所述热管处于工作状态的低温环境，所述检测器（1）用于检测其所处热管位置的工况数据，所述数据存储器（2）用于记录和存储来自所述检测器（1）的工况数据。
2.如权利利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述制冷机构包括套装在所述热管上的制冷套管（3）和与之通过循环管（4）相连的制冷压缩机（5）；所述制冷套管（3）为内部填充冷却液的中空条带。
3.如权利利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述检测器（1）包括环形壳体（9）以及等间距设在该环形壳体（9）内壁上的多个传感器组，所述传感器组包括温度传感器（7）和热流传感器（8）。
4.如权利利要求1或3所述的检测装置，其特征在于：所述检测器（1）外壁上设有保温套管（6）。
5.如权利利要求4所述的检测装置，其特征在于：所述保温套管（6）与所述制冷机构之间的距离大于10cm。
6.如权利利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述制冷机构与两个所述检测器（1）之间的距离均大于20cm。
7.如权利利要求1所述的检测装置，其特征在于：位于所述制冷机构上方的检测器（1）套装在所述热管散热段翅片的上部，位于所述制冷机构下方的检测器（1）距离地面0～40cm。
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