CN107389226A - 一种基于热流密度的冻土地区热管工况数据检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于热流密度的冻土地区热管工况数据检测装置，该检测装置包括保护外壳（2），设在保护外壳（2）内部的热流传感器（5）和数据存储器（7），设在保护外壳（2）外部的外部温度计（6）以及设在保护外壳（2）上的固定器；数据存储器（7）用于记录并存储来自这两者的测量数据；保护外壳（2）靠近热管（1）一侧设有供热流传感器（5）嵌入的开口，热流传感器（5）的探头方向面向热管（1）并且其嵌入部分与保护外壳（2）的外表面平齐。本发明建立了半开放、半封闭式的检测环境和采用了自动化检测技术，其应用能够保证检测结果的精确度，提高检测的工作效率，进而破解输电线路热管的检测关键难题，维护工程安全稳定。

Description

一种基于热流密度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，尤其涉及一种基于热流密度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，受环境温度、风速、太阳热辐射等诸多条件的影响和干扰，以及不同热管工作性能和状态的不同，热管表面热流的稳定性会发生较大程度的变化；同时金属圆管表面的弯曲与现有热流板为平面直板的矛盾，这些都导致了热管热学参数测试的误差、困难等问题的存在。

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基于热流密度的冻土地区热管工况数据检测装置，实现在自动化测量热管工况数据的同时保证测量数据的准确度，进而提高检测效率和检测结果的精确度。

为解决现有问题，本发明所述的基于热流密度的冻土地区热管工况数据检测装置，该检测装置包括保护外壳，设在所述保护外壳内部的热流传感器和数据存储器，设在所述保护外壳外部的外部温度计以及设在所述保护外壳上的固定器，所述固定器用于将该检测装置固定在热管上；

所述数据存储器与所述热流传感器、所述外部温度计均相连，用于记录并存储来自这两者的测量数据；所述保护外壳靠近所述热管一侧设有供所述热流传感器嵌入的开口，所述热流传感器的探头方向面向所述热管并且其嵌入部分与所述保护外壳的外表面平齐。

优选地，所述热流传感器与所述热管的接触面为柔性长条状。

优选地，所述保护外壳两侧上部开设有散热孔。

优选地，所述固定器具体为设在所述保护外壳内侧靠近所述热管一侧的磁性体。

优选地，所述保护外壳远离所述热管一侧、与所述热流传感器正对的位置处开设有观察孔。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、检测结果的精确度高

（1）半开放、半封闭式的检测环境，保证了检测结果的精确度

本发明利用保护外壳建立了半开放、半封闭式的检测环境，使得热流检测不受外界环境干扰，又通过高精度表面的热流传感器较好解决了金属表面的热量检测问题，保证了测量热流数据的准确度。

（2）保证检测结果的完整准确

本发明中，热流传感器对热管热流的检测，可以准确测定热管散热量的大小及方向，再加上外部温度计对外界环境温度的测量，这样便于后期通过对比分析热管表面热流的大小方向以及相对环境温度的高低来判断热管工作状态，进一步保证了后期分析得到的检测结果的准确性和可信度。

、自动化检测突破现有检测时段的局限，提高了工作效率

（1）改变了热管检测工作条件

本发明设有固定器和数据存储器，可以在白天将检测装置固定在热管上（就不存在夜间难以准确找到热管的情况），检测装置能进行自动化测量并将测量数据记录起来，之后再来取上即可。相较现有技术中夜间人工亲自检测，在保证检测人员安全的同时节省了人力和物力。

（2）破解输电线路热管的检测关键难题，维护工程安全稳定

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，检测时只需将检测装置固定在热管表面即可。并且本发明设备体积小、重量轻，可以大量携带，因此，可以同时检测多个热管，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。

、本发明集热流、温度检测为一体，实现了对热管工况的自动和大规模检测以及对其工作状况的定量分析，保证了后期能够快速准确地判断热管是否出现异常，使得能够及时对出现异常的热管进行维护或更换，进一步对热管保护的输电线路塔基等处于冻土地区的工程设施的安全运营提供保障。

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的横断面结构示意图。

图3为图1中检测器1的外观立体结构示意图。

图中：1—热管，2—保护外壳，3—观察孔，4—散热孔，5—热流传感器，6—外部温度计，7—数据存储器，8—磁性体。

具体实施方式

如图1~3所示，一种基于热流密度的冻土地区热管工况数据检测装置，该检测装置包括保护外壳2，设在保护外壳2内部的热流传感器5和数据存储器7，设在保护外壳2外部的外部温度计6以及设在保护外壳2上的固定器。其中，固定器用于将该检测装置固定在热管1上；数据存储器7与热流传感器5、外部温度计6均相连，用于记录并存储来自这两者的测量数据。

保护外壳2靠近热管1一侧设有供热流传感器5嵌入的开口，保护外壳2远离热管1一侧、与这个开口正对（也就是与安装好的热流传感器5相对）的位置处开设有观察孔3。保护外壳2两侧上部开设有散热孔4，，使得整个装置可以通风散热。在实际制作过程中，保护外壳2可以由PVC、不透明的有机玻璃或者金属等能够遮风挡雨挡太阳材料制成，比如将厚度为0.3mm的PVC板制成10cm×5cm×3cm的长方体作为保护外壳2，在10cm×5cm的一面中部靠上位置开设边长1.5mm×1.5mm正方形孔作为观察孔3，在其正对位置开设与热流传感器5大小相同的开孔，在保护外壳2其余两侧开设多个圆形小孔作为散热孔4。

热流传感器5嵌装在保护外壳2靠近热管1一侧的开口中，其探头方向面向热管1并且其嵌入部分与保护外壳2的外表面平齐，这样一来热流传感器5的探头可以与热管管壁充分接触；热流传感器5与热管1的接触面为柔性长条状，能够满足表面弯曲条件下热流准确测定的需要。

固定器具体为设在保护外壳2内侧靠近热管1一侧的磁性体8，可以将检测装置整体吸附在热管1的管壁上，具体可以为分设在保护外壳2内侧上下左右四个角的四块磁铁。当然，也可以是分设在保护外壳2两边的捆绑条或是其它能将检测装置整体固定在热管1上的固定物件。

在实际的装配过程中，可以在保护外壳2外部下方布设外部温度计6，将数据存储器7布设于保护外壳2内部的最下部分，并通过传输电缆与热流传感器5、外部温度计6相连接。

使用时，将整个检测装置吸附于热管1管壁之上即可，之后热流传感器5通过直接接触的方式探测热管1管壁热流大小及方向，同时外部温度计6探测外部环境温度，最后检测到的数据通过传输电缆存储到数据存储器7中。经过一段时间的自动观测后，将存储的数据取出，通过后期室内分析，判断热管的工作状况。

可见，本发明集热流、温度检测为一体，（1）通过半开放、气流相对稳定、避光检测环境，可以建立相对理想的检测环境；（2）设置的热流传感器为长条形状且具有一定的柔性，可以满足表面弯曲条件下热流准确测定的需要；（3）具有检测数据的自动记录效能，可以根据设定，进行不同时间间隔的长期观测记录；（4）根据现场总体、实测大数据的系统分析，就可以建立不同热管工作性状的判定模式的建立，以及依据不同热管的连续记录数据完成对不同热管工作状态的识别和判定，为热管判断热管是否发挥作用和对失效的热管的修复和替换提供了依据。

Claims (5)

1.一种基于热流密度的冻土地区热管工况数据检测装置，其特征在于：该检测装置包括保护外壳（2），设在所述保护外壳（2）内部的热流传感器（5）和数据存储器（7），设在所述保护外壳（2）外部的外部温度计（6）以及设在所述保护外壳（2）上的固定器，所述固定器用于将该检测装置固定在热管（1）上；

所述数据存储器（7）与所述热流传感器（5）、所述外部温度计（6）均相连，用于记录并存储来自这两者的测量数据；所述保护外壳（2）靠近所述热管（1）一侧设有供所述热流传感器（5）嵌入的开口，所述热流传感器（5）的探头方向面向所述热管（1）并且其嵌入部分与所述保护外壳（2）的外表面平齐。

2.如权利利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述热流传感器（5）与所述热管（1）的接触面为柔性长条状。

3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述保护外壳（2）两侧上部开设有散热孔（4）。

4.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述固定器具体为设在所述保护外壳（2）内侧靠近所述热管（1）一侧的磁性体（8）。

5.如权利利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述保护外壳（2）远离所述热管（1）一侧、与所述热流传感器（5）正对的位置处开设有观察孔（3）。