CN108240901B - 太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置与方法。疲劳寿命测试装置包括保持机构、动力系统、传动系统、加热系统、计数系统、压力检测系统和控制系统，其中：保持机构保持金属内管固定；动力系统为传动系统提供动力；传动系统带动玻璃外管进行往复直线运动；加热系统对金属内管进行加热；计数系统记录玻璃外管的往复运动次数；压力检测系统检测传动系统作用于玻璃外管的拉力和推力；控制系统对动力系统、加热系统、计数系统、压力检测系统进行控制。本发明可对太阳能高温真空集热管的疲劳寿命实现准确判断，测试结果可靠，测试时间短、成本低。

Description

太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置与方法

技术领域

本发明涉及一种对太阳能高温真空集热管的疲劳寿命进行测试的装置与方法，属于太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试技术领域。

背景技术

太阳能高温真空集热管是太阳能聚光集热发电的关键部件，其由表面制备吸热涂层的金属内管、玻璃外管以及两端补偿膨胀量差异的波纹管组成，金属内管与玻璃外管之间形成真空环形空间。由于太阳能高温真空集热管具有结构简单、性能优良、生产工艺先进可靠、特别适合于大批量规模化生产的特点，其因此在槽式太阳能热发电系统中被广泛使用。

由于太阳能高温真空集热管要保证具有超过25年的寿命，因此需要对其各个部件进行寿命考核，主要涉及部件有波纹管、吸热涂层以及金属-玻璃封接等，并且除了对单一部件进行服役寿命考核外，还需要对整管进行疲劳寿命考核，评价集热管的整体疲劳寿命。

申请号为201310668045.1的中国发明专利申请公开了一种金属波纹管高温高压疲劳寿命试验装置，包括试验平台、压力系统，其技术要点是：压力系统与控制系统相连，试验平台的输出端上设有连杆，试验平台上设有顶部开口的保温部，保温部内设有顶部开口的釜体，釜体内设有与控制系统相连的温度传感器，保温部与釜体之间的隔层内设有加热部，压力系统通过进液管与釜体相连，进液管上设有与控制系统相连的压力传感器。试验时，通过压力系统控制釜体内的压力，通过控制系统控制压力系统来控制釜体内的压力，由进液管上的压力传感器将压力数据传回控制系统，由釜体内的温度传感器将釜体内的温度数值传回控制系统，从而实现金属波纹管在不同温度、不同压力、不同位移下的疲劳寿命试验。但是，从实际试验中可以发现，由于太阳能高温真空集热管的尺寸较大，因此上述中国发明专利申请公开的试验装置无法以液压的方式来对太阳能高温真空集热管进行疲劳寿命测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置与方法，其可对太阳能高温真空集热管的疲劳寿命实现准确判断，测试结果可靠，测试时间短、成本低。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置，用于测试太阳能高温真空集热管的疲劳寿命，太阳能高温真空集热管包括金属内管，金属内管外套设有玻璃外管，金属内管与玻璃外管之间通过弹性元件可相对位移地弹性相连，其特征在于：太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置包括保持机构、动力系统、传动系统、加热系统、计数系统、压力检测系统和控制系统，其中：保持机构保持金属内管固定；动力系统为传动系统提供动力；传动系统带动玻璃外管进行往复直线运动；加热系统对金属内管进行加热；计数系统记录玻璃外管的往复运动次数；压力检测系统检测传动系统作用于玻璃外管的拉力和推力；控制系统对动力系统、加热系统、计数系统、压力检测系统进行控制。

所述动力系统为直线电机，所述传动系统为连杆，连杆连接直线电机与所述玻璃外管，所述玻璃外管通过连杆在直线电机的带动下做往复直线运动。

或者，所述动力系统为旋转电机，所述传动系统包括偏心轮和连杆，偏心轮安装在旋转电机输出轴上，连杆一端安装在偏心轮上沿半径方向开设的条形孔中，连杆另一端固定连接卡套，卡套与所述玻璃外管或所述弹性元件相固定，从而使所述玻璃外管通过连杆、偏心轮，在旋转电机的带动下做往复直线运动。

所述计数系统包括计数感应器。

所述加热系统为置于所述金属内管中的加热棒或电加热装置。

所述压力检测系统为推力仪。

所述控制系统包括计算机。

一种基于所述的太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置实现的太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试方法，其特征在于，它包括如下步骤：

1)将所述金属内管通过所述保持机构固定，将所述玻璃外管与所述传动系统连接；

2)所述加热系统开始加热，直至所述金属内管的温度到达设定加热温度；

3)开始测试：所述传动系统带动所述玻璃外管进行往复直线运动，所述压力检测系统实时检测所述玻璃外管所受拉力和推力，其中：当拉力或推力超出所述玻璃外管所能承受的设定压力范围时，停止测试，所述太阳能高温真空集热管被认为此时发生破损，真空失效；

4)使用电火花检漏仪进行真空泄露检测：若所述太阳能高温真空集热管发生了真空泄露，则记录的所述玻璃外管往复运动次数作为所述太阳能高温真空集热管的疲劳寿命。

本发明的优点是：

本发明模拟太阳能高温真空集热管的实际工况，在高温条件下对玻璃外管进行拉动与推压作用，实现疲劳寿命测试的目的，可对太阳能高温真空集热管的破损时刻进行准确判断，测试结果精准、可靠，施加于太阳能高温真空集热管的载荷易于控制，测试所需时间短，测试成本低。

附图说明

图1是本发明疲劳寿命测试装置的结构示意图。

图2是传动系统一较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置用于测试太阳能高温真空集热管10的疲劳寿命。如图，太阳能高温真空集热管10包括金属内管11，金属内管11外套设有玻璃外管12，金属内管11与玻璃外管12之间通过设于玻璃外管12两端的弹性元件13(如波纹管)可相对位移地弹性相连，金属内管11与玻璃外管12之间的环形腔内为真空状态。

如图1所示，本发明太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置包括保持机构20、动力系统(图中未示出)、传动系统50、加热系统30、计数系统70、压力检测系统60和控制系统40，其中：保持机构20保持金属内管11固定，不发生位移；动力系统为传动系统50提供动力；传动系统50带动玻璃外管12进行往复直线运动；加热系统30对金属内管11进行加热；计数系统70记录玻璃外管12的往复运动次数；压力检测系统60检测传动系统50作用于玻璃外管12的拉力和推力(统称压力)；控制系统40对动力系统、加热系统30、计数系统70、压力检测系统60进行控制。

在本发明中，保持机构20可为各种结构的机械装置，不受局限，不在这里详述。

在实际设计中，动力系统可为直线电机，传动系统50为连杆，连杆连接直线电机与玻璃外管12，玻璃外管12通过连杆在直线电机的带动下做往复直线运动。

较佳地，如图2，动力系统可为旋转电机，传动系统50包括偏心轮51和连杆53，偏心轮51安装在旋转电机输出轴上，偏心轮51将旋转电机的圆周运动变为直线运动，连杆53一端安装在偏心轮51上沿半径方向开设的条形孔52中，连杆53另一端固定连接卡套55，卡套55可呈圆环状，卡套55与玻璃外管12或弹性元件13相固定，从而使玻璃外管12通过连杆53、偏心轮51，在旋转电机的带动下做往复直线运动。

进一步地，在实际设计中，旋转电机可配有减速器。在实际操作时，可根据太阳能高温真空集热管10的尺寸以及弹性元件13的弹性伸缩量等因素，来调整连杆53在条形孔52中的安装位置，从而实现调节动力系统输出载荷及玻璃外管12往复直线运动幅度的目的。

在实际设计中，如图2，连杆53可安装在直线运动导向装置54上，以保证卡套55带动玻璃外管12做直线运动。

在本发明中，计数系统70包括计数感应器。对于采用偏心轮51和连杆53的传动系统50来说，计数感应器可安装在偏心轮51旁。

在本发明中，加热系统30可为置于金属内管11中的加热棒或电加热装置。

在本发明中，压力检测系统60可为推力仪，推力仪安装在连杆上。当然，也可采用其它种类的压力检测装置，并不局限于此。

如图1，控制系统40可包括计算机。

基于上述本发明太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置，本发明还提出了一种太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试方法，它包括如下步骤：

1)将金属内管11通过保持机构20固定，将玻璃外管12与传动系统50连接；

2)加热系统30开始加热，直至金属内管11的温度到达设定加热温度，模拟出太阳能高温真空集热管所处的实际工况；

3)开始测试：传动系统50在动力系统提供的动力下带动玻璃外管12进行往复直线运动，压力检测系统60实时检测玻璃外管12所受拉力和推力，其中：当拉力或推力超出玻璃外管12所能承受的设定压力范围时，在控制系统40的控制下停止测试，太阳能高温真空集热管10被认为此时发生破损，真空失效；

4)使用电火花检漏仪(公知设备，图中未示出)进行真空泄露检测：若太阳能高温真空集热管10确实发生了真空泄露，则通过计数系统70检测、记录的玻璃外管12往复运动次数作为太阳能高温真空集热管10的疲劳寿命；反之，若太阳能高温真空集热管10没有发生真空泄露，则更换太阳能高温真空集热管，重新从步骤1)进行疲劳寿命测试。

在实际实施时，测试前，应先在计算机中设定玻璃外管12所承受的平均载荷、交变载荷，动力系统的运转速度，玻璃外管12的直线运动速率、往复运动次数、运动行程，加热系统30的加热温度、加热速率，测试停止时间等参数。

举例：设定加热温度为500℃，往复行程为40mm，旋转电机的转矩为1kN·m，往复速率为每分钟往复3次，往复运动次数为50000次，开始测试：

使用电加热方式将太阳能高温真空集热管10的金属内管11加热至500℃，然后带动玻璃外管12进行往复直线运动。当往复运动次数达到38475次时，检测出玻璃外管12所承受的拉力超出设定压力范围，于是停止测试，使用电火花检漏仪进行检漏，发现太阳能高温真空集热管10确实发生真空失效，从而认定此时太阳能高温真空集热管10发生破损，此时记录的往复运动次数38475次即作为太阳能高温真空集热管的疲劳寿命。

本发明的优点是：

本发明模拟太阳能高温真空集热管的实际工况，在高温条件下对玻璃外管进行拉动与推压作用，实现疲劳寿命测试的目的，可对太阳能高温真空集热管的破损时刻进行准确判断，测试结果精准、可靠，施加于太阳能高温真空集热管的载荷易于控制，测试所需时间短，测试成本低。

以上所述是本发明较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置，用于测试太阳能高温真空集热管的疲劳寿命，太阳能高温真空集热管包括金属内管，金属内管外套设有玻璃外管，金属内管与玻璃外管之间通过弹性元件可相对位移地弹性相连，其特征在于：太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置包括保持机构、动力系统、传动系统、加热系统、计数系统、压力检测系统和控制系统，其中：保持机构保持金属内管固定；动力系统为传动系统提供动力；传动系统带动玻璃外管进行往复直线运动；加热系统对金属内管进行加热；计数系统记录玻璃外管的往复运动次数；压力检测系统检测传动系统作用于玻璃外管的拉力和推力；控制系统对动力系统、加热系统、计数系统、压力检测系统进行控制；动力系统为旋转电机，传动系统包括偏心轮和连杆，偏心轮安装在旋转电机输出轴上，连杆一端安装在偏心轮上沿半径方向开设的条形孔中，连杆另一端固定连接卡套，卡套与玻璃外管或弹性元件相固定，从而使玻璃外管通过连杆、偏心轮，在旋转电机的带动下做往复直线运动。

2.如权利要求1所述的太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置，其特征在于：

所述计数系统包括计数感应器。

3.如权利要求1所述的太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置，其特征在于：

所述加热系统为置于所述金属内管中的加热棒或电加热装置。

4.如权利要求1所述的太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置，其特征在于：

所述压力检测系统为推力仪。

5.如权利要求1所述的太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置，其特征在于：

所述控制系统包括计算机。

6.一种基于权利要求1至5中任一项所述的太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试装置实现的太阳能高温真空集热管疲劳寿命测试方法，其特征在于，它包括如下步骤：

1)将所述金属内管通过所述保持机构固定，将所述玻璃外管与所述传动系统连接；

2)所述加热系统开始加热，直至所述金属内管的温度到达设定加热温度；

3)开始测试：所述传动系统带动所述玻璃外管进行往复直线运动，所述压力检测系统实时检测所述玻璃外管所受拉力和推力，其中：当拉力或推力超出所述玻璃外管所能承受的设定压力范围时，停止测试，所述太阳能高温真空集热管被认为此时发生破损，真空失效；

4)使用电火花检漏仪进行真空泄露检测：若所述太阳能高温真空集热管发生了真空泄露，则记录的所述玻璃外管往复运动次数作为所述太阳能高温真空集热管的疲劳寿命。

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