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碳钢-水热管热真空制作技术研究与分析

晨怡热管任承钦李念平杨靖刘作荣 2007-6-29 18:31:52

Research and Analysis on Thermovacuum Manufacture Techn ology of Carbon Steel-water Heat Pipe

REN Cheng-qin,LI Nian-ping,YANG Jing,LIU Zuo-rong
(College of Mechanical and Automotive Engineering,Hunan Univ.,Changsha 410082 China)

Abstract: This paper introduces self-designed technology and device which are used to manufacture heat pipes for a reforming project of the air preheater of a boiler.Through comparison test,we find the iso thermal property of the heat pipes manufactured by this method is better than th at of those by mechanvacuum method we used before.This paper also discusses the causes of this improvement.
Key Words: heat pipe;thermovacuum;heat pipe's isotherma l property

1　前言

　　热管在工业中的应用非常广泛，因而研究便利有效的制作技术有着十分重要的意义。文献［1，2］介绍了本课题组某锅炉热管空预器改进项目的设计与应用分析，本文将介绍该项目中所采用的自行设计与研制的热管热真空制作技术与装置，并作相应的分析与探讨。

2　热真空法及其装置简介

　　热真空法的主要原理是将热管内充满液体工质　　以排出不凝气体，然后加热热管至部分工质汽化，排出多余的液体工质，用恒温计量装置计量所排出的液体量，以达到准确控制热管工质充注量的要求。
　　自行设计的热真空法制作装置原理简图如图1所示，热管充满液体后，将其置于严格控制的恒温加热炉内，向下倾斜，当管内工质加热至汽化时，蒸汽聚集于热管上端，使排出工质为液体状态，有利于加快排液与恒温计量，至接近控制排液量时，再将热管向上倾斜使管内表面微孔及焊缝中滞留的不凝气体排出，并保持一段时间实现蒸汽钝化，使新产生的不凝气体通过二次排汽而排除，最后封焊好。

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图1　热管热真空法制作原理简图

　　排液过程始终控制好冷却水温，防止蒸汽直接排出及保证工质的计量准确性。封焊时保持管内微正压，以防止空气回灌。

3　热管性能对比测试

　　在该项目之前，本课题组曾用高真空机组抽空的方法研制了一批碳钢-丙酮热管。虽然工质不同，但影响热管轴向等温性的主要因素是管内不凝气体量，故选择这两批热管进行对比测试与统计分析，还是有一定的合理性，为检验不同制作方法制作的热管性能的衰减性，还同时研制了2根用机械真空法制作的碳钢-水热管，各试件规格如表1所示。
表1　热管性能对比试验试件规格表

试件类型	管　材	工　质	尺寸规格/mm	数量(根)	制作方法	内表面处理措施
HP1	20^#无缝钢管	水溶液	2500×25×2	1328	热真空法	常用酸洗、去污、浸泡钝化、清洗、烘干等措施
HP2	20^#无缝钢管	丙　酮	1500×25×2	200	机械真空法
HP3	20^#无缝钢管	水溶液	2500×25×2	2	机械真空法

　　为比较热管衰减特性，对HP1的2根热管和HP3的热管在相隔90天时间前后各进行一次测量，其实验装置原理如图2所示。

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图2　热管衰减性对比测量实验装置

　　统计等温性对比测试因被测试件数量较多，测试工作量大，无法在图2所示的试验装置上进行，该对比测试装置如简图3所示。

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图3　等温性对比测试装置

　　各种规格的热管均设置相同数量的温度测点，为便于对比测试结果，绘制在以无因次距离为横座标的直角坐标图上，图4给出了6根不同热管的轴向温度分布图，从示意图中可以看出，由于不凝气体的存在，靠近热管顶端温度有所降低，如果定义=0.90处的坐标x为有效的长度L_a，则根据测试结果，可绘出如图5所示的频率分布图，从图中的对比可以发现热真空法制作的热管统计轴向等温性明显优于机械真空法制作的热管，图6给出了90天后4根热管的轴向温度分布测试结果。
　　从图6与图4的对比中不难发现热真空法制作的热管性能下降较小。

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图4　热管轴向温度分布图

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图5　热管有效段频率分布图

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图6　90天后热管轴向温度分布图

4　改善因素分析

　　影响热管等温性的主要是热管内的不凝气体量，方法的好坏就在于其排除不凝气体的程度，该热真空法首先将热管内充满液体，从而使管内除微孔及焊缝中吸附或残存的溶液中溶解的不凝气体外均排出管外，同时避免了外气回灌的可能性(这在机械真空法热管制作中很难控制)。
　　蒸汽钝化，二次排气补充了溶液钝化的不足，由于微孔凹槽的复杂结构及液体对壁面润湿能力的限制，液体浸泡时，不能替换其中的气体^［3］，从而使微孔及缝隙内表面无法与钝化液接触而产生钝化反应，高温蒸汽钝化(约160℃持续5min左右)可作用于微孔内表面，使管内形成致密的钝化膜，同时亦稀释了微孔内不凝气体含量及降低了溶液工质中的不凝气体含量，这些不凝气体通过二次排气排出管外，从而降低了成品热管内的不凝气体量，机械真空法通常是冷态下完成制作的，蒸汽钝化反应是在热管制作好以后的运行期间进行的，不凝气体逐渐在管内聚增，这就是其等温性衰减较快的原因。

5　结语

　　热真空法在我国已有不少研制者进行了许多有益的试验，本文对自行设计的装置及特点进行了简略的总结，实践结果是令人满意的，同时对不凝气体聚增的机理做了粗略的分析并探讨了有实用价值的解决措施。

作者简介：任承钦(1963-　),男，湖南长沙人，博士，副教授.
　　　　　李念平,男，博士，教授.

作者单位:(湖南大学机械与汽车工程学院，湖南长沙410082)

参考文献：
［1］　任承钦，王礼建，杨仕承.热管空气预热器改造设计、制造及使用分析［J］.湖南大学学报，1998，25(3)：45-50.
［2］　王礼建，任承钦，等.热管空气预热器在动力锅炉中的应用分析［J］.湖南大学学报，1997，24(5)；50-54.
［3］　辛明道.沸腾传热及其强化［M］.重庆：重庆大学出版社，1987.

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