一种聚冷管吸液芯结构及其装配辅助工具的制作方法

[0001]
本实用新型涉及多年冻土区工程建设技术领域，尤其涉及一种聚冷管吸液芯结构及其装配辅助工具。


背景技术：

[0002]
热管，是一种高效导热的工程措施，依靠自身内部工作介质的运移，以及汽态、液态相互转换来实现传热。热管可以在冬季低温环境下将自然界的冷能快速传导至需要冷却的部位，由此不断降低冻土温度，达到冷却冻土基础和提升基础稳定性的目的。自二十世纪六十年代以来，热管冷却技术被广泛应用于寒区铁路、公路、管道、输电线路等工程中，特别是在我国青藏铁路、青藏直流输电线路等重大冻土工程中获得更为广泛的应用。
[0003]
在这些冻土工程中，使用的热管均为重力式热管，即在热管垂直布设、或倾斜一定角度设置以及环境温度满足热管工作的条件下，其内部液态工质的回流和运移主要靠自身重力进行，即随着从下部蒸发段蒸发、汽化的工质在上部冷凝段不断冷凝的过程，汽态工质不断转换为液态工质，并在自身重力作用下坠落或沿管壁回流至蒸发段，由此不断循环。
[0004]
但是，通过工程实践不断发现，随着重力热管在冻土道路工程中在路基两侧成排的大量应用，会造成路基地温两侧地温低、中心高地温分布特性，地温场和冻融界面的剧烈起伏，以及由此导致的路基纵向裂缝等大量工程问题的出现，并随着降雨沿裂缝向路基的内部、中心部位汇集，进一步加剧冻融工程病害的产生。针对该问题，申请号201910610500x 、名称“一种蒸发段大角度近水平的热管及其施工方法”的文献提出了一种新型异形热管，其主要作用在于对路基进行水平、均衡、不断冷却和聚冷，由此达到稳定路基的目的。为便于与其它普通热管相区别，本实用新型特别称呼该类异形热管为“水平均衡聚冷管”（简称聚冷管）。聚冷管的特点之一在于：对于蒸发段部分，其金属管管壁内部布设有吸液芯（又称为吸液芯），以利于工质沿管壁的均匀分布、并对工质的回流起到进一步促进作用。
[0005]
在现有技术中，吸液芯总体可分为丝网型、烧结型、沟槽型和复合型吸液芯等。在将吸液芯装配到热管蒸发段金属管内壁时，丝网型吸液芯的制作主要采用扩散焊或者点焊的方式制成将丝网永久固定于管壁；烧结型吸液芯的制作是将大量的填充用的金属粉末粒子高温烧结在热管内壁上；沟槽型吸液芯是通过挤压或者拉削的方式在热管内壁上加工出一些轴向的流体通道，其与壁面成为一个整体。复合型吸液芯则是通过以上两种或两种以上的方式进行综合处理。
[0006]
但是，在生产实践中发现，这些吸液芯由于其结构及其装配方法的限制，都是针对或者适合于管径较小、长度较短的热管，而对于大管径、长距离的热管来说，不管是从丝网的放置、焊接还是烧结，制备起来都十分困难。其次，操作工艺复杂、出错率高，一旦在制备过程中出现失误，可能会导致失败。同时吸液芯装配成本较高。
[0007]
而在实际应用中，聚冷管蒸发段具有大管径、长距离（长达10多米）等特性，这导致按照现有技术难以完成有限空间、长远加工部位吸液芯的制作，同时也导致制造（装配）成本的高居不下，由此严重困扰聚冷管技术的推广和应用。为此，本实用新型提出了一种新的
聚冷管吸液芯结构，用于解决聚冷管上述问题。


技术实现要素：

[0008]
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种既适合于聚冷管蒸发段大管径、长距离特殊条件又方便装配的聚冷管吸液芯结构。本实用新型进一步还相应提供了一种装配辅助工具，以实现吸液芯结构的高效、便捷装配，降低装配成本。
[0009]
为解决上述问题，本实用新型所述的一种聚冷管吸液芯结构包括沿周向布置的具有一定弹性的金属编织丝网以及设在所述金属编织丝网接缝处的弹力外推件；所述金属编织丝网的接缝沿轴向开设并且其在装配完成后与聚冷管的管内壁紧密贴合；所述弹力外推件的主体结构置于所述金属编织丝网接缝处朝向圆心的空间中并且其在装配时从被夹紧状态释放后能够向外扩张以此向接缝左右两边沿圆切向产生向外的推力。
[0010]
本实用新型吸液芯结构的工作原理：针对聚冷管大管径、长距离蒸发段特殊条件，通过本实用新型吸液芯特殊结构的设计使得聚冷管蒸发段金属内壁全部具备吸液芯毛细力形成条件和结构，即使得吸液芯与管壁之间保留间隙的同时，尽可能的靠近，同时，吸液芯与管壁之间的通道可以保证液态工质顺畅流动；由此使得液态工质在毛细力作用下可以均布整个聚冷管的蒸发段内壁。毛细力结构和毛细力的形成不仅可以促进工质沿聚冷管纵向的回流，更主要的是沿聚冷管横截面形成工质的均布，由于工质蒸发面和蒸发量成倍增加，由此保证聚冷管的在水平、或近水平工况条件下的顺畅工作，以及成倍增加聚冷管的工作效率。
[0011]
在上述吸液芯结构中，优选的，所述弹力外推件在横截面上为直线弯折段形成，或者为弯曲弧段形成，或者为直线弯折段和弯曲弧段两者组合形成。
[0012]
在上述吸液芯结构中，优选的，所述弹力外推件在横截面上呈v形、u形或者倒ω形。
[0013]
在上述吸液芯结构中，优选的，所述弹力外推件在接缝处的根部间距0~30mm，朝向圆心的延伸长度0~30mm。
[0014]
在上述吸液芯结构中，优选的，所述弹力外推件由所述金属编织丝网自身结构在接缝处向圆心方向延伸制作而成，或者所述弹力外推件由与所述金属编织丝网自身结构相独立的结构与其组装形成。
[0015]
在上述吸液芯结构中，优选的，所述金属编织丝网为经线、纬线交织且存在凹凸表面的单层或者多层编织结构，目数为50~500目。
[0016]
本实用新型相应提供的一种聚冷管吸液芯结构的装配辅助工具包括夹具、托架以及分别与两者相连的夹具长臂连杆和托架长臂连杆，所述托架用于容纳并托住所述吸液芯结构的整体结构，所述夹具能够夹住所述吸液芯结构的弹力外推件并使其下沉，所述夹具长臂连杆在远离所述夹具的一端具有控制所述夹具夹紧或松开的控制器。
[0017]
在上述装配辅助工具中，优选的，所述托架整体呈圆筒状或者为具有开口的托盘。
[0018]
在上述装配辅助工具中，优选的，该装配辅助工具还包括设在其前端的监控摄像头以及与之配合使用的视频观看终端。
[0019]
本实用新型与现有技术相比具有以下不同和优点：
[0020]
1、吸液芯形成和实现的方式不同，解决聚冷管吸液芯制造难题
[0021]
在现有技术中，热管内部吸液芯的形成主要通过金属颗粒在高温下的烧制、或对金属管壁的精细切削、或化学处理等较为复杂的工艺实现，这些技术一方面不适合聚冷管蒸发段管内空间受限、长距离深入管内特殊条件，另一方面加工工艺复杂、成本高。
[0022]
本实用新型中结合现有金属网等已有材料，通过弹力金属网+弹力外推件的特殊设计得到扩展式吸液芯，使得金属网在自身弹力+弹力外推件扩张力的共同作用下快速实现与聚冷管管壁的紧密结合，从而达到工质管壁全壁面分布的工作条件要求。由于设计简单使得制造（装配）过程成本和时间得到有效控制。
[0023]
结合本实用新型对应设计的辅助装配工具和装配方法，进一步有效解决现有技术中聚冷管制造关键技术和成本控制的难题。
[0024]
2、吸液芯主要作用方向的不同
[0025]
传统吸液芯主要应用于水平热管，作用方向主要为沿热管的纵向进行工质的传递。而本实用新型吸液芯的作用方向主要为横断面内沿管壁垂向方向工质的传递，在于突出工质沿管壁周向的均匀分布，以增加蒸发段管壁周围的蒸发量，以此提升了聚冷管的工作功效。
[0026]
3、吸液芯结构的不同
[0027]
传统吸液芯受热管纵向传递距离大等因素影响，吸液芯需要达到一定厚度才能满足纵向传递液量的要求，因此吸液芯厚度相对较大。而本实用新型主要沿管壁垂向、周向方向，以及由底部从两侧向上进行工质的传递，使得工质传递距离变得很短、输液量要求变得很低，吸液芯厚度要求相对很小。由此导致本实用新型吸液芯空间厚度占比成倍减少。
[0028]
4、吸液芯发挥效能的不同
[0029]
与传统有吸液芯水平热管相比，由于吸液芯厚度较大，垂直管壁方向传热过程自然受到较大影响、且汽化的工质需要经过相对较长距离脱离壁面，因此工质蒸发量相对很小。而本实用新型由于吸液芯厚度超薄、且为金属材质的网状结构，垂直管壁方向不仅传热过程快，且汽化的工质可以快速脱离壁面进入蒸发段空腔内，因此工质蒸发量相对大幅增加。传统吸液芯厚度通常为几个毫米至几个厘米，而本实用新型厚度仅为0.02~0.5mm。
[0030]
与传统蒸发段无吸液芯热管相比，在工作状态下，传统热管仅为底部有液态工质部位进行工质的蒸发、相变和吸热。而本实用新型液态工质周边的均布特性，使得液态工质的蒸发面积成倍增加，并由此可大幅增加热管的工作效率。室内试验表明在相同工作条件下，相对没有吸液芯的热管其工作效率可以增加3倍以上。
[0031]
5、制造成本的大幅降低和性价比的有效提高
[0032]
由于本实用新型设计结构简单，吸液芯层超薄，且采用现有常见的金属材料，无需复杂工艺处理，因此，与以往有吸液芯热管相比，本实用新型在材料成本、制造成本方面都得到大幅下降。同时通过本实用新型液态工质蒸发量的增加、聚冷管整体工作效率的提高，都使得本实用新型的性价比得以成本增加。从不同方面大幅降低大管径、长距离聚冷管吸液芯的制作成本。同时也是金属吸液芯的采用和导热性能的增加，以及蒸发段吸液芯的形成、蒸发面积的大量增加。
附图说明
[0033]
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0034]
图1为本实用新型实施例提供的一种扩展式吸液芯结构的截面图。
[0035]
图2为本实用新型实施例提供的一种扩展式吸液芯结构的俯视图。
[0036]
图3为本实用新型实施例提供的另一种扩展式吸液芯结构的截面图。
[0037]
图4为本实用新型实施例提供的另一种扩展式吸液芯结构的俯视图。
[0038]
图5为本实用新型实施例提供的装配辅助工具的夹紧状态示意图。
[0039]
图6为本实用新型实施例提供的装配场景示意图。
[0040]
图7为本实用新型实施例提供的夹具的结构示意图。
[0041]
图8为图7的左视图。
[0042]
图中：1—聚冷管，2—金属编织丝网，3—弯折段，4—工质，5—弧段，6—夹具，7—夹具长臂连杆，8—托架，9—托架长臂连杆；a—弹力外推件根部间距，b—弹力外推件延伸长度；60—夹具外壳，61—弹性夹片，62—拉绳，63—导向环，64—支撑架。
具体实施方式
[0043]
实施例1 聚冷管吸液芯结构（即扩展式吸液芯）
[0044]
参考图1和图4，本实用新型实施例提供了一种聚冷管吸液芯结构，该吸液芯结构包括沿周向布置的金属编织丝网2以及设在金属编织丝网2接缝处的弹力外推件。
[0045]
其中，金属编织丝网2的接缝沿轴向开设并且其在装配完成后（被完全撑起）与匹配使用的聚冷管1的管内壁紧密贴合。可以理解的是，金属编织丝网2在被完全撑起后的外径与聚冷管1的管内径相适应，其整体的轴向长度与聚冷管蒸发段的轴向长度相适应，当然，在实际设计中，相较某个固定整体长度的蒸发段而言，金属编织丝网2可以是分段、拼接式设计，也可以是整体设计，为减少装配的次数优选尽可能少的分段。
[0046]
弹力外推件包括起主要作用的主体结构以及与接缝两边连接的连接端，弹力外推件的主体结构置于金属编织丝网2接缝处朝向圆心的空间中、不影响金属编织丝网2与聚冷管1管内壁的紧密贴合，并且其在装配时从被夹紧状态释放后能够向外扩张以此向接缝左右两边沿圆切向产生向外的推力。弹力外推件在接缝处的根部间距a为0~30mm，朝向圆心的延伸长度b为0~30mm。
[0047]
本实用新型中，针对大管径金属管内吸液芯形成要求，充分考虑毛细力形成机制，在聚冷管内放置具有一定弹性的金属丝网，通过设置的弹力外推件的设计，在金属丝网接缝之间形成相互分离的外推弹力，并扩展和直径放大内置的金属网，由此使得金属网与聚冷管内部紧密贴合，形成液态工质毛细力形成初步环境条件。
[0048]
金属管内毛细力的形成在于在聚冷管制作完成，其内部充填的液态工质在制作环节或运输环节，通过聚冷管充填工质蒸发段的旋转或震荡，使得工质充分浸润整个吸液芯，聚冷管内毛细力形成环境要求的达到使得清润后的吸液芯与管壁之间可以始终保持液态工质的存在。
[0049]
并且，在工作过程中，金属编织丝网2本身具有的良好的热导性，在吸附工质的同时不仅增大了蒸发面、同时也加快了蒸发过程；其次金属丝网的多孔结构，使得蒸发变为汽态的工质能够及时脱离吸液芯，并向冷凝段运移。
[0050]
进一步地，金属管内毛细力的形成还在于金属编织丝网结构的选用，以有效解决吸液芯与金属管内壁之间的突出矛盾，即既要吸液芯与管壁尽可能的靠近，又要避免吸液
芯整个面积与金属管内壁的完全零距离贴合的矛盾，就如同金属片完全贴合金属内壁时产生封闭效应，会阻止毛细力的形成和发展。本实用新型中，金属编织丝网2为经线、纬线交织的编织结构，使得凹凸表面的始终存在，由此保证金属网紧贴金属管内壁的条件下，丝网与金属管内壁细小间隙的始终存在，同时细小间隙相互贯通和均匀分布，都保证了工质在毛细力作用下的顺畅流动。
[0051]
金属编织丝网2可以是单层结构，也可以是多层结构；为保证毛细力的形成，目数为50~500目。对于多层组合的吸液芯，不同层的金属丝网的目数（单位面积丝网孔隙数量的多少，是金属丝网细密程度的单位，目数越大丝网越细）可以相同，也可以不同。在金属丝网目数不同情况下，外层的目数要大于内层的目数。
[0052]
对于弹力外推件的具体实现方式：
[0053]
在弹力外推件与金属编织丝网2两者在零部件上是否独立存在两种结构，或两种的组合。弹力外推件可以是直接利用金属编织丝网2自身结构在接缝处向圆心方向延伸制作而成，形成一体结构，不用额外选材取材，有利于实现弹力外推件的快速、便捷、低成本加工和制作；当然，弹力外推件也可以是由与金属编织丝网2自身结构相独立的结构与其组装形成；也可以是上述两种的组合。
[0054]
在弹力外推件的形状构造方面，其在横截面上可以为直线弯折段形成，或者可以为弯曲弧段形成，还可以为直线弯折段和弯曲弧段两者组合形成，具体可以整体呈v形（比如图1和图2）、u形或者倒ω形（比如图3），等等，只要能够实现其基本功能即可。
[0055]
在弹力外推件在蒸发段轴向的布置方式方面，弹力外推件可以沿轴向整体连续布置，也可是分隔间断布置。
[0056]
以上各方面的具体选择、设计以及组合，根据实际需求和制作条件进行相适应设计即可。以下列举弹力外推件的两种实现方式。
[0057]
一种：参考图1和图2，弹力外推件由金属编织丝网2自身材料在接缝处两边分别向圆心方向延伸的两个弯折段3形成，整体呈v形；两个弯折段3根部间距a为0~30mm，延伸长度b为0~30mm，在断面内与竖向呈0
°
~90
°
弯折（在0
°
情况下，与前述根部间距a为0mm相对应），两个弯折段3的延伸结束端相互碰接、或连接、或焊接。
[0058]
另一种：参考图3和图4，弹力外推件由弹簧丝或者弹片制成的弧段5组装形成，整体呈倒ω状。弧段5的两端（图4中，长条形为弹片，三角形为弹簧丝）分别与金属编织丝网2接缝的左右两边的边缘相连（比如焊接，连接稳固），弧状主体朝向圆心设置。
[0059]
实施例2 装配辅助工具
[0060]
基于上述实施例1公开的聚冷管吸液芯结构，针对聚冷管蒸发段的长距离的特性，本实用新型实施例2相应提供一种聚冷管吸液芯结构的装配辅助工具，参考图5和图6，该装配辅助工具包括夹具6、托架8以及分别与两者相连的夹具长臂连杆7和托架长臂连杆9，托架8用于容纳并托住吸液芯结构的整体结构，夹具6能够夹住吸液芯结构的弹力外推件并使其下沉，夹具长臂连杆7在远离夹具6的一端具有控制夹具6夹紧或松开的控制器。
[0061]
其中，托架8可以如图6所示整体呈圆筒状，或者也可以为具有开口的托盘。托架8的轴向长度、径向宽度与吸液芯的轴向长度、径向宽度相适应，保证能稳定拖住吸液芯结构整体。
[0062]
为提高操作准确度以及观察装配情况，该装配辅助工具还包括设在其前端的监控
摄像头以及与之配合使用的视频观看终端。
[0063]
参考图7和图8，夹具6主要包括夹具外壳60、弹性夹片61、拉绳62、导向环63和支撑架64；夹具外壳60设在夹具长臂连杆7的一端，其顶部对称设置有两个弹性夹片61，弹性夹片61可以为金属、或塑料薄片构成，导向环63通过支撑架64设在夹具外壳60底部；弹性夹片61内壁均设有拉绳62，左右两边的拉绳62构成v形且两者的汇聚端设在导向环63上并延伸至夹具长臂连杆7远离夹具6的一端形成控制弹性夹片61夹紧或松开的控制器。
[0064]
使用时，在夹具长臂连杆7保持相对固定情况下，通过拉绳62控制两个弹性夹片61的开合：在拉力作用下使得两个弹性夹片61开口缩小、关闭、夹紧，反之，放松拉绳62，在弹力作用下弹性夹片61开口打开、扩大、松开。
[0065]
具体到吸液芯结构的装配应用场景中。
[0066]
1、夹紧过程：两个弹性夹片61处于开口状态，将开口对正吸液芯的弹力外推件，上推将弹力外推件纳入两个弹性夹片61开口的内部。拉紧拉绳62将两个弹性夹片61夹紧弹力外推件，并保持拉绳62处于张紧状态。
[0067]
2、松开过程：在吸液芯到达指定位置后，缓慢松开处于张紧状态的拉绳62。随着拉绳62的松动、两个弹性夹片61开口的开启，在自身弹力作用下，弹力外推件脱离夹具6、从夹紧状态释放出来、然后向外扩张以此向接缝左右两边产生向外的推力。
[0068]
实施例3 装配方法
[0069]
基于上述实施例1公开的聚冷管吸液芯结构以及实施例2公开的装配辅助工具，针对聚冷管蒸发段的长距离的特性，本实用新型实施例3相应提供一种聚冷管吸液芯结构的装配方法，在装配过程中吸液芯可以是分段、拼接式放置，也可以是整体一次放置，本实施例以分段放置、吸液芯结构中弹力外推件为v形的弯折段3为例进行说明。
[0070]
参考图5和图6，本实用新型装配方法具体包括如下步骤：
[0071]
1、准备阶段：将吸液芯结构整体放置在托架8上，调节吸液芯结构的位置使其接缝处位于正上方，使用夹具6夹紧弹力外推件、两个弯折段3折叠到一起，由于夹具6具有一定重量，在重量的作用下金属编织丝网2折叠部分会随夹具6和弹力外推件一起下沉到托架8上；随着夹具6与金属编织丝网2折叠部分的下落，整个吸液芯结构的外径随之缩小。
[0072]
2、放置阶段：将托架8、夹具6以及吸液芯结构三者整体通过托架长臂连杆9送入聚冷管1管内指定位置。
[0073]
3、展开阶段：到达指定位置后，先抽出、撤走托架8，吸液芯随之与金属管底部接触，然后通过夹具长臂连杆7上的控制器缓慢松开夹具6，被夹具6拉低的金属编织丝网2折叠部分在弹力作用下随之上升，在碰到金属管壁后，折叠部分的外推弹力开始发挥作用，推动金属编织丝网2向外扩展，使得金属编织丝网2与聚冷管1的管内壁紧密贴合，由此完成该段吸液芯结构的放置。随后，撤走脱离后的夹具6。
[0074]
4、由此循环完成整个蒸发段内吸液芯结构的放置。
[0075]
5、全部吸液芯结构放置完成后，管内抽成负压后充入适量工质4，待紧贴管内壁的吸液芯中充满工质4后密封。
[0076]
以上对本实用新型所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用
新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。