一种用于蒸汽管道的冷/热双向保护装置及方法与流程

本发明属于输运管道同时防止冷凝和过热技术领域，具体涉及一种用于蒸汽管道的冷/热双向保护装置及方法。

背景技术：

蒸汽被广泛应用于各种机械装置和能量传输场合，比如航母弹射器、供热和发电等。蒸汽在运输过程中通常会遇到因散热导致的冷凝、因各种因素导致的局部过热以及由冷凝和过热引发的工况波动等问题。无论是蒸汽冷凝还是过热都会对输运管道造成损害。而蒸汽工况的波动会对系统的稳定性和安全性造成严重影响。防止蒸汽冷凝、过热以及随之产生的工况波动具有十分重要的意义。

目前针对蒸汽冷凝问题常用的手段是在管道外包裹绝热材料，但是当外界环境温度持续过低时，还是无法避免管道内蒸汽冷凝的现象。而针对局部过热的问题，由于过热点无法精确预判，很难找到行之有效的解决方法。在冷凝和过热问题都无法有效解决的情况下，蒸汽工况的波动问题也自然无法避免。

技术实现要素：

本发明针对上述技术难点，提出了一种用于蒸汽管道的冷/热双向保护装置及方法，利用绝热材料层减小外界环境温度对管道及蒸汽的影响；利用相变材料层凝固放热保持管道和蒸汽在长时间低温环境下温度不变，防止蒸汽冷凝腐蚀管道；利用附着在管道外壁的记忆合金网以及经由记忆合金丝和记忆合金网相连的相变材料胶囊强化升温区域的传热并快速大量地吸热，避免过热现象发生。在有效防止蒸汽冷凝和过热的同时解决了蒸汽工况稳定性问题。

一种用于蒸汽管道的冷/热双向保护装置，其特征在于包括绝热材料层、相变材料层、记忆合金层、记忆合金丝、相变材料胶囊；所述的绝热材料层由绝热材料加工而成，同心包裹在蒸汽管道外围；所述的相变材料层由凝固点高于蒸汽冷凝温度的固-液相变材料构成，充满绝热材料层和蒸汽管道外壁之间；所述的记忆合金网附着在蒸汽管道外壁表面，由转变温度低于蒸汽过热温度的形状记忆合金加工而成，当蒸汽升温并触发转变温度时，记忆合金网收缩变形，当温度回归正常时，记忆合金网恢复原状；所述的记忆合金丝与记忆合金网的材料相同；所述的相变材料胶囊由金属或石墨烯等具有高导热系数的膜包裹熔点低于蒸汽过热温度的相变材料制成，通过记忆合金丝与记忆合金网相连，随记忆合金网和记忆合金丝的形变而运动。

所述装置的工作流程包括：当管道长时间处于低温环境下时，绝热材料层温度逐渐降低，直至触发相变材料层的凝固温度，相变材料层凝固放热保持管道及蒸汽温度不变，防止蒸汽冷凝腐蚀管道，当环境温度回升时，相变材料层吸热熔化，恢复保护功能；当局部蒸汽升温并触发转变温度时，附着在蒸汽管道外壁上的记忆合金网以及与之相连的记忆合金丝将收缩变形，拉动大量的相变材料胶囊富集在蒸汽升温的区域，强化升温区域的传热并快速大量地吸热，避免过热现象发生，当温度回归正常时，记忆合金网和记忆合金丝恢复原状。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)当管道长时间处于低温环境下时，可利用相变材料层凝固放热保持管道和蒸汽在长时间低温环境下温度不变，防止蒸汽冷凝腐蚀管道。

(2)当局部蒸汽升温时，可利用附着在管道外壁的记忆合金网以及经由记忆合金丝和记忆合金网相连的相变材料胶囊强化升温区域的传热并快速大量地吸热，避免过热现象发生。

(3)所述装置在有效防止蒸汽冷凝和过热的同时解决了蒸汽工况稳定性问题。(4)本装置无需消耗任何能量，且可以无限次循环工作。

(5)本装置能够自动精确地定位问题区域并实现冷/热双向保护。

(6)有机相变材料价廉、环保、性质稳定、寿命长、熔点分布广泛、对工作要求及环境适应性强。

(7)可以任意改变绝热材料层、相变材料层、记忆合金网和相变材料胶囊的配比和规格，按实际需要进行合理设计和调配。

附图说明

图1为一种用于蒸汽管道的冷/热双向保护装置的局部示意图

图2为管道局部升温时装置的工作状态图

附图中，各部件列表如下：

1：绝热材料层 2：相变材料层

3：记忆合金网 4：记忆合金丝

5：相变材料胶囊 6：蒸汽管道。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步详细说明。

如图1所示，一种用于蒸汽管道的冷/热双向保护装置包括绝热材料层(1)、相变材料层(2)、记忆合金层(3)、记忆合金丝(4)、相变材料胶囊(5)。所述的绝热材料层(1)由导热系数极低的绝热材料加工而成，同心包裹在蒸汽管道(6)外围；所述的相变材料层(2)由凝固点高于蒸汽冷凝温度的固-液相变材料构成，充满绝热材料层(1)和蒸汽管道(6)外壁之间；所述的记忆合金网(3)附着在蒸汽管道(6)外壁表面，由转变温度低于蒸汽过热温度的形状记忆合金加工而成，当蒸汽升温并触发转变温度时，记忆合金网收缩变形，当温度回归正常时，记忆合金网恢复原状；所述的记忆合金丝(4)与记忆合金网(3)的材料相同；所述的相变材料胶囊(5)由金属或石墨烯等具有高导热系数的膜包裹熔点低于蒸汽过热温度的相变材料制成，通过记忆合金丝(4)与记忆合金网(3)相连，随记忆合金网(3)和记忆合金丝(4)的形变而运动。

如图1所示，在正常情况下，相变材料层(2)处于熔化状态，相变材料胶囊(6)均匀分散在相变材料层(2)中，当管道长时间处于低温环境下时，绝热材料层(1)温度逐渐降低，直至触发相变材料层(2)的凝固温度，相变材料层(2)凝固放热保持管道(6)及蒸汽温度不变，防止蒸汽冷凝腐蚀管道，当环境温度回升时，相变材料层(2)吸热熔化，恢复保护功能；如图2所示，当局部蒸汽升温并触发转变温度时，附着在蒸汽管道(6)外壁上的记忆合金网(3)以及与之相连的记忆合金丝(4)将收缩变形，拉动大量的相变材料胶囊(6)富集在蒸汽升温的区域，强化升温区域的传热并快速大量地吸热，避免过热现象发生，当温度回归正常时，记忆合金网(3)和记忆合金丝(4)恢复原状。