一种超低温液氢真空管的制作方法

1.本发明涉及液氢技术领域，尤其是一种超低温液氢真空管。


背景技术：

2.为应对日趋严重的能源危机和环境问题，清洁能源的开发与利用受到社会各界越来越多的关注。其中，氢气因其燃烧后只产生水，被誉为最为清洁的燃料，业界对其的应用充满了期待。
3.液态氢，俗称液氢,是由氢气经过降温而得到的液体，是一种无色、无味的高能低温液体燃料，一个大气压下的正常氢沸点为20 .37k，凝固点为13 .96k，密度为70 .85kg/m3，它通常被作为火箭发射的燃料，现在亦用作其他交通工具的燃料。随着能源危机和环境问题的凸显，以清洁能源取代现有的化石燃料是解决能源和环境问题的重要途径之一，氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高的绿色能源及能源载体，近年来已引起广泛的关注，以氢能为动力源的氢燃料以其能量转化率高、燃料经济性好及零排放等优点，已经成为最热门的研究领域。
4.在液氢输送过程中，卸液点或用液点离液氢储罐具有一定的距离，在液氢传输过程中会产生漏热现象，因此，在传输过程中减少漏热量是非常重要的。
5.现有的常规管路为6米一根，相邻两根管路之间具有接头，液氢在流动过程中摩擦也会产生热量，液体一部分也会气化，第一、发生气化现象时，会产生吸热现象，从而就会产生漏热；第二、会产生气液两相流，影响液氢传输，在传输过程中气液越多，则传输阻力越大，预冷时会增加液氢损耗；而且接头处会产生结霜结冰、甚至局部空气液化现象，降低液氢传输安全系数。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是：提供一种减少热量的对流和辐射，通过过渡连接结构增加热桥长度，减少管路连接处的漏热及结霜、结冰的超低温液氢真空管。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超低温液氢真空管，包括若干液氢真空管段，相邻两液氢真空管段之间通过连接处真空夹层段连接，每根液氢真空管段与连接处真空夹层段的连接端上均设有过渡连接结构；连接处真空夹层段包括连接外管和短节，所述短节套设在真空夹层管中相邻真空夹层内管的连接处，连接外管套设在相邻两过渡连接结构上，连接外管与短节之间形成现场真空夹层。
8.进一步的，短节上包覆有若干层铝箔层和纤维纸层，铝箔层与纤维纸层之间为交替铺设。
9.进一步的，连接外管与短节之间形成的现场真空夹层内填充有吸氢剂与吸附剂。
10.进一步的，过渡连接结构包括外管搭接管和内转接接头，所述内转接接头安装在液氢真空管段的真空夹层内管上，液氢真空管段的真空夹层外管与内转接接头之间设有折弯部，液氢真空管段的真空夹层外管上套设有外管搭接管。
11.进一步的，液氢真空管段包括若干真空夹层管和波纹管，所述波纹管的两端分别连接有真空夹层管，真空夹层管包括真空夹层外管和真空夹层内管，所述真空夹层外管内插设有真空夹层内管，真空夹层外管与真空夹层内管之间形成真空夹层，过渡连接结构位于真空夹层内。
12.进一步的，折弯部包括转接外环板、转接外管道、转接内环板以及转接内管道，所述转接外管道与转接内管道之间为水平设置，转接外管道与转接内管道的同一端通过转接内环板连接，转接外管道的另一端与液氢真空管段的真空夹层外管之间通过转接外环板连接。
13.进一步的，连接外管上还设有抽真空口。
14.进一步的，真空夹层外管与真空夹层内管之间真空夹层内填充有吸附剂和吸氢剂，真空夹层外管与真空夹层内管之间设有管道绝热支撑，真空夹层内管的外表面包覆有若干层连接段铝箔层和连接段纤维纸层，连接段铝箔层与连接段纤维纸层之间为交替铺设。
15.进一步的，真空夹层外管上设置有安全&抽真空阀。
16.进一步的，管道绝热支撑为环氧树脂层压玻璃纤维布的管道绝热支撑。
17.本发明的有益效果是，解决了背景技术中存在的缺陷，1、对液氢真空管段的真空夹层和连接处真空夹层段的现场真空夹层进行抽真空处理，减少热量的对流及辐射；2、过渡连接结构增加真空夹层外管和真空夹层内管内的热桥长度，降低液氢传输时通过真空夹层外管和真空夹层内管间的热桥的漏热量；3、连接处真空夹层段可以使液氢在传输过程中避免或有效减少接头处漏热及结霜、结冰现象，使液氢传输更安全、高效；4、内外管的设计避免因液氢进液受冷收缩造成的外管拉伸及拉伸可能造成的裂纹破坏。
附图说明
18.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
19.图1是本发明的优选实施例的结构示意图；图2是本发明a处的局部放大图；图3是本发明b处的局部放大图；图中：1. 波纹管，2. 管道绝热支撑，3. 吸氢剂，4. 吸附剂，5. 真空夹层外管，6. 真空夹层内管，7. 连接外管，8. 吸氢剂与吸附剂，9. 铝箔层，10. 纤维纸层，11. 抽真空口，12. 短节，13. 连接段铝箔层，14. 连接段纤维纸层，15. 安全&抽真空阀，16. 转接外环板，17. 外管搭接管，18. 转接外管道，19. 转接内环板，20. 转接内管道，21. 内转接接头。
具体实施方式
20.现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
21.如图1～3所示的一种超低温液氢真空管，包括若干液氢真空管段，相邻两液氢真
空管段之间通过连接处真空夹层段连接，每根液氢真空管段与连接处真空夹层段的连接端上均设有过渡连接结构。
22.如图2所示，连接处真空夹层段包括连接外管7和短节12，所述短节12套设在真空夹层管中相邻真空夹层内管6的连接处，连接外管7套设在相邻两过渡连接结构上，连接外管7与短节12之间形成现场真空夹层，连接外管7上还设有抽真空口11，抽真空口11与抽真空装置连接，其作用与安全&抽真空阀15的作用一致。
23.短节12上包覆有若干层铝箔层9和纤维纸层10，铝箔层9与纤维纸层10之间为交替铺设，可以减少管道的热量的对流及辐射传热；连接外管7与短节12之间形成的现场真空夹层内填充有吸氢剂与吸附剂8。
24.液氢真空管段包括若干真空夹层管和波纹管1，所述波纹管1的两端分别连接有真空夹层管，真空夹层管与波纹管1之间焊接连接，波纹管1用于补偿真空夹层内管6因超低温液氢工作时受冷收缩与真空夹层外管5间产生的位移，提高管道的适用范围与安全。
25.真空夹层管包括真空夹层外管5和真空夹层内管6，所述真空夹层外管5内插设有真空夹层内管6，真空夹层外管5与真空夹层内管6之间形成真空夹层，过渡连接结构位于真空夹层内。
26.真空夹层外管5与真空夹层内管6之间真空夹层内填充有吸附剂4和吸氢剂3；其中，现场真空夹层和真空夹层内的吸氢剂与吸附剂8、吸附剂4、吸氢剂3的作用是：吸氢剂可以有效吸附焊缝处释放的氢离子，吸附剂可以有效吸附绝热材料释放出的气体杂质，吸氢剂和吸附剂的设置可以大大减少夹层内残余气体因对流产生的热量传导，确保夹层空间真空度的长期维持。
27.真空夹层外管5与真空夹层内管6之间设有管道绝热支撑2，管道绝热支撑2为环氧树脂层压玻璃纤维布的管道绝热支撑，管道绝热支撑2可以有效隔离真空夹层外管5与真空夹层内管6，并大大降低真空夹层外管5与真空夹层内管6之间的热量传导；真空夹层内管6的外表面包覆有若干层连接段铝箔层13和连接段纤维纸层14，连接段铝箔层13与连接段纤维纸层14之间为交替铺设，真空夹层外管5上设置有安全&抽真空阀15，安全&抽真空阀15除了能够抽取真空夹层内真空，减少夹层内气体对流现象的产生，还能起到真空夹层因内管可能存在的液氢泄漏进入产生的超压保护作用，释放真空夹层内压力，防止真空夹层外管5发生爆炸。
28.如图3所示，过渡连接结构包括外管搭接管17和内转接接头21，所述内转接接头21安装在液氢真空管段的真空夹层内管6上，液氢真空管段的真空夹层外管5与内转接接头21之间设有折弯部，液氢真空管段的真空夹层外管5上套设有外管搭接管17。
29.折弯部包括转接外环板16、转接外管道18、转接内环板19以及转接内管道20，转接外管道18和转接内管道20与液氢真空管段之间为水平设置，所述转接外管道18与转接内管道20之间为水平设置，转接外管道18与转接内管道20的同一端通过转接内环板19连接，转接外管道18的另一端与液氢真空管段的真空夹层外管5之间通过转接外环板16连接。
30.安装过程：步骤1：真空夹层外管5与真空夹层内管6之间的真空夹层内焊接有管道绝热支撑2，然后在真空夹层内管6外包面上包覆交替铺设的连接段铝箔层13和连接段纤维纸层14，并在真空夹层中填充吸附剂4和吸氢剂3；
步骤2：每根液氢真空管段的一端的内壁上焊接有过渡连接结构，另一段焊接有波纹管1；过渡连接结构的内转接接头21的下端与真空夹层内管6焊接，真空夹层外管5与外管搭接管17焊接；步骤3：将两根步骤2中得到的液氢真空管段相对放置，而且液氢真空管段的真空夹层外管5的长度比真空夹层内管6的长度短，其中一根真空夹层内管6焊接在短节12内，另外一个真空夹层内管6也套在短节12内，此时两个真空夹层内管6的两个端面贴合，再进行焊接连接；步骤4：在步骤3中得到的短节12外交替包覆铝箔层9和纤维纸层10；步骤5：在连接外管7内填充有真空吸氢剂与吸附剂8，然后再将连接外管7的两端分别与外管搭接管17焊接。
31.使用时，通过抽真空装置现有技术，具体结构不再赘述，只要能抽真空即可分别与抽真空口11和安全&抽真空阀15连接，分别对现场真空夹层和真空夹层进行抽真空处理；然后，分别将管道的两端分别连接到相应的液氢装备上，对液氢进行输送。
32.综上所述，本发明在航天发射领域可以大大缩短氢氧发动机启动预冷时间，降低低温推进剂液氢的损耗；在液氢工厂中可以大大减少液氢管道的预冷时间，减少bog的产生，减少气液两相流的工况，大大提高液氢的输送效率。
33.以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。