本發(fā)明特別涉及一種太陽能光熱發(fā)電真空集熱管及其檢測系統(tǒng)和方法,屬于太陽能光熱發(fā)電部件及其檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

太陽能光熱發(fā)電真空集熱管為太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)的核心部件,其熱性能直接決定了整個集熱系統(tǒng)的熱轉(zhuǎn)換效率。傳統(tǒng)的真空集熱管的外管為玻璃鍍且有選擇性膜層,內(nèi)管為金屬吸熱管鍍且有選擇性膜層,外管與內(nèi)管之間為真空狀態(tài),有效保證該真空狀態(tài),可有效提高真空集熱管的保溫性能,從而提高真空集熱管的集熱性能。

金屬吸熱管,即內(nèi)管的缺陷、疲勞裂紋以及膜層的損壞都會影響集熱管的集熱效率,進而影響整個集熱系統(tǒng)的效率,所以對內(nèi)管的缺陷、疲勞裂紋以及膜層的檢驗和監(jiān)測是很有必要的。

現(xiàn)有技術(shù)中,主要采用人工觀察的方式,觀察真空集熱管是否有損壞和傷痕,存在檢測效率低、檢測不準(zhǔn)確、檢測結(jié)果嚴(yán)重依賴檢測員個人經(jīng)驗的問題。

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供了一種太陽能光熱發(fā)電真空集熱管及其檢測系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種太陽能光熱發(fā)電真空集熱管及其檢測系統(tǒng)和方法,提高真空集熱管的檢測效率、檢測準(zhǔn)確性,使得缺陷檢驗結(jié)果可視化。

發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:

一種太陽能光熱發(fā)電真空集熱管檢測系統(tǒng),包括:

控制系統(tǒng)；電磁感應(yīng)加熱模塊,產(chǎn)生渦流對集熱管加熱；紅外測量成像模塊,用于測量集熱管發(fā)射的短波紅外輻射、中波紅外輻射、長波紅外輻射和溫度中的一種或者多種,以照片序列和/或熱像圖序列記錄下來；運動模塊,控制集熱管與檢測系統(tǒng)組件之間的相對運動；信號處理模塊,用于處理照片序列和/或熱像圖序列,獲得特征值；及診斷模塊,用于建立特征值與集熱管狀態(tài)量的對應(yīng)關(guān)系,利用特征值對集熱管的缺陷進行檢測、分類和定量。

進一步,所述電磁感應(yīng)加熱模塊,包括激勵源和線圈,所述激勵源用于產(chǎn)生高頻激勵信號給線圈,從而產(chǎn)生渦流對集熱管加熱。

進一步,所述電磁感應(yīng)加熱模塊還包括保證控制線圈溫度的水冷系統(tǒng)。

進一步,所述線圈為周向渦流線圈、軸向渦流線圈、可拆卸線圈、兩個并列的軸向線圈或兩個并列的周向線圈、多個并列的軸向渦流線圈或多個個并列的周向渦流線圈。

作為可選的實施方式,所述線圈為周向渦流線圈,包括骨架和纏繞在骨架上的線圈,使得金屬管中感應(yīng)出周向的渦流,骨架材料可以為磁性材料骨架。

作為可選的實施方式,所述線圈為周向亥姆霍茲渦流線圈,包括一對相同的載流圓線圈彼此平行且共軸,通以同方向電流,當(dāng)線圈間距等于線圈半徑時,兩個載流圓線圈的總磁場在軸的中點附近的范圍內(nèi)是均勻的，可在金屬管中感應(yīng)出軸向磁場和周向渦流,以擴大檢測面積；進一步，或者,所述線圈為多個并排的周向渦流線圈,以達到更好的檢測效果。

作為可選的實施方式,所述線圈為軸向渦流線圈,包括骨架和纏繞在骨架上的線圈,使得金屬吸熱管中感應(yīng)出來的渦流是軸向的,骨架材料可以為磁性材料骨架。或者,線圈可以為兩個并排的軸向渦流線圈,包括一對相同的軸向渦流線圈彼此平行且共軸設(shè)置,兩個軸向渦流線圈聯(lián)合使用使得其中間區(qū)域既可以有軸向渦流產(chǎn)生,又可以被短波紅外相機和紅外熱像儀測量；或者,線圈可以為多個并列的軸向渦流線圈,以達到更好的檢測效果。

作為可選的實施方式,所述線圈為可拆卸軸向渦流線圈,包括骨架、纏繞在骨架上的線圈、鉸鏈和結(jié)合處,骨架可以是磁性材料骨架,鉸鏈用于可拆卸軸向渦流線圈的開合,結(jié)合處保證可拆卸軸向渦流線圈閉合時緊密接觸,減少磁泄露。

作為可選的實施方式,所述線圈為兩個并列的軸向渦流線圈,包括一對相同的軸向渦流線圈彼此平行且共軸設(shè)置,兩個軸向渦流線圈聯(lián)合使用使得其中間區(qū)域既可以有軸向渦流產(chǎn)生,又可以被短波紅外相機和紅外熱像儀測量。

進一步,所述紅外測量成像模塊包括短波紅外相機和紅外熱像儀,短波紅外相機用于測量集熱管發(fā)射的短波紅外輻射,以照片序列記錄下來；紅外熱像儀用于測量集熱管發(fā)射的中波或長波紅外輻射或者溫度,以熱像圖序列記錄下來；所述運動模塊包括固定集熱管的支架,和帶動集熱管相對運動的位移平臺；所述紅外測量成像模塊設(shè)置在集熱管上方,所述集熱管下方設(shè)置有加裝鍍有特定膜層的反射板,使集熱管背面的紅外輻射反射到紅外測量成像模塊中。

一種應(yīng)用于上述太陽能光熱發(fā)電真空集熱管檢測系統(tǒng)的方法,包括以下步驟:通過電磁感應(yīng)加熱模塊產(chǎn)生渦流對集熱管加熱,運動模塊控制集熱管與檢測系統(tǒng)組件之間進行相對運動,通過紅外測量成像模塊測量集熱管發(fā)射的短波紅外輻射、中波紅外輻射、長波紅外輻射和溫度中的一種或者多種,以照片序列和/或熱像圖序列記錄下來,信號處理模塊處理照片序列和/或熱像圖序列,獲得特征值,診斷模塊建立特征值與集熱管狀態(tài)量的對應(yīng)關(guān)系,利用特征值對集熱管的缺陷進行檢測、分類和定量。

一種應(yīng)用所述太陽能光熱發(fā)電真空集熱管檢測系統(tǒng)的太陽能光熱發(fā)電真空集熱管,包括外玻璃管和金屬吸熱管,所述外玻璃管和金屬吸熱管之間為真空狀態(tài),所述金屬吸熱管外面鍍有吸收膜層,外玻璃管外面鍍有減反射涂層。

有益效果:

1.提出了一種新的太陽能光熱發(fā)電真空集熱管及其檢測系統(tǒng)和方法,使得太陽能光熱發(fā)電高溫真空集熱管的檢測不再依賴檢驗員個人經(jīng)驗,提高了測試效率及準(zhǔn)確性,缺陷檢驗結(jié)果可視化。

2.線圈做出了改進,改進成可拆卸軸向渦流線圈,能夠方便對在役集熱管進行檢測和在役監(jiān)測。

3.線圈做出了改進,改進成亥姆霍茲線圈形式,中間區(qū)域磁場渦流均勻,且這部分區(qū)域沒有相機遮擋視線,能夠方便對集熱管進行檢測和在役監(jiān)測

4.為了實現(xiàn)集熱管一周360°的全方位檢測,在集熱管背面加裝反射板,使背面的紅外輻射反射到相機中。

附圖說明

圖1為真空集熱管及檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為帶周向亥姆霍茲渦流線圈的真空集熱管及檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為帶軸向渦流線圈的真空集熱管及檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為針對可拆卸軸向渦流線圈的真空集熱管及檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為帶兩個軸向渦流線圈的真空集熱管及檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為針對在役檢測的真空集熱管及檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

1:減反射涂層；2:外玻璃管；3:吸收膜層；4:金屬吸熱管；5:短波紅外相機；6:周向渦流線圈；7:激勵源；8:紅外熱像儀；9:支架；10:位移平臺；11:水冷系統(tǒng)；12:信號處理模塊；13:診斷模塊；14:軸向渦流線圈；15:鉸鏈；16:結(jié)合處；17:可拆卸軸向渦流線圈；18和20:周向亥姆霍茲渦流線圈；19:控制系統(tǒng)。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明,下文將結(jié)合說明書附圖和較佳的實施例對本文發(fā)明做更全面、細(xì)致地描述,但本發(fā)明的保護范圍并不限于一下具體實施例。

除非另有定義,下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解含義相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述具體實施例的目的,并不是旨在限制本發(fā)明的保護范圍。

參照圖1-6,一種太陽能光熱發(fā)電真空集熱管檢測系統(tǒng),包括:控制系統(tǒng)；電磁感應(yīng)加熱模塊,產(chǎn)生渦流對集熱管加熱；紅外測量成像模塊,用于測量集熱管發(fā)射的短波紅外輻射、中波紅外輻射、長波紅外輻射和溫度中的一種或者多種,以照片序列和/或熱像圖序列記錄下來；運動模塊,控制集熱管與檢測系統(tǒng)組件之間的相對運動；信號處理模塊,用于處理照片序列和/或熱像圖序列,獲得特征值；及診斷模塊,用于建立特征值與集熱管狀態(tài)量的對應(yīng)關(guān)系,利用特征值對集熱管的缺陷進行檢測、分類和定量。

進一步,所述電磁感應(yīng)加熱模塊,包括激勵源和線圈,和保證控制線圈溫度的水冷系統(tǒng),所述激勵源用于產(chǎn)生高頻激勵信號給線圈,從而產(chǎn)生渦流對集熱管加熱,所述線圈處設(shè)置有溫度感應(yīng)器,所述溫度感應(yīng)器感應(yīng)到溫度后,將溫度信號輸送至控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)控制水冷系統(tǒng)的功率,改變水冷系統(tǒng)內(nèi)冷卻水的流速,所述水冷系統(tǒng)的管道伸至線圈處,可以根據(jù)線圈的形狀和布置進行適配,水冷系統(tǒng)內(nèi)冷卻水的流速越快,對線圈的降溫作用更強,從而實現(xiàn)線圈的精準(zhǔn)加熱。

可選的,所述線圈為周向渦流線圈或軸向渦流線圈。所述線圈為周向渦流線圈,可在金屬管中感應(yīng)出周向的渦流。進一步,所述線圈為軸向渦流線圈,包括骨架和纏繞在骨架上的線圈,使得金屬吸熱管中感應(yīng)出來的渦流是軸向的,骨架材料可以為磁性材料骨架?？蛇x的,所述線圈為周向亥姆霍茲渦流線圈,包括一對相同的載流圓線圈彼此平行且共軸,通以同方向電流,當(dāng)線圈間距等于線圈半徑時,兩個載流圓線圈的總磁場在軸的中點附近的范圍內(nèi)是均勻的。可選的,所述線圈為可拆卸軸向渦流線圈,包括骨架、纏繞在骨架上的線圈、鉸鏈和結(jié)合處,骨架可以是磁性材料骨架,鉸鏈用于可拆卸軸向渦流線圈的開合,結(jié)合處保證可拆卸軸向渦流線圈閉合時緊密接觸,減少磁泄露。

所述紅外測量成像模塊包括短波紅外相機和紅外熱像儀,短波紅外相機用于測量集熱管發(fā)射的短波紅外輻射,以照片序列記錄下來；紅外熱像儀用于測量集熱管發(fā)射的中波或長波紅外輻射或者溫度,以熱像圖序列記錄下來；所述運動模塊包括固定集熱管的支架,和帶動集熱管相對運動的位移平臺,所述紅外測量成像模塊設(shè)置在集熱管上方,所述集熱管下方設(shè)置有加裝鍍有特定膜層的反射板,使集熱管背面的紅外輻射反射到紅外測量成像模塊中。

一種應(yīng)用于上述太陽能光熱發(fā)電真空集熱管檢測系統(tǒng)的方法,包括以下步驟:通過電磁感應(yīng)加熱模塊產(chǎn)生渦流對集熱管加熱,運動模塊控制集熱管與檢測系統(tǒng)組件之間進行相對運動,通過紅外測量成像模塊測量集熱管發(fā)射的短波紅外輻射、中波紅外輻射、長波紅外輻射和溫度中的一種或者多種,以照片序列和/或熱像圖序列記錄下來,信號處理模塊處理照片序列和/或熱像圖序列,獲得特征值,診斷模塊建立特征值與集熱管狀態(tài)量的對應(yīng)關(guān)系,利用特征值對集熱管的缺陷進行檢測、分類和定量。

一種應(yīng)用所述太陽能光熱發(fā)電真空集熱管檢測系統(tǒng)的太陽能光熱發(fā)電真空集熱管,包括外玻璃管2和金屬吸熱管4,所述外玻璃管2和金屬吸熱管4之間為真空狀態(tài),所述金屬吸熱管4外面鍍有吸收膜層3，一般由減反層、吸收層、紅外反射層和襯底構(gòu)成，優(yōu)選的，可以是陶瓷減反層、金屬陶瓷吸收層、金屬紅外反射層和玻璃或金屬材質(zhì)的襯底構(gòu)成,外玻璃管2外面鍍有減反射涂層1，一般為金屬氧體物、氮化物或氮氧化物減反射涂層。因為外玻璃管2的存在,短波紅外成像有一個其他技術(shù)無可比擬的主要優(yōu)點,即它能夠透過玻璃進行成像,所以用到短波紅外相機檢測。

又因為吸收膜層3和減反射涂層1存在,它們的缺陷可以在溫度的差異變化反應(yīng)出來,同時集熱管中金屬吸熱管4的缺陷也能通過溫度差異變化反應(yīng)出來。

具體實施例:一種太陽能光熱發(fā)電真空集熱管的檢測系統(tǒng),包括控制系統(tǒng)19、紅外測量成像模塊、電磁感應(yīng)加熱模塊、運動模塊、外接設(shè)備、信號處理模塊12及診斷模塊13。

其中,電磁感應(yīng)加熱模塊包括激勵源7、線圈和水冷系統(tǒng)11,激勵源7用于產(chǎn)生高頻激勵信號給用線圈產(chǎn)生渦流給集熱管加熱,水冷系統(tǒng)11保證控制線圈的溫度。

其中,紅外測量成像模塊包括短波紅外相機5和紅外熱像儀8,短波紅外相機5用于測量集熱管發(fā)射的短波紅外輻射,以照片序列記錄下來。紅外熱像儀8用于測量集熱管發(fā)射的中波或長波紅外輻射或者溫度,以熱像圖序列記錄下來。

其中,控制系統(tǒng)19,用于控制電磁感應(yīng)加熱觸發(fā)、斷開、加熱時間、工作頻率以及紅外測量成像模塊的聯(lián)動；在具體實施方式中,控制系統(tǒng)19為計算機,或者控制系統(tǒng)19、信號處理模塊12及診斷模塊13一起,功能及結(jié)構(gòu)集成為計算機。

其中,運動模塊即位移平臺10,包括一個支架9和位移平臺10,支持集熱管相對運動。

其中,信號處理模塊12用于處理短波紅外輻射照片序列以及紅外熱像儀8的熱像圖和序列,獲得特征值。

其中,診斷模塊13用于建立特征值與集熱管狀態(tài)量的對應(yīng)關(guān)系,利用特征值對集熱管的缺陷進行檢測、分類和定量。

紅外測量成像模塊是利用紅外短波相機和紅外熱像儀接受集熱管的紅外輻射能量分布,以紅外短波圖片和熱像圖序列的形式記錄下來,這種紅外短波圖片和熱像圖序列集熱管表面的熱分布場相對應(yīng)。通俗地講紅外短波相機和紅外熱像儀就是將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎涗浀募t外短波照片和熱圖像序列。

信號處理模塊對紅外短波照片和熱圖像序列按預(yù)期的目的及要求進行加工,把記錄在紅外檢測模塊的圖像或圖像序列進行處理,以便抽取出有用的圖像信息,對圖像信息進行提取特征值、變換圖像、分析、綜合等。

診斷模塊13根據(jù)經(jīng)過信號處理短波紅外圖片和熱成像圖片之后的特征值對集熱管的缺陷進行檢測,進一步分析設(shè)備在各種故障狀態(tài)下的熱像及溫升,再結(jié)合其他檢測結(jié)果,就能較好地診斷出設(shè)備故障及故障點和類型。

進一步,在可選的實施方式中,信號處理模塊12、診斷模塊13和控制系統(tǒng)19是分開的,各位獨立系統(tǒng),控制系統(tǒng)19只用于控制電磁感應(yīng)加熱觸發(fā)、斷開、加熱時間、工作頻率以及紅外測量成像模塊的聯(lián)動。作為可選的實施方式,信號處理模塊12、診斷模塊13和控制系統(tǒng)19可以為一體的控制模塊結(jié)構(gòu),該控制模塊結(jié)構(gòu)可以統(tǒng)稱為控制系統(tǒng)19。

進一步,線圈有多種形式,作為具體的實施方式,可以為周向渦流線圈6或軸向渦流線圈14或兩個并列的軸向線圈或兩個并列的周向線圈或可拆卸軸向渦流線圈17或周向亥姆霍茲渦流線圈18或多個并排的周向渦流線圈或多個并排的軸向渦流線圈。

如圖1所示,周向渦流線圈6在金屬吸熱管中感應(yīng)出來的渦流是圓周方向的。如圖3所示,軸向渦流線圈14包括骨架和纏繞在骨架上的線圈,且在金屬吸熱管中感應(yīng)出來的渦流是軸向的,骨架材料可以是磁性材料。這樣有利于檢測不同走向的裂紋缺陷。

進一步,圖1中周向渦流線圈6可以改進成圖2中周向亥姆霍茲渦流線圈18。實際檢測中,周向渦流線圈6會遮擋短波紅外相機5和紅外熱像儀8的視線,而周向亥姆霍茲渦流線圈18的中間區(qū)域既可以有周向渦流產(chǎn)生,又可以被短波紅外相機5和紅外熱像儀8測量。亥姆霍茲線圈的定義為:如果有一對相同的載流圓線圈彼此平行且共軸,通以同方向電流,當(dāng)線圈間距等于線圈半徑時,兩個載流線圈的總磁場在軸的中點附近的較大范圍內(nèi)是均勻的。這對線圈稱為亥姆霍茲線圈。

進一步,如圖5所示,作為可選的實施方式,所述線圈為兩個并列的軸向渦流線圈,包括一對相同的軸向渦流線圈14彼此平行且共軸設(shè)置,兩個軸向渦流線圈14聯(lián)合使用使得其中間區(qū)域既可以有軸向渦流產(chǎn)生,又可以被短波紅外相機和紅外熱像儀測量。即,軸向渦流線圈14改進成兩個軸向渦流線圈14聯(lián)合使用形式,注意到軸向渦流線圈14會遮擋相機的視線,而用兩個軸向渦流線圈14聯(lián)合使用形式則中間區(qū)域既可以有軸向渦流產(chǎn)生,又可以被短波紅外相機和紅外熱像儀測量。

進一步,如圖4所示,對于軸向渦流線圈14做出了改進,因為在役的集熱管是聯(lián)排的,不可拆卸線圈不適合現(xiàn)場作業(yè),改進成可拆卸軸向渦流線圈17,可拆卸軸向渦流線圈17包括骨架、纏繞在骨架上的線圈、鉸鏈15和結(jié)合處16,骨架材料可以是磁性材料,鉸鏈15用于可拆卸軸向渦流線圈17開合,結(jié)合處16保證可拆卸軸向渦流線圈17閉合時緊密接觸,減少磁泄露。

利用如上所述的檢測系統(tǒng)進行高溫真空集熱管真空檢測的方法,包括以下步驟:集熱管放在固定在位移臺上,短波紅外相機和紅外熱像儀以一定距離固定在集熱管旁邊,線圈通電開啟水冷系統(tǒng),開啟短波紅外相機和紅外熱像儀,啟動位移臺帶動集熱管從一端運動到另一端,以完成線圈對集熱管的加熱,位移是相對的,可以線圈運動而集熱管不動,這種情形適合在對集熱管的在役檢測監(jiān)測過程中,短波紅外相機和紅外熱像儀記錄溫度變化數(shù)據(jù)圖像,信號處理模塊處理短波紅外輻射照片序列以及熱像儀的熱像圖和序列,獲得特征值,診斷模塊利用特征值對缺陷進行檢測、分類和定量。

以上方案的檢測適用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

如圖6所示,針對在役檢測,改進方式如下:因為在役的集熱管是聯(lián)排的,不可拆卸線圈不適合現(xiàn)場作業(yè),改進成可拆卸軸向渦流線圈17,可拆卸軸向渦流線圈17包括骨架、纏繞在骨架上的線圈以及鉸鏈15和結(jié)合處16,骨架材料可以是磁性材料,鉸鏈15用于可拆卸軸向渦流線圈17開合,結(jié)合處16保證可拆卸軸向渦流線圈17閉合時緊密接觸,減少磁泄露。

為了實現(xiàn)集熱管一周360°的全方位檢測,在生產(chǎn)線上可以加一個旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)集熱管,而對于集熱管的在役檢測監(jiān)測,集熱管不可以旋轉(zhuǎn),對此進行改進,因為在役檢測有反射鏡,相機無法安裝在底部,為了集熱管背面怎么檢測,在集熱管背面加裝鍍有特定膜層的反射板,使背面的紅外輻射反射到相機中。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此,凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案,皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。