摘要 本文分析了現(xiàn)有全玻璃真空太陽集熱管真空排氣的各種方式以及各種設(shè)備系統(tǒng)存在的不足之處，對全玻璃真空太陽集熱管環(huán)形連續(xù)排氣臺的運行原理、技術(shù)參數(shù)、產(chǎn)品性能及節(jié)能降耗等方面進行了簡要介紹。

　　關(guān)鍵詞 環(huán)形  集熱管  連續(xù)  恒溫  真空

　　0 前言

　　太陽能全玻璃真空集熱管的夾層真空度直接影響集熱管的熱性能。外管和內(nèi)管的夾層真空品質(zhì)好壞直接影響集熱管的使用壽命。集熱管的夾層排氣方式主要是加熱整支玻璃管，然后使用真空機組把夾層的氣體抽出，保證夾層的真空度，從而保證真空集熱管的品質(zhì)。近幾年全玻璃真空太陽集熱管生產(chǎn)基本實現(xiàn)了自動化、機械化和流水線生產(chǎn)。為此QHYG- ZDQX47/58型全玻璃真空集熱管的真空排氣也引進了連續(xù)的自動排氣臺，有效提高了全玻璃真空太陽集熱管的生產(chǎn)效率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

　　1 原加熱和真空排氣方式存在問題

　　目前，國內(nèi)廠家用于全玻璃真空太陽集熱管真空排氣的工藝多數(shù)采用立式單箱體電加熱的排氣臺（見圖1），一次可以對30支～50支真空集熱管進行加熱和真空排氣。原有的加熱和真空排氣方式主要存在以下幾個方面的問題：

　　1.不能連續(xù)生產(chǎn)，能源浪費大。

　　2.單臺設(shè)備無法控制加熱溫度和時間以及排氣的真空度。

　　3.大規(guī)模批量生產(chǎn)時，需要大量的單機設(shè)備才能滿足生產(chǎn)的需求。而過多的設(shè)備很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

　　4.設(shè)備增加操作人員相應(yīng)也增加，人員的不穩(wěn)定造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。

　　5.過多的設(shè)備增加了產(chǎn)品在生產(chǎn)鏈上傳輸?shù)膹碗s性，增加了集熱管外觀劃傷的比率，降低產(chǎn)品質(zhì)量，同時也大幅度增加了設(shè)備的維護難度。

　　針對上述問題，有關(guān)設(shè)備廠家分別開發(fā)了圓形排氣臺（見圖2）和動車組式的排氣臺。此類排氣臺在工藝上實現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)，解決了單臺排氣臺存在的諸多問題，但也同時存在其他方面的問題，如：單個真空機組比較龐大，一個真空機組要排40支～60支真空集熱管；若運行中單支玻璃管出現(xiàn)漏氣或炸裂則影響比較大；設(shè)備體積龐大，占地面積大，隨產(chǎn)量的增長設(shè)備成正比增加；設(shè)備安裝后產(chǎn)量受限制，產(chǎn)量增加設(shè)備無法進行擴容，需要安裝新設(shè)備進行擴容；復雜的傳輸和切換容易造成傳輸故障；真空機組固定在專用工裝上，維修不方便。

　　環(huán)形連續(xù)排氣臺是綜合上述排氣臺而出現(xiàn)的，其主要是基于以下幾個方面進行設(shè)計和實施的：

　　1.集中上管并鎖緊，進行預抽并進行真空檢漏。

　　2.采用電和燃氣混合加熱方式。

　　3.保溫箱體要求有良好的保溫性能，保溫層內(nèi)不要有金屬短路連接，盡可能減少熱損。烘箱要有足夠的剛度和強度，防止和減少熱變形，確保通道的有效寬度。

　　4.要保證足夠的高溫和保溫區(qū)域。

　　5.真空機組維修方便，出現(xiàn)故障隨時更換。

　　6.運行速度和溫度區(qū)域可調(diào)。

　　7.保溫箱出口真空檢測不合格并報警。

　　8.集中進行分離下管，最大幅度減少產(chǎn)品的傳送。

　　9.采用PLC控制和數(shù)據(jù)監(jiān)控，真空數(shù)據(jù)可以隨時監(jiān)控。

　　2 QHYG- ZDQX47/58型76工位環(huán)形連續(xù)式排氣臺工作原理

　　排氣臺主要包括臺架、驅(qū)動裝置、負載鏈條、軌道、真空機組、隧道式節(jié)能烘箱、電加熱、燃氣加熱器、真空檢測、控制系統(tǒng)等主要部分組成。其工作原理如下：

　　1.排氣真空機組臺車共計76臺，采用側(cè)掛式安裝在軌道的傳輸鏈條上，這樣便于更換和維修。傳輸系統(tǒng)做環(huán)形運行真空機同時進行預抽真空，隧道式保溫箱體內(nèi)的加熱器進行加熱。

　　2.在上管工位把真空集熱管裝到真空機組上進行預抽。在進入隧道式保溫箱前進行真空檢漏，并打開高閥對真空集熱管進行真空，真空機組臺車在運行過程中持續(xù)抽真空。同時隧道式保溫箱加熱系統(tǒng)成恒溫控制狀態(tài)。集熱管根據(jù)工藝曲線以合適的速度在符合工藝溫度的隧道保溫箱里運行。既保證集熱管的集熱加熱溫度，又能保證真空度。

　　3.隧道式保溫箱要求良好的保溫性能，保溫層內(nèi)不要有金屬短路連接，盡可能減少熱損。烘箱要有足夠的剛度和強度，并且考慮熱態(tài)下的變形，設(shè)計制造時要防止和減少熱變形，確保通道的有效寬度。

　　4.排氣臺車在抽真空過程中，循環(huán)水泵抽取循環(huán)水強制對真空機組和抽氣小閥進行冷卻，保證系統(tǒng)的正常運行。運行的電力供應(yīng)靠導電軌向排氣臺車供應(yīng)。

　　5.運行中出現(xiàn)單支集熱管炸管或者漏氣現(xiàn)象，可以關(guān)閉單支抽氣小閥，從而保證不影響其他集熱管的質(zhì)量。

　　6.在隧道保溫出口處安裝有真空檢測裝置。在完成工藝時對集熱管進行真空檢測，數(shù)據(jù)同時傳輸?shù)絇LC進行數(shù)據(jù)分析。

　　7.在系統(tǒng)確認真空集熱管合格后，人工對集熱管進行分離，完成整個工藝過程。

　　8.人員重復動作，真空機組連續(xù)運行，隧道保溫箱恒溫。實現(xiàn)集熱管真空排氣的連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)，達到預期設(shè)計目的。

　　3 環(huán)形連續(xù)排氣臺基本技術(shù)參數(shù)

　　排氣臺的基本技術(shù)參數(shù)如下：

　　1.此設(shè)備能實現(xiàn)全玻璃真空太陽集熱管及全玻璃熱管真空太陽集熱管真空排氣的工藝流程，適用集熱管規(guī)格為外徑φ58mm，長度1600mm～1800 mm（玻璃熱管集熱管）+140 mm（玻璃熱管冷凝端）+100 mm（玻璃熱管排氣灌注尾管）=1840mm～2040mm（不含排氣尾管）。

　　2.排氣尾管φ10.4±0.4mm，長度120mm。

　　3.該排氣線為立式環(huán)型生產(chǎn)線，由帶真空系統(tǒng)的排氣小車、隧道式節(jié)能烘箱、傳輸系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。

　　4.隧道式節(jié)能烘箱由18節(jié)爐體組成，每節(jié)爐體長2400mm。烘箱要求良好的保溫性能，除外框架處，保溫層內(nèi)不要有金屬連接，盡可能減少熱損。

　　5.使用燃氣加熱器和電加熱混合加熱。系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)時，集熱管從常溫升溫到450℃需要25分鐘，保溫需20分鐘，降溫需10分鐘。爐內(nèi)最高溫度550℃，沿集熱管高度方向，從外圓頭以上，溫度差≤50℃。高溫區(qū)480℃時對應(yīng)外表面與環(huán)境溫度差值小于30℃。

　　6.烘箱要在保證內(nèi)在質(zhì)量的前提下，同時保證外型的平整、整齊、美觀。烘箱設(shè)計要考慮維修方便，更換加熱器方便。

　　7.在線真空臺車76臺，備用維修車10臺，合計86臺。臺車由車體、真空系統(tǒng)（擴散泵，直聯(lián)式機械泵等）、供水、電系統(tǒng)組成，并有炸管保護裝置。

　　8.單相電考慮平衡，小車總數(shù)按3組分相。

　　9.每臺車可裝集熱管14支，分兩排，集熱管間距不小于90mm。工位頭在臺面上，循環(huán)冷卻水可靠冷卻。

　　10.排氣小車安裝爆縮閥，爐內(nèi)炸管時真空系統(tǒng)自動密封，不影響其他集熱管正常排氣。

　　11.安裝防護支桿，要求爐內(nèi)炸管時不損害爐體及其他集熱管。

　　12.控制系統(tǒng)由溫度控制、傳輸控制及保護控制等組成。由PLC實現(xiàn)總體控制。

　　13.每節(jié)爐體配置熱電偶及溫度控制器等。各烘箱加熱器可以實現(xiàn)獨立起?？刂啤８骺刂泣c的溫度可以單獨設(shè)定，測量點的溫度變化≤±10℃。

　　14.主要調(diào)節(jié)參數(shù)應(yīng)有數(shù)字顯示。關(guān)鍵點要有完善的保護措施，聲光報警可靠。

　　15.有進、回水的環(huán)型水槽，均由不銹鋼制造，并設(shè)有水位監(jiān)控器。

　　16.小車運行平穩(wěn)，無抖動現(xiàn)象，真空管破損率小于2‰，設(shè)計產(chǎn)能每小時870支，連續(xù)式傳輸，傳輸速度可調(diào)。

　　4 技術(shù)創(chuàng)新分析

　　全玻璃真空太陽集熱管環(huán)形連續(xù)排氣臺的技術(shù)創(chuàng)新主要有以下幾個方面：

　　1.采用簡單的橢圓形環(huán)形結(jié)構(gòu)及上下雙軌道側(cè)掛式排氣臺車鏈條傳動設(shè)計，解決了集熱管在運行中晃動造成排氣小嘴折斷集熱管破裂的問題。

　　2.隧道式保溫箱采用良好的保溫材料，保溫層內(nèi)避免金屬短路連接，盡可能減少熱損。高溫區(qū)480℃時對應(yīng)外表面與環(huán)境溫度差值小于30℃。

　　3.真空排氣臺車采用3L直連泵和150L的油擴散泵，集熱管布局分兩列14支排列的方式進行真空排氣布局。這樣保證了在運行的工藝時間里能達到工藝規(guī)定的真空度，還能保證所有的集熱管真空度保持一致。

　　4.排氣臺車采用側(cè)掛式活動安裝，在單個臺車出現(xiàn)故障的時候，把故障臺車直接卸下，把預熱好的備用臺車安轉(zhuǎn)上就可以正常工作。這樣不會因為單個臺車出現(xiàn)故障而停產(chǎn)檢修或者減產(chǎn)。最大化地發(fā)揮設(shè)備的效能。

　　5.每個臺車和排氣小閥安裝機械式防爆閥和漏氣保護，在運行過程中出現(xiàn)單支集熱管炸管或者漏氣現(xiàn)象可以關(guān)閉單支抽氣小閥，從而保證不會影響其他集熱管的質(zhì)量。

　　6.橢圓環(huán)形設(shè)計占地較小，架臺模塊化結(jié)構(gòu)。在產(chǎn)量不能滿足要求的情況下不需要對設(shè)備做大的改動，只要在原設(shè)備上增加架臺和保溫箱適當增長排氣臺就可以增加產(chǎn)量。很小的投資就可以解決。

　　7.PLC控制自動運行，系統(tǒng)采用PLC自動控制實現(xiàn)一鍵啟動自動運行和多點檢測、報警技術(shù)，使設(shè)備完全實現(xiàn)了自動化，確保設(shè)備安全、可靠、穩(wěn)定地運行。

　　5 設(shè)備的環(huán)保節(jié)能效益

　　目前該環(huán)形連續(xù)排氣臺日排氣18000支～20000支全玻璃真空集熱管玻璃管，年產(chǎn)600萬支太陽能集熱管。

　　環(huán)形連續(xù)排氣臺采用燃氣和電混合作為加熱動力，驅(qū)動和真空機組采用電作為動力。真空機組始終處于工作狀態(tài)使集熱管可實現(xiàn)連續(xù)排氣，并能保證集熱管的真空度。

　　原來排氣方式每次進行封離的時候都要把保溫箱抬起進行降溫，造成熱能的大量流失，而且操作人員的工作環(huán)境比較惡劣。再次進行排氣的時候還要從很低的溫度進行加熱，浪費大量的能源。環(huán)形排氣臺采用智能溫控儀加電力調(diào)整器控制加熱，在進出口處增加風幕機防止冷風進入和熱能流出保溫箱。隧道式保溫箱始終處于恒溫狀態(tài)，這樣既能保證工藝溫度，又不浪費能源。

　　人員比較：環(huán)形排氣臺日產(chǎn)20000支集熱管需要操作人員5名，而采用單臺立式排氣臺進行排氣至少需要15名操作人員，這樣則可節(jié)約10名操作人員。

　　由此可見，采用QHYG- ZDQX47/58型全玻璃真空太陽集熱管環(huán)形連續(xù)排氣臺，真正實現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)工藝運行平穩(wěn)，具有明顯的節(jié)能效益和經(jīng)濟效益。

　　6 結(jié)論

　　QHYG- ZDQX47/58型全玻璃真空太陽集熱管環(huán)形連續(xù)排氣臺的成功開發(fā)，解決了現(xiàn)有全玻璃真空集熱管真空排氣系統(tǒng)存在的諸多問題，具有結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，維修方便、性能優(yōu)良，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點，并具有明顯的節(jié)能效益和經(jīng)濟效益。

　　來源：中國太陽能工程