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山东临清迅力特种汽车公司,力图在真空预冷和真空绝热两方面有所建树,开发了厢壁真空隔热,厢内真空预冷的特种车。
本文对迅力特种汽车公司在制的真空预冷车进行了校核计算,结果表明车厢真空夹层的保温能力仅及拥有同样墙体厚度的泡沫保温车。真空夹层中的龙骨承受不了由于抽真空导致的每平方米十吨的压力,厢内抽真空后,内蒙皮会与龙骨分离,车辆行驶时的惯性力会很快将内蒙皮扯坏;针对该车的强度和保温两方面弱点,建议将该半成品车改为固定式真空预冷库,打开内蒙皮,焊接型材补强,并用支杆加弹簧或矿井的液压支护给予车厢一向外的预应力,以抵消一部分内外压差。为该公司提出了新的真空预冷车设计方案,其结构采用异型方钢管作框架。车厢壁采用发泡与贴超薄真空绝热板结合的方式保温。
真空绝热板有着平整的或其它模制外形,里面包着真空以构成热阻。真空绝热板的隔热效果比传统的聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫和纤维板一般高几倍。超薄真空绝热板,以均匀布置的直径为几个毫米的陶瓷球等为支撑物,外表面采用可弯曲的薄金属板焊接封口。首选的金属板是低导热率的金属,例如不锈钢板或钛合金板,它们在真空环境中都是容易焊接的并且有足够的硬度和刚性,使它们不至于裹着球,使此板可以形成弯曲,因此,每一个球形珠子和金属薄壁之间维持着点接触。固体导热因采用低热导率材料及球和壁间的点接触而降低。若在10<-4>乇以上高真空度下封口,气体传热几乎停止。因板粗糙度低,板壁间的辐射换热被抑制。
珠子最初被涂上一层聚苯乙烯或类似粘合剂材料,然后将这些珠子倾泻到珠子“夹具”的表面,该“夹具”的表面有很多小坑以迫使珠子按合适的距离间隔放置。薄壁被加热并且压到珠子的顶部。来自薄壁的热量熔化了珠子表面的聚苯乙烯,使珠子粘到薄壁上。然后真空绝热板在真空室钎焊室里被加热到足够的温度来破坏聚苯乙烯,使之成为更易挥发的苯乙烯而蒸发。在这个温度条件下,真空绝热板的腔体可以被抽真空,并且保持真空,它的边缘被焊接保持其内部真空度,珠子因为作用在板外面的大气压力而被固定在原位置。珠子也可用保持架或其它方式固定等。
用有限元软件Msc.patran/tiestran对真空绝热板的最佳布球方式的分析结果表明,在珠子保持14~30mm间距的情况下,薄板的应力和变形是可以被接受的。本文探讨了筛选和均布珠子的夹具,以及适合试验及小批量生产的真空钎焊炉的设计。真空钎焊炉是扁的长方体,有着特殊的引线方式,即保证安全,又不破坏真空钎焊室的密封。在焊接和抽真空前,可将吸气剂放入真空绝热板,以便在长期使用过程中,吸收从珠子和薄壁释放出的任何少量气体。本文设计并比较了四种放置吸气剂方案,确定采用St707/CTS/NI/8D吸气剂条。
这种超薄真空绝热板可以用在冰箱、热水器等里,可用于冷藏车尤其是车顶上,可用于相变蓄热器上,也可以用于军工产品的红外隐身等。