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高温集热管封接端头(简称封接端头)是槽式光热发电系统中的关键部件,利用封接端头制造的高温集热管,要求其必须满足400℃以上的应用条件,封接端头质量将决定槽式光热发电系统的光热转换效率、使用寿命和经济成本。 目前,国内外的封接端头普遍采用可伐合金与硼硅3.3玻璃按非匹配封接形式实现连接,这种封接结构使高温集热管封接端头存在一些质量问题:1)端头处应力大、强度低、易漏气;2)封接端头处的拉伸强度不高;3)端头的抗热冲击性能差。 本文针对封接端头强度问题,研究两种新型玻璃材料,其中一种玻璃材料满足与可伐合金的匹配封接和充分润湿功能;另一种玻璃材料作为高温集热管外管玻璃,使封接端头具备优良性能,可满足和促进槽式光热发电系统应用需要。 本论文依据玻璃材料与可伐合金匹配封接的技术原理,利用玻璃组成-结构-性能三者之间的理论设计,设计了满足良好封接特性的GD480S和高机械强度特性的GD520H系统新型硼硅玻璃,探讨了n(SiO2)/n(B2O3)对玻璃性能的影响规律;本论文还研究了玻璃和可伐合金不同封接结构工艺对高温集热管性能的影响。 研究结果表明:随着n(SiO2)/n(B2O3)增大,GD480S和GD520H系列硼硅玻璃热膨胀系数逐渐减小;玻璃的特征粘度点温度逐渐增大;玻璃化学稳定性能逐渐变好;高温集热管端头采用单包边封接和双包边封接结构时,其封接气密性都是随着GD480S玻璃包覆可伐环的宽度增加而增大的,并且双包边封接时气密性能要好于单包边封接,当GD480S玻璃双包边包覆可伐合金宽度大于3mm之后,试件的气密性较好并均不漏气;当GD480S玻璃与可伐合金圈双包边封接,玻璃包覆可伐合金宽度为3-5mm、5-7mm时拉伸强度较好,80%以上封接端头试样拉伸强度值处于12.3-12.7MPa;热震冲击温差值达203℃,GD480S玻璃包覆可伐合金宽度为小于7mm时,80%以上封接端头试件累计热冲击次数达31-34次,并且封接端头热冲击断裂位置主要距离封接位置10mm附近的GD520H玻璃管上,其后在封接处陆续出现裂纹,证明封接端头的结构合理、气密性好、拉伸强度高、抗热震性好。