СПОСОБ РАЗДЕЛКИ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ С ЩЕЛОЧНО-МЕТАЛЛИЧЕСКИМ РАБОЧИМ ТЕЛОМ Российский патент 2004 года по МПК F28D15/00 

Изобретение относится к энергетике, теплотехнике, атомной и космической технике и может быть использовано при создании и экспериментальной отработке жидкометаллических тепловых труб, преимущественно высокотемпературных, в том числе предназначенных для использования в холодильниках-излучателях космических энергоустановок.

Тепловые трубы (ТТ) заполнены рабочим телом, причем для каждого уровня рабочих температур существует свое оптимальное рабочее тело. Для высокотемпературных ТТ, начиная с 700 К и до 1700 К, оптимальными являются щелочные металлы: цезий, рубидий, калий, натрий, литий.

ТТ с щелочно-металлическим рабочим телом используются в холодильниках-излучателях космических энергетических установок. В процессе экспериментальной отработки таких ТТ, в том числе после проведения ресурсных испытаний, требуется разделка (препарирование) их для исследования состояния капиллярной структуры, анализа причин отказов и т.п.[1].

Известен способ разделки ТТ с щелочно-металлическим рабочим телом, заключающийся в предварительном выщелачивании (удалении) последнего водой или водным паром и затем поперечной и продольной разрезке корпуса с капиллярной структурой. Предварительное выщелачивание необходимо, так как щелочные металлы самовозгораются на воздухе [2].

Однако такой способ разделки, являясь пожаробезопасным, в ряде случаев оказывается малоинформативным в связи с тем, что в разделанной ТТ отсутствует рабочее тело. В частности, при таком способе разделки не удается увидеть возможные газовые пузыри в капиллярной структуре, продольные пустоты, упругие деформации капиллярной структуры и т.п.

Наиболее близким к изобретению является способ разделки ТТ с щелочно-металлическим рабочим телом, предложенный в [3]. Он включает разрез ТТ электроэрозионным методом и анализ состояния внутренней структуры ТТ, причем разрез и анализ состояния внутренней структуры ТТ осуществляются в жидкой прозрачной или полупрозрачной среде, не взаимодействующей с щелочным металлом - рабочим телом ТТ. В качестве такой среды выбрано веретенное масло.

Такой способ разделки является высокоинформативным в связи с тем, что удается увидеть возможные газовые пузыри в капиллярной структуре, продольные пустоты, упругие деформации капиллярной структуры и т.п.

Однако такой способ разделки является пожароопасным, так как при разделке возможно появление искр разделываемого металла, например, корпуса ТТ и возгорание паров прозрачной среды, в которой проводится резка ТТ. Такой случай реализуется, например, при разделке ТТ с достаточно толстыми стенками в веретенном масле, так как пары веретенного масла могут самовозгораться.

Задачей изобретения является повышение пожаробезопасности при сохранении высокой информативности разделки за счет возможности визуального наблюдения внутреннего состояния ТТ при наличии в ней рабочего тела в виде щелочного металла.

Указанная задача решается в способе разделки ТТ с щелочно-металлическим рабочим телом, включающем разрез ТТ электроэрозионным методом и анализ состояния внутренней структуры ТТ в жидкой прозрачной среде, не взаимодействующей с щелочным металлом - рабочим телом ТТ, в котором в качестве жидкой прозрачной среды, не взаимодействующей с щелочным металлом, выбрано вещество, пары которого обладают искрогасящими свойствами. В качестве такого вещества может быть выбрано трансформаторное масло.

Способ разделки ТТ производится следующим образом.

После технологических операций, экспериментальных исследований или испытаний ТТ с щелочно-металлическим рабочим телом, например цезием, рубидием, калием, натрием, литием, ТТ помещается в специальную ванну, заполненную жидкой прозрачной (или полупрозрачной) средой, не взаимодействующей с щелочным металлом и пары которой обладают искрогасящими свойствами. В качестве среды с такими свойствами выбрано трансформаторное масло. При этом предварительно выщелачивание не производится, и рабочее тело в ТТ находится, как правило, в замороженном (твердом) состоянии. Разделочная ванна оборудована электроэрозионным устройством, которое может перемещаться вдоль ТТ или, наоборот, ТТ может перемещаться относительно этого устройства. Ванна выбрана таких размеров, чтобы обеспечить эти перемещения. Производится сначала поперечная (если ТТ длинная), а затем продольная разрезка корпуса ТТ вместе с капиллярной структурой, заполненной рабочим телом (щелочным металлом). Так как трансформаторное масло является прозрачным, то производится визуальный осмотр внутренней структуры по продольному сечению ТТ. При необходимости производится фотографирование участков структуры без извлечения из ванны с трансформаторным маслом. При этом будут зафиксированы отслоения капиллярной структуры, технологический брак и другие дефекты. Выполняются необходимые замеры. Далее, отдельные участки ТТ (или лишь капиллярной структуры) вырезаются для последующего физико-химического анализа. Остальные участки разделанной ТТ передаются для выщелачивания и последующей утилизации материалов.

В связи с тем, что пары трансформаторного масла не только не самовоспламеняются, но и обладают искрогасящими свойствами, возможно использование предлагаемого способа и в случаях, когда при разрезке ТТ возможно появление искр разделываемых материалов, например металла корпуса ТТ. Появление искр возможно также при выделении в процессе разделки достаточно большого количества теплоты, например, при разрезке ТТ с толстыми корпусами, при продольной разрезке длинной ТТ, при большом количестве резов. Появившиеся в паровом объеме ванны искры погаснут вследствие искрогасящих свойств паров прозрачного вещества. Поэтому не требуется тщательное слежение за температурой жидкого масла, паровым объемом ванны, а также снабжение устройства специальной системой охлаждения и наличия специальных противопожарных устройств.

Предлагаемый способ был экспериментально проверен при разделке ТТ с натрием в качестве рабочего тела. ТТ имела диаметр 28 мм и длину 2 м. После испытаний ТТ в составе жидкометаллического контура системы охлаждения энергетической установки при температурах до 1100 К она была вырезана из контура и помещена в разделочную ванну, заполненную трансформаторным маслом. В качестве электроэрозионного устройства использовалась установка ЛКЗ-150. Разделка ТТ позволила обнаружить достаточно существенный дефект - деформацию капиллярной структуры, вызванной двумя причинами: недоработкой технологического процесса и воздействием циклов плавления - замерзания натрия при испытаниях. Результаты анализа разделки ТТ позволили предложить конструкцию ТТ с недеформируемой в процессе работы капиллярной структурой, а также улучшить технологию сборки длинных ТТ.

Источники информации
1. Тепловые трубы. Сборник статей. / Под ред. Э.Э. Шпильмана. - М.: Мир, 1972, с.330.

2. G. I. Ewell, A. Basiulis, T.R. Lamp. Reliability of low-cost liquid metal heat ries. A Collection of Technical Papers. 3-rd International Neat Pipe Conference, Palo Alto, USA, May 22-24, 1978, р.297-303.

3. Патент RU 2089469 С1. МКИ 6 В 64 G 1/50, F 28 D 15/00. Способ разделки тепловых труб с щелочно-металлическим рабочим телом. Аракелов А.Г. и др. 10.09.97. Бюл. N 25.

Изобретение может быть использовано в энергетике, теплотехнике, атомной и космической технике преимущественно при создании и экспериментальной обработке жидкометалличеких тепловых труб, в том числе предназначенных для использования в холодильниках-излучателях космических энергоустановок. Способ разделки тепловой трубы с щелочно-металлическим рабочим телом включает разрез тепловой трубы электроэрозионным методом и анализ состояния внутренней структуры тепловой трубы в жидкой прозрачной среде не взаимодействующего с щелочным металлом рабочим телом ТТ (тепловой трубы), причем в качестве жидкой прозрачной среды, не взаимодействующей с щелочным металлом, выбрано вещество, пары которого обладают искрогасящими свойствами. Кроме того, в качестве вещества, пары которого обладают искрогасящими свойствами, выбрано трансформаторное масло. Изобретение позволяет повысить пожаробезопасность способа разделки тепловой трубы при сохранении высокой информативности разделки за счет возможности визуального наблюдения внутреннего состояния ТТ при наличии в ней рабочего тела в виде щелочного металла. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ разделки тепловой трубы с щелочно-металлическим рабочим телом, включающий разрез тепловой трубы электроэрозионным методом и анализ состояния внутренней структуры тепловой трубы в жидкой прозрачной среде, не взаимодействующего с щелочным металлом рабочим телом ТТ, отличающийся тем, что в качестве жидкой прозрачной среды, не взаимодействующей с щелочным металлом, выбрано вещество, пары которого обладают искрогасящими свойствами.2. Способ разделки тепловой трубы с щелочно-металлическим рабочим телом по п.1, отличающийся тем, что в качестве вещества, пары которого обладают искрогасящими свойствами, выбрано трансформаторное масло.