Способ контроля работоспособности изделия Советский патент 1990 года по МПК G01M3/02 

1

(21)4428295/25-28

(22)23.05.88

(46) 23.01.90. Бюл. № 3

(72) С.Л.Арсеньев, М.В.Гуцуляк,

В.И.Николюк, Н.Н.Перминов

и Ю.П.Сирик

(53)620.165.29(088.8)

(56) Сапожников В.М. Монтаж и испытания гидравлических и пневматических систем на летательных аппаратах. - М.: Машиностроение, 1972, с. 195.

(54)СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗДЕЛИЯ

(57) Изобретение позволяет повысить достоверность контроля путем исключе™ ния забраковки годных теплосиловых установок. Определяют расход через течь и зоны течи„ Измеряют длину и один из поперечных размеров сечения канала течи По этим данным с учетом температуры и давления теплоносителя определяют тепловое поле в зоне течи в условиях эксплуатации. О работоспособности изделия судят по превышению максимально допустимой температуры для стенки изделия над максимальной температурой в определенном тепловом поле.

Изобретение позволяет повысить достоверность контроля путем исключения забраковки годных теплосиловых установок. Определяют расход через течь и зоны течи. Измеряют длину и один из поперечных размеров сечения канала течи. По этим данным с учетом температуры и давления теплоносителя определяют тепловое поле в зоне течи в условиях эксплуатации. О работоспособности изделия судят по превышению максимально допустимой температуры для стенки изделия над максимальной температурой в определенном тепловом поле.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения работоспособности теплосиловых установок.

Целью изобретения является повышение достоверности путем исключения забраковки годных теплосиловых установок.

г

Способ контроля работоспособности изделия реализуется следующим образом.

Нагружают изделие избыточным давлением РИ испытательной среды (воздуха) и контролируют изменение давления в полости изделия объемом V за время Д С к например, параметры испытания следующие:

ДРи 1 -104 кгс/м2 Уи 0,5 M3j Yh 1,2 кгс/м3; 1800 с-,

РЪ 1,03-Ю4 кгс/м2, Рм 5 «104 кгс/м

По ним определяют расход G H течи испытательной среды

Си

4PW-VU

VPt,

-3-Ь- 0,33-10-JKrc/c, (1)

tBBBi

ОЭ

где ЛРИ - спад давления испытательной среды за время контрольной выдержки и ,,

V - суммарный испытательный объем изделия у

у - удельный вес испытательной среды при условиях проведения испытаний (у

ь к н 1И

1,2 кгс/м3), Кц - газовая постоянная; Р., - атмосферное давление. С помощью ультразвукового контроля устанавливают зону дефекта сплошности в клеевом соединении корпуса

Is

с теплозащитным материалом, негерметичность соединения обусловлена непроклеем, образовавшим канал течи длиной 1 510 мм прямоугольного поперечного сечения высотой b 5 мм. Эти величины измеряют.

При использовании известных способов контроля герметичности данное изделие, содержащее соединение с локальной негерметичностью, полностью браковали или подвергали ремонту с последующим испытанием.

Определяют эффективную площадь проходного сечения канала течи Ј3 по условию равенства фактического расхода испытательной среды GH его термодинамическому значению 0., определяемому для надкритического режма истечения (РЬ)Р 0,2 0,528 (согласно зависимости).

fs

где VH

0,17 м /кгс - удельный объем испытательной среды на входе канала течи начальное испытательное давление; показатель адиабаты испытательной среды (для воздуха К и 1,4).

Приравнивая выражения (1) и (2), пределяют

Р., ки GU

э

0,28-10 м2.

Определяют параметры состояния рабочей среды, движущейся по каналу течи в условиях, соответствующих штатному функционированию теплосиловой установки, на основе использования уравнения неразрывности в следующей последовательности.

Поскольку тепловое состояние конструкции в зоне канала течи достаточно большой протяженности (510 мм) будет различным, разбивают длину канала на 4 участка X 10 мм, Хг

50 мм, Хд 100 мм,

350 мм (в

общем случае число участков не ограничено) .

Находят давления на концах выделенных участков (из интервала давлений Р 20-Ю4 кгс/м2 и Р 1,03 104 кгс/м ) в условиях штатного функционирования изделия (давления и температуры рабочей среды - Рр и Т ) в качестве результирующих принимают величины давлений, при которых расход рабочего газа Gчерез каждый учас15

20

ток одинаков (G t G з 4 0,5ЧО-экгс/с):

Рр 20-10, Р - 16,9-Ю4, Р 13,4 -10, Р3 9,55-Ю4,

Ph 1,

кгс

25

)

30

35

м

Определяют скорости V и плотности р рабочего газа на концах указанных участков

V, 355} V2 403; V3 471, V4 601 м/с,

р, 0,52; р, 0,46; f 3 0,39-,

р 0,31 кг/м3.

Проводят расчет параметров теплообмена рабочей среды со стенкой канала течи, размеры которого измеряют следующим образом.

Определяют ширину h (зазор) поперечного сечения канала течи по эффективности площади f , и высоте b

h г1 0,56-10

-4

М.

Рассчитывают критерии подобия (Прандтля Рг, Рейнольдса Re, Нуссель- та Ыц) и коэффициент теплоотдачи с(

NM 66.50: N и - 63,78-, N, 62,80; N 62,39; о(,3 5,96,- г 5,72, г otj 5,63; 5,59 ккал/(м - с к град)

для параметров рабочей среды (азота), характерных для условий функционирования контролируемого изделия

Рр 20-10 кгс/м, Тр 1300К, Rp 30 кгс-м (кгс«град), Кр 1,4 Ср 0,3 ккал/(кг-град), Ар 0,2 -10 4ккал/(м-с град), . р 0,467-10-5кгс/(м.с).

Определяют температуру газа по длине канала течи на основе аналити-. ческого решения сопряженной задачи нестационарного теплообмена для момента времени Ј 300 с, соответствующего времени рабочего цикла установки, и теплофизических свойств материала корпуса 1 (стали), как наиболее опасного случая теплового наг- ружения зоны негерметичности (об этом свидетельствует контрольный расчет для теплозащитного материала 2)

ст кгс/мэ CCT 0,16 ккал/(); 0,8-10-2 ккал/(м-с-К),

б, 510 К, 0Э 394 К;

ёг 450 К; 6. 300 К.

Определяют тепловое поле в конструкции в зоне течи с использованием метода элементарных балансов, температура корпуса (толщиной 5 мм) по длине канала течи составляет (в данном случае можно говорить о средне- объемной температуре стенки по толщине для конца каждого выделенного участка канала течи ввиду незначительного градиента температур по толщине, при расчете теплового поля в теплозащитном материале получен существенный градиент температур).

Т k 500 К; Т k 430 К; Т 360 К; Т 298 К.

К3К4

По результатам сравнения расчетного теплового состояния (максТ к 500 К) с допустимым для материала (стали) стенок канала течи (Т А0п 600 К) выдают заключение о годности изделия, так как поток рабочего газа через данный канал течи за вре0

5

0

5

0

5

0

мя рабочего цикла установки реализует в конструкции тепловое поле, уровень которого не приводит к нарушению работоспособности изделия.

Способ применяют для теплосиловых установок, включающих как разъемные, так и.неразъемные соединения, и особенно эффективен для последних, поскольку процесс изготовления их с точки зрения обеспечения и контроля герметичности нельзя отнести к разряду активно управляемых, а значит традиционные способы, включающие нормирование утечки по вероятным представлениям о форме канала возможной течи и сравнение фактический утечки с нормой, не оказывают влияния на качество сборки неразъемного соединения и не позволяют достоверно оценить работоспособность изделия в условиях непредвиденной реализации фактического канала течи, свойственных производству.

.Формула изобретения. Способ контроля работоспособности : изделия путем определения расхода через течь и зоны течи, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности путем исключения забраковки годных теплосиловых установок, после определения зоны течи измеряют длину и один из размеров, поперечного сечения канала течи, по которым с учетом расхода через течь и температуры и давления теплоносителя определяют тепловое поле в зоне течи в условиях эксплуатации, а о работоспособности изделия судят по превышению максимально допустимой температуры для стенки изделия над максимальной температурой в определенном тепловом поле.