Способ ускоренных испытаний тепловой трубы Советский патент 1992 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к методам испытаний тепловых труб и может быть использовано в опытном и серийном производстве тепловых труб из сталей, в том числе нержавеющих и конструкционных.

Известен способ определения ресур- соспособности тепловых труб, включающий расчет количества выделяющихся неконденсирующихся газов на основе предложенной модели.

Однако данный способ требует дополнительного определения значительного числа параметров, входящих в расчетное соотношение, и не может использоваться в

технологическом процессе изготовления тепловых труб

Известен также способ определения долговременных характеристик тепловой трубы, включающий повышение температуры при испытаниях выше эксплуатационной, периодическое измерение количества выделившегося неконденсирующего газа (водорода) и прогнозирование количества выделяющегося водорода на основе модели Аррениуса.

Однако данный способ, определяющий возможность использования в тепловых трубах из стали в качестве теплоносителя воды - наиболее эффективного теплоносиXI

CN

00 Ю

теля в низкотемпературном диапазоне, не позволяет определить срок службы тепловых труб с минимальными затратами времени и трудоемкости при высокой степени достоверности. Для периодического контроля количества выделившегося водорода необходимо подвергать испытаниям большое количество тепловых труб с поочередным вскрытием их через определенные промежутки, что требует значительных затрат времени и труда. Расчет количества выделившегося водорода по модели Арре- ниуса не позволяет получить достаточно высокую точность прогноза, так как имеющиеся данные по значениям энергии активации коррозионного процесса для марок сталей, применяемых в технологии тепловых труб, ограничены и противоречивы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ ускоренных ресурсных испытаний тепловой трубы из стали, включающий измерение профиля температур вдоль ее поверхности.. Данный способ производителен, т.к. операции вскрытия тепловых труб и контроль количества выделившегося водорода заменены измерением профиля температур, что дает исчерпывающую информацию для принятия решения о целесообразности их дальнейшей эксплуатации. Время наработки сокращено в 6-10 раз за счет увеличения на 30-50°С температуры тепловых труб при испытаниях. Некоторое снижение трудоемкости способа обеспечено за счет сокращения количества тепловых труб. Оценка количества газа, выделяющегося в результате коррозионного процесса между стальной оболочкой и водой, также осуществляется на основе модели Аррениуса.

Однако данный способ ускоренных ресурсных испытаний также требует значительных временных и трудовых затрат, поскольку время испытаний исчисляется от одного до нескольких тысяч или десятков тысяч часов, а количество испытуемых тепловых труб значительное. Использование модели Аррениуса для оценки количества выделившегося газа встречает существенные трудности из-за ограниченности и противоречивости данных по энергии активации и постоянной соответствующего уравнения, значения которых необходимы для расчетов..

Целью изобретения является сокращение времени испытаний и снижение трудоемкости.

Указанная цель достигается за счет того, что в способе ускоренных ресурсных испытаний предварительно в полость тепловой трубы вводят неконденсирующийся газ в количестве, равном

т-1,14 10 2 r1 6S 5 1 t1 6d(1)

при т r0j ив количестве

т-6,77 10-16T°-4S-3-1ta4d(2)

при т т0) где Г0 1.44 1012t 4 63-начальное время

0 работы;

т- ресурс работы;

S - площадь внутренней поверхности тепловой трубы;

d - толщина стенки тепловой трубы;

5 х - температура пара (адиабатной зоны) тепловой трубы в стационарном режиме.

Наличие начального времени интервала То объясняется неравномерным характером процесса газовыделения, вследствие кото0 рого в начальный период эксплуатации тепловых труб наблюдается более интенсивное выделение неконденсирующегося газа, которое затем постепенно стабилизируется. Количество неконденсирующегося газа го

5 измеряется в кг при измерении начального времени работы (ресурса) т0 (т, ч, площади внутренней поверхности тепловой трубы S, м , толщины стенки тепловой трубы d, мм, температуры пара (адиабатной зоны)тепло0 вой трубы в стационарном режиме t, °C.

Предварительное введение в тепловую трубу неконденсирующего газа в количестве, соответствующем предлагаемому ресурсу работы при заданной температуре,

5 позволяет: сократить время испытаний до времени, равного времени установления стационарного режимча работы тепловой трубы при заданной тепловой нагрузке, что в зависимости от массы тепловой трубы со0 ставляет от нескольких минут до нескольких десятков MHHyTv т.е. отпадает необходимость в наработке предполагаемого ресурса для определения по профилю температур количества выделившегося неконденсирую5 щегося газа, уменьшить трудоемкость испытаний, т.к. резко сокращается требуемое количество испытуемых тепловых труб вплоть до одной и соответственно уменьшается стоимость материалов и оборудования,

0 а также уменьшаются эксплуатационные расходы за счет уменьшения количества тепловых труб и времени испытаний. Согласно приведенным причинам данный способ является более эффективным по

5 сравнению с прототипом,

Соответственно результатам сравнительного анализа в отличие от способа-прототипа в предлагаемом способе перед измерением профиля температур в тепловую трубу вводят неконденсирующийся газ

в количестве, вычисленном по полученным при изучении закономерностей газовыделения в течение длительных ресурсных испытаний зависимостям, которое бы выделилось в течение предполагаемого ресурса работы при заданной температуре, площадь внутренней поверхности и толщине стенки тепловой трубы, а испытания ведут до установления стационарного температурного режима. Таким образом, способ отвечает критерию новизны.

Отличительные признаки заявляемого способа являются существенными, т.к. они необходимы и достаточны для достижения цели изобретения.

Как показывает сравнительный анализ заявляемого решения с прототипом и другими техническими решениями в данной об- ласти и смежных областях, сходные признаки по отношению к существенным отличительным признакам заявляемого способа не выявлены, т.е. заявляемое решение соответствует критерию существенные отличия.

При реализации способа берут тепловую трубу и вводят в нее неконденсирующийся газ любым известным способом например через заправочный штенгель, вентиль и.др., в количестве, которое бы выделилось при предлагаемом ресурсе работы при заданной температуре (температура пара или температура адиабатной зоны), площади внутренней поверхности и толщине стенки тепловой трубы. Далее устанавливаются стационарный режим работы тепловой трубы при подводе к ее зоне испарения фик сированного теплового потока, например, омическим нагревателем. Затем измеряют профиль температур вдоль поверхности тепловой трубы. По полученному профилю температур и сравнению его с эталонным определяют, какая часть зоны конденсации блокирована неконденсирующимся газом и не участвует в теплообмене. На основании анализа данных измерений принимают обоснованное решение о целесообразности

дальнейшего использования тепловой трубы.

Введение перед измерением профиля температур в тепловую трубу неконденсирующегося газа в количестве, которое бы выделилось при предлагаемом ресурсе работы при заданной температуре, площади внутренней поверхности и толщине стенки тепловой трубы, позволяет наладить высокопроизводительный экономический процесс ускоренных испытаний тепловых труб из стали с водой в качестве телпоноси- теля. Сокращение времени испытаний и снижение их трудоемкости позволяет обеспечить высокую надежность и стабильность характеристик получаемых тепловых труб, т е. повысить их качество. Благодаря указанным причинам, заявляемый способ обеспечивает по сравнению с прототипом не менее

чем в 100-5000 раз большую производительность и в 50-100 раз более низкую трудоемкость.

Формула изобретения Способ ускоренных испытаний тепловой трубы с адиабатной зоной путем измерения профиля температур вдоль ее поверхности в стационарном режиме и сравнения его с эталонным, отличающий- с я тем, что, с целью сокращения времени

испытаний и снижения трудоемкости, предварительно в полость тепловой трубы вводят неконденсирующийся газ в количестве, равном

m 1,14 -10-2V 6S-5 1t1 6d при г Г0) и в количестве

m 6,77-10-16T° 4S-3 1t°-4d

при Т Т0, где Г0 1,44

1012 И 63 - начальное время

работы:

т- ресурс работы;

S - площадь внутренней поверхности тепловой трубы; d - толщина стенки тепловой трубы;

t - температура пара адиабатной зоны тепловой трубы в стационарном режиме.

Использование: в опытном и серийном производстве тепловых труб из сталей. Сущность изобретения: предварительно в полость тепловой трубы вводят неконденсирующийся газ. Затем в стационарном режиме измеряют профиль температур вдоль поверхности трубы. Полученный результат сравнивают с эталонным. Количество m газа выбирают равным m 1,14 г1 6 S 5 V-6dnpnr г0 и m 6,77 r° 4S 3 1 „0.4 1012t-463 Г d при Г Г0 , где Г0 1,44 начальное время работы; г- ресурс работы: S - площадь внутренней поверхности тепловой трубы; t - температура пара адиабатной зоны тепловой трубы в стационарном режиме; d - толщина стенки тепловой трубы. Ё