Способ установки тепловыделяющих изделий на поверхности

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к установке крупногабаритных тепловыделяющих изделий, эксплуатирующихся в вакууме, в том числе в составе космической техники. Оно также может быть использовано в приборостроении, вакуумной технике и других областях. Согласно изобретению перед установкой тепловыделяющего изделия на одну из контактирующих поверхностей, выполненных теплопроводными, наносят сплошной равномерный слой теплопроводной пасты. Затем на него в период жизнеспособности пасты наносят дренирующий слой теплопроводного материала. Толщина этого слоя должна быть не более допускаемого зазора между контактирующими поверхностями. После установки изделия производят нагружение его до полного выдавливания сплошного слоя пасты по всему периметру изделия. Благодаря изобретению полностью исключается образование воздушных пузырей в зоне контакта в сплошном теплопроводном слое, образованном пастой с дренирующим материалом. Это исключает возможность опасного перегрева изделия, повышая надежность его в работе.

Изобретение относится к области машиностроение, а именно к установке крупногабаритных тепловыделяющих изделий, эксплуатирующихся в вакууме, в том числе в составе космической техники, а также может быть успешно использовано в приборостроении, вакуумной технике и других областях народного хозяйства.

Актуальность разработки способа установки тепловыделяющих крупногабаритных изделий, в частности приборов на поверхности, вызвана необходимостью предотвращения перегрева тепловыделяющих изделий из-за образования нетеплопроводной воздушной прослойки между сконтактированными поверхностями. Воздушная прослойка в данном случае появляется из-за зазоров, образующихся в результате неплоскостности контактирующих поверхностей, находящейся в пределах допусков на изготовление изделий, а также в случае заданных фиксированных зазоров, заложенных в требованиях конструкторской документации (КД). Перегрев особенно увеличивается в тепловыделяющих изделиях космической техники, функционирующих в вакууме, что может привести к отказу термочувствительных элементов и приборов в целом. При этом существенно снижается надежность выполнения летной задачи.

Задача установки изделий и приборов на панели в космической технике без их перегрева при эксплуатации решалась тем, что контактирующие поверхности приборов и панелей были выполнены из теплопроводного материала, при этом поверхность, на которую устанавливалось изделие (прибор) становилась теплоотводящей. В случае малогабаритных приборов с хорошо подогнанными контактными поверхностями такого решения оказывалось достаточно. Однако при наличии зазоров между контактирующими поверхностями задача установки тепловыделяющих изделий без перегрева усложняется. Недостатком этого способа является то, что он неприемлем для установки крупногабаритных изделий (с поверхностью контакта более 100 см²), т.к. в этом случае между тепловыделяющей и теплоотводящей поверхностями после контактирования образуется большая прослойка воздуха - изолятора. Резкое снижение теплопроводности в этой зоне является опасным источником перегрева крупногабаритных изделий, в частности приборов КА.

Чтобы усилить теплопроводность между контактными поверхностями, промежуток между ними заполняли металлическим порошком. (см. патент ФРГ N 1225212 F 28 F 9/26). Это решение непригодно при установке изделий и приборов на вертикальные панели, а также если в процессе эксплуатации установленные тепловыделяющие изделия подвергаются ударам, вибрации, многократному переворачиванию, т.к. в этом случае металлический порошок почти полностью высыпается и вновь образуется зазор, заполненный воздухом, который при эксплуатации в космосе вакуумируется, что опять ведет к ухудшению теплопроводности между контактирующими поверхностями и перегреву. Использование полей, удерживающих металлический порошок, в частности магнитных, недопустимо, т.к. выводит из строя приборы.

На сегодняшний день самым надежным и проверенным способом установки тепловыделяющих изделий является установка их на сплошной слой теплопроводной пасты. При этом паста не выкрашивается, не отслаивается в процессе динамических нагрузок и при установке изделий на вертикальные поверхности.

За прототип выбран способ установки тепловыделяющих изделий на поверхности, при котором перед установкой изделия на одну из контактных поверхностей наносят слой теплопроводной пасты 131 - 179 с коэффициентом теплопроводности 1,8 - 2,0 Вт/м·К (см. ОСТ 92-1006-77). Указанный способ установки тепловыделяющих изделий с применением пасты позволяет повысить теплоотвод между сконтактированными поверхностями. Однако улучшение теплопроводности не исключает появления пузырей, захлопывающихся между контактирующими поверхностями в слое теплопроводной пасты в случае установки крупногабаритных тепловыделяющих изделий. При этом суммарная площадь пузырей составляет также 15-20% от площади контакта, что также будет приводить к опасным местным перегревам приборов и других изделий.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа установки тепловыделяющих, в том числе и крупногабаритных, изделий, эксплуатирующихся, в частности, в космической технике и в условиях вакуума, на теплоотводящие поверхности, который обеспечивал бы равномерный отвод тепла из тепловыделяющих изделий по всей поверхности контакта с сопрягаемой поверхностью и исключал бы опасный перегрев термочувствительных элементов изделий, повысил надежность функционирования изделий и повысил эксплуатационную надежность космических аппаратов.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе установки тепловыделяющих крупногабаритных изделий на теплоотводящие поверхности сначала наносят на одну из контактирующих поверхностей сплошной равномерный слой теплопроводной пасты и затем в течение времени ее жизнеспособности наносят на пасту дренирующий слой теплопроводного материала. После установки тепловыделяющего изделия производят нагружение сконтактированных поверхностей до выдавливания пасты по всему периметру образующегося стыка, при этом толщина дренирующего слоя не должна превышать допускаемого зазора между контактирующими поверхностями, указанного в конструкторской документации, так как иначе увеличение толщины образующейся теплопроводной прослойки более допустимого зазора может приводить к увеличению неплоскостности сверх допустимой и увеличению установочных габаритов в условиях дефицита рабочего пространства в приборном отсеке, а также к перекосам, недопустимым при эксплуатации изделий.

Новые существенные признаки - это нанесение на теплопроводную пасту дренирующего слоя, в качестве которого может использоваться любой теплопроводный материал в виде порошков, гранул, волокон, например порошков и гранул окиси цинка, нитрида бора, графитовых волокон и т.п., и последующее нагружение сконтактированных поверхностей до выдавливания образованного слоя по всему периметру стыка.

После нагружения сконтактированных поверхностей паста в сочетании с дренирующим слоем дает возможность получить эластичную, сплошную, без пузырей теплопроводную прослойку, не подверженную высыпанию и не отслаивающуюся от контактирующих поверхностей в случае эксплуатационных нагрузок.

Технический результат предлагаемого способа заключается в том, что в процессе контактирования поверхностей происходит утопание дренирующего слоя в пасте с образованием сплошного теплопроводного слоя, не содержащего воздушных пузырей, т.к. воздух не захватывается внутри, а свободно выходит через каналы в дренирующем теплопроводном слое. Указанный способ установки тепловыделяющих изделий на поверхности полностью исключает опасный перегрев тепловыделяющих изделий, повышает надежность функционирования изделий (приборов) и соответственно повышает надежность выполнения летной задачи.

Способ осуществляется следующим образом.

На одну из сопрягаемых поверхностей наносят равномерный сплошной слой теплопроводной пасты, например пасты 131-179 (ОСТ92-1006-77); на поверхность пасты в течение времени ее жизнеспособности наносят дренирующий слой теплопроводного материала, например порошка окиси цинка. Избыток порошка удаляют с поверхности пасты, оставляя ровный слой порошка на поверхности, при этом минимальная толщина дренирующего слоя не регламентируется. Толщина его контролируется в соответствии с конструкторской документацией на допуск неплоскостности при установке; после чего сразу производят установку изделия с последующим нагружением сконтактированных поверхностей и их нагружением, например, при закручивании болтовых соединений между прибором и панелью.

Предлагаемый способ достаточно прост в эксплуатации и высокоэффективен, т.к. полностью исключает опасный перегрев тепловыделяющих изделий, в том числе и крупногабаритных, работающих в вакууме, повышает надежность эксплуатации не только тепловыделяющих изделий, но и космических летательных аппаратов, в составе которых они функционируют.

Предлагаемый способ прошел успешное опробование при макетировании установки крупногабаритных приборов на теплоотводящие поверхности (например, на крепежные металлические установочные панели в приборном отсеке КА) и показал отсутствие пузырей между контактирующими поверхностями и надежную работу приборов.

Формула изобретения

Способ установки тепловыделяющих изделий на поверхности, заключающийся в том, что перед установкой тепловыделяющего изделия на одну из контактирующих поверхностей, обеспечивающих теплопроводность, наносят сплошной равномерный слой теплопроводной пасты, отличающийся тем, что на слой теплопроводной пасты в течение времени ее жизнеспособности наносят дренирующий слой теплопроводного материала, при этом толщина дренирующего слоя должна быть не более допускаемого зазора между контактирующими поверхностями, а после установки тепловыделяющего изделия производят нагружение его до полного выдавливания сплошного слоя пасты по всему периметру изделия.