Способ проведения ресурсных испытаний теплообменника

 

(ц 574657

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10.07.75 (21) 2154657/06 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.09.77. Бюллетень ¹ 36

Дата опубликования описания 06.10.77 (51) М Кл г G 01М 13/00

F 28F 13/10

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.565.94. .001.2 (088.8) (72) Авторы изобретения Б. К. Костырев, И. Н. Кривоногов, В. С. Мартынов, Э, А. Салтайс и П. А. Скотников (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ РЕСУРСНЫХ ИСПЫТАНИИ

ТЕПЛООБМЕ Н Н И КА

Изобретение относится к области теплообменной техники и, в частности, к способам проведения ускоренных ресурсных испытаний теплообменников в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным.

Известны способы проведения ресурсных испытаний теплообменников путем подачи во внутреннюю полость газа под постоянным давлением, при этом через стенку теплообменника периодически проходит тепловой поток, создавая термические напряжения (1).

Недостаток таких способов заключается в том, что они предусматривают воздействие на теплообменник лишь статических нагрузок, которые учитываются запасом прочности при проектировании. При испытании же высокотемпературных теплообменников необходимо учитывать не только статические нагрузки, но и весь спектр динамических переменных нагрузок, так как характер разрушения высокотемпературных теплообменников, применяемых в системах кондиционирования воздуха на самолетах, носит в эксплуатации усталостный характер, несмотря на то, что все теплообменники имеют значительный (примерно, трехкратный) запас прочности по статическим нагрузкам.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ проведения ресурсных испытаний теплообменника путем продувки воздушными потоками обеих его полостей в условиях вибронагрузок (2).

Этот способ предусматривает воздействие также и ряда переменных динамических на5 грузок (от переменного давления воздуха в условиях вибрационной нагрузки), но все же в недостаточной степени имитирует эксплуатационные условия, при которых кроме вибрационных нагрузок возникают усталостные на ð грузки не только от переменного давления рабочей среды, но и от воздействия периодического скачкообразного повышения давления, а также от воздействия на конструкцию термических напряжений, обусловленных периодической сменой температурных режимов от температуры продувочного воздуха до максимальной рабочей и обратно.

Цель изобретения — обеспечение проведения испытаний высокотемпературных теплообменников в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным.

Достигается это тем, что продувку горячей полости ведут при периодическом скачкообразном повышении давления до максимальной

25 рабочеь величины с периодической сменой температурных режимов от температуры потока, продувающего другую полость, до максимальной рабочей и обратно, а продолжительность каждого периода ограничивают временем стабилизации температуры поверхности

574657

3 теплообменника соответственно на уровне максимальной рабочей температуры и на уровне температуры потока, продувающего другую полость.

Такой способ проведения ресурсных испытаний теплообменника позволяет воспроизводить весь спектр основных переменных эксплуатационных нагрузок. К этим нагрузкам относятся нагрузки, обусловленные вибрацией самолета, скачкообразными повышениями давления и пульсацией температуры рабочей среды при переходе с одного режима на другои; при взлете самолета, при посадке, наборе высоты и т. д. Таким образом, количество циклов периодического скачкообразного повышения давления до максимальной рабочей величины в горячей полости теплообменника с периодической сменой температурных режимов от температуры продувочного потока до максимальной рабочей и обратно может служить критерием количественной оценки ресурса теплообменника.

В связи с тем, что теплообменники систем кондиционирования воздуха самолетов работают в условиях нестациопарных нагрузок, их необходимо испытывать при программном нагружении, воспроизводящем спектр наиболее характерных эксплуатационных нагрузок, чередующи ся в определенной последовательности, устанавливаемой при летных испытаниях для каждого типа самолета (скачкообразное повышение давления рабочей среды, температурные режимы, расход рабочей среды и уровень вибрацнопных нагрузок) .

11а чертеже представлена комбинированная схема установки для проведения ресурсных испытаний теплоо бменника.

Установка включает линию А горячего воздуха и линию Б продувочного воздуха и содержит вибростенд 1 и электрический пульт с программным устройством 2. Для подачи горячего воздуха на вход горячей полости теплообменника 3 служит линия А горячего воздуха, в которую включены источник 4 питания, регулируемая заслонка 5, электрический подогреватель б, два отсечных регулятора 7 и 8, которые управляются электромагнитными клапанами 9 и 10, и регулируемая заслонка

11 на выходе из горячей полости теплообменника 3.

Линия Б продувочного воздуха включает источник 12 пневмопитания и две регулируемые заслонки 13 и 14 соответственно на входе и выходе в продувочную полость теплообменника 3.

Испытуемый теплообменник 3 крепится через переходные детали 15 на столе вибростенда так, как и на объекте применения (способ крепления, материалы трубопроводов и фланцев, их толщины, типы температурных компенсаторов и т. д. те же, что и в условиях эксплуатации). В линии А горячего воздуха входной и выходной фланцы теплообменника 3 крепятся через температурные компенсаторы 1б и 17.

1О

20 75 зо

4

В линии А горячего воздуха заслонка 5 служит для поддержания расхода воздуха через подогреватель 6, отсечной регулятор 7— для стравливания горячего воздуха в атмосферу с целью циклического (запрограммированного) изменения температурных режимов теплообменника 3, а отсечной регулятор 8— для запрограммированного периодического скачкообразного повышения давления на входе горячего потока. Заслонка 11 на выходе горячего воздуха автоматически поддерживает заданный расход на всех режимах испытаний.

В линии Б продувочного воздуха две регулируемые заслонки 13 и 14 автоматически поддерживают заданный расход воздуха через продувочную полость в режиме нагревания теплообменника 3, и в режиме охлаждения.

Работа стенда происходит следующим образомм.

Испытуемый теплообменник 3 совершает возвратно-поступательное движение под действием привода вибростенда 1. Испытания проводятся на фиксированных частотах нагружения, выявленных как наиболее опасные при проведении испытаний на виброустойчивость. Одновременно включается продувочный воздух с автоматически поддерживаемым заслонками 13 и 14 расходом и горячий воздух с запрограммированным расходом, поддерживаемым регулируемыми заслонками 5 и 11 и запрограммированными периодическими скачкообразными повышениями давления на входе горячего воздуха в теплообменник 3 до максимальной рабочей величины, осуществляемыми открытием и закрытием проходного сечения отсечного регулятора 8, при этом отсечной регулятор 7 закрыт, т. е. происходит процесс нагревания теплообменника 3.

После стабилизации температуры поверхности теплообменника 3 на уровне максимальной рабочей температуры рабочей среды переходят на режим охлаждения. По сигналу с электрического пульта 2 отсечной регулятор 7 открывается и стравливает горячий воздух в атмосферу; при этом линия Б продувочного воздуха остается включенной, а заслонками

13 и 14 обеспечивается расход воздуха через теплообменник 3, необходимый для его быстрого охлаждения. После стабилизации температуры поверхности теплообменника 3 на уровне температуры продувочного воздуха цикл заканчивается, и все повторяется снова.

Программа испытаний составляется по результатам летных испытаний путем исключения незначительных пульсаций давления и температуры рабочей среды, а также гладких (стационарных) режимов и, таким образом, содержит максимальные и характерные циклы нагружения, многократно повторяющиеся в условиях эксплуатации, т. е. содержит периодические скачкообразные повышения давления рабочей среды до максимальной рабочей величины в горячей полости теплообмен"

574657

Г ника и периодическую смену температурных режимов от температуры продувочного потока до максимальной рабочей, и обратно. Количество этих повторных циклов за гарантийную наработку определяется по формуле т„м

Л „= и„, P мнн где t „,— минимальное время одного рейса; пч — максимально возможное количесто циклов, повторяющихся за один рейс:

Т, „ — гарантийная наработка или ресурс до первого ремонта.

Данный способ проведения ресурсных испытаний теплообмсн ика позволяет проводить испытания высокотемпературных теплообменников в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным, а также имитировать различные режимы работы теплообменников и своевременно выявлять недостатки конструкции.

Формула изобретения

Способ проведения ресурсных испытаний теплообменника путем продувки воздушными потоками обеих его полостей в условиях вибронагрузок, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности проведения испытаний высокотемпературных теплообмен5 ников в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным, продувку горячей полости ведут при периодическом скачкообразном повышении давления до максимальной рабочей величины с периодической сме10 ной температурных режимов от температуры потока, продувающего другую полость, до максимальной рабочей, и обратно, а продолжительность каждого периода ограничивают временем стабилизации температуры поверх1,-, ности теплообменника соответственно на уровне максимальной рабочей температуры и на уровне температуры потока, продувающего другую полость.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 194384, кл. G 01М 13/00, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР № 308326, кл. G 01М 13/00, 1971.