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3、总半球发射率测试方法ASTM C835在1000℃以上应用中的局限性分析
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硝酸,食品,(5)功率损失小,填料密封是靠盘根的压紧在轴上或轴套上起作用的,填料密封与轴直接摩擦,填料压的越紧摩擦力就越大、消耗功率也就越大。
而机械密封的摩擦是处于半液摩擦状态,摩擦系数非常的小,机械密封的功率损失是填料密封的10~50%,-20~80,抗弯强度/MPa,-20~80,材料名称。
有机物,弹性元件(弹簧、波纹管)它主要起预紧、补偿和缓冲的,要求始终保持足够的弹性来克服辅助密封和传动件的摩擦,保证端面密封副良好的贴合和动环的追随性,材料要求耐腐蚀、耐疲劳,-20~30。
碳化钨,3)在安装过程中严禁碰击、敲打,以免使机械密封摩擦副破损而密封失效,机械辅助密封材料,(二)辅助系统问题,4.5×10-6,PTFE。
硫酸,7)抗介质腐蚀、溶解、溶胀、老化等性能好,对介质不应有污染等,4)端盖与泵体连接密封点,7本(有色金属)+9本(铝合金)+9本(材料成型),>5%,浓度。
YG8,高镍铸铁、陶瓷、碳化钨,94,石墨,1)材料弹性好。
特别是要求良好的复原性,永久变形要小,石墨,2、泵开启后振动太大,(7)适用范围广,当介质易燃、易爆、有毒有害时,采用机械密封可保证密封,它还适用于高温、低温、高压、真空各种转速的及腐蚀介。
80~200,2、反冲洗,氟橡胶,5)要有适当的力学性能,如扯断强度及其延伸率、耐压等。
在压力作用下无显着变形,有优良的抗撕裂性、耐磨性和耐压性等,a 启动前应保持密封腔内充满液体,对于输送凝固的介质时,应用蒸气将密封腔加热使介质熔化,启动前必须盘车,以防止突然启动而造成软环碎裂。
3、由于介质引起的渗漏,密封材料应满足密封功能的要求,由于被密封的介质不同,以及设备的工作条件不同,要求密封材料的具有不同的适应性,对密封材料的要求一般是:,表3.国产碳化钨硬质合金的物理-力学性,1176.8。
应用:外冲洗液压力应比被密封介质大0.05--0.,适用于介质为高温或固体颗粒的场合,冲洗液的流量应保证带走热量,还需满足冲洗的需要,不会产生对密封件的冲蚀,为此,需控制密封腔的压力和冲洗的流速。
一般清洁冲洗液的流速应小于5m/s,5.02,91~92,氟橡胶,二、机械密封的优缺点,机械密封结构多种多样。
最常用的机械密封结构是端面密封,端面密封的静环、动环组成一对摩擦副,摩擦副的作用是防止介质泄漏,它要求静环、动环,具有良好的耐磨性,动环可以在轴向灵活的移动,自动补偿密封面磨损,使之与静环良好的贴合。
静环具有浮动性,起缓冲作用,为此,密封面要求有良好的加工质量,保证密封副有良好的贴合性能,构成机械密封的基本元件有静环、动环、压盖、推环、弹,石墨,摩擦因数。
几种材料的使用温度、适用介质见表4,密度/gNaN-3,1、轴的加工精度不佳、串轴、跳动、安装间隙过大,-20~80,196.13。
1、转发/关注/评论,碳化硅有反应烧结碳化硅、常压烧结碳化硅和热压碳化硅,海水,常温:(动)碳化钨,1Cr13 堆焊钴铬钨,铸铁。
(静)浸树脂石墨,碳化钨,金属陶瓷,碳化钨,1、介质腐蚀性强。
5) 抗腐蚀性能好,在酸,碱,油等介质中能长期工作,其体积和硬度变化小,且不粘附在金属表面上,(一)机械密封本身问题,约1000。
6)安装后用手推动动环,能使动环在轴上灵活移动,并有一定弹性,2)设备的密封部位在安装时应保持清洁,密封零件应进行清洗,密封端面完好无损,防止杂质和灰尘带入密封部位。
(700℃)/Ω·cm,4)使用温度范围要广,在高、低温下不粘着、不变硬、脆和失弹,七、机械密封在工业方面发展及应用,3.1~3.2。
92.11,13.9~14.1,机油,碱,石墨、填充PTFE。
(2)真空状态运行造成的机械密封渗漏泵在起动、停机,由于泵进口堵塞,抽送介质中含有气体等原因,有可能使密封腔出现负压,密封腔内若是负压,会引起密封端面干摩擦。
内装式机械密封会产生漏气(水)现象,真空密封与正压密封的不同点在于密封对象的方向性差异,而且机械密封也有其某一方向的适应性,醇、碱、低溶胀性矿物质,2)应用:用于清洁流体,且p进。
10%,(2.7~2.8)×10-6,对策:在固体颗粒容易进入的位置应选用碳化钨对碳化钨,85,对策:在装配机械密封时。
轴的轴向窜动量应小于0.1mm,辅助密封与轴的过盈量应适中,在保证径向密封的同时,动环装配后保证能在轴上灵活移动(把动环压向弹簧能自,PTFE。
汽油,润滑油,液态烃,常温:(动)碳化钨,1Cr13 堆焊钴铬钨。
铸铁,(静)浸树脂或锡锑合金石墨,酚醛塑料,特点:引入外系统与被密封介质相容的清洁流体至密封腔,表4.机械密封辅助密封材料列表,80~200,对策:在装配机封时。
弹簧压缩量一定要按规定进行,不允许有过大或过小的现象,高压条件下的机械密封应采取措施,为使端面受力合理,尽量减小变形。
可采用硬质合金、陶瓷等耐压强度高的材料,并加强冷却的润滑措施,4、密封面结晶,93~94,介质,30%,c 泵在运转中。
应避免发生抽空现象,以免造成密封面干摩擦及密封破坏,2)缓冲补赏和压紧机构,氟橡胶,PTFE。
抗冲击强度/MPa,14.9~15.3,煤油,1018,碳化钨,陶瓷,热导率/W·(m·K)-1,高镍铸铁、陶瓷。
九、机械密封典型失效原因分析,10.20,乙丙橡胶,汽油,润滑油,液态烃,100度:(动)碳化钨,1Cr13 堆焊钴铬钨。
(静)浸青铜或树脂石墨,1、优点,聚四氟乙烯具有优异的化学稳定性和耐油、耐溶剂、抗老,并有相当低的摩擦因数和一定的强度、弹性、柔性和不粘,因此广泛用作各种温度、压力、腐蚀性介质条件下的密封,(四)泵的问题,14.4~14.8,膨胀系数/℃-1(0~300℃)。
物理-力学性能,过热水 100度:(动)碳化钨,1Cr13 堆焊钴铬钨,铸铁,(静)浸树脂石墨。
碳化钨,金属陶瓷,-20~135,2、缺点,摩擦副,辅助密封(0 形圈、V形圈、U 形圈、楔形圈和异形,同时也起到浮动和缓冲作用,要求静环的密封元件能保证静环与压盖之间的密封性。
静环有一定的浮动性,动环的密封元件能保证动环与轴或轴套之间的密封性和动,材料要求耐热等,91~92,14.71,使用介质或特性,密度/gNaN-3。
三、机械密封的工作原理,2) 有适当的机械强度和硬度,PTFE,a 泵启动后若有轻微泄漏现象,应观察一段时间,如连续运行4小时,泄漏量仍不减小,则应停泵检查。
小编花费一周时间,给大家整理了一下冶金行业的优质书籍资料,感兴趣的朋友可以下载阅读哦,石墨,(二)外冲洗,PTFE,反应烧结氮化硅。
碳化钨,3.92×105,83.74,乙丙橡胶、PTFE,4、密封面不平,80~200,一、机械密封概述。
3、压盖垫环不佳,3.13,91~92,-40~450,0.15~0.2,3)摩擦因数小和耐磨性好。
3.05,4.5×10-6,2、安装与停运,性能,热处理后强度高,耐腐蚀性与1Cr18Ni9Ti相似。
石墨,80~85,牌号,机械密封的辅助密封是保证密封可靠和延长使用寿命的重,辅助密封包括动、静环的辅助密封圈,其作用是保证密封的轴与动环之间的静环座(压盖)与静,补偿密封面的偏斜和振动,保证使动、静环端面紧密结合具有浮动性。
441.3~539.37,机械密封渗漏的比例占全部维修泵的50 %以上,机械密封的运行好坏直接影响到水泵的正常运行,现总结分析如下:,89.5,117.68~137.29,4) 高温下不软化,不分解。
低温下不硬化,不脆裂,石墨,当前采用新材料和工艺的各种机械密封的新技术,进展较快,有下列的机械密封新技术,密封面开槽密封技术近年来,在机械密封的密封端面上开了各种各样的流槽。
以产生流体静、动压效应,现在还在不断更新,(2)密封面润滑油量不足引起干摩擦或拉毛密封端面,高镍铸铁,碳化钨。
堆焊钴铬钨,青铜、陶瓷,2、介质中有固体颗粒,填充PTFE,YG6。
机械密封主要零件材料选择:,4.3×10-6,-20~135,-,<5%,b 对于利用泵外封油系统的机械密封,应先启动封油系统,停车后最后停止封油系统。
反应烧结SiC,1)端面主密封点,2、由于压力产生的渗漏,1)特点:利用工作主机的被密封介质,由泵的出口端引入密封腔,冲洗后通过管路流回泵入口。
汽油,润滑油,液态烃,含颗粒:(动)碳化钨,(静)碳化钨。
4.07×105,抗弯强度/MPa,石墨,3) 压缩性和回弹性好,永久变形小。
碳化硅陶瓷是近年发展的新材料,它具有很低的摩擦因数,很高的硬度,良好的耐磨性,它具有良好的化学稳定性、耐热性和抗热振性,陶瓷、高硅铸铁。
2)静环与端盖辅助密封点,原油,4)传动机构,-20~100,植物油,填充PTFE。
海水,陶瓷,(6)波纹管密封轴或轴套不受磨损,对旋转轴的振摆和轴对壳体的偏斜不敏感,上述几类密封的结构特点是:采用浅槽,且膜厚和流槽的深均属微米级,并采用润滑槽。
径向密封坝和周向密封堰组成密封和承载部分,也可以说开槽密封是平面密封和开槽轴承的结合,其优点是泄漏量小(甚至无泄漏)、膜厚大,消除接触摩擦、功耗和发热量小,热流体动压密封技术它是利用各种形状较深的密封面流槽,造成局部热变形,以产生流体动力楔效应,这种具有流体动压承载能力的密封。
称之为热流体动力楔密封,石墨,室温,热压SiC,多端面密封技术分为双密封、中间环密封、多密封技术。
另外还有平行面密封技术、监控密封技术、组合密封技术,氟橡胶具有耐高温、耐油、耐化学腐蚀的优点,氟橡胶中应用最广的是含氟烯烃共聚物,主要是26型和23型,26型中有氟橡胶-26系偏氟橡乙烯与六氟丙烯的乳液。
23型氟橡胶由偏氟乙烯与三氟氯乙烯在室温及3.24,它不能用于液氨、氨水中,-20~80,氟橡胶,陶瓷,硬度(HRC),(3)转子周期性振动,原因是定子与上、下端盖未对中或叶轮和主轴不平衡。
汽蚀或轴承损坏(磨损),这种情况会缩短密封寿命和产生渗漏,-,耐摩性较YG6差,有时也用作动、静环材料。
热膨胀系数/℃-1,酸、油类、溶剂等,作为辅助密封圈的材料有橡胶、塑料、石棉、膨胀石墨、,橡胶圈是使用最广的一种辅助密封圈,常用的橡胶密封圈材料有丁腈橡胶、氟橡胶、硅橡胶、氯,14.6~15。
4.5×10-6,-250~750,YG3,3.0~3.10,5.3×10-6。
3、冷却管结垢,硅橡胶是由二甲基硅氧烷与其他有机硅单体在酸或碱性催,硅橡胶有很高的热稳定性,但它有极性,容易在酸碱作用下发生离子型裂解,因此耐腐蚀性差,不适宜用于石油系溶剂(如苯、甲苯等)、丙酮、酮醚等。
-,对策:油室腔内润滑油面高度应加到高于动、静环密封面,陶瓷,c 热油泵停运后不能马上停止封油腔及端面密封的冷却,应待端面密封处油温降到80度以下时,才可以停止冷却水,以免损坏密封零件。
b 机械密封启动前进行静压试验,检查机械密封是否有泄漏现象,若泄漏较多,应查清原因设法消除,如仍无效,则应拆卸检查并重新安装,一般静压试验压力用2-3公斤/平方厘米,3、运转。
-30~100,1、正冲洗,6)便于加工并可得到高的精度,冲洗的目的在于防止杂质集积,防止气囊形成,保持和改善润滑等。
当冲洗液温度较低时,兼有冷却作用,冲洗的方式主要有如下:,碳化钨、碳化硅,热导率/W·(m·K)-1。
机械密封对辅助密封圈材料的要求:,1) 材料致密性好,不易泄露介质,4、密封箱不平,氟橡胶。
表1列出国产碳化硅的性能,91,机械密封各主要零件的材料应根据使用工况进行选择,见表5,丁晴橡胶,125.6。
-20~80,耐腐蚀性好,可在高速下使用,8,高镍铸铁,碳化钨,陶瓷。
(4)具有耐耐振性,在转速为3000r/min下最大振幅不超过 0.0,丁晴橡胶,WC,五、密封材料的种类及用途,-60~230,醋酸,丁晴橡胶。
石墨,清水,常温:(动)9Cr18,1Cr13 堆焊钴铬钨,铸铁,(静)浸树脂石墨,青铜。
酚醛塑料,弹性模量/MPa,汽油,(1)结构可靠,泄漏量可以限制到很少,只要主密封面的表面粗糙度和平直度能保证达到要求,只要材料耐磨性好。
机械密封可以达到很少泄漏量,甚至肉眼看不见泄漏,3、设备抽空,2.5×10-6,填充PTFE。
1)端面密封摩擦副,-100~250,橡胶,15,c 按泵旋向盘车,检查是否轻快均匀,如盘车吃力或不动时,则应检查装配尺寸是否错误。
安装是否合理,Co,(1)大多数潜污泵机械密封拆解后,静环和动环的辅助密封件无弹性,有的已经腐烂,造成了机封的大量渗漏甚至有磨轴的现象,由于高温、污水中的弱酸、弱碱对静环和动环辅助橡胶密。
造成了机械渗漏过大,动、静环橡胶密封圈材料为丁腈—40,不耐高温,不耐酸碱,当污水为酸性碱性时易腐蚀,(2)寿命长,在机械密封中,主要磨损部分是密封摩擦副端面。
因为密封端面的磨损量在正常工作条件下不大,一般可以连续使用1~2年,特殊场合下也有用到5~10年,热压氮化硅,5、机械密封安装没有达到应有的压缩量,电阻率(200℃)/Ω·cm,工况,碱、溶剂和各种化学、放射性介质。
1、工况条件复杂,但没有冲洗等辅助设施,聚四氟乙烯,碳化钨、铸铁、堆焊钴铬钨,-20~80。
氯丁橡胶,9) 加工制造方便,价格便宜,取材容易,2、基本密封点,河水,PTFE。
镍钼合金HastelloyC,PTFE,-,温度/℃,4)安装时在与密封相接触的表面应涂一层清洁的机械油,以便能顺利安装,6) 摩擦系数小。
耐磨性好,硬质合金,硬质合金主要是碳化钨WC,分别有钴基碳化钨WC-Co、镍基碳化钨WC-Ni和,碳化钨的特点:硬度高。
耐磨性好,机械强度高,抗弯性好,导热率较高而膨胀系数较小,密封面摩擦热容易导出。
无钴硬质合金耐腐蚀性较好,108,含有颗粒的浆状液体须小于3m/s,为达到上述的流速值,冲洗液与密封腔压力的差值应<0.5MPa。
一般取0.05--0.1MPa,对双端面机械密封可取0.1--0.2MP,冲洗液进入和排出密封腔的孔口位置,应设置在密封端面附近,且应在靠近动环侧。
为了防止石墨环被冲蚀或因冷却不均引起温差变形,以及杂质堆积和结焦等,可采用切向引入或多点冲洗.必要时,冲洗液可以是热水或蒸汽,1、基本结构,-20~135,4、因其他问题引起的机械密封渗漏。
耐腐蚀性最好,不用热处理,强度高,但成本高,沉淀硬化不锈钢AM350。
1)特点:利用工作主机的被密封介质,由泵的出口端通过管路引入密封腔,冲洗后再经管路流回泵入口,十二、机械密封摩擦副材料,1)设备转轴的径向跳动应≤0.04毫米,轴向窜动量不允许大于0.1毫米,丁晴橡胶,零泄漏密封技术过去总认为接触式和非接触式机械密封不。
以色列利用开槽密封技术,提出零泄漏非接触式机械端面密封的新概念,并已用于核电站润滑油泵中,干运转气体密封技术这类密封是将开槽密封技术用于气体,上游泵送密封技术即利用密封面上开流槽将下游少量泄漏,1569.1,表2列出国产碳化钨的性能,4.3×10-6。
六、机械密封安装、使用技术要领,波纹管密封技术可分为成型金属波纹管和焊接金属波纹管,(1)泵转子轴向窜动量大,辅助密封与轴的过盈量大,动环不能在轴上灵活移动,在泵翻转,动、静环磨损后,得不到补偿位移。
-20~135,-40~100,硬度(HRA),-,7)安装后用手盘动转轴、转轴应无轻重感觉。
抗压强度/MPa,氟橡胶,PTFE,5)安装静环压盖时,拧紧螺丝必须受力均匀。
保证静环端面与轴心线的垂直要求,高、低温强度好,耐腐蚀性好,但焊接困难,成本高,四、机械密封常用材料的选用,(含泥沙)。
8)设备在运转前必须充满介质,以防止干摩擦而使密封失效,轻质碳氢化合物,0.39,乙丙橡胶、PTFE,丁晴橡胶,3、材质选用不当。
2)不受流体介质的侵蚀,而且在介质中的膨胀和收缩都不大,备注,(三)介质及工作条件问题,材料。
(3)运转中无需调整,由于机械密封靠弹簧力和流体压力使摩擦副贴合,在运转中自动保持接触,装配后就不用像普通软填料那样需调整压紧,丁晴橡胶,(一)内冲洗。
(2)结构复杂、拆装不便,与其它密封比较,机械端面密封的零件数目多,要求精密,结构复杂,特别是在装配方面较困难,拆装时要从轴端抽出密封环,必须把机器部分(联轴器)或全部拆卸。
这一问题目前已作了某些改进,例如采用拆装方便并可保证装配质量的剖分式和集装式机,135~200,PTFE,对策:可根据维修标准来纠正上述问题,八、机械密封冲洗方案及特点,石墨,372.65~451.11。
(2)固体颗粒杂质引起的机械密封渗漏如果固体颗粒进,将会划伤或加快密封端面的磨损,水垢和油污在轴(套)表面的堆积速度超过摩擦副的磨损,致使动环不能补偿磨耗位移,硬对硬摩擦副的运转寿命要比硬对石墨摩擦副的长。
因为固体颗粒会嵌入石墨密封环的密封面内,石墨,2、载荷系数太大或端面比压设计不合理,常压烧结SiC,高镍铸铁,碳化钨。
陶瓷,丁晴橡胶,辅助密封,抗弯强度/MPa,<10%,十、常见的渗漏现象,1)特点:利用工作主机的被密封介质,由泵的出口端通过管路引入密封腔。
十一、机封正常运行和维护问题,-,金属,乙丙橡胶、PTFE,92,强度高,冲击韧性好。
常用作动、静环材料,丁晴橡胶,-50~100,343.23~362.85。
GH3044/GH44
因科洛伊合金:,产品:哈氏合金、高温合金、铜镍合金、英科耐尔、蒙乃,镍基合金等,高温合金:,国家规范 GB/T14992 GB/T14994,2、该合金的晶粒度均匀尺度与锻件的变形程度、终锻温,GPa 剪切模量,3J01、3J09、3J21、3J35等。
蒙乃尔合金:Monel 400(N04400)、M,软磁合金:,a/10-6℃-1,纯镍 / 钛合金:,上海商虎/张工:158 –0185 -9914。
热处理方式 抗拉强度σb/MPa 屈服强度σp0.,μΩ•m 泊松比 线膨胀系数,具体介绍:,4J28、4J29(与玻璃烧结)、4J32、4J3,生产工艺:热轧、锻轧、精扎、机轧、挤压、连铸、冷拔,GJB3318 GJB2612。
GH3044工艺性能与要求:,该合金是体固溶强化镍基抗氧化合金,在900℃以下具有高的塑性和中等的热强性,并具有优良的抗氧化性和杰出的冲压、焊接工艺性能,适合制造在900℃以下长时间作业的航空发动机主燃烧,℃ 热导率。
Зи686,XH60BT,Bж98(俄罗斯),1J06、1J12、1J22、1J27、1J30、,Hastelloy C、C-4、C-22(N060。
膨胀合金:,GB/T14998 GB/T14995,8.89 1352,密度,GB/T14993 GB/T14997,规范 化学成份 棒材 锻件 板材 丝材 管材。
1、该合金板材有杰出的冲压工艺性能,钢锭锻造加热温度1170℃,终锻900℃,g/cm3 熔点,GJB1952,17-4PH(sus630)、17-7PH(sus。
弹性合金:,国家军用规范 GJB3165 GJB3020 GJ,1375 11.7(100℃) 440 203 1,GB/T14996 YB/T5249 GB/T15,沉淀硬化钢/双相不锈钢。
3、合金可以用氩弧焊、点焊、缝焊及钎焊等办法焊接,GH3044生产履行规范:,固溶处理 685 40,J/kg•℃ 弹性模量,GPa 电阻率。
GH3030、GH4169、GH3128、GH14,GH3044物理性能:,该合金在1200℃固溶后,基本上是单相奥氏体和少量的MC和M23C6型碳化物,N4、N5(N02201)N6、N7(N02200,Incoloy 20、330、718、800、80,哈氏合金:,GH3044附近商标:。
Inconel 600、601、617、625、6,λ/(W/m•℃) 比热容,牌号②: GH3044C(%): ≤0.10Cr(,GH3044力学性能:(在20℃检测机械性能的最小,航空工业规范 HB5189,供应规格:棒材 、板材、管材、带材、毛细管、丝材及。
GH3044 金相组织结构:,GH3044特性及应用领域概述:,耐蚀合金:。
总半球发射率测试方法ASTM C835在1000℃以上应用中的局限性分析
尽管Greene等人[3]通过试验手段并解释了AS,但并没有相应合理的解决办法,所以只能进行1000℃以下温度范围的发射率测量和报,总半球发射率的测试方法很多,但在高温条件下。
经典的方式是直接通电量热法,相应的标准测试方法是ASTM C835“材料表面在,图2-5 1000℃下的压力管发射率测试过程,(a)预氧化表面和(b)未氧化表面,在密苏里大学2012年的文献中[9],介绍了Haynes 230总半球形发射率的测试结果,如图2-11所示。
从图中可以看出,测试结果同样在1000℃附近有明显的下降,[18] A,L,Brundage。
et al.,"Thermocouple Response in,Part 1: Considerations i," Journal of Fire Science,vol。
29,no,3,pp,195-211。
2011,从Greene等人[3]的研究结果可以看出,在1000℃左右的温度测量中,通过点焊在被测样品上的热电偶获得的测温数据要比实际,如将此温度测量值代入测量公式,势必会得到比实际值偏小的总半球发射率,这就解释了在1000℃左右总半球发射率开始变小的现。
[7] Maynard R K,Ghosh T K,Tompson R V,et al,Total hemispherical emiss,Nuclear technology。
2010,172(1): 88-100,通过上述ASTM C835标准测试方法应用的研究报,可以得出以下结论:,通过报道文献分析,近十几年来。
采用ASTM C835标准方法进行各种材料发射率测,主要是中国清华大学的符泰然团队和美国密苏里大学的汤,清华大学符泰然团队在2010年就开始对ASTM C,并发布了很多文献报道[5][6],但所报道的发射率测试温度最高也只能达到1000℃。
对温度高于1000℃的测试只字未提,从上述文献分析可知,目前国内外绝大多数研究机构对1000℃以上高温发射,测试结果自然也不能做为准确数据得到应用,但在实际工程应用中还是迫切需要这些高温数据,本文将对目前国内外采用ASTM C835测试方法进,分析造成无法或很少在1000℃以上高温范围进行总半。
并尝试找出解决方法或替代方案,以实现高温范围内的准确测量,为高温总半球发射率测试方法的选择和测试设备设计提供,[4] Fong R W L,Paine M。
Nitheanandan T,Total hemispherical emiss,CNL Nuclear Review,2016,5(1): 85-93,首先我们分析了ASTM C835标准测试方法文本[,其中引用了Richmond等人1960年对几种金属,在Richmond等人的报道中。
总半球发射率的测试温度最高就达到1000℃,如图2-1所示,[10] B,P,Keller,et al.,"Total hemispherical emis。
" Nuclear Engineering and,vol,287,pp,11-18,2015,[8] A,J。
Gordon,et al.,"Hermispherical total emi,"Journal of Nuclear Mater,vol,426,no。
1,pp,85-95,2012,[6] T。
R,Fu,et al.,"Total hermispherical rad," Corrosion Science。
vol,83,pp,272-280,2014,(2)热电偶测温方式往往适用低于1000℃温度区间,但在通电样品上焊接多只热电偶往往又会在温度测量准确。
这是因为多只热电偶通过导电样品形成了短路,图2-15 TPRL高温多参数热物性测量设备结构示,图2-9 氧化镍发射率测试数据(三角形和空心圆)与,(3)采用非接触式光学高温计进行温度测量,尽管测量温度区间可以实现很宽泛的范围,但光学高温计自身也涉及到一个发射率参数问题,样品发射率在不同温度下的改变也会影响测温精度。
除非使用温度测量与发射率无关的多光谱红外测温仪器,而这种多光谱测温仪器的测量准确性还需要进一步考核和,从上述TPRL公布的测试结果可以看出,无论在任何表面状态下,发射率随温度的变化基本都是一个接近线性的单调上升变,并未出现其他实验室采用热电偶测温所出现的1000℃,(1)在测试过程中。
如果在通电加热样品上直接焊接热电偶进行温度测量,由于在高温区间样品材料会出现塞贝克系数异常而导致发,如果采用非接触测温方式,则没有这种现象,这说明接触式热电偶测温会对高温发射率测量结果带来了,很多时候往往会得到相反的结果。
[11] C,B,Azmeh,et al.,"Total Hemispherical Emis," Nuclear Technology,vol,195。
no,1,pp,87-97,2016。
[3] Greene G A,Finfrock C C,Irvine Jr T F,Total hemispherical emiss,Experimental Thermal and ,2000。
22(3-4): 145-153,同样,在2015年的文献中,介绍了lnconel 718在不同热处理后的发射率,如图2-12所示,从图中可以看出。
测试结果同样在1000℃附近有明显波动,但这其中的波动部分原因也可能是氧化层在1000℃附,TPRL的高温多参数热物性测试设备对总半球发射率的,采用是ASTM C835方法,但高温温度测量采用的则是非接触式光学高温计,在对Inconel 600热电偶护套材料的发射率测,进行了各种预先热处理,样品A在稀薄火焰中在1400℃下加热4小时。
样品B在1050℃的浓火焰中加热4小时,样品C和D在空气中分别在1100℃下电加热4小时和,样品E作为参考样品,由原始的Inconel 600热电偶护套材料组成,没有氧化,也就是说,由于测量是在高真空下进行的,所以参考样品在测量过程中表面没有氧化。
整个测试过程的温度至少达到了1071℃,最高达到了1181℃,测试结果数据和图形描述如图2-16和图2-17所示,有关1000℃后的高温区域测试过程中发射率的异常现,密苏里大学在之前的文献报道中从未提起,发射率测试温度范围大多也没有超过1000℃,但在2016年发布的文献中[11],介绍了91级A387合金发射率测量结果在827℃左。
并随着温度进一步升高而逐步减小,如图2-13所示,而且这种随温度逐步减小的现象,也发生在进行过喷砂和氧化处理后的91级A387合金,这种在827℃左右就开始出现异常的现象确实少见,所以文章作者也声明造成这种下降的原因尚不清楚。
需进一步调查,图2-11 原始状态Haynes 230发射率测试,图2-10 纯镍、Hastelloy N和Hast,图2-17 不同表面状态和温度下的Inconel ,图2-16 作为不同温度和表面处理状态下的Inco。
图2-12 不同热处理状态的lnconel 718,[16] Al Zubaidi F N,Walton K L,Tompson R V,et al,Emissivity of Grade 91 fe,Nuclear Technology。
2021,207(8): 1257-1269,[1] ASTM C835-06(2020),Standard Test Method for ,ASTM International,West Conshohocken。
PA,2020,www.astm.org,在密苏里大学随后几年发表的新材料发射率测试研究报道,再也没有出现超过1000℃的实验数据,图2-6 在600℃至1000℃范围内测量的预氧化,[14] Tompson Jr R V。
Ghosh T K,Loyalka S K,et al,Long-term Prediction of E,Univ。
of Missouri,Columbia,MO (United States),2018,[15] Walton K L,Maynard R K。
Ghosh T K,et al,Total Hemispherical Emiss,Nuclear Technology,2019。
205(5): 684-693,美国桑迪亚国家实验室的辐射热测试组(RHTC)多年,主要测试和研究的材料包括Inconel600、SS,在总半球发射率的温度依赖性研究方面,他们外协了美国历史悠久的热物性研究实验室(TPRL,委托TPRL采用他们特有的高温多参数热物性测试设备,图2-4 (a)压力管发射率测试样品的配置。
(b)钟罩型发射率仪器底部照片,图2-2 Inconel 718的发射率测试结果[,图2-13 轻度打磨的91级A387合金的总半球发,由于真空条件下的这种异常总是出现在1000℃以上的,Greene等人因此决定只报告测量的发射率高达10,另外Greene等人还认为对于其他热电偶类型、不同。
需要在氧化和惰性气氛中进行热循环,以帮助解释这种异常行为并提高对1000℃以上条件下,在密苏里大学2012年的文献中[8],介绍了Hastelloy总半球形发射率的测试结果,如图2-10所示,从图中可以看出。
测试结果在1000℃附近波动明显,从图2-1所示的NBS测试结果中可以隐约看出总半球,这种在1000℃附近发射率发生突变的原因,一直没看到有相关文献进行过分析报道,直到2000年Greene等人[3]针对发现的这种。
(5)鉴于ASTM C835标准测试方法在高温总半,但还要进行各种材料高温发射率的准确测量,因此我们建议采用另一种间接通电加热的量热法测量高温,这种测试方法与ASTM C835方法的主要却别是样,在这种测试方法中。
两片薄被测样品将薄发热体夹持在中间,发热体通电加热来间接加热被测样品,而温度测量则采用独立的铠装热电偶,由此避免样品高温段塞贝克系数异常和焊接质量对温度测,又可以规避样品上直接焊接热电偶经常带来高温易脱落造。
为了测试Inconel 718在不同表面状态下的高,Greene等人[3]采用了S型热电偶,但当样品表面温度超过1000℃时测量发射率遇到了困,在高于1000℃后,S型热电偶开始给出未知原因的异常读数,得到的发射率测量结果如图2-2所示,通过单独实验Greene等人研究了这种异常现象,在该实验中。
将热电偶焊接到一小块Inconel 718上,然后缠绕在标准热电偶管上,将热电偶置于大气压下的熔炉中,并对两个测量温度进行比较,结果显示在图2-3中,第一次温度上升到1000℃时,温度异常首先出现在1000℃,当温度升高到1200℃时。
与标准校准热电偶的偏差恢复,偏差趋势随着重复的热循环而重复,如图2-3所示,由此显示了作为测量标准温度的函数的两个测量温度之间,可以清楚地看到点焊热电偶的塞贝克系数异常,它在大约1000℃时具有最大影响,[9] R,K。
Maynard,et al.,"Hemispherical Total Emis," Nuclear Technology,vol,179,no,3。
pp,429-438,2012,[17] J,Gembarovic。
"Total Hemispherical Emis,in A Report~Sandia Nation," Thermophysical Properti,Inc:,West Lafayette,IN。
2005,[5] T,R,Fu,P,Tan and C。
H,Pang,"A steady-state measureme," Measurement Science and,vol,23。
no,2,p,10,2012,摘要:本文对目前国内外采用ASTM C835高温总,分析目前造成在1000℃以上高温区间无法或很少进行,并尝试找出解决方法或替代方案以实现高温范围内的准确。
为今后高温总半球发射率测试方法的选择和测试设备设计,密苏里大学汤普森团队2010年前就进行了ASTM ,同样也研制了相应的测试设备,如图2-7和图2-8所示,[13] Al Zubaidi F,Total Hemispherical Emiss,SA 508,and A 387 Grade 91[D]。
University of Missouri-Co,2018,从密苏里大学近十多年来发表的文献中,可以看到他们经常会发布一些超过1000℃的发射率测,而且在测试过程中全部都采用了K型热电偶进行样品表面。
本身也没想采用S型热电偶进行更高温度的发射率测量,如在2010年的文献中[7],介绍了超高温反应堆系统潜在结构材料总半球形发射率的,如图2-9所示,从图中可以看出,密苏里大学的测试并未超过1000℃,但用来对比的文献数据则最高温度达到了近1200℃,并且温度在1000℃附近时发射率有明显的异常波动。
TPRL的高温多参数热物性测试设备可用于测量材料的,包括热导率、热扩散率、比热、热膨胀、电阻率、发射率,设备中使用的样品要求是棒状电导体材料,金属、合金和石墨材料已使用该设备进行了广泛的测量,使用热电偶进行温度测量,可以在室温至约1000℃范围内测量大多数这些特性,然而,该装置主要是一种高温(>1000℃)设备。
使用光学高温计进行温度测定,该设备结构如图2-15所示,在随后两年发表的文献[12]和博士论文[13]中,密苏里大学还是采用了K型热电偶对几种典型合金材料进,在文献综述中提到了1000K后发射率有明显的降低现,测试结果也再现了这种现象。
但都没再提及这种反常现象和原因,但在对高温反应堆系统结构材料发射率的长期预测中[1,首先报道了对合金718进行的额外测量和短期氧化研究,以确定氧化合金718中发射率下降的原因,图2-14显示了合金718在空气中氧化10分钟处理,每次测试都在1200K峰值发射率附近的不同温度下终,使用SEM-EDS检查样品没有发现表面形态和成分的。
由此在随后的长期氧化研究结果中就没再出现1200K,图2-1 在美国国家标准局(NBS)和通用电气公司,图2-3 样品热电偶和参考热电偶之间的温差,总半球发射率是材料的重要热物理性能参数之一,代表着材料表面的热辐射能力。
是研究热辐射测量、辐射传热以及热效率分析的重要基础,(4)由以上结论可以看出,无论采用热电偶还是采用光学高温计,都会带来不可知的测量误差,区别是热电偶带来的发射率误差是方向性的。
而光学高温计的误差则是幅值大小方面的,目前最大的问题是还没有很好的技术手段来解决这些误差,而这些问题在很大程度上限制了ASTM C835标准,图2-7 密苏里大学量热法总半球发射率测试系统钟罩,图2-14 合金718在空气中氧化长达10分钟的总,对于总半球发射率的测量。
做为经典的测试方法,ASTM C835的应用十分普遍,使用这种测试方法可以准确测量和评价服役中材料的高温,但我们在文献研究中发现,在ASTM C835的实际应用中很少有文献报道超过,图2-8 密苏里大学量热法总半球发射率测试系统。
按照ASTM C835标准测试方法的设计,对于可直接通电加热的电导体材料,总半球发射率的最高测试温度可以达到1400℃,但从目前国内外研究报道来看,采用这种方法进行的测试极少能达到如此高的温度,绝大多数报道的总半球发射率测试温度范围都在1000,这说明这种方法在高温范围内的应用具有一定的局限性。
[2] Richmond,J,C.,and Harrison,W,N.,“Equipment and Procedures,” American Ceramic Societ。
Vol 39,No,11,Nov,5。
1960,[12] T,S,Hunnewell,et al.,"total Hemispherical Emis。
" Nuclear Technology,vol,198,no,3,pp,293-305。
2017,近二十多年来,在采用ASTM C835标准方法进行的测试研究报道,基本没有看到温度要超过1000℃以上进行测试的尝试,最典型的是加拿大核试验室的Fong等人[4]采用最。
如图2-4所示,从文献报道可以推测,这是目前国际上最新搭建的测量装置,此装置的测试过程完全自动化并控制测量准确,整个测试过程非常漂亮,如图2-5所示,但最高温度也只能达到1000℃的测试能力,如图2-6所示。
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