[go: up one dir, main page]

RU2417367C1 - Method and device to determine thermophysical properties of solid materials in field of centrifugal forces - Google Patents

Method and device to determine thermophysical properties of solid materials in field of centrifugal forces Download PDF

Info

Publication number
RU2417367C1
RU2417367C1 RU2009145656/28A RU2009145656A RU2417367C1 RU 2417367 C1 RU2417367 C1 RU 2417367C1 RU 2009145656/28 A RU2009145656/28 A RU 2009145656/28A RU 2009145656 A RU2009145656 A RU 2009145656A RU 2417367 C1 RU2417367 C1 RU 2417367C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
disk
temperature
electric heater
sample
vacuum
Prior art date
Application number
RU2009145656/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Григорьевич Бычков (RU)
Николай Григорьевич Бычков
Александр Роальдович Лепешкин (RU)
Александр Роальдович Лепешкин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority to RU2009145656/28A priority Critical patent/RU2417367C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2417367C1 publication Critical patent/RU2417367C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: heat-isolated wire or thin rod from solid material with electric heater fitted on one its ends is arranged on disk revolving at high speed. Said disk is placed in vacuum chamber at initial temperature, deep vacuum is generated and disk is loaded by two cycles of temperature and centrifugal forced effects. Intrinsic peripheral speed is set in each cycle. Preset peripheral speed reached, electric heater is switched on to record specimen temperature in time. Preset top temperature reached, electric heater and rotation drive are turned off, while, initial temperature reached, specimen is subjected to the next loading cycle. Obtained data allows determining experimental factor in rotation and static state to correct thermo physical characteristics of material static state, e.g. heat conductivity is the field of centrifugal forces. Proposed device comprises motor, vacuum acceleration chamber communicated with vacuum pump, disk fitted on motor shaft and placed in said vacuum chamber, electric heater secured on material specimen arranged on said disk, thermocouples arranged on, at least, both ends of specimen, temperature recorder connected via current collector to thermocouples and power supply, disk rpm control device connected to motor, rpm pickup arranged ahead of vacuum chamber and connected to control device. ^ EFFECT: higher validity of determination. ^ 6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области экспериментальной физики и испытательной техники, а именно к созданию способа и установки для измерения температурных характеристик твердых теплопроводных материалов в поле действия центробежных сил.The invention relates to the field of experimental physics and testing equipment, namely to the creation of a method and apparatus for measuring the temperature characteristics of solid heat-conducting materials in the field of centrifugal forces.

Изобретение может быть использовано для экспериментального определения тепловых характеристик твердых теплопроводных материалов, входящих в состав деталей и/или узлов, силонагруженных большими центробежными силами, например в двигателях, машинах и другом оборудовании.The invention can be used to experimentally determine the thermal characteristics of solid heat-conducting materials that are part of parts and / or assemblies, heavily loaded with large centrifugal forces, for example, in engines, machines and other equipment.

Известен способ определения теплофизических характеристик строительных материалов многослойных конструкций без нарушения их целостности (патент РФ №2140070, МПК G01N 25/18, опубл. 20.10.1999 г.)A known method for determining the thermophysical characteristics of building materials of multilayer structures without violating their integrity (RF patent No. 2140070, IPC G01N 25/18, publ. 10/20/1999)

Тепловое воздействие на поверхность исследуемого материала осуществляют дисковым нагревателем в условиях адиабатического режима и регистрируют зависимость температуры поверхности исследуемого материала от времени. При этом для определения коэффициентов температуропроводности наружных слоев конструкции регистрируют зависимость температуры от времени в четырех поверхностных точках, а для определения теплофизических характеристик внутренних слоев конструкции один из нагревателей отключают и регистрируют зависимость температуры поверхности от времени в двух из указанных точек. Для определения коэффициентов теплопроводности наружных и внутренних слоев конструкции экспериментальные зависимости температуры от времени для точек поверхности, имеющих более высокую температуру, аппроксимируют кусочно-ступенчатыми функциями с заданным шагом по времени, а искомые теплофизические характеристики определяют по соответствующим формулам.The thermal effect on the surface of the investigated material is carried out by a disk heater under the adiabatic conditions and the time dependence of the surface temperature of the studied material is recorded. Moreover, to determine the thermal diffusivity coefficients of the outer layers of the structure, the temperature versus time is recorded at four surface points, and to determine the thermophysical characteristics of the inner layers of the structure, one of the heaters is turned off and the surface temperature versus time is recorded at two of these points. To determine the thermal conductivity coefficients of the outer and inner layers of the structure, the experimental time dependences of temperature for surface points having a higher temperature are approximated by piecewise-step functions with a given time step, and the desired thermophysical characteristics are determined by the corresponding formulas.

Известна установка для исследования теплопроводности теплоизоляционных материалов (патент РФ №2289126, МПК G01N 25/32, опубл. 10.12.2006 г.).A known installation for studying the thermal conductivity of heat-insulating materials (RF patent No. 2289126, IPC G01N 25/32, publ. 10.12.2006).

Установка содержит источник тепла, средства для замера температуры на горячей и холодной стенках образца. Источник тепла связан с устройством регистрации развиваемой им мощности и размещен внутри осевого канала цилиндрического образца. На торцах образца установлены шайбы из теплоизоляционного материала с термическим сопротивлением не ниже термического сопротивления свода исследуемого цилиндрического образца.The installation contains a heat source, means for measuring the temperature on the hot and cold walls of the sample. The heat source is connected to a device for recording the power it develops and is located inside the axial channel of a cylindrical sample. Washers made of heat-insulating material with thermal resistance not lower than the thermal resistance of the arch of the test cylindrical sample are installed at the ends of the sample.

Известен способ и установка для измерений теплопроводности горных пород при высоких давлениях и температурах (Ветроградский В.А., Попов Ю.А., Миклашевский Д.Е. Метод и установка для измерений теплопроводности горных пород при высоких давлениях и температурах. Известия высших учебных заведений, серия «Геология и разведка», 2003 г., №5, с. 47-51).A known method and installation for measuring thermal conductivity of rocks at high pressures and temperatures (Vetrogradsky V.A., Popov Yu.A., Miklashevsky D.E. Method and installation for measuring thermal conductivity of rocks at high pressures and temperatures. News of higher educational institutions , series "Geology and exploration", 2003, No. 5, p. 47-51).

Установка содержит камеру высокого давления и температур, оборудованную системой термостатирования, затвор, силовую гайку и уплотнительные резиновые кольца, контейнер с исследуемым образцом и теплоэкранами, электронагреватель контейнера с термопарой, компрессор с нагнетательным патрубком, датчик давления, смонтированный на затворе камеры. Токовые и потенциальные отводы от образца и контейнера проходят через конусные уплотнения затвора.The installation contains a high-pressure and temperature chamber equipped with a temperature control system, a shutter, a power nut and rubber sealing rings, a container with a test sample and heat shields, a container electric heater with a thermocouple, a compressor with a discharge pipe, and a pressure sensor mounted on the chamber shutter. Current and potential taps from the sample and container pass through the tapered seal of the valve.

Способ включает одновременное воздействие на образец высоких давлений и температур линейным источником тепла постоянной мощности, от которого к исследуемой среде подводят теплоту. Мощность источника постоянна во времени и равномерно распределена по длине источника. Регистрируют изменение во времени температуры образца в области, непосредственно контактирующей с источником. Регистрируемую в ходе эксперимента некоторую кажущуюся теплопроводность определяют определенным соотношением и вычисляют теплопроводность при помощи аналого-цифрового преобразователя и компьютера.The method includes simultaneous exposure to a sample of high pressures and temperatures by a linear heat source of constant power, from which heat is supplied to the test medium. The power of the source is constant in time and evenly distributed along the length of the source. The change in time of the temperature of the sample in the area directly in contact with the source is recorded. The apparent thermal conductivity recorded during the experiment is determined by a certain ratio and the thermal conductivity is calculated using an analog-to-digital converter and a computer.

Известные способы и устройства позволяют производить определение температурных характеристик твердых материалов, в поле действия сил на сжатие при высоких давлениях.Known methods and devices allow the determination of the temperature characteristics of solid materials in the field of compression forces at high pressures.

Способов и устройств для определения температурных характеристик твердых теплопроводных материалов в поле действия центробежных сил не выявлено.Methods and devices for determining the temperature characteristics of solid heat-conducting materials in the field of action of centrifugal forces have not been identified.

В основу изобретения положена задача создания способа и устройства для измерения теплофизических характеристик твердых материалов в поле действия центробежных сил, реализуемых на установках роторных машин. Техническим результатом является повышение достоверности теплофизических характеристик, в частности температуропроводности и теплопроводности, твердых материалов при высокой окружной скорости вращения, например, лопаток и дисков турбин.The basis of the invention is the creation of a method and device for measuring the thermophysical characteristics of solid materials in the field of action of centrifugal forces, implemented on the installations of rotary machines. The technical result is to increase the reliability of thermophysical characteristics, in particular thermal diffusivity and thermal conductivity, solid materials at high peripheral speed of rotation, for example, turbine blades and disks.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения теплофизических характеристик твердых материалов, теплоизолированный образец в виде проволоки или тонкого стержня из твердого материала с электронагревателем, размещенным на одном из его концов, устанавливают на диске, выполненном с возможностью высокоскоростного вращения, помещают диск в вакуумную камеру при начальной температуре, создают глубокий вакуум и нагружают, по меньшей мере, двумя циклами совокупного воздействия температуры и поля действия центробежной силы, при этом в каждом цикле задают собственную окружную скорость, при достижении окружной скорости заданного значения включают электронагреватель и регистрируют изменение температуры образца во времени, при достижении заданного верхнего значения температуры электронагреватель и устройство вращения отключают, а при достижении начальной температуры нагружают следующим циклом, по полученным данным рассчитывают экспериментальный коэффициент cii) в видеThe problem is solved in that in the method for determining the thermophysical characteristics of solid materials, a thermally insulated sample in the form of a wire or a thin rod of solid material with an electric heater placed at one of its ends is mounted on a disk configured for high-speed rotation, the disk is placed in a vacuum chamber at the initial temperature, create a deep vacuum and load with at least two cycles of the combined effect of temperature and the action field of the centrifugal force, at the volume in each cycle sets its own peripheral speed, when the peripheral speed reaches the set value, the electric heater is turned on and the change in temperature of the sample in time is recorded, when the specified upper temperature is reached, the electric heater and the rotation device are turned off, and when the initial temperature is reached, the next cycle is loaded, according to the received data, experimental coefficient c ii ) in the form

cii)=Vmii)/Vm00),c ii ) = Vm ii ) / Vm 00 ),

где Vmii) и Vm00) - максимальные значения скорости нагрева при окружной скорости (υi) и в статическом состоянии (υ0), соответственно, и корректируют им теплофизические характеристики статического состояния материала, например, температуропроводность в поле действия центробежных сил определяют по формуле:where Vm ii ) and Vm 00 ) are the maximum values of the heating rate at the peripheral speed (υ i ) and in the static state (υ 0 ), respectively, and they correct the thermal properties of the static state of the material, for example, thermal diffusivity the field of action of centrifugal forces is determined by the formula:

ai=a0icii),a i = a 0i c ii ),

где ai и а0 - температуропроводность материала при и без воздействия центробежных сил, соответственно.where a i and a 0 - thermal diffusivity of the material with and without the influence of centrifugal forces, respectively.

Целесообразно, чтобы диаметр образца составлял бы примерно 0, 5 мм.It is advisable that the diameter of the sample be approximately 0.5 mm.

Целесообразно также, чтобы глубина вакуума составляла бы примерно 0,03 атм.It is also advisable that the depth of the vacuum would be approximately 0.03 atm.

Кроме того, целесообразно, чтобы образец и электронагреватель были бы теплоизолированы от диска, а конец образца с электронагревателем располагают ближе к центру диска, чем другой.In addition, it is advisable that the sample and the electric heater be insulated from the disk, and the end of the sample with the electric heater is located closer to the center of the disk than the other.

Поставленная задача решается также тем, что установка для определения температурных характеристик твердых теплопроводных материалов в поле действия центробежных сил содержит электродвигатель, вакуумную разгонную камеру, связанную с вакуумным насосом, диск, который установлен на валу электродвигателя и помещен в разгонную камеру, электронагреватель, который закреплен на образце материала, установленного на диске, термопары, размещенные, по меньшей мере, на обоих концах образца, устройство регистрации температур, подключенное через токосъемник к термопарам и источнику питания, устройство управления частоты вращения диска, соединенное с электродвигателем, датчик частоты вращения, установленный до камеры на валу электродвигателя и подсоединенный к устройству управления.The problem is also solved by the fact that the installation for determining the temperature characteristics of solid heat-conducting materials in the field of action of centrifugal forces contains an electric motor, a vacuum booster chamber associated with a vacuum pump, a disk that is mounted on the motor shaft and placed in the booster chamber, an electric heater that is mounted on a sample of the material mounted on the disk, thermocouples placed at least at both ends of the sample, a temperature recording device connected through a stripper to thermocouples and a power source, a disk rotational speed control device connected to the electric motor, a rotational speed sensor mounted to the camera on the electric motor shaft and connected to the control device.

Целесообразно также, чтобы на диске были бы установлены дополнительные контрольные термопары по радиусу основных термопар, подключенные к устройству регистрации температур.It is also advisable that additional control thermocouples along the radius of the main thermocouples connected to the temperature recording device would be installed on the disk.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием и фигурами, на которых фиг.1 отражает принципиальную схему устройства для измерения теплофизических характеристик твердых материалов в поле действия центробежных сил согласно изобретению;The invention is further illustrated by the description and figures, in which figure 1 reflects a schematic diagram of a device for measuring the thermophysical characteristics of solid materials in the field of action of centrifugal forces according to the invention;

фиг.2 - фронтальный вид по А поверхности диска устройства на фиг.1;figure 2 is a front view along A of the surface of the disk of the device of figure 1;

фиг.3 - кривые, иллюстрирующий изменение температуры и скорости нагрева Vmii) твердого материала во времени для различных частот вращения;figure 3 - curves illustrating the change in temperature and heating rate Vm ii ) of a solid material in time for different rotational speeds;

фиг.4 - кривая экспериментальных коэффициентов cii), полученная по графику фиг.3, согласно изобретению.figure 4 - curve of the experimental coefficients c ii ) obtained according to the graph of figure 3, according to the invention.

Способ осуществляют с помощью установки (фиг.1). Установка содержит электродвигатель 4, вакуумную разгонную камеру 11, связанную с вакуумным насосом 12, диск 6, установленный на валу 5 электродвигателя. На фронтальной поверхности диска 6 (фиг.2) закреплен исследуемый образец 13, на ближнем к валу конце которого размещен электронагреватель 1.The method is carried out using the installation (figure 1). The installation comprises an electric motor 4, a vacuum booster chamber 11 connected to a vacuum pump 12, a disk 6 mounted on the shaft 5 of the electric motor. The test sample 13 is fixed on the front surface of the disk 6 (Fig. 2), at the end of which is located near the shaft of the electric heater 1.

Электродвигатель 4 выбран таким образом, что обеспечивает диску 6 высокоскоростные вращения, создающее образцу 13 соответствующее поле действия центробежных сил, таких как, например, в лопатках и дисках турбин авиационных двигателей и установок.The electric motor 4 is selected in such a way that it provides the disk 6 with high-speed rotations, creating a corresponding field of action of centrifugal forces for the sample 13, such as, for example, in the blades and disks of turbines of aircraft engines and plants.

Установка содержит (фиг.2) средства контроля температуры образца в виде термопар 3, размещенных на обоих концах образца.The installation contains (Fig.2) means for controlling the temperature of the sample in the form of thermocouples 3 located at both ends of the sample.

Установка может содержать дополнительные контрольные термопары, размещенные против образца на фронтальной поверхности диска 6 по радиусу основных термопар (центрально симметрично основным термопарам).The installation may contain additional control thermocouples placed against the sample on the front surface of the disk 6 along the radius of the main thermocouples (centrally symmetrical to the main thermocouples).

Термопары 3 и 17 проводами 15, 16 и 18 (соответственно) подключены к устройству 2 регистрации температур через токосъемник 9, подсоединенный к источнику питания 10.Thermocouples 3 and 17 with wires 15, 16 and 18 (respectively) are connected to the temperature recording device 2 through a current collector 9 connected to a power source 10.

Установка содержит также датчик 8 частоты вращения, установленный на валу 5. Датчик 8 целесообразно устанавливать до камеры 11.The installation also contains a speed sensor 8 mounted on the shaft 5. It is advisable to install the sensor 8 up to the camera 11.

Кроме того, установка содержит устройство 7 управления частоты вращения диска, вход которого соединен с электродвигателем 4, а выход - с датчиком 8.In addition, the installation includes a device 7 for controlling the rotational speed of the disk, the input of which is connected to the electric motor 4, and the output to the sensor 8.

В качестве источника питания 10 целесообразно использовать стабилизированный источник постоянного тока. В качестве устройства 2 регистрации температур используют компьютерную систему.As a power source 10, it is advisable to use a stabilized DC source. As the device 2 registration temperature using a computer system.

Способ согласно изобретению, осуществляют на установке следующим образом.The method according to the invention is carried out on the installation as follows.

Изготавливают образец 13 из исследуемого материала в виде тонкого стержня или проволоки определенного диаметра и длины и располагают на диске 6.A sample 13 is made of the test material in the form of a thin rod or wire of a certain diameter and length and is placed on the disk 6.

При этом вокруг одного его конца наматывают теплоизолированные витки электронагревателя 1 и подсоединяют с обоих концов две основные термопары 3, причем одна из них подсоединена к образцу 13 перед электронагревателем 1. Образец 13 с термопарами 3 и электронагревателем 1 проводами 15, 16 теплоизолируют и размещают на диске.In this case, heat-insulated turns of electric heater 1 are wound around one end thereof and two main thermocouples 3 are connected from both ends, one of them being connected to sample 13 in front of electric heater 1. Sample 13 with thermocouples 3 and electric heater 1 by wires 15, 16 is insulated and placed on a disk .

Конец образца 13 с электронагревателем 1 располагают ближе к центру вращения диска 6, чем другой конец.The end of the sample 13 with electric heater 1 is located closer to the center of rotation of the disk 6 than the other end.

Целесообразно расположить образец 13 под углом, например, 45° по отношению к касательной к дуге окружности 19.It is advisable to position the sample 13 at an angle, for example, 45 ° with respect to the tangent to the arc of a circle 19.

Диск 6 устанавливают в вакуумной разгонной камере 11 и присоединяют к валу 5 электродвигателя 4. Через отверстия (не показаны) вала прокладывают провода 15, 16 и 18 от термопар 3, электронагревателя 1 и дополнительных термопар 17 и подсоединяют их к токосъемнику 9. От токосъемника 9 провода 15 и 17 (от термопар 3 и дополнительных термопар 17) подключают к устройству 2 регистрации температур, а провода 16 (от электронагревателя 1) - к источнику питания 10. Датчик 8 частоты вращения устанавливают на валу 5 электропривода 4 и подключают к устройству 7 управления частотой вращения, соединенного с электродвигателем 4. К вакуумной разгонной камере 11 подсоединяют вакуумный насос 12.The disk 6 is installed in a vacuum accelerating chamber 11 and connected to the shaft 5 of the motor 4. Through the holes (not shown) of the shaft, wires 15, 16 and 18 from the thermocouples 3, the electric heater 1 and additional thermocouples 17 are connected and connected to the current collector 9. From the current collector 9 wires 15 and 17 (from thermocouples 3 and additional thermocouples 17) are connected to a temperature recording device 2, and wires 16 (from an electric heater 1) are connected to a power source 10. A speed sensor 8 is mounted on the shaft 5 of the electric drive 4 and connected to the control device 7 h rangefinders rotation, connected to the motor 4. By accelerating the vacuum chamber 11 is connected a vacuum pump 12.

Затем осуществляют определение теплофизических характеристик, согласно изобретению, циклически следующим образом.Then carry out the determination of thermophysical characteristics, according to the invention, cyclically as follows.

Вакуумным насосом 12 создают глубокий вакуум и регистрируют термопарами 3 начальную температуру образца.Vacuum pump 12 create a deep vacuum and record the initial temperature of the sample with thermocouples 3.

Задают частоту вращения вала 5 устройством 7 и приводят диск 6 во вращение с помощью электродвигателя 4. Датчиком 8 контролируют частоту вращения. При достижении заданной частоты вращения включают источник 10 для электропитания электронагревателя 4 и этим нагружают образец совокупным воздействием температуры и поля действия центробежной силы с заданной окружной скоростью. Образец 13 нагревают до определенного верхнего значения температуры и при этом регистрируют устройством 2 изменение температуры во времени.The rotational speed of the shaft 5 is set by the device 7 and the disk 6 is driven into rotation by an electric motor 4. The rotational speed is monitored by a sensor 8. Upon reaching a predetermined speed, turn on the source 10 for power supply of the electric heater 4 and this load the sample with the combined effect of temperature and the action of the centrifugal force with a given peripheral speed. Sample 13 is heated to a certain upper temperature value and the device 2 registers a change in temperature over time.

При достижении указанной температуры электронагреватель 1 отключают, диск 6 останавливают.When the specified temperature is reached, the electric heater 1 is turned off, the disk 6 is stopped.

При достижении образцом начальной температуры задают другую частоту вращения вала 5 и нагружают образец следующим циклом совокупного воздействием температуры и поля действия центробежной силы.When the sample reaches the initial temperature, a different rotational speed of the shaft 5 is set and the sample is loaded with the next cycle of the combined action of the temperature and the centrifugal force.

По полученным данным рассчитывают экспериментальный коэффициент cii) в виде cii)=Vmii)/Vm00),According to the data obtained, the experimental coefficient c ii ) is calculated in the form c ii ) = Vm ii ) / Vm 00 ),

где Vmii) и Vm00) - максимальные значения скорости нагрева при окружной скорости (υi) и в статическом состоянии (υ0), соответственно, и корректируют им теплофизические характеристики статического состояния материала, например, температуропроводность в поле действия центробежных сил определяют по формуле:where Vm ii ) and Vm 00 ) are the maximum values of the heating rate at the peripheral speed (υ i ) and in the static state (υ 0 ), respectively, and they correct the thermal properties of the static state of the material, for example, thermal diffusivity the field of action of centrifugal forces is determined by the formula:

ai=a0icii),a i = a 0i c ii ),

где ai и а0 - температуропроводность материала при и без воздействия центробежных сил, соответственно.where a i and a 0 - thermal diffusivity of the material with and without the influence of centrifugal forces, respectively.

Теплопроводность может быть определена по формуле: кi0сii), где кi и к0 - теплопроводность материала при и без воздействия центробежных сил, соответственно.Thermal conductivity can be determined by the formula: k i = k 0 s ii ), where k i and k 0 are the thermal conductivity of the material with and without centrifugal forces, respectively.

С помощью устройства по способу согласно изобретению, проведены экспериментальные исследования образца из твердого теплопроводного материала в поле действия центробежных сил на заданных частотах вращения от 2500 об/мин до 5000 об/мин.Using the device according to the method according to the invention, experimental studies of a sample of solid heat-conducting material in the field of action of centrifugal forces at specified rotational speeds from 2500 rpm to 5000 rpm were carried out.

В устройстве в качестве термопар 3 и 17 использованы хромель-алюмелевые термопары диаметром 0,3 мм, для проводов 15, 16 и 18 использованы копелевые провода 0,5 мм, диск 6 выполнен из жаропрочного никелевого сплава, токосъемник 9 выполнен как ртутный токосъемник РТО-32М. Устройство 2 регистрации температур выполнено как компьютерная система.In the device, chromel-alumel thermocouples with a diameter of 0.3 mm were used as thermocouples 3 and 17, 0.5 mm copel wires were used for wires 15, 16 and 18, disk 6 is made of heat-resistant nickel alloy, current collector 9 is made as a mercury current collector PTO- 32M. The temperature recording device 2 is designed as a computer system.

При осуществлении способа в вакуумной разгонной камере давление остаточного воздуха составляло 0,03 атм, начальная температура примерно 24°C. На электронагреватель 1 подавали постоянный ток от стабилизированного источника питания 10 с постоянной мощностью 24 Вт.When implementing the method in a vacuum booster chamber, the pressure of the residual air was 0.03 atm, the initial temperature was about 24 ° C. The electric heater 1 was supplied with direct current from a stabilized power source 10 with a constant power of 24 watts.

Эксперименты проводили способом согласно изобретению, в статическом состоянии диска (без воздействия центробежных сил) при υ0=0 и на частотах вращения 2500 и 5000 об/мин, которым соответствуют окружные скорости υ1=25 м/с и υ2=50 м/с. Полученные данные представлены на фиг.3-4.The experiments were carried out by the method according to the invention, in a static state of the disk (without the action of centrifugal forces) at υ 0 = 0 and at rotation frequencies of 2500 and 5000 rpm, which correspond to peripheral speeds υ 1 = 25 m / s and υ 2 = 50 m / from. The data obtained are presented in figure 3-4.

Кривые 1-3 фиг.3 показывают изменение температуры и скорости нагрева при частоте вращения: 1 - 0 об/мин, 2 - 2500 об/мин, 3 - 5000 об/мин.Curves 1-3 of Fig. 3 show the change in temperature and heating rate at a rotational speed: 1 - 0 rpm, 2 - 2500 rpm, 3 - 5000 rpm.

Указанные кривые на фиг.3 имеют максимальные значения в точках Vm,0=0,026, Vm,1=0,063 и Vm,2=0,077°С/с, соответственно.These curves in figure 3 have maximum values at points Vm , 0 = 0.026, Vm , 1 = 0.063 and Vm , 2 = 0.077 ° C / s, respectively.

Определенная по формуле cii)=Vm,ii)/Vm,0 кривая коэффициентов cii), полученная по графику фиг.3, согласно изобретению, представлена на фиг.4.Defined by the formula c ii ) = Vm , ii ) / Vm , 0 , the coefficient curve c ii ) obtained according to the graph of Fig. 3, according to the invention, is presented in Fig. 4.

Температуропроводность материала в поле действия центробежных сил, определенная по формуле ai=a0icii), составляет: в стационарном состоянии - а0=5,3·10-6 м2/с, при скорости вращения 25 м2/с - a10·ci=5,3·10-6·2,41=12,8·10-6 м2/с, при скорости вращения 50 м/с2 - а20·c2=5,3·10-6·2,87=15,1·10-6.The thermal diffusivity of the material in the field of action of centrifugal forces, determined by the formula a i = a 0i c ii ), is: in a stationary state - a 0 = 5.3 · 10 -6 m 2 / s, at a rotation speed of 25 m 2 / s - a 1 = a 0 · c i = 5.3 · 10 -6 · 2.41 = 12.8 · 10 -6 m 2 / s, at a rotation speed of 50 m / s 2 - a 2 = a 0 C 2 = 5.3 · 10 -6 · 2.87 = 15.1 · 10 -6 .

Теплопроводность при к0=5,3·10-6 Вт/(м·К) соответственно составит к1=24·2.42=58 Вт/(м·К), к2=24·2,96=71 Вт/(м·К) соответственно.The thermal conductivity at k 0 = 5.3 · 10 -6 W / (m · K) will accordingly be k 1 = 24 · 2.42 = 58 W / (m · K), k 2 = 24 · 2.96 = 71 W / ( m · K), respectively.

Анализ кривых (фиг.3) показывает, что центробежные силы значительно влияют на температуропроводность и, следовательно, теплопроводность материала. Поэтому применение предложенного способа и устройства повышает достоверность теплофизических характеристик материалов деталей, работающих в условиях эксплуатации с высокой окружной скоростью.Analysis of the curves (figure 3) shows that centrifugal forces significantly affect the thermal diffusivity and, therefore, the thermal conductivity of the material. Therefore, the application of the proposed method and device increases the reliability of the thermophysical characteristics of the materials of parts operating in operating conditions at a high peripheral speed.

Предложенные способ и устройство могут быть использованы в авиадвигателестроении, энергетике и других отраслях машиностроения, имеющих роторные детали (диски, лопатки, покрытия и др.), работающие в поле высокоскоростных центробежных сил.The proposed method and device can be used in aircraft engine manufacturing, energy and other engineering industries having rotor parts (discs, blades, coatings, etc.) operating in the field of high-speed centrifugal forces.

Claims (6)

1. Способ определения теплофизических характеристик твердых материалов в поле действия центробежных сил, при котором теплоизолированный образец в виде проволоки или тонкого стержня из твердого материала с электронагревателем, размещенным на одном из его концов, устанавливают на диске, выполненным с возможностью высокоскоростного вращения, помещают диск в вакуумную камеру при начальной температуре, создают глубокий вакуум и нагружают, по меньшей мере, двумя циклами совокупного воздействия температуры и поля действия центробежной силы, при этом в каждом цикле задают собственную окружную скорость, при достижении окружной скорости заданного значения включают электронагреватель и регистрируют изменение температуры образца во времени, при достижении заданного верхнего значения температуры электронагреватель и устройство вращения отключают, а при достижении начальной температуры нагружают следующим циклом, по полученным данным рассчитывают экспериментальный коэффициент cii) в виде
cii)=Vmii)/Vm00),
где Vmii) и Vm00) - максимальные значения скорости нагрева при окружной скорости (υi) и в статическом состоянии (υ0) соответственно, и корректируют им теплофизические характеристики статического состояния материала, например, температуропроводность в поле действия центробежных сил определяют по формуле:
ai=a0icii),
где ai и а0 - температуропроводность материала при и без воздействия центробежных сил соответственно.
1. The method of determining the thermophysical characteristics of solid materials in the field of centrifugal forces, in which a thermally insulated sample in the form of a wire or a thin rod of solid material with an electric heater placed at one of its ends is mounted on a disk configured for high-speed rotation, the disk is placed in a vacuum chamber at an initial temperature, create a deep vacuum and load with at least two cycles of the combined effect of temperature and centrifugal force in this case, each cycle sets its own peripheral speed, when the peripheral speed reaches the set value, the electric heater is turned on and the change in temperature of the sample over time is recorded, when the specified upper temperature is reached, the electric heater and the rotation device are turned off, and when the initial temperature is reached, the next cycle is loaded, according to the obtained data calculate the experimental coefficient c ii ) in the form
c ii ) = Vm ii ) / Vm 00 ),
where Vm ii ) and Vm 00 ) are the maximum values of the heating rate at the peripheral speed (υ i ) and in the static state (υ 0 ), respectively, and they correct the thermal properties of the static state of the material, for example, thermal diffusivity in the field the action of centrifugal forces is determined by the formula:
a i = a 0i c ii ),
where a i and a 0 - thermal diffusivity of the material with and without the influence of centrifugal forces, respectively.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диаметр проволоки составляет примерно 0,5 мм2. The method according to claim 1, characterized in that the diameter of the wire is approximately 0.5 mm 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что глубина вакуума составляет примерно 0,03 атм.3. The method according to claim 1, characterized in that the vacuum depth is approximately 0.03 atm. 4. Способ по п.4, отличающийся тем, что образец и электронагреватель теплоизолированы от диска, конец образца с электронагревателем располагают ближе к центру диска, чем другой.4. The method according to claim 4, characterized in that the sample and the electric heater are insulated from the disk, the end of the sample with the electric heater is located closer to the center of the disk than the other. 5. Установка для определения температурных характеристик твердых материалов в поле действия центробежных сил по п.1, содержащая электродвигатель, вакуумную разгонную камеру, связанную с вакуумным насосом, диск, который установлен на валу электродвигателя и помещен в разгонную камеру, электронагреватель, который закреплен на образце материала, установленного на диске, термопары, размещенные, по меньшей мере, на обоих концах образца, устройство регистрации температур, подключенное через токосъемник к термопарам и источнику питания, устройство управления частоты вращения диска, соединенное с электродвигателем, датчик частоты вращения, установленный до камеры на валу электродвигателя и подсоединенный к устройству управления.5. Installation for determining the temperature characteristics of solid materials in the field of action of centrifugal forces according to claim 1, containing an electric motor, a vacuum booster chamber associated with a vacuum pump, a disk that is mounted on the shaft of the electric motor and placed in the booster chamber, an electric heater that is mounted on the sample material mounted on the disk, thermocouples located at least at both ends of the sample, a temperature recording device connected through a current collector to thermocouples and a power source, Disc speed control GUSTs connected to the motor, the speed sensor mounted to the camera on the motor shaft and connected to the control device. 6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что на диске установлены дополнительные контрольные термопары по радиусу основных термопар, подключенные к устройству регистрации температур. 6. Installation according to claim 5, characterized in that the additional control thermocouples are installed on the disk along the radius of the main thermocouples connected to the temperature registration device.
RU2009145656/28A 2009-12-10 2009-12-10 Method and device to determine thermophysical properties of solid materials in field of centrifugal forces RU2417367C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009145656/28A RU2417367C1 (en) 2009-12-10 2009-12-10 Method and device to determine thermophysical properties of solid materials in field of centrifugal forces

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009145656/28A RU2417367C1 (en) 2009-12-10 2009-12-10 Method and device to determine thermophysical properties of solid materials in field of centrifugal forces

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2417367C1 true RU2417367C1 (en) 2011-04-27

Family

ID=44731638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009145656/28A RU2417367C1 (en) 2009-12-10 2009-12-10 Method and device to determine thermophysical properties of solid materials in field of centrifugal forces

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2417367C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2533338C2 (en) * 2013-01-25 2014-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" Method for heating and temperature determination of specimens

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1117512A1 (en) * 1983-06-29 1984-10-07 Тамбовский институт химического машиностроения Method of determination of thermal physical characteristics of hard materials
RU2018117C1 (en) * 1991-05-06 1994-08-15 Тамбовский институт химического машиностроения Method of complex determining of thermophysical properties of materials
RU2140070C1 (en) * 1998-02-26 1999-10-20 Научно-информационный центр проблем интеллектуальной собственности Process determining thermal and physical characteristics of construction materials in multilayer structures without breakdown of their integrity
RU2289126C1 (en) * 2005-04-18 2006-12-10 Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского Министерство Обороны РФ Device for researching heat conductivity of thermo-isolating materials

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1117512A1 (en) * 1983-06-29 1984-10-07 Тамбовский институт химического машиностроения Method of determination of thermal physical characteristics of hard materials
RU2018117C1 (en) * 1991-05-06 1994-08-15 Тамбовский институт химического машиностроения Method of complex determining of thermophysical properties of materials
RU2140070C1 (en) * 1998-02-26 1999-10-20 Научно-информационный центр проблем интеллектуальной собственности Process determining thermal and physical characteristics of construction materials in multilayer structures without breakdown of their integrity
RU2289126C1 (en) * 2005-04-18 2006-12-10 Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского Министерство Обороны РФ Device for researching heat conductivity of thermo-isolating materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ВЕТРОГРАДСКИЙ В.А., ПОПОВ Ю.А., МИКЛАШЕВСКИЙ Д.Е. Метод и установка для измерений теплопроводности горных пород при высоких давлениях и температурах. Известия высших учебных заведений, серия «Геология и разведка», 2003, №5, с.47-51. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2533338C2 (en) * 2013-01-25 2014-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" Method for heating and temperature determination of specimens

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8419270B2 (en) Systems and methods for producing thermal mechanical fatigue on gas turbine rotors in a spin test environment
Sun et al. Effect of thermal lag on glass transition temperature of polymers measured by DMA
CN110243483A (en) A kind of hot rotatory test temperature measuring equipment of engine rotor part and temp measuring method
CN105758460A (en) Thermal bending deformation and vibration test bench for disk rod fastening rotor
JP7164981B2 (en) Vacuum pump
RU2417367C1 (en) Method and device to determine thermophysical properties of solid materials in field of centrifugal forces
Almeida et al. Experimental analysis of dynamic interaction between a centrifugal compressor and its casing
CN220716233U (en) A temperature calibration device for in-situ heating of centrifuge under high speed and high temperature
Cho et al. Effect of ingress on turbine discs
CN105867464B (en) A kind of fluctuating acceleration environmental test hot loading device and hot loading method
Liu et al. High rotation number effect on heat transfer in a triangular channel with 45 deg, inverted 45 deg, and 90 deg ribs
Pernak et al. Flow and heat transfer in rotating compressor cavities with inverted shroud-throughflow temperature differences
Pernigotto et al. Characterization of the dynamic thermal properties of the opaque elements through experimental and numerical tests
CN105080630B (en) The constant temperature system and its experimental method of core holding unit
Valigi et al. A new telemetry system for measuring the rotating ring's temperature in a tribological test rig for mechanical face seals
CN102778308B (en) A traceable dynamic gas temperature signal generator
Raben et al. Operating performance and wear investigations of brush seals for steam turbine applications
Eisakhani et al. Natural convection heat transfer modelling of shape memory alloy wire
CN203053725U (en) Detection system of silicone oil fan
CN110940438A (en) Multi-heat source heat production test device in centrifugal chamber of hypergravity centrifuge
Pernak et al. Flow and Heat Transfer in Rotating Compressor Cavities With Inverted Shroud-Throughflow Temperature Differences
RU2758930C1 (en) Installation for determining coefficients of external friction of rest and sliding of toxic materials at elevated temperatures
CN113358386A (en) Variable temperature field loading and detecting system for rotary machine
WO2018177352A1 (en) Air heating type heating colour testing machine and method
CN1847815B (en) Method for detecting rotating mechanical piece heat-caused unbalance and apparatus for implementing the method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201211