Tadqiqot mashinasi namunani 300 daraja Selsiyga qizdirishi va keyin bir necha soniya ichida uni minus 100 daraja Selsiyga yaqinlashadigan kriogen haroratga tushirishi kerak. An'anaviy suvni sovutish bunday jarayon uchun juda sekin. Buning o'rniga plastinkaning o'zi qaynab turgan suyuq azot bilan to'ldirilgan bo'lishi kerak, bu esa materialni ham, sovutish arxitekturasini ham jismoniy chegaralariga olib keladigan ekstremal termal o'tishni yaratadi. Bu an'anaviy termal yig'ilish emas. Bu kriyojenik qobiliyatga ega bo'lgan asbob bo'lib, unda plastinka materiali, ichki oqim kanallari, muhrlar, kollektorlar va boshqaruv tizimi yorilish, buzilish yoki nazoratsiz sovutish-siz kuchli issiqlikdan chuqur kriogen sovutishga qayta-qayta o'tishda omon qolishi kerak.
To'g'ri rivojlanishisuyuq azotli sovutish isitish plitasining spetsifikatsiyasishuning uchun kriyojenik materiallar faniga, past haroratli suyuqlik dinamikasiga, issiqlik stressini boshqarishga va aniq nazorat muhandisligiga- batafsil e'tibor talab qiladi.
Kriogen sovutish talablarini tushunish
Suyuq azot atmosfera bosimi ostida taxminan -196 daraja Selsiyda qaynaydi. Issiq plastinaga kiritilganda, suyuqlik bug'langanda juda katta miqdordagi issiqlik energiyasini o'zlashtirib, darhol fazaga o'tadi.
Bu jarayon suv, glikol yoki majburiy havo-tizimlarida erishib bo'lmaydigan juda tez sovutish tezligini yaratadi.
Shu bilan birga, plastinkaga qo'yilgan termal zarba kuchli bo'ladi. Katta harorat gradyanlari bir necha soniya ichida rivojlanishi mumkin, bu butun strukturada kuchli mexanik stresslarni keltirib chiqaradi.
Plastinka qaynoq suyuq azot oqimi bilan yuviladi, shiddatli, qichqiriqli issiqdan sovuqqa o'tadi va uning ichki tomirlari zarbadan mo'rtlashmasdan va sinmasdan omon qolish uchun qurilishi kerak.
To'g'ri plastinka materialini tanlash
Kriogen qattiqlik talablari
Materialni tanlash har qanday muvaffaqiyatning asosidirsuyuq azotli sovutish isitish plitasining spetsifikatsiyasi.
Ko'pgina an'anaviy muhandislik metallari kriogen haroratda mo'rt bo'ladi. Uglerodli po'latlar va ba'zi qotib qolgan qotishmalar suyuq azot haroratiga ta'sir qilganda egiluvchanlikni halokatli yo'qotishi mumkin.
Shu sababli, plastinani kriyojenik qattiqlik uchun ma'lum bo'lgan materiallardan ishlov berish kerak.
Umumiy tanlovlar quyidagilarni o'z ichiga oladi:
Ostenitik zanglamaydigan po'latdan 304L
Ostenitik zanglamaydigan po'latdan 316L
Tanlangan kriogen{0}}sinf alyuminiy qotishmalari
Ushbu materiallar juda past haroratlarda ham egiluvchanlik va sinish qarshiligini saqlaydi.
Charpy V-Notch tekshiruvi
Spetsifikatsiya kamida ish haroratida Charpy V-notch ta'sir energiyasi haqida tasdiqlangan ma'lumotlarni talab qilishi kerak.
Ushbu sinov tez termal aylanish va kriyojenik ta'sir qilish paytida materialning etarli darajada chidamliligini tasdiqlaydi.
Tasdiqlangan ta'sir ko'rsatkichi bo'lmasa, takroriy isitish va sovutish davrlarida mikroskopik yorilish paydo bo'lishi mumkin va natijada strukturaning buzilishiga olib keladi.
Kriogen xizmat ko'rsatish uchun ichki sovutish kanallarini loyihalash
Ikki-fazali oqimni hisobga olish
Suyuq azotli sovutish kanallari an'anaviy suv{0}}sovutish kanallaridan sezilarli darajada farq qiladi.
Plastinaning ichida kriogen suyuqlikdan gazga tez o'tadi va murakkab ikki fazali oqim muhitini yaratadi. Agar kanallar noto'g'ri ishlab chiqilgan bo'lsa, notekis sovutish zonalari, bug 'yopish sharoitlari yoki mahalliy termal stresslar paydo bo'lishi mumkin.
Shuning uchun ichki kanallar quyidagilar uchun maxsus ishlab chiqilishi kerak:
Yuqori{0}}tezlikli kriogen oqim
Boshqariladigan qaynash harakati
Yagona issiqlik chiqarish
Past oqim cheklovi
Bosimning teng taqsimlanishi
Kirish manifoldu dizayni
Kirish manifoldi suyuq azotni plastinka bo'ylab teng ravishda taqsimlashi kerak.
Noto'g'ri muvozanatlangan manifold ish yuzasi bo'ylab jiddiy harorat farqlarini yaratishi mumkin. Kriogenning bir xil taqsimlanishi mahalliy qisqarish kuchlanishlari va sirt buzilishining oldini olish uchun zarurdir.
Hisoblash suyuqlik dinamikasi tahlili ko'pincha barqaror azot yetkazib berish uchun manifold geometriyasi va kanal tartibini optimallashtirish uchun ishlatiladi.
Sovutish rampasini boshqarish
Haddan tashqari sovishning oldini olish-
Suyuq azotning nazoratsiz portlashi maqsadli haroratdan tezda oshib ketishi va ish qismini yoki asbobni muzlatib qo'yishi mumkin.
Shuning uchun spetsifikatsiya quyidagilarni o'z ichiga olishi kerak:
PID{0}}boshqariladigan sovutish regulyatsiyasi
Kriogenik{0}}mos proportsional oqim nazorati
Yuqori{0}}tezlikdagi termal qayta aloqa halqalari
Ko'p zonali haroratni aniqlash-
Istalgan sovutish rampasi profiliga erishish uchun suyuq azot oqimining tezligi aniq o'lchanishi kerak.
Kriogen solenoid klapanga qo'yiladigan talablar
Sovutish tizimi suyuq azot xizmati uchun moʻljallangan yuqori samarali kriogen solenoid klapanlarni oʻz ichiga-oʻz ichiga olishi kerak.
Standart sanoat klapanlari kriyojenik haroratda tutilishi, oqishi yoki muhrlanish yaxlitligini yo'qotishi mumkin.
Tegishli kriogen klapanlar quyidagilar bilan ishlab chiqilgan:
Past haroratli{0}}o‘rindiq materiallari
Kengaytirilgan kapotlar
Termal qisqarish kompensatsiyasi
Tez javob berish qobiliyati
Vana javob tezligi, ayniqsa, qattiq boshqariladigan termal o'tishlarni talab qiladigan jarayonlarda muhim ahamiyatga ega.
Muhrlar, sensorlar va ulanishga qo'yiladigan talablar
Kriogen{0}mos komponentlar
Sovutish pallasiga ta'sir qiladigan har bir komponent -196 daraja Selsiyga yaqinlashadigan haroratga bardosh berishi kerak.
Spetsifikatsiya kriogen-bahosini talab qilishi kerak:
O-uzuklar
qistirmalari
Termojuftlar
RTDlar
Bosim o'zgartirgichlar
Moslashuvchan shlanglar
Elektr o'tkazgichlar
Standart elastomerlar tez-tez kriyojenik haroratda qattiqlashadi va yorilib ketadi.
Vakuumli{0}}Ko'ylagi va izolyatsiyalangan ulanishlar
Barcha sovutish manifoldu ulanishlari vakuumli-ko'ylagi yoki qattiq izolyatsiyalangan bo'lishi kerak.
Izolyatsiyasiz atmosfera namligi tashqi quvurlar yuzasida tez kondensatsiyalanadi va muzlaydi, bu esa og'ir muz to'planishini keltirib chiqaradi.
Tashqi muz shakllanishi bir nechta operatsion xavflarni keltirib chiqarishi mumkin:
Cheklangan valf harakati
Sensor shovqini
Mexanik yuklash
Operatorlar uchun xavfsizlik xavflari
Issiqlik yo'qotishlarining ortishi
Vakuumli{0}}ko'ylakli uzatish liniyalari kriyojenik kontaktlarning zanglashiga olib keladigan issiqlik oqishini sezilarli darajada kamaytiradi, shu bilan birga tashqi sovuqning paydo bo'lishini kamaytiradi.
Bosim xavfsizligi va gazni kengaytirish
Azotning kengayish xavfi
Suyuq azot qaynayotganda keskin ravishda gazsimon azotga aylanadi.
Agar yopilgan bo'shliq ichida bug'lanish sodir bo'lsa, hatto kichik miqdordagi suyuqlik juda yuqori bosim hosil qilishi mumkin.
Shuning uchun har bir kriogen plastinka tizimi quyidagilarni o'z ichiga olishi kerak:
Bosim o'chirish klapanlari
Portlashdan himoya qiluvchi qurilmalar
Shamollatish yo'llari
Kompensatsiya zonalarini kengaytirish
Plitalar va kollektorlar moslamasi ham ishlashdan oldin bosim sinovidan o'tishi kerak.
Kislorodni o'zgartirishga oid fikrlar
Katta miqdordagi azot ajralishi kislorodni yopiq muhitda siqib chiqarishi mumkin.
Sanoat inshootlari ko'pincha talab qiladi:
Kislorod etishmasligi monitoringi
Ventilyatsiya tizimlari
Egzoz kanali
Favqulodda o'chirish tizimlari
Bu talablar, ayniqsa, laboratoriya yoki cheklangan{0}}kosmik ilovalarda muhim ahamiyat kasb etadi.
Termal velosipedda charchoqni hisobga olish
Yuqori texnologik haroratlar va kriogen sovutish o'rtasidagi takroriy o'tishlar sezilarli tsiklik termal stressni keltirib chiqaradi.
Vaqt o'tishi bilan bu quyidagilarga olib kelishi mumkin:
Payvand chokining charchashi
Muhrning buzilishi
Mikrokreking
Yuzaki buzilish
Ichki stressning to'planishi
Cheklangan elementlarning termal kuchlanish tahlili odatda plastinani loyihalashda uzoq muddatli charchoqni-prognoz qilish uchun amalga oshiriladi.
Quyidagilarga ham e'tibor qaratish lozim:
O'tkir ichki burchaklar
Payvandlash geometriyasi
Differensial termal kengayish
Yuzaki ishlov berish sifati
Hatto kichik stress konsentratorlari ham agressiv termal aylanish sharoitida yoriqlar paydo bo'ladigan joylarga aylanishi mumkin.
Xulosa
To'g'ri ishlab chiqilgansuyuq azotli sovutish isitish plitasining spetsifikatsiyasiisitiladigan plastinkaga kriyojenik suyuqlik kanalini qo'shishdan ko'ra ko'proq narsani talab qiladi. Plastinka o'lchov barqarorligini, termal bir xillikni va aniq sovutish nazoratini saqlab, kuchli termal zarbaga qayta-qayta ta'sir qilishda omon qolish uchun mo'ljallangan maxsus kriogen asbobga aylanadi.
Tasdiqlangan past haroratga-kriogen{0}}mos keluvchi materiallar ehtiyotkorlik bilan tanlanishi kerak. Ichki sovutish kanallari barqaror ikki fazali azot oqimini qo'llab-quvvatlashi kerak, aniq PID-boshqariladigan kriogen klapanlar esa halokatli otish-ning oldini olish uchun sovutish rampasini tartibga soladi. Har bir muhr, sensor, manifold va ulanish -196 daraja Selsiyga yaqinlashadigan haroratga bardosh berishi kerak va butun tizim qaynash paytida hosil bo'lgan katta gaz kengayishini xavfsiz boshqarishi kerak.
Mumkin bo'lgan eng tez sovutish, oxir-oqibat, atmosferaning omon qolish chegarasiga yaqin joyda mavjud bo'lgan suyuqlik orqali etkazib beriladi, bu erda qaynab turgan kriogen sanoat muhandisligida mavjud bo'lgan eng kuchli termal ekstraksiya mexanizmlaridan biriga aylanadi.
