Испытание на повышенное давление

Испытание на воздействие пониженного атмосферного давления проводят с целью проверки способности изделий выполнять свои функции в условиях ухудшения теплоотдачи и возможности перегрева.

Зависимость давления от температуры окружающей среды имеет следующий вид:

аппаратура климатический проверка работоспособность

Р = Р0 (1+t/273),

где Р — давление газа при температуре 00С, Па; t — температура окружающей среды, 00С.

Испытания на воздействие пониженного атмосферного давления проводят либо при нормальной температуре испытаний, либо при верхнем значении температуры для испытываемых изделий, записанных в стандартах.

Испытанию при нормальной температуре подвергаются изделия, нагревающиеся при эксплуатации или не подверженные влиянию пониженного атмосферного давления. Испытанию при верхнем значении температуры подвергаются изделия, для которых нагрев при нагрузке, нормированной для пониженного атмосферного давления, является критичным. В этом случае изделия испытываются под электрической нагрузкой, вид и характер которой оговаривается в ТУ.

Продолжительность испытания, как правило, не превышает 30 мин. В отдельных случаях может устанавливаться длительное, более 2-3 ч, воздействие пониженного атмосферного давления.

Испытания на воздействие пониженного атмосферного давления производят в барокамерах или термобарокамерах. Барокамера представляет собой герметизированный шкаф, в который можно поместить испытываемое изделие через застекленную дверь 1, имеющую резиновое уплотнение (рис.2.1). Дверь герметично закрывается специальными болтами, которые плотно прижимают ее к шкафу.

Рисунок 2.1 — Устройство барокамеры

Смотровое окно 2 двери предназначено для наблюдения за работой испытываемых изделий. Наблюдение через смотровое окно позволяет при необходимости своевременно прекратить испытание и облегчает обнаружение мест пробоев или перекрытий по поверхности диэлектриков. Для подключения к испытываемому изделию источников питания и измерительной аппаратуры предусмотрены герметизированные выходы 3. Воздух отсасывается из камеры вакуумным насосом, который приводится в действие электродвигателем. Насос и электродвигатель расположены в ящике 4. Требуемое атмосферное давление устанавливают по показателям измерителя атмосферного давления — вакуумметра 5. По окончании испытаний производят впуск воздуха в камеру специальным краном.

В ходе испытаний изделие находится во включенном состоянии при заданном атмосферном давлении и в течении заданного времени, и при этом не должны наблюдаться нарушения коммутации электрических цепей, перекрытие между токоведущими элементами и появление короны на поверхности деталей. после испытаний производят внешний осмотр и проверку основных параметров в нормальных условиях. При внешнем осмотре следует обращать особое внимание на состояние контактов реле и переключателей и трещины в изоляционных материалах.

В реальных условиях эксплуатации изделий на больших высотах понижение атмосферного давления сопровождается понижением температуры. Поэтому для более полного воспроизведения условий, имеющихся в верхних слоях атмосферы, применяют термобарокамеры.

В рабочем объеме термобарокамеры создаются заданное пониженное атмосферно давление и заданная температура. Для создания, контроля и автоматического регулирования температуры применяют также устройства, как и для камер холода: систему компрессоров для последовательного сжатия фреона, испаритель, автоматический регулятор температуры и др. Для создания нужного атмосферного давления применяют такие же устройства, как и для барокамер: вакуумные насосы, вакуумметры, автоматические регуляторы давления и др. Смотровое окно термобарокамер имеет электрообогрев для предотвращения обледенения стекла. Основные положения, относящиеся к последовательности проведения испытаний, такие же, как и при испытаниях в барокамерах.

Испытание на воздействие повышенного атмосферного давления

Испытание на воздействие повышенного давления воздуха или другого газа проводят в барокамерах с целью проверки устойчивости параметров и сохранения внешнего вида изделий в условиях повышенного атмосферного давления.

Камера выполнена в виде шкафа, в верхней части которого расположены испытательная камера, панели автоматики и управления, вентилятор, приборы контроля и регулирования. В нижней части на раме размещены холодильный агрегат и вакуумный насос.

Испытание на воздействие статического гидравлического давления

Целью испытаний на воздействие статического гидравлического давления является определение работоспособности аппаратуры в условиях пребывания под водой. Испытания на водонепроницаемость проводят с целью проверки сохранения параметров аппаратуры после пребывания ее в воде.

Испытание оборудования на воздействие статического гидравлического давления проводят, помещая аппаратуру в бак с водой, где создается давление, соответствующее предельной глубине погружения, установленной в стандартах и ТУ. Испытание проводят в два этапа: сначала в течение 15 мин аппаратуру выдерживают при давлении на 50% больше давления предельной глубины погружения, затем после снижения давления до нормального снова повышают давление до значения, соответствующего уже предельной глубине погружения, и выдерживают аппаратуру в этих условиях в течение 24 ч. По окончании испытаний давление снижают до нормального и, не извлекая аппаратуру из воды, проводят измерение выходных параметров, указанных в ТУ и программе испытания. Изделия считают выдержавшими испытание на воздействие статического гидравлического давления, если в процессе и после испытания они удовлетворяют требованиям, установленным в стандартах и ТУ на изделия и в программе испытания.

Испытание на водонепроницаемость проводят, погружая аппаратуру в нерабочем состоянии на 1 ч в ванну с водой. Глубина погружения от поверхности воды до верхней точки конструкции аппаратура должна быть 50 см, температура воды 20100С. Внешний осмотр и измерение параметров аппаратуры проводят после извлечения ее из ванной и удаления воды с поверхности.

Условия испытаний и применяемое испытательное оборудование. Ис­пользование изделий на различных высотах приводит к необходимос­ти проведения испытаний в условиях пониженного атмосферного дав­ления и различных температур.

Атмосферное давление, иногда называемое барометрическим, обусловлено воздействием слоев атмосферы, находящихся над точ­кой измерения. При этом пренебрегают действием инерционных сил, вызванных движением масс воздуха. Поскольку с увеличением вы­соты изменяются барометрическое давление и плотность, то одина­ковым приращениям высоты соответствуют все меньшие изменения давления воздуха, т. е. с высотой давление убывает тем быстрее, чем тяжелее газ (больше ц) и чем ниже температура. С ростом высоты атмосферное давление уменьшается, и его называют вакуумметри — ческим или разреженным. Разреженный воздух (газ), с которым имеют дело в процессе испытаний на пониженное атмосферное дав­ление, по своим свойствам мало отличается от идеального газа, по­этому для характеристики происходящих при испытании процессов можно пользоваться уравнением состояния следующего вида:

где р — давление; V — объем; N — число молекул; т — масса одной молекулы; М — масса газа; R — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура.

В основу определения степени разрежения (степени вакуума) положено сравнение средней длины X свободного пробега молекул газа с характерным линейным размером d (объема камеры). Различа­ют следующие степени вакуума: низкая при X « d; высокая при X » d; средняя, когда X и d различаются незначительно; сверхвысо­кая, характеризующаяся предельно низкими абсолютными значени­ями.

Ниже приводятся предельные значения атмосферных давлений, соответствующие определенным степеням вакуума:

101,5 кПа—133,3 Па

133.3 Па—133,3 мПа

133.3 мПа—13,3 мкПа 1,33 мкПа

Под действием пониженного атмосферного давления возникают:

• тепловые повреждения, вызванные ухудшением условий охлаж­дения;

• электрические повреждения, такие как снижение электричес­кой прочности воздуха, приводящие к опасности возникнове­ния дугового и поверхностного коронного разрядов с образова­нием озона;

• механические повреждения вследствие образования перепадов давления между воздухом внутри и снаружи изделия, наруше­ния герметичности, появления течи и т. д.

Таким образом, изменяются характеристики, влияющие на бе­зопасность изделий, вызванные изменениями диэлектрических свойств воздуха (плотности воздуха и подвижности ионов).

Воздействие холода или теплоты при пониженном атмосферном давлении увеличивает изменение характеристик материалов (хрупко­сти, пластичности), вызывающих деформацию или появление тре­щин в герметичных уплотнениях аппаратуры или корпусов некоторых изделий. Одновременное воздействие температуры и пониженного атмосферного давления способствует испарению пластификаторов и продуктов расщепления из пластмасс, что приводит к изменению их механических и электрических свойств, а также к конденсации этих продуктов испарения на поверхностях соседних изделий, вследствие чего изменяются их свойства или возникает коррозия. Указанное воз­действие вызывает испарение смазочных материалов, что увеличива­ет трение и торможение движущихся частей. Таким образом, анализ воздействия внешних факторов указывает на ряд причин, вызываю­щих возникновение отказов.

Для испытаний на воздействие пониженного атмосферного дав­ления и температуры используют термобарокамери, воспроизводя­щие пониженное атмосферное давление при нормальной, повышен­ной или пониженной температурах. Основными параметрами, характеризующими термобарокамеры, являются: диапазон значений (пределы изменения) атмосферного давления; точность поддержа­ния давления; скорость откачки газа из рабочего объема камеры S = ДК0/(Д/), где AV0 — объем воздуха, поступающий в единицу времени Дt из камеры в трубопровод при давлении р в ней; время выхода на режим; состав остаточных газов. Помимо указанных пара­метров для оценки работы камеры пользуются параметрами, харак­теризующими температурные режимы.

Для создания пониженного атмосферного давления в рабочем объеме камеры используются вакуумные насосы. Перед включением камеры давление в системе «камера-соединительный трубопровод — насос» одинаковое и воздух неподвижен. При включении насоса на­чинается откачка, воздух из рабочего объема камеры перемещается в насос, который непрерывно выбрасывает его в окружающее простран­ство. Поскольку объем системы и температура остаются неизменны­ми, давление понижается. При этом у конца трубопровода, обра­щенного к насосу, впускное (входное) давление р2 падает быстрее, чем выпускное давление р{ у конца трубопровода в рабочем объеме камеры. Следовательно, на концах трубопровода создается разность давлений Р- Pi, которую называют движущей разностью давлений, причем рх> р2.

Насосы характеризуются следующими основными параметрами:

• скоростью откачки 50;

• начальным впускным (входным) давлением насоса, определяемым давлением, начиная с которого обеспечивается его нормальная работа;

• предельным остаточным давлением насоса, при котором впуск­ное (входное) давление достигается после достаточно длитель­ной откачки системы, не имеющей ни натекания извне, ни газовыделения внутренних стенок. Нижнее предельное давле­ние насоса определяется тем, что в процессе работы системы наступает момент, когда воздушный поток, поступающий из камеры в насос, становится равным обратному потоку газооб­разных веществ, поступающих из насоса в камеру, и насос начинает работать вхолостую. Обратный поток определяется газоотделением внутренних стенок насоса, недостаточной гер­метичностью, выделением газов из рабочих жидкостей;

• наибольшим выпускным (выходным) давлением вакуумного насо­са, определяемым давлением у его выпускного отверстия, при превышении которого насос прекращает нормальную работу ввиду прорыва газа с выпускной стороны;

• подачей QH насоса, оцениваемой произведением номинальной скорости SH откачки насоса на впускное (входное) давление:

Он = $нР2 •

Помимо указанных параметров для характеристики насосов пользу­ются также следующими параметрами: потребляемой мощностью элек­тродвигателя, количеством заливаемой рабочей жидкости (если она используется в насосе), размерами насоса, числом ступеней и т. д.

Помимо насоса в вакуумную систему термобарокамеры входят клапаны, предназначенные для выполнения следующих функций:

• выравнивания давления на входном и выходном патрубках на­соса с рабочей жидкостью во время его остановки;

• отключения испытательной камеры от насоса после достиже­ния в ней рабочего давления;

• обеспечения дросселирования процесса откачки для предотвра­щения перегрева насоса;

• напуска воздуха в испытательную камеру;

• подключения течеискателя, предназначенного для определе­ния наличия натекания воздуха, и т. д.

Возможны два принципа построения термобарокамер: с распо­ложением теплоизоляции снаружи или внутри стенок камеры. При наружном расположении теплоизоляции вне вакуумированной части уменьшаются требования к производительности систем нагрева и ох­лаждения, поскольку уменьшаются потери теплоты на нагрев тепло­изоляции, обладающей большой массой и хорошей теплоемкостью. При внутреннем расположении теплоизоляции возможны такие отри­цательные явления, как загрязнение воздуха в камере испарениями, выделяемыми теплоизоляцией, ее увлажнение и ряд других. Вслед­ствие этого первая конструкция является предпочтительней.

Важным является выбор толщины стенок вакуумированной час­ти, которая при разрежении, соответствующем 133 Па, должна выдерживать воздействие внешнего атмосферного давления не ме­нее 101 кПа. Необходимость в минимальной толщине стенок объяс­няется тем, что нагрев (охлаждение) осуществляется с помощью тер­морубашки, так как термовоздействие на испытательное пространство при вакууме в камере практически невозможно. Принудительная цир­куляция воздуха в термобарокамерах затруднена, поэтому использу­ются мощные аксиальные вентиляторы. Время снижения давления на 99,6 кПа составляет около 20 мин. Современные термобарокаме­ры имеют задающие устройства, обеспечивающие воспроизведение определенного закона изменения давления и температуры.

Для испытания изделий под электрической нагрузкой в стенке камеры монтируют герметичные вводы (соединители), расстояние между которыми выбирают из условия, исключающего возникнове­ние ионизационных процессов при пониженном давлении и задан­ных напряжениях, подаваемых на изделия.

Методы испытаний на воздействие пониженного атмосферного давления. Целью испытаний изделий на воздействие пониженного атмосферного давления является определение их пригодности для эк­сплуатации в наземных или летных условиях на больших высотах при атмосферных давлениях не ниже 1,33 кПа. Испытания на воздействие пониженного атмосферного давления, действующего в пределах стра­тосферы, осуществляются одним из методов, определяемых темпе­ратурой окружающей среды. Различают испытания при нормальной, повышенной или пониженной рабочих температурах.

Испытаниям на воздействие пониженного атмосферного давле­ния при нормальной температуре подвергают тепло — и нетепловыделя — ющие изделия, находящиеся в рабочем состоянии, для которых тем­пературные воздействия не являются критичными, так как не влияют на их тепловой режим.

Испытаниям на воздействие пониженного атмосферного давле­ния при повышенной (пониженной) температуре подвергают тепловы­деляющие изделия, для которых температурное воздействие при элек­трической нагрузке является критичным. Одним из важных условий обеспечения воспроизводимости результатов испытаний тепловыде­ляющих изделий является правильный выбор соотношения площади поверхности, окружающей изделия, и общей площади поверхности изделия.

Испытания на воздействие пониженного атмосферного давления и повышенной (рис. 6.35) или пониженной температуры проводятся с соблюдением приводимых ниже методик, различных для тепло — и нетепловыделяющих изделий. Разница заключается в том, что теп­ловыделяющие изделия предпочтительно испытывать в камере без при­нудительной циркуляции воздуха, а нетепловыделяющие изделия — в камере с принудительной циркуляцией воздуха. Испытания следу­ет проводить при комбинациях значений атмосферного давления, тем­пературы и длительности их воздействия, приведенных в табл. 6.6.

Рассмотрим метод испытаний на воздействие пониженного ат­мосферного давления при нормальной температуре, для реализации которого используются барокамеры или термобарокамеры. Процесс испытаний складывается из приводимых ниже операций, отличаю­щихся от показанных на рис. 6.35 постоянством нормальной темпе­ратуры.

Операция /. Процесс испытаний начинается с предварительной выдержки в нормальных атмосферных условиях (если другое не пре­дусмотрено нормативной документацией), завершающейся первона­чальными измерениями, предусматривающими внешний осмотр, измерение значений электрических параметров и проверку механи­ческих характеристик.

Рис. 6.35. Режим испытаний на воздействие повышенной температуры ЮГ и пониженного атмосферного давления: а — нетепловыделяющих изде­лий; б — тепловыделяющих изделий; / — время, в течение которого тем­пература в камере достигнет значения, лежащего в пределах, уста­новленных для нормальных атмосферных условий

Операция II. Изделие без упаковки, в готовом для эксплуатации состоянии помещают в камеру и устанавливают в рабочем или другом особо оговоренном положении. Однако если предусмотрено одно­временное испытание группы тепловыделяющих изделий, то для их установки определяют минимально достижимые расстояния между ними. Включают питание тепло — и нетепловыделяющего изделия или включают их под электрическую нагрузку. По достижении изделием теплового равновесия проводят контроль его работоспособности, после чего нетепловыделяющие изделия могут быть выключены.

Операция III. В камере устанавливают пониженное атмосфер­ное давление, предусмотренное нормативной документацией, за­висящее от условий реальной эксплуатации. Значение давления оп­ределяется по табл. 6.6 в соответствии с известным пониженным атмосферным давлением и повышенной температурой. Давление в камере снижают до определенного значения со скоростью, не пре­вышающей 10 кПа-мин”1. В процессе понижения давления прове­ряют параметры изделий, зависящие от электрической прочности.

Операция IV. Это операция выдержки, в течение которой давле­ние поддерживается неизменным. Во время выдержки нетепловыде­ляющие изделия могут оставаться в рабочем состоянии или быть вык­лючены в соответствии с требованиями нормативной документации. Для оценки работоспособности или промежуточных измерений зна­чений параметров изделия, испытуемого в нерабочем состоянии, оно включается на необходимое время. Во время выдержки тепловыделя­ющие изделия могут оставаться во включенном состоянии или вклю­чаться в соответствующее время перед измерениями. Оценка их ра­ботоспособности или промежуточные измерения проводятся только после достижения изделием теплового равновесия. Последние про­межуточные измерения должны выполняться в течение последнего часа выдержки.

Операция V Давление в камере восстанавливается до значения, соответствующего нормальным атмосферным условиям. Давление по­вышается со скоростью, не превышающей 10 кПа-мин”1.

Операция VI. Восстановление.

Операция VII. Заключительные измерения.

При испытаниях на одновременное воздействие пониженного атмосферного давления и температуры (повышенной или понижен­ной) следует внести в операции //, IV и К ряд изменений (рис. 6.35, 6.36). В операцию II необходимо добавить включение системы на­грева (охлаждения) камеры для установления в ней температуры, соответствующей заданной в нормативной документации степени же­сткости. Скорость изменения температуры в камере не должна пре­вышать 1 °С*мин.“1. При выполнении данной операции изделие вы­держивают при заданной температуре до установления теплового равновесия, после чего оно включается и проверяется его работоспо­собность. Во время операции III в камере снижается давление со скоростью, не превышающей 10 кПа-мин.”1, до значения, соответ­ствующего заданной степени жесткости. При этом изделие должно быть включено и находиться в рабочем состоянии. Во время выпол­нения операции IVследует поддерживать одновременно с давлением и заданное значение температуры. Рекомендуемые длительности вы­держки 5 мин., 30 мин., 2 ч, 4 ч и 16 ч. В процессе восстановления нормальных атмосферных условий (операция V) следует одновремен­но с повышением давления изменять температуру до нормальной со скоростью, не превышающей 1 вС мин.”1.

При проведении рассмотренных испытаний состав атмосферы в испытательной камере не соответствует естественным условиям. Он в значительной степени определяется типом насосов, применяемых для понижения атмосферного давления, содержанием водяных па­ров, приводящих к конденсации влаги, что недопустимо. При необ­ходимости влажность может быть измерена прибором, определяю­щим температуру точки росы. Таким образом, различие в составе естественной и искусственной атмосферы может приводить к погреш­ности коэффициента конвекции ак, которая не должна превышать 10%. Необходимо учитывать, что к отрицательным побочным воз­действиям на испытуемые изделия могут также приводить следующие факторы:

• загрязнение воздуха в камере испарениями рабочей жидкости насоса и испарениями, выделяемыми вспомогательными час­тями камеры (вентилями, теплоизоляционными материалами и т. д.);

• загрязнение пылью или водой, содержащейся в нагнетаемом воздухе при восстановлении давления до нормального.

Особое внимание следует обратить на измерения температуры в термобарокамере. Наличие пониженного атмосферного давления сни­жает эффективность теплообмена между испытательной средой и чув­ствительным элементом термометра за счет уменьшения коэффици­ента теплоотдачи (конвекции) ак, что приводит к увеличению времени реакции термометра на изменение температуры. Кроме того, при испытании тепловыделяющих изделий появляется или возрастает по­грешность измерения, вызванная уменьшением коэффициента теп­лоотдачи ак воздушной среды в камере. При пониженном давлении термометр будет в меньшей мере подвержен воздействию тепловой энергии, что приведет к росту погрешности измерений. Примене­ние экранов, защищающих термометр от излучения, может снизить данную погрешность.