试验过程数据分析（精选11篇）
试验过程数据分析 篇1
0 引言
安全壳打压试验是一项大型综合试验, 需要性能试验、运行、维修、仪控、辐射防护、技术支持等专业配合完成, 周期为10年1次, 电站人员对该试验的操作经验较少。2016年3月, 国内某核电站#1机组根据国家法规和核安全相关系统与设备定期试验监督大纲要求, 进行安全壳打压试验。针对本次试验, 电站成立了打压试验组织机构, 明确了职责分工、试验进度、执行程序、质量计划、应急预案及试验承包商等方面的要求。试验前做了充足的准备工作, 试验中保守决策, 试验后对试验过程进行相关分析和总结。
1 安全壳打压工作准备
1.1 验收准则要求和风险分析
(1) 安全壳试验大纲规定验收准则:安全壳泄漏率未超过规定值 (0.2%干空气质量/24h) ;安全壳强度数据监测反映出安全壳整个试验过程中处于弹性变形状态, 混凝土和钢衬里上没有永久损伤痕迹。
(2) 风险分析和应对措施:针对辐射风险, 正确佩戴个人辐射防护用品, 试验前参考大修期间安全壳各区域剂量率水平修改检查路线, 每一负压检查组安排1名专业辐射防护人员陪护;针对负压工作风险, 试验人员进入安全壳前, 由职业卫生人员测量血压、心率, 观测外表体态, 确认身体特征正常才允许执行负压检查工作;进行安全壳系统负压密封性试验时, 若有人在事故隔离区, 则安全壳系统的压力应在-3~-5kPa, 禁止低于-5kPa。
(3) 工业安全风险:发生反应堆厂房起火, 出现威胁到检查安全壳系统设备人员生命和健康等情况时, 要立即停止安全壳系统负压试验并将安全壳系统内压力升至标准大气压, 撤出检查人员。
1.2 试验准备
根据技术支持处提供的安全壳负压试验操作单, 安全壳负压试验需利用反应堆厂房应急检修通风系统排风在安全壳内建立-5kPa的压力, 完成对安全壳的检查后需利用反应堆厂房应急检修通风系统送风平衡安全壳内压力。这与反应堆厂房应急检修通风规程中运行工况的阀门状态、系统流程不一致, 同时技术支持处提供的安全壳负压试验程序较简洁, 故在试验前要做好以下准备。
(1) 掌握安全壳负压试验的流程及反应堆厂房应急检修通风系统阀门状态。
(2) 利用仪控系统查看安全壳通风系统相关阀门的连锁保护;提出仪控变更申请, 闭锁反应堆厂房应急检修通风系统流量低停运反应堆厂房应急检修通风系统风机的保护。
(3) 梳理安全壳打压试验程序, 提前列出安全壳负压试验操作关键点, 标注出安全壳负压试验期间需运行人员执行的关键事项。
(4) 退出反应堆厂房应急检修通风系统, 防止试验过程中触发停运命令和其它异常, 导致试验终止。
(5) 提前与技术支持处确认观察安全壳负压变化技术支持人员的联系电话 (最好留2个) , 以保证在安全壳负压试验过程中随时跟踪负压变化情况。
(6) 提前调出安全壳压力表的变化曲线和仪控系统中安全壳压力表的动态显示值。
1.3 试验过程
(1) 启动反应堆厂房应急检修通风系统排风机抽负压到-5kPa。某日15:18:40, 启动反应堆厂房应急检修通风系统#2排风机开始对安全壳抽负压。当日15:25:07, 安全壳负压达到-5kPa, 于是停运#2排风机, 关闭其安全壳隔离阀, 停止安全壳抽负压。整个抽负压过程总共耗时6分27秒。
(2) 负压泄漏检查安全壳。停止安全壳抽负压后, 进行安全壳负压泄漏检查。当日16:46:55检查结束, 总共耗时1小时21分46秒, 安全壳压力从-5kPa降至-3.9kPa。
(3) 启动反应堆厂房应急检修通风系统送风, 平衡安全壳压力到常压。安全壳负压泄漏检查结束后, 开启反应堆厂房应急检修通风系统阀门, 启动风机向安全壳送风。平衡安全壳内压力至常压后, 停运风机、关闭阀门, 总共耗时2分22秒。
(4) 恢复反应堆厂房应急检修通风系统状态。安全壳负压试验结束后, 根据安全壳负压密封性试验程序, 关闭反应堆厂房应急检修通风系统安全壳隔离阀并断电。该操作完成后, 安全壳负压密封性试验结束。
2 经验总结
安全壳负压密封性试验操作过程中有以下注意事项。
(1) 持续观察安全壳负压变化。
(2) 启动反应堆厂房应急检修通风系统风机对安全壳抽负压期间, 风机出口流量从43 794m3/h缓慢下降至12 774m3/h。
(3) 主控可通过曲线和仪控系统动态值了解安全壳压力变化, 因表计量程大, 反应较慢, 也不够准确, 故只能作为参考。整个负压试验过程中安全壳压力值以技术支持人员就地压力读数为准。
(4) 反应堆厂房应急检修通风系统风机启动后通知核岛现场人员就地检查风机运行情况。如果风机正常运行风量要求大于22 000m3/h, 那么在安全壳抽负压过程中风机流量小于22 000m3/h时, 风机可能会因喘振等异常情况而损坏。
(5) 在启动反应堆厂房应急检修通风系统向安全壳送风平衡压力时需要联系观察安全壳负压变化的技术支持人员, 确保及时停运送风。
3 结束语
针对该电站10年一次的安全壳打压试验, 在大修管理指挥部的统一组织下, 明确了组织结构和责任分工, 通过运行、维修、仪控、辐射防护、技术支持等多专业密切配合, 试验前做了充足的准备工作, 试验过程中保守决策, 试验后进行的分析、总结试验过程, 安全有序地完成了安全壳整体打压试验, 为整个大修指标的完成奠定了坚实的基础。
试验过程数据分析 篇2
基于通用有限元分析软件ABAQUS,分析了复合材料π形接头试验件的应力分布情况,采用最大应力准则和消层模型模拟了试验件的破坏过程,并研究了π形接头试验件R区的半径和腹板厚度因素对失效载荷的影响.
作 者：赵丽滨 董沛 李嘉玺 黄海 梁宪珠 曹正华 作者单位：赵丽滨,董沛,李嘉玺,黄海(北京航空航天大学宇航学院)
梁宪珠,曹正华(北京航空制造工程研究所)
试验过程数据分析 篇3
关键词：工业管道；压力试验；安全问题；管道运输；燃气泄露；爆炸事故 文献标识码：A
中图分类号：TH49 文章编号：1009-2374（2015）06-0078-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0466
管道运输是当前企业最重要的运输方式之一。作为特殊的运输方式，压力管道运输的石油化工原料、天然气都是易燃易爆物，若压力管道运输过程中管道压力不能保证，不但容易导致石油化工原料、天然气的泄露，而且极易发生爆炸事故，影响广大人民群众的生命及财产安全。为此，必須加强对工业管道的压力试验，而进行工业管道压力试验过程中，也必须安全管理工作，避免出现重大安全事故。
1 明确工业管道压力试验过程中的安全责任
对于工业管道来讲，压力试验是存在着一定危险性的工作，不但关系着进行压力试验工作人员的生命安全，同时还与企业将来的生产运营息息相关，为此，在进行压力试验之前，必须明确整个试验过程中的安全责任，以确保整个实验安全顺利的完成。作为具有危险性的工作，进行压力试验之前首先必须成立专门领导小组，将安全管理工作进行分工，责任到人。其次，要选择责任心强，技术操作水平高的施工单位完成整个试验。为加强对施工单位的监督，提高施工单位的工作效率及安全责任意识，工业企业要与施工单位签订相关协议，明确双方的责任与义务，并且严格要求施工单位按照协议的要求进行试验，一旦发现施工单位有违反协议的行为，必须立即进行纠正。
2 严格审查施工单位的压力试验方案
为保证压力试验顺利完成，工业企业必须向施工单位提供和整个压力试验相关的技术资料，并严格要求施工方按照相关规定编制试验方案，并严格审定施工单位编制的实验方案，并对其进行技术交底。在实验方案审查过程中，工业企业必须认真审查其安全方案，对于安全方案缺失或者安全方案未完整描述安全防护措施者，必须限期整改，并对整改后的安全方案进行再次审定，确保其适合整个试验的要求。为保证安全方案的合理性，工业企业相关人员必须认真进行现场勘查，辨识试验过程中可能会发生安全事件的相关因素。例如管道是否经过人员密集区、重要生产区，是否存在污染性气体泄露、易燃易爆气体爆炸的危险等等。对于可能会出现安全问题的相关区域或者存在一定危险的环节，必须制定相关应急预案或者采取恰当的压力试验方法。在审查过程中，还要认真分析该方案是不是与国家相关法律法规相抵触，是不是存在要求不够清晰、过程不够明朗的地方，若存在这些问题，必须让施工单位纠正或进行
补充。
3 恰当选择进行压力试验的介质
按照我国相关规定，进行压力试验其介质通常选择液体介质，且通常为自来水，其所需要的压力则使用高压水泵来提供。若管道设计的压力小于等于0.6MPa，也可选择气体介质，在选择气体介质时必须配套安全有效的措施。对于以气体介质进行压力试验的工业管道，通常选择空气作为压力试验的介质，其所需要的压力通过空气压缩机提供，且必须设置减压装置，以确保在需要降低压力时释放气体。如果选择气体介质进行压力试验，必须认真分析管道运行的压力或者空气压缩机具备可行性，同时还要保证空气压缩机提供的压力比试验需要的压力高。
4 压力试验完成后必须恰当释放介质
压力试验完成后，如果进行压力试验的介质不能恰当释放，也会带来安全问题，为此，在压力试验完成后，必须采取相关措施释放介质。如果以自来水作为压力试验的介质，在完成压力试验后可以直接通过下水道进行排放。如果以空气作为压力试验的介质，可以将其他介质直接排放于空气之中。如果进行压力试验的介质为惰性气体，则必须对惰性气体进行合理有效的处理，以避免短时大量排放的惰性气体对周边居民或者环境造成严重的影响。
5 成立现场协调小组
通常情况下，压力试验常需要多工种共同完成，为避免发生安全事故，必须成立现场协调小组，以协调不同工作的工作，避免安全事故的发生。为保证压力试验安全进行，现场协调小组必须认真完成下述工作。第一，要恰当确定压力试验的时间。由于压力试验存在着一定的危险性，为此必须避免在人员较为集中的时间进行。冬天，若环境温度在5℃以下，通常不适合压力试验。第二，要认真划定压力试验进行时的工作禁区。为避免发生安全事故，现场协调小组必须认真分析压力试验影响的范围，划定工作禁区，并且确保在进行压力试验时工作禁区内无非工作人员出现。第三，认真落实相关安全防护措施。认真落实相关安全防护措施是安全的重要保证。即使制定的安全防护措施再严密，如果不能落实，也只能是一纸空文，难以避免安全事故的发生，为此，在压力试验进行过程中，必须认真落实相关安全防护措施。第四，确认压力试验的准备工作。现场协调小组需认真确认待试管道是否与其他系统像隔离，待试管道原来的安全阀、仪器仪表、爆破板等是否拆下或隔离，校验试验使用的压力表，确保其精度在1.5级以上，其满刻度需为试验最大压力的2倍，且压力表需在2块以上。确认管道需修补的准确位置，确认管道支架，管道伸缩管等。第五，恰当处理突发状况。在压力试验过程中如现场协调小组发现管道变形、泄露或者其他意外事故，必须立即进行处理或者立即停止压力试验，以避免重大安全事故的发生。
6 压力试验进行前需全面进行检查
在压力试验进行前，相关管理人员必须按照相关标准进行全面检查。第一，要对压力试验所需的材料设备等进行认真检查，确保相关材料设备符合压力试验要求。第二，要对管道承受压力的情况进行检查，对于可能存在安全隐患的管道，尤其是易损部位以及存在问题的部位必须重点进行排查，加强对管道的支护架、阀门、绝热层、防腐层、卸扣等部位的检查力度。第三，加强对检验工具、管道防护措施的检查。检验工具是检验是否达标的关键，如果检验工具存在问题，经这些检验工具检验过的部位则可能存在安全隐患。管道防护措施是管道能够正常运行的关键，若管道防护措施存在问题，管道运行则会失去保障。
7 严格遵循压力试验的操作规程
严格遵守压力试验的操作规程是避免试验过程中发生安全事故的关键。在以水为介质的压力试验中，为避免水中过多的含氧量导致管道氧化，试验前必须对水进行去氧处理，对于以气体为介质进行的压力试验，严禁使用易燃易爆气体。在进行压力实验前必须全部排空管道内残留的其他。准确掌握试验周边环境，尤其是环境温度的变化，以避免因介质物理性质发生变化导致试验失败。保证金属管道的中介压力为管道正常状态压力的1.5倍，直埋于地下的钢制管道，其介质压力需大于0.4MPa。对于整体实验中同时进行的不同耐压级别试验，要选择试验最低耐压值进行试验，切勿使用较大压力以避免损坏管道。升压过程要缓慢进行，压力达到试验数值后需稳定一段时间后再行降压操作，以确保实验数据的准确。
总之，工业管道压力试验是关系到国家以及人民生命财产安全的大事，管理人员必须提前制定好规划，并严格按照规划操作，防患于未然，只有这样，才能确保试验的成功，避免发生重大安全事故。
参考文献
[1] 赵利朝.工业管道压力试验应注意的安全问题[J].中国科技博览，2014，（26）.
[2] 张俊泰，刘红晓.工业管道施工过程中监督检验的几个注意要点[J].轻工科技，2012，（11）.
[3] 安广辉.工业管道压力试验的选择与计算[J].化工设备与管道，2013，50（4）.
作者简介：陈立新（1966-），男，江苏人，张家港长寿工业设备制造有限公司工程师。
试验过程数据分析 篇4
现阶段判断电机绕组的绝缘强度的最有效的办法以及最直接的办法就是进行电机的匝间耐压试验。由于电机在高压脉冲波施加以前的时间或者是能量较小, 我们会认为这是一次无损检测。在这个基础上我们进行的匝间耐压试验就成为了电机能够进行安全运行的最主要的判定方法。虽然现在的匝间耐压试验能够有效的判定电机的使用和运行性能, 但是在这一过程中还是会出现很多的问题和故障, 这些问题以及故障使得试验的操作人员没有办法准确的判定电机绕组是否存在匝间。因此文章从匝间耐压试验的基本原理入手进行详细的阐述, 通过阐述来找出相应的试验问题, 并且给予一定程度的分析解决。
1 电机绕组的匝间耐压试验的主要意义以及使用的基本原理
关于这一方面内容的阐述以及分析, 文章主要从两个方面进行论述。第一个方面是电机绕组的匝间耐压试验的主要意义。第二个方面是电机绕组的匝间耐压试验使用的基本原理。下面进行详细的论述和分析。
1.1 电机绕组的匝间耐压试验的主要意义
电机的绕组由于在设计过程中的绝缘结构设计不同以及使用的绝缘材料不同, 绝缘等级也会相应的发生变化。最主要的是由于使用的加工工艺差异导致的绝缘性能改变的问题更是常见。在电机绕组的绕线工艺以及嵌线工艺, 端部整形工艺的实施过程中, 一旦出现造作不当, 就会严重的影响电机绕组的绝缘性能, 很可能造成绝缘损伤问题, 这些问题就会造成电机绕组之间形成不同形式的匝间绝缘问题, 对于电机绕组来讲就形成了绝缘弱点。因此在进行电机绕组绝缘性能监测的过程中, 匝间耐压试验是一种非常直接并且有效的判断方式, 能够准确的判断电机绕组的绝缘等级。因此现阶段电机绕组必须进行相应的匝间耐压试验来判断绝缘强度。
1.2 电机绕组的匝间耐压试验使用的基本原理
在电机绕组的线圈出现直接固体的短路问题时就会在电机绕组间形成短路匝, 这样就会严重的改变电机线圈的电感以及线圈的电阻, 在还存在一定绝缘的绕组匝间的绝缘薄弱点还没有被电压击穿并且暴露前, 电机绕组的电感以及电阻, 电容在一定程度上没有明显变化。这一阶段电机绕组出现的匝间故障没有办法察觉。只有当试验使用的电压超出了绝缘薄弱点时, 电机绕组的匝间会被击穿, 这一过程出现火花, 同时还会出现放电声音以及释放臭氧, 最主要的会改变电机绕组的相应的电感以及电机的电阻, 这种情况下会使电机绕组的衰减振荡出现频率改变的状况, 同时衰减速率也会发生相应的改变。我国现阶段使用的匝间耐压试验的试验原理就是上述的内容。采用的方式是脉冲波形比较的方式进行电机绕组相应的阻抗对称以及阻抗平衡。在脉冲电压的作用下, 对比两者之间的衰减波形出现的差异, 通过差异来区分电机绕组的匝间的相应绝缘故障。差异的对比就从一定的侧面显示出了电机绕组出现绝缘问题的严重程度。由于我们在进行试验的过程中使用的脉冲波时间较短, 同时脉冲波释放的能量较小, 通常意义下, 匝间耐压试验被看作是一种无损试验。
2 在进行电机绕组的匝间耐压试验的过程中出现的主要异常状况
电机在进行匝间耐压试验过程中, 使用的匝间试验仪器和试验电机采用的连接方式如图1所示。
(1) 电机绕组在进行半成品的匝间试验过程中, 示波器上显示的两个衰减波形完全重合, 但是在电机绕组进行渍漆之后的匝间耐压试验两个衰减波形会出现细微的不重合现象。
电机绕组在进行半成品的匝间耐压试验过程中, 示波器显示的衰减波形是两条完全重合的曲线。我们认为重合度为百分之百。如图2所示。
但是在电机绕组进行匝间之后, 会出现两条细微不重合的曲线。如图3所示。
这种状况出现的原因有两点。第一点是电机绕组自身就带有很大的静电, 在进行匝间耐压试验的过程中会释放电量, 导致了电机绕组的阻抗出现一定程度的变化, 因此进行试验的前期, 要对电机进行充分的放电处理, 避免类似的情况出现。第二点是电机在试验的过程中三相绕组没有完全短接好, 导致了电机绕组出现阻抗变化的问题, 出现衰减波出现不重合问题。这一问题我们可以通过打开绕组中的中性点来处理类似的问题。
(2) 电机绕组在进行匝间试验的过程中, 两个衰减波形完全重合, 但是会出现波形的细微抖动问题。
图2所示的示波器上的两衰减速波形重合, 但波形抖动, 产生这种现象的原因是匝间耐压试验仪的高压接线端子与电机绕组的接线端子由于某些原因 (如电机绕组接线端子上的漆皮没有清理干净) 没有联接好, 导致电机绕组接线端子放电, 从而使用示波器上的两衰减波形发生抖动。因此在做三相异步电动机绕组匝间试验前一定要先检查接线, 从而避免上述现象的发生。
(3) 电机绕组在进行匝间耐压试验过程中, 出现波形细微不重合的问题。产生上述现象的原因很简单, 只是由于匝间耐压试验仪所使用的电源谐波分量较大引起的。
因为通常匝间耐压试验仪采用脉冲电压比较法原理, 单相交流电源经调压器升压经硅整流后对脉冲电容充电, 通过电源同步触发闸流管工作, 闸流管触发脉冲是由50Hz电源通过整形、分频脉冲形成、功率放大等几个环节所产生的250V以上的狭脉冲, 在触发引燃工作的同时, 脉冲电路产生同步脉冲提供给脉冲示波器产生同步扫描, 从而在示波器上交替出现被试电机绕组电压波形轨迹。
参考文献
[1]许伯强, 王祥布, 毕大强, 等.基于多回路——有限元祸合数学模型的同步发电机定子单相接地故障保护方案校验方法[J].中国电机工程学报, 2005, 25 (9) :84-89.
试验过程数据分析 篇5
塑料材料试验机在运作的过程中需要注意哪些事项？现在的塑料材料试验机是采用数控器和电脑的软件控制，实现了全自动话的功能效果，操作起来方便，简单，速度快。
那么，塑料材料试验机在进行运作的时候，我们应该遵循一些运行时的注意事项，这样才能保证操作时的人员安全和延长塑料材料试验机寿命。
一、塑料材料试验机在运作的过程中需要注意事项
1、从在运行试验机的专业技术看；
2、试样如何保持在仪器底部；
3、不同类型的试验机是要用不同的夹具的；
4、则会导致试验机不能正常运行；
5、如果更换夹具不但很难保持当前的位置的一致性，也容易损坏传感器；
6、试验机是需要很大的力气才能完成；
7、大多是男性才能完成的工作。
二、从塑料材料试验机测试中看，应该注意什么？
1、塑料材料试验机对塑料的测试最普遍的是拉伸强度与模量；
2、弯曲强度和模量。试样的两端被夹住，一个夹具固定；
3、另外一个在横梁中，将固定的夹具处移开；
4、拉住样式，直至夹具断裂；
5、然后横梁就会自动的停下来。
三、我们看看塑料材料试验机的工作原理是：
1、试验机在样板上施加了力，试验机通常要在0.1MM/秒-500MM/秒的速度范围内加载运行；
2、而试验机如果是不同的材料要求的速度也不同；
试验过程数据分析 篇6
关键词：18Cr2Ni4WA、可控气氛多用炉、渗碳淬火、残余奥氏体、表面硬度
引言
现代社会，汽车是一个国家工业的缩影。其高性能、高技术的要求，决定了汽车齿轮箱在设计制造技术方面要先于其它工业部门追踪世界先进技术水平。高精度硬齿面齿轮代表了车用、船用齿轮传动装置的发展方向。齿轮渗碳淬火后的性能除与心部性能有关外，还受渗碳层深度、渗碳层的碳含量与金相组织、内应力的分布等因素的影响
1.工艺分析
某专业热处理厂今年承接一批军用汽车齿轮热处理任务，该齿轮材料采用18Cr2Ni4WA 。18Cr2Ni4WA是一种优质合金钢，强度高，韧性及淬透性好。
18Cr2Ni4WA化学成份如下：
碳 C ：0.13～0.19
硅 Si：0.17～0.37
锰 Mn：0.30～0.60
硫 S ：≤0.25
磷 P ：≤0.25
铬 Cr：1.35～1.65
镍 Ni：4.00～4.50
铜 Cu： ≤0.025
钨 W ： 0.08～1.20
18Cr2Ni4WA的热处理参数：
正火温度为930℃-950℃，渗碳温度为900℃-950℃。第一次淬火温度860℃-880℃，第二次淬火温度780℃-810℃。
齿轮技术要求：
渗碳层深4.5-5.2mm，
表面硬度HRC61-64，
碳化物级别<5级，
残余奥氏体<3级。
针对该产品的材料特点及技术要求、用途，确定在丰东600kg可控气氛多用炉中加工。丰东600kg可控气氛多用炉的特点比较突出，它采用日本PVH表进行编程，并对时间、温度、碳势进行控制，温度的控制精度在±5℃，碳势的控制精度在±0.05%CP，炉内的气氛由丙烷提供，以甲醇为气氛载体。
为保证实验的可靠性，试验前做了定碳测试、九点测温校验等前期准备工作。
零件摆放：将被加工零件立放在底料盘上齿轮之间用隔圈分隔。
2.工艺制订
首轮试制加工工艺如下：
2.1.强渗：温度930℃，碳势1.25%CP，时间6480min；
2.2.扩散：温度930℃，碳势0.85%CP，时间720min；；
2.3.淬火：温度880℃，碳势0，85%CP，保温时间40min，用分级淬火油，淬火油温65℃，淬火时间40 min；
2.4.高温回火：620℃保温300 min，再升至650℃，保温480 min，冷至550℃出炉；
2.5.二次淬火：温度800℃，碳势0，85%CP，保温时间90min，用分级淬火油，淬火油温65℃，淬火时间40 min；
2.6.回火：温度150℃， 时间210m
3.样品检验
按以上工艺加工后，用HV-1000A显微硬度计检查有效硬化层深达到4.9mm，用XJP-6A金相显微镜检查随炉试样，碳化物级别为3级，但残余奥氏体级别达到8级，用HLN200型里氏硬度计检查表面硬度为52-56HRC。
首轮试验结果表明，零件变形效果十分理想，渗碳层深及碳化物级别合格，但零件的表面硬度、残余奥氏体级别不能达到用户要求。
4.改进工艺
经过分析，查找相关技术资料，残余奥氏体级别严重超标，未能有效转换为马氏体，是影响零件表面硬度的主要原因。如何降低残余奥氏体含量以提高零件表面硬度，是下一步的工作重点。
对于18Cr2Ni4WA这类易产生残余奥氏体组织的材料而言，消除残余奥氏体组织的最好办法就是在回火之前对零件进行冷处理。
经与用户交流沟通，在可能增加产品变形情况下，对该炉产品进行进一步的试验。
因为该炉产品经过回火，内部组织已经稳定，那么需要重新制定淬火及淬火以后的工艺。
重新制定的工艺如下：
4.1.高温回火：620℃保温300 min，再升至650℃保温480 min，冷至550℃出炉；
4.2.再次淬火：温度800℃，碳势0，85%CP，保温时间90min，用分级淬火油，淬火油温65℃，淬火时间40 min；
4.3.冷冻处理：温度-70℃，冷冻时间60 min；
4.4.硬度检查：用HLN200型里氏硬度计检查表面硬度，
4.5.回火：根据根据实测硬度值确定回火温度。
再次淬火后，冷至室温检查零件表面硬度仍然只有HRC52-56，于是将零件及随炉试样放入在FDR-W/0.64冷冻机中，将温度降至-70℃，冷冻60 min出炉。
零件恢复常温后，用HLN200型里氏硬度计检查表面硬度为63.4-67.6HRC.
根据以上结果，将回火温度定为210℃，回火3.5h，出炉冷却。
5.重新检验
最终检查结果为：用HV-1000A显微硬度计检查有效硬化层深达到4.9mm，用XJP-6A金相显微镜检查随炉试样，碳化物级别为2.5级，但残余奥氏体级别降到2级，用HLN200型里氏硬度计检查表面硬度为61-62.8HRC。
批量生产过程按修改后的工艺生产质量稳定，用户十分满意。
6.结束语
实践证明，采用可控气氛多用炉渗碳、淬火、高温回火、二次淬火、冷冻、回火的工艺过程，可使渗碳层4mm以上的零件表面硬度达到HRC60以上，零件的内部组织稳定达到技术要求，零件的变形也能控制在合理的范围内，是可以用于批量生产的成熟热处理工艺。
参考文献：
[1]谢绍志《热处理质量控制与检验务实全书》、安徽音响出版社、1986；
[2]汽车渗碳齿轮金相检验图片JB1675-75。
作者简介：
试验过程数据分析 篇7
一、研究背景
香水的包装形状、色彩、容器大小及香水本身的香味浓度等都对消费者尤其是女性的购买行为产生着不容忽视的影响。根据香精及所用的溶液浓度的不同,香水大致可分为以下几类:浓香水(P e r fu me)——香精浓缩度最高,含量在18~25%左右,所用乙醇浓度在60~95%之间;香水(E a u d e P a r fu m)——香精浓度在12~18%间,香气比P e r f u me清淡,但较E a u d eT o i le t t e浓郁;淡香水(E a u d e T o i le t t e)——又叫盥用水,香精含量在5~12%之间,所用乙醇浓度在75~90%之间,比E a u d e P a r f u m清淡。然而针对不同年龄层次的人对香水特性的喜好不同,为了更好的占领市场,设计者在推出一款新香水时有必要针对香水所面向的消费者进行调查,得出最优方案,从而设计出更符合消费者需求的香水。
二、正交实验设计
本实验代表性地选取了四个影响消费者进行香水选型的因素[1]:设计风格;香味浓度;容器材质;容量,并将它们控制在不同的水平,以考察不同因素影响下消费者选择香水的情况,以探求18到25岁之间的女性消费者对不同类型香水的喜好程度。本实验采用评分的方法对预先设计出的香水进行评分,A、B、C、D分别代表受试的四个影响因素,1、2、3代表各受试因素的三个水平,各因素的不同水平如表1所示:
本实验拟采用四因素——三水平的实验方案,如果做全组合试验,则需要做34=81次实验,试验次数太多。而本实验的主要目的是寻求最优水平组合,所以采用正交试验方法,以减少试验次数。利用正交表来安排与分析多因素试验,它的主要特点是用部分试验来代替全面试验,通过对部分试验结果的分析,了解全面试验的情况。由于本试验是三水平的试验,所以选用LA(3α)型的正交表,又由于只考虑了四因素,不考虑因素间的交互作用,所以选一张α莛4的表,故选用L9(34)型的正交表[2]做实验最合适。试验方案仅包含9个水平组合,就能反映试验方案包含81个水平组合的全面试验的情况,找出最佳的设计方案。四因素三水平的正交实验方案表如表2所示:
注:表中每一横行代表该次试验的一种组合条件,各列代表各影响因素的不同水平。
三、实验结果分析与讨论
1、试验数据的分析处理。由表2,填入因素和试验结果。可得到表3正交实验结果:
平均分数(n———参与调查的人数,这里为200)
根据测试需要,采用极差分析法对测试数据进行分析,找出对测试指标影响最大的因素及最佳的因素水平组合。表3中利用以下的公式计算出指标和均值[3]:Hi j(i:A~D,j:1~3):表示因素i在j水平的试验指标之和即评分之和,hi j(i:A~D,j:1~3):表示因素i在j水平的试验指标之和的平均值。
hi j=Hi jn(n:因素i的j水平出现的次数,这里n为3)
极差Ri:
为同一因素的hi1,hi2,hi3中最大值与最小值的差。
例如因素A的1水平分别在1,2,3号试验中测试,因此其所对应的试验指标之和:
2、分析各因素对消费者香水选型影响的大小。
分析极差,确定各因素的重要程度。由上述极差Ri的定义,直观上而言,极差Ri的大小反映第i个因素的水平波动,即试验指标或评分的变动幅度。若某因素极差越大,说明这个因素的水平改变对试验指标的影响也越大[4],极差最大的那列因素,即为影响消费者香水选型的主要因素,因此可以根据极差的大小来判定因素的主次顺序。比较各R值的大小,可得出:R2>R1>R3>R4。即因素B(香水香味浓度)是主要因素,其余依次为A(香水设计风格),C(容器瓶材质),D(容量)。
3、选取最优水平组合。
利用正交表的综合可比性,依据图1可以直观的发现试验指标随着各因素的水平变化而变化的趋势,比较每个因素在三个水平下试验指标的平均值的大小,可得:hA 1>hA 3>hA 2,hB 1>hB 3>hB 2,hC 1>hC 3>hC2,hD 1>hD3>hD 2,选择其中最大值者,即得到最优水平组合[5]———A1B2C2D2
4、结果分析。
由表3及图1所示,易分析得到:因素A中最优水平为水平1,因素B中最优水平为水平2,因素C中最优水平为水平2,因素D中最优水平为水平2,也就是说,年龄在18到25岁之间的女性消费者普遍对香味浓度较淡、容器瓶材质为玻璃、设计风格为典雅型、容量为5 0 m l的香水比较青睐,它给人清爽的印象,是适用于全身的理想香水。
四、结论
使用正交实验方法分析影响消费者香水选型的因素时可以收到很好的效果。通过实验得知因素B(香水香味浓度)是影响消费者选型的最主要因素,A(香水设计风格)也是一个重要因素,它们的最优水平均为各受试水平中的最大值;而其它两个因素C(容器瓶材质),D(容量)则影响较弱,但都表现为正面影响。因此,我们可以考虑采用以上最优水平组合进行设计和生产,以求达到更好的效果。同时,该试验方法还可以推广应用到其他多因素试验条件的研究。
参考文献
[1]齐永强,王红旗,郭淼.土壤石油生物降解影响因子正交实验分析[J].重庆环境科学,2002,24(2).
[2]徐仲安,王天保,李常英等.正交试验设计法简介[J].科技情报开发与经济,2002,12(5).
[3]董如何,肖必华,方永水.正交试验设计的理论分析方法及应用[J].安徽建筑工业学院学报(自科学版),2004,12(6).
[4]陆鸿.正交实验设计[N].河南预防医学杂志,1999,10,(2).
试验过程数据分析 篇8
Deform软件基于有限元方法建立 ,广泛用于模拟热、温和冷锻金属成形工艺,可以对锻造生产的全过程进行模拟,用于预测材料流动、零件缺陷以及分析零件温度分布、应力、应变分布及纤维变化,优化锻造工艺及模具寿命,等[4]。
本文利用Deform-3D软件对HXN5连杆模锻成形过程进行三维有限元分析, 通过对变形过程的应力应变场、温度场和材料流动趋势等参数的分析, 预测折叠产生的可能性和部位, 为确定合理的成形工艺方案、打击能量和模具形状,预测锻件模锻的成形结果及成形过程中可能出现的质量问题, 达到缩短设计周期、 提高成形件质量和模具寿命帮助提供可靠的依据,具有重要的理论和实用价值。
1工艺分析
HXN5连杆三维图如图1所示, 属于长杆类异型锻件, 轴向长度为927mm, 沿轴向截面尺寸 相差大( 最大截面 面积比为7.53) ,锻件大小端重量相 差极大 ,大端与杆身轴线夹角40°, 锻件形状复杂系数S为0.244,属于S4复杂级 ,成形工艺性差 ,锻件绝大部分为非加工面, 表面质量要求很高, 锻件重量公差仅±1.0kg,给成形带来一定困难。
HXN5连杆材料为42Cr Mo, 属低合金结构钢 , 锻件重量为77kg,根据连杆的结构特点和现有的锻造工艺条件,选用10k N自由锻简单预成形和220MN电动螺旋压力机开式模锻。选用尴200mm×460mm的初始坯料在空气锤上设计胎膜, 先锻出连杆大端形状,再拔长杆部,锻坯如图2所示。 考虑到此连杆不存在高筋薄壁,故减少预锻工步,工艺方案为: 制坯→终锻。 综合考虑自由锻操作方便和锻造工艺, 自由锻坯料采用厚度一致的毛坯,毛坯图如图2所示。
根据HXN5连杆模锻件及220MN电动螺旋压力机的特点,整个模锻工艺要解决的关键问题是:1合理分配坯料,以适应锻件横截面形状的要求,使金属能较好地充满模锻型腔;2模锻件不出现折叠、缺肉和裂纹等缺陷;3在220MN电动螺旋压力机上模锻时,合理设置打击点。
2有限元分析
2.1有限元模型及参数设置
通过三维造型软件建模, 导入有限元Deform3D中进行模拟分析,定义坯料初始网格最小单元尺寸2mm,尺寸比为4,初始坯料温度为1150℃,模具预热温度200℃,润滑剂为水基石墨,定义坯料、模具与环境强热交换,根据220MN电动螺旋压力机特性选择最大能力4400k J,最大压下速度350mm/s,最大打击力≤220MN, 锻造行程90mm, 每步行程步长1.5mm,预成形坯料直接导入终锻模进行终锻模拟。
2.2模拟结果及分析
在锻件成形过程中, 金属流动的速度矢量图如图3所示,箭头大小代表速度的快慢。当上模开始下压时,坯料开始向下流动;随着上模的继续下压,坯料和模具接触面积增加。 上下模盲孔凸台完全接触坯料, 此时坯料受上下模盲孔凸台的挤压开始向四周运动,上模进一步下压,金属沿锻件宽度方向流动增加,锻件水平宽度增大,锻件开始成形,飞边也开始出现,并且飞边处金属外流趋势逐渐增强,模具模腔在逐步充满, 该阶段变形金属各部分处于不同的三向压应力状态,随着金属与型腔的接触面积增大, 摩擦力和金属的变形抗力逐渐增大, 所需变形力也随之增加。随着上下模具的逐步打靠,飞边处金属水平向外流动,且速度急剧增大。从速度场分布图可以看出,在成形第31步锻件飞边开始形成,连杆杆部与大端结合处金属有汇合现象,易形成折叠,汇合速度此处金属外流速度则可能在锻件内部形成折叠。 为防止此类折叠, 在实际生产中增加拐角过渡处原件,保证这部分有足够的金属,使折叠消除或使折叠的起始点在飞边仓部形成, 这一情况在实际生产中得到验证[5]。
( a) 第 1 步 ( b) 第 16 步 ( c) 第 32 步 ( d) 第 48 步( 模拟)
在锻造成形过程中, 热锻模具因承受高温而软化以及坯料与模具发生的相对位移, 必然造成模具磨损,当磨损积累到一定程度时,锻件尺寸就会发生变化,最终导致模具报废[6]。 图4是终锻模具应力及磨损分布图, 从图上可知磨损最大的部位出现在上下模盲孔凸台。由于凸台处模具最先接触金属,模具温度上升较快, 另外从模具应力分布图上可看出此处模具应力最大,磨损加剧。 在实际生产中,适当加强此处润滑,控制模具的温度升高。
3模拟验证
220MN电动螺旋压力机采用电动机械传动方式,依靠能量做功,可以方便地设置飞轮能量、滑块行程、击打点等主要参数,不能直接设定载荷大小[7], 根据图5所示连杆模拟的载荷行程曲线, 结合生产经验,将终锻分为三步,能量设定及击打点如表1所示。 第一锤轻压,防止表面氧化皮压入锻件表面,第三锤重击,保证圆角充满型腔。
根据Deform-3D模拟结果生产的锻件完全充满型腔, 未出现缺料、 折叠等缺陷 ( 锻件如图6所示) ,验证了HXN5连杆有限元分析的可靠性。
4结论
通过对HXN5连杆的工艺性分析,借助Deform有限元分析模拟软件,对HXN5连杆的锻造成形过程进行模拟分析,对锻造坯料的速度场分布、模具应力及磨损分布和载荷行程图等作了深入研究,并通过生产验证了坯料及模锻工艺设计的合理性和可行性。
摘要：本文以HXN5连杆为例,对其进行工艺性分析,制定了自由锻预成形后直接模锻的锻造工艺。借助Deform-3D有限元分析模拟软件,对连杆锻造成形的整个过程进行了模拟,优化了预成形坯料的尺寸,深入研究了模拟结果的速度场分布、模具磨损分布、材料流动速度,并用220000k N电动螺旋压力机上的实际锻造工艺对其进行了验证,结果表明,锻造工艺与模拟结果吻合,模拟分析为工艺优化和模具设计提供了可靠的理论依据。
试验过程数据分析 篇9
色谱分析的简述:色谱法是一种分析分离技术是物理理论和物理化学理论的综合。色谱法最早是通过对植物色素的分离, 得到一组颜色的谱图演变而来的故称之为色谱。其原理是通过一种吸附剂作为固定相, 另一种气体或液体作为流动相, 把样品与流动相混合, 流动相带动样品通过固定相, 由于不同的物质在固定相的分配系数不同, 固定相吸附各种物质能力不同, 分配系数小的先通过固定相, 分配系数大的后流出固定相, 这样就把样品分离开了。因此变压器油就是基于这种原理把溶解在油中的混合气体分离开, 由于分析变压器油需用气体做载气故称之为气相色谱分析。
充油的变压器等电器设备内绝缘油及有机绝缘材料, 在热和电的作用下会逐渐老化分解, 产生少量的各种低分子烃及CO、CO2、H2等气体, 这些气体大部分溶解在油中, 当存在潜伏性过热或发生电故障时, 就会加快这些气体的产生速度, 随着故障发展, 分解出的气体不断溶解在油中.因此分析溶解于油中的气体就能尽早发现设备内部存在的潜伏性故障, 并随时掌握故障的发展情况。为了掌握这些气体的组成和变化情况必须对这些气体进行分析, 分析这些气体的方法就是利用气相色谱法。
2 产气原理
绝缘油是由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成的混合物, 分子中含有CH3、CH2和CH化学基团并由C-C键键合在一起。由于电或热故障的结果可以使某些C-H键和C-C键断裂, 伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物的自由基, 这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合, 形成氢气和低分子烃类气体, 如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。
乙烯是在大约为500℃ (高于甲烷和乙烷的生成温度) 下生成的。乙炔的生成温度一般在800℃-1200℃, 因此大量的乙炔一般是在电弧的弧道中产生的。
3 色谱分析数据
表1为变压器在试验过程中的色谱分析数据, 型号ODF-PS-1000000/1000变压器 (数据单位为PPm) 。
4 故障类型及性质
变压器内部故障一般分放电性故障和过热性故障两大类。放电性故障又分为局部放电、低能量放电 (火花放电) 、高能量放电 (电弧放电) ;过热性故障分为低温过热、中温过热、高温过热等。为了确定故障类型及性质, 对比表2、3, 按导则中的三比值法对型号ODF-PS-1000000/1000变压器产品试验数据进行计算:
其编码组合分别为202, 可判断该产品为电弧放电。
5 故障位置的判断
型号为ODFPS-1000000/1000的产品在做完外施耐压后进行取样分析 (按照标准要求通常是对变压器下部进行取样) , 发现有乙烯和乙炔产生, 通过三比值法乙炔比乙烯大于1判断, 该台产品属于局部放电。因为发现放电现象, 所以对该台产品进行中部和上部取样分析, 其中上部产生烃类气体比较严重, 乙炔更是达到了12.46PPM。由此可以判定放电部位是上部。
6 故障的解决方法
型号为ODFPS-1000000/1000这台产品因为产气进行了吊芯检查, 器身解体后发现该台产品线圈上端静电板有明显放电现象, 而且端绝缘被击穿, 这就是该产品产气的原因, 随后该产品更换了线圈静电板后顺利试验合格。表4为这该产品试验合格后数据。
7 结论
色谱分析可以及时的发现和有效的判定变压器在试验过程中发生的问题, 并可以判断故障的类型和发生故障的位置。
摘要：针对气相色谱分析在变压器试验过程中的重要作用进行了论述。
试验过程数据分析 篇10
1 电子万能试验机的内涵
电子万能试验机, 是一种新型的双空间微机控制电子万能试验机, 这是专门针对科研院所和高等院校而设计的, 其中积极融合了现代先进的科学技术, 试验机的辅具和主机中都积极应用了日本的相关技术[1]。现代研究中使用的电子万能试验机, 操作方便简单, 外形也较为美观大方, 最为重要的是该机器性能较为可靠, 达到了相关的要求标准。电子万能试验机, 在实际使用过程中, 产生的污染物质较少, 噪音同样也少, 但却具有较高的工作效率, 能够在较宽的范围内进行移动。电子万能试验机众多的优点, 决定了其在金属以及非金属等材质的力学性能试验方面, 具有较为广阔的应用前景。电子万能试验机在进行校准工作方面, 对于数字化测控系统的应用程度较高, 能够积极应用到材料力学方面的很多测量工作当中[2]。
2 电子万能试验机在进行校准工作时存在的问题
2.1 引伸计检定和使用过程中有应变误差
电子万能试验机, 在实际使用的过程中, 不可避免的会存在着一些问题, 测试结果出现偏差, 是最为常见的问题之一。引伸计, 是电子万能试验机中的重要组成部分, 对电子万能试验机的实际使用效果具有较高的影响和作用。在进行金属方面材料的强度测试工作时, 当前普遍使用的都是电子引伸计测量试样变形。引伸计, 在实际进行测量的过程中, 其自身的准确性, 会在很大程度上影响到所测量对象的强度结果。试样中的引伸变化情况, 达到规定的变形标准时, 再进行对应强度结果的计算。引伸计处于不够良好的工作状态, 会对变形曲线和拉伸力的实际情况造成一定影响, 这同时会对具体的测试结果的准确性造成影响。导致测试结果出现误差, 通常情况下都是由这几个原因造成的:引伸计刀口的保护工作没有做好, 刀刃等结构方面受到磨损, 在某些情况下影响到引伸计的标距, 因而需要针对引伸计的刀口进行及时的检查和维修工作, 必要时进行更换;引伸计的初始安装状态不符合相关规定, 达不到一定标准;式样在进行夹紧工作时受到附加载荷的影响。
2.2 加荷速度影响到校准的具体结果
通常情况下, 应用电子万能试验机, 进行测试的项目都是弯曲强度和模量、拉伸强度和拉伸模量等方面。电子万能试验机在进行测试工作的过程中, 通常都是由计算机进行相应的数据采集工作的, 试验力的闭环控制工作, 对于电子万能试验机的整体效果具有重要影响。电子万能试验机在实际使用的过程中, 运行的速度较快, 因而当骤然停止工作时, 其自身的加荷速度将会影响到校准工作的实际结果, 误差情况在所难免。电子万能试验机自身设定的横梁速度也较快, 对于校准结果也会产生一定的不利影响。
3 加强电子万能试验机校准工作的相关技术
3.1 采用优良的电子万能试验机软件
先进的技术设备, 能够在很多方面提高测试结果的准确性, 弥补一些工作当中的误差。计算机技术的迅猛发展, 为电子万能试验机的实际应用提供了良好的前提条件。针对计算机技术的优势和作用, 将其积极应用到电子万能试验机的工作当中, 将能够起到事倍功半的良好效果。采用优良的电子万能试验机软件, 能够将试验机的数据采集系统进行有效的更新和发展, 促进校准工作的顺利进行。在电子万能试验机实际进行测量工作的过程中, 因为测量人员自身能力的问题和测试方法的问题, 将会影响到测试的具体结果, 使用优良的试验软件, 能够弥补和改进这方面的问题。软件测评技术已经取得了良好的发展成果, 将其应用到电子万能试验机的测量工作中, 能够发挥良好的作用和价值。
3.2 加强引伸计的检定工作
引伸计在电子万能试验机的实际运用过程中, 难免会出现一些问题, 为了保证测量结果的准确性, 需要针对引伸计的实际使用情况, 进行控制和管理, 逐步提高相关技术。对于引伸计的初始安装状态进行有效的控制, 保证引伸计和测试使用的安装方向保持一致, 这样也就能够有效保证引伸计的操作和具体的实施要点保持一致。在使用引伸计进行测量的时候, 需要相关的使用者和检定人员, 进行及时的沟通, 由此才能够保证其正常投入到使用中。对引伸计进行分段检定, 是使用引伸计的新型检定方式, 能够在一定程度上有效保证引伸计的测量结果准确、真实。
3.3 减少电子万能试验机的误差
在对电子万能试验机的实际测量情况进行分析和研究时, 通过一系列的检查和对比工作, 能够及时发现电子万能试验机在实际运行过程中可能存在的误差情况, 具体的误差数据见表1。根据电子万能试验机的具体误差情况, 能够及时采取相应措施, 尽可能的降低和减少电子万能试验机的误差情况。
4 结束语
电子万能试验机, 是重要的测试工具之一, 主要是用来测试材料力学中的一些重要材料。电子万能试验机, 有效应用了众多的先进科学技术, 对于测试结果数据的准确性, 具有一定的保障。在使用电子万能试验机进行测试工作的过程中, 难免会出现一些问题, 从这些问题出发, 才能够提出一些增强使用效果的相关技术和方法。
摘要：电子万能试验机在具体应用的过程中, 以其先进的技术手段和较为精准的测量效果, 具有较高的优势和价值, 但是仍然存在着一些需要解决的问题。尤其是电子万能试验机在运行中出现的还没有形成固化效果的方法和手段, 更需要对其进行详细的分析和探讨, 才能够保证电子万能试验机真正发挥作用和效果。文章主要从电子万能试验机的内涵入手, 针对电子万能试验机在进行校准工作时存在的问题进行分析和介绍, 提出了一些如何加强电子万能试验机校准工作相关技术的方法。
关键词：电子万能试验机,校准过程,具体问题,技术分析
参考文献
[1]东方, 安少华, 邱宝付, 等.电子万能试验机校准技术研究[J].计量与测试技术, 2014 (11) :39-40.
爆震波形成过程试验研究 篇11
关键词：火焰加速,爆燃向爆震转变,爆震波,环形,试验研究
爆震燃烧是脉冲爆震发动机的基础,爆震波的触发是脉冲爆震发动机的核心技术,通过高能量直接触发爆震波在实际运行操作过程中是不切实际的,可行的方法是通过低能量的触发源先产生缓燃波,然后通过火焰加速的方法实现缓燃到爆震的转变,即DDT过程。为缩短低点火能量下DDT距离,常用的方法是在爆震室内加障碍物,如孔板、Shchelkin螺纹等等,相比于未加障碍物的光管,这种方式可以大大缩短DDT距离,从而缩短爆震管乃至整个发动机的长度,同时这些装置也会带来流阻及推力损失,甚至会导致脉冲爆震发动机无法产生有效推力,因此如何实现快速、低阻触发爆震波仍是脉冲爆震发动机(PDE)设计中的核心技术难题。本文对不同结构的爆震室中的爆震波形成过程进行了单次爆震试验,对瞬时推力进行了测量并对比分析研究,希望为PDE设计中的核心技术难题提供有用信息。
1 试验装置与方案
1.1 试验与测量装置
本试验研究是基于单次爆震循环进行的,试验装置本着简单可行、实用、可进一步改进的原则进行了设计。整个试验装置由燃料和氧化剂供给系统、预燃室、点火系统、爆震室等组成。试验采用预燃室环形聚心火焰点火起爆的方式,预燃室垂直安装在爆震室封闭端处,通过8个内径为6 mm、长度为200mm的弯曲支管将预燃室和爆震室连接在一起,如图1所示,支管出口在爆震室封闭端一个圆周上均匀分布。试验中采用的爆震室横截面尺寸如图2所示,圆形爆震室直径与小环形爆震室当量直径相等。爆震室长度均为1 000 mm,为了缩短DDT的距离,在爆震室内安装环形孔板,孔板的堵塞比(blockage ratio)(障碍物堵塞的流通面积与爆震室横截面面积之比)为0.44,文献[1,2,3]指出,堵塞比的较佳值为0.43。图3为带孔板的小环形爆震室结构示意图,小环形爆震室中所用的环形孔板如图4所示。
试验通过测量火焰传播速度来研究火焰加速过程,采用型号为CY-YD-205的压电式压力传感器[4]测量流场的压力,判断爆震室内是否形成了稳定的爆震波,采用CL-YD-311拉压型压电式力传感器直接测量脉冲爆震室的瞬时推力,用数据采集卡、计算机以及记忆示波器对数据进行采集并进行分析[5]。
1.2 试验内容
对三种不同结构(小环形、大环形、圆形)的爆震室进行不同当量比和有无环形孔板的爆震波形成过程试验,研究爆震波的形成过程;测量不同爆震室填充比下的瞬时推力,并进行平均推力计算分析。试验工况见表1。
2 试验结果及分析
引射推力增量值是将爆震引射系统的平均推力减去基准平均推力,再除以基准平均推力得到,本文对带直引射喷管和直-扩引射喷管的环形爆震室引射系统的试验数据进行后处理分析,研究引射喷管的几何参数对引射性能的影响。
2.1 小环形爆震室中爆震波形成过程
对不带孔板和带10个孔板的小环形爆震室在可燃混合物不同当量比下进行爆震波形成过程试验。利用火焰速度测量系统测量火焰到达光电管的时间,相邻两个光电管之间的距离除以时间间隔就得到这两个光电管之间的平均火焰速度;应用压力传感器测量爆震室内的压力。
图5为可燃混合物不同当量比下加环形孔板的小环形爆震室中火焰速度曲线,横轴为相邻光电管的正中间位置与爆震室封闭端的距离,纵轴表示火焰速度,曲线是多次试验取平均得到的。爆震室中可燃混合物当量比φ=0.9时,火焰出现两种状态,一种是以高速爆燃波的形式传播,速度维持在700~900 m/s,图6是距离封闭端480 mm处的压力波形;另一种状态是火焰由高速爆燃波转变为爆震波,速度在第一个测量点速度已经达到1 200 m/s,经过环形孔板对火焰的加速最终达到了CJ爆震波速,图7为形成爆震波后的压力波形。在可燃混合物当量比φ=1.0、1.1、1.2时,在整个测量段火焰均以CJ爆震波速传播,各个压力测量点的压力波形与图7类似,压力峰值都在2 MPa以上。爆震波的平均传播速度随当量比的增大略有升高。
图8为不加孔板的小环形光滑爆震室中的火焰速度,可以看出在可燃混合物当量比φ=0.9时,火焰速度基本维持在400~600 m/s之间,比加孔板的爆震室中的火焰速度(700~900 m/s)低。在当量比φ=1.0时火焰出现两种状态,一种是爆燃状态,一种是爆震状态。维持试验条件不变,这两种状态的出现是随机的。增大可燃混合物的当量比,火焰只出现爆震状态。压力传感器测量到得爆震压力波形与图7相似,爆燃状态的压力波形与图6相似,从而验证了火焰测量系统的可靠性。
2.2 圆形爆震室中爆震波形成过程
为了进一步了解环形爆震室中的爆震特性,对与小环形爆震室相同截面积的圆形爆震室进行了对比试验。图9是带环形孔板的圆形爆震室中,可燃混合物在不同当量比下被点燃后的火焰传播速度曲线。可燃混合物当量比φ=0.9、1.0时,火焰均经历了加速过程,火焰状态由爆燃转变成爆震。不同的是:当量比φ=0.9时在距离封闭端420 mm处完成了爆燃向爆震的转变,φ=1.0时在距离封闭端340 mm处形成了爆震波。图10、图11分别为当量比φ=0.9时形成爆震波前、后的压力传感器测量到的压力波形。在当量比φ=1.1、1.2时,爆震波均在第一个测量点之前形成,火焰传播速度随当量比的增加略有增加。
将圆形爆震室中的环形孔板去掉,对光滑爆震室进行试验,得到图12中的火焰传播速度。在可燃混合物当量比φ≤1.0时,火焰呈现爆燃状态;φ=1.1时出现两种随机的状态,一种是高速爆燃状态,一种是爆震状态,这与小环形光滑爆震室中在可燃混合物当量比φ=1.0时的情况基本一样,由此看出,环形爆震室比圆形爆震室更容易形成爆震波;φ=1.2时爆震室中只出现稳定的爆震波。
2.3 大环形爆震室中爆震波形成过程
发动机的平均推力与爆震室的截面积成正比,为了得到尽可能大的推力,对不带孔板障碍物的大环形爆震室进行了试验研究。图13是不同当量比下的火焰在爆震室内的传播速度,在可燃混合物当量比φ≤1.0时,火焰呈现爆燃状态,火焰传播速度随可燃混合物当量比的增大而增大;当量比φ=1.1时出现两种随机的状态,一种是爆燃状态,一种是爆震状态,这与小环形光滑爆震室中当量比φ=1.0时和圆形光滑爆震室中当量比φ=1.1时的情况是一样的,由此看出爆震室直径越大越不容易形成爆震;当量比φ=1.2时爆震室中只出现稳定的爆震波。
2.4 不同爆震室填充比下的瞬时推力测量
孔板障碍物在加速爆燃向爆震转变的同时对发动机的性能也有一定的影响,为了使三种爆震室的推力具有可比性,爆震室中填充当量比φ=1.2的可燃混合物,对不带孔板的光滑爆震室的瞬时推力进行测量,得到图14~图16所示的小环形、圆形、大环形爆震室的瞬时推力波形,(a)为爆震室填充比ff=1.0时的瞬时推力,(b)为ff=0.6时的瞬时推力,填充比的大小是通过电磁阀开通时间的长短控制的。瞬时推力波形是振荡的,值有正有负,这是压电式力传感器和推力测试系统造成的,测量曲线与实际瞬时推力有一定的差距。在ff=1.0时,小环形爆震室、圆形爆震室、大环形爆震室瞬时推力峰值分别为1 900 N、1 850 N、5 050 N,均比理论值低,这是由测力系统各零部件之间存在较大的摩擦力、供气管道对测力系统重量的影响、压电式力传感器固有特性等造成的。同时,试验台架重量较大导致惯性也较大,也会使测量值与实际值有差异。推力峰值是爆震波传播过程中作用在爆震室上的最大推力值,整个爆震循环还包括压力松弛过程和排气过程,对瞬时推力在整个循环时间上积分并取平均就可以得到平均推力,采用软件Origin对试验测得的瞬时推力数据进行后处理得到平均推力。瞬时推力峰值、平均推力都随爆震室填充比的增加而增加,如表2所示。
3 结论
从三种不同结构尺寸的爆震室中爆震波形成过程试验结果可以看出,小环形爆震室在可燃混合物当量比φ≥1.1、大环形爆震室和圆形爆震室均在当量比φ=1.2时,无论有无孔板,爆震波都会在爆震室封闭端附近形成,其原因主要包括:第一,乙炔是易爆燃料,比其他碳氢燃料的DDT距离短;第二,使用预燃室热射流方法相当于增大了爆震室的点火能量;第三,从预燃室传出的火焰通过在8个弯曲支管中加速已经达到较高的传播速度;第四,从8个等长度的支管射出的高速火焰在形成环形火焰后继续在聚心传播区加速,火焰诱导激波在内环壁面反射聚焦或在轴线上碰撞反射聚焦从而增强激波强度,较强的诱导激波压缩未燃气提高其温度和压力从而加快燃烧反应速率,燃烧速率的加快使得火焰传播速度提高,再次提高激波强度,即利用激波聚焦和聚心火焰的相互增强作用[6]。
大环形爆震室中,聚心传播区距离较短,使得激波聚焦和聚心火焰相互增强的作用变弱,同时聚心火焰引燃环形爆震室中的可燃物,相对于小环形爆震室来说,点火能量较小,所以较难形成爆震波。相同当量直径的环形爆震室比圆形爆震室更易于形成爆震波,主要是因为环形爆震室径向流通尺寸较圆形爆震室小,环形爆震室内外环壁面附面层对激波的粘性阻碍加速作用更大,同时激波在内外环壁面多次反射,反射区压力较大可以使燃烧反应速率更大。
在可燃混合物当量比较小时,环形孔板可以进一步激发火焰阵面的不稳定性,从而加速向爆震的转变。预燃室环形聚心火焰点火方式,集预燃室两步起爆法、环形火焰聚心和激波聚焦原理、弯管加速火焰法于一体的点火起爆方式,加速了爆震波的形成过程,爆震波形成距离较普通火花塞点火方式短。
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