СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЗАПРАВКИ ТЕПЛОВОЙ ТРУБЫ
HEAT PIPE FILLING QUALITY CONTROL METHOD

Предлагаемое изобретение относится к теплотехнике, а именно к способам испытаний тепловых труб на работоспособность.
Известны способы контроля качества заправки тепловой трубы [1-4], заключающиеся в подводе тепла к одному из ее участков, измерении температуры в одной или двух ее точках и сравнении результатов измерения с данными, полученными путем расчета или на эталонной тепловой трубе.
Так по способу контроля качества заправки тепловой трубы [1] (авторское свидетельство СССР №1000726, дата приоритета 11.06.1981 г.) осуществляют тепловое воздействие на один из участков тепловой трубы, измеряют температуру на другом ее участке в нестационарном режиме и судят о наличии газа в трубе по скорости изменения температуры, которую сравнивают со скоростью изменения температуры на эталонной тепловой трубе.
По другому известному способу контроля качества заправки тепловой трубы [2] (авторское свидетельство СССР №1562659, дата приоритета 10.06.1988 г.) осуществляют тепловое воздействие на один из ее участков, измеряют температуру на другом ее участке и судят о наличии газа в трубе по времени заданного отклонения температуры, которое сравнивают с временем такого же отклонения температуры на эталонной тепловой трубе.
Недостатком способов контроля качества заправки [1, 2] является низкая чувствительность. Оценка наличия в тепловой трубе неконденсирующегося газа в значительной степени зависит от идентичности условий испытаний эталонной и исследуемых тепловых труб. К таким условиям относятся в частности температура и скорость охлаждающего воздуха. Идентичность всех необходимых условий обеспечить трудно и для этого требуется дорогостоящее оборудование.
Кроме того, способы контроля качества заправки [1, 2] в некоторых случаях могут оказаться неприменимыми. Например, температура зоны нагрева высокоэффективной тепловой трубы при одном и том же тепловом потоке, температуре и скорости охлаждающего воздуха зависит от количества неконденсирующихся газов, присутствующих в ней. С уменьшением количества неконденсирующихся газов в тепловой трубе ее температура в зоне нагрева может снижаться на (10-20)°С. Соответственно снижается и температура в ее зоне конденсации. По этой причине контроль качества заправки тепловой трубы по температуре, измеряемой в одной ее точке, как это делается по способам [1, 2], может приводить к ошибочным результатам.
Другим способом контроля качества заправки тепловой трубы [3] (авторское свидетельство СССР №1737247, дата приоритета 17.03.1989 г.), является способ, заключающийся в измерении температуры одновременно в двух граничных точках ее участка конденсации и определении контрольного параметра, равного отношению разности измеренных температур к большей из них. Полученный контрольный параметр, как и в способах [1, 2], сравнивают с идентичным контрольным параметром эталонной тепловой трубы.
В сравнении со способами [1, 2] чувствительность способа [3] выше, однако она также сильно снижается с уменьшением количества неконденсирующихся газов в тепловой трубе.
Наиболее близким по технической сущности и поэтому выбранным в качестве прототипа является способ контроля качества тепловой трубы [4] (авторское свидетельство СССР №1326869, дата приоритета 28.01.1986 г.) путем подвода тепла к одному из ее участков, измерения температуры в двух ее точках на противоположных концах тепловой трубы по разные стороны от зоны теплоподвода, определения разности измеренных температур (Δt) и сравнения величины (Δt) с результатами, полученными на эталонной тепловой трубе.
Данный способ контроля качества заправки тепловой трубы является наиболее чувствительным из всех рассмотренных способов. Однако при некоторых режимах функционирования тепловой трубы (величине теплового потока (Р), температуре тепловой трубы и т.п) его чувствительность может снижаться, т.е. величина Δt может практически не зависеть (или зависит очень незначительно) от наличия в тепловой трубе неконденсирующегося газа. Обусловлено это тем, что в частности от указанных режимов функционирования тепловой трубы зависит степень проникновения в поток пара неконденсирующегося газа вследствие диффузии. При этом возможно получение недостоверных результатов.
Все приведенные выше известные способы контроля качества тепловой трубы [1-4], также имеют общий недостаток - необходимость сравнения результатов измерения с результатами, полученными расчетом или экспериментально на эталонной тепловой трубе. Однако провести достаточно точный расчет тепловой трубы сложно. Неясно также, какую тепловую трубу можно принять за эталонную.
Задачей заявляемого технического решения является повышение чувствительности и достоверности контроля качества заправки тепловой трубы теплоносителем и тем самым - увеличение выхода качественной продукции.
Данная задача решается за счет того, что в известном способе контроля качества тепловой трубы [4], включающим подвод тепла к одному из ее участков, измерение температуры трубы в двух ее точках на противоположных концах по разные стороны от зоны теплоподвода и определение разности измеренных температур (Δt), в соответствии с заявляемым техническим решением, разность температур Δt определяют при нескольких значениях теплового потока в диапазоне от нулевого до максимального рабочего значения. По результатам измерений строят зависимость разности температур Δt от величины теплового потока Р. По характеру данной зависимости делают вывод о наличии или отсутствии в тепловой трубе неконденсирующегося газа.
Экспериментальным путем было установлено, что в случае, когда неконденсирующийся газ в тепловой трубе отсутствует, величина Δt монотонно возрастает с увеличением теплового потока Р. При наличии в тепловой трубе некоторого количества неконденсирующегося газа зависимость Δt(P) имеет локальный максимум.
В качестве примера конкретного применения заявляемого технического решения приводится способ контроля качества заправки водой плоской тепловой трубы из никеля, имеющей размеры (140×110×2) мм.
Данная плоская тепловая труба (одна и та же) заправлялась и контролировалась дважды. В первом случае качество заправки было высоким - неконденсирующийся газ в ней практически отсутствовал; во втором случае в тепловой трубе оставался неконденсирующийся газ в количестве, влияющем на ее работоспособность.
С помощью нагревателя к испарительной зоне тепловой трубы подводили тепловой поток с мощностью 2,5 Вт и измеряли разность температур между испарительной и конденсаторной зонами. Данную процедуру повторяли при мощностях теплового потока 5,2 Вт, 10,4 Вт, … 79,8 Вт. Полученные результаты приведены в таблице ниже.
Р<sub>наг</sub>, Вт
Δt<sub>исп-конд</sub>, °С
при наличии некоторого количества нек. газов
при практическом отсутствии нек. газов
0,0
0,0
-
2,5
1,3
-0,02
5,2
3,1
-0,1
10,4
5,8
0,4
20,4
7,2
0,6
25,3
7,2
0,8
29,9
7,1
1,1
40,2
6,2
1,5
50,0
5,0
1,8
70,0
3,3
2,1
79,8
3,1
2,4
По данным измерений были построены зависимости Δt(P) (см. чертеж). В случае, когда неконденсирующийся газ в тепловой трубе практически отсутствует, была получена зависимость 2, а при наличии в тепловой трубе некоторого количества неконденсирующегося газа - зависимость 1.
Как видно по приведенным данным при Р=80 Вт и более параметр Δt практически не зависит от небольших количеств неконденсирующихся газов. Однако при снижении величины теплового потока чувствительность данного параметра возрастает, достигая максимума при Р=(20-30) Вт.
Если в тепловой трубе остается некоторое количество неконденсирующихся газов, то при небольших по величине тепловых потоках разность температур между зоной испарения и конденсации может существенно превышать соответствующие ее значения при более высоких тепловых потоках и потенциал тепловой трубы используется неполностью. Тепловая труба с предельно низким содержанием неконденсирующихся газов может работать во всем диапазоне рабочих тепловых потоков с небольшой по величине разностью температур между ее зонами испарения и конденсации.
Применение заявляемого способа контроля качества заправки тепловой трубы позволяет увеличить чувствительность определения наличия в ней неконденсирующихся газов и тем самым повысить качество изготавливаемых тепловых труб.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Авторское свидетельство СССР №1000726, кл. F28D 15/00, дата приоритета 11.06.1981 г.
2. Авторское свидетельство СССР №1562659, кл. F28D 15/02, дата приоритета 10 06.1988 г.
3. Авторское свидетельство СССР №1737247, кл F28D 15/02, дата приоритета 17.03.1989 г.
4. Авторское свидетельство СССР №1326869, кл. F28D 15/02, дата приоритета 28.01.1986 г.