ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована при создании термоэлектрических преобразователей (ТП), предназначенных для измерения высоких (до 1200°C) температур и(или) работающих в агрессивных рабочих средах, например, в науглероживающих средах и средах вызывающих сероводородную коррозию.
Преобразователи термоэлектрические с проволочными и кабельными термочувствительными элементами изготавливают, как правило, с защитными чехлами из высоколегированных сталей, коррозионностойких, жаростойких и жаропрочных сплавов, например, из аустенитной стали AISI 310. Для температур до 800°C наиболее часто применяются чехлы из нержавеющих сталей - аналогов отечественных 12Х18Н10Т и 10Х17Н13М2Т, обладающих повышенной устойчивостью к межкристаллитной коррозии. При более высоких температурах большинство Российских производителей ТП, в основном, используют ферритную сталь 15Х25Т с температурой интенсивного окалинообразования 1050°C, которая имеет ограниченную свариваемость и склонна к охрупчиванию в диапазоне 450-850°C /Термоэлектрические преобразователи температуры. Теория. Практика. Развитие, 2004, с. 42-43].
Наиболее близким к заявляемому по технической сути является преобразователь термоэлектрический, включающий термочувствительный элемент выполненный в виде термопары, изготовленной из кабеля термопарного с минеральной изоляцией и защитную арматуру, выполненную в виде заглушенного с одной стороны металлического чехла /RU 41190, H01L 35/02, 2004/. Данная конструкция выбрана за прототип. Отличительной особенностью прототипа является то, что материал чехла выполнен из сплава, выбранного из ряда: 310 по стандарту AISI, 310S по стандарту AISI и 1.4845 (X12Cr Ni 2521) по стандарту DIN 17440.
К недостаткам прототипа необходимо отнести недостаточный ресурс при температуре применения от 1150 до 1200°C, а также в науглероживающих средах и средах вызывающих сероводородную коррозию.
Авторы решали задачу по созданию преобразователя термоэлектрического, лишенного указанного недостатка. Техническим результатом является расширение области применения термопреобразователей за счет возможности их использования при температурах до 1200°C, а также в науглероживающих средах и средах вызывающих сероводородную коррозию
Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается преобразователь термоэлектрический с термочувствительным элементом, размещенным в глухом отверстии защитного металлического чехла, выполненным в виде термопары, изготовленной из кабеля термопарного с минеральной изоляцией, отличающийся тем, что чехол выполнен из сплава, включающего следующие химические элементы в процентах от массы:
никель 58-63;
хром 21-25;
алюминий 0,8-1,7;
железо остальное,
Дополнительно предлагается защитный чехол выполнить из никелевого сплава, включающего, по меньшей мере, один из следующих легирующих элементов: титан, кобальт, цирконий, азот, марганец, кремний, медь.
В частном случае защитный чехол может быть выполнен из сплава марки выбранной из ряда: N06601; 2.4851; NiCr23Fe; NC23FeA; NiCr23Fe15Al; Inconel 601; Inconel 601GS; Nicrofer 6023; Nicrofer 6023H; VDM Alloy 601;; Incoloy 601; Pyromet 601; Nickelvac 601; Ferrochronin 601.
Дополнительно предлагается защитный чехол выполнить с монтажным элементом, предназначенным для крепления на термометрируемом объекте.
Защитный чехол может быть выполнен из трубы из круга с просверленным в нем глухим отверстием или частично выполнен из круга с просверленным в нем глухим отверстием и частично из трубы.
При этом термочувствительный элемент изготавливается в виде термопары из кабеля термопарного с минеральной изоляцией с номинальной-статической характеристикой одного из типов:
- платинородий-платина ТПП 13 (R)
- платинородий-платина ТПП 10 (S)
- платинородий-платинородий ТПР (В)
- нихросил-нисил (никельхромникель-никелькремний) ТНН (N)
- хромель-алюмель (никельхром-никельалюминий) ТХА(K)
Гомогенный сплав никеля хрома и железа с добавлением алюминия в указанных пропорциях обладает высокой жаростойкостью (вплоть до 1200°C) за счет образования при высоких температурах на его поверхности плотной защитной пленки окислов хрома и алюминия. Кроме того, хром образует с никелем твердые растворы различной концентрации, что повышает жаропрочность и жаростойкость сплава и улучшает антикоррозионную стойкость в различных средах, включая науглероживающие и вызывающие сероводородную коррозию. Выполнение чехла термоэлектрического преобразователя из никелевого сплава, включающего указанные химические элементы в указанном соотношении (сплав 601) позволяет расширить область его применения за счет возможности использования при температурах до 1200°C, а также в науглероживающих средах и средах вызывающих сероводородную коррозию. Таким образом достигается технический результат.
Добавление титана и кобальта в твердый раствор усложняет его структуру способствуют образованию устойчивых частичек упрочняющих фаз, в результате чего увеличивается жаропрочность сплава, кроме того титан в сочетании с никелем повышает антикоррозионную стойкость. Цирконий и азот замедляют рост зерен. Марганец в сочетании с никелем повышает жаростойкость и улучшает механические свойства сплавов. Кремний, растворяясь в никеле в ограниченных количествах, улучшает литейные свойства, повышает химическую стойкость и конструкционную прочность сплавов.
Дополнительный технический результат заключается в расширении технологических возможностей, поскольку никелевый сплав указанного состава хорошо сваривается сам с собой, например, при получении сварных труб, а также имеет достаточно прочный сварной шов с нержавеющей сталью типа 12Х18Н10Т, что позволяет изготавливать чехлы, выполненные частично из никелевого сплава, частично из нержавеющей стали.
Результат циклических испытаний сплава 601 при 1205°C (десять циклов по 50 часов на температуре и охлаждение на воздухе) показал, что потеря массы для Inconel 601 составила чуть более 25 мг/см2
Стойкость сплава 601 к науглероживанию приведена в таблице 1
Стойкость сплава 601 в атмосфере 1,5% сероводорода и 98,5% водорода в течение 100 часов при температуре (сероводородная коррозия) приведена в таблице 2
На фиг. 1 представлено заявляемое устройство, где 1 - термочувствительный элемент, 2 - защитный чехол, 3 - монтажный элемент. Чехол изготовлен из гомогенного сплава никеля, хрома и железа с добавлением алюминия.
Устройство работает следующим образом. В защитный чехол 2 помещают термочувствительный элемент 1 (термопару). Защитный чехол предохраняет термопару от непосредственного воздействия рабочей среды. Защитный чехол 2 закрепляют на термометрируемом объекте при помощи монтажного элемента 3 так, чтобы заглушенная часть чехла находилась в контакте с рабочей средой, температуру которой необходимо измерять.