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低气压试验基础知识(2)

发布时间:2017/10/12 14:56:09   发布人:管理员
许多产品的试验报告及实地考察都反映了气压降低对性能的影响。气压降低对产品的直接影响主要实气压变化产生的压差作用。这对于密封产品的外壳会产生一个压力,在这个压力的作用下会使密封破坏。然而气压降低的主要作用还在于因气压降低伴随着大气密度的降低及空气的平均自由程增大,会使产品的性能受到很大影响。
(一)散热产品的温升随大气压降低而增加。
所谓散热产品,是指在自由空气条件下(没有强迫空气流通时)进行测量时,实验样品温度达到稳定后,其表面最热点的温度仍高于周围大气温度5摄氏度以上时,这种试验样品叫做散热产品。
电工电子产品中有相当一部分是散热产品,如电机、变压器等,这些产品在使用中要消耗一部分电能,使其变成热能,使产品温度升高,散热产品的温升随大气压的降低而增加。表1列出了小型三向异步电动机温升随海拔高度的变化。
由表中可以看出:散热产品的温升随海拔高度的增加(大气压力的降低)而增加。温升与海拔高度大致成线性关系,如图1所示。其斜率取决于本身结构、散热情况、环境温度等因素。
散热产品的热耗散可以分成3种形式:传导、对流和辐射。大量散热产品的散热主要依靠对流,即依靠产品周围空气流动来散热,对流散热一般又分为强迫通风散热和自然对流散热。自然对流散热是依靠产品发热产生的温度场,造成产品周围空气的温度梯度,使空气流动散热。强迫通风散热是通过强制措施,迫使空气流过产品,带走产品产生的热量。对强迫对流散热来说,在体积流不变情况下,随高度增加,大气压将伴随着空气密度降低。空气密度降低将直接影响强迫对流散热的效果。这是由于强迫对流散热是依靠气体的流动带走热量的。一般电机用的冷却风扇,是保证流过电机的体积流量不变,当高度增加时,由于空气密度下降,即使体积流量不变,气流的质量流量将随之降低。一般可以认为空气的比热是个常数,由于质量的减少,空气吸收的热量也将减少,产品温度将随大气压力降低而升高。当然,随高度增加,对流散热减少,辐射散热增加。高度越高,空气密度越低,对流散热耗散的热量所占的比例越来越大,在相当高的高度上,辐射散热将成为主要的散热形式。
电工电子产品有相当一部分是发热产品,如电机、变压器、接触器、电阻器等。这些产品在使用中要消耗一部分电能变成为热能,这样产品会发热,温度升高。产品因发热而使温度升高,这温度升高部分称之为温升。散热产品的温升随大气压的降低而增加,随海拨高度的增加而增加。导致产品的性能下降或运行不稳定等现象出现。
(二)低气压对密封产品的影响。
低气压对密封产品的影响主要是由于大气压的变化形成压差。压差引起一个从高压指向低压的力。在该力作用下,使气体流动来达到平衡。而对于密封产品,其外壳将承受此力。此力可以使外壳变形、密封件破裂造成产品失效。
(三)低气压对挥发性物质的影响。
压力的降低,会使液体的沸点降低。对于那些在海平面正常大气条件下有较高饱和蒸汽压的液体,低气压使其蒸发甚至沸腾。润滑油或润滑脂属于上述情况。液体中的分子在获得一定能量后,会脱离液体表面而进入到周围空气中,这些分子在大气中将与空气分子相撞,有一部分将撞回液体表面而被束缚住。这个蒸发过程是一个平衡过程。当大气压力降低,空气密度下降,被撞回液体表面上的可能性大降低。因此,在大气压条件下液体挥发的速度将大大增加。压力降低会使润滑油(或润滑脂)加速挥发,会造成部件摩擦加剧,使活动部件表面加快磨蚀。
有机材料中的增塑剂也会因气压降低而加速挥发。增塑剂的挥发促使有机材料老化,使其机械性能或电气性能发生变化。挥发物的挥发也会污染产品及其周围物件,导致产品或物件受污染甚至腐蚀破坏。
(四)低气压对电性能的影响。
海拨高度增加气压降低,对电工电子产品的电气性能也会产生影响。特别是以空气作为绝缘介质的设备,低气压对设备的影响更为显著。在正常大气条件下,空气可以是较好的绝缘介质,许多电气产品以空气为绝缘介质。当这些产品用于高海拨地区或作为机载设备时,由于大气压降低,常常在电场较强的电极附近产生局部放电现象,称之为电晕。更严重的是,有时会发生空气间隙击穿,这意味着设备的正常工作状态被破坏。
在低气压下,特别是伴随高温条件时空气介电强度显著降低,即电晕起始电压和击穿电压显著降低,从而使电弧、表面放电或电晕放电的危险性增加。
(五)温度-低气压对产品的综合影响
1)低温-低气压对产品的影响
A、对处在该环境中的设备带来麻烦。例如,某些产品在低气压条件下可能影响密封性和可能造成泄漏。由于低温的存在,会使液体冻结、材料收缩、变脆,使产品损坏的危险性增加。
B、燃烧速率伴随着温度和压力的降低而降低。
C、低温能补偿由于低气压造成的液体沸点降低,液体易挥发等影响。
D、低温能减少在低气压条件下电器和电子元器件过热的倾向。
E、低温能减少增塑剂和塑料在低气压条件下分解物的挥发。
2)高温-低气压对产品的影响
A、在高温-低气压环境条件下,空气电介质强度明显降低,使电晕起始电压和击穿电压明显降低,从而使飞弧、表面放电或电晕放电的危险性增加。
B、在高温-低气压环境条件下,降低了空气热传导能力,从而加剧了产品的过热。
C、高温-低气压环境增加了流体和润滑油等的挥发,从而增加了产品损坏的可能性和易燃气体燃爆的危险性。
D、加速了增塑剂和塑料的挥发和分解,从而加速了产品的老化。
四、低气压试验(自然环境试验、实验室模拟)
1、自然环境
拉萨大气试验站建成于2007年,隶属于中国兵器工业第五九研究所,是“国防科技工业环境试验与观测网”的组成单位,也是科技部“大气环境材料腐蚀国家野外科学观测研究站”示范站。试验站位于西藏拉萨市以东达孜县内,318国道的北侧,东经91°09′,北纬29°29′,海拔3684m,平均温度7.5℃,平均相对湿度 46%,年总辐射量7600 MJ/m2,年总日照时数3028 h,年降水总量444.8 mm。拉萨高原环境试验站是我国新建的大气环境试验站之一,具有空气稀薄、氧含量少、气压低、昼夜温差大、日照长、太阳辐照强、降水稀少等特点,是目前国内太阳辐射高值中心区,填补了我国自然环境试验在西部高原的空白。