Страница 4: ДСТУ ISO 8497:2005. Теплоізоляція. Визначення теплопередавальних властивостей теплоізоляції круглих труб в усталеному режимі (61901)

8. ДОСЛІДНІ ЗРАЗКИ

   1. Загальні вимоги

Загальні вимоги розглянуто в 5.1 і 6.1.

Якщо результати випробовувань треба вважати представницькими для даного типу виробу або специфічної партії виробів тощо, або матеріалу (для гомогенних матеріалів), то необхідно за­безпечити відповідну вибірку зразків. За відсутності такої вибірки результати випробовування бу­дуть вважатися представницькими тільки для досліджених зразків.

У технічних вимогах до випробовувань треба визначити деталі зразка й особливості його роз­ташований на досліджуваній трубі. Необхідно звернути увагу на такі деталі, як засоби закріплю- вання зразка до досліджуваної труби, застосування ізоляторів чи інших матеріалів у з’єднаннях, а також наявність кожухів, покривів, смуг, відбивальних екранів тощо. За відсутності інших вимог зразок треба прикріпити до досліджуваної труби, як це звичайно заведено на практиці, охоплюючи застосовувані під час експлуатації кожухи й інші деталі (див. 6.1.1).

Безпосередньо перед випробовуванням досліджувані зразки необхідно висушити або іншим способом довести до сталих умов безпосередньо перед випробовуванням, якщо немає спеціаль­них вказівок про те, що такі процедури не потрібні для досягнення відтворюваних результатів для досліджуваного матеріалу. Зазначена процедура готування зразка доречна тоді, коли передба­чається експлуатувати матеріал, в іншому випадку звичайним процесом є сушіння до сталої маси за температури від 102 °С до 120 °С, якщо така температура не шкодить зразку. Наприклад, мак­симальна рекомендована температура сушіння для гіпсу 40 °С, а для пінопласту — від 55 °С до 60 °С. У деяких випадках бажано дотримуватись ще нижчих температур.

За необхідності можна визначити зміну маси, спричинену готуванням зразка, тому після го­тування зразка слід визначити масу і густину.

Після розміщення зразка на досліджуваній трубі необхідно виміряти зовнішні розміри для контролювання форми. Похибка вимірювання не повинна перевищувати ± 0,5 % (як до, так і після випробовування). Для круглого перерізу за допомогою гнучкої сталевої стрічки визначають довжину кола, а розділивши її на я, одержують діаметр D₂. Альтернативну процедуру вимірювання зовніш­нього діаметра кронциркулем можна застосовувати тільки у випадку, коли проводять й усереднюють достатню кількість вимірювань, що дає змогу врахувати відхили від дійсно круглої форми.

Досліджувану секцію потрібно розділити по довжині принаймні на чотири однакових частини, і вимірювання розмірів проводити усередині кожної. У цьому разі варто уникати вимірювань у місцях будь-яких виявлених під час досліджень неоднорідностей. Щоб описати неоднорідності, необхідно виконати додаткові вимірювання. Для установки із захищеним торцем необхідно провести додат­кове вимірювання в центрі кожної захисної секції.

Зразки повинні мати однаковий поперечний переріз по всій довжині, і їх вважають непридат­ними, якщо значення кожного з вимірюваних розмірів (досліджуваної або захисної ділянки) відріз­няється від середньовиміряного значення досліджуваної секції більше ніж на 5 %.

Примітка 15. Технічні умови на вироби можуть містити вимоги щодо вимірювання додаткових розмірів, таких як внутрішній діаметр або товщина. Ці вимірювання треба виконувати так, як зазначено в цих технічних умовах.

Термопари для вимірювання середньої температури зовнішньої поверхні Т₂ потрібно приєдну­вати до поверхні ізоляції відповідно до зазначених нижче умов.

Досліджувану секцію треба розділити по довжині принаймні на чотири однакових ділянки, і поверхневі термопари потрібно розташовувати уздовж секції в центрі кожної ділянки. Велика ус­тановка потребує більшої кількості термопар. Для круглого перерізу термопари треба кріпити по колах, які розташовано на однаковій відстані так, щоб формувати спіральні лінії із загальною кількістю обертів і з кутовим інтервалом між сусідніми термопарами від 45° до 90°. Кожне з за­значених вище розташовань, по можливості, має бути від будь-якого з’єднання або іншої неодно­рідності на відстані, що дорівнює товщині зразка, і додаткові термопари треба застосовувати за необхідності, щоб зафіксувати температуру поверхні. У таких випадках окремі значення темпера­тури і розташовання термопар треба зазначати у протоколі (див. 13.6).

Термопари потрібно прикріплювати до поверхні таким чином, щоб спай і необхідна довжина з’єднувального проводу перебували в надійному тепловому контакті з поверхнею, але не змінювали коефіцієнти випромінення сусідніх поверхонь.

Для неметалевих поверхонь щонайменше 100 мм з’єднувального проводу має контактувати з поверхнею. Один із застосовуваних методів закріплювання полягає в тому, щоб використовувати стрічку, що приклеєна на поверхні зразка, або самоклейку, яка обгорнена навколо нього. У разі, якщо поверхня зразка гладка, але неоднорідна за температурою, то необхідно використовувати маленькі аркуші металевої фольги (розміром приблизно 20 мм х 20 мм або менше, що відповідає кривизні поверхні зразка) із прикріпленими до них спаями термопар. Поверхню цієї металевої фольги потрібно пофарбувати або обробити в інший спосіб так, щоб її коефіцієнт випромінення приблизно дорівнював коефіцієнтові випромінення поверхні зразка.

Для металевих поверхонь щонайменше 10 мм з'єднувального проводу має контактувати з поверхнею. Можливими засобами закріплювання спаїв термопар є зачеканювання, зварювання, паяння або паяння твердим припоєм чи використання металевої стрічки з таким самим ступенем чорноти, як у поверхні. Особливо рекомендовано зварювати розрядом конденсатора. Невеличкі тонкі смуги металу, подібного до металу поверхні, можна приварити до поверхні, щоб струмопід- відний провідник контактував з поверхнею.

Необхідно установити термопари на елементах з високою осьовою тепловою провідністю, таких як металеві кожухи і прокладки (зразки з такими елементами треба випробовувати в уста­новці із захищеним торцем), щоб виміряти значення осьового температурного градієнта, необхідні для розрахунку осьового теплообміну. Ці термопари треба встановлювати зверху та знизу кожного теплопровідного елемента і розташовувати на однаковій відстані приблизно 45 мм від кожного боку зазору між досліджуваною секцією і кожною ділянкою.

8. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ВИПРОБОВУВАННЯ

   1. Вимірювання величин

Вимірюють довжину / досліджуваної секції, довжину зовнішнього кола зразка та інші величини, необхідні для опису форми або для інших вимог. Зазвичай вимірювання відповідно до цього ме­тоду треба проводити за температури навколишнього повітря від 10 °С до 35 °С. Якщо бажано мати характеристики, що базуються на вимірюваннях за робочих значень температури, то їх можна отримати обчислюванням, застосовуючи виміряні за температури навколишнього повітря значення разом із заздалегідь виміряними чи відомими коефіцієнтами теплового розширювання, або їх можна безпосередньо виміряти за робочої температури. Таким чином, можна визначати будь-які харак­теристики, що базуються на вимірюваннях за робочої температури.

Для труб із захищеним торцем досліджувана довжина / — це відстань між центрами зазорів на кінцях досліджуваної секції. Для труб з торцями, що мають відкалібровану або розрахункову ізо­ляцію, досліджувана довжина І— це відстань між торцевими заглушками.

Зовнішні розміри зразка потрібно визначати, як зазначено у 8.5.

Застосовують установку в приміщенні або в кожусі з температурою, яку контролюють так, щоб протягом випробовування вона не змінювалася більше ніж на ± 1 К або на ± 1 % від різниці зна­чень температури досліджуваної труби і навколишнього повітря {Г_о - Т_а) (вибирають більше зна­чення). Якщо вплив швидкості повітря не враховано до умов випробовування або для вирівнювання температури не потрібно значної швидкості повітря, то випробовування проводять за нерухомого повітря (або іншого бажаного газу). Будь-яку швидкість примусового обдування треба виміряти, а її значення і напрямок зазначити в протоколі випробовування.

Відрегульовують температуру досліджуваної труби (досліджуваної секції установки із захище­ним торцем) до необхідного значення. Якщо випробовування треба виконати в діапазоні значень температури труби, щоб охарактеризувати матеріал, то треба вибрати щонайменше три або чо­тири значення температури випробовування, приблизно однаково розподілені в діапазоні. Якщо потрібні дані тільки за однієї температури, наприклад для контролювання якості або приймального випробовування, то його можна проводити за цієї температури, або необхідне значення можна одержати інтерполяцією даних випробовувань, що проведені за значень температури, трохи ви­щих або нижчих необхідної.

Примітка 16. Зазвичай під час випробовування зовнішня поверхня ізоляції перебуває за нормальних значень темпера­тури навколишнього повітря. Ця умова відтворюється в більшості випадків застосування, коли різниця значень температури збільшується з підвищенням температури труби і зростає відповідна середня температура. Якщо бажано відтворювати інші умови застосування або підтримувати малу різницю значень температури, то температуру зовнішньої поверхні можна підвищити або знизити за допомогою зміни температури навколишнього повітря або за допомогою зовнішнього кожуха з регульованою тем­пературою чи додаткового шару ізоляції. Опис таких умов випробовувань треба зазначити в протоколі випробовувань.

Застосовуючи метод захищеного торця, регулюють температуру кожної захисної ділянки так, щоб різниця значень температури поперек зазору між досліджуваною секцією й захисною ділян­кою (яку вимірюють на поверхні досліджуваної труби) дорівнювала нулю або не перевищувала зна­чення, що спричинює похибки вимірювання теплового потоку 1 %. Часто потрібно проводити два випробовування, одне з температурою захисної ділянки, трохи вищою за температуру досліджу­ваної секції, а друге — з трохи нижчою температурою. Інтерполяція одержаних результатів дасть точне значення для нульового балансу теплового потоку вздовж внутрішніх містків і для вхідної потуж­ності досліджуваної секції, а також укаже максимально допустиме значення розбалансу, що не пе­ревищує 1 %. Часто застосовують умову, що розбаланс не повинен перевищувати 0,5 % від пере­паду температури у зразку (Т₂~ То). Ця умова не є обов'язковою для всіх випадків.

В ідеальному випадку осьовий температурний градієнт у зазорах між досліджуваною й захис­ною секціями досліджуваної труби і внутрішньої труби нагрівана і в будь-яких внутрішніх підтри- мувальних елементах повинен дорівнювати нулю, щоб уникнути осьових теплових потоків усе­редині труби. У деяких конструкціях неможливо підтримувати рівновагу між поверхнею і внутріш­німи елементами, і для внутрішніх елементів необхідні поправки на внутрішні осьові тепловтрати. Коли в досліджуваній трубі розташовано лише підтримувальні містки, то досить встановити нульо­вий баланс випробовувального проміжку поверхні труби (між досліджуваною секцією й захисною ділянкою), і ніяких поправок не потрібно. Коли в установці застосовано внутрішні підтримувальні містки, то необхідно за показниками внутрішніх термопар, що зазначені у 7.3, і за розмірами і вла­стивостями цих містків оцінювати внутрішні осьові втрати, які потрібно додати до (або відняти від) вимірюваної вхідної потужності досліджуваної секції.

Після установлення усталеного режиму теплообміну треба визначити:

1. середню температуру досліджуваної секції труби Т_о;

2. баланс між досліджуваною секцією та захисною ділянкою (для установки із захищеним торцем);

3. середню температуру зовнішньої поверхні зразка Т₂ (її можна не визначати, якщо потрібен тільки коефіцієнт теплообміну);

4. середню температуру навколишнього повітря Т_а і, якщо використовують примусове обду­вання, швидкість повітря;

5. середню електричну потужність, яку подають на нагрівач досліджуваної секції (якщо по­тужність стала, то користуються миттєвим значенням, в протилежному випадку беруть відношення загальної енергії до періоду вимірювань).

Вимірюють осьові градієнти температури на межах між досліджуваною секцією й захисними ділянками для внутрішньої труби нагрівача або підтримувальних містків (див. 7.3 і 9.4).