Страница 5: ДСТУ ISO 8497:2005. Теплоізоляція. Визначення теплопередавальних властивостей теплоізоляції круглих труб в усталеному режимі (61901)

У зразках з елементами високої осьової теплової провідності для визначання осьових гра­дієнтів виконують вимірювання термопарами, що розглянуті у 8.7. Застосовуючи середній градієнт і відомі розміри та теплопередавальні характеристики високотеплопровідних елементів, обчислю­ють попередню повну осьову теплову провідність. Не треба ніяких випробовувань, якщо попе­редній тепловий потік крізь зразок з обох кінців перевищує середню теплову потужність, яку по­дають до досліджуваної секції, більш ніж на 1 %.

Продовжують спостерігання доти, доки принаймні три успішні набори даних (отриманих з інтервалом щонайменше півгодини між кожним набором) відрізняються не більш ніж на 1 % від середнього значення трьох наборів і не показують односпрямованої тенденції. У випадку, коли по­тужність вимірюють за допомогою інтегрувального пристрою, кожне спостерігання повинне тривати щонайменше півгодини. У деяких випадках можуть бути більш строгі вимоги.

8. ПОПРАВКИ ЗА НАЯВНОСТІ ТОРЦЕВИХ ЗАГЛУШОК

Поправки на теплові втрати крізь торцеві заглушки необхідні для установок з торцем, що має відкалібровану або розрахункову ізоляцію, і не потрібні для установки із захищеним торцем.

В установці з торцем, що має відкалібровану ізоляцію, необхідне калібрування торцевих за­глушок у температурному діапазоні, що охоплює умови експлуатації. Зручно провести, принаймні, три калібрування за приблизно однаково розподіленої температури труб и-калібр ато р а і побудувати криву залежності електричної потужності від різниці значень температури труби і навколишнього повітря. Для кожної температури повітря буде окрема крива. Якщо дослідну установку будуть засто­совувати тільки за однакових умов, тоді, можливо, зручно проводити інтерполяцію між двома випробовуваннями, проведеними за тієї самої температури навколишнього повітря, але з темпе­ратурою труби-калібратора трохи вищою і трохи нижчою від бажаної температури.

Надягають торцеві заглушки на трубу-калібратор і заізольовують проміжок за допомогою скловолокна або іншого придатного ізолятора. Приєднують проводи термопар і підведення елек­троживлення.

Регулюють потужність, яку подають на нагрівач, для досягнення необхідної температури. Після встановлення усталеного режиму виконують вимірювання і визначають температуру труби- калібратора, навколишнього повітря і середню електричну потужність, яку подають на нагрівач, за проміжок часу щонайменше півгодини. Продовжують вимірювати доти, доки принаймні три успішні набори даних (що отримані з інтервалом щонайменше півгодини між кожним набором) не відріз­нятимуться більш ніж на 1 % від середньої величини трьох наборів і не показуватимуть односпря- мованих тенденцій. У разі, коли потужність вимірюють за допомогою інтегрувального пристрою, кожне спостерігання повинно тривати щонайменше півгодини. У деяких випадках за необхідності можуть бути більш строгі вимоги.

Для установки з торцем, що має розрахункову ізоляцію, необхідні поправки на осьові теплові втра­ти на кінцях. Може бути застосований кожний із методів, для якого доведені задовільні результати.

Осьові тепловтрати призведуть до знижування температури на кінцях поверхні досліджува­ної труби, що залежить від коефіцієнтів теплопровідності труби (і внутрішнього нагрівана) і зразка. Якщо виміряти це зниження температури, то у разі відомих значень коефіцієнтів теплопровідності труби і нагрівана можна обчислити коефіцієнт теплопровідності зразка за виміряним тепловим потоком. Метод Ван Рінсама (див. [5]) визначає температуру, яку додають до температури, що виміряна на поверхні труби в її середині. Потім скориговану температуру поверхні труби застосо­вують у стандартній формулі теплопровідності (див. 3.5). Метод викладено нижче.

Чотири термопари, що розташовують рівномірно по колу зверху, знизу і з боків досліджува­ної труби, повинні бути розміщені на середині досліджуваної труби. Такі групи з чотирьох термо­пар повинні бути встановлені на відстані X від середини до обох кінців. Відстань X повинна бути не менш ніж 200 мм. Термопари необхідно встановити в пази і закріпити, як зазначено в 7.5. Для кожної групи з чотирьох термопар обчислюють середнє значення температури.

Визначають приблизно значення коефіцієнта теплопровідності V за відношенням:

Ф

(10)

(познаки усіх величин наведені в розділі 4, за винятком 7"_От — це температура поверхні труби в се­редній її частині (усереднена за показниками чотирьох термопар)).

Обчислюють поправку с за формулою:

2лХ'

^С “ (А^+А₂Х₂)іп(О₂/Ц))' ⁽¹¹⁾

де А₁ і X,! — відповідно площа поперечного перерізу і коефіцієнт теплопровідності матеріалу дослі­джуваної труби;

А₂ і Х₂ — ^т> самі величини для внутрішньої труби нагрівана.

Обчислюють поправку ДТ_От- яку застосовують до температури поверхні труби у її середині, за формулою:

_Ат Torn ^-А)Х

^Д°^{т =}СО5Л(Х>/с)’ (¹²>

Д^е Т’ох — середня температура поверхні на відстані X від середини (середнє значення показів восьми пар термопар (по чотири на кожному кінці).

Обчислюють уточнений коефіцієнт теплопровідності X за формулою:

ФІп(О₂/Р₀)

2тс/(7’_0пі + ДТ_От-Т₂) ^{( }}

Теплові втрати через ізольовані торцеві заглушки впливають на значення загальної вимірю­ваної потужності таким самим чином, якби було подовжено досліджувану секцію. За методом Ну­кіями (див. [4]) обчислюють поправку на довжину, яку додають до вимірюваної довжини дослід­жуваної секції. Потім уточнене значення довжини застосовують у формулі, яка наведена у 3.5 для обчислення коефіцієнта теплопровідності. Щоб застосовувати цей метод, необхідно виконати такі умови:

1. матеріали торцевих заглушок і зразка повинні бути гомогенні та ізотропні;

2. значення коефіцієнта теплопровідності матеріалу торцевих заглушок повинно дорівнювати значенню коефіцієнта теплопровідності зразка;

3. зовнішній діаметр торцевих заглушок повинен дорівнювати діаметру зразка;

4. досліджувана труба повинна мати таку саму довжину, як і зразок, і повинна бути нагрітою до однакової температури по всій довжині.

Шукане значення коефіцієнта теплопровідності обчислюють за формулою:

ФІп(Р₂/Р₀)

2n(l ₊nD_Q)(T_Q-T₂y ⁽¹⁴⁾

Множник п (поправку Нукіями) знаходять з рисунка 3, застосовуючи відповідні відношення діаметрів О₂Ю_й і товщини торцевої заглушки до діаметра труби (S/D_o).

Ще один метод полягає у використанні методу кінцевих різниць, де застосовують теплові ха­рактеристики, які визначені на плоских зразках тієї самої партії матеріалу, з якої виготовлені тор­цеві заглушки, або з даних, що отримані на іншому подібному матеріалі, якщо оцінки показують, що очікувана похибка лежить у допустимих межах. Вимірювання теплових характеристик матері­алу можуть бути виконані або в установці, що працює за методом захищеної гарячої пластини (див. ISO 8302), або в установці із застосуванням перетворювача теплового потоку (див. ISO 8301). Якщо матеріал не є ізотропний, вимірювання треба проводити у всіх відповідних напрямках (за­звичай осьових і радіальних).

Рисунок 3 — Поправка Нукіями

8. ПОРЯДОК ОБЧИСЛЮВАННЯ

Необхідні теплопередавальні характеристики обчислюють для кожного з трьох або більшої кількості спостережень, зазначених у 9.5.3, а до протоколу записують середні значення, як це за­значено у 13.9. Обчислення потрібно виконувати, застосовуючи формули розділу 3 або (для роз­рахункових торцевих заглушок) за відповідними формулами згідно з 10.2. За необхідності варто застосовувати поправки до вимірюваної втрати потужності через осьові теплові втрати крізь внутрішні підтримувальні містки, застосовуючи виміряні температурні градієнти, розміри і харак­теристики матеріалів (див. 9.4). Для установки з відкаліброваною ізоляцією торця застосовують калібровну поправку, що визначена у 10.1.

8. ВІРОГІДНІСТЬ І ТОЧНІСТЬ ВИПРОБОВУВАННЯ

   1. Оцінки

Вірогідність і точність випробовувань залежать від конструкції та експлуатації установки, від характеристик зразка й обраних умов випробовування. Тому не можна визначити просту кількісну оцінку, придатну для всіх випробовувань. Для кожного конкретного комплексу випробовувальних умов можна оцінити похибки окремих величин, що входять до розрахункових формул теплопе- редавальних характеристик, і далі оперувати цими похибками відповідно до статистичного роз­поділу у теорії помилок і таким чином оцінити ступінь вірогідності остаточного результату.

Щоб оцінити точність методу, можна застосовувати програми міжлабораторних порівнювань.

Примітка 17. Програма міжлабораторних порівнювань, що об'єднала дев'ять лабораторій (див. [6]), показала, що резуль­тати випробовування однакових зразків відрізняються не більш ніж на ± 3 % від середніх значень. Ця програма охоплювала випро­бовування ізоляції зі скловолокна, яке проводили за контрольованої навколишньої температури приблизно від 20 °С до 25 °С у діапазоні середніх значень температури від 60 °С до 160 °С. За межами вищевказаних умов точність методу не доведена, І заплановано додаткові порівняння з використанням ISO/TC 163.

8. ПРОТОКОЛ ВИПРОБОВУВАННЯ

Протокол про проведені випробовування повинен містити таку інформацію.

Описи досліджуваних зразків, порядку проведення вибірки й випробовувань, опис дослідної установки і результати та, в разі необхідності, графічне представлення залежності виміряних харак­теристик від температури в діапазоні робочих значень температури. У разі згадування числових значень також потрібно зазначити одиниці величин. Треба долучити пункти, описані у 13.2—13.12.

Крім опису зразка, необхідно надати й іншу інформацію, що містить дані про виробника і поста­чальника, загальний опис матеріалу, дату виготовлення, дату і джерело постачання, номінальні розміри і форму і, за необхідності, номінальні масу і густину. Будь-які незвичайні особливості зразка, що спостерігаються до і після випробовування, необхідно також відобразити у протоколі.

Вимірювані розміри, а також, якщо визначали, масу і густину до і після випробовування. Якщо розміри визначали за значень температури, що відрізнялись від значень температури навколиш­нього повітря, то ці значення температури і засоби вимірювань потрібно вказати в протоколі.

Опис розташовання і засобів закріплювання на досліджувану трубу, що містять кількість, тип і розміщення будь-яких бандажів або стяжок, тип застосовуваного кожуха або покриву, тип і розта­шовання будь-яких використовуваних герметиків. Вказати, чи щільно зразок прилягає до труби, чи між зразком і трубою існує повітряний зазор. За можливості, зазначити товщину повітряного зазору.

Описують процес будь-якого готування або сушіння зразка та зазначають (за наявності) зміни маси, густини або розмірів, спричинені їх готуванням або сушінням.

Треба вказати такі температури:

1. середню температуру досліджуваної секції труби, То;

2. середню температуру зовнішньої поверхні зразка, Т₂, і для зразків неправильної форми — місця розташовання спаїв термопар та їхні сигнали, що застосовують для визначання температури поверхні неоднорідних елементів (див. 8.6.1).

Тип навколишнього газу, його середня температура, Т_а, і в разі примусової конвекції швидкість (як за значенням, так і за напрямком) або будь-які інші засоби, що забезпечують зовнішню темпе­ратуру, такі як додаткова ізоляція, оболонки або покрив з контрольованою температурою.

Середнє значення потужності, що входить до досліджуваної секції, і застосовані поправки.