专利名称：检验热交换器使用寿命的热冲击试验方法
技术领域：
本发明涉及一种检验热交换器使用寿命的热冲击试验方法，属于热交换器制造行业领域。
背景技术：
热交换器制造生产过程中，为了检验制造产品的质量，目前已经有耐久试验、脉冲试验、振动试验、传热性能试验。耐久试验、脉冲试验和振动试验都是检验产品制造质量的。一般根据各个行业的要求不同，有不同的规范。有的根据国标，有的根据企业标准来确定试验规范。只要产品在规范规定的试验范围内，不发生损坏，就认为产品的制造质量合格；若发生损坏，就认为产品的制造质量不合格。但是产品是在何时损坏，在什么工况下损坏，一概不知。目前用户对供应商的产品质量要求都很高，而价格又压的很低。为了保证质量，生产企业的生产成本居高不下，企业一直处于微利和保本的状况下生存。企业想降低成本，但苦于没有依据；想放弃这一个产品，又怕失去这块大市场。故处于一种两难的境地。如何通过试验，既能够作出产品质量是否合格的判断，又能够判断出产品制造工艺上的缺陷，为提高产品质量作出判据。其次，在保证产品质量的同时，热交换器的使用寿命并非越长越好。理论上来说，热交换器的使用寿命应该和整个系统寿命相当，才是比较经济的。寿命过长，产品的制造成本就会上升，产品的市场竞争能力就会降低。寿命过短，产品的制造成本是下降了，但是会造成产品质量差的印象，产品的市场竞争能力也会降低。这样如何通过试验，找出产品寿命的判据。这就是本项目要从事的工作。
发明内容
本发明的目的是为了测试出产品的使用寿命，及检验制造工艺上的缺陷，提供一种检验热交换器使用寿命的热冲击试验方法。
基本原理对热交换器这一类产品，影响其寿命主要有以下4个方面因素(1).热应力使材料疲劳；(2).热应力使管子胀接口疲劳，引起渗漏；(3).热应力使焊接口更容易引起应力集中；(4).腐蚀对材料造成的破坏。
对于腐蚀而引起的材料使用寿命，已经有理论依据可以进行寿命计算，故不在此处考虑。在此主要考虑以下3个因素(1).热应力使材料疲劳；(2).热应力使管子胀接口疲劳，引起渗漏；(3).热应力使焊接口更容易引起应力集中。
这几个问题都是和热有关。这样就需要建立和热有关的理论模型，在此模型中要考虑以下几个要点1.是要考虑热应力对被测试产品材料疲劳的影响，及热冲击力的大小及频率对被测试产品材料的寿命之间的关联关系；2.是要考虑热冲击力对产品的胀接口的影响，热冲击力的大小及频率会对管子的胀接口造成疲劳，引起渗漏；3.是采用热冲击的方法来模拟产品的焊接口受热应力影响，而使焊接口引起应力集中，而造成的破坏；考虑了以上因素，就可以通过热冲击实验研究和理论分析建立产品的实际寿命和模拟寿命这两者之间的关联关系，而采用热冲击的方法来模拟产品的实际寿命。该关联关系和具体产品的结构等因素有关，故通过对具体产品得出的关联关系是有适用范围的。当通过热冲击实验研究和理论分析方法建立的模型，可以将一个产品的实际的寿命期，可以通过热冲击试验，在几个月里就可以模拟完毕。然后用此方法来预测产品的实际寿命；和针对具体产品，对产品进行寿命设计。利用产品能够经受热冲击的次数来模拟产品的寿命。本发明就是在热冲击试验装置上，经过大量的实验研究并且通过数值模拟研究。建立产品模拟寿命和产品实际使用寿命这两者之间的关联关系。这样在热交换器制造工艺已经基本完善的情况下，就可以通过热冲击试验来模拟产品的实际使用寿命。有了实验的依据，就可以按寿命来对产品进行设计。
本发明方法的特点是它包括下列步骤1、对需检验的热交换器清洗，进行耐压试验，测试其泄漏，2、把经测试不漏的热交换器装到试验台架上，通过冷热水切换装置、冷热水管与设定流量为0～99吨/小时、压力为0.4MPa的冷热水源连接；3、启动冷热水切换装置，送冷热水给热交换器。先送热水，后送冷水。冷热水的切换频率可以在6次/小时～3600次/小时内设定，冷水温度设定范围为-20℃～5℃，热水温度设定范围为80℃～120℃；此处的所述的冷水可以是水，也可以是乙二醇水溶液等液体，所述的热水可以是水、乙二醇水溶液和热油；4、通过数据采集装置采集冷、热水流量，热交换器表面温度，进出口压力、压差，热脉冲次数等数据；5、数据采集装置自动采集各种数据，能够根据压差的微小变化作出产品是否已经损坏的判断，试验装置马上就将试验瞬时的参数保存下来，供分析时用；6、将损坏的热交换器从试验台架拆下，并检查损坏处，找出损坏的原因，然后根据损坏的瞬时的试验参数，对不同的产品由不同的判据进行分析判断，并同时能够给出产品寿命判断。大致有三种情况(1)寿命过长，则可以着手改变设计；缩短设计寿命，以降低产品制造成本；(2)寿命正好，则可以确定设计及制造工艺，将产品投入批量生产；(3)寿命太短，则要检查损坏原因。若是热交换器制造工艺的原因，则需要改进工艺；若是材料原因，则需改变材料的选用。
为了实现上述方法，其所用的装置包括一个冷源模块工作岛，一个热源模块工作岛，一个能够满足不同工作频率切换的控制部套及试验台架。冷源模块工作岛包括由制冷压缩机、蒸发器、膨胀阀和冷凝器四大部件组成的冷媒工作系统；由循环水泵、冷却塔、冷凝器、冷却风机和冷却水自动补水系统组成的冷却水系统；包含有循环水泵、蒸发器和冷水自动补水系统，提供-20～5℃冷源的冷水系统(水、乙二醇水溶液)。热源模块工作岛上有热源模块工作系统，它包含有循环水泵、电加热器、控温系统和热水自动补水系统，提供80℃～120℃的热源(水、乙二醇水溶液或热油)。一个能够满足不同工作频率切换的控制部套1.冷热源切换装置它包括冷热源切换装置有水压缓冲器、切换管路及符合频率响应要求的电磁阀。2.数据采集装置温度、压力、流量数据的采集，试验频率及试验次数的计量。3.一次测量元器件温度测量、压力测量、流量测量4.控制软件够能进行冷量调节、热量调节、测试频率调节、测试次数计量、试件寿命测试和液位控制。
本发明的有益效果是1.目前在热交换器检验装置，只能检验产品的制造质量。但是无法预知产品的寿命。有了寿命检测装置后，在保证产品质量的同时，可以按产品的使用寿命来进行产品设计。这是设计水平的一种体现。2.能够对产品按使用寿命来进行设计，可以为企业降低制造成本提供了依据。
具体实施例方式
如某企业生产的一种热交换器，以前为了保证质量，不发生产品泄漏的情况，管子的选择是按照承压强度再乘以1.25倍的可靠性系数；管板的选择，除了考虑承压强度之外，主要考虑管板对管子的握紧程度及焊接强度，一般均从保险角度出发，加厚管板；故材料使用量很高，成本居高不下。企业想降低成本，但苦于没有依据；想放弃这一个产品，又怕失去这块市场。故处于一种两难的境地。有了热冲击试验装置后，就可以用热冲击试验来模拟该热交换器的实际使用寿命。通过热冲击实验研究和理论分析建立产品的实际寿命和模拟寿命这两者之间的关联关系，本发明以热交换器C6250为例作进一步说明1.采用热冲击的方法来模拟产品的实际寿命，其关联关系和具体产品的结构等因素有关，通过对具体产品得出的关联关系是有适用范围的。故先根据产品热交换器C6250的具体结构，按照理论分析建立理论模型，推算出产品的实际寿命为6年是的当量寿命是8600次热冲击左右，热冲击强度高温85℃、低温5℃、流量30吨/小时、压力为0.4MPa。热冲击频率60次/小时。每个频率周期为T＝T1(升温时间)+T3(保温时间)+T2(降温时间)。
2.由于产品是传统产品，故工艺也是成熟的，故只做产品的寿命试验。先根据产品的具体结构，按2种不同的管板厚度和3种不同的管子厚度，制造了6台热交换器。
3.从中有序2、序6两种产品的当量寿命与模拟的实际寿命相当。而原设计产品序1的当量寿命明显太长。序1、2、3是厚管板，序4、5、6是薄管板。从制造成本来看，序2的成本要高于序6的成本，故最后按序6的材料厚度设计产品。材料的节省达到36％。
权利要求
1.一种检验热交换器使用寿命的热冲击试验方法，其特征在于，它包括下列步骤(1)对需检验的热交换器清洗，进行耐压试验，测试其泄漏，(2)把经测试不漏的热交换器装到试验台架上，通过冷热水切换装置、冷热水管与设定流量为0～99吨/小时、压力为0.4MPa的冷热水源连接；(3)启动冷热水切换装置，送冷热水给热交换器。先送热水，后送冷水。冷热水的切换频率可以在6次/小时～3600次/小时内设定，冷水温度设定范围为-20℃～5℃，热水温度设定范围为80℃～120℃；(4)通过数据采集装置采集冷、热水流量，热交换器表面温度，进出口压力、压差，热脉冲次数等数据；(5)数据采集装置自动采集各种数据，能够根据压差的微小变化作出产品是否已经损坏的判断，试验装置马上就将试验瞬时的参数保存下来，供分析时用；(6)将损坏的热交换器从试验台架拆下，并检查损坏处，找出损坏的原因，然后根据损坏的瞬时的试验参数，对不同的产品由不同的判据进行分析判断，并同时能够给出产品寿命判断。
全文摘要
本发明涉及一种检验热交换器使用寿命的热冲击试验方法，其步骤为对需检验的热交换器清洗，耐压试验，测试泄漏；测试不漏的热交换器装到试验台架上，接通流量与压力设定的冷热水切换装置，先送热水，后送冷水，按预先设定的冷热水温度及设定的频率进行切换；采集冷、热水流量，热交换器表面温度，进出口压力、压差，热脉冲次数等数据；由数据采集装置采集各种数据，根据压差的微小变化作出产品是否已经损坏的判断，将试验瞬时的参数保存，供分析用；将损坏的热交换器从试验台架拆下，并检查损坏处，找出损坏的原因，然后根据损坏的瞬时的试验参数，对不同的产品由不同的判据进行分析判断，并同时能够给出产品寿命判断。本发明的效果是能够对产品使用寿命来进行设计，为企业降低制造成本提供了依据。
文档编号G01N25/00GK1563936SQ20041001730
公开日2005年1月12日 申请日期2004年3月30日 优先权日2004年3月30日
发明者童正明, 李楠, 陈华, 王晨 申请人:上海理工大学