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        低氣壓試驗基礎知識(2)

        發布時間:2017/10/12 14:56:09   發布人:管理員
        許多產品的試驗報告及實地考察都反映了氣壓降低對性能的影響。氣壓降低對產品的直接影響主要實氣壓變化產生的壓差作用。這對于密封產品的外殼會產生一個壓力,在這個壓力的作用下會使密封破壞。然而氣壓降低的主要作用還在于因氣壓降低伴隨著大氣密度的降低及空氣的平均自由程增大,會使產品的性能受到很大影響。
        (一)散熱產品的溫升隨大氣壓降低而增加。
        所謂散熱產品,是指在自由空氣條件下(沒有強迫空氣流通時)進行測量時,實驗樣品溫度達到穩定后,其表面最熱點的溫度仍高于周圍大氣溫度5攝氏度以上時,這種試驗樣品叫做散熱產品。
        電工電子產品中有相當一部分是散熱產品,如電機、變壓器等,這些產品在使用中要消耗一部分電能,使其變成熱能,使產品溫度升高,散熱產品的溫升隨大氣壓的降低而增加。表1列出了小型三向異步電動機溫升隨海拔高度的變化。
        由表中可以看出:散熱產品的溫升隨海拔高度的增加(大氣壓力的降低)而增加。溫升與海拔高度大致成線性關系,如圖1所示。其斜率取決于本身結構、散熱情況、環境溫度等因素。
        散熱產品的熱耗散可以分成3種形式:傳導、對流和輻射。大量散熱產品的散熱主要依靠對流,即依靠產品周圍空氣流動來散熱,對流散熱一般又分為強迫通風散熱和自然對流散熱。自然對流散熱是依靠產品發熱產生的溫度場,造成產品周圍空氣的溫度梯度,使空氣流動散熱。強迫通風散熱是通過強制措施,迫使空氣流過產品,帶走產品產生的熱量。對強迫對流散熱來說,在體積流不變情況下,隨高度增加,大氣壓將伴隨著空氣密度降低??諝饷芏冉档蛯⒅苯佑绊憦娖葘α魃岬男Ч?。這是由于強迫對流散熱是依靠氣體的流動帶走熱量的。一般電機用的冷卻風扇,是保證流過電機的體積流量不變,當高度增加時,由于空氣密度下降,即使體積流量不變,氣流的質量流量將隨之降低。一般可以認為空氣的比熱是個常數,由于質量的減少,空氣吸收的熱量也將減少,產品溫度將隨大氣壓力降低而升高。當然,隨高度增加,對流散熱減少,輻射散熱增加。高度越高,空氣密度越低,對流散熱耗散的熱量所占的比例越來越大,在相當高的高度上,輻射散熱將成為主要的散熱形式。
        電工電子產品有相當一部分是發熱產品,如電機、變壓器、接觸器、電阻器等。這些產品在使用中要消耗一部分電能變成為熱能,這樣產品會發熱,溫度升高。產品因發熱而使溫度升高,這溫度升高部分稱之為溫升。散熱產品的溫升隨大氣壓的降低而增加,隨海撥高度的增加而增加。導致產品的性能下降或運行不穩定等現象出現。
        (二)低氣壓對密封產品的影響。
        低氣壓對密封產品的影響主要是由于大氣壓的變化形成壓差。壓差引起一個從高壓指向低壓的力。在該力作用下,使氣體流動來達到平衡。而對于密封產品,其外殼將承受此力。此力可以使外殼變形、密封件破裂造成產品失效。
        (三)低氣壓對揮發性物質的影響。
        壓力的降低,會使液體的沸點降低。對于那些在海平面正常大氣條件下有較高飽和蒸汽壓的液體,低氣壓使其蒸發甚至沸騰。潤滑油或潤滑脂屬于上述情況。液體中的分子在獲得一定能量后,會脫離液體表面而進入到周圍空氣中,這些分子在大氣中將與空氣分子相撞,有一部分將撞回液體表面而被束縛住。這個蒸發過程是一個平衡過程。當大氣壓力降低,空氣密度下降,被撞回液體表面上的可能性大降低。因此,在大氣壓條件下液體揮發的速度將大大增加。壓力降低會使潤滑油(或潤滑脂)加速揮發,會造成部件摩擦加劇,使活動部件表面加快磨蝕。
        有機材料中的增塑劑也會因氣壓降低而加速揮發。增塑劑的揮發促使有機材料老化,使其機械性能或電氣性能發生變化。揮發物的揮發也會污染產品及其周圍物件,導致產品或物件受污染甚至腐蝕破壞。
        (四)低氣壓對電性能的影響。
        海撥高度增加氣壓降低,對電工電子產品的電氣性能也會產生影響。特別是以空氣作為絕緣介質的設備,低氣壓對設備的影響更為顯著。在正常大氣條件下,空氣可以是較好的絕緣介質,許多電氣產品以空氣為絕緣介質。當這些產品用于高海撥地區或作為機載設備時,由于大氣壓降低,常常在電場較強的電極附近產生局部放電現象,稱之為電暈。更嚴重的是,有時會發生空氣間隙擊穿,這意味著設備的正常工作狀態被破壞。
        在低氣壓下,特別是伴隨高溫條件時空氣介電強度顯著降低,即電暈起始電壓和擊穿電壓顯著降低,從而使電弧、表面放電或電暈放電的危險性增加。
        (五)溫度-低氣壓對產品的綜合影響
        1)低溫-低氣壓對產品的影響
        A、對處在該環境中的設備帶來麻煩。例如,某些產品在低氣壓條件下可能影響密封性和可能造成泄漏。由于低溫的存在,會使液體凍結、材料收縮、變脆,使產品損壞的危險性增加。
        B、燃燒速率伴隨著溫度和壓力的降低而降低。
        C、低溫能補償由于低氣壓造成的液體沸點降低,液體易揮發等影響。
        D、低溫能減少在低氣壓條件下電器和電子元器件過熱的傾向。
        E、低溫能減少增塑劑和塑料在低氣壓條件下分解物的揮發。
        2)高溫-低氣壓對產品的影響
        A、在高溫-低氣壓環境條件下,空氣電介質強度明顯降低,使電暈起始電壓和擊穿電壓明顯降低,從而使飛弧、表面放電或電暈放電的危險性增加。
        B、在高溫-低氣壓環境條件下,降低了空氣熱傳導能力,從而加劇了產品的過熱。
        C、高溫-低氣壓環境增加了流體和潤滑油等的揮發,從而增加了產品損壞的可能性和易燃氣體燃爆的危險性。
        D、加速了增塑劑和塑料的揮發和分解,從而加速了產品的老化。
        四、低氣壓試驗(自然環境試驗、實驗室模擬)
        1、自然環境
        拉薩大氣試驗站建成于2007年,隸屬于中國兵器工業第五九研究所,是“國防科技工業環境試驗與觀測網”的組成單位,也是科技部“大氣環境材料腐蝕國家野外科學觀測研究站”示范站。試驗站位于西藏拉薩市以東達孜縣內,318國道的北側,東經91°09′,北緯29°29′,海拔3684m,平均溫度7.5℃,平均相對濕度 46%,年總輻射量7600 MJ/m2,年總日照時數3028 h,年降水總量444.8 mm。拉薩高原環境試驗站是我國新建的大氣環境試驗站之一,具有空氣稀薄、氧含量少、氣壓低、晝夜溫差大、日照長、太陽輻照強、降水稀少等特點,是目前國內太陽輻射高值中心區,填補了我國自然環境試驗在西部高原的空白。
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