Способ определения надёжности футеровок высокотемпературных агрегатов

Авторы патента:

Никонов Георгий Николаевич (KZ)

Кинжибекова Акмарал Кабиденовна (KZ)

Кучер Евгений Олегович (KZ)

Зыков Вячеслав Викторович (RU)

Никифоров Александр Степанович (KZ)

Кажибаева Адилет Турсынбаевна (KZ)

Приходько Евгений Валентинович (KZ)

G01N3/18 - при высокой или низкой температуре

G01N25/72 - обнаружение локальных дефектов (путем определения коэффициента теплопроводности G01N 25/18)

G01N25/58 - измерением изменения свойств материалов под воздействием тепла, холода или расширения

Владельцы патента RU 2731478:

Товарищество с ограниченной ответственностью "GN Energy" (KZ)

Изобретение относится к теплоэнергетике, а в частности к определению надежности работы футеровок высокотемпературных агрегатов (промышленных печей и ковшей, энергетических котлов и др.). Заявлен способ определения надежности футеровок высокотемпературных агрегатов, включает измерение физических параметров объекта, при котором надежность работы футеровок высокотемпературных агрегатов определяется критерием надежности работы футеровки для зоны растяжения , определяемым по формуле:

где σ_pac^90% - допустимый предел прочности материала на расширение, равный 90% пределу прочности на расширение этого материала;

(σ_рac)_i - возникающие температурные напряжения в момент времени i;

(X_pac)_i - длина зоны растяжения в момент времени i, в которой возникающие температурные напряжения (σ_paс)_i превышают допустимый предел прочности материала на расширение σ_pac^90%;

τ - время тепловой работы высокотемпературного агрегата. Технический результат предлагаемого изобретения - получение данных о надежности работы футеровок высокотемпературных агрегатов во время их работы и использование этих значений для их эксплуатации.

Известен способ испытаний на надежность изделий электронной техники [Патент 2100817 РФ, МПК G01R 31/08. Способ испытаний на надежность изделий электронной техники] в котором надежность изделий определяется путем воздействия ионизирующих излучений на исследуемую и эталонные (контрольные) группы изделий из одной партии их изготовления.

Недостатком этого способа является определение надежности элементов перед установкой в агрегат, без учета условий эксплуатации.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является способ оценки надежности и безопасности изделия по результатам неразрушающего контроля, в котором оценку надежности изделия производят после контроля выявленных дефектов [Патент 2265237 РФ, МПК G05B 23/02. Способ оценки надежности и безопасности изделия по результатам неразрушающего контроля].

Недостатком этого способа является невозможность применения данного метода для определения надежности футеровок высокотемпературных агрегатов.

Технический результат предлагаемого изобретения - получение данных о надежности работы футеровок высокотемпературных агрегатов во время их работы и использование этих значений для их эксплуатации.

Это достигается тем, что в способе определения надежности футеровок высокотемпературных агрегатов, включающем измерение физических параметров объекта при котором надежность работы футеровок высокотемпературных агрегатов определяется критериями надежности работы футеровки для зоны растяжения определяемыми, по формуле:

(σ_рac)_i - возникающие температурные напряжения в момент времени i;

(X_pac)_i - длина зоны растяжения в момент времени i, в которой возникающие температурные напряжения (σ_pac)_i превышают допустимый предел прочности материала на расширение σ_pac^90%;

τ - время тепловой работы высокотемпературного агрегата.

При этом, в качестве допустимых напряжений приняты температурные напряжения равные 90% предела прочности этого материала (как для растяжения, так и для сжатия).

Надежность работы футеровок высокотемпературных агрегатов зависит от различных факторов, в том числе от значения величины температурных напряжений растяжения, превышающих допустимые, их числа с момента начала работы высокотемпературного агрегата, а также толщины футеровки. Действие остальных факторов - агрессивного действия среды (шлаков и др.), качество и вид применяемых материалов и проводимых работ, уровень вибрации и др. можно принять постоянными для данного агрегата при неизменных условиях работы.

Обозначим σ^90% - допустимый предел прочности материала, равный 90% пределу прочности этого материала для растяжения. Данная величина выбрана нами, исходя из того, что величина возникающих напряжений при различных режимах разогрева или охлаждения высокотемпературных агрегатов лежит в пределах 75-80% от нормы, а также из недопущения условия равенства возникающих напряжений и предела прочности (момент начала разрушения).

Работа способа заключается в следующем.

Любым известным способом находят распределение температур по сечению футеровки во время работы высокотемпературного агрегата (например, Инновационный патент №30372 Республика Казахстан, МПК G01K 13/00 опубл. 15.09.2015, бюл. №9.). Далее находят возникающие напряжения в зоне растяжения ар и сжатия ос по формуле:

где α - коэффициент теплового расширения, (1/°С);

Т_ср - средняя температура огнеупорного слоя, °С;

T_i - температура точки, в которой производится расчет температурного напряжения, °C;

Е - модуль упругости материала, МПа

ν - коэффициент Пуассона.

Затем находят критерии для оценки надежности работы футеровки для зоны растяжения. Этот критерий находят по формуле:

где σ_pac^90% - допустимый предел прочности материала на расширение, равный 90% предела прочности на расширение этого материала;

(σ_pac)_i - возникающие температурные напряжения в момент времени i;

τ - время тепловой работы высокотемпературного агрегата.

То есть критерий является суммарным показателем для всех моментов времени тепловой работы высокотемпературного агрегата (от i=1 до τ), при которых температурные напряжения превышают предел прочности.

На основании данных по температурным состояниям футеровки за предыдущее время работы производится подсчет критериев для оценки надежности работы футеровки для растяжения. С учетом статистики по выводу высокотемпературных агрегатов в ремонт по неудовлетворительному состоянию футеровки производится определение минимально допустимых критериев для оценки надежности работы футеровки, при достижении которых необходимо выводить высокотемпературный агрегат в ремонт при дальнейшей эксплуатации.

Технико-экономическая эффективность внедрения предлагаемого технического решения позволит получение данных о надежности работы футеровок высокотемпературных агрегатов во время их работы и использование этих величин для их эксплуатации.

Способ определения надежности футеровок высокотемпературных агрегатов, включающий измерения физических параметров объекта и расчета значений показателей надежности, отличающийся тем, что надежность работы футеровок высокотемпературных агрегатов определяется критерием надежности работы футеровки для зоны растяжения, определяемым по формуле:

где σ_pac^90% - допустимый предел прочности материала на растяжение, равный 90% пределу прочности на растяжение этого материала;

(σ_pac)_i - возникающие температурные напряжения в момент времени i;

(X_pac)_i - длина зоны растяжения в момент времени i, в которой возникающие температурные напряжения (σ_pac)_i превышают допустимый предел прочности материала на растяжение σ_рас^90%;

τ - время тепловой работы высокотемпературного агрегата.

Изобретение относится к средствам испытаний образцов материалов при сложном нагружении и может быть использовано совместно со стендами для физического моделирования геомеханических процессов на образцах горных пород и эквивалентных материалах.

Способ определения предела прочности при растяжении керамических и композиционных материалов при индукционном нагреве // 2711557

Изобретение относится к методам определения механических характеристик конструкционных материалов с учетом условий их применения. Способ определения предела прочности при растяжении керамических и композиционных материалов, включает индукционный нагрев до заданной температуры со скоростью 10-100°С посредством промежуточного нагревательного элемента и определения предела прочности при растяжении образца.

Способ определения долговечности кирпичной кладки // 2709470

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для определения долговечности кирпичной кладки из красного кирпича. Способ определения долговечности кирпичной кладки при положительных температурах заключается в том, что измеряют прочность кирпича на сжатие, измельчают кирпич и определяют долю L аморфной структуры кирпича - метакаолина.

Способ определения огнестойкости строительных материалов и элементов конструкций // 2707984

Изобретение относится к области исследований физико-механических свойств материалов и может быть использовано для определения огнестойкости строительных материалов.

Способ и устройство для испытаний эластичных материалов с малым поперечным сечением при воздействии на них натяжения и температуры // 2704579

Изобретение относится к области измерительной техники и может использоваться при создании устройств и приборов для контроля качества эластичных материалов с малым поперечным сечением, предпочтительно защитных нитей и лент полимерных с нанесенным термоадгезионным слоем и голографическим рисунком, используемых при производстве ценных бумаг.

Способ теплопрочностных испытаний керамических обтекателей // 2697481

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты в наземных условиях.

Способ испытания керамических оболочек // 2697410

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к воспроизведению тепловых режимов головной части (обтекатель) ракеты в наземных условиях.

Установка для испытания механических свойств диэлектрических материалов при повышенной температуре // 2685074

Изобретение относится к области испытания материалов при повышенной температуре в условиях индукционного нагрева в протоке инертного газа. Представленная в заявке установка для испытания механических свойств материалов стандартная, имеет камеру, в которой установлен ВЧ-индуктор с цилиндром внутри него.

Устройство формирования образцов тонких покрытий // 2676953

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано для формирования образцов тонких покрытий, применяемых при испытании на когезионную прочность растяжением при повышенных температурах.

Способ определения механических характеристик материалов при криогенных температурах // 2661745

Предлагаемое изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам испытания конструкционных материалов на прочность в широком диапазоне низких температур.

Способ определения остаточного ресурса тепловых ограждений высокотемпературных агрегатов // 2724135

Изобретение относится к теплоэнергетике, а в частности к определению остаточного ресурса тепловых ограждений высокотемпературных агрегатов. Сущность: определяют остаточный ресурс тепловых ограждений высокотемпературных агрегатов, используя в качестве показателей надежности критерии надежности по прочности как для сжатия, так и для расширения, определяемые по формуле: где ΣNсж - сумма значения суммарных показателей сжатия, определяемых по формуле:Nсж=σсж⋅(z+1),где z - коэффициент, учитывающий длины зон сжатия и растяжения, в которых температурные напряжения превышают допустимые, σсж - возникающие напряжения в зоне сжатия, ΣNсждоп - сумма значения суммарных показателей сжатия в той же точке в тот же момент времени находится аналогично ΣNсж, но при значении σсж, равном пределу прочности материала, а остаточный ресурс nост определяют по формуле: где ΣNсж.ср.