CuproBraze
Эта статья может чрезмерно полагаться на источники, слишком тесно связанные с предметом , что потенциально препятствует тому, чтобы статья была проверяемой и нейтральной . ( январь 2017 г. ) |
CuproBraze — это технология теплообменников из медного сплава, предназначенная для сред с высокими температурами и давлением, например, в современных дизельных двигателях . [ 1 ] [ 2 ] Технология, разработанная Международной медной ассоциацией (ICA), бесплатно лицензируется производителям теплообменников по всему миру. [ нужна ссылка ]
Применение CuproBraze включает в себя охладители наддувочного воздуха , радиаторы , масляные радиаторы , системы климат-контроля и теплообменники. [ 3 ] [ 2 ] CuproBraze подходит для охладителей наддувочного воздуха и радиаторов в тяжелой промышленности, где оборудование должно работать без сбоев в течение длительного периода времени в суровых условиях. Технология предназначена для внедорожников , грузовиков , автобусов , промышленных двигателей , генераторов , локомотивов и военной техники . Он также используется для легких грузовиков , внедорожников и легковых автомобилей с особыми потребностями. [ 4 ] [ 3 ] [ 5 ] [ 6 ]
По сравнению с предыдущими моделями теплообменников CuproBraze создает новые материалы для деталей теплообменника, которые ранее изготавливались из паяных медных/латунных пластинчатых ребер, паяных медно-латунных змеевидных ребер и паяных алюминиевых змеевидных ребер для удовлетворения более требовательных применений. [ 2 ] Алюминиевые теплообменники жизнеспособны и экономичны для легковых автомобилей , легких грузовиков и других легких грузовых автомобилей. Однако они не подходят для сред, характеризующихся высокими рабочими температурами , влажностью , вибрацией , соленым, агрессивным воздухом и загрязнением воздуха . В таких условиях дополнительная прочность на разрыв , долговечность и коррозионная стойкость , обеспечиваемая технологией CuproBraze. полезна [ 2 ]
Технология CuproBraze использует пайку вместо пайки для соединения медных и латунных компонентов радиатора. Теплообменники изготовлены из медных жаропрочных и латунных сплавов . Трубки изготавливают из латунной ленты и покрывают припоем в виде порошковой пасты или аморфную припойную фольгу между трубкой и ребром укладывают . Существует еще один метод нанесения покрытия на трубу на трубном стане. Это делается с помощью процесса напыления с двойной проволокой и дугой, при котором проволока представляет собой припой, наносимый на трубку во время ее изготовления при скорости 200–400 футов в минуту. Это экономит один технологический этап нанесения покрытия на трубу позже. Трубки с покрытием вместе с медными ребрами, коллекторами и боковыми опорами из латуни соединяются вместе в сердечник, который паяется в печи . [ 7 ]
Технология позволяет использовать припаянные змеевидные ребра в конструкциях медно-латунных теплообменников. Преимущества включают в себя более прочные суставы. [ 2 ] [ нужна ссылка ]
Эксплуатационные свойства
[ редактировать ]CuproBraze превосходит другие материалы по нескольким аспектам, как показано в таблице ниже. [ нужна ссылка ] .
Свойство | Единица | со штрафом | Латунная трубка | Аль Фин | в трубку | Нержавеющая сталь |
---|---|---|---|---|---|---|
Плотность | г/см3 | 8.95 | 8.53 | 2.75 | 2.75 | 7.8 – 8 |
Теплопроводность | Вт/м °C | 377 | (120) | 222 | (160) | 3 – 24 |
Предел прочности , комнатная температура | МПа | 330 | 435 | 40 | 145 | > 485 |
Предел прочности , 260 °C | МПа | 270 | 290 | 31 | 69 | > 475 |
Тепловое расширение | мкм/м °С | 16.5 | 19.9 | 23.6 | 23.6 | 11 – 19 |
Удельная теплоемкость | Дж/кг К | 377 | 377 | 963 | 963 | 500 |
Температура плавления | °С | 1083 | 915 | 643 | 643 | > 1400 |
Запас прочности при пайке (от плавления сердечника) | °С | 300 | 300 | 30 | 30 | 350 |
Тепловые характеристики
[ редактировать ]Способность выдерживать повышенные температуры имеет важное значение в условиях высоких температур. Алюминиевые сплавы подвергаются испытаниям при более высоких температурах из-за их более низких температур плавления . Предел текучести алюминия снижается при температуре выше 200 °C. Проблемы усталостного растрескивания усугубляются при повышенных температурах. [ 5 ] [ 8 ] [ 9 ] Теплообменники CuproBraze могут корректно работать при температуре 290°C и выше. Устойчивая к отжигу полоса из меди и латуни гарантирует, что сердечники радиатора сохранят свою прочность без размягчения, несмотря на воздействие высоких температур пайки. [ 3 ]
Эффективность теплопередачи
[ редактировать ]Эффективность охлаждения — это мера отвода тепла из данного помещения теплообменником. [ 10 ] Общий тепловой КПД сердцевины теплообменника зависит от многих факторов, таких как теплопроводность ребер и трубок; прочность и вес ребер и трубок; расстояние, размер, толщина и форма ребер и трубок; скорость воздуха, проходящего через активную зону; и другие факторы. [ 5 ] [ 10 ]
Основным критерием эффективности теплообменников является эффективность охлаждения. Сердечники теплообменника, изготовленные из меди и латуни, могут отводить больше тепла на единицу объема, чем любой другой материал. Вот почему медно-латунные теплообменники обычно имеют более высокую эффективность охлаждения, чем альтернативные материалы. Паяные медно-латунные теплообменники также более прочны, чем паяные медно-латунные теплообменники и альтернативные материалы, включая паяный алюминиевый змеевик. [ 2 ]
Падение давления воздуха является фактором конструкции теплообменника. Сердечник теплообменника с меньшим перепадом давления воздуха от передней части к задней части активной зоны (т. е. от наветренной к подветренной стороне при испытании в аэродинамической трубе) более эффективен. Падение давления воздуха обычно на 24% меньше для теплообменников CuproBraze по сравнению с алюминиевыми теплообменниками. Это преимущество, обеспечивающее увеличение отвода тепла на 6%, способствует повышению общей эффективности CuproBraze. [ 11 ] [ 12 ]
Поскольку теплопроводность меди выше, чем у алюминия, медь обладает более высокой способностью рассеивать тепло. Используя более тонкие манометры материала в сочетании с более высокой плотностью ребер, можно увеличить теплоотдачу с помощью CuproBraze, сохраняя при этом перепады давления воздуха на разумном уровне. [ 4 ]
Размер
[ редактировать ]Благодаря высокой эффективности теплопередачи CuproBraze оказывает эффективный нагревательный эффект. Это связано с тем, что тот же уровень теплоотвода может быть достигнут при использовании сердечника меньшего размера. Следовательно, при использовании CuproBraze можно добиться значительного уменьшения фронтальной площади и объема по сравнению с другими материалами. [ 3 ] [ 5 ]
Прочность и долговечность
[ редактировать ]Для повышения прочности и долговечности теплообменников CuproBraze были разработаны три новых сплава: 1) устойчивый к отжигу материал ребер, сохраняющий свою прочность после пайки; 2) устойчивый к отжигу трубчатый сплав, сохраняющий мелкозернистую структуру после пайки и обеспечивающий пластичность и усталостную прочность паяного сердечника теплообменника; и 3) припой. [ 13 ] Пайка при температуре 650 °C создает соединение, которое прочнее паяного соединения и сравнимо по прочности со сварным соединением. [ 14 ] В отличие от сварки, пайка не плавит основные металлы. Поэтому пайка лучше подходит для соединения разнородных сплавов. [ 3 ]
CuproBraze обладает большей прочностью при повышенных температурах, чем паяная медь-латунь или алюминий. Из-за более низкого теплового расширения возникает меньше тепловых напряжений меди по сравнению с алюминием во время производства CuproBraze и его использования в качестве теплообменника . Теплообменники CuproBraze имеют более прочные соединения трубы с коллектором, чем другие материалы. Эти паяные соединения очень важны в теплообменниках и не должны иметь утечек. CuproBraze также имеет более высокую устойчивость к внутреннему давлению, поскольку его тонкие высокопрочные материалы обеспечивают более прочную поддержку трубок. Этот материал также менее чувствителен к плохим охлаждающим жидкостям, чем алюминиевые теплообменники. [ 15 ] [ 13 ]
Результаты испытаний демонстрируют гораздо более длительный усталостный срок службы соединений CuproBraze по сравнению с аналогичными паяными медно-латунными или алюминиевыми соединениями. [ 16 ] Более прочные соединения позволяют использовать более тонкие ребра и новую конструкцию радиатора и охладителя. [ 17 ] [ 5 ]
Медные ребра нелегко погнуть, когда грязные радиаторы промываются водой под высоким давлением. Антикоррозионные покрытия дополнительно повышают прочность и устойчивость к влажности, песчаной эрозии и ударам камней о медные ребра.
Дополнительную информацию см.: CuproBraze: долговечность и надежность (серия Technology): [ 13 ] и долговечность CupropBraze (серия критериев проектирования). [ 16 ]
Выбросы
[ редактировать ]Новое законодательство в Европе , Японии и США призывает к значительному сокращению выбросов NO X и твердых частиц из дизельных двигателей, используемых в грузовиках , автобусах , электростанциях и другом тяжелом оборудовании. [ 18 ] Частично этих целей можно достичь за счет использования более экологически чистых дизельных двигателей с турбонаддувом и охладителей наддувочного воздуха . Турбонаддув обеспечивает лучшую выходную мощность, а охладители наддувочного воздуха позволяют производить мощность с большей эффективностью за счет снижения температуры воздушного заряда, поступающего в двигатель, тем самым увеличивая его плотность. [ 19 ]
Охладитель наддувочного воздуха, расположенный между турбокомпрессором и впускным коллектором воздуха двигателя, представляет собой воздухо-воздушный теплообменник. [ 3 ] Он снижает температуру воздуха на впуске дизельных двигателей с турбонаддувом с 200 °C до 45 °C, одновременно увеличивая плотность воздуха на впуске для повышения эффективности двигателя. Для соответствия стандартам выбросов в будущем могут потребоваться еще более высокие температуры на входе (246 °C или выше) и давление наддува. [ 18 ] [ 12 ]
Современные системы охлаждения наддувочного воздуха, основанные на алюминиевых сплавах, испытывают проблемы с долговечностью при температурах и давлениях, необходимых для соответствия стандартам США Tier 4i для стационарных и мобильных двигателей. [ 20 ] [ 2 ] [ 4 ] [ 21 ] Согласно опубликованным отчетам, средний срок службы алюминиевого охладителя наддувочного воздуха в настоящее время составляет около 3500 часов. [ 22 ] Алюминий близок к своему верхнему технологическому пределу, позволяющему выдерживать более высокие температуры и уровни термического напряжения. [ 18 ] потому что прочность металла на растяжение быстро снижается при 150 ° C, а повторяющиеся термические циклы между 150 ° C и 200 ° C существенно ослабляют ее. Термоциклирование создает слабые места в алюминиевых трубках, что, в свою очередь, приводит к выходу из строя охладителей наддувочного воздуха. Потенциальным вариантом является установка предварительных охладителей из нержавеющей стали в алюминиевые охладители наддувочного воздуха, но ограниченное пространство и сложность этого решения являются факторами, препятствующими использованию этого варианта. [ 12 ]
Охладитель наддувочного воздуха CuproBraze может работать при температуре до 290 °C без ползучести, усталости и других металлургических проблем. [ 12 ] [ 23 ]
Коррозионная стойкость
[ редактировать ]Внешняя коррозионная стойкость теплообменника особенно важна в прибрежных зонах, влажных зонах, загрязненных зонах и на горнодобывающих предприятиях. Механизмы коррозии меди и алюминиевых сплавов различны. Трубка CuproBraze содержит 85% меди, что обеспечивает высокую стойкость к обесцинкованию и коррозионному растрескиванию под напряжением . Медные сплавы имеют тенденцию корродировать равномерно по всей поверхности с известной скоростью. Эта предсказуемость коррозии меди важна для правильного управления техническим обслуживанием. [ 2 ] [ 24 ] С другой стороны, алюминий с большей вероятностью подвергается локальной коррозии из-за точечной коррозии, что в конечном итоге приводит к образованию дыр. [ 24 ]
В ускоренных испытаниях на коррозию, таких как SWAAT для солевого тумана и морских условий, CuproBraze показал лучшие результаты, чем алюминий. [ 2 ]
Коррозионная стойкость CuproBraze обычно выше, чем у с мягкой пайкой теплообменников . Это связано с тем, что материалы теплообменников CuproBraze одинаково благородны, поэтому гальванические различия сведены к минимуму. В теплообменниках с мягкой пайкой припой менее благороден, чем материалы ребер и трубок, и может подвергаться гальваническому воздействию в агрессивных средах. [ 24 ]
Ремонтопригодность
[ редактировать ]CuproBraze можно отремонтировать без особых сложностей. Это преимущество технологии важно в отдаленных районах, где количество запасных частей может быть ограничено. CuproBraze можно отремонтировать бессвинцовым мягким припоем (например, 97% олова , 3% меди ) или обычными серебросодержащими припоями.
противомикробный
[ редактировать ]Биологическое обрастание часто является проблемой в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха , которые работают в теплых, темных и влажных условиях. Антимикробные свойства сплавов CuproBraze устраняют неприятные запахи, тем самым улучшая качество воздуха в помещении. CuproBraze исследуется в мобильных кондиционерах в качестве решения проблемы неприятных запахов грибков и бактерий в системах теплообмена на основе алюминия. [ 25 ] [ 26 ]
Использование
[ редактировать ]Российские OEM-производители , такие как КАМАЗ и Уральский автомобильный завод , используют радиаторы CuproBraze и охладители наддувочного воздуха в большегрузных грузовиках для внедорожной и шоссейной эксплуатации. Другие производители включают УАЗ и ГАЗ ( Россия ) и МАЗ ( Белоруссия ). Финская компания по производству радиаторов, также известная как FinnRadiator. [ 27 ] производит 95% своих радиаторов и охладителей наддувочного воздуха с использованием CuproBraze для OEM-производителей внедорожной строительной техники. Nakamura Jico Co., Ltd. ( Япония ) производит теплообменники CuproBraze для строительной техники, локомотивов и дорожных грузовиков. Компания Young Touchstone поставляет радиаторы CuproBraze для дизельных локомотивов пригородных поездов MotivePower в Северной Америке . Siemens AG Transportation Systems планирует использовать эту технологию для своего локомотива Asia Runner для Южного Вьетнама и других азиатских рынков. Теплообменники Bombardier Transportation охлаждают трансформаторное масло в электровозах. Эти огромные маслоохладители успешно используются в поездах с углем Южноафриканских железных дорог . Компания Kohler Power Systems Americas, один из крупнейших пользователей дизельных двигателей для производства электроэнергии, внедрила CuproBraze для воздушного охлаждения турбокомпрессора дизельных двигателей в своих «генераторных установках». [ 20 ]
См. также
[ редактировать ]Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Палмквист У., Лильедал М. и Фалькено А., 2007. Медь и ее свойства для систем отопления, вентиляции и кондиционирования; Серия технических статей Общества автомобильных инженеров (SAE), 2007-01-1385; https://web.archive.org/web/20121023013350/http://store.sae.org/
- Фалькено А., 2006. Экологичная разработка новых материалов для теплообменников, серия технических документов SAE, 2006-01-0727; https://web.archive.org/web/20121023013350/http://store.sae.org/
- Фалькено А., Таппер Л., Айнали М. и Густафссон Б., 2003. Влияние параметров пайки на качество теплообменника, изготовленного с помощью процесса CuproBraze, серия технических документов SAE 2003-04-0037; https://web.archive.org/web/20121023013350/http://store.sae.org/
- Таппер Л., Айнали М., 2001. Взаимодействие между материалами в соединениях трубок и ребер 632 в паяных медно-латунных теплообменниках, SAE 633; 2001-01-1726. 634
- Айнали М., Корпинен Т. и Форсен О., 2001. Устойчивость к внешней коррозии радиаторов CuproBraze; Серия технических документов SAE 2001-01-1718; https://web.archive.org/web/20121023013350/http://store.sae.org/
- Корпинен Т., Электрохимические испытания медных/латунных материалов радиаторных трубок в охлаждающих жидкостях, 2001. Серия технических документов SAE 2001-01-1754; https://web.archive.org/web/20121023013350/http://store.sae.org/
- Густафссон Б. и Шил Дж. 2000. Технология мобильных теплообменников CuproBraze; Серия технических документов SAE 2000-01-3456; https://web.archive.org/web/20121023013350/http://store.sae.org/
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Автомобильные радиаторы: может ли CuproBraze превратить медь в настоящего соперника?; Американский рынок металлов, сентябрь 2008 г.; http://dl.dropbox.com/u/46572847/Perspectives-radiators.pdf [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Партанен, Юхо (2011). Горячее свойство: теплообменники, которые оптимизируют надежность продукции, снижают затраты в течение жизненного цикла и повышают рентабельность, — это всего лишь путь к увеличению срока службы и производительности внедорожной техники; Технология промышленных транспортных средств; март 2011 г.; http://viewer.zmags.com/services/DownloadPDF [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Jump up to: а б с д и ж Дуэнсинг, Лорен (2006 г.) Разработка эффективных систем теплопередачи, Modern Metals, март 2006 г. [1]
- ^ Jump up to: а б с Азия в восторге от новой технологии охлаждения: Системы охлаждения: Новые требования к двигателям означают, что производители переходят на медь и латунь для систем охлаждения; Международная автомобильная инженерия, февраль 2005 г.
- ^ Jump up to: а б с д и CuproBraze: передовая технология теплообменника [2]
- ^ «С особыми потребностями» легковые автомобили звучат так, будто это дети или люди.
- ^ Обзор купробраза: «CuproBraze: Обзор: Технология CuproBraze» . Архивировано из оригинала 15 февраля 2013 г. Проверено 26 ноября 2012 г.
- ^ Работа при повышенных температурах — решение проблем, связанных с высокими температурами новых поколений промежуточных охладителей наддувочного воздуха (серия критериев проектирования): http://www.cuprobraze.com/pdf/temperature.pdf [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ CuproBraze: Тепловые характеристики (серия «Технологии»): http://www.cuprobraze.com/documents/2Thermal Performance.pdf [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Jump up to: а б Эффективность CuproBraze (серия критериев проектирования): http://www.cuprobraze.com/pdf/Efficiency.pdf [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ CuproBraze: Размер - когда преимущество в эффективности эквивалентно сердечнику меньшего размера (серия критериев проектирования): http://www.cuprobraze.com/pdf/Size.pdf [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Jump up to: а б с д CuproBraze: Эффективный, долговечный и устойчивый теплообменник CuproBraze (брошюра): http://www.cuprobraze.com/documents/EfficientdurablesustainableCuproBrazeheatexchanger.pdf [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Jump up to: а б с CuproBraze: долговечность и надежность (серия Technology); http://www.cuprobraze.com/documents/3Durabilityandreliability.pdf [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Джин М. Хоффман, Бег легко и круто, Machine-Design.com; 3 марта 2005 г., http://machinedesign.com/article/runnin-light-and-cool-0303. Архивировано 12 января 2012 г. в Wayback Machine.
- ^ Финнрадиатор; http://www.finnradiator.com/solutions-and-technology/the-right-solution-for-you/advantages-of-the-cuprobraze-technology/excellent-durability-even-in-the-most-demanding- условия / Архивировано 24 декабря 2012 г. в Wayback Machine.
- ^ Jump up to: а б CuproBraze Durability (серия критериев проектирования): http://www.cuprobraze.com/pdf/Durability.pdf [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ На пути к CuproBraze: технология пайки медной латуни начинает процветать во все большем спектре применений теплопередачи, Найджел Коттон, Diesel Progress, North American Edition, Diesel & Gas Turbine Publications, август 2008 г.; Дизель Прогресс, август 2008 г.
- ^ Jump up to: а б с Бо Свенссон, 2006. Крутая технология, помогающая достичь целевых показателей выбросов: Diesel Progress International Edition; Июль – август 2006 г., http://www.cuprobraze.com/pdf/inthenews_diesel.pdf. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Теплообменники: решение задач будущего: грузовые автомобили и автобусы; КупроБрейзАльянс; http://www.cuprobraze.com/pdf/trucks.pdf [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Jump up to: а б Технология пайки меди и латуни находит широкое применение в различных сферах применения; Автомобильный экспорт; сентябрь 2009 г.; стр. 26-30
- ^ Дизельные двигатели внедорожной техники; Контроль выбросов для стационарных и мобильных двигателей; ДизельНет; http://www.dieselnet.com/standards/us/nonroad.php
- ^ Теплообменники: решение задач будущего; Серия обновлений рынка; CuproBraze Alliance; 2004 г.; http://www.cuprobraze.com/pdf/engine.pdf [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ CuproBraze: Стандарт выбросов (серия «Технологии»); http://www.cuprobraze.com/documents/1Emissionstandards.pdf [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Jump up to: а б с Часто задаваемые вопросы о CuproBraze; "ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ" . Архивировано из оригинала 15 февраля 2013 г. Проверено 26 ноября 2012 г.
- ^ Паяная медь-латунь уменьшает запахи от мобильных кондиционеров, Automotive Engineering International Online, 5 декабря 2008 г.; [3]
- ^ Назад в будущее с пайкой меди; Machine Design.com; 11 декабря 2008 г.; http://machinedesign.com/article/back-to-the-future-with-copper-brazing-1211. Архивировано 27 января 2012 г. в Wayback Machine.
- ^ ФиннРадиатор; http://www.finnradiator.com