Объем одной секции чугунной батареи: Вес батареи, размер, объем, мощность и другие характеристи чугунных радиаторов.

Разное

Содержание

Какой вес и объем у чугунной батареи (1 секция)

чугунные батареичугунные батареиАртем
Какой вес и объем у чугунной батареи?

Когда речь заходит о покупке чугунных батарей, сразу же возникает ассоциация с тяжеловесными старыми приборами, которые не могут ничем удивить, кроме как своими габаритами. Но оправданы ли подобные ассоциации, или это только стереотипы? Давайте разберемся и узнаем, какой же вес и объем одной секции радиатора из чугуна.

Батареи старого образца

Выделяют два типа чугунных радиаторов старого образца:

  • классические;
  • винтажные.

Одна секция классической чугунной батареи в среднем весит 7,1 кг. На практике возможны небольшие отклонения в сторону увеличения – до 7,5 кг, в зависимости от высоты прибора. Это масса полой секции, а вот вместе с теплоносителем ее вес составит 8,6 кг: объем секции радиатора старого образца – 1,5 л.

Тепловая мощность одной чугунной секции составляет приблизительно 170 Вт. Таким образом, для обогрева комнаты 20 кв.м. понадобится 12 секций, что по весу составит 85 кг, а после наполнения теплоносителем – 103 кг.

Совет. Чтобы не возникло проблем с монтажом радиатора, не рекомендуется покупать прибор с чистым весом более 43 кг – лучше вместо одной батареи на 12 секций установить две по 6 секций.

Второй тип чугунных приборов – винтажный радиатор. Его секция весит еще больше классической – 12-14 кг. А вот тепломощность прибора ниже – 156 Вт на одну секцию. Объем такой же – 1,5 л на секцию.

чугунные батареичугунные батареиВинтажный чугунный радиатор

Современные радиаторы

Вес так называемых облегченных чугунных батарей в среднем в два раза меньше массы классических и в три раза меньше винтажных. Естественно, остальные параметры, включая объем и мощность, также отличаются:

  • Одна секция стандартной современной батареи из чугуна весит от 3,2 кг до 3,8 кг. В среднем – 3,5 кг.
  • Объем теплоносителя – 0,8 л. Наполненная секция весит 4,3 кг.
  • Тепломощность секции – 140 Вт. Для обогрева комнаты площадью 20 кв.м. понадобится 14 секций. Вес такой отопительной конструкции вместе с водой составит 60 кг.

Совет. Если использовать вместо одной батареи на 14 секций две по 7 секций, то есть весом по 30 кг каждая, при монтаже можно обойтись без дополнительных фиксаторов – для облегченных приборов достаточно базовых креплений.

Итак, имеем несколько разновидностей батарей, отличающихся и весом, и объемом. Так что, если хотите видеть в своем жилище именно чугунные радиаторы, у вас всегда есть выбор: от сравнительно легких современных до немыслимо тяжелых, но эффектных винтажных.

Сколько весит чугунная батарея: видео

Чугунный радиатор МС 140 технические характеристики и особенности монтажа

Люди старшего поколения прекрасно помнят, что в период массового жилищного строительства в 60 – 70-е годы прошлого столетия в новых домах повсеместно устанавливались исключительно чугунные радиаторы отопления. И многие из этих батарей, уже прослужив по полвека, а то и больше, вполне справляются со своей задачей по сей день. Интересно, что когда были предприняты попытки массового перевода строительной индустрии на стальные пластинчатые или панельные радиаторы, это было населением воспринято без особого энтузиазма. Хозяева новых квартир, перезимовав с такими «новинками», безжалостно их срезали и искали возможность установить «старый добрый» чугун. Случались времена, когда это вызывало даже ажиотажный спрос, чугунные батареи попадали, в разряд дефицитных товаров, и найти их было не так просто.

Чугунный радиатор МС 140 технические характеристикиЧугунный радиатор МС 140 технические характеристики

Чем же завоевали чугунные батареи столь высокое доверие? Секрет кроется в заложенном в них эксплуатационном потенциале. Давайте рассмотрим поближе такую батарею, или, как правильно она называется — чугунный радиатор МС 140 технические характеристики, разновидности, достоинства и недостатки, основные правила монтажа. Кроме того, попробуем самостоятельно рассчитать, сколько секций потребуется для батареи, чтобы она в полной мере справилась с задачей обогрева конкретного помещения.

Основные достоинства и недостатки чугунных радиаторов МС-140

Если зайти в специализированный строительный магазин, то можно воочию убедиться в очень широком выборе современных отопительных приборов. Покупателю предлагаются стальные радиаторы различных модификаций – от панельных до трубчатых, легкие алюминиевые с очень высокой теплоотдачей, наиболее технологичные и надёжные биметаллические. Практически все они имеют весьма оригинальное исполнение, которое легко впишется в интерьер жилой комнаты.

СнимокРазнообразие современных радиаторов отопления

Чтобы не запутаться при выборе радиаторов отопления для своей квартиры или дома, рекомендуем читателям ознакомиться с информацией, изложенной в специальной публикации нашего портала.

Так почему же находится немало потребителей, которые отвергают все новые разработки и по-прежнему останавливают свой выбор именно на чугунных радиаторах?

  • Безусловным преимуществом чугунных батарей является их высочайшая долговечность и надежность. Производители оценивают их эксплуатационный ресурс примерно в 50 лет. Это – вовсе не преувеличение, так как практика показывает, что подобные отопительные приборы при должном уходе служат гораздо больше.

Яркий пример тому – батарея-рекордсмен, установленная в одном из дворцовых комплексов Царского Села. Она исправно служит уже более 110 лет, и пока не дает никаких оснований сомневаться в своей надёжности и производить какую-либо замену. Но это – официально подтверждённый факт, а на деле, думается, в домах старого жилого фонда можно отыскать радиаторы и с более солидным стажем.

Кстати, далеко не все знают, что история чугунных батарей, примерно в том же, дошедшем до нас виде, берет начало в середине XIX века, и именно в России. Впервые они были отлиты в Санкт-Петербурге еще в 1855 году. «Отцом» чугунного радиатора принято считать российского предпринимателя Франца Сан-Галли, владельца завода и одновременно – талантливого изобретателя в сфере водоснабжения и отопления. Первые батареи носили интересное название – «горячий ящик» (heizkörper). А технология их отливки, в принципе, не изменилась по сей день – для этого используется серый чугун и специальные глиняные формы-опоки.

"Отец" чугунного радиатора Франц Сан-Галли и памятник в честь 150-летнего юбилея этого прибора«Отец» чугунного радиатора Франц Сан-Галли и памятник в честь 150-летнего юбилея этого прибора

Чтобы закончить с историческим отступлением, можно упомянуть еще один красноречивый факт. Многим ли предметам человеческого быта установлены памятники? А вот чугунный радиатор такой чести заслужил! В ознаменование полуторавекового юбилея, в 2005 году, на Самарской ГРЭС установлен памятник – барельеф. Это ли не свидетельство высочайшей надежности чугунного радиатора и его неоспоримой популярности?

  • Неприхотливость чугунного радиатора к любым системам отопления – одно из важнейших его достоинств. А она складывается из нескольких параметров:

— Во-первых, он способен выдерживать весьма серьезные барические нагрузки – для них вполне приемлемым давлением считается рубеж в 10 ÷ 12 атмосфер.

— Во-вторых, температурный диапазон эксплуатации – вплоть до 130 градусов, позволяет их использовать в центральных системах с высоким давлением и температурой теплоносителя.

— В-третьих, чугунные секции батарей имеют широкие внутренние полости и каналы. Это и минимальный риск образования засоров, и высокая стойкость к нередким в центральных системах отопления гидроударам.

— В-четвертых, чугунное литье практически невосприимчиво к коррозии. Это значит, что радиаторы абсолютно «не капризны» в отношении качества теплоносителя. Не секрет, что циркулирующая по трубам центральных отопительных систем вода очень далека от чистоты, и ее агрессивная среда для многих других батарей просто противопоказана. Но только не для чугунных.

Резюме – чугунные батареи подходят для любых центральных и автономных систем отопления без ограничения.

  • Высокая теплоемкость чугуна позволяет дольше удерживать нагрев, эффективно отапливать помещение. Мало того, именно такие батареи в максимальной степени обладают способностью, помимо конвективного обогрева воздуха, отдавать тепло еще и инфракрасным излучением, а это очень существенная подмога всей системе отопления. Вспомните «пышущие жаром» чугунные батареи – даже на расстоянии от них ощущается тепло. Ни один другой радиатор с ними в этом вопросе сравниться не может.
  • Чугунные батареи МС-140 представляют собой разборную конструкцию. Это позволяет устанавливать требуемое для конкретного помещения количество секций, изменять его по мере необходимости, проводить замену аварийного узла.

Чугунный радиатор можно разобрать для замены секции или для проведения профилактических работЧугунный радиатор можно разобрать для замены секции или для проведения профилактических работ

  • Цена на такие чугунные радиаторы – вполне доступна. Нередко хозяевами из соображений экономии приобретаются даже бывшие в употреблении батареи, которые после промывки и правильной переборки послужат еще очень долго.

Некоторые из достоинств представляют собой некую «палку о двух концах». Так, например, широкие каналы – с одной стороны, благо, но для их заполнения потребуется куда больше теплоносителя. А высокая теплоемкость чугуна предопределяет и очень существенную тепловую инертность радиаторов. Чтобы их довести до рабочего состояния потребуется намного больше энергозатрат, то есть котел на этапе запуска будет работать с большей нагрузкой, практически без пауз. Правда, это компенсируется в ходе работы – чугунные батареи дольше будут оставаться горячими даже после выключения отопления.

После изложенного выше может сложиться впечатление, что чугунные радиаторы практически лишены серьезных недостатков. Однако, это не так – есть у них и весьма значимые «минусы»:

  • При всех положительных качествах чугуна, это непластичных, твердый и хрупкий сплав.  Он не любит акцентированных механических нагрузок – просто может расколоться. Отсутствие пластичности – это еще и большой риск повреждения при резких перепадах температур, кристаллическая решетка «не успевает» за линейным термическим расширением. Например, если в разогретую до высоких модератор батарею вдруг резко попадает холодная вода, то стенки секции могут дать трещину. Аналогично – и при отрицательных температурах: если батарея замерзла, то с очень большой долей вероятности она выйдет из строя.

Заморозка для чугунного радиатора чаще всего становится фатальнойЗаморозка для чугунного радиатора чаще всего становится фатальной

  • Второй важный недостаток – чрезмерная массивность. Даже одна секция (с межосевым расстоянием 500 мм), не заполненная теплоносителем, в зависимости от конкретной модели может весить 6 ÷ 7,5 килограмма. Плюс к этому масса соединительных ниппелей и пробок. В итоге средняя батарея, скажем, всего в семь секций, может дать нагрузку уже порядка 50 килограмм. А если добавить массу теплоносителя (а в каждой секции это – еще 1.45 кг), то суммарный вес уже перескакивает за 60 кг. И ведь это идёт разговор о сравнительно небольшой батарее! Что тогда говорить о сборке в 10 и более секций.

Кронштейны или упоры для установки тяжеловесных чугунных радиаторовКронштейны или упоры для установки тяжеловесных чугунных радиаторов

Эта особенность существенно осложняет монтажные работы – одному, без помощника, их выполнить иногда становится непосильной задачей. Кроме того, нужны мощные кронштейны или крюки. И еще одно – не всякая стеновая конструкция в состоянии выдержать подобную нагрузку.

Несколько вариантов подвеса чугунных радиаторов МС-140Несколько вариантов подвеса чугунных радиаторов МС-140

Приходится придумывать достаточно сложные конструкции, с упором в поверхность пола или даже с усилением с обратной стороны стены.

Правда, некоторые модели чугунных радиаторов могут оснащаться ножками-подставками, или же быть напрямую рассчитанными для установки на пол – ножки в таком случае становятся частью конструкции (например, на крайних секциях батареи).

Чугунный радиатор, оснащенный подставками-ножкамиЧугунный радиатор, оснащенный подставками-ножками

  • Большинство поступающих с заводов радиаторов имеет только грунтовочный слой. Значит, чтобы придать батареям максимальную эстетичность, придется проводить их покраску самостоятельно, а это не так просто, как может показаться.

Обычно радиаторы МС-140 поступают с заводов только в прогрунтованном видеОбычно радиаторы МС-140 поступают с заводов только в прогрунтованном виде

Кроме того, подобную перекраску придется проводить регулярно, хотя бы раз в 3 – 5 лет.

Некоторые производители поставляют батареи с внешним декоративным окрашиваниемНекоторые производители поставляют батареи с внешним декоративным окрашиванием

Справедливости ради надо сказать, что некоторые производители все же идут навстречу потребителям, и их продукция поступает в продажу после цикла многослойного окрашивания стойкими полимерными красками или даже с порошковым декоративным напылением. Понятно, что такие радиаторы стоят уже существенно дороже.

  • Недостаток, сродни указанному выше – часто ругают чугунные радиаторы за неэстетичный, как говорится, «казарменный» внешний вид.

Честно говоря, это вопрос очень субъективный, то есть лежит в плоскости личных предпочтений. Стальные панельные радиаторы тоже могут не блистать красотой, а кому-то не нравится уж слишком современный облик биметаллических батарей, который бывает трудно вписать в некоторые стили интерьера.

В конце концов, никто не мешает прикрыть радиаторы декоративным экраном (безусловно, так, чтобы не ухудшить эффективность системы отопления).

кожухКак правильно закрыть радиатор решеткой

Установка декоративного экрана, короба, решетки поможет справиться с проблемой неэстетичного вида батареи отопления. Как правильно выбрать декоративную решетку для радиатора, чтобы не снизить эффективность системы отопления дома – читайте в отдельной публикации нашего портала.

А некоторые производители практикуют и отливку секций с декоративным исполнением – на стенках радиатором получаются оригинальные рельефные рисунки «под старину».

Весьма симпатичная модель с рельефным рисунком Весьма симпатичная модель с рельефным рисунком

Цены на чугунные радиаторы МС 140

Чугунный радиатор МС 140

Основные технические характеристики чугунных радиаторов МС-140

Теперь – о конкретных технических характеристиках различных моделей чугунных радиаторов серии МС-140

Что означает сама аббревиатура «МС» — на этот счет, кстати, единого мнения нет. Есть версии «модифицированный стандарт», «московский стандарт», «металлический секционный», «монтажный секционный» и другие варианты.

А вот «140» — это вполне определённое значение, конкретно указывающее на глубину (расстояние от тыльной до лицевой стороны) каждой секции – 140 мм. Обычно это наименование сопровождается и вторым числовым значением.

  • Например, аббревиатура МС-140—500 говорит о том, что это чугунный радиатор с глубиной секций 140 мм, и межосевым расстоянием 500 мм.

Это – самая распространенная серия, которая и применялась для установки в квартирах многоэтажек при их массовом строительстве. Средняя мощность теплоотдачи такой секции составляет около 160 Вт.

Радиаторы МС-140 могут иметь разное межосевое расстояние - 500 или 300 ммРадиаторы МС-140 могут иметь разное межосевое расстояние — 500 или 300 мм

  • Но к этой серии относят еще и радиаторы МС-140—300. Как понятно из классификационного наименования, отличаются они межосевым расстоянием – всего 300 мм. Таки батареи были не столь ходовыми, но в ряде случаев (например, низкое расположение подоконников), использовались именно они. Безусловно, площадь теплообмена у них существенно меньше, что отражается и на характеристике мощности теплоотдачи – всего порядка 120 Вт от одной секции.
  • Выпускаются МС-140—500 и еще одной разновидности. В них оба вертикальных канала секции соединены снаружи диагонально расположенными ребрами. Такое оребрение резко повышает площадь активной теплоотдачи, и мощность секции возрастает до 190 Вт.

Радиатор МС-140 с внутренним оребрениемРадиатор МС-140 с внутренним оребрением

Правда, подобные радиаторы сложны в покраске, а также требуют частых уборок. Площадь оседания пыли на плоские поверхности ребер – велика, а при сильной их запыленности говорить о 190 Вт с секции уже не приходится – потери могут составлять порядка 30 ÷ 40 Вт.

Исходным сырьем для отливки самих секций, а также очень часто — глухих или проходных пробок, является серый чугун (по классификации — СЧ-10). Соединительные муфты-ниппели производят или из ковкого чугуна (КЧ — 30—6-Ф), или из стали (08KП или 08ПC). Резьба на секциях, ниппелях и внешняя на пробках – G1 ¼ ʺ Проходные пробки имеют, кроме того, резьбовое отверстие G ¾ или ½ дюйма.

Герметичность соединительных узлов между секциями обеспечивается кольцевыми прокладками. Для их изготовления применяется особая теплостойкая резина (ПИ или TTC), или же паронит.

Производством чугунных радиаторов занимается ряд предприятий в Российской Федерации и в соседних странах. Все они придерживаются, в принципе, единых технических стандартов, хотя эксплуатационные характеристики батарей могут немного различаться.

Среди представленных в продаже чугунных батарей МС-140 чаще всего встречается продукция Новосибирского завода ООО «Декарт», Нижне-Тагильского котельно-радиаторного завода, компании ОАО «Сантехлит» из Брянской области. Пользуются хорошим спросом радиаторы Минского завода отопительного оборудования и Луганского литейно-механического.

Взглянем на них поближе.

Радиаторы ОАО «Сантехлит» (Брянская область, пос. Любохна)

Фирменный логотип компании ОАО "Сантехлит"Фирменный логотип компании ОАО «Сантехлит»

Обратите внимание – в таблице указаны чугунные радиаторы еще двух серий: МС-110 и МС-85. Возможно, кому-то по соображениям компактности больше подойдут они.

  • Максимальная температура теплоносителя для всех серий  + 130 °С.
  • Допустимое рабочее давление:

— для серии МС-140 – 9 атмосфер;

— для серии МС-110 и МС-85 – до 12 атмосфер.

Наименование модели радиатора Расстояние межосевое (мм) ширина секции глубина высота Мощность теплоотдачи, средняя (Вт) Объем теплоносителя (л) Масса секции (кг)
МС-140М-500-0.9 500 93 140 588 160 1.45 7.1
МС-140-300-0.9 300 93 140 388 120 1.11 6.1
МС-110-500-1.2 500 82 110 588 125 0.85 5.6
МС-110-300-1,2 300 82 100 381 79 0.63 4.45
МС-85-500 500 76 85 581 115 1 4.45
Чугунные радиаторы Новосибирской компании ООО «Декарт»

Логотип ООО "Декарт"Логотип ООО «Декарт»

Специалисты этого предприятия занимаются как выпуском новых радиаторов, так и восстановлением старых. Причем, чугунные батареи после восстановления качеством мало уступают свежеизготовленным, а по цене – существенно ниже, поэтому часто пользуются даже более широким спросом.

Вся продукция ООО «Декарт» рассчитана на эксплуатационные условия:

  • Температура теплоносителя – до + 130 °С.
  • Предел рабочего давления – 9 атмосфер.
Наименование модели радиатора Расстояние межосевое (мм) Линейные размеры радиатора (мм) Мощность теплоотдачи, средняя (Вт) Объем теплоносителя (л) Масса секции (кг)
ширина секции глубина высота
МС-140/500 500 93 140 588 160 1.45 7.1
МС-140/300 300 93 140 388 120 1.11 6.1
МС-90/500 500 71 90 581 130 1.45 6.5
Продукция ОАО «Котельно-радиаторный завод», г. Нижний Тагил

Если встретился такой фирменный знак, то эти радиаторы - из Нижнего ТанилаЕсли встретился такой фирменный знак, то эти радиаторы — из Нижнего Танила

Продукция этого завода широко востребована далеко за пределами Уральского региона. Чугунные радиаторы отвечают всем требованиям российских и международных стандартов.

Условия эксплуатации:

  • Температура теплоносителя –максимальная – 125 ÷130 °С.
  • Предел избыточного давления в системе – 12 атмосфер.
Наименование модели радиатора Расстояние межосевое (мм) Линейные размеры радиатора (мм) Мощность теплоотдачи, средняя (Вт) Объем теплоносителя (л) Масса секции (кг)
ширина секции глубина высота
МС-140-М2-500 500 94 140 580 160 1.45 6.65
МС-140М-300 300 104 140 388 117 1.11 5.4
МС-90-500 500 90 90 580 130 1.15 5.48
Радиаторы Луганского литейно-механического завода

Пользуются спросом радиаторы Луганского литейно-механического заводаПользуются спросом радиаторы Луганского литейно-механического завода

Этот производитель предлагает потребителям чугунные радиаторы не только в загрунтованном виде, но и с качественным эмалевым многослойным покрытием. Кроме того, в ассортименте предприятия – улучшенные с точки зрения декоративности модели, вполне подходящие для современных интерьеров (серия РД).

Условия эксплуатации:

  • Максимальная температура теплоносителя – до +130 °С;
  • Предел давления – 12 атмосфер.
Наименование модели радиатора Расстояние межосевое (мм) Линейные размеры радиатора (мм) Мощность теплоотдачи, средняя (Вт) Объем теплоносителя (л) Масса секции (кг)
ширина секции глубина высота
МС-140М4-500-0.9 500 102 140 588 184 1.33 6.74
МС-140 М1-300-0,9 300 102 140 388 120 1 5.5
МС-100 М1 3КП 500 500 63 100 570 135 0.7 5.4
МС-1003КП 300-1,2 300 63 100 372 95 0.55 3.23
РД- 100 500 -1,2 500 60 100 585 120 0.8 4.6
Радиаторы чугунные Завода отопительного оборудования, г. Минск

Продукцию Минского завода всегда отличает высочайшее качествоПродукцию Минского завода всегда отличает высочайшее качество

Широчайшей популярностью пользуется продукция наших белорусских соседей. Радиаторы Минского завода – это всегда высокое качество и интересные инженерные решения.

В товарном ассортименте, помимо привычных форм – радиаторы с ножками для напольного размещения – это позволяет избавиться от сложной и трудоемкой процедуры навески

Стараются уйти от поднадоевших форм и дизайнеры предприятия.  Так, освоен выпуск чугунных радиаторов, конструктивно остающихся все теми же МС-140, но имеющих гладкую покрытую эмалью лицевую поверхность. Кроме того, предлагаются и варианты с художественным рельефным литьем в ретро-стиле.

Наименование модели радиатора Расстояние межосевое (мм) Линейные размеры радиатора (мм) Мощность теплоотдачи, средняя (Вт) Объем теплоносителя (л) Масса секции (кг)
ширина секции глубина высота
МС-140М 500 108 140 588 160 1.45 6.7
БЗ-140-300 300 98 140 376 120 1.27 5.4

Одним словом, несмотря на кажущееся сходство всех чугунных радиаторов, выбор у покупателя все же есть.

Основные технологические приемы монтажа чугунных батарей МС-140

При первичной установке батарею собирают из нужного количества секций. Однако, иногда обстоятельства вынуждают хозяев либо нарастить радиатор если его суммарной мощности явно не хватает, либо, наоборот, сделать его меньше. Кроме того, и в процессе эксплуатации случаются ситуации, когда требуется разобрать батарею, например, для замены пришедшей в негодность секции или для проведения профилактических работ, очистки или промывки.

промывРадиаторы отопления требуют ухода

Низкое качество теплоносителя может привести к постепенному зарастанию каналов внутри радиаторов. Как самостоятельно провести промывку системы отопления – читайте в специальной публикации нашего портала.

Чтобы полностью понять, как производится разборка и сборка чугунных батарей, необходимо разобраться с принципом соединения секций между собой. Внимание на схему:

Принципиальная схема соединительного узла радиатора МС-140Принципиальная схема соединительного узла радиатора МС-140

Любая секция (поз. 1) имеет с каждой стороны по два резьбовых гнезда G1¼ дюйма, сверху (поз. 2) и снизу. Расстояние между их центрами и является межосевым, которое указывается в классификации изделия.  Резьба с противоположных по горизонтали сторон секции противонаправлены (левая и правая), при этом верхнее и нижнее гнездо на одной стороне имеют обязательно одинаково направленную резьбу.

С торцевых сторон собранной батареи устанавливаются пробки (поз. 3). Они могут быть проходными, с резьбовым отверстием, или глухими.  В зависимости от стороны установки пробок они также могут иметь правую или левую резьбу. Диаметр внутренней резьбы G ½ или ¾ дюйма, всегда только правая – сюда подключаются (запаковываются) патрубки, сгоны или фитинги для дальнейшей врезки в контур отопления, или же краны для выпуска воздуха.

Секции соединяются между собой с помощью ниппелей (поз. 4). Эта деталь представляет собой цилиндрическую муфту с двумя противонаправленными резьбовыми участками, которые сходятся в центре ниппеля. Между секциями в обязательном порядке устанавливается прокладка (поз. 5).

На внутренней поверхности цилиндрического ниппеля имеются специальные наплывы (выступы) (поз. 6), которые необходимы для сцепления со шлицами (поз. 8) монтажного ключа (поз. 7). Сам ключ может иметь приваренную Т-образную рукоятку для приложения усилия, петлю для вставки рычага, или же граненую поверхность штанги для захвата ее газовым ключом.

Основные запчасти для сборки чугунного радиатора МС-140Основные запчасти для сборки чугунного радиатора МС-140

1 – ниппель (хорошо заметны выступы для ключа).

2 – кольцевидные прокладки, паронитовые (как на рисунке) или резиновые. Устанавливаются между секциями и под пробками радиатора.

3 и 4 – глухая и проходная пробки. Бывают левые и правые.

Монтаж батареи отопления из отдельных секций показан на схеме ниже:

Для монтажных работ лучше всего подготовить себе удобную площадку, например, на просторном верстаке или на полу. Поверхность рекомендуется застелить листом фанеры, чтобы не поцарапать ребристыми краями секций.

Как секции собираются в единую батарею - схематично:Как секции собираются в единую батарею — схематично:

1 – На ниппели одеваются прокладки, так, чтобы они встали в центре, в месте, где сходятся два резьбовых участка.  Секции располагаются соосно, обязательно проверяется правильность их взаимного размещения – в месте стыка резьба в гнездах должна быть противонаправлена. Обычно производитель ставит на секциях фирменные клейма – это поможет избежать ошибки, так как эти отметки должны занять однообразное положение.

2 — Через окно секции вводится монтажный ключ, так, чтобы его рабочая головка со шлицами вошла в ниппель. Лучше всего, если в распоряжении есть два ключа – так работать будет проще, попеременно переходя от одного к другому. Собираемые воедино секции сводятся и прижимаются одна к другой. Вращением ключа проворачивается ниппель – при этом обязательно надо следить, чтобы он одновременно «наживился» на обе секции. Аналогичная операция проделывается и с противоположной стороны. Затем, попеременно, не допуская перекосов и переклинивания, ниппеля вкручиваются, одновременно поджимая секции одна к другой. Закручивание ведется до максимально плотного контакта в соединительных уздах. Опытные сантехники «на глаз» способны определить нужное усилие при сборке. Производитель в техдокументации указывает, что момент приложения силы при затяжке не должен превысить 15 кгс×м, чтобы не деформировать резьбу и выступы на внутренней поверхности ниппеля.

3 – после монтажа первых двух секций можно таким же образом присоединять третью и так далее, до полной сборки требуемой батареи.

4 – вполне возможно соединять батарею и «фрагментами» — по нескольку секций, заранее собранных в блоки. Единственное требование – чтобы хватило длины штанги монтажного ключа. Кстати, именно таким способом обычно и проводят демонтаж и замену вышедшей из строя секции, если она находится где-то в центре батареи. Нет нужды последовательно разбирать весь радиатор – демонтаж проводится только в нужной точке.

Батарея после удаления неисправной секции готова к сборкеБатарея после удаления неисправной секции готова к сборке

Понятно, что демонтаж ведется в обратной последовательности. Однако, случаются ситуации, когда коррозия «съела» выступы на внутренней поверхности ниппеля, и выкрутить его не представляется возможным. Выход в данном случае один – аккуратно «болгаркой» резать по месту расположения прокладки между секциями, а потом греть оставшийся фрагменты ниппеля и выкручивать их из гнезд.

При обратном монтаже после разборки радиатора, безусловно, стоит тщательно оценить целостность и «живучесть» ниппелей – стоят они недорого, и будет разумны «сомнительные» детали заменить на новые.

Видео: пример разборки и обратного монтажа чугунного радиатора МС-140

Сколько секций радиатора МС-140 потребуется для обогрева помещения?

Остался еще один невыясненный вопрос – а какое количество секций необходимо для того, чтобы обеспечить полноценный обогрев того или иного помещения?

Бытует простое правило, что для отопления требуется 100 Вт тепловой энергии на каждый квадратный метр площади помещения. Значит, просчитать количество не составит особого труда – площадь умножается на 100 и делится на тепловую мощность одной секции выбранной модели радиатора.

Например, комната 18 м², требует, соответственно 1800 кВт тепловой энергии. Значит, если выбран типовой МС-140 с удельной мощностью на секцию в 160 Вт, потребное количество будет 11,25. Значение округляется в большую сторону до целого. Итого – 12 секций.

Расчет, действительно, прост, но весьма неточен. Дело в том, что 100 Вт/м² — весьма усредненная величина, и в разных климатических условиях, понятно, не отражает в полной мере потребности в тепловой энергии —  где-то этого может и недоставать, а в южных регионах такая мощность будет попросту излишней. Кроме того, имеют немалое значение особенности здания, расположения помещения по сторонам света, размер и количество окон и их конструкция, степень утепленности стен и потолка. Даже способ врезки батарей в отопительный контур – и тот способен повлиять на отдаваемые радиаторами тепло.

Поэтому предлагаем читателю воспользоваться специальным калькулятором, в котором уже заложено большинство влияющих на требуемую мощность отопления критериев. Введите запрашиваемые значения – и сразу получите результат, в зависимости от выбранного типа чугунного радиатора:

Калькулятор расчета необходимого  количества секций чугунного радиатора

Перейти к расчётам

 

Последовательно введите запрашиваемые значения или отметьте нужные варианты в предлагаемых списках

Установите ползунком значение площади помещения, м²

Сколько внешних стен в помещении?

однадветричетыре

В какую сторону света смотрят внешние стены

Север, Северо-Восток, ВостокЮг, Юго-Запад, Запад

Укажите степень утепленности внешних стен

Внешние стены не утепленыСредняя степень утепленияВнешние стены имеют качественное утепление

Укажите среднюю температуру воздуха в регионе в самую холодную декаду года

— 35 °С и нижеот — 25 °С до — 35 °Сдо — 20 °Сдо — 15 °Сне ниже — 10 °С

Укажите высоту потолка в помещении

до 2,7 м2,8 ÷ 3,0 м3,1 ÷ 3,5 м3,6 ÷ 4,0 мболее 4,1 м

Что располагается над помещением?

холодный чердак или неотапливаемое и не утепленное помещениеутепленные чердак или иное помещениеотапливаемое помещение

Укажите тип установленных окон

Обычные деревянные рамы с двойным остеклениемОкна с однокамерным (2 стекла) стеклопакетомОкна с двухкамерным (3 стекла) стеклопакетом или с аргоновым заполнением

Укажите количество окон в помещении

Укажите высоту окна, м

Укажите ширину окна, м

Выберите схему подключения батарей

Укажите особенности установки радиаторов

Радиатор располжен открыто на стене или не прикрыт подоконникомРадиатор полностью прикрыт сверху подоконником или полкойРадиатор установлен в стеновой нишеРадиатор частично прикрыт фронтальным декоративным экраномРадиатор полностью закрыт декоративным кожухом

Итак, был подробно рассмотрен чугунный радиатор МС-140. Несмотря на более чем солидный возраст модели и, как кому-то кажется, неказистый вид, не приходится сомневаться в том, что подобные отопительные приборы  нескоро уйдут квартир и домов, послужат еще не одному поколению.

Чугунные радиаторы отопления: характеристики, особенности, основные параметры

Содержание статьи:

Батареи из чугуна – стандартный отопительный прибор, адаптированный под условия работы центрального отопления. Характеристики чугунных радиаторов отопления соответствуют требованиям системы. Они устойчивы к коррозии и не слишком требовательны к чистоте теплоносителя, нечувствительны к перепадам давления и долговечны.

Конструктивные особенности чугунных радиаторов

Чугунные радиаторы – самые долговечные

Батареи имеют вид самый традиционный. Конструкция включает несколько секций, между собой соединенных ниппелями. Для герметизации мест стыковки используют термостойкую резину или паронит. Каналы для теплоносителя внутри имеют круглое или эллиптическое сечение. Выпускают одно-, двух- и трехканальные секции.

Батареи отливают из серого чугуна. Материал устойчив к износу и долговечен – радиаторы служат более 50 лет. Соли на стенках не откладываются, мелкий мусор или песок не наносит повреждений. Даже спустя 30–40 лет диаметр рабочих каналов почти не изменяется.

Размер чугунной батареи зависит от количества секций. Габарит подбирают исходя из величины отапливаемого помещения. Но если ширина изделия определяется числом элементов, то высота и глубина зависит от устройства самих секций.

Внешний вид изделия непривлекателен. Более современные модели выпускают с плоской лицевой панелью. Украшаются коваными элементами.

Преимущества и недостатки

Современные дизайнерские решения

Достоинства изделия обусловлены скорее материалом, чем конструкцией. Основные плюсы:

  • Чугун хорошо проводит тепло и аккумулирует его. Радиатор нагревается дольше, чем стальной или биметаллический, но отдает тепло после отключения котла длительное время. Через час после прекращения нагрева остаточная теплоотдача у моделей из чугуна составляет 30%, в то время как у стальных – всего 15%.
  • Вода, используемая в центральном отоплении, чистотой не отличается. Соли, механические примеси, песок разрушают материал трубопровода. Мусор откладывается на стенках: рабочий диаметр со временем уменьшается, эффективность передачи тепла падает. Чугун не боится солей, абразивных частиц. Через 30 лет батареи работают так же эффективного, как и в первый день после выпуска.
  • Чугунные батареи не выдерживают постоянного высокого давления воды, однако гидроудары ей не страшны. Такой вариант используют при обустройстве отопления с естественной циркуляцией.
  • Радиаторы служат минимум 50 лет. Если вовремя менять прокладки, еще дольше. Обычно их заменяют не из-за протечек или низкого КПД, а желая сделать интерьер более современным.
  • Цена самая низкая среди отопителей.

Минусы у радиаторов:

  • Главный недостаток – немалые габариты и большой вес. Модель из 8 секций весит более 60 кг. Их сложно перевозить, поднимать на верхний этаж, монтировать.
  • Если при отключении отопления высокая тепловая инерция выступает достоинством, то при включении превращается в недостаток. Помещение прогревается не менее 12 часов.
  • Для обслуживания батарей нужен большой объем теплоносителя и более мощный котел. Для центрального отопления это не помеха, так как система изначально была рассчитана на передачу большого количества теплоносителя. Для автономного это существенный недостаток.
  • Говорить о дизайне не приходится. Грубоватые тяжеловесные радиаторы с трудом вписываются в интерьер.

Достоинства чугунной батареи хорошо проявляются в системах центрального отопления. Недостатки видны, когда обустраивают автономное отопление.

Технические характеристики

Выбор чугунных батарей невелик. От большинства старых моделей отказались. В новых стараются уменьшить объем теплоносителя, улучшив теплоотдачу за счет большего количества каналов и создания плоской поверхности.

Технические характеристики наиболее популярных моделей приведены ниже.

Марка Рабочее давление, атм Мощность, кВт Площадь обогрева на 1 секцию, кв. м Объем воды в 1 сегменте, л Вес 1 сегмента, кг
МС-140 9 0,12–0,16 0,244 До 1,45 5,7–7,1
ЧМ1 9 0,075–0,11 До 0,165 До 0,9 3,3–4,8
ЧМ2 9 0,1–1,14 До 0,207 До 0,95 4,5–6,3
ЧМ3 9 0,1–0,15 До 0,246 До 1,38 4,8–7

Подбирают модели в основном по мощности. Сравнение характеристик секций позволяет быстрее рассчитать необходимые габариты отопителя.

Высота

Параметр, влияющий не столько на эффективность обогрева, сколько на эстетичность. Высота чугунной стандартной батареи составляет 59 см. Выпускаются модели с высотой от 33 до 95 см. Рабочая поверхность каждой секции изменяется в зависимости от высоты. Это учитывают, когда рассчитывают их необходимое число.

Низкие радиаторы выглядят привлекательнее даже при стандартной конфигурации.

Размер

Габариты изделий различаются сильно:

  • высота – от 33 до 95 см;
  • глубина – от 8,5 до 20 см;
  • ширина – от 4,4 до 10,8 см;
  • межосевая дистанция варьируется от 22 до 90 см.

Сведения о размерах есть в маркировке. Если модель имеет нелинейную форму, глубина не указывается.

Важнейший параметр – длина самой батареи – зависит от мощности. Чем больше секций, тем большую площадь может обогревать радиатор. Однако здесь есть и ограничение: если длина батареи в 4 раза превышает высоту, ее необходимо подключать с двух сторон, а это не всегда возможно и удобно.

Мощность

Показатель рассчитывают по следующим параметрам:

  • объем комнаты;
  • качество утепления;
  • температура воды;
  • мощность одной секции чугунного радиатора – этот показатель указан в паспорте изделия.

В среднем при нормальном уровне теплопотерь на обогрев 3 куб м. воздуха в комнате требуется 1 кВт.

Расчет выполняют так: площадь помещения умножают на 100 и разделяют на мощность секций выбранной модели. Например, при площади в 10 кв. м. и мощности сегмента в 150 Вт получают 10*100/150 =6,67. Округляют результат в большую сторону – для обогрева комнаты потребуется радиатор с 7 секциями.

Советуют увеличивать рассчитанную величину хотя бы на 15%. Для обогрева спальни площадью в 10 кв. м. рекомендуют покупать батареи на 9–10 элементов.

Следует учитывать высоту комнаты. При той же площади, но с высотой потолков не 3,5, а 4 м для обогрева радиатором той же мощности потребуется уже не менее 12 секций.

Учитывают и другие факторы. Если в комнате 2 окна, лучше установить 2 батареи по 5 секций, чтобы равномерно распределить тепло и нейтрализовать холодный воздух.

Правила выбора

Радиаторы с плоской поверхностью имеют более высокий КПД

Рекомендации просты:

  • Самое важное – правильный расчет. Оценивают мощность секции и вычисляют эффективность всего отопителя. Если секций будет недостаточно, повышение температуры теплоносителя дела не исправит, в комнате будет холодно.
  • Нужно подобрать высоту. Если изделие монтируют под окном, между батареей и подоконником должно оставаться не менее 20–15 см, а между полом и нижним краем изделия – не менее 5 см. При больших размерах окон выбирают низкие радиаторы и компенсируют небольшую высоту большим количеством секций. Высокие радиаторы монтируют возле глухих стен.
  • Батареи с плоской поверхностью имеют более высокий КПД, внешний вид у них привлекательнее. Модели с художественным литьем, с декоративным покрытием прекрасно вписываются в интерьер в стиле ретро, классика, деревенский.
  • Радиаторы закрепляются на стене на специальные кронштейны. Однако есть модели в напольном исполнении. Последние используются, если стены не выдерживают такой большой нагрузки.

Внешний вид батареи можно радикально изменить, закрыв их декоративной решеткой или экраном.

Производители чугунных радиаторов

Выпускают такую продукцию не только российские заводы и предприятия стран СНГ. Есть немало зарубежных производителей, предлагающих чугунные радиаторы в стиле ретро или техно. Модели отечественных компаний дешевле.

Минский завод отопительного оборудования

Один из самых известных производителей. Выпускает двух- и трехканальные чугунные батареи в самом разном дизайне. Есть классические радиаторы и модели с плоской поверхностью – они эффективнее, так как лучше отдают тепло, а также варианты с рисунком на поверхности. Количество секций определяет заказчик.

Сантехлит (Россия)

Завод предлагает классические модели. Глубина секций и высота варьируется в очень широких пределах. Есть модели с глубиной всего 11 см. Их легко разместить под узким современным подоконником. Длина батареи определяется числом секций.

Viadrus (Чехия)

Компания предлагает изделия более подходящие для автономного отопления. Радиаторы легко выдерживают постоянное давление в 12 бар, очень долговечны. Соответствуют европейским критериям качества.

Привлекателен дизайн радиаторов. Завод выпускает 8 линеек в разном оформлении и в 27 типоразмерах. Есть модели с плоской поверхностью, с изысканным рисунком на секциях, с секциями необычной неправильной формы.

Калькулятор расчета количества секций чугунного радиатора МС

Несмотря на широкий ассортимент современных теплообменных приборов отопления, привычные всем чугунные радиаторы-«гармошки» вовсе не собираются уходить в небытие. Мало того, производители таких батарей не испытывают никаких проблем со сбытом. Это объясняется отменной надежностью изделий, которые могут служить по полувеку и больше, и высокими показателями теплоотдачи.

Калькулятор расчета количества секций чугунного радиатора МСКалькулятор расчета количества секций чугунного радиатора МС

Как правильно определиться с количеством секций подобных радиаторов, чтобы обеспечить в помещении комфортные условия проживания? Все зависит от особенностей комнаты, где их планируется установить, и от параметров самих батарей – они могут существенно различаться. Прийти к правильному решению поможет наш калькулятор расчета количества секций чугунного радиатора МС.

Цены на чугунные радиаторы

радиатор чугунный

Расчет требует некоторых пояснений – они будут приведены ниже калькулятора.

Калькулятор расчета количества секций чугунного радиатора МС

Перейти к расчётам

 

Расчет проводится для каждого помещения отдельно.
Последовательно введите запрашиваемые значения или отметьте нужные варианты в предлагаемых списках.
Нажмите кнопку «Рассчитать количество секций»

Площадь помещения, м²

Количество внешних стен

нетоднадветри

Внешние стены смотрят на:

Север, Северо-Восток, ВостокЮг, Юго-Запад, Запад

Положение внешней стены относительно зимней «розы ветров»

наветренная сторонаподветренная сторонапараллельная направлению ветра

Уровень отрицательных температур воздуха в регионе в самую холодную неделю года

— 35 °С и нижеот — 30 °С до — 34 °Сот — 25 °С до — 29 °Сот — 20 °С до — 24 °Сот — 15 °С до — 19 °Сот — 10 °С до — 14 °Сне холоднее — 10 °С

Какова степень утепленности внешних стен?

Внешние стены не утепленыСредняя степень утепленияВнешние стены имеют качественное утепление

Высота потолка в помещении

до 2,7 м2,8 ÷ 3,0 м3,1 ÷ 3,5 м3,6 ÷ 4,0 мболее 4,1 м

Что расположено снизу?

Холодный пол по грунту или над неотапливаемым помещениемУтепленный пол по грунту или над неотапливаемым помещениемСнизу расположено отапливаемое помещение

Что расположено сверху?

Холодный чердак или неотапливаемое и не утепленное помещениеУтепленный чердак или иное помещениеОтапливаемое помещение

Тип установленных окон

Обычные деревянные рамы с двойным остеклениемОкна с однокамерным (2 стекла) стеклопакетомОкна с двухкамерным (3 стекла) стеклопакетом или с аргоновым заполнением

Количество окон в помещении

Высота окна, м

Ширина окна, м

Предполагаемая схема врезки радиаторов отопления

Предполагаемые особенности расположения радиаторов

Радиатор на стене установлен открытоРадиатор сверху прикрыт подоконником или полкойРадиатор сверху прикрыт стеновой нишейРадиатор с лицевой части прикрыт декоративным экраномРадиатор полность прикрыт декоративным кожухом

Модель радиатора МС

Разъяснения по проведению вычислений

Алгоритм расчета построен на том, что для отопления 10 м² требуется 1 кВт тепловой энергии. Понятно, что это соотношение – весьма условно, поэтому оно будет корректироваться целым рядом коэффициентов, учитывающих специфику помещения.

  • Площадь помещения – вычислить несложно, особенно если комната имеет традиционную прямоугольную конфигурацию.

roomm11Помощь в расчете площадей помещений сложной формы

Если комната имеет более сложную форму, то можно применить несколько различных подходов. Подробнее об этом, с рассмотрением возможных примеров и с калькуляторами расчета – в статье про вычисление площадей помещений.

  • Количество внешних стен. Чем их больше, тем существеннее теплопотери, и это учтено программой расчета.
  • Немалое значение имеет расположение внешних стен комнаты относительно сторон света. Причину, наверное, пояснять не требуется.
  • Если стена расположена с наветренной стороны относительно традиционных зимних ветров, то она будет выхолаживаться быстрее – стало быть, необходим запас тепловой мощности для компенсации этого явления.
  • «Уровень мороза» характеризует климатические особенности региона. В этой графе указываются не аномальные температуры, а вполне обычные для самой холодной декады зимы.
  • Если стена утеплена в полной мере, на основании проведенных теплотехнических расчетов, то уровень термоизоляции может считаться качественным. Вообще неутепленные стены, в принципе, даже рассматриваться не должны, так как отопление станет переводом денег на энергоресурсы, и все равно в доме не достичь комфортного микроклимата.
  • Чем выше потолки, тем значительнее объем комнаты, и тем больше требуется тепловой энергии для ее прогрева.
  • Две следующие графы учитывают соседство комнаты по вертикали – сверху и снизу, то есть, по сути, теплопотери через потолок и пол.
  • Далее – несколько полей касающихся наличия и особенностей окон. Естественно, что от этих параметров напрямую зависит общая потребность помещения в тепловой энергии для компенсации возможных теплопотерь.
  • Если в помещении имеется постоянно используемая дверь, выходящая на улицу, в холодный подъезд или на неотапливаемый балкон, то любое ее открытие сопровождается притоком холодного воздуха. Это необходимо компенсировать определенной добавкой мощности.
  • Особенности конкретной системы отопления могут повлиять на схему врезки радиаторов в контур. А это, в свою очередь, отражается на теплообменных характеристиках батарей. Необходимо выбрать из представленных примеров предполагаемую схему врезки.
  • Радиатор, размещенный на стене открыто, спрятанный в нишу или прикрытый кожухом – все они будут серьезно различаться по своей теплоотдаче. Это учтено в специальном поле ввода — необходимо выбрать из списка особенности установки.
  • Наконец, сами по себе модели чугунных радиаторов МС различаются линейными параметрами и, соответственно, своей удельной тепловой мощностью в пересчете на одну секцию. В предлагаемом списке представлены самые распространение типы чугунных батарей МС, а их характеристики уже заложены в программу расчета.
  • Результат покажет рекомендуемое количество секций для установки в конкретном помещении.

2016-08-10_193334Подробнее о чугунных радиаторах типа МС

Если есть желание установить эти, хоть и не выдающейся красоты, но зато высоконадежные батареи, рекомендуется познакомиться с ними поближе. Подробнее о чугунных радиаторах МС-140 и их «собратьях» — в специальной публикации нашего портала.

Методы оценки состояния заряда батареи: обзор

Дан обзор новых и текущих разработок методов оценки состояния заряда (SOC) для батареи, в котором основное внимание уделяется математическим принципам и практическим реализациям. Поскольку SOC батареи является важным параметром, который отражает производительность батареи, точная оценка SOC не только защищает батарею, предотвращает перезаряд или разрядку и увеличивает срок службы батареи, но также позволяет приложению принимать рациональные стратегии управления для достижения цели: беречь энергию.В данной статье дается обзор литературы по категориям и математическим методам оценки SOC. На основе оценки методов оценки SOC предлагается дальнейшее направление развития оценки SOC.

1. Введение

Рост цен на сырую нефть и мировая осведомленность об экологических проблемах привели к активному развитию систем хранения энергии. Аккумуляторная батарея является одной из самых привлекательных систем хранения энергии из-за ее высокой эффективности и низкого уровня загрязнения [1].В настоящее время в промышленности используются несколько типов батарей: свинцово-кислотные, никель-металлгидридные, никель-кадмиевые и литий-ионные. Батарея имеет преимущества высокого рабочего напряжения ячейки, низкого уровня загрязнения, низкой скорости саморазряда и высокой плотности мощности. Аккумуляторы обычно используются в портативных коммунальных службах, гибридных электромобилях и в промышленности [2].

Оценка SOC является фундаментальной проблемой при использовании батарей. SOC батареи, который используется для описания ее оставшейся емкости, является очень важным параметром для стратегии управления [3].Поскольку SOC является важным параметром, который отражает производительность батареи, точная оценка SOC может не только защитить батарею, предотвратить чрезмерный разряд и увеличить срок службы батареи, но также позволит приложению разработать рациональные стратегии управления для экономии энергии [4] . Однако батарея является источником химического хранения энергии, и к этой химической энергии нельзя получить прямой доступ. Эта проблема затрудняет оценку SOC батареи [5]. Точная оценка SOC остается очень сложной и трудной для реализации, потому что модели батарей ограничены и есть параметрические неопределенности [6].На практике встречается много примеров низкой точности и надежности оценки SOC [7].

В этой статье представлен подробный обзор существующих математических методов, используемых для оценки SOC, и дополнительно определены возможные разработки в будущем.

2. Определение и классификация оценки SOC

SOC — один из наиболее важных параметров для батарей, но его определение связано с множеством различных проблем [5]. В общем, SOC батареи определяется как отношение ее текущей емкости () к номинальной емкости ().Номинальная емкость указывается производителем и представляет собой максимальное количество заряда, которое может храниться в аккумуляторе. SOC можно определить следующим образом:

Различные математические методы оценки классифицируются в соответствии с методологией. Классификация этих методов оценки SOC различается в различных источниках. Однако в некоторых литературных источниках [5, 7] допускается разделение на следующие четыре категории: (i) Прямое измерение: этот метод использует физические свойства батареи, такие как напряжение и импеданс батареи.(ii) Бухгалтерская оценка: этот метод использует ток разряда в качестве входа и интегрирует ток разряда с течением времени для расчета SOC. (iii) Адаптивные системы: адаптивные системы проектируются самостоятельно и могут автоматически настраивать SOC для различных условий разгрузки. Были разработаны различные новые адаптивные системы для оценки SOC. (Iv) Гибридные методы: гибридные модели извлекают выгоду из преимуществ каждого метода оценки SOC и обеспечивают глобально оптимальную производительность оценки.Литература показывает, что гибридные методы обычно дают хорошую оценку SOC по сравнению с отдельными методами.

В таблице 1 представлены конкретные методы оценки SOC с учетом методологии. Применение конкретных методов оценки SOC в системе управления батареями (BMS), соответственно, различается.


Категории Математические методы

Прямое измерение (i) Метод напряжения холостого хода
(ii) Метод напряжения на клеммах
(iii) Метод импеданса
(iv) Метод импедансной спектроскопии

Бухгалтерская оценка (i) Метод кулоновского счета
(ii) Модифицированный метод кулоновского счета

Адаптивные системы (i) нейронная сеть BP
(ii) нейронная сеть RBF
(iii) машина опорных векторов
(iv) Нечеткая нейронная сеть
(v) Фильтр Калмана

Гибридные методы (i) Комбинация кулоновского счета и ЭДС
(ii) Комбинация кулоновского счета и фильтра Калмана
(iii) Отдельная система и комбинация EKF

3.Обзор математических методов оценки SOC
3.1. Прямое измерение

Методы прямого измерения относятся к некоторым физическим свойствам батареи, таким как напряжение на клеммах и импеданс. Было использовано множество различных прямых методов: метод измерения напряжения холостого хода, метод измерения напряжения на клеммах, метод измерения импеданса и метод спектроскопии импеданса.

3.1.1. Метод измерения напряжения холостого хода

Существует приблизительно линейная зависимость между уровнем заряда свинцово-кислотной батареи и ее напряжением холостого хода (OCV), определяемая по формуле

где — SOC батареи в, — напряжение на клеммах батареи, когда SOC = 0%, и получается из знания значения и при SOC = 100%.Согласно (2) оценка SOC эквивалентна оценке его OCV [8]. Метод OCV, основанный на OCV батарей, пропорционален SOC, когда они отключены от нагрузок на период более двух часов. Однако такое длительное время отключения может оказаться слишком большим, чтобы быть реализованным для батареи [9].

В отличие от свинцово-кислотной батареи, литий-ионная батарея не имеет линейной зависимости между OCV и SOC [10]. Типичное соотношение литий-ионных аккумуляторов между SOC и OCV показано на рисунке 1 [11].Взаимосвязь OCV и SOC была определена путем приложения импульсной нагрузки к литий-ионной батарее, после чего батарея достигла равновесия [12].

Связь между OCV и SOC не может быть одинаковой для всех батарей. Поскольку обычные OCV-SOC различаются между батареями, существует проблема, заключающаяся в том, что для точной оценки SOC необходимо измерять соотношение OCV-SOC. Ли и др. [13] предложили модифицированное отношение OCV-SOC, основанное на обычном OCV-SOC.SOC и емкость литий-ионного аккумулятора оцениваются с помощью двойного расширенного фильтра Калмана по предложенному методу.

3.1.2. Метод напряжения на клеммах

Метод определения напряжения на клеммах основан на падении напряжения на клеммах из-за внутренних импедансов при разряде аккумулятора, поэтому электродвижущая сила (ЭДС) аккумулятора пропорциональна напряжению на клеммах. Поскольку ЭДС батареи приблизительно линейно пропорциональна SOC, напряжение на клеммах батареи также приблизительно линейно пропорционально SOC.Метод напряжения на клеммах использовался при различных токах и температурах разряда [14]. Но в конце разряда батареи оценочная погрешность метода измерения напряжения на клеммах велика, потому что напряжение на клеммах батареи внезапно падает в конце разряда [15].

3.1.3. Метод импеданса

Среди применявшихся методов измерения импеданса позволяют получить информацию о нескольких параметрах, величина которых может зависеть от состояния заряда батареи.Хотя параметры импеданса и их вариации в зависимости от SOC не уникальны для всех систем батарей, представляется необходимым выполнить широкий спектр экспериментов по импедансу для идентификации и использования параметров импеданса для оценки SOC данной батареи [16, 17] .

3.1.4. Метод импедансной спектроскопии

Метод импедансной спектроскопии позволяет измерять импеданс батареи в широком диапазоне частот переменного тока при различных токах заряда и разряда. Значения импедансов модели находятся методом наименьших квадратов, аппроксимирующих измеренные значения импеданса.SOC может быть косвенно выведен путем измерения текущего импеданса батареи и сопоставления его с известным импедансом на различных уровнях SOC [18, 19].

3.2. Бухгалтерская оценка

Бухгалтерская оценка использует в качестве входных данных текущие данные о разряде батареи. Этот метод позволяет включить некоторые внутренние эффекты батареи, такие как саморазряд, потеря емкости и эффективность разряда. Были использованы два вида методов бухгалтерской оценки: метод кулоновского счета и модифицированный метод кулоновского счета.

3.2.1. Метод кулоновского счета

Метод кулоновского счета измеряет ток разряда батареи и интегрирует ток разряда с течением времени, чтобы оценить SOC [20]. Метод кулоновского подсчета используется для оценки, которая оценивается по току разряда, и ранее оцененным значениям SOC,. SOC рассчитывается по следующей формуле:

Но есть несколько факторов, которые влияют на точность метода кулоновского счета, включая температуру, историю батареи, ток разряда и срок службы [20].

3.2.2. Модифицированный метод кулоновского счета

Для улучшения метода кулоновского счета предлагается новый метод, называемый модифицированным методом кулоновского счета. В модифицированном методе кулоновского счета используется скорректированный ток для повышения точности оценки.

Скорректированный ток является функцией тока разряда. Между скорректированным током и током разряда батареи существует квадратичная зависимость. По экспериментальным данным скорректированный ток рассчитывается по следующей форме:

где, и — постоянные значения, полученные из практических экспериментальных данных.

В модифицированном методе кулоновского счета SOC рассчитывается по следующему уравнению:

Экспериментальные результаты показывают, что точность модифицированного метода кулоновского счета превосходит точность традиционного метода кулоновского счета.

3.3. Adaptive Systems

Недавно, с развитием искусственного интеллекта, были разработаны различные новые адаптивные системы для оценки SOC. Новые разработанные методы включают нейронную сеть с обратным распространением (BP), нейронную сеть с радиальной базисной функцией (RBF), методы нечеткой логики, опорную векторную машину, нечеткую нейронную сеть и фильтр Калмана.Адаптивные системы — это самопроектируемые системы, которые могут автоматически настраиваться в изменяющихся системах. Поскольку аккумуляторы подвержены воздействию многих химических факторов и имеют нелинейное SOC, адаптивные системы предлагают хорошее решение для оценки SOC [5].

3.3.1. Нейронная сеть BP

Нейронная сеть BP — самый популярный тип в искусственных нейронных сетях. Нейронная сеть BP применяется для оценки SOC из-за их хорошей способности к нелинейному отображению, самоорганизации и самообучению [1].В соответствии с постановкой задачи связь между входом и целью является нелинейной и очень сложной при оценке SOC [21]. Индикатор SOC на основе искусственной нейронной сети предсказывает текущий SOC, используя последние данные о напряжении, токе и температуре окружающей среды батареи [22].

Архитектура нейронной сети, оценивающей БП, показана на рисунке 2. Архитектура нейронной сети БП содержит входной уровень, выходной уровень и скрытый слой. Входной слой имеет 3 нейрона для конечного напряжения, тока разряда и температуры, скрытый слой имеет нейроны, а выходной слой имеет только один нейрон для SOC [1].

Суммарный вход нейрона в скрытом слое рассчитывается по следующей форме:

где — суммарный вход нейрона скрытого слоя; является входом в нейрон скрытого слоя от нейрона входного слоя; — вес между нейроном входного слоя и нейроном скрытого слоя; — смещение нейрона скрытого слоя.

Функция активации, применяемая к нейрону в скрытом слое, представляет собой функцию гиперболического тангенса, которая рассчитывается по следующему уравнению:

Общий вход нейрона в выходном слое рассчитывается по формуле

где — суммарный вход нейрона выходного слоя; является входом в нейрон выходного слоя из нейрона скрытого слоя; — вес между нейроном скрытого слоя и нейроном выходного слоя; — смещение нейрона выходного слоя; — количество нейронов в скрытом слое.

Функция активации, применяемая к нейрону в выходном слое, является сигмоидной функцией в виде следующего уравнения:

3.3.2. Нейронная сеть RBF

Нейронная сеть RBF — полезная методология оценки для систем с неполной информацией. Его можно использовать для анализа отношений между одной основной (эталонной) последовательностью и другими сравнительными последовательностями в данном наборе. При оценке SOC использовалась нейронная сеть RBF. Метод был протестирован с данными экспериментов с батареями.Результаты показывают, что скорость работы и точность оценивания оценочной модели могут соответствовать требованиям на практике, и модель имеет определенную ценность применения [23, 24].

В [1] метод оценки SOC нейронной сети RBF использует входные данные о напряжении на клеммах, токе разряда и температуре батареи для оценки SOC для LiFePO 4 батареи при различных условиях разряда. Получено хорошее согласие экспериментальных данных.

3.3.3. Метод нечеткой логики

Метод нечеткой логики обеспечивает мощное средство моделирования нелинейных и сложных систем. В [25] практический метод оценки SOC аккумуляторной системы был разработан и протестирован для нескольких систем. Метод предполагает использование моделей нечеткой логики для анализа данных, полученных с помощью методов импедансной спектроскопии и / или кулоновского счета. В [26] метод оценки SOC на основе нечеткой логики был разработан для литий-ионных батарей для потенциального использования в портативных дефибрилляторах.Были выполнены измерения импеданса переменного тока и восстановления напряжения, которые используются в качестве входных параметров для модели нечеткой логики.

Singh et al. [27] представили систему оценки, которая может выбирать характеристики в базе данных для разработки моделей нечеткой логики как для доступной емкости, так и для оценки SOC, просто путем измерения импеданса на трех частотах. В [28] SOC оценивается усовершенствованным методом кулоновской метрики, а изменение, зависящее от времени, компенсируется с помощью обучающей системы.Система обучения настраивает метод кулоновской метрики таким образом, чтобы в процессе оценки оставалось безошибочное изменение, зависящее от времени. Предлагаемая система обучения использует модели нечеткой логики, которая не используется для оценки SOC, но выступает в качестве компонента системы обучения.

3.3.4. Машина опорных векторов

Машина опорных векторов (SVM) применялась для классификации в различных областях распознавания образов. SVM также применяется для решения проблемы регрессии, даже если проблема регрессии по своей сути более сложна, чем проблема классификации.SVM, используемая в качестве системы нелинейной оценки, более надежна, чем система оценки методом наименьших квадратов, поскольку она нечувствительна к небольшим изменениям [29].

Хансен и Ван [29] исследовали применение SVM для оценки SOC литий-ионной батареи. Оценщик на основе SVM не только устраняет недостатки оценщика SOC с кулоновским счетом, но также дает точные оценки SOC.

3.3.5. Нечеткая нейронная сеть

Нечеткая нейронная сеть (FNN) использовалась во многих приложениях, особенно для идентификации неизвестных систем.При идентификации нелинейных систем FNN может эффективно соответствовать нелинейной системе путем вычисления оптимизированных коэффициентов механизма обучения [30].

Ли и др. [31] исследовали метод мягких вычислений для оценки состояния заряда отдельных батарей в цепочке батарей. Подход мягких вычислений использует сочетание FNN с функциями принадлежности B-сплайна и генетическим алгоритмом сокращенной формы.

3.3.6. Фильтр Калмана

Использование данных измерения дороги в реальном времени для оценки SOC батареи обычно бывает сложно или дорого измерить.В [32] показано, что применение метода фильтра Калмана обеспечивает поддающиеся проверке оценки SOC для батареи посредством оценки состояния в реальном времени.

Яцуи и Бай [33] представили метод оценки SOC на основе фильтра Калмана для литий-ионных батарей. Экспериментальные результаты подтверждают эффективность фильтра Калмана во время онлайн-заявки. Barbarisi et al. [34] представили расширенный фильтр Калмана (EKF) для оценки концентраций основных химических веществ, которые усредняются по толщине активного материала, чтобы получить SOC батареи, используя измерения тока и напряжения на клеммах.

На основе теории фильтра Калмана без запаха (UKF) и комплексной модели батареи в [35] предлагается новый метод оценки SOC. Результаты показывают, что метод UKF превосходит метод расширенного фильтра Калмана в оценке SOC для батареи. Sun et al. [36] представили адаптивный метод UKF для оценки SOC литий-ионной батареи для аккумуляторных электромобилей. Адаптивная регулировка ковариации шума в процессе оценки SOC осуществляется с помощью идеи ковариационного сопоставления в контексте UKF.

3.4. Гибридные методы

Цель гибридных моделей состоит в том, чтобы извлечь выгоду из преимуществ каждого метода и получить глобально оптимальную оценку эффективности. Поскольку информация, содержащаяся в отдельном методе оценки, ограничена, гибридный метод может максимизировать доступную информацию, интегрировать информацию отдельной модели и наилучшим образом использовать преимущества нескольких методов оценки, тем самым повышая точность оценки. Литература показывает, что гибридные методы обычно дают хорошие результаты оценки SOC по сравнению с отдельными методами [37–39].Гибридные методы сочетают в себе различные подходы, такие как метод прямого измерения и метод бухгалтерской оценки.

3.4.1. Комбинация кулоновского счета и ЭДС

Был разработан и реализован новый метод оценки SOC, который сочетает в себе метод прямого измерения с измерением ЭДС аккумуляторной батареи во время состояния равновесия и бухгалтерской оценкой с методом кулоновского счета во время состояния разряда, который был разработан и реализован в режиме оценки в реальном времени система [37].

Любая батарея теряет емкость во время езды на велосипеде.Чтобы точно вычислить SOC и оставшееся время выполнения (RRT), а также улучшить способность системы оценки SOC справляться с эффектом старения, вводится простой алгоритм адаптации Qmax. В этом алгоритме стабильные условия зарядового состояния используются для адаптации Qmax к эффекту старения.

В этой статье доказано, что алгоритм адаптации Qmax может улучшить точность оценки SOC и RRT даже для новой батареи. Поскольку батарея теряет емкость во время цикла, можно сделать вывод, что алгоритм адаптации Qmax существенно увеличит SOC и точность оценки RRT.

3.4.2. Комбинация кулоновского счета и фильтра Калмана

Wang et al. [38] предложили новый метод оценки SOC, обозначенный как «метод KalmanAh», который использует метод фильтра Калмана для корректировки начального значения, используемого в методе кулоновского счета. В методе KalmanAh используется метод фильтра Калмана, чтобы приблизительное начальное значение сходилось к его реальному значению. Затем метод кулоновского счета применяется для оценки SOC для длительного рабочего времени. Ошибка оценки SOC равна 2.5% по сравнению с реальным SOC, полученным при испытании на разряд. Это выгодно отличается от ошибки оценки 11,4% при использовании метода кулоновского счета.

3.4.3. Система на единицу и комбинация EKF

Ким и Чо [39] описали применение EKF в сочетании с системой единиц (PU) для определения подходящих параметров модели батареи для высокоточной оценки SOC литий-ионной батареи. деградированный аккумулятор. Чтобы применить параметры модели батареи, изменяемые эффектом старения, на основе системы PU, абсолютные значения параметров в модели эквивалентной схемы в дополнение к напряжению на клеммах и току преобразуются в безразмерные значения относительно набора базовых значений.Преобразованные значения применяются к динамическим и измерительным моделям в алгоритме EKF.

4. Будущее оценки SOC

Поскольку системы накопления энергии были выдвинуты на первый план в портативной электронике и гибридных электромобилях, точность оценки SOC становится все более важной. В последние годы многие ученые провели много исследований по оценке SOC. Точность оценок постоянно улучшается, и можно ожидать, что интенсивные исследования и разработки уже ведутся.Для дальнейшего улучшения оценок SOC в сочетании с некоторыми литературными источниками ожидаемые улучшения для дальнейших исследований включают следующие области: (i) Проведите дальнейшее исследование гибридных методов, таких как сочетание метода прямого измерения и метода бухгалтерской оценки для достижения хорошего результаты в онлайн-оценке SOC. (ii) Существующий метод оценки должен использоваться в различных типах батарей. Провести дальнейшие исследования по практическому универсальному применению этих методов. (Iii) Углубить дальнейшие исследования по улучшению способности системы оценки SOC справляться с эффектом старения батареи.(iv) Изучение более новых методов искусственного интеллекта и улучшение их алгоритмов обучения для достижения оценочной точности SOC. Кроме того, новые методы на сложной местности будут в центре внимания будущих исследований. (V) Для дальнейшего улучшения оценки эффективности метода нейронной сети необходимо изучить и интегрировать в нее оптимальные методы поиска оптимального количества нейронов в скрытом слое. метод нейронной сети. (vi) Провести дальнейшие исследования по оценке адаптивных параметров. Модели могут автоматически адаптироваться к различным типам батарей, различным условиям разряда и разным срокам эксплуатации батарей.(vii) Установить более точную систему оценки и стандарт для измерения эффективности метода оценки SOC.

5. Выводы

В этой статье представлен обзор оценки SOC батареи при различных условиях разряда. Обсуждались четыре категории оценочных математических методов, которые имеют свои особенности. Статьи были отобраны, чтобы подчеркнуть разнообразие математических методов оценки. Некоторые из этих методов имеют хорошие характеристики при фиксированном токе разряда, в то время как другие лучше работают в условиях переменного тока разряда.Трудно оценить производительность различных методов, поскольку существующие приложения были в разных условиях разряда и разного размера батареи. Ожидается, что разработка различных методов оценки SOC будет полезна для аккумуляторных приложений, таких как BMS, в гибридных электромобилях. Основываясь на истории развития оценки SOC, в конце предлагаются будущие направления развития оценки SOC.

Благодарность

Автор выражает благодарность Национальному научному совету ОКР за финансовую поддержку в рамках гранта No.НСК 101-2221-Е-129-005.

.

Чугун | металлургия | Britannica

Чугун , сплав железа, который содержит от 2 до 4 процентов углерода, а также различные количества кремния и марганца и следы примесей, таких как сера и фосфор. Его получают путем восстановления железной руды в доменной печи. Жидкий чугун разливают или разливают и закаляют в сырые слитки, называемые чушками, а затем чушку переплавляют вместе с ломом и легирующими элементами в вагранках и перерабатывают в изложницы для производства различных продуктов.

чугун Колесо вагонное чугунное. Длинношерстные

Подробнее по этой теме

Военная техника: Чугунная пушка

В 1543 году английский пастор, работая по королевскому заказу Генриха VIII, усовершенствовал метод литья, достаточно безопасный с точки зрения эксплуатации …

Китайцы производили чугун еще в VI веке до нашей эры, а в Европе к XIV веку производили его спорадически.Он был завезен в Англию около 1500 г .; первый металлургический завод в Америке был основан на реке Джеймс, штат Вирджиния, в 1619 году. В 18-19 веках чугун был более дешевым инженерным материалом, чем кованое железо, потому что не требовал интенсивной очистки и работы с молотками, но был более дорогостоящим. хрупкие и с низкой прочностью на разрыв. Тем не менее, его несущая способность сделала его первым важным конструкционным металлом, и его использовали в некоторых из самых ранних небоскребов. В 20 веке сталь заменила чугун в строительстве, но чугун по-прежнему находит множество промышленных применений.

Большая часть чугуна — это так называемый серый чугун или белый чугун, цвета показаны трещинами. Серый чугун содержит больше кремния, менее твердый и поддается механической обработке, чем белый чугун. Оба они хрупкие, но ковкий чугун, полученный с помощью длительной термообработки, был разработан во Франции в 18 веке, а чугун, который является пластичным после литья, был изобретен в Соединенных Штатах и ​​Великобритании в 1948 году. Основное семейство металлов, которые широко используются для изготовления шестерен, штампов, коленчатых валов автомобилей и многих других деталей машин.

.

Характеристики образования и разрушения микроструктуры серого чугуна, восстановленного с помощью лазера

Технология ремонта, основанная на быстром лазерном сплавлении, становится важным инструментом для эффективного ремонта оборудования из серого чугуна. Протокол лазерного ремонта был разработан с использованием порошков сплава на основе Fe в качестве материала. Проанализированы микроструктура и особенности трещиноватости отремонтированной зоны (RZ). Результаты показали, что регионально организованная RZ с хорошей плотностью и надежной металлургической связью может быть получена с помощью лазерного ремонта.Внизу RZ дендриты существовали в аналогичном направлении и простирались до вторичной RZ, заставляя зерна расти экстенсивно с наследованием изометрических зерен ближе к поверхности подложки. Прочность основного материала из серого чугуна поддерживалась лазерным ремонтом. Основной материал и RZ были объединены с высокой прочностью и сопротивлением разрушению. Предотвращение и отклонение процесса растрескивания были проанализированы с использованием модели процесса растрескивания и показали, что общая трещиностойкость материалов увеличилась.

1. Введение

Большое количество чугунного оборудования широко применяется в промышленности, например, в энергоснабжении и производстве. Заметные трещины легко образуются на поверхности чугунного оборудования из-за условий работы, связанных с перегрузкой и усталостью. Без своевременного ремонта трещины могут привести к выходу из строя или даже поломке оборудования, что ведет к огромным экономическим потерям. Однако из-за плохих сварочных характеристик чугуна традиционные подходы с большими тепловложениями, длительными циклами ремонта и плохой управляемостью процесса не могут удовлетворить требования совершенствования технологии ремонта [1–3].В последние годы технология ремонта, основанная на лазерном сплавлении, стала эффективным методом ремонта поверхностей. Технология ремонта лазерным плавлением отличается высокой концентрацией подводимого тепла, небольшой деформацией зоны термического влияния и подложки, а также отличной управляемостью и гибкостью процесса, что имеет большое значение при ремонте чугуна.

Проведены различные исследования в области лазерного ремонта. Донг исследовал проблемы процесса ремонта сложной и свободной криволинейной поверхности и изучил пути восстановления трехмерного лазерного восстановления [4].Предложен алгоритм автогенерации путей восстановления на основе метода равноудаленных параллельных участков. Ма и его коллеги отремонтировали холодную пресс-форму с помощью лазерного ремонта, который продемонстрировал хорошую металлургическую связь между отремонтированным слоем и подложкой [5]. Износостойкость восстановленного слоя на основе железа была значительно улучшена. В исследовании Ванга и др. Чашки из титанового сплава, используемые в авиационных двигателях, были успешно отремонтированы с помощью лазера без каких-либо точечных отверстий, трещин или других дефектов [6]. Кроме того, доказана возможность ремонта элементов конструкций из титановых сплавов импульсной лазерной наплавкой.Лазерный ремонт некоторых изношенных технических компонентов, таких как спеченный инструмент и лопатки турбины, также был исследован [7, 8]. Все ранее проведенные исследования позволили получить отремонтированный слой с хорошим сцеплением и пригодным для использования восстановлением отремонтированных компонентов. Хотя лазерный ремонт нескольких видов оборудования создал прочную основу для промышленного применения, исследования в области лазерного ремонта чугунных компонентов остаются ограниченными.

Был проведен ряд значительных исследований по улучшению поверхностных свойств чугуна путем лазерной модификации поверхности.Лазерная закалка серого чугуна была проведена Sridhar et al. [9]. В его экспериментах были получены различные микроструктуры обработанной поверхности с разной скоростью сканирования. Микротвердость и износостойкость упрочненного слоя значительно увеличились по сравнению с основным металлом. Характеристики растрескивания лазерной наплавки серым чугуном были изучены Луаном и др. разработаны схемы гашения трещин [10]. Серый чугун был обработан методом лазерной наплавки сплавом на основе Co Ocelík et al., и эксперименты показали, что параметры процесса настройки могут снизить количество дефектов и улучшить механические свойства [11]. Тонг и Чжоу изготовили множество негладких биомиметических устройств на сером чугуне с помощью лазерной наплавки и приобрели превосходную стойкость к термической усталости и износостойкость [12–14]. Эти работы направлены на модификацию поверхности чугуна и обеспечивают хорошую теоретическую основу и новые методы для лазерного ремонта. Поэтому использование лазера при ремонте чугунного оборудования целесообразно и необходимо.

Тепловые отклики основы из серого чугуна являются основой в процессе лазерного ремонта. Переходные и статические правила отклика подложки могут быть выявлены с помощью теоретического анализа и численных методов [15–17]. Однако практическое достижение и оптимизация процесса лазерного ремонта также требует определения переходных характеристик материала. Следовательно, характеристики микроструктуры и правила перехода первоначально анализируются с помощью экспериментов по лазерному ремонту.После процесса лазерного ремонта проводятся испытания на изгиб отремонтированных образцов для исследования состояния и прочности металлургической связи между RZ и подложкой. Влияние механизма разрушения под действием сосредоточенного напряжения изучается путем наблюдения за морфологией разрушения. Кроме того, обсуждается процедура растрескивания и правила, влияющие на прочность сцепления в RZ.

2. Эксперименты по лазерному ремонту и материалы

Схема экспериментальной системы лазерного ремонта показана на рисунке 1.Поврежденная поверхность подложки была удалена небольшим количеством материала, чтобы сделать U-образную канавку, а затем был проведен многослойный ремонт для восстановления морфологии поверхности и удобства использования. Серый чугун обрабатывали лазером DL-HL-T5000 CO 2 (длина волны лазера 10,6 мкм м, максимальная выходная мощность 5 кВт) и многофункциональным станком с ЧПУ DL-LPM-IV, как показано на рисунке 2.


В процессе ремонта два слоя были отремонтированы по одному и тому же маршруту и ​​направлению лазерного сканирования.Дополнительные параметры лазерного процесса представлены в таблице 1. Чтобы расплавить две стороны канавки, радиус лазерного пятна должен быть немного больше ширины, чем ширина U-образной канавки. Кроме того, мощность лазера второго слоя остается постоянной, поскольку первый слой может предварительно нагревать второй слой, а изменение мощности лазера требует времени. Скорость сканирования и радиус лазерного пятна во время ремонта второго слоя увеличиваются должным образом, чтобы сбалансировать подвод тепла.


Мощность лазера (Вт) Скорость сканирования (мм / мин) Радиус пятна (мм)

1-й слой = От 2800 до 3200 = от 360 до 540 = от 3 до 4
2-й слой = от 2800 до 3200

Серый чугун (HT250) выбран в качестве подлежащего ремонту материала подложки.Материал изготовлен из высокоуглеродистого многоэлементного сплава на основе железа, и его химический состав указан в таблице 2. Форма существования углерода HT250 — это зерно графита и многоэлементные соединения Fe-C. Поперечное сечение корродировано 4% ниталем, а микроструктура показана на рис. 3. Микроструктура HT250 состоит из феррита, перлита, чешуйчатого графита и небольшого количества фосфидной эвтектики. Размер образца составлял около 50 мм × 40 мм × 8 мм. Перед ремонтом поверхности серого чугуна трещина была устранена.Чтобы имитировать операцию удаления трещин, на поверхности образца были изготовлены U-образные канавки толщиной от 3 до 4 мм и шириной 4 мм. Образцы шлифовали, полировали и очищали абсолютным спиртом и ацетоном, а затем сушили.


C Si Mn P S Fe

3,55 1,58 0,76 0.09 0,08 Бал.

Порошок сплава был предварительно нанесен на U-образную канавку во время эксперимента по ремонту лазером. Порошок и прилегающий к нему материал подложки плавились одновременно под воздействием лазерного излучения. Принимая во внимание плохие сварочные характеристики серого чугуна, ремонтный материал должен иметь отличную смачиваемость с основанием, а теплофизические параметры должны быть хорошо согласованы.Самофлюсующийся порошок на основе железа был выбран в качестве наполнителя из-за схожего состава с серым чугуном и его низкой стоимости. Химический состав порошка на основе железа размером 150 мкм от мкм до 250 мкм мкм и плотностью 2,8 г / см 3 до 4,8 г / см 3 представлен в таблице 3.


C Si Cr B Mn Mo P S Ni Fe

Fe314 0.1 1 15 1 10 Бал.
316L 0,03 0,8 16 2 2,4 0,03 0,02 12,5 Бал.

3. Характеристики микроструктуры зоны плавления

Отремонтированные образцы охлаждали при комнатной температуре и разрезали в вертикальном направлении пути лазерного ремонта с помощью проволочной электроэрозионной машины DK7725.Плоскости сечения были отполированы и корродированы 4% раствором Nital. Микроструктуру поперечных срезов при различных обработках тепловым эффектом наблюдали и анализировали с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) HITACHI S-4800 и оптического микроскопа (OM) MBA-1000 соответственно. Для удобства описания поперечное сечение образца было разделено на три зоны: зону термического влияния (HAZ), зону скрепления (BZ) и зону ремонта (RZ).

3.1. Зона теплового воздействия

HAZ находится между BZ и основанием.Температура нагрева ЗТВ находится между доэвтектической и эвтектоидной температурой, а микроструктура имеет только твердотельный фазовый переход во время процесса ремонта. На рис. 4 представлена ​​микроструктура ЗТВ под ОМ. Поскольку в ЗТВ нет образования ванны расплава, эта область имеет небольшое затухание состава и инфильтрацию с зоной сцепления. Морфология микроструктуры ЗТВ в двух наборах остается неизменной. По сравнению с зоной соединения и RZ температурный градиент HAZ невелик, а микроструктура, которая содержит много нерасплавленного графита, имеет мягкий переход.Примитивная микроструктура в нижней части ЗТВ состоит из большого количества перлита и незначительного количества феррита, тогда как состав микроструктуры в верхней части ЗТВ богат ферритом с некоторым игольчатым или скрытокристаллическим мартенситом и блочным цементитом при эвтектоидной температуре.

Согласно фазовой диаграмме Fe-C и характеристикам двунаправленного перехода микроструктуры, примитивный перлит в подложке начинает разлагаться на феррит и цементит, когда температура превышает точку эвтектоида, тогда как перлит превращается в аустенит.При непрерывном повышении температуры примитивный феррит превращается в аустенит, а некоторые углеродные элементы разлагаются на аустенит. Переход перлита в феррит не завершен из-за быстрого движения ванны расплава. Следовательно, ЗТВ имеет несбалансированную микроструктуру, включая нестабильный аустенит, перлит, феррит и графит. По мере прохождения ванны расплава температура опускается ниже точки эвтектоида. Аустенит начинает превращаться в феррит и расширяется за счет графита.Часть аустенита не может быть полностью преобразована и превращается в остаточный аустенит из-за высокой скорости охлаждения. После выделения из аустенита атом углерода неактивен в твердой фазе и практически не превращается во вторичный графит. Следовательно, атом углерода соединяется с соседним атомом железа во вторичный высокоуглеродистый цементит. Когда температура снижается до комнатной, образуется сложная микроструктура, состоящая из феррита, мартенсита, остаточного аустенита, цементита и графита, как показано на рисунке 4.

3.2. Зона облигаций

БЗ находится между ЗТВ и RZ. Пиковая температура в этой области может превышать точку эвтектики и относится к зоне микроплавления на краю ванны расплава. Микроструктура BZ имела очевидный переход, так как состав BZ ослабился и просочился под прямым воздействием ванны расплава. Степень переохлаждения БЖ была выше, чем у остальных участков. Кроме того, BZ находится под действием быстрого плавления, затвердевания и затухания материала.Таким образом, создается сложная микроструктура, как показано на рисунке 5. Композиционные фазы содержат ледебурит, игольчатый мартенсит, феррит, дендритный аустенит и блочный цементит. Сложные фазы вызваны наличием углерода. Большое количество графита растворяется в BZ, и углеродный элемент не может осаждаться в графит из-за переохлаждения. Следовательно, углеродный элемент растворяется в α -Fe и γ -Fe и образуется феррит и аустенит, соответственно.Некоторые углеродные элементы в сочетании с Fe дают цементит. Высокая скорость охлаждения превращает аустенит в эвтектический ледебурит с цементитом. Небольшое количество аустенита превращается в перлит и вступает в эвтектическую реакцию с цементитом с образованием вторичного ледебурита. Также присутствует нерасплавленный остаточный графит. Следовательно, в BZ формируется сложная многофазная микроструктура.

Аустенит на рис. 5 (а) сохраняет высокое содержание углерода в процессе быстрого охлаждения. Ni и , γ, -Fe могут образовывать бесконечный твердый раствор, который улучшает стабильность аустенита.Однако из-за сильного растворения графита также образуется твердая механическая смесь, которая включает высокоуглеродистый мартенсит и ледебурит. Микроструктура 316L на Рисунке 5 (b) относительно однородна и содержит крошечный мартенсит, окружающий графит, и некоторое количество ледебурита, аустенита и цементита на границах зерен. Из состава BZ видно, что микроструктура Fe314 представляет собой смесь высокоуглеродистого мартенсита и ледебурита, которая больше похожа на HAZ. Однако микроструктура 316L в основном представляет собой крошечный игольчатый мартенсит, который сильно отличается от HAZ.Следовательно, переходная и связывающая функция Fe314 BZ намного лучше и очевидна, чем 316L BZ.

С ростом столбчатого зерна и быстрым охлаждением ванны расплава в RZ ствол дендрита наследует тенденцию роста столбчатого зерна в BZ и имеет очевидные характеристики роста при растяжении [18]. Рисунки 6 (a1) и 6 (b1) демонстрируют укрупнение дендрита. Однако в середине RZ, где наблюдается увеличение степени переохлаждения и скорости зародышеобразования, сформированное столбчатое зерно перестает развиваться.Начинает накапливаться намного больше новых зерен и образуется тонкая дендритная микроструктура. Размер зерна и направление роста представляют собой область в результате неоднородного влияния растворенного вещества и температуры.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *