ICR0537 家用热泵热水器的加速寿命试验 Van D. Baxter、R. L. Linkous 橡树岭国家实验室 (ORNL),大楼。3147,M/S 6070 Oak Ridge,田纳西州,美国,865/574-2104,865/574-9338,vdb@ornl.gov 摘要 十个原型“嵌入式”热泵热水器 (HPWH) 被放置在环境控制的测试设施中,并经过约 7300 个压缩机工作循环的耐久性测试程序。这项耐久性测试旨在代表七到十年的正常压缩机循环,以满足住宅的热水需求。在耐久性测试运行期间,HPWH 的热泵部分没有出现压缩机、蒸发器风扇或电源继电器故障。事实证明,第一代控制系统是设备中最不可靠的组件。每个控制器包括四个温度传感器,用于监控关键控制参数。在总共 40 个传感器中,有 16 个在耐久性计划期间发生故障。这些故障是由于传感器引线接头问题造成的。所有设备的效率测量表明,原型 HPWH 的效率至少是传统电阻热水器的两倍。简介 本研究中所研究的 HPWH 旨在成为家用电热水器 (EWH) 的“嵌入式”替代品,如图 1 所示,为剖面示意图。该设计基于最初于 1999 年开发的专利概念(美国专利号5,906,109,1999 年 5 月;美国专利号5,946,927,1999 年 9 月)。Baxter 和 Linkous (2002) 在一份详细的项目报告中全面描述了该 HPWH 设计的开发。2000 年夏末,为本文所讨论的耐久性测试计划建造并交付了十台原型机。另外 18 台机组被制造出来并送往 ORNL,用于 DOE 国家现场测试计划(Murphy 和 Tomlinson 2002)。HPWH 机组的大小与垂直圆柱体相当,高 5 英尺(1.5 米),直径 2 英尺(0.6 米)。一个小型空气对水蒸汽压缩热泵机组(约 3400 Btu/h (1 kW) 加热能力),使用 R-134a 作为制冷剂,位于传统 EWH 水箱(容量 45.9 加仑(173.5 升))的顶部。蒸发器的热量由环境空气提供。该机组的冷凝器盘管缠绕在水箱底部的三分之二处,为水提供热量。根据设计,小型压缩机从冷启动到加热一罐水需要 6-8 小时,或者在抽取 10.7 加仑(40.4 升)水后需要大约 1.5-2 小时才能将水罐加热。包括传统的 EWH 电阻加热元件(一个在水箱顶部,一个在水箱底部),为热泵装置提供备用(或在热泵发生故障时提供紧急加热)。
本报告简要讨论了美国国家可再生能源实验室 (NREL) 对 Verdant Power 第五代 (Gen5) 水下潮汐能转换涡轮机主轴密封件进行的加速寿命测试的观察结果和结果,该涡轮机于 2020-2021 年在罗斯福岛潮汐能项目中成功运行。为了评估该部件的 5 年服务间隔 (SI),主轴密封件以每分钟 160 转的转速几乎连续运行了 137 天,同时试验台记录了水压、隔离液压力、温度和循环次数,约占 SI 的 40%。还进行了一项单独的测试来测量橡胶驱动环的老化行为。对于 SI 评估,水压储液器保持恒定为 199.9 kPa (29 psi)。隔离液压力在整个测试期间保持相对恒定,但降至 69.6 kPa (10.1 psi)。整个测试过程中未观察到隔离液泄漏。在测试机因预定的建筑物维护程序而断电后,密封件突然出现故障。重新启动后,主轴密封件完全失去了防止水进入的能力。确切原因尚不清楚,但据信是密封件组装问题,或断电期间或之后密封件组件的对齐方式发生变化。拆卸密封件后,其中一个石墨密封环出现严重磨损。Verdant Power、Dovetail Solutions LLC 和 Garlock Sealing Technologies 审查了密封件磨损情况,以对结果进行一致评估。NREL 将密封面送回 Garlock,对密封面的审查表明测试台存在错位,包括整体错位(整个轴移动)和前后错位(水侧运动比空气侧运动更多)。Garlock 进一步指出,密封件通常可以吸收轻微的错位;因此,注意到的磨损导致测试台中断。因此,Gen5 密封件在断电前仍能运行表明其长期性能良好。根据这些结果,建议通过 NREL 的海洋能源研究测试专业知识和访问 (TEAMER) 计划进行后续测试,以纠正协议和组装问题,以进一步评估该组件的 SI。
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方法 1005.8 稳态寿命 1. 目的。稳态寿命试验的目的是证明在较长时间内处于指定条件下的设备的质量或可靠性。在额定工作条件下进行的寿命试验应进行足够长的试验期,以确保结果不是早期故障或“早期死亡”的特征,并且在寿命试验结束前应定期观察结果,以指示故障率随时间的任何显著变化。在较短间隔或较低应力下获得有效结果需要加速测试条件或足够大的样本量,以提供合理的样本故障检测概率,该概率与样本所抽取批次中潜在故障的分布相对应。下面 3 中提供的测试条件旨在反映这些考虑因素。当采用该测试来评估设备的一般能力或进行设备鉴定测试以支持需要高可靠性的未来设备应用时,应选择测试条件以表示设备在电气输入、负载和偏置方面的最大操作或测试(参见测试条件 F)额定值以及相应的最大操作或测试温度或其他指定环境。2. 设备。合适的插座或其他安装
和 比机械元件更容易进行可靠性预测规范化,因此已经设计出各种预测方法并正在使用。这些预测规范大多是通过收集加速寿命试验和现场数据而建模的分析结果。电子元件可靠性预测研究始于真空管时代,至今仍在进行,生产出许多尖端电子元件。Palo(1983)为SSI,MSI和LSI设备开发了可靠性预测模型。该模型通过添加设备缩放因子和现场经验因子来发现通信用电子元件的故障率,这在以前的基于纯乘法计算方法的模型中是没有考虑到的。O'Connor (1985) 研究了 MIL-HDBK- 217D 方法在预测
和 比机械元件更容易进行可靠性预测规范化,因此已经设计出各种预测方法并正在使用。这些预测规范大多是通过收集加速寿命试验和现场数据而建模的分析结果。电子元件可靠性预测研究始于真空管时代,至今仍在进行,生产出许多尖端电子元件。Palo(1983)为SSI,MSI和LSI设备开发了可靠性预测模型。该模型通过添加设备缩放因子和现场经验因子来发现通信用电子元件的故障率,这在以前的基于纯乘法计算方法的模型中是没有考虑到的。O’Connor (1985) 研究了 MIL-HDBK- 217D 方法在预测
首字母缩略词 定义 政府 GPU 图形处理单元 GRC NASA 格伦研究中心 GSFC 戈达德太空飞行中心 GSN 目标结构化表示法 GTH/GTY 收发器类型 HALT 高加速寿命试验 HAST 高加速压力试验 HBM 高带宽存储器 HDIO 高密度数字输入/输出 HDR 高动态范围 HiREV 高可靠性虚拟电子中心 HMC 混合存储立方体 HP 实验室 惠普实验室 HPIO 高性能输入/输出 HPS 高压钠 HUPTI 汉普顿大学质子治疗研究所 I/F 接口 I/O 输入/输出 I2C 集成电路间 i2MOS Microsemi 第二代抗辐射 MOSFET IC 集成电路 IC 集成电路 I-Cache 独立缓存 IUCF 印第安纳大学回旋加速器设施 JFAC 联合联邦保证中心 JPEG 联合图像专家组
AI 人工智能 BESS 电池储能系统 BOS 系统平衡 CMMS 计算机化维护管理系统 COO 拥有成本 CRADA 合作研究与开发协议 DOE 美国能源部 EMI/EMC 电磁干扰和兼容性 EPC 工程、采购和施工 ESIF 能源系统集成设施 ESS 储能系统 EV 电动汽车 FMEA 故障模式和影响分析 GFPI 接地故障保护和中断 HALT 高加速寿命试验 IBR 基于逆变器的资源 IEC 国际电工委员会 IGBT 绝缘栅双极晶体管 IRA 通货膨胀削减法案 LCC 生命周期成本 LCOE 平准化能源成本 MLPE 模块级电力电子器件 MOSFET 金属氧化物半导体场效应晶体管 NDA 保密协议 NERC 北美电力可靠性公司 NREL 国家可再生能源实验室 O&M 运营和维护 OEM 原始设备制造商 PCB 印刷电路板 PPA 购电协议 PV 光伏 PVROM 光伏可靠性、运营和管理 R&D 研究与开发 RBD 可靠性框图 RETC可再生能源测试中心 RSD 快速关机系统 SCADA 监控和数据采集 SETO 太阳能技术办公室 SiC 碳化硅 SOA 安全操作区 SSTDR 扩频时域反射法 TCO 总拥有成本
本文介绍了一种用于太空太阳能电池的温度加速寿命试验 (ALT)。该试验在黑暗条件下进行,以避免照明 ALT 固有的问题。该 ALT 是我们之前在黑暗条件下仅使用正向偏置的 ALT 的演变。现在,通过正向/反向偏置模拟太阳能电池的工作条件。正向偏置模拟照明下的电气性能,而反向偏置模拟日食期间或任何其他阴影事件(例如天线也可能投射阴影)的阴影。正向与反向时间比为 4:1。此外,当前 ALT 中使用的高温(190、210 和 230 ◦ C)可大大缩短测试时间。此次 ALT 在商用 GaInP/Ga(In)As/Ge 三结太阳能电池上获得的结果表明,退化模式与并联电阻的降低有关,即 GaInP 顶部子电池中发生分流引起的初始退化,随后 Ga(In)As 中间子电池中的并联电阻降低。当前 ALT 中的活化能 (1.06 eV) 高于之前的活化能 (0.88 eV)。反向偏置会促进与正向偏置类似的退化,但更强烈,即在更短的时间内。因此,反向偏置产生的可靠性明显低于之前没有反向偏置的 ALT。尽管可靠性有所降低,但在标称温度 80 ◦ C(许多 GEO 任务的典型温度)下,90% 可靠性的时间为 32 年连续运行。因此,这些太阳能电池似乎非常坚固,并且对于许多太空应用具有很高的可靠性。应该注意的是,这些数字仅与高温引起的退化有关,这里不考虑辐射等其他压力源。
收到日期:2021 年 8 月 5 日;修改后收到日期:2021 年 9 月 28 日;接受日期:2021 年 10 月 2 日;在线发布日期:2021 年 11 月 1 日摘要本文对室温下由多孔功能梯度聚合物材料 (PFGPM) 制成的 3D 打印圆柱形试件进行了疲劳寿命试验。在各种孔隙率和梯度指数参数下,获得了完全反向弯曲、平均应力等于零的恒幅载荷的试验结果。使用应力寿命方法通过实验评估疲劳特性。对光滑试件进行了 FEA 模拟,采用了三种加载模式(反向弯曲、反向轴向和反向扭转)。数值分析 (FEA) 和实验结果用于强调应力比 (R) 对疲劳寿命的影响。在反向弯曲试验中使用了五个应力比值(R = -1、0、0.25、0.5 和 1)。试验结果表明,受反向弯曲的试件的寿命比受轴向和扭转载荷模式的试件更长。结果表明,试件的寿命随着载荷比的增加而增加,实验和数值工作之间的最大差异为 8%。疲劳极限值受孔隙率参数和梯度指数的影响。版权所有 © 2021 国际能源与环境基金会 - 保留所有权利。关键词:应力寿命方法;SN 曲线;加载模式;应力比;疲劳寿命;FEA。1. 简介功能梯度材料 (FGM) 是一类先进材料,其结构特性沿厚度方向分级 [1]。孔隙率梯度是 FGM,其中材料通过部分层的密度或孔径的变化可用于增强其特性。它们可以使用 3D 打印技术用各种材料制成。在金属和聚合物泡沫中可以找到提供轻质和足够机械稳定性能的 PFGM。除其他各种用途外,聚合物还是一种用途广泛且必不可少的材料,可用于能源、航空航天和生物材料,因为它们能有效吸收冲击载荷并控制静态和动态响应,[2]。据估计,90% 的金属部件使用故障都是由疲劳引起的。疲劳过程经历几个阶段,从工程角度来看,将结构的疲劳寿命分为三个阶段比较方便:疲劳裂纹萌生、稳定裂纹扩展和不稳定裂纹扩展 [3]。QS Wang 等人 [4] 研究了功能梯度 Ti-6Al-4V 网状结构在相同体积应力条件下的疲劳行为。研究发现,疲劳裂纹首先萌生在