Способ исследования объектов в термобарокамере

 

Использование: научные исследования. Сущность изобретения: способ включает размещение объекта в камере, подачу снизу в криоэкран жидкого хладагента, вакуумирование камеры. После частичного испарения хладагента из криоэкрана подают в его нижнюю часть газ под давлением. Перемешивают газом жидкий хладагент до понижения температуры криоэкрана в зоне, незаполненной хладагентом. Подачу газа в криоэкран производят периодически. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ()9) (!!) (н)з F 25 О 3/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4793769/13 (22) 2 Ж2.90 (46) 23.06.92. Бюл. М 23 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного машиностроения и

Ленинградский политехнический институт им. M.È.Êàëèíèíà (72) Л.О.Вайсфельд, В.Н.Плохих и А,Г.Семенов (53) 621.565 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hh 1004668, кл. F 04 В 37/08, 1983.

Авторское свидетельство СССР

М 1300278, кл. F 25 0 3/10, 1985.

Изобретение относится к криовакуумной технике, в частности к способам исследования космических и иных объектов в термобарокамерах.

При наземном исследовании космических и иных объектов в условиях вакуума и низкихтемператур(при экспериментальных

НИР, испытаниях и технологических процессах) используют термобарокамеры с криоэкранами, заполненными жидким и/или газообразным хладагентом (обычно азотом).

Примером такого устройства может служить вакуумируемая камера с цилиндрическим криоэкраном, в которой подачу жидкого хладагента осуществляют снизу.

Испаряясь под действием теплопритбков от стенок криоэкрана, азот выходит из верхней части криоэкрана. Ro мере охлаждения стенок криоэкрана в условиях продолжающейся подачи жидкого хладагента в его полость уровень жидкой фазы хладагента повышается. При полном заполнении (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ

В ТЕРМОБАРОКАМЕРЕ (57) Использование: научные исследования.

Сущность изобретения: способ включает размещение объекта в камере, подачу снизу в криоэкран жидкого хладагента, вакуумирование камеры. После частичного испарения хладагента из криоэкрана подают в его нижнюю часть газ под давлением. Перемешивают газом жидкий хладагент до понижения температуры криоэкрана в зоне, незаполненной хладагентом. Подачу газа в криоэкран производят периодически. 4 ил. криоэкрана жидким хладагентом температура криоэкрана распределена равномерно, практически равна температуре жидкого хладагента и дальнейшее ее понижение невозможно. Поэтому на практике, с целью снижения расхода хладагента, его подачу, как правило, прекращают. Но поскольку продолжающиеся теплопритоки вызывают постоянное испарение хладагента, его подачу возобновляют во-избежение недопустимого по заданным температурным повышениям температуры криоэкрана и прежде всего его верхней части. Процесс продолжают в течение всего режима исследования объекта, помещаемого в откачиваемый объем.

Известен способ исследования объектов в термобарокамере, включающий размещение объекта в камере, подачу снизу в криоэкран жидкого хладагента и вакуумирование камеры, в котором с целью снижения теплопритоков к объекту и жидкому хладагенту через стенки при одновременном по1742600

15

25

30 хладагента

40

Ь5 вышении экономичности термобарокамеры выходящие иэ криоэкрана пары хладагента используют для охлаждения внешних поверхностей стенок термобарокамеры.

Однако известный способ предполагает постоянное (в пределах режима исследования) восполнение испаряющегося хладагента, так как в противном случае понижение уровня жидкой фазы в криоэкране приведет к превышению допустимой температуры стенок криоэкрана по заданным температурным условиям исследования объекта. В то же время, по завершении режима исследования, в большинстве случаев, оставлять полностью заполненный жидкой фазой криоэкран нецелесообразно как по соображениям расхода относительно дорогого жидкого хладагента, так и длительности последующего принудительного удаления жидкой фазы из криоэкрана (продувки криоэкрана) и его нагрева выше 273 К для разгерметизации камеры или перехода к

"теплым" режимам исследования объекта, Иначе говоря, известный способ недостаточно экономичен.

Цель изобретения — снижение расхода хладагента при обеспечении заданных температурных условий за счет кратковременного использования эффекта испарения

На фиг, 1 изображен пример устройства для осуществления способа исследования объектов в термобарокамере; на фиг, 2— схема, поясняющая указанный способ и происходящие при нем теплофизические процессы; на фиг. 3 — характер изменения температуры верхней части криоэкрана во времени при вариантах способа; на фиг. 4— пример экспериментальных аналогичных зависимостей, Способ осуществляют следующим образом.

Размещают объект исследования в термобарокамере, подают снизу в криоэкран жидкий хладагент, вакуумируют камеру, после частичного испарения хладагента из криоэкрана производят подачу в его нижнюю часть газа под давлением, достаточным для перемешивания жидкого хладагента до понижения температуры криоэкрана в зоне, незаполненной жидким хладагентом, Для достижения большего положительного эффекта в предлагаемом способе подачу газа в криоэкран осуществляют периодически.

Для осуществления способа может быть использовано устройство (см. фиг. 1), которое содержит термобарокамеру 1 с криогенной системой, включающей в себя цилиндрический криоэкран 2 с входным 3 и выходным 4 патрубками, термостатируемый монтажный стол 5 для фиксации объекта 6 исследования, источник 7 жидкого хладагента (емкость ТРЖК с жидким азотом), источник 8 сжатого газа (баллон с сухим воздухом или инертным газом), трубопроводы и вентили 9, 10 для выборочной подачи хладагента или газа под давлением в нижнюю часть криоэкрана 2. Для контроля теплового состояния криоэкрана 2 и оценки степени заполнения жидкой фазой он снабжен датчиками температуры Т1, Тг, Тз.

Жидкий азот, подаваемый под давлением от источника 7 через открытый вентиль 9 и патрубок 3 в нижнюю часть криоэкрана 2, постепенно заполняет его полость, постоянно испаряясь (см. фиг. 2а). При размещении объекта 6 на столе 5 (см. фиг. 1) последний экранирует его от нижней части криоэкрана

2, характеризующейся наиболее низкой и стабильной, в условиях переменного уровня жидкой фазы, температурой t<, а верхняя часть криоэкрана 2 с менее устойчивой температурой t3 оказывает существенно большее влияние на тепловой режим объекта 6.

Режим исследования объекта 6 начинают при температуре тз криоэкрана 2 не выше заданной условиями исследования — тз, т.е, в момент т (см. фиг. 4). Испарение азота в первоначально залитом полностью или частично криоэкрана 2 (см, фиг. 2б) под действием теплопритоков через его стенки вызывает постепенное понижение уровня жидкой фазы (см. фиг. 2в) и соответственно рост температуры сз (см. фиг, 3, 4).

Если потери жидкого азота в криоэкране 2 не восполнять новыми порциями от источника 7, то процесс будет протекать согласно пунктирным кривым (тз-г) на фиг. 3, 4 и, начиная с момента (Гз) < тк/дк — заданный момент завершения режима), заданное условие сз < (p) не будет соблюдаться: сз-г > (сз).

Если потери жидкого азота в криоэкране 2 восполнять, например новой порцией жидкого азота в период с (тз) по тз — з, то процесс будет протекать согласно штрихпунктирной кривой тз-з на фиг. 4 и заданное условие тз < (з) будет соблюдаться за счет расхода жидкого азота: сз-з < (тз).

В данном способе процесс протекает согласно сплошной кривой (тз-1) на фиг. 3, 4.

Вентиль 9 оставляют закрытым и в момент т (ra) открывают вентиль 10, подавая тем самым в нижн юю часть криоэкрана 2 газ под давлением, достаточным для перемешивания жидкого азота до понижения температуры тз (период М ). Поступающий в криоэкран газ, интенсивно перемешиваясь с жидкой фазой, вызывает кратковремен1742600 ный эффект интенсификации ее испарения и частичное омывание(выбросы) жидкой фазой стенок криоэкрана 2 выше уровня жидкой фазы, достигнутого к моменту подачи газа (см. фиг. 2г), При достижении темпера- 5 туры t+> вентиль 10 закрывают, Дальнейшее повышение температуры тз (тз-1), имеющий повышенный темп вследствие уменьшения количества жидкой фазы в криоэкране 2, происходит до момента г при условии тз < 10 (тз) или, в противном случае, до очередной подачи газа в криоэкран 2. При повтортном открытии вентиля 10 понижение tz (>) происходит с меньшим темпом по причине меньшей эффективности описанного про- 15 цесса перемешивания в условиях сокращенного количества жидкой фазы (период

Ьт повторной подачи газа).При достижении температуры сз-1 вентиль 10 закрывают.

Возможно и большее количество периодов подачи газа (на фиг. 4 показан процесс изменения тз-2 при тройной подаче газа), Резкое последующее после подачи газа увеличение температуры тз (i) и превышение ts > (ta) при t >>, т.е. за пределами 25 режима, не нарушает заданных температурных условий и, более того, способствует оперативной подготовке камеры 1 к разгерметизации и к осуществлению "теплых" режимов исследования объекта 6.

Допускается восполнение потерь жидкого азота в криоэкране 2 до подачи газа.

Экспериментальные данные, представленные на фиг. 4, получены на термовакуумной установке объемом 2 м, с цилиндрическим криоэкраном диаметром

0.8 м, со стандартными баллонами с инертным газом при комнатной температуре и с редуктором, при условии давления газа на выходе из редуктора 0,5-0,7 атм, продолжительность периодической подачи газа Лт, А с,, Л, указана на фиг. 4, давление ос3! III таточных газов в камере в течение режима не превышало 10 Па.

В общем случае, выбор конкретных параметров способа в рамках совокупности существенных признаков изобретения (выбор газа, давление газа на входе в патрубок

3, момент начала подачи газа, скважность периодической подачи газа, количество периодов подачи и продолжительность каждого периода подачи) индивидуален и зависит от геометрических размеров криоэкрана и других элементов криосистемы термобарокамеры, от степени заполнения криоэкрана жидкой фазой, от интенсивности теплопритоков к криоэкрану, от заданных температурных условий и т.д, Формула изобретения

1. Способ исследования объектов в термобарокамере, включающий размещение объекта в камере, подачу снизу в криоэкран, жидкого хладагента, вакуумирование камеры, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода хладагента при обеспечении заданных температурных условий за счет кратковременного использования эффекта испарения хладагента, после частичного испарения хладагента из; криоэкрана подают в его нижнюю часть газ под давлением, достаточным для перемешивания жидкого хладагента до понижения температуры криоэкрана в зоне, незаполненной жидким хладагентом.

2. Способ по и. 1, о тл и ч а ю щи йс я тем, что подачу газа в криоэкран осуществляют периодически, 1742600

УФ, — 70

М

- 20

-/бО

1 ФФ