Способ контроля степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента

Авторы патента:

Прилипухов Владимир Вячеславович (RU)

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

G01N25/4873 - Исследование или анализ материалов с помощью тепловых средств (G01N 3/00-G01N 23/00 имеют преимущество)

G01N25/48 - при растворении, сорбции или химических реакциях, кроме сгорания или каталитического окисления

Владельцы патента RU 2746238:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") (RU)

Изобретение относится к области неразрушающих методов контроля качественного состояния фильтрующе-поглощающих изделий. Заявлен способ контроля степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента, заключающийся в том, что формируют стандартный и контролируемый образцы сорбента в форме плоского насыпного слоя. Поочередно проводят эксперименты со стандартным и контролируемым образцами, в каждом из которых соответствующий образец размещают между источниками тепла. Подводят теплоту к образцу и одновременно вводят в образец поглощаемый компонент. Регистрируют температуры поверхностей образца, приведенных в тепловой контакт с источниками тепла. Определяют степень исчерпания защитных свойств сорбента по формуле способа. Технический результат - повышение точности контроля степени исчерпания защитных свойств насыпного слоя сорбента за счет сравнения мощностей источников тепла сорбции, действующих в контролируемом и стандартном образцах соответственно. 3 ил.

Изобретение относится к области неразрушающих методов контроля качественного состояния фильтрующе-поглощающих изделий.

Известен способ определения дефектов в изделии методом теплового неразрушающего контроля (Патент РФ N 2315983, МПК G01N 25/00). Способ включает нагрев изделия, его последующее охлаждение рабочей средой, в качестве которой используют смесь газа и жидкости, измерение температуры изделия и определение темпа охлаждения для каждой элементарной площадки поверхности изделия.

Недостатками способа являются трудоемкость и энергоемкость, невозможность определения степени исчерпания защитных свойств сорбента.

Известен способ автоматизированного неразрушающего контроля теплофизических свойств фильтрующе-поглощающих систем (Патент РФ №2419783, МПК G01N 25/48). Способ включает измерение температуры, контроль теплового эффекта процесса сорбции при поглощении углеродными сорбентами газо-воздушной смеси с эталонными веществами в динамических условиях, регистрацию изменения температуры поверхности сорбента при прохождении через него газо-воздушной смеси с поглощаемым компонентом. О защитных свойствах косвенно судят по времени от начала продувки до достижения начальной температуры (т.е. до полного остывания).

К недостаткам способа относятся невысокая точность, невозможность определения остаточной емкости по поглощаемому компоненту, необходимость использования эталонной газо-воздушной смеси.

Наиболее близким техническим решением является способ неразрушающего контроля степени исчерпания защитных свойств фильтрующе-поглощающих изделий (Патент РФ №2561014, МПК G01N 25/48). Способ включает бесконтактное измерение температур, контроль теплового эффекта сорбции, определение коэффициента теплоотдачи на поверхности сорбента, омываемой газо-воздушной смесью, содержащей поглощаемый компонент, определение мощности источников теплоты сорбции и скорости сорбции.

К недостаткам способа относится невысокая точность определения степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента, обусловленная погрешностью определения коэффициента теплоотдачи на поверхности сорбента, а также погрешностью определения объемной мощности внутренних источников тепла, действующих в сорбенте. Формулы способа выведены с допущением о равномерном распределении источников тепла сорбции по толщине пластины сорбента. Данное допущение действует при толщинах пластины сорбента не более 1,5…3 мм. С увеличением толщины более 3 мм усиливается неравномерность распределения источников тепла вследствие уменьшения концентрации поглощаемого компонента в слоях сорбента, расположенных глубже от поверхности пластины. Следствием этого является уменьшение точности способа при контроле насыпного слоя сорбента.

Техническая задача изобретения - повышение точности контроля степени исчерпания защитных свойств насыпного слоя сорбента.

Данная техническая задача решается тем, что формируют стандартный образец из неотработанного сорбента и контролируемый образцы сорбента в форме плоского насыпного слоя, поочередно проводят эксперименты со стандартным и контролируемым образцами, в каждом из которых соответствующий образец размещают между источниками тепла, подводят теплоту к образцу и одновременно вводят в образец поглощаемый компонент, регистрируют температуры поверхностей образца, приведенных в тепловой контакт с источниками тепла, определяют степень исчерпания защитных свойств сорбента по формуле

где w_0i, k_i - параметры уравнения

T_i(R, τ) - измеренная температура поверхности образца, приведенной в тепловой контакт с источником; Т₀ - начальная температура образца; - число Померанцева; - критерий Предводителева; R - половина толщины образца; λ, α - теплопроводность, температуропроводность образца соответственно; - число Фурье; - число Кирпичева; μ_n=nπ; q - плотность теплового потока от источника тепла; τ₁ - время измерения, исчисляемое с начала измерения до момента достижения постоянной скорости изменения температуры; i=1,2 - индексы, относящиеся к стандартному и контролируемому образцам соответственно.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа. Образец сорбента формируют в виде насыпного слоя в форме квадратной пластины толщиной 2R со стороной (причем ), размещая его между плоскими нагревательными элементами 2. Толщина нагревательных элементов должна быть не менее чем в 10 раз меньше 2R. Ввод газовой смеси с поглощаемым компонентом осуществляют через патрубок 3 в направлении, указанном стрелкой. При поглощении компонента газовой смеси в образце сорбента начинают действовать источники тепла. Предложенное устройство использовалось для контроля хемосорбента на основе KО₂, поглощаемый компонент - СО₂. В результате реакции хемосорбции выделяется кислород, который стравливается из устройства через патрубок 4. Для повышения точности определения плотности теплового потока от источника тепла в образец в измерительном устройстве используется два дополнительных образца сорбента 5, полностью идентичных по свойствам и размерам образцу 1. Они размещены между нагревательными элементами 2, 6, имеющими одинаковые геометрические размеры и мощность, равную U²/r, где U - напряжение питания нагревательного элемента, r - сопротивление. Поэтому при равенстве мощностей нагревательных элементов 2,6 и геометрических и теплофизических свойств образцов 1,5 плотность теплового потока от нагревательных элементов 2 в образец 1 может быть вычислена по формуле Для измерения температуры поверхностей образца 1, приведенных в тепловой контакт с источниками тепла 2 используются два термоэлектрических термометра 8, горячие спаи которых приведены в тепловой контакт с поверхностью образца 1. Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду используется теплоизоляция 7.

Способ контроля степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента реализуется следующим образом.

Поочередно проводят два эксперимента: первый - со стандартным образцом неотработанного сорбента, второй - с контролируемым образцом. Каждый из образцов формируют в виде насыпного слоя в форме квадратной пластины со стороной и толщиной 2R. Размещают сформированный опытный (стандартный или контролируемый) образец между источниками тепла. Формируют два дополнительных образца сорбента, идентичных опытному. Размещают их между источниками тепла. Регистрируют начальную температуру Т₀ поверхности опытного образца, приведенной в тепловой контакт с источниками тепла. Подводят постоянное напряжение U к источникам тепла и одновременно вводят в опытный и дополнительные образцы поглощаемый компонент газовой смеси. Регистрируют температуру T(R, τ) поверхности опытного образца, приведенной в тепловой контакт с источниками тепла до момента достижения постоянной скорости изменения температуры. На фиг. 2 показан пример зависимости от времени температуры поверхности стандартного (кривая Т1) и контролируемого (кривая Т2) образцов сорбента. В приведенном примере при τ₁>150 с скорость изменения температуры становится постоянной. По формуле (2) идентифицируют параметры w_0i, k_i. По формуле (1) определяют степень исчерпания защитных свойств сорбента (фиг. 3).

Формула (1) получена следующим образом. Мощность w внутренних источников теплоты сорбции, действующих в слое сорбента (в опытном образце) пропорциональна скорости поглощения компонента и связана с ней выражением

где Н - суммарный тепловой эффект поглощения газового компонента; ρ - плотность газового компонента; ϕ_i - текущее поглощение (содержание) поглощаемого компонента в единице объема сорбента.

Проинтегрировав последнее выражение в интервале времени поглощения [0, τ₁], получим

где w_0i - объемная мощность источников тепла, действующих в сорбенте в начальный момент времени; - константа.

Степень исчерпания защитных свойств сорбента будем характеризовать величиной ν=ϕ₂/ϕ₁, где ϕ₁, ϕ₂ - предельная емкость стандартного образца неотработанного сорбента и контролируемого образца, соответственно. С учетом этого получим

Проинтегрировав последнее выражение в интервале [0, τ₁] получим расчетную формулу (1).

Способ контроля степени исчерпания защитных свойств сыпучего сорбента, включающий формирование образца сорбента в форме пластины, измерение температуры поверхности образца сорбента, определение мощности источников теплоты сорбции, отличающийся тем, что поочередно проводят эксперименты со стандартным и контролируемым образцами сорбента, в каждом из которых соответствующий образец размещают между источниками тепла, подводят теплоту к образцу и одновременно вводят в образец поглощаемый компонент, степень исчерпания защитных свойств контролируемого образца сорбента определяют по формуле

где w_0i, k_i - параметры уравнения

R - половина толщины образца; λ, α - теплопроводность, температуропроводность образца соответственно;

- число Фурье; - число Кирпичева; μ_n=nπ; q - плотность теплового потока от источника тепла; τ₁ - время измерения, исчисляемое с начала измерения до момента достижения постоянной скорости изменения температуры T_i(R, τ), i=1,2 - индексы, относящиеся к стандартному и контролируемому образцам соответственно.

Использование: для термографического контроля на основе направленных волн. Сущность изобретения заключается в том, что передают направленную звуковую или ультразвуковую энергию от одного или нескольких элементов преобразователя к структуре и в ответ на один или несколько сигналов, подаваемых на по меньшей мере один из элементов преобразователя; управляют относительной фазой подаваемых сигналов на основе первого заданного вектора фазирования; выполняют столкновение со структурным дефектом при передаче направленной звуковой или ультразвуковой энергии; обнаруживают тепловой отклик, указывающий на дефект и возникающий в результате столкновения направленной звуковой или ультразвуковой энергии вблизи дефекта, и изменяют центральную частоту подаваемых сигналов в заданном диапазоне частот путем подачи серии импульсов, имеющих различные центральные частоты.

Способ электросиловой термографии пространственных объектов с зашумленной поверхностью и устройство для его осуществления // 2740183

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежности сложных пространственных конструкций. Способ включает силовое нагружение изделия, регистрацию образовавшегося на поверхности в результате внутренних термомеханических процессов температурного поля, выявление внутренних дефектов по анализу температурного поля, перед силовым воздействием через изделие пропускают электрический ток до его разогрева, регулируют величину электрического тока таким образом, чтобы температура изделия не превышала допустимую, осуществляют регистрацию температурного поля поверхности и измеряют величину и координаты его аномальных участков, прикладывают к изделию механическую нагрузку, осуществляют повторную регистрацию температурного поля поверхности изделия, по разности двух термограмм поверхности изделия до и после приложения механической нагрузки определяют наличие внутренних избыточных напряжений и дефектов, нагрев изделия электрическим током осуществляют до температуры, на 3-10°С превышающей температуру окружающей среды.

Способ теплового нагружения элементов конструкций летательных аппаратов // 2738432

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано в авиационной и ракетно-космической отраслях промышленности, а также в общем и специальном машиностроении для теплового нагружения элементов конструкций летательных аппаратов (ЛА) при измерении тепловых деформаций элементов конструкций ЛА, а также при проведении тепловых и комплексных термовибрационных и термовакуумных испытаний в процессе наземной лабораторно-стендовой отработки конструкций ЛА, имеющих сложные формы поверхности.

Лазерная термография // 2738312

Изобретение относится к области измерительной техники и касается неразрушающего способа оценки состояния компонента турбины. Способ включает в себя генерирование лазером световых импульсов для нагрева компонента турбины, захват инфракрасных изображений и анализ характеристики компонента турбины на полученных изображениях.

Способ электросилового термооптического контроля пространственных объектов и устройство для его осуществления // 2736320

Изобретения относятся к области измерительной техники. Заявлен способ термографии изделий из полимерных композиционных материалов, который включает силовое нагружение изделия, регистрацию образовавшегося на поверхности в результате внутренних термомеханических процессов температурного поля, и выявление внутренних дефектов по анализу температурного поля.

Способ определения срока сохраняемости оптического кабеля // 2735910

Изобретение относится к испытательной технике. Способ состоит в измерении частот вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна образцов оптического волокна в свободном состоянии и в составе оптического кабеля, на основе которых рассчитывают степень деформации оптического волокна в кабеле и определяют срок сохраняемости.

Способ контроля поверхности металла и соответствующее устройство для контроля // 2733814

Изобретение относится к области контроля изделий оптическими средствами и касается способа контроля металлической поверхности детали. Способ включает в себя этапы, на которых обеспечивают наличие первого лазера для с первой длиной волны от 1000 до 1100 нм и мощностью более 1 Вт, обеспечивают наличие второго лазера со второй длиной волны от 1500 до 1800 нм и мощностью более 1 Вт, обеспечивают наличие оптической системы, содержащей вход для лазерного луча и устройство, предназначенное для направления лазерного луча на металлическую поверхность и сканирования металлической поверхности лазерным лучом.

Способ неразрушающего контроля конструкций из композитных материалов // 2733582

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежности сложных пространственных конструкций из полимерных композиционных материалов.

Способ определения надёжности футеровок высокотемпературных агрегатов // 2731478

Изобретение относится к теплоэнергетике, а в частности к определению надежности работы футеровок высокотемпературных агрегатов (промышленных печей и ковшей, энергетических котлов и др.).

Способ определения остаточного ресурса тепловых ограждений высокотемпературных агрегатов // 2724135

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

Способ определения изменения антиокислительной стойкости термостабилизированных полимеров и прогнозирования риска ее снижения при термостарении // 2745887

Изобретение относится к области аналитических методов исследования поведения термостабилизированных полимерных материалов и прогнозирования устойчивости различных термостабилизаторов в составе полимеров с заданными свойствами.