Устройство для теплофизических измерений,преимущественно для определения коэффициента джоуля-томсона

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СЭИДИТВЛЬСТВУ (61) Доп олнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.01.74(21) 1987076/18-10

Я (51) М. Кл.

$ 01 Я 25/14 (01 К 17/ОО с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.07.78 Бюллетень № 2 7 (45) Дата опубликования описаиия15.06.78

Гасудэрстввнвб ввиатвт

Ввввтв Меатрав ИО вв днан нзвбрвтвхвв и втхрытяй (53) УДК 533 59 (088.8) .536.62 9(088.8) (72) Авторы .изобретения

И. И. Новиков В. В. Ротцупкин и М. М. Ляховицкий

Институт металлургии им. А. A. Байкова АН СССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ

ИЗМЕРЕНИЙ, . )ЩЕИИУШЕСТВЕННО 1

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ДЖОУЛЯ-ТОМСОНА

Изобретение относится к устройствам для теплофнэических измерений, а именно .к усъройствам для исследования тепловых эффек тов свободного расширения газ ов от одного постоянного давления до друго:го при расширении через кэкоелибо сопротивление потоку и без теплообмена с окружающей средой, т. е. для измерения коэффициента Джоуля-Томсона в парах щелочных металлов при высоких темпера- 1а турах.

Известно устройство для определения коэффициента Джоуля-Томсона, содержащее две камеры, в которых размещены платиновые термометры сопротивления, дроссепирукнций вентиль, тепловую изоляцию, манометр, для измерения перепада давления на дросселирующем вентиле (1).

Устройство работает по разомкнутой схеме, и исследуемый гаэ после дроссе- 20 пирования стравливается в атмосферу, что, в случае исследования ядовитых веществ,. ухудшаег условия труда и не обеспечивает экономии дорогостоящих исследуемых ве щес тва is

При использовании этого устройства для определения коэффициента ДжоуляТомсона в парах щелочных металлов пр высоких температурах в диапазоне 6001300 К и максимальном давлении 10 о кг/см при 1300 К следует обеспечить

Я о поддержание адиабатических условий на стенках измерительных камер и на дрооселирующем вентиле (с точностью до

1ОК при 1300 К) и этим уменьшить тепловые потери, отрица1ельно влияющие на точность измерений. Для этого используют известную тепловую защиту в виде охранных нагревателей и подогреваемых пластин 1 2).

Наиболее близким по технической cymности к предлагаемому является устройсг во для исследования веществ, содержащее две камеоы соединенные вентилем, одна иэ каьтео: имеет испаритель, а другая4сащ еисатрр 1з .

Исследуемое выаесгво испаряют, пары ег.о:эаполняхж первую емкость и поступаФт через вейгиль во вторую емкосв ь, где.-пары юмщенсаруюг.

616566

Устройство работает по разомкнутой схеме и дпя повторения измерений необходимо лодать на испарение новую порцию вещества и удалить конденсат, что в случае работы с дорогостоящими вещес вами может привести к их потере, а в .случае, если исследуемое вещество ядовито, ухудшить условия труда.

Цель изобретенна - экономия дорогстоящих веществ и улучшение условий труда при многократном воспроизведении измерений.

Указанная цель достигаетса благодаря, тому, что в устройстве дпа теплофнзичеоких измерений, преимущественно дла определенна коэффициента .Джоуля-Томсона, со33 держащем две камеры, сообщающиеся через регулируемый вентиль, испаритель, кищенсатор и измерительные средства, кккдая камера снабжена исиарителем и конденсатором.

На чертеже изображена прйнципиапь наа схема устройств.

Корпус 1 устройства и крьпика 2 соединены между собой герметично. 9 корпусе размещен измеритепьиыи блок 3, кото

25 рый укреплен на крышке 2. Объем между измерительным блоком 3 и корпусом 1 заполнен инертным газоме

Измерительный блок являетса неразъем.

30 ной цельнометапдической конструкцией, полностью из отовлениой из нержавеющей стали, н включает в себя к меры 4 и 5, соединенные между собой трубой 6. Труба 6 по длине разделена на иароперегре35 вательный участок 7, участок стабилизации 8 и измерительную часть 8, Верхний конец трубы 6, закончен дроссельным соплом 10, которое вместе с запорной иглой

11 образует регулируемый. вентиль. Регу%

40 пирование проходного сечении вентиля ису» ществлают через шток 12 с помощью микрометрического винта 13. Этому способствует вакуумноцлотноэ подвижное соединение штока 12 с верхней частью изме45 ритепьного блока 3 через смльфон 14.

Измерищьиаа часть 15 камеры 4 раоцоложеиа иад дроссельным соплом 10 для уменьшения тепловых утечек as это@ камеры и удлинения участка стабилизации потока пара носле дросселирован . В .измерительной части 15 камеры 4 расположен лабиринт 16.

Дла улучшения условий конденсации пара в камерах 4 и 5 предусмотрены змеевики 17 и 18, изготовленные из нержавеющих трубок и вваренные в стенки камер.

Вакуумирование и последующее заполнегаллом осуществляются через зацравочный штуцер 19, который после заполнения бло= ка 3 заглушается, е сам блок 3 помешается в корпус 1.

Электронагревателя 20 н 21 -..лужа дпя испарения жидкого шипo = .ого:. етьп::. ла соответственно в камерах -; и 5.

Электронагреватель 22 служит для перегрева пара на пароперег реватедх.. .;,:. участке 7

С помощью электронагревателей 23 и

24 адиабатической защиты а такх-.е охоан-:. ного электронагревателя 25 сипьфона 14 обеспечнваютса аднабатическне условна на стенках участка стабилизации 8 дрос-сельного сопла 10 и измерительных частях 15 камер.

Дпн уменьшения погрешности цзмере» ний из-за тепловых утечек с измерительного блока 3 все элементы последнего окружены тепловыми экранаыи 26=-29, изготовленными из нержавеющей фольги.

Измерение температуры исследуемых паров до и после дроссепирования производит в измерительных камерах с помощью термопар 30 и 31.

Для этих термопар в крышку измерцтепьной части 15 вварены специальные тонкостенные гильзы (ца чертеже не цо казаны), заглушенные с одной стороны.

Капилляры, 32 н 33, вваренные в стенки Kahfep 4 и 5 изме ри тепьн ого блока 3 и выходящие через специальные уплотне-ния (на чертеже не показапы) крышки

2 за пределы устройства, предназначены дла измерения давления иицкости в этих камерах.

Работу устройства осуществляют по двум циклами цо измерительному и обратному, Все измерения производят во время измерительного цикла.

После зан измерительного блока 3, произведенного через зацравочный штуцер 19, весь исследуемый щелочной метадл собран в камере 4. Ддя проведения измерений необходимо весь металл перегнать в камеру 5.. Перегонку производят при работе устройства по обратному циклу, когда металл испаряют под действием электронагревателя g 1 в каме ре 4- -и. к@нденсируют в камере 5. Дрос.сельное сопло 10 в это время максимально открыто. Зпектронагреватепь 20 выключен. А для улучшения условий конденся ции через змеевик 18.пропускают угп кислый газ из,.баллона.

Об окончании перегонки а камеру 5 свидэтедьствует резкий рост температуры в камеое 4. пои этом энекжовег мваююпт.

616566 отключают. На этом заканчивают обратный цикл. Подачу углекислого газа переключаюr- с змеевика 18 ка змеевик 17, и устройство готово к работе по измерительному циклу

BG врегля измерительного цикла работы устройства происходиr интенсивное испарение металла в камере 5 под действием электронагревателя 20, Исследуемые пары металла поступают на пароперегреватель ный участок 7 трубы 6, где при цостоянном давлении пара происходит его некоиьрый перегрев or линии насыщения до необходимых для измерений параметров состоя ния

Приняв необходимую температуру, пар поступает на участок стабилизации 8 rpy1 бы 6, где благодаря электронагревателям адиабатической защиты 23. происходит выравнивание скоростей и температур по сечению потока пава..

Электронагревателем 23 адиабатичеокой BaiIBK rbl управляют с помощью ав тома тических систем слежения так, чтобы его температура равнялась температуре пара

2У в измерительной части 9 камеры 5. Измерение теымратуры пара до дросселпрова- йия производят термопарой 31 в измерительной части 9 камеры 5, после zoropo8 пар дросселируют через дроссельное соп-зо ло 10. После дроссепирования пар посту пает. в лабиринты 16 измеря.тельной чаоти 15 камеры 4, где термопарой 30 измеряют температуру пара поспи дроссе пирбвакня. Адиабфтйческие условии на стен35 ках верхней измерительной камеры обеспечивают электронагревателем 24:адиабатпческой защиты и охранньпл электронагревателем 25, температуру которых поддерживают с помоною автоматических сио46 тем слежения равной температуре пара после дроссепированияе

8 камере 4 пар конденсируется. Tewo высвобождающееся при конденсации пара, 45 частично отводится охлаждающим угиекио лым газом протекающим чижз змеевик

1 7, а частично —. излучением с. аовдрхноо ти камеры 4 . Измерение давлемия Вара до и после дросселирования производят через специаль ные каципляры 32 и 83, or6 ора давленияу по которым давление жидкости передает ся на мембранные устройства дифференциальных индуктивных датчиков (на черте- . же не показаны).

Об окончании измерительного цикла рж боты устройства свидетельствует i резкий рост температуры в камере 5, что приводит к срабатыванию, автоматического усоройства, отключающегб электронагреватель

20., Режим работы устройства задают мощностью .электронагревателей 20 и 21, расходом охлажда1ошего газа через змеевцк 17, а также. проходным сечением дроссельного сопла 10.

Регулирование проходного сечении дроссельного сопла 10 осуществляют mmрометрическим винтом 13, перемещения которого передают через шток 12 íà запорную иглу 11. Перемещения штока 12 возможны благодаря сцльфону 14, обеопечивающему вакуумплотное подвижное соединение штока 12 с верхней частью измерительного блока 3.

Дпя защиты корпуса 1 и крьппки 2 or теплового излучения с измерительного блока 3 предусмотрено их водяное охлаждение (на чертеже не показано).

Ф ормула изобретений

Устройство для теппофизнческих изме= рений, преимущественно для определения коэффициента Джоуля-Томсона, содержащее две камеры, сообщающиеся через регулируемый вентиль, испаритель, конденсатор и измерительные средства, о r и и ч а ющ е е с я тем, что, с цепью зкономии дорогостоящих веществ и улучшения условий. труда нри многократном воспроизведении измерений, каждая камера снабжена испаритепем и конденсатором..

Источники информации, принятые во внимание цри экспертизе:

1. Техническая физика, т. 18, вып. 9, сентябрь М. Л1948, H. А. Бриллиантов, "Измерение Дркоуль-Томсон эффекта воз=духа и кислорода при малых давлениях с. 1113-1119.

2. Авторское свидетельство 147008, кд. Я 01 Е 1 VOO 1961.

Э. Авторское свидетельство М 13534, кл. Q 01 Я 25/14, 1980.