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

Своз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДИУВЛЬСТВУ Дополнительное к авт. сеид-ву 01.74(21) 1987076/18)М.К(43) Опубликовано 25.07.78 Бюллетень 01 Я 25/14 01 К 17/ОО Гасудерстввнвб ввихтвт Ввввтв Вввтрвв СИР вв дахвн нзвбрвтвев и втхрытяй) Дата опубликования описаиия 15.06.78. М. Ляховицкий Ва Рощупкин И. И. Новико нстнтут металлургии(54) УСТРОЙСТВО ДЛ И 31 Е ИИй, ЖЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕ ДЖОУЛЯ-ТОИзобретение относится к устройствам для теплофиэических измерений, а именно к усъройствам для исследования тепловых эффектов свободного расширены газов .от одного постоянного давления до другого при расширении через какое либо сопротивление потоку и без теплообмена с окружающей средой, т, е. для измерения коэффициента Джоуля-Томсона в парах щелочных металлов при высоких темпера в турах.Известно устройство для определения коэффициента Джоуля-Томсона, содержащее две камеры, в которых размещены платиновые термометры сопротивления, т 5 дроссепируклций вентиль, тепловую изоляцию, манометр, для измерения перепада давления на дросселирующем вентиле 11,Устройство работает по разомкнутой схеме, и исследуемый гаэ после дроссе пирования стравливаегся в атмосферу, что, в случае исследования ядовитых веществ,. ухудшаег условия труда и не обеспечивает экономии дорогостоящих исследуемых ве щес 1 ва 2, А. А. Байком АН СССР При использовании этого устройствадля определения коэффициента ДжоуляТомсона в парах щелочных металлов првысоких темпервгурах в диапазоне 6001300 К и максимальном давлении 10окг/см при 1300 К следует обеспечитьЯ оподдержание адиабатических условий настенках измерительных камер и на дроосецирующем вентиле ( с точностью до1 ОК при 1300 К) и этим уменьшить тепловые потери, отрицательно влияюцпте наочность измерений. Для этого используют известную тепловую защиту в видеохранных нагревателей и подогреваемыхпластин 12Йаиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для исследования веществ, содержащеедве камеоы, соединенные вентилем, однаиэ амер: имеет испвритель, а другая 4 рщаиаааРр Я.Исследуемое виаесгво испарязот, пары:.егозаполняют перьую емкость и поступаюзчерез вейгиль во вторую емкосйгде.-пары ащенсаруюг.Устройство работает по разомкнутой схеме и для повторения измерений необходимо подать на испарение новую порцию вещества и удалить конденсат, что в случае работы с дорогостоящими веществами может привести к их потере, а в .спучае, еспи нсспедуемое вещество ядовито, ухудшить усповия труда.Цепь изобретения - экономия дорогостоящих веществ и улучшение условий труда при многократном воспроизведении измерений.Укаэанная цепь достигается благодаря , тому, что в устройстве дан теплофизичеоких измерений, преимущественно дпя определения коэффициента,Джоупя-Томсона, со 15 держащем две камеры, сообщающиеся через регулируемый веитипь, испаритель, конденсатор и измеритепьные средства, каждая камера снабжена испаритепем и конденсатором.На чертеже изображенапрйнпипиапь ф наясхема устройся.Корпус 1 устройства и крьпнка 2 соединены между собой герметично. В корпусе размещен измеритепьиыи бпок 3, кото25 рый укреппеи на крышке 2, Объем между измеритепьцым бпоком 3 и корпусом 1 запопнен инертным гйзомеИэмеритепьный бпок является неразъеьь30 ной цепьнометалпнческой конструкцией, попностью изготовпениой из нержавеющей степи, и вкпкчает в себя к меры 4 и 5, соединенные между собой трубой 6. Труба 6 по длине реэдепеиа на иароперегре 35 ватепьный участок 7, участок стабилизации 8 и иэмеритепьную часть Эф Верхний конец трубы 6, закончен дроссельным соппом 10, которое вместе с запорной игпой 11 образует регупируемый. вентидь. Регу%40 пирование проходного сечении веитипя осу ществпяют через шток 12 с помощью микрометрическо о винта 13. Этому способствует вакуумнодпотное подвижное соединение штока 12 с верхней частью изме 45 ритепьного бпока 3 через сааьфои 14.Измеритеиьиая часть 15 камеры 4 раопопожена иад дроссельным сопиом 10 ддя уменьшения тепповык утечек изэтой камеры и удпинения участка стэбидизации потока пара носке дроссеиирова. В .иэмеритепьной части 15 камеры 4 рао попожеи пабирянт 18.Дпя упучщения уса овий конденсации пара в камерах 4 и 5 предусмотрены змеевики 17 и 18, изготовпенные из нержавеющих трубок и вваренные в стенки камер.Вакуумирование и поспедуютее запопнетаплом осуществляются через зацравочный штуцер 19, который после запопнения бпв:ка 3 заглушается, а сам бпок 3 помещается в корпус 1.Зпектронагреватепи 2 О н 21 глужи для испарения жидкого щелочного -этап ла соответственно в камерах 4 и 5.Эпектронагреватепь 22 служит дпя перегрева пара на паронерегреватега.;4 участке 7С помощью эпектронагреватепей 23 и 24 адиабатической защити а такх:е охран-: ного эпектронагреватепя 25 снпьфона 14 обеспечиваются аднабатическне условця на стенках участка стабилизации 8 дрос-: сельного соппа 10 и измеритепьных частях 15 камер.Дпя уменьшения погрешности цзмер ний иэ-за тепповых утечек с измеритепьного бирка 3 все эпементы поспедцего окружены тепповыми экранами 26:-29, иэготовпенными из нержавеющей фольги,Измерение температуры исследуемых паров до и поспе дроссепирования производят в измеритепьных камерах с помощью термопар 30 и 31.Дпя этих термопар в крышку иэмерптепьной части 15 вварены спсциапьные тонкостенные гипьэы (ца чертеже не цр казаны), загпушенные с одной стороны.Капилпяры, 32 н 33, вваренные в стенки камер 4 и 5 измеритепьнйго блока 3 и выходящие через спецнапьные уппотнения (на чертеже не показаны) крышки 2 за пределы устройства, предназначены дпя измерения давпення инцкости в этих камерах.Работу устройства осущесймиют по двум циклаьп по измеритепьному и обратному, Все измерения производят во время измерительного цикла.Поспе эанопнения измерительного бпока 3, произведенного через задравсяный штуцер 19, весь исспедуемый щепочной метали собран в камере 4.Ддя проведения измерений необходимо весь металл перегнать в камеру 5 Перегонку производят при работе устройства по обратному цикпу, когда мэталп испаряют поддействием эдектронагреватепя1 в камере 4 и. кбнденсируют в камере 5. Дрос.сельное соппо 10 в это время максимапьно открыто. Зпектронагреватепь 20 выкдю.чен. А дпя упучшения усповий конденсации. через змеевик 18 .пропускают угпекиспый газ из баатца.Об окончании перегонки в камеру 5свидэтепьствует резкий рост температуры в камере 4. пои этом эекюоваггевдююпт,отключают. На этом заканчивают обратный цикл. Подачу углекислого газа перекпэочают с змеевика 18 ка змеевик 17, и устьройство готово к работе по измерительному циклуВо время измерительного цикла работы устройства происходит инэенсивное испарение металла в камере 5 под действием электронагревателя 20, Исследуемые пары металла поступают на пароперегревательный участок 7 трубы 6, где при цостоянном давлении пара происходит его некоиьрый перегрев от линии насыщения до необходимых для измерений параметров состоя ЕЖЯьПриняв необходимую температуру, пар поступает на участок стабилизации 8 трубы 6, где благодаря электронагревателям адиабатцческой защиты 23. происходит вь- равнивание скоростей и температур по сечению потока пава,. Электронагревателем 23 адиабатичеокой защиты управляют с помощью автома тических систем слежения так, чтобы его температура равнялась температуре пара2 У в измерительной части 9 камеры 5. Измерение температуры пара до дросседпрова-йня производят термопарой 31 в измерительной части 8 камеры 5, после которой пар дросседируют через дроссельное сопзо ло 10. После дросседирования пар поступает. в лабиринты 16 измеря.тельной чаоти 15 камеры 4, где термопарой 30 измеряют темдературу пара после дроссе дирбваии, Адиаб 4 тйческие усдовик на стен 35 ках верхней пзмеритедьной камеры обеспечивают электронагревателем 24 ааиабатпческой защиты и охранньы электронагревателем 25, температуру которых поддерживают с помощю автоматических сио 46 тем слежения равной температуре цара после дросселя рования.В камере 4 пар конденсируется. Тепдо, высвобождающееся при конденсации пара,45 частично отводится охлаждающим угнекио лым газом протекаээщим чижз змеевик 1 7, а частично - . Излучением с. аамрхноо ти камеры 4 эИзмерение давления пара до и 3 хосее дросседирования производят через специаль ные кацидляры 32 и 83 ь отбора давденияу по которым давление жидкости цередаеться на мембранные устройства дифференциальных индуктивных датчиков (на чертеже не показаны),Об окончании измерительного цикла реботы устройства свидетельствует резкийрост температуры в камере 5, что приводит к срабатыванию, автоматического устройства, откдючающегб эдектронагреватедь20 ьРежим работы устройства задают мощностью электронагревателей 20 и 21,расходом охлаждающего газа через змеевцк 17, а также. проходным сечениемдроссельного сопла 10.Регулирование проходного сечениидроссельного сопла 10 осуществляют микрометрическим винтом 13, перемещениякоторого передают через шток 12 на запорную иглу 11. Перемещения штока 12возможны благодаря сцльфону 14, обеопечивающему вакуумплотное подвижноесоединение штока 12 с верхней частьюизмерительного блока 3.Ддя защиты корпуса 1 и крьппки 2 оттеплового излучения с измерительногоблока 3 предусмотрено их водяное охлаждение (.на чертеже не показано).Ф ормула изобретенииУстройство для теплофизнческих изме-.рений, пречмушественно ддя определениякоэффициента Джоуля-Томсона, содержащеедве камеры, сообщающиеся через регулируемый вентиль, испаритедь, конденсатори измерительные средства, о т д и ч а ющ е е с я тем, что, с целью экономиидорогостоящих веществ и улучшения условий,труда нри многократном воспроизведенииизмерений, каэкдая камера снабжена испаритедем и конденсаторомИсточщпи информации, принятые вовнимание при экспертизе:1. Техническая физика, т. 18, вып. 8,сентябрь М. Л 1848, Н. А. Бриллиантов,Измерение Джоуль-Томсон эффекта воа:духа и кислорода при малых давленияхс, 1113 1119.2. Авторскоесвидетельство 147008,кд.( 01 Е 17700, 1861.3. Авторское свидетельство М 13534,кд. Я 01 Я 2 Ю 14, 1980,, г. Ужгород, уд. Проектнан нраж 1112осударственного комипо делам нэоб, Москва, Ж 35,Пщрщсноетета. Совета Министров ССтений и открытийушская наб., д, 4/В