Способ исследования объектов в термобарокамере

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 05 Е 2503/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕТЕЛЬСТ ОМУ АВТ(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного машиностроения и Ленинградский политехнический институт им. М,И.Калинина(56) Авторское свидетельство СССР 3 Ф 1004668, кл. Р 04 В 37/08, 1983.Авторское свидетельство СССР М 1300278, кл. Е 25 О 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 теплопритоков от стенок криоэкрана, азот выходит из верхней части криоэкрана. По 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 ь снижения расхода хладагента, его подачу, как правило, прекращают. Но поскольку продолжающиеся теплопритоки вызывают постоянное испарение хладагента, его подачу возобновляют во-избежение недопусти мого по заданным температурным С повышениям температуры криоэкрана и С) 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 хлада- генту через стенки при одновременном по10 15 20 25 30 хладагента 35 40 45 50 Ь 5 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 вовремени 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 Т 1, Т 2, 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. 2 а). 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 О, а верхняя часть криоэкрана 2 с менее устойчивой температурой тз 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. 2 б) под действием теплопритоков через его стенки вызывает постепенное понижение уровня жидкой фазы (см, фиг. 2 в) 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) на фиг. 3, 4 и, начиная с момента гз ткlук - заданный момент завершения режима), заданное условие сзз не будет соблюдаться: сз-гсз.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 штрих- пунктирной кривой тз-з на фиг. 4 и заданное условие тз1 з будет соблюдаться за счет расхода жидкого азота: сз-зтз.В данном способе процесс протекает согласно сплошной кривой (тз) на фиг. 3, 4. Вентиль 9 оставляют закрытым и в момент ттз 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 Лг" ), Поступающий в криоэкран газ, интенсивно перемешиваясь с жидкой фазой,вызывает кратковременный эффект интенсификации ее испаренияи частичное омывание(выбросы) жидкой фазой стенок криоэкрана 2 выше уровня жидкой фазы, достигнутого к моменту подачигаза (см. фиг. 2 г), При достижении температуры тзвентиль 10 закрывают, Дальнейшееповышение температуры тз (з), имеющийповышенный темп вследствие уменьшенияколичества жидкой фазы в. криоэкране 2,происходит до момента г при условии тз10тз или, в противном случае, до очереднойподачи газа в криоэкран 2. При повтортномоткрытии вентиля 10 понижение 1 з (тз) происходит с меньшим темпом по причинеменьшей эффективности описанного процесса перемешивания в условиях сокращенного количества жидкой фазы (периодЬт повторной подачи газа),При достижениитемпературы ь 1 вентиль 10 закрывают.Возможно и большее количество периодов подачи газа (на фиг, 4 показан процессизменения зпри тройной подаче газа),Резкое последующее после подачи газаувеличение температуры тз (сз) и превышение з1 з при т а, т.е. за пределами 25режима, не нарушает заданных температурных условий и, более того, способствуетоперативной подготовке камеры 1 к разгерметизации и к осуществлению "теплых" режимов исследования объекта 6.Допускается восполнение потерь жидкогоазота в криоэкране 2 до подачи газа,Экспериментальные данные, представленные на фиг. 4, получены на термовакуумной установке объемом 2 м, сцилиндрическим криоэкраном диаметром0,8 м, со стандартными баллонами с инертным газом при комнатной температуре и средуктором, при условии давления газа навыходе из редуктора 0,5-0,7 атм, продолжительность периодической подачи газа Лт, Ьс Л, указана на фиг. 4, давление ос 3таточных 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 г 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 поп.1, отл ича ю щи йся тем, что подачу газа в криоэкран осуществляют периодически,