УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАМЕНИ В ЗОНЕ ГОРЕНИЯ ОБРАЗЦА ТОПЛИВА Российский патент 1999 года по МПК G01N25/52 G01J5/60 

Описание патента на изобретение RU2133028C1

Изобретение относится к технике испытаний горючих материалов, а именно к устройствам для измерения температуры газа Тг в зоне горения образцов топлива, горящего параллельными слоями, например, полимерного композиционного материала (ПКМ).

Наиболее близким к заявляемому решению является устройство для измерения температуры продуктов горения в зоне горения, содержащее камеру сгорания с размещенным в ней образцом топлива и светопроводом, входной конец которого примыкает к переднему торцу образца топлива, спектропирометр излучения, объектив которого размещен напротив выходного конца светопровода, и регистратор [1].

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением, включают камеру сгорания с размещенным в ней образцом топлива и светопроводом, спектропирометр излучения и регистратор.

Причина, препятствующая получению в прототипе требуемого технического результата, заключается в низкой информативности, т.к. за одно испытание топливного образца определяется только одно значение температуры газа Тг в зоне горения, соответствующее давление среды Рс в камере сгорания, что не позволяет правильно оценить неравномерность температуры Tг в процессе сжигания образца. Следует отметить также сложность и низкую надежность регистрации измерительного сигнала при пирометрии пламени с малыми значениями излучательной способности ελ.
Сущность изобретения заключается в следующем.

Изобретение направлено на решение задачи создания устройства, позволяющего определить температуру газа непосредственно в зоне горения образца топлива и выяснить причины неравномерного сгорания топливных образцов.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в осуществлении непрерывного вывода излучения от центральной части насыщенной спектральной линии щелочного металла в оптическую систему спектропирометра в процессе перемещения зоны горения и благодаря этому обеспечивает измерение температуры пламени в зоне горения.

Данный технический результат достигается тем, что устройство содержит камеру сгорания с размещенным в ней образцом топлива и светопроводом, входной конец которого примыкает к переднему торцу образца топлива, спектропирометр излучения, примыкающий к выходному концу светопровода; регистратор, камера сгорания выполнена герметичной, образец топлива размещен в бронированном стакане, в качестве топлива используют полимерный композиционный материал, включающий щелочной металл, светопровод выполнен из материала, сублимирующего в зоне горения со скоростью, равной скорости горения образца топлива, например, из оргстекла и установлен внутри образца по оси последнего с расположением входа и выхода светопровода со стороны открытого и бронированного торцев образца топлива.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения температуры пламени в зоне горения. На фиг. 2 показаны осциллограммы сигналов спектропирометра (кривая 1) и отметчика времени (кривая 2).

Устройство содержит образец топлива 1 с установленным по его оси светопроводом 2, причем образец покрыт по боковой поверхности бронирующим покрытием 3, за исключением переднего торца, и помещен в камеру сгорания большого объема 4, заполненную инертным газом под определенным давлением Pс. Давление Pс контролируется датчиком давления 5 (например, типа ЛХ-410). На одной оптической оси со светопроводом 2 размещен спектропирометр 6, оптическая система которого воспринимает поток излучения Φ, выходящий из светопровода 2. Спектропирометр 6 и датчик давления 5 через тензостанцию 7 (например, типа ЛХ-7000) подключены к отдельным входам многоканального регистратора 8 с отметчиком времени (например, светолучевого осциллографа типа Н-700). Регистратор осуществляет запись во времени сигналов спектропирометра hic=f(t), датчика давления hig=f(t) и отметчика времени в виде синусоидальной кривой с периодом Δ = 0,02 с (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом.

При воспламенении с помощью электрозапала открытой (передней) поверхности образца топлива из ПКМ начинается процесс горения образца параллельными слоями, при котором фронт горения, оставаясь перпендикулярным оси образца, перемещается влево. При достижении фронтом горения переднего торца светопровода, выполненного из оргстекла, поток излучения Φ от насыщенной центральной части спектральной линии с длиной волны λ щелочного металла, например, натрия, выводится в виде потока Φ к оптической системе спектропирометра 6. Поток получения
Φ = Φi0λ•τ = τli

•Φi0λ, (1)
где τ - текущее значение коэффициента пропускания светопровода длиной li на длине волны λ;
τli
- коэффициент пропускания слоя единичной толщины светопровода на длине волны λ. Значение τ в видимой области спектра для оргстекла марок СОЛ и СТ2 составляет 0,91 при толщине слоя оргстекла 10 мм [2];
li - текущее значение длины светопровода.

Поток Φ формирует на выходе спектропирометра пропорциональный электрический сигнал, отображаемый на осциллограмме в виде отклонений hic от нулевой линии, прописанной на фотоленте при отсутствии потока Φ.
Оргстекло марок СОЛ и СТ2 при высоких температурах в зоне горения ПКМ (1500oC и выше) сублимирует (минуя стадию плавления) с образованием газообразных продуктов, очищающих поверхность светоприемного конца светопровода от загрязнений. В связи с низкой теплопроводностью ПКМ сублимирует только тонкий слой светопровода, находящийся в реакционном слое топлива, где собственно и протекает процесс горения. При этом оргстекло, как оптический материал, сохраняет свою прозрачность в процессе горения топлива. Однако коэффициент пропускания светопровода τ по причине непрерывного укорочения образца топлива изменяется (возрастает), что искажает величину оптического потока, поступающего в оптическую систему спектропирометра. Вместо потока Φi0λ в оптическую систему поступает ослабленный поток Φ, формирующий уменьшенное отклонение hic, что, если не принять никаких мер, приведет к занижению значения измеренной температуры.

Для устранения данного недостатка необходимо поправить полученное значение hic путем домножения его на коэффициент
ai = 1/τ = 1/τli

, (2)
т.е. определить hib = hic • ai. (3)
Располагая градуировочной зависимостью спектропирометра h = f(T), где h и T - соответственно отклонения луча h и температура T модели абсолютно черного тела (АЧТ), можно по значению hin определить по градуировочной зависимости значение температуры пламени Тг = T.

Определить текущее значение длины светопровода li, соответствующее моменту времени ti в процессе горения образца и подставляемое в (2), можно следующим образом.

Обозначим:
tнач, tкон - моменты времени, соответствующие началу и концу горения образца топлива;
Δti = ti - tнач - продолжительность горения образца топлива, соответствующая моменту времени ti;
Δt = tнач - tкон - полное время горения образца;
lнач, lкон, li - значения начальной, конечной и текущей длины светопровода;
Δобр.i = lобр.нач. - lобр.i - укорочение образца, соответствующее моменту времени ti;
lобр.нач, lобр.кон, lобр.i - значения начальной, конечной и текущей длины образца без учета толщины бронирующего покрытия;
Δli = lнач - li - укорочение светодиода, соответствующее моменту времени ti, причем
Δli = Δlобр.i; (4)
v - скорость горения топлива.

Тогда
li = lнач - Δli, (5)
где
Δli = V•Δti, (6)

причем lобр.кон = 0.

Полученное из (5) значение li подставляют в (2) и находят ai, а затем по (3) рассчитывают hin, по которому из градуировочной зависимости находят значение температуры пламени Tг = T.

Список использованной литературы:
1. Харазов В. Г. Автоматизация высокотемпературных процессов. - Л.: Энергия, 1974.

2. Мельников Ю.Ф. Светотехнические материалы. - М.: Высшая школа, 1976.

Похожие патенты RU2133028C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ГОРЕНИЯ ОБРАЗЦА ТОПЛИВА 1998
  • Игнатьев Б.С.
  • Игнатьев М.Б.
  • Кетиков В.Н.
  • Нуруллаев Э.М.
  • Первадчук В.П.
  • Цаплин А.И.
RU2122683C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ГОРЕНИЯ ОБРАЗЦА ТОПЛИВА 2000
  • Игнатьев Б.С.
  • Кузьмицкий Г.Э.
  • Аликин В.Н.
  • Ермилов А.С.
  • Федченко Н.Н.
  • Пивкин Н.М.
  • Шумихин А.Г.
RU2187045C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА В РАКЕТНОМ ДВИГАТЕЛЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА 2000
  • Игнатьев Б.С.
  • Игнатьев М.Б.
  • Аликин В.Н.
  • Кузьмицкий Г.Э.
  • Федченко Н.Н.
RU2177113C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА В РАКЕТНОМ ДВИГАТЕЛЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА 2000
  • Игнатьев Б.С.
  • Аликин В.Н.
  • Кузьмицкий Г.Э.
  • Федченко Н.Н.
  • Молчанов В.Ф.
  • Андрейчук В.А.
  • Алвеш Е.В.
  • Игнатьев М.Б.
RU2175741C1
ДАТЧИК ПИРОМЕТРА СПЕКТРАЛЬНОГО ОТНОШЕНИЯ 2001
  • Игнатьев Б.С.
  • Игнатьев М.Б.
  • Белоусова И.Д.
  • Шумихин А.Г.
RU2192624C1
СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ НАГРЕТЫХ ГАЗОВЫХ СТРУЙ 1999
  • Игнатьев Б.С.
  • Игнатьев М.Б.
  • Пальчиковский В.Г.
  • Евграшин Ю.Б.
  • Ермилов А.С.
  • Поскачей А.А.
  • Шайхутдинов З.Г.
RU2164663C1
СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАКТИВНОСТИ КРОВЕНОСНЫХ СОСУДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1995
  • Игнатьев Б.С.
  • Игнатьев М.Б.
  • Сапунков Л.М.
  • Шумихин А.Г.
RU2118120C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ И ФОРМЫ КОНЦЕНТРАТОРОВ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В КОНСТРУКЦИИ РДТТ 1998
  • Игнатьев Б.С.
  • Игнатьев М.Б.
  • Стафейчук Б.Г.
  • Гладков С.В.
  • Цаплин А.И.
  • Шайхутдинов З.Г.
  • Ахмадиев В.Х.
RU2153162C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУИ КОМБИНИРОВАННОГО ОГНЕТУШАЩЕГО СОСТАВА 1999
  • Ермилов А.С.
  • Бездомов В.Л.
  • Аликин В.Н.
  • Степанов А.Е.
RU2142300C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМОВ ЗАЖИГАНИЯ И ГОРЕНИЯ ВЗРЫВЧАТОГО НАПОЛНЕНИЯ БОЕПРИПАСОВ ПРИ УТИЛИЗАЦИИ ВЫЖИГАНИЕМ 2013
  • Мелешко Владимир Юрьевич
  • Краснобаев Юрий Леонидович
  • Карелин Валерий Александрович
  • Закариев Гасан Закариевич
  • Гордюхин Александр Александрович
  • Артемьева Юлия Александровна
RU2553597C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 133 028 C1

Реферат патента 1999 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАМЕНИ В ЗОНЕ ГОРЕНИЯ ОБРАЗЦА ТОПЛИВА

Область техники: относится к технике испытаний горючих материалов, а именно к устройствам для измерения температуры газа Тг в зоне горения образцов топлива, горящего параллельными слоями, например полимерного композиционного материала (ПКМ). Сущность: технический результат заключается в осуществлении непрерывного вывода излучения от центральной части насыщенной спектральной линии щелочного металла в оптическую систему спектропирометра. В процессе перемещения зоны горения и благодаря этому обеспечивается измерение температуры пламени в зоне горения. Устройство содержит камеру сгорания с размещенным в ней образцом топлива и светопроводом, входной конец которого примыкает к переднему торцу образца топлива, пирометр излучения, примыкающий к выходному концу светопровода, и регистратор. Камера сгорания выполнена герметичной, образец топлива размещен в бронированном стакане. В качестве топлива используют полимерный композиционный материал, включающий щелочной металл. Светопровод выполнен из материала, сублимирующего в зоне горения со скоростью, равной скорости горения образца топлива, например, из оргстекла и установлен внутри образца по оси последнего. Вход и выход светопровода расположены со стороны открытого и бронированного торцов образца топлива, причем плоскость входного сечения светопровода совмещена с плоскостью переднего торца образца топлива. В качестве пирометра излучения используется спектропирометр с рабочей длиной волны, равной длине волны насыщенной центральной части спектральной линии щелочного металла. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 133 028 C1

1. Устройство для измерения температуры пламени в зоне горения образца топлива, содержащее камеру сгорания с размещенным в ней образцом топлива и светопроводом, входной конец которого примыкает к переднему торцу образца топлива, спектропирометр излучения, примыкающий к выходному концу светопровода, и регистратор, отличающийся тем, что камера сгорания выполнена герметичной, образец топлива размещен в бронированном стакане, в качестве топлива используют полимерный композиционный материал, включающий щелочной металл, светопровод выполнен из материала, сублимирующего в зоне горения со скоростью, равной скорости горения образца топлива, и установлен внутри образца по оси последнего с расположением входа и выхода светопровода со стороны открытого и бронированного торцов образца топлива, причем плоскость входного сечения светопровода совмещена с плоскостью переднего торца образца топлива, рабочая длина волны спектропирометра равна длине волны насыщенной центральной части спектральной линии щелочного металла. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что светопровод выполнен из оргстекла.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1999 года RU2133028C1

Хазаров В.Г
Автоматизация высокотемпературных процессов
- Л.: Энергия, 1974, с.31 - 33
Датчик распространения пламени 1979
  • Ананиев Владимир Петрович
  • Берсенев Вадим Иванович
SU842535A1
Способ исследования воспламенения и горения одиночных частиц металла 1978
  • Бринза Владимир Николаевич
  • Бабайцев Игорь Владимирович
  • Курылев Виктор Васильевич
  • Ладная Вера Марковна
  • Мальцев Владимир Михайлович
SU767633A1
Способ определения периода задержки и температуры самовоспламенения жидких и газообразных топлив 1976
  • Груздев Владимир Николаевич
  • Панова Наталья Алексеевна
  • Талантов Алексей Васильевич
SU659943A1
ПИРОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЛОПАТОК ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 1991
  • Поскачей А.А.
RU2032887C1
US 3662586 A, 16.05.72
US 3665750 A, 30.05.72.

RU 2 133 028 C1

Авторы

Игнатьев Б.С.

Игнатьев М.Б.

Шумихин А.Г.

Даты

1999-07-10Публикация

1998-02-10Подача