Устройство для определения теплоты сгорания жидких топлив Советский патент 1992 года по МПК G01N25/32 G01K17/00 

Изобретение относится к области определения теплофизическиххарактеристик горючих и может быть использовано в теплоэнергетике для контроля за качеством жидких топлив, а также в лабораторной практике.

Известно устройство для измерения теплоты сгорания жидких топлив, содержащее адиабатическую оболочку, внутри которой установлены измерительная ячейка с горелочным узлом, источник теплоты, тепловые стоки, выполненные в виде коаксиальных цилиндров и соединяющие источник теплоты и измерительную ячейку с изотермическим блоком, выполненным в виде замкнутой камеры, преобразователи теплового потока, соединенные без зазоров с торцовыми поверхностями источника теплоты и измерительной ячейки и связанные электрически с входом системы атактического регулирования теплового потока, выход которой соединен с источником теплоты, кроме того, устройство имеет блок подготовки и подачи топлива и окислителя в измерительную ячейку.

Основным недостатком данного устройства является зависимость погрешности измерения от несимметричности температурных полей тепловых стоков источника теплоты и измерительной ячейки при измерении теплоты сгорания. Величина такой погрешности может находиться на уровне 3-6%,

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения теплоты сгорания жидких топлив, содержащее адиабатическую оболочку с установленными в ней, выполненными виде цилиндров, имеющих общую образующую, источником теплоты и измерительной ячейкой с камерой сгорания, снабженной дополнительным источником теплоты, изотермический блок, связанный с измерительной ячейкой и источником теплоты, преобразователи теплового потока, расположенные симметрично относительно общей оси измерительной ячейки, источника теплоты и без зазора с тепловыми стоками, выполненными в виде металлических дисков и расположенными без зазора на противоположных торцовых

СП

с

х|

го о

Ю

ел

поверхностях измерительной ячейки и источника теплоты, остальная часть наружной поверхности которых находится в контакте с адиабатической оболочкой, систему автоматического регулирования теплового потока, вход которой электрически связан с преобразователями теплового потока, а выход - с источником теплоты, блок подготовки топлива и окислителя, соединенный с камерой сгорания.

Недостаток известного устройства - низкая точность измерения, обусловленная конструктивной неидентичностью измерительной ячейки и источника теплоты. Площадь боковой поверхности измерительной ячейки значительно больше площади боковой поверхности источника теплоты. Потери тепла через адиабатическую оболочку от источника теплоты и измерительной ячейки существенно отличаются, вследствие этого, тепловая симметрия калориметрической системы нарушается. Экспериментальные исследования показали, что погрешность измерения в этом случае может достигать 4%.

Отвод теплоты при сгорании топлива происходит преимущественно за счет конвективного теплообмена между продуктами сгорания и внутренней боковой поверхностью измерительной ячейки. Изменение теплоты сгорания исследуемого топлива приводит к увеличению градиента температур от верхней холодной части измерительной ячейки, находящейся в контакте с тепловым стоком и нижней горячей частью ячейки, окруженной адиабатической оболочкой. При этом увеличивается время выхода на стационарный температурный режим, так как перестройка температурного поля измерительной ячейки происходит за счет теплопроводности материала ячейки и теплового потока, направленного по высоте ячейки от горячей нижней части до холодной верхней части.

Цель изобретения - уменьшение времени определения,

В устройстве для определения теплоты сгорания жидких топлив, стоки теплоты выполнены в виде колец, насаженных без зазора соответственно на ячейку с источником теплоты и измерительную ячейку, причем высоты стоков теплоты и теплопроводности материалов, из которых выполнены стоки, а также высоты стоков и высоты ячеек связаны между собой соотношениями

;hi h3;h2 h4,

и

где hi, П2 - высота стоков теплоты на ячейке с источником теплоты и измерительной ячейке;

AI Да - коэффициенты теплопроводности материалов стоков теплоты на ячейке с источником теплоты и измерительной ячейке;

пз, h4 - высоты ячейки с источником теплоты и измерительной ячейки.

На чертеже представлено устройство для определения теплоты сгорания жидких топлив, общий вид.

Устройство содержит замкнутый изотермический блок 1, выполненный в виде

цилиндра с ребрами 2, воздушного охлаждения, отвод теплоты с которого осуществляется с помощью естественной конвекции, а в случае необходимости любым известным способом. К изотермическому блоку присоединены стоки 3 и 4 теплоты, которые наса- жены без зазора соответственно на измерительную ячейку 5 и ячейку 6 с источником теплоты. Стоки теплоты выполнены в виде колец с разными внутренними и наружными диаметрами, причем сток измери- тельной ячейки, выполненный из стеклотекстолита, имеет высоту ha 70 мм, а тепловой сток источника теплоты, выполненный из нержавеющей стали, имеет высоту hi 4 мм. Высота стоков теплоты связана соотношением

35

40

JH 2 .

h2 ЯТ где Я, 14

,8.

Между торцевыми поверхностями измерительной ячейки и источника теплоты без зазора с ними установлены преобразователи 7 теплового потока (тепломеры), электрически связанные с входом системы 8 автоматического регулирования теплового потока(САРТП). Выход САРТП электрически связан с источником 9 теплоты, в

качестве которого использован электронагреватель. Измерительная ячейка в своей нижней части соединена с блоком 10 подготовки и подачи топлива и окислителя с помощью патрубков 11 и 12, там же находится

патрубок 13 выхода продуктов сгорания. Внутри измерительной ячейки находится камера 14 сгорания, в которой на внутренней поверхности расположен дополнительный электронагреватель 15. Свободное

пространство внутри изотермического блока занято адиабатической оболочкой 16.

Устройство работает следующим образом.

До начала подачи топлива в камеру сгорания дополнительным нагревателем 15 разогревают внутреннюю поверхность камеры сгорания до температуры, обеспечивающей воспламенением и полное сжигание исследуемого топлива, и затем поддерживают ее постоянной. Исследуемое топливо и окислитель с помощью блока 10 подготовки и подачи по патрубкам 11 и 12 непрерывно подают в камеру сгорания измерительной ячейки и осуществляют процесс полного сжигания топлива, при этом продукты сгорания охлаждаются в ячейке примерно до температуры входа окислителя и топлива и непрерывно отводятся в окружающую среду через патрубок 13-. В этом случае в измерительной ячейке выделяется искомое количество теплоты Qx.

Одновременно непрерывно на вход САРТП 8 поступает электрический сигнал, пропорциональный тепловому потоку, пронизывающему преобразователи 7 теплового потока. При этом САРТП регулирует работу электронагревателя 9 так, что электрический сигнал от преобразователей теплового потока равен нулю. Тогда искомая величина теплоты сгорания определяется по измеренному значению компенсационной мощности электронагревателя 9. дополнительной мощности, выделяемой в камере сгорания электронагревателем 15, и по измеренному расходу исследуемого топлива (в блоке 10), подаваемого в камеру сгорания.

Предлагаемое устройство позволяет на 20-30% уменьшить время, необходимое для получения результатов измерения,

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для определения теплоты сгорания жидких топлив, содержащее адиабатическую оболочку с соосно установленными в ней двумя цилиндрическими

ячейками одинакового радиуса, в одной из которых размещен источник теплоты, а в другой - камера сгорания, снабженная дополнительным нагревателем и .соединенная с блоком подготовки и подачи топлива и

окислителя, изотермический блок, окружающий адиабатическую оболочку и соединенный с ячейками через стоки теплоты, касающиеся внутренней боковой поверхности изотермического блока, систему автоматического регулирования теплового потока, вход которой электрически соединен с преобразователями теплового потока, размещенными между ячейками симметрично относительно оси ячеек, а выход - с источником теплоты, отличающееся тем, что, с целью уменьшения времени определения, стоки теплоты выполнены в виде колец, насаженных без зазора на ячейки, содержащие источник теплоты и камеру

сгорания, а выбор высоты и материала колец производят исходя из соотношений hi/ha Аг/Л.1; ; harSrn ,где hi, h2 - высоты стоков теплоты на ячейках с источником теплоты и с камерой сгорания;

AI Д2 - теплопроводности материалов; Ьз, h4 - высоты ячеек с источником теплоты и с камерой сгорания.

топливо

Ч. Фод; тк

СГО ..Ш1Я

Использование: для контроля качества топлив в промышленности, а также в лабораторной практике. Сущность изобретения: выполнение стоков теплоты в виде колец, насаженных на ячейки, содержащие источник теплоты и камеру сгорания. Высоты колец обратно пропорциональны теплопроводно- стям материалов, из которых выполнены стоки теплоты. 1 ил.