Устройство для измерения и исследования тепловых потоков Советский патент 1979 года по МПК G01N25/58 G01L9/00 

Изобретение относится к устройствам для создания и измерения нестационарного периодического, -непериодического теплового потока и контактного давления между кантактируюпцими поверхностями и может быть использовано при исследовании процесса теплообмена в теплоэнергетике, например, в двигателях внутреннего сгорания.

В современной теплоэнергетике существует проблема измерения и регулирования нестационарных тепловых потоков при переменном давлении через контактирующие поверхности, например, клапан - седло крышки цилиндра, поршневое кольцо - гильза цилиндра, тепловое состояние которых определяется условиями теплообмена на поверхиостях контакта.

Известны устройства для измерения и исследования тепловых потоков, содерл ащие механизм нагружения, холодильник и нагреватель с закрепленными в них образцами с установленными в последних термопарами, подключенными к регистрирующему прибору 1.

Недостаток известных устройств заключается в том, что они не позволяют создать регулируемые нестационарные периодические тепловые потоки при переменном давлении на контактные поверхности, поэтому

исследования могут проводиться только при натурных испытаниях реальных деталей, что связано со значительными техническими трудностями, вызывает большие затраты средств и времени на экспериментальные .работы. Кроме того, в энергетических уста«овках, например в ДВС, нельзя установить раздельное влияние на интенсивность нестационарного теплообмена через зону контакта характеристик, определяющих интенсивность этого процесса, таких как контактное давление, частота контактирования, длительность контакта за рабочий цикл и др.

Цель изобретения - расширение диапазона исследования процессов теплообмена.

Эта цель достигаегся тем, что холодильник и нагреватель установлены с возмол :ностью перемещения, причем последний подпружинен и размещен в корпусе, установленном на направляющих и снабженном механизмом регулирования длительности контакта образцов, и термопары подключены через переключатель и усилитель к регистрирующему прибору, к которому присоединены дополнительно установленные тензодатчик, расположенный между холодильником и механизмом нагружения, и датчик частоты контактирования, закрепленный на механизме нагр)жения, пружины расположены параллельно оси образцов и

присоединены к регули1ро1вочному винту.

Механизм регулирования длительности контакта выполнен в виде ВИнтовой пары, соединяющей корпус с натравляющими и установленной параллельно оси образцов.

На чертеже изображена принципиальная схема оцисываемого устройства.

Устройство содержит нагрузочный механизм / в виде профильного кулачка, холодильник 2 с закрепленным в нем образцом 3, нагреватель 4, закрепленный в последнем образец 5, пружины 6, корпус 7, установленный на направляющих 8 и снабженный меха«измом 9 регулирования длительности контакта образцов, выполненным в виде винтовой пары, соединяющей корпус с направляющими, датчик 10 частоты контактирования, тензодатчик //, переключатель 12, электронный усилитель 13, термопары 14, регистрирующий прибор 15, потенциометр 16, винт 17 для регулирования натяжения пружин, тензоусилитель 18.

Устройство работает следующим образом.

Образец 3, установленный в холодильнинике 2, приводится в возвратно-поступательное движение через тэнзодатчик 11 от профильного кулачка механизма / с частотой 20 Гц. Образец 5, установленный в нагревателе 4, препятствует движению образца ,3 под действием пружин 6. С момента, когда усилие на контактных поверхностях становится больщим усилия предварительной затяжки пружин 6, они начинают сжиматься, и обе контактные поверхности движутся как одно целое. С этого момента и до момента размыкания контактных поверхностей при обратном ходе профильного кулучка / через зону контакта передается импульс теплового потока с амплитудой Вот

1.10°

регулируемого нагревателем

4 и холодильником 2.

Нестациола,ряый тепловой поток через зону контакта преобразуется в электрический сигнал в виде переменной по времени термической электродвижущей силы в малоинерционных поверхностных термопарах 14, установленных на контактных поверхностях опытных образцов t3 и 5. Величина этого теплового потока определяется при обработке зарегистрированной с помощью реристрирующепо .прибора 15 и усилителя 13 термо-ЭДС. Одиовременно на осциллографе регистрируется контактное давление от тензодатчи1ка 11 и частота контактирования от датчика 10. Необходимая длительность контакта, длительность цикла, обеспечивается за счет изменения моментов соприкосновения и размыкания контактных поверхностей образцов 5 и 5 путем перемещения корпуса 7 по направляющим 8 с помощью механизма 9 регулировки длительности контакта. Необходимое .контактное давление 10 Н1м для каждого момента времени

обеспечивается затяжкой пружин 6 винтом 17 и профилем кулачка нагрузочного механизма /. Частота контактирования образцов 3, 5 изменяется с помощью редуктора, установленного между дриводом и профильным кулачко.м механизма /.,

Устройство позволяет исследовать интенсивность Нестационарного периодического и непериодического контактного теплооб.мена при переменном давлении между контактируюЩИми поверхностями, что необходи.мо для моделирования температурных полей в теплонапряженных деталях энергетических установок, где определяющее влияние оказывает контактный теплообмен. Так, нацример, при исследовании температурного состояния клапанов и седел крыщек цилиндров в двигателях внутреннего сгорания использование данных, полученных с помощью описываемого устройства, позволит существенно сократить затраты средств и времени на оиытные работы, связанные с разработкой новой конструкции этих деталей.

Формула изобретения

1.Устройство для измерения и исследования тепловых потоков, содержащее механизм нагружения, холодильник и нагреватель с закрепленными в них образца:ми с установленными в последних термопарами, подключенными к регистрирующему прибору, отличающееся тем, что, с целью расщирения диапазона исследования процессов теплообмена, холодильник и нагреватель установлены с возможностью перемещения, причем последн1ий подпружинен и размещен в корпусе, установленном на направляющих и снабженном механизмом регулирования длительности контакта образцов, и термопары иодключены через переключатель и усилитель к регистрирующему прибору, к которому присоединены дополнительно установленные тензодатчик, расположенный между холодильником и механизмом нагружения, и датчик частоты контактирования, закрепленный на механизме нагружения.

2.Устройство по п. 1, отличающеес я тем, что пружины расположены параллельно оси образцов и присоединены к регулировочному винту.

3.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что механизм регулирования длительности контакта выполнен в виде винтовой пары, соединяющей корпус с направляющими и установленной параллельно оси образцов.

Источник информации, принятый во внимание при экспертизе:

1. Шлыков Ю. П., Ганин Е. А. Контактный теилообмен, М.-Л., Госэнергоиздат, 1963, с. 32, рис. .