(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ ПЛОТНОСТИ ДВУХФАЗНОЙ СРЕДЫ
I
Изобретение относится к области оптического контроля теплоэнергетических параметров и может быть использовано в обычных или ядерных энергетических установках при исследовании режима работы парогенерирующих труб, трубопроводов, сепараторов и другого оборудования.
Известны устройства для измерения плотности как газообразных, так и конденсированных прозрачных сред, находящихся при комна|гной температу{эе и атмосферном давлении, содержашие емкость с исследуемой средой и оптический регистратор. В них используются оптические методы измерения, основанные на отклонении лучей в среде jj с изменяющимся в пространстве коэффициентом преломления fll.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для оптической регистрации измерений jo плотности двухфазной среды, содержащее емкость с исследуемой средой, световод и оптический регистратор с диафрагмой 2. Повышенная чувствительность этого
.устройства основана на определении резкой вблизи угла полного внутреннего отражения зависимости интенсивности многократно отраженного света от коэффициента преломления границы раздела световоджидкость.
Недостатком известных устройств является то, что в них не разработаны пути канализации световых лучей в случаях, когда исследуемое вещество находится при высоких значениях температуры и давления, а именно этот случай реализуется, например, в парогенерирующих трубах.
Целью изобретения является проведение измерений при высоких значениях температуры и давления.
Для достижения поста вленной цели в предлагаемом устройстве емкость снабжена охлаждающими карманами, расположенными перпендикулярно оси емкости, в которых расположен световод, средняя часть которого расположена в емкости, причем Световод выполнен в виде прозрачрюй пластины со ступенчатым вырезом в средней части. При этом диафрагма выполнена подвижной в плоскости, перпендлкулярной оптической оси устройства. На фиг. 1 представлено описываемое устройство; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Устройство содержит емкость 1 для исследуемой среды (трубу), световод 2, охлаждающие карманы 3. Световод 2 представляет собой прозрачную пластину со ступенчатыми торцами 4, 5 и 6 выреза в средней его части. Световод через объектив 7 и диафрагму 8 связан с оптическим регистратором в виде непрерывно движущейся фотопленки (на чертеже не показан). На краях карманов 3 имеются фланцы, между которыми зажаты окна 9 и 1О. На входе устройства установлен конденсатор 11, Устройство работает следующим обра зом, Луч света от сильного источника собирается конденсором 11 в параллельный пучок и через входное окно 9 входит в стеклянную пластину (световод) 2. Пройдя через ступенчатые торцы пластины 4 лучи отклоняются в исследуемой среде на градиенте ее плотности. Отклоненные луч выходят наружу через ступенчатые торшл 5 световода, пластину световода, слой во ды и выходное окно 10. При отсутствии градиента плотности лучи не отклоняются Угол отклонения лучей определяется как градиентом плотности, так и соотношением коэффициентов преломления средь и световода вблизи его ступеней 4 и 5, од нако последняя зависимость представляет собой небольшую поправку к первой. Особо следует отметить роль луча F отражаемого от последней ступени 6 све товода, Интенсивность этого пуча опреде ляется соотношением между углом его па дения на ступеньку 6 и коэффициентом преломления пароводяной среды вблизи стенки сосуда и служит для регистрации временной зависимости плотности пристеночного слоя исследуемой среды. Выйдя из окна 9, лучи попадают в объектив 7 и оттуда на диафрагму 8,-расположенную в фокусе объектива, В диафрагме имеется щель, пропускающая через себя неотклоненные лучи, отражающиеся от боковых граней 4 и 5 световода, и вторая щель (или две шели), расстояние которых от центральной щели периодически меняется за счет возвратно-поступательного движе ния ак&фрвгмы относительно проходящих через нее лучей. Лучи, прошедшие через щели, регистр руются на непрерывно двигающейся фотопленке, софокусной относительно объектива 7 Со средней частью световода. При этом на пленке образуются три дорожки потемнения. Две крайние дорожки, отображающие изменение во времени коэффициента преломления (плотности) исследуемой среды вблизи граней 6 экспериментального участка, и средняя дорожка, отображающая распределение яркости преломленных лучей, зависяш.ее от изменяющегося во времени полон(ения диафрагмы, т.е, от угла отклонения лучей, прошедших сквозь исследуемую среду, характеризующих поле градиента плотности в этой среде. При работе описываемого устройства температура световода изменялась от комнатной в области холодной стороны карманов до высокой (4ООС) в области парогенерирующей трубы. Оценим сопротивляемость стеклянной пластинки растрескиванию под действием термических напряжений. Температурное поле, являющееся линейной функцией координат, не вызывает в пластине напряжений. Параболическое распределение температуры поперек пластины вызывает в ней напряжение Г- i;-atb.. где uktj. - стрела прогиба кривой распределения температуры. Максимальное значение tT при тепловом ударе равно тах . щ - разность температур в поверхностном и более глубоком слоях; - модуль упругости; с - коэффициент линейного расширения;М - коэффициент Пуассона. Приравн5Ш (1) и (2), получим 4 S-. Обычное стеклу выдерживает тепловой удар порядка 100°С, , поэтому оно может выдержать параболическое распределение температуры, равное /ibjv 200 С. В направлении длинной стороны стеклянной пластины допустима значительно большая стрела прогиба профиля температуры. Эти оценки показывают осуществляемость предлагаемой канализации лучей в области, находящейся при высоких значениях давления и температуры.
Применение предлагаемого устройства позволит на основании изучения реальной структуры течение двухфазной смеси, ее локальных характеристик, разработать устройства для интенсификации теплообмена и способы их оптимизации. Это даст возможность увеличить надежность работы парогенераторов энергетических установок, снизить вес и увеличит срок службы парогенерирующих труб.
,Формула изобретения
1. Устройство для оптической регист- 5 рации изменений плотности двухфазной среды, содержащее емкость с исследуемой средой, световод и оптический регистратор с диафрагмой, отличающееся тем, что, с целью проведения из- 20 мерений при высоких значениях температуры и давления, емкость снабжена охлаждающими карманами, расположенными перпендикулярно оси емкости, в которых расположен световод, средняя часть которого расположена в емкости, причем световод выполнен в виде прозрачной пластины со ступенчатым вырезом в средней части,
2. Устройство по п. 1, отличающее с я тем, что диафрагма выполнена подвижной в плоскости, перпендикулярной оптической оси устройства,
Источники информации принятыево внимание при экспертизе
1 . .D.NWooa ana 3.fA. Heat Trans er An the ct iticat regricm-iemperature and A/etocit-s in turbuteht itow Ai-D.Cli.E.3ournat NO,.,iJe2,1964,p.1&o-m
2, Авторское свидетельство СССР Nv 131522, кл, G 01 N 21/46, I960 (прототип).
