Устройство для наблюдения за движущейся по каналу газовой средой

Устройство для наблюдения за движущейся по каналу газовой средой

Реферат

Устройство относится к области измерительной техники, а именно к средствам наблюдения движущихся газовых потоков, содержащих мелкодисперсные частицы вещества, и может быть использовано при контроле параметров потоков газовых сред.

Известно используемое в составе лазера на парах химических элементов (патент РФ 2170999, опубл. 20.07.2001 [1]), выполняющее функцию окна для наблюдения за заключенной в замкнутом объеме неподвижной газовой средой зеркало, с целью защиты которого от конденсации паров химических элементов использована установленная перед ним в газовой среде ловушка-сепаратор.

Недостаток данного устройства состоит в том, что при необходимости наблюдения за движущимся потоком газовой среды возможности ловушки-сепаратора ограничены.

Известно устройство для определения концентрации частиц вещества в потоке газа (заявка на изобретение РФ 94021135, опубликовано 27.06.1996 [2]), где средством наблюдения за потоком пылегазовой среды (окном) служит защитное стекло из кварца (оптически прозрачного материала), конструктивно связанное с рабочим каналом с обеспечением возможности контроля за движением газовой среды.

Недостаток данного устройства состоит в том, что при необходимости наблюдения за движущейся газовой средой, содержащей мелкодисперсные частицы вещества, процесс конденсации на окне затруднит, сделает некорректным или невозможным проведение необходимых наблюдений и измерений.

Проблема контроля параметров газовых сред, содержащих мелкодисперсные частицы вещества актуальна, например, в связи с развитием направления лазерной техники - лазеров на парах щелочных металлов.

Технический результат состоит в обеспечении возможности наблюдения за движущейся газовой средой, содержащей мелкодисперсные частицы вещества, без влияния конденсации на оптические элементы устройств наблюдения.

Данный технический результат достигается за счет того, что в отличие от известного устройства наблюдения за движущейся по рабочему каналу газовой средой, включающей мелкодисперсные частицы вещества, содержащего окно из оптически прозрачного материала, конструктивно связанное с рабочим каналом с обеспечением возможности контроля за движением газовой среды, в предложенном устройстве окно расположено вне рабочего канала с образованием полости, сообщающейся непосредственно с внутренним объемом этого канала и соединенной с ним дренажным трубопроводом, обеспечивающим поддержание статического давления в полости равным или превышающим статическое давление в движущейся газовой среде, причем дренажный трубопровод оснащен средством, исключающим попадание мелкодисперсных частиц вещества в полость между окном и рабочим каналом.

Кроме того, в качестве средства, обеспечивающего исключение попадания частиц вещества в полость между окном и рабочим каналом, могут быть использованы в зависимости от физического состояния газовой среды: в случае когда газовая среда, содержащая мелкодисперсные частицы, химически нейтральна, может быть использован фильтр, а в случае когда газовая среда содержит мелкодисперсные частицы в виде насыщенных паров вещества, может быть использован конденсатор.

То есть в устройстве для определения концентрации частиц в потоке газа [2] оптические элементы находятся непосредственно в рабочем канале с газовой средой и не существует системы защиты от конденсации паров мелкодисперсных частиц на оптических элементах, а влияние конденсации на измерения исключается за счет устройства калибровки.

Дренажный трубопровод введен и встроен во внутренний объем рабочего канала таким образом, что происходит отбор динамического давления в рабочем канале с наблюдаемой газовой средой в статическое давление в образовавшейся полости, что приводит к возникновению давления в полости, равного или превышающего давление в рабочем канале. Соблюдение этого соотношения по давлениям в сочетании с использованием в дренажном канале средства, исключающего попадание мелкодисперсных частиц из рабочего канала (и, как следствие, дренажного трубопровода) в полость между конструктивно связанными заявляемым образом окном и рабочим каналом (полость чистая от частиц), и создает условия, препятствующие возникновению конденсации на окне.

На фиг. представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит образующие полость, сообщающуюся с рабочим каналом, оправу (1), встроенную в рабочий канал (3) с одной стороны, и с другой стороны герметично установленную на оправе вне рабочего канала оптически прозрачную подложку (2) (окно). Оправа соединена с рабочим каналом (3), по которому движется исследуемая газовая среда, дренажным трубопроводом (4). Дренажный трубопровод снабжен средством (5), обеспечивающим исключение попадания вещества в полость между окном (2) и рабочим каналом (3). Таким образом, наблюдение за газовой средой осуществлено через оптически прозрачные окна, т.к. исключено образование конденсата на них.

В конкретном воплощении с достижением заявленного технического результата в качестве наблюдаемой газовой среды с мелкодисперсными частицами вещества использован гелий с парами щелочного металла. Элементы устройства выполнены из нержавеющей стали, меди (1, 4, 5) и кварца (2). Средством, обеспечивающим исключение попадания паров щелочного металла из дренажного трубопровода в полость между окном и рабочим каналом, является конденсатор.

Устройство работает следующим образом. По каналу (3) движется газовая среда, содержащая пары химических веществ, имеющая общее давление Р_ОБЩ.0, определяемое соотношением:

Р_ОБЩ.0=Р_СТАТ.0+Р_ДИН.0,

где Р_СТАТ.0 - статическое давление в рабочем канале, Р_ДИН.0 - динамическое давление в дренажном трубопроводе на входе. Вход дренажного трубопровода (4) установлен навстречу направлению потока газовой смеси. Динамическое давление Р_ДИН.0 создает напор Р_ДИН.1 в дренажном трубопроводе на входе. Геометрия дренажного трубопровода на входе рассчитывается таким образом, чтобы напор давления Р_ДИН.1 создавал дополнительное давление Р_СТАТ.1 в полости, образованной посредством оправы (1), между окном (2) и рабочим каналом (3) такое, чтобы выполнялось следующее условие:

Р_СТАТ.1≥Р_СТАТ.0

При выполнении данного условия пары химических элементов не будут проникать в полость между окном (2) и рабочим каналом (3), что исключит их конденсацию на оптически прозрачных окнах и, следовательно, позволит обеспечить возможность наблюдения за движущейся газовой средой, содержащей мелкодисперсные частицы вещества, без влияния конденсации на оптические элементы устройств наблюдения.

1. Устройство наблюдения за движущейся по рабочему каналу газовой средой, включающей мелкодисперсные частицы вещества, содержащее окно из оптически прозрачного материала, конструктивно связанное с рабочим каналом с обеспечением возможности контроля за движением газовой среды, отличающееся тем, что окно расположено вне рабочего канала с образованием полости, сообщающейся непосредственно с внутренним объемом этого канала и соединенной с ним дренажным трубопроводом, обеспечивающим поддержание статического давления в полости равным или превышающим статическое давление в движущейся газовой среде, причем дренажный трубопровод оснащен средством, исключающим попадание мелкодисперсных частиц вещества в полость между окном и рабочим каналом.

2. Устройство наблюдения по п.1, отличающееся тем, что в качестве средства использован фильтр.

3. Устройство наблюдения по п.1, отличающееся тем, что в качестве средства использован конденсатор.