Установка для исследования объекта на температурные воздействия

 

Использование: для образования и отвода аэрозолей химически активных материалов в расплавленном состоянии, например урана, церия. Сущность изобретения: установка для исследования объекта на температурные воздействия, например пожара, содержит корпус, в котором установлен объект испытания, размещенный на ложементе с опорой, основной источник температурного воздействия, размещенный под испытуемым объектом, и снабжена системой газового пробоотбора аэрозолей, дополнительным источником температурного воздействия в виде не менее одной горелки, размещенным вблизи испытуемого объекта в среде продуктов горения топлива основного источника температурного воздействия. Ложемент, на который устанавливается объект испытания, выполнен в виде жаропрочного поддона из материала, химически не взаимодействующего с расплавом испытуемого объекта. Корпус, выполненный в виде экрана, расположен по периметру основного источника температурного воздействия и приподнят над уровнем грунта. Технический результат: создание процесса аэрозолеобразования химически активных материалов в расплавленном состоянии при температурах от 800 до 1800^oС. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области исследования материалов с помощью тепловых средств и может быть использовано для образования аэрозолей материалов химически активных в расплавленном состоянии, в частности может быть применено для исследования урана как в открытом виде, так и в составе изделия.

Известно устройство - автоклав - для проведения физических и химических процессов при повышенной температуре и давлении, работающего с сублимирующими веществами, расположенными в контейнере. /Заявка на изобретение РФ 93039146 от 30.07.93 МПК 6 B 01 j 3/04, опубликовано 27.03.95 /. Устройство содержит корпус с крышкой, контейнер с обрабатываемым материалом, опору для установки контейнера, теплообменник и нагреватель, снабжено насадками, расположенными по обе стороны контейнера и соединенными с напорным патрубком вентилятора, при этом в верхней части насадки размещены нагреватели, в нижней - теплообменник. Данное изобретение обеспечивает исключение местных перегревов контейнера и упрощение конструкции для вращения контейнера. Недостатки такой установки в том, что в ней отсутствует непрерывная подача высокотемпературного реагента, например продуктов горения топлива, в рабочий объем установки для взаимодействия с материалом, что необходимо для эффективного аэрозолеобразования, в отсутствии системы газового пробоотбора аэрозолей и невозможности использования для исследования материалов химически активных в расплавленном состоянии.

Наиболее близким техническим решением по воздействию на объект исследования является установка для моделирования пожарных воздействий.

В качестве прототипа принимаем установку "Пожар" для моделирования пожарных воздействий на объект испытания, содержащую корпус, обеспечивающий однородное температурное поле вокруг объекта испытания, подставку, на которую устанавливается объект испытания, и источник температурного воздействия, расположенного в основании стенда, в виде топливных коллекторов. / В.А. Викторов, М. Р. Крот, А.А. Пехтерев, P.M. Тагиров. Теплообмен между средой и защитным контейнером в условиях испытания на аварийное воздействие пожара. Сборник докладов научной конференции Волжского регионального центра РАРАН "Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения", Саров, стр. 261-266, ISBN 5-85165-389-2, 2000 г./. Установка предназначена для моделирования условий пожара в соответствии с требованиями МАГАТЭ со среднеобъемной температурой 800^oС и измерения реализуемых температур во внутренних слоях объекта испытания.

Недостатком данной установки является невозможность получения аэрозолей материалов, являющихся химически активными в расплавленном состоянии, и определения баланса масс исследуемого материала после испытания.

Решаемая техническая задача заключается в получении аэрозолей материалов химически активных в расплавленном состоянии для определения количественного и качественного состава аэрозолей и баланса масс исследуемого материала (для определения количества вещества, вышедшего в аэрозоли).

Технический результат, на который направлена заявляемая установка, заключается в создании процесса аэрозолеобразования химически активных материалов в расплавленном состоянии при температурах от 800 до 1800^oС и удержании химически активных остатков объекта испытания без взаимодействия с элементами конструкции установки.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что установка для исследования объекта с помощью теплового воздействия, содержащая корпус, в который установлен объект испытания, размещенный на ложементе с опорой, источник температурного воздействия, размещенный под испытуемым объектом, снабжена дополнительным источником локального температурного воздействия в виде не менее одной горелки, размещенным вблизи испытуемого объекта в среде продуктов горения основного источника температурного воздействия и системой газового пробоотбора аэрозолей, при этом ложемент выполнен в виде поддона из материала, не взаимодействующего с расплавом химически активных металлов, например урана, церия, а корпус выполнен в виде экрана и приподнят над уровнем основного источника температурного воздействия по его периметру.

Поддон выполнен двуслойным: из магнизитового слоя и слоя из жаропрочной стали, покрытой окисью гадолиния.

Основной источник температурного воздействия выполнен в виде поддона с топливом.

Введение дополнительного источника локального температурного воздействия в виде газовых горелок позволяет создать область высокой температуры до 1800^oС в зоне расположения объекта и струйное газодинамическое воздействие на объект для обеспечения образования и интенсивного выхода аэрозолей из объекта испытания. Посредством регулирования соотношения горючего и кислородно-азотной смеси, поступающих в горелку, температура объекта испытания может варьироваться.

Использование поддона с магнизитовой облицовкой в виду отсутствия взаимодействия с ним химически активных расплавов, например урана, церия, и отсутствия адгезии с поверхностью после его остывания позволяет полностью собрать по окончании испытания остатки объекта испытания из поддона для последующего наведения баланса масс с целью определения количества вышедшего в аэрозоли исследуемого материала. Нижний слой в виде покрытия из окиси гадолиния на стальном основании поддона служит дополнительной защитой.

Для создания воздушной тяги, необходимой для развития в активной зоне горения восходящей газодымовой струи, обеспечивающей вынос аэрозолей от объекта испытания и последующего их отбора на выходе в атмосферу, по периметру топливных поддонов расположен корпус в виде экрана высотой 2,5 м, который приподнят над уровнем грунта.

Аэрозольный пробоотбор осуществляется с помощью газового пробоотборника на специальный термоосадитель для улавливания аэрозолей с целью последующего проведения анализа количественного и качественного состава аэрозолей.

Выполнение основного источника температурного воздействия в виде поддона с топливом позволяет упростить установку, не применяя коллекторный распределитель, систему управления и подачи топлива, так как регулирование температуры объекта испытания осуществляется с помощью горелок, при этом время горения топлива определяется количеством заливаемого в поддоны топлива.

Сопоставительный анализ предлагаемой установки с прототипом показывает, что заявляемый объект соответствует критерию изобретения "новизна".

Заявляемая установка соответствует и критерию "изобретательский уровень", так как не выявлено источников известности, где был бы описан технический результат, достигаемый предлагаемой установкой.

На чертеже представлена схема заявляемой установки.

Установка состоит из корпуса 1, выполненного в виде экрана и расположенного по периметру основного источника температурного воздействия 2, поддона 3, установленного на стойке 5 для размещения на поддоне объекта испытания 4, газовых горелок 6, установленных на стойках 7, основного источника температурного воздействия 2 с системой дистанционного поджига топлива 8, рамы 9 для крепления стоек 5, 7 и основного источника температурного воздействия 2, газового пробоотборника 10, расположенного над объектом испытания.

Установка работает следующим образом.

Подготовка работы установки включает настраивание расстояния между объектом испытания и горелками в зависимости от размера объекта испытания посредством перемещения горелок. Запуск установки осуществляется посредством воспламенения топлива основного источника температурного воздействия с помощью системы дистанционного поджига топлива 8. В зависимости от назначенного режима воздействия на объект испытания 4 через определенное время включаются газовые горелки 6. Воспламенение газовых горелок происходит от пламени основного источника температурного воздействия. По средствам измерения температуры объекта испытания осуществляется обратная связь для корректировки режима нагрева с помощью газовых горелок. В процессе работы установки осуществляется непрерывный газовый отбор аэрозолей на термоосадитель пробоотборника. После испытания остатки объекта испытания извлекаются из поддона 3 для наведения весового баланса с целью определения количества вещества, вышедшего в аэрозоли.

Выполнен опытный образец установки с топливными поддонами в качестве основного источника температурного воздействия. Объем поддонов обеспечивает работу установки в течение 3 часов.

Испытание установки с объектом, содержащим уран, подтверждают заявляемые положительные технические качества. В процессе испытания изделие было нагрето до температуры 1600^oС, при этом внешняя среда, создаваемая основным источником температурного воздействия, составила 800^oС. Образовавшийся расплав урана разрушил стальную оболочку изделия при температуре ~ 1200^oС и растекся в поддоне, активно взаимодействуя с кислородом и продуктами горения керосина, образуя аэрозоли. После испытания остатки изделия, включая уран, были извлечены из поддона, при этом взаимодействие урана с магнизитовым покрытием отмечено не было, что позволило провести весовой анализ для определения количества вышедшего в аэрозоли урана. В процессе работы установки был произведен непрерывный отбор аэрозолей урана с помощью газового пробоотборника на термоосадитель для последующего проведения анализов количественного и качественного состава аэрозолей. Подобные результаты были получены в опыте с церием.

Формула изобретения

1. Установка для исследования объекта при температурных воздействиях, например при пожаре, содержащая корпус, в котором установлен объект испытания, размещенный на ложементе с опорой, источник температурного воздействия, размещенный под испытуемым объектом, отличающаяся тем, что введены дополнительный источник локального температурного воздействия в виде не менее одной горелки, размещенный вблизи испытуемого объекта в среде продуктов горения основного источника температурного воздействия, и система газового пробоотбора аэрозолей, при этом ложемент выполнен в виде поддона из материала, не взаимодействующего с расплавом химически активных металлов, например урана, церия, а корпус выполнен в виде экрана и приподнят над уровнем основного источника температурного воздействия по его периметру.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поддон выполнен двуслойным - из магнизитового слоя и слоя из жаропрочной стали, покрытой окисью гадолиния.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что основной источник температурного воздействия выполнен в виде поддона с топливом.

РИСУНКИ

Рисунок 1