CC BY
2
УДК 621
Кувшинов Н.Е.
инженер научно-исслед. лаборатории «ФХПЭ» Казанский государственный энергетический университет
Россия, г. Казань
СПЕКТРАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (СУВД) Аннотация. СУВД предназначена для исследований влияния межмолекулярных взаимодействий на формирование спектров поглощения и включает комплекс газовых кювет работающих в диапазонах давлений от 0,01 до 150 атм, с системой контроля состояния исследуемой среды и регистрации молекулярных спектров поглощения
Ключевые слова: СУВД, высокое разрешение, многоходовая кювета
Kuvshinov N.E., engineer laboratory "FHPE" Kazan State Power Engineering University
Russia, Kazan
SPECTRAL HIGH PRESSURE INSTALLATION (SUVD) Annotation. SUVD is designed to study the influence of intermolecular interactions on the formation of absorption spectra and includes a complex of gas cells operating in pressure ranges from 0.01 to 150 atm, with a system for monitoring the state of the medium and recording molecular absorption spectra Keywords: high-resolution, high-resolution, multi-way ditch СУВД предназначена для исследований влияния межмолекулярных взаимодействий на формирование спектров поглощения и включает комплекс газовых кювет работающих в диапазонах давлений от 0,01 до 150 атм, с системой контроля состояния исследуемой среды и регистрации молекулярных спектров поглощения.
Комплекс газовых кювет представляет собой три последовательно расположенные кюветы с длинами оптического пути L = 8 см, L = 72 см, L = 2-80 м. Третья газовая кювета с многократным прохождением луча радиации собрана по схеме Уайта. Оптическая схема комплекса кювет представлена на рис. 1 Источник радиации, в качестве которого используется глобар или ленточная лампа накаливания, через входное окно 2 посредством зеркал 3, 4 с увеличением 1,3х переносится в плоскость входной диафрагмы оптической системы Уайта. Зеркала 5, 6, 7 имеют одинаковый радиус кривизны. Два из них 5, 7 являются объективами и образуют на третьем зеркале 6, служащем коллективом, расположенные в два горизонтальных ряда промежуточные изображения входной диафрагмы. После многократного прохождения между зеркалами «скамьи» Уайта с базой 0,5 м пучок радиации фокусируется на выходной диафрагме. Через промежуточное окно 8 зеркалами 9, 10 изображение выходной диафрагмы фокусируется на входной щели спектрометра.
Смена числа прохождений (длины оптического пути) в многоходовой газовой кювете осуществляется разворотом двух задних зеркал 5, 7 с помощью клинового устройства с внешним приводом. Число прохождений
между зеркалами определяется отношением размера переднего зеркала и выходной диафрагмы. При использовании в качестве источника излучения лазера визуальный контроль позволил четко зарегистрировать не менее 40 «зайчиков», что соответствует длине пути в кювете Ь = 80 м.
На рис. 2 показана конструкция кювет. Кюветы образуют три последовательно расположенных изолированных объема 1, 2, 3 и скомпонованы на общем монтажном столе 4. Источник излучения вынесен вне кюветы и расположен внутри кожуха с водяным охлаждением. Между глобаром и входным защитным окном 6 закреплен электромеханический модулятор, обеспечивающий модуляцию светового пучка с частотами 9 и 360 Гц. Первая частота модуляции позволяет осуществлять регистрацию спектров поглощения при работе со стандартными спектрометрами типа ИКС-21, ИКС-24. Вторая частота модуляции обеспечивает работу приемно-регистрирующей системы с охлаждаемыми приемниками, в частности, охлаждаемым жидким гелием германиевым болометром, и ФЭУ. Модуляция светового потока перед входным окном кюветы позволяет избавиться от паразитного сигнала, обусловленного излучением оптической части стенок кювет.
Рис. 1 Оптическая схема установки СУВД
Рис. 2 Спектрограмма поглощения СО2, записанная при давлении = 40
атм и Ь = 16 м в области спектра 1,2-2,4 мкм
Зеркала системы Уайта расположены на оптической скамье 8 и имеют юстировочные подвижки. Задние зеркала подвешены на пластиках и могут разворачиваться относительно друг друга на определенный угол, фиксированный по лимбу. Во избежание разъюстировок при изменении температуры в кювете все механические узлы оптической системы изготовлены из инвара, имеющего малый коэффициент удельного теплового расширения.
Торцы корпуса высокого давления закрыты крышками 11 и 14. На крышке 11 скомпонованы: окуляр для визуального контроля числа прохождений луча радиации, вентили 12 для напуска исследуемого газа, клиновый механизм разворота задних зеркал 13 МХК, предохранительные клапаны (рабочий на 150 атм; контрольный на 225 атм, клапан для стравливания газов из кюветы) и вентиль для откачки. Корпус средней кюветы крепится к крышке 14 многоходовой кюветы, а малая газовая кювета 3 - к крышке 17 средней кюветы. Фланцы корпуса кювет и крышки имеют канавки для уплотнения. Герметизация объемов осуществляется с помощью фибровых прокладок. Все три кюветы имеют независимую откачку, напуск и контроль давления и позволяют моделировать неоднородные по давлению и температуре газовые среды.
Для обеспечения герметичности при высоких давлениях применена конструкция самоуплотняющихся конических окон, надежно обеспечиваю -щих герметичность кюветы как при высоких давлениях, так и в вакууме. Сменные окна, изготовленные из кварца, фтористого бария, КРС-5, ИКС-24 обеспечивают область работы кюветы от 0,3 до 30 мкм. Окна 6, 15 много -ходовой газовой кюветы имеют форму усеченного конуса и вставлены в конические оправы, которые ввинчиваются в корпус кюветы и крышку 14.
Самоуплотнение окон обусловлено более высоким давлением на контактирующие конические поверхности по сравнению с давлением вне кюветы. Практически идеальная пришлифовка кристаллического конуса
с конической оправой уменьшает склонность кристаллов к разрушению. Расчет и испытания на прочность показали значительные преимущества самоуплотняющейся конструкции окон по сравнению с конструкцией плоских окон. Нанесение на контактирующие поверхности вакуумного высокотемпературного герметика У-2-28 обеспечивает плавное смещение кристалла с изменением давления и температуры и препятствует появлению сдвигов в слоях кристалла.
Во внутренней полости многоходовой газовой кюветы расположен обогреватель, обеспечивающий нагрев рабочего объема до температуры Т = 600 К. Для охлаждения жидким агентом к корпусу кюветы приварен змеевик. Контроль температуры во внутренней полости многоходовой кюветы и корпуса кюветы производится с помощью термопар. Подвод питания к электрической печи и вывод термопар выполнены с помощью герметичных разъемов, изоляторы для которых изготовлены из стекло -текстолита, а их герметизация осуществляется с помощью эпоксидной смолы.
В связи с большим весом комплекса кювет и для удобства замены окна 15, разделяющего среднюю кювету и многоходовую газовую кювету, вся система установлена на рельсы и может откатываться вдоль монтажного стола. Комплекс кювет был проверен гидравлическим испытанием на давление 230 атм и вакуум.
Для исследований в ИК, видимой и УФ областях спектра комплекс кювет компонован модернизированным спектрометром ИКС-21 и спектрометром, собранным на базе монохроматора МДР-2. Для исключения поглощения атмосферой предусмотрена продувка спектрометра и узла излучателя очищенным от посторонних примесей азотом и гелием.
При сравнительно малых размерах кюветы, благодаря возможности моделирования высоких давлений, спектральная установка позволяет исследовать спектры поглощения при больших содержаниях поглощающего газа. Таким образом, представляется возможным исследовать слабые колебательно-вращательные полосы поглощения атмосферных газов, индуцированное давлением поглощение, а также континуальное поглощение крыльями спектральных линий колебательно-вращательных полос при различных давлениях и температурах.
На рис. 2 приведена спектрограмма поглощения технического углекислого газа, записанная с помощью спектрометра ИКС-21, когда в качестве диспергирующего элемента используется система призмы LiF с дифракционной решеткой.
Использованные источники:
1. Сафин А.Р., Мисбахов Р.Ш., Гуреев В.М. Обоснование рациональной схемы управления тяговым электроприводом трамвая на основе разработки имитационной модели. // Электроника и электрооборудование транспорта. 2014. № 3. С. 19-22.
2. Иванов Д.А., Савельев О.Г., Мисбахов Р.Ш. Система мониторинга и
количественного контроля гололедообразования на проводах воздушных линий электропередачи. // В сборнике: Энергетика, электромеханика и энергоэффективные технологии глазами молодежи материалы IV российской молодежной научной школы-конференции: в 2 томах. Томский политехнический университет. 2016. С. 334-336.
3. Москаленко Н.И., Мисбахов Р.Ш., Багаутдинов И.З., Локтев Н.Ф., Додов И.Р. Определение ингредиентного состава атмосферных выбросов продуктов сгорания турбореактивного двигателя методом тонкоструктурной спектрометрии. // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2016. № 3. С. 116-121.
4. Чичиров А.А., Чичирова Н.Д., Власов С.М., Ляпин А.И., Мисбахов Р.Ш., Силов И.Ю., Муртазин А.И. Разработка методов снижения нестабильности циркуляционной воды сопряженной системы оборотного охлаждения ТЭС. // Теплоэнергетика. 2016. № 10. С. 73-80.
5. Lizunov I.N., Misbakhov R.S., Bagautdinov I.Z., Naumov O.E., Ivanov V.V. A mathematical model of the distribution transformer substation in matlab simulink. // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2016. Т. 11. № 5. С. 1128-1135.
6. Savelyev O.G., Murataev I.A., Sadykov M.F., Misbakhov R.S. Application of wireless data transfer facilities in overhead power lines diagnostics tasks. // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2016. Т. 11. № 6. С. 1151-1154.
7. Yaroslavsky D.A., Ivanov D.A., Sadykov M.F., Goryachev M.P., Savelyev O.G., Misbakhov R.S. Real-time operating systems for wireless modules. // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2016. Т. 11. № 6. С. 1168-1171.
8. Lizunov I.N., Misbakhov R.S., Mustafm R.G., Fedotov V.V., Bagautdinov I.Z., Funt A.N., Naumov O.E., Ivanov V.V. Analysis of methods for determining frequency of the main harmonic in the centralized systems of relay protection and automation. // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2016. Т. 11. № 6. С. 1257-1262.
9. Chichirov A.A., Chichirova N.D., Vlasov S.M., Lyapin A.I., Misbakhov R.S., Silov I.Y., Murtazin A.I. Development of methods for the decrease in instability of recycling water of conjugated closed-circuit cooling system of HPP. // Thermal Engineering. 2016. Т. 63. № 10. С. 747-753.
