CC BY
3
УДК 621
Кувшинов Н.Е.
инженер научно-исслед. лаборатории «ФХПЭ» Казанский государственный энергетический университет
Россия, г. Казань УСТАНОВКИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ СПЕКТРОВ ПОГЛОЩЕНИЯ ГАЗОВ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ Аннотация. В статье рассматривается установки для измерений спектров поглощения газов при повышенных температурах
Ключевые слова: оптические пути, высокое разрешение
Kuvshinov N.E., engineer laboratory "FHPE" Kazan State Power Engineering University
Russia, Kazan
INSTALLATIONS FOR MEASUREMENTS OF THE SPECTRA OF ABSORPTION OF GASES AT INCREASED TEMPERATURES
Annotation. The article deals with installations for measuring the absorption spectra of gases at elevated temperatures Keywords: optical paths, high resolution
Установки для исследования спектрального пропускания атмосферных газов при повышенных температурах включают высокотемпературную газовую кювету, инфракрасный спектрометр ИКС-21, оптические приставки и вакуумно-дозирующую систему.
Оптико-механическая схема одной из установок представлена на рис. 1. Модулированное излучение глобара системой зеркал 4, 5 оптической приставки преобразуется в параллельный пучок, проходящий через высокотемпературную кювету 1 с окнами 6, 6, и системой зеркал 7, 8 оптической приставки фокусируется на входной щели монохроматора спектрометра ИКС-21.
Рис. 1. Внешний вид спектральной установки МХК-4 в измерительном павильоне
Оптические зеркальные приставки соединяются герметично с кюветой монохроматором и осветителем спектрометра ИКС-21. Осветитель и моно-хроматор также герметизируются и продуваются сухим азотом во время регистрации спектров для устранения поглощения радиации атмосферным воздухом вне кюветы.
Рис. 2 Внешний вид спектральной установки МХК-4 на измерительном
павильоне
Рис. 3 Оптико-механическая схема экспериментальной установки для
измерения спектров поглощения атмосферных газов при высоких
температурах
Высокотемпературная газовая кювета состоит из цилиндрического корпуса с приваренными фланцами 18, в которых крепятся окна кюветы. Корпус кюветы, рассчитанный на рабочее давление 50 атм, представляет сборную конструкцию, изготовленную из нержавеющей стали. Все металли -ческие узлы соединяются с помощью герметичных уплотнителей, изготовленных из отожженной меди, а манометры, вакуумметры, вентили для запуска, стравливания и откачки газов смонтированы на отдельном стенде.
Нагрев рабочего пространства кюветы до высоких температур (Т < 1200 К) производится цилиндрической электропечью 16, расположенной во внутренней полости кюветы между двумя кварцевыми трубами 14. Степень нагрева регулируется величиной напряжения, подведенного к электропечи. Теплоизоляция электропечи от стенок кюветы осуществ-ляется толстым слоем (12 см) огнеупорной глины 15. Контроль температуры по длине кюветы производится двумя хромель-алюминиевыми термопарами с помощью потенциометра ЭПВ2-11А. Выводы термопар с электропечи на внешнюю поверхность корпуса кюветы герметичны и охлаждаются водой.
Кювета имеет конусообразные притертые окна из фтористого кальция CaF толщиной 15 мм, диаметром 60 мм. Откачка системы и запуск исследуемого газа в нее осуществляется с помощью вакуумно-дозирующей системы, которая соединяется с кюветой системой стальных трубопроводов. Давление в кювете измеряется стрелочными манометрами класса 0,5.
Данная экспериментальная установка позволяет также исследовать спектры излучения горячих атмосферных газов. В этом случае в качестве селективного излучателя используется высокотемпературная кювета, в которой одно из окон заменяется сферическим зеркалом и излучение горячего газа в кювете фокусируется на входную щель спектрометра.
Прошедшее через кюветы излучение регистрируется модернизированным спектрометром ИКС-21. Оптическая часть ИКС-21 дополнена призмами из стекла, фтористого лития, бромистого калия и дифракционными решетками с числом штрихов N = 600, 300, 100 мм-1, работающих в 1-ом и 2-ом порядках, интерференционными светофильтрами для выделения рабочих порядков дифракционных решеток. Таким образом, существенно увеличено разрешение и расширен спектральный диапазон ИКС-21. Внешний вид установки показан на рис. 2.10.
Для выполнения исследований спектров поглощения атмосферных газов в спектроскопические чистых условиях используется установка, собранная по схеме 3 с кварцевой кюветой.
Высокотемпературная кварцевая кювета представляет собой цилиндри-ческую кварцевую трубу диаметром 74 мм, длиной 100 см с приваренными окнами из кварца КИ. Запуск исследуемого газа в кювету осуществляется через кварцевый отросток, приваренный к центральной части цилиндри-ческого корпуса кюветы. Нагрев кюветы до высокой температуры производится цилиндрической электропечью. Измерение температуры по длине кюветы производится пятью хромель-алюминиевыми термопарами, показания которых регистрируются потенциометром ЭПВ2 -11А. Запуск водяного пара в кювету осуществляется от парогенератора со стабилизиро-ванной температурой. Внешний вид спектральной установки с кварцевой кюветой показан на рис. 4 (а, б).
В работе [156] нами разработана высокотемпературная установка, подобная описанным выше, но для температур исследуемых газов до 1600 К. Печь-кювета представляет собой кварцевую трубу с проволочным нагревателем, помещенную в защитную огнеупорную трубу. На торцах кюветы смонтированы водоохлаждаемые фланцы с окнами из монокристаллов. Окна уплотнены прокладками из фторопласта и меняются в зависимости от исследуемой области спектра. Постоянство температуры вдоль кюветы обеспечивается различной плотностью намотки витков электропечи. Погрешности регистрации спектров поглощения на высокотемпературных установках не превосходят 5 %.
Рис. 4 а. Внешний вид спектральной установки с высокотемпературной газовой кюветой
Рис. 5 Оптико-механическая схема экспериментальной установки для измерения спектров поглощения в высокотемпературной
кварцевой кювете
Использованные источники:
1. Мисбахов Р.Ш., Мизонов В.Е. Моделирование теплопроводности в составной области с фазовыми переходами. // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2015. № 4. С. 39 -43.
2. Шуина Е.А., Мизонов В.Е., Мисбахов Р.Ш. Влияние поперечной неоднородности потока газа на кривую разделения гравитационного классификатора. // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2015. № 5. С. 60-63.
3. Safin A.R., Ivshin I.V., Kopylov A.M., Misbakhov R.S., Tsvetkov A.N. Selection and justification of design parameters for reversible reciprocating electric machine. // International Journal of Applied Engineering Research. 2015. Т. 10. № 12. С. 31427-31440.
4. Kopylov A.M., Ivshin I.V., Safin A.R., Misbakhov R.S., Gibadullin R.R. Assessment, calculation and choice of design data for reversible reciprocating electric machine. // International Journal of Applied Engineering Research. 2015. Т. 10. № 12. С. 31449-31462.
5. Москаленко Н.И., Мисбахов Р.Ш., Ермаков А.М., Гуреев В.М. Моделирование процессов теплообмена и гидродинамики в кожухотрубном теплообменном аппарате. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2014. № 11-12. С. 75-80.
6. Мисбахов Р.Ш., Москаленко Н.И., Ермаков А.М., Гуреев В.М. Интенсификация теплообмена в теплообменном аппарате с помощью луночных интенсификаторов. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2014. № 9-10. С. 31-37.
7. Гуреев В.М., Ермаков А.М., Мисбахов Р.Ш., Москаленко Н.И. Численное моделирование кожухотрубного теплообменного аппарата с кольцевыми и полукольцевыми выемками. // Промышленная энергетика. 2014. № 11. С. 13 -16.
