专利名称：超临界煤油观测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及煤油的观测领域，特别地，涉及一种超临界煤油观测装置。
背景技术：
煤油的超临界态是指压力大于2. 2Mpa、温度大于630K的状态，依据煤油型号及产地的不同，临界压力和温度会有所差别，但均是高温高压。对超临界煤油的研究在航天类发动机的再生冷却、煤油结焦控制等研究中均具有重要作用，但目前对超临界煤油缺乏足够深入的认识，甚至缺乏直观的认识。其难点主要在于观测装置所用玻璃难以承受煤油在超临界态时的高温高压环境，极易出现玻璃爆裂的情况。
发明内容
本发明目的在于提供一种超临界煤油观测装置，以解决现有观测装置的观测窗玻璃容易爆裂的技术问题。为实现上述目的，本发明提供了一种超临界煤油观测装置，包括外腔体和内腔体，内腔体设置在外腔体内，内腔体的外周壁与外腔体的内周壁之间有间隙；外腔体包括外开窗玻璃、用于高压气体进入外腔体内的外腔入口和用于高压气体从外腔体排出的外腔出口 ；内腔体包括内开窗玻璃、用于超临界煤油进入内腔体内的内腔入口和用于超临界煤油从内腔体排出的内腔出口 ；内开窗玻璃与外开窗玻璃相对地设置，内腔入口和内腔出口通过管道穿过外腔体的侧壁并延伸到外腔体外。进一步地，外腔体还包括外窗口，外开窗玻璃密封地固定在外窗口上；内腔体还包括内窗口，内开窗玻璃密封地固定在内窗口上。进一步地，外开窗玻璃与外窗口之间设置有第一密封垫片；内开窗玻璃与内窗口之间设置有第二密封垫片。进一步地，外开窗玻璃和内开窗玻璃上方均安装有压紧件，压紧件通过螺钉分别与外腔体和内腔体连接。进一步地，内腔体的外表面和内腔入口的管道外表面以及内腔出口的管道外表面均包裹有绝热层。进一步地，外腔入口的上游管道上和外腔出口的下游管道上均安装有电磁阀和气动阀。进一步地，内腔出口的下游管道上安装有节流件或者截止阀。进一步地，超临界煤油观测装置还包括压力传感器，压力传感器分别通过内腔压力测量通道、外腔压力测量通道、外腔下游压力控制通道和外腔上游压力控制通道与内腔体、外腔体、外腔出口的下游管道上的电磁阀和外腔入口的上游管道上的电磁阀连接。进一步地，外腔体、内腔体和压紧件均使用不锈钢材料制作，外腔体的壁厚为5 IOmm,内腔体的壁厚为3 8mm。进一步地，外开窗玻璃使用透光性和抗高压的石英玻璃制作，内开窗玻璃使用透光性和耐高温的石英玻璃制作。本发明具有以下有益效果1、本发明的观测装置由于采用外腔体匹配内腔体内的高温高压，使得观测窗的玻璃无需同时面对高温高压的环境，有效解决了观测窗玻璃难以同时耐受高温高压环境的问题，进而解决了超临界煤油难以开窗观测和观测窗玻璃容易爆裂的问题。2、本发明的观测装置由于采用外腔体匹配内腔体内的高温高压，使得腔体的制作无需昂贵的耐高温复合材料，利用普通不锈钢及玻璃，就可实现超临界煤油的开窗观测；其结构简单、成本低，所有元器件易于获取。3、本发明的观测装置由于使用压力传感器实时测量内外腔的压力，且该压力传感器采集频率通常在IKHz量级，因此本观测装置响应频率快，内、外腔压力平衡所需时间短， 能充分保证开窗玻璃免受压力冲击，保持结构完好性。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。 下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1是本发明优选实施例的超临界煤油观测装置的外腔体和内腔体的剖面示意图；图2是本发明优选实施例的超临界煤油观测装置的立体图示意图；以及图3是本发明优选实施例的超临界煤油观测装置的压力传感器连接示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。参见图1和图2，一种超临界煤油观测装置，用于观测处于超临界状态的煤油的理化特性。该观测装置包括外腔体1和内腔体2。内腔体2设置在外腔体1内，且内腔体2的外周壁与外腔体1的内周壁之间间隔形成一个空间。内腔体2内用于容纳超临界煤油蒸汽， 外腔体1和内腔体2之间的空间用于容纳调压气体，容纳的调压气体为不与煤油发生反应的气体。优选地，该调压气体为氮气。优选地，外腔体1和内腔体2的结构和形状相类似， 两者均为正方体。作为其它的实施例，可以根据实际需要将外腔体1和内腔体2做成长方体、圆柱体或者其它形状的结构。外腔体1包括外开窗玻璃11、用于高压气体进入外腔体1内的外腔入口 12和用于高压气体从外腔体1排出的外腔出口 13。在外腔体1的顶面上开设有外窗口 14。在外窗口 14周壁上伸出有外开窗玻璃安装凸台17，外开窗玻璃11的边缘对应地设置有与外开窗玻璃安装凸台17相适应的台阶。外开窗玻璃11扣合并密封地固定在在外腔体1的外窗口 14内，且外开窗玻璃11的台阶抵挡在外开窗玻璃安装凸台17，从而将外开窗玻璃11固定安装在外腔体1上。外开窗玻璃11使用透光性能好和抗高压性能好的石英玻璃制作。优选地，外开窗玻璃11与外窗口 14之间设置有第一密封垫片3，该第一密封垫片3为石棉垫片或者橡胶垫片或者聚四氟乙烯垫片。优选地，外开窗玻璃11上方安装有压紧件4，压紧件 4通过螺钉5与外腔体1连接，并将外开窗玻璃11密封地固定在在外腔体1上，该螺钉5优选为内六角螺钉。优选地，压紧件4为环形板状，压紧件4只是压扣外开窗玻璃11的边缘， 螺钉5沿压紧件4均勻布置，以使外开窗玻璃11均勻受压，防止局部应力集中导致外开窗玻璃11爆裂。外腔入口 12和外腔出口 13均设置在外腔体1的侧壁上；外腔入口 12连接在上游管道上，用于使调压气体进入外腔体1内；外腔出口 13连接在下游管道上，用于使调压气体从外腔体1内排出。外腔入口 12的上游管道上和外腔出口 13的下游管道上均安装有电磁阀15和气动阀16。优选地，外腔入口 12和外腔出口 13分别设置在外腔体1的两相对的侧壁上。外腔体1使用不锈钢材料制作，该外腔体1的壁厚在5 IOmm中根据需要取值。优选地，外腔体1使用不锈钢材料ICrlSNiOTi制作，其壁厚为8mm。压紧件4也使用不锈钢材料制作，优选为不锈钢材料lCrl8Ni9Ti ；压紧件4的厚度为1. 5mm,2mm或者2. 5mm。内腔体2包括内开窗玻璃21、用于超临界煤油进入内腔体2内的内腔入口 22和用于超临界煤油从内腔体2排出的内腔出口 23。在内腔体2的顶面上开设有内窗口 24。内窗口 M周壁上伸出有内开窗玻璃安装凸台25，内开窗玻璃21的边缘对应地设置有与内开窗玻璃安装凸台25相适应的台阶。内开窗玻璃21扣合并密封地固定在在内腔体2的内窗口 M内，且内开窗玻璃21的台阶抵挡在内开窗玻璃安装凸台25，从而将内开窗玻璃21固定安装在内腔体2上。内开窗玻璃21与外开窗玻璃11间隔地相应地设置。内开窗玻璃21 使用透光性能好和耐高温性能好的石英玻璃制作。优选地，内开窗玻璃21与内窗口对之间设置有第二密封垫片31，该第二密封垫片31使用耐高温且不与煤油发生反应的材料制作，优选为石棉垫片或者石墨垫片。优选地，内开窗玻璃21上方安装有压紧件4，压紧件4 通过螺钉5与内腔体2连接，并将内开窗玻璃21密封地固定在在内腔体2上，该螺钉5优选为内六角螺钉。优选地，压紧件4为环形板状，压紧件4仅压扣内开窗玻璃21的边缘，螺钉5沿压紧件4均勻布置，以使内开窗玻璃21均勻受压，防止局部应力集中导致内开窗玻璃21爆裂。内腔入口 22和内腔出口 23设置在内腔体2的相对的两侧壁上，并且内腔入口 22和内腔出口 23均通过管道穿过外腔体1的侧壁并延伸到外腔体1外。内腔入口 22及其管道为超临界煤油蒸汽进入内腔体2内的通道，内腔出口 23及其管道为超临界煤油蒸汽从内腔体2内排出的管道。内腔体2的外表面和内腔入口 22的管道外表面以及内腔出口 23 的管道外表面均包裹有绝热层6，该绝热层6优选为绝热石棉。内腔出口 23的下游管道上安装有节流件或者截止阀，该节流件或者截止阀优选安装在外腔体1外部的内腔出口 ^的下游管道上。内腔体2使用不锈钢材料制作，该内腔体2的壁厚在3 8mm中根据需要取值。优选地，内腔体2使用不锈钢材料ICrlSNiOTi制作，其壁厚为4mm。压紧件4也使用不锈钢材料制作，优选为不锈钢材料lCrl8Ni9Ti ；压紧件4的厚度为1. 5mm、2mm或者2. 5mm。结合参见图3，本发明的超临界煤油观测装置还包括压力传感器7，压力传感器7 通过内腔压力测量通道71与内腔体2连接，压力传感器7通过外腔压力测量通道72与外腔体1连接，压力传感器7通过外腔下游压力控制通道73与外腔出口 13的下游管道上的电磁阀15连接，压力传感器7通过外腔上游压力控制通道74与外腔入口 12的上游管道上的电磁阀15连接。其中，内腔压力测量通道71用于实时测量内腔体2内超临界煤油的压力，外腔压力测量通道72用于实时测量外腔体1内调压气体的压力，外腔下游压力控制通道73和外腔上游压力控制通道74用于控制电磁阀15是否开启。
本发明的超临界煤油观测装置的工作原理是压力传感器7实时控制外腔体1内的调压气体的压力，使之与内腔体2内煤油蒸汽的压力相等，从而使得内腔体2上的内开窗玻璃21只承受高温环境，外腔体1上的外开窗玻璃11只承受高压环境，有效解决了观测窗玻璃难以同时耐受高温高压环境的问题，进而解决了超临界煤油难以开窗观测和观测窗玻璃容易爆裂的问题。具体工作过程为当超临界煤油蒸汽进入内腔体2内时，由于膨胀及冷却，煤油蒸汽的温度和压力会降到临界态以下。但由于内腔出口 23下游管道上的节流件或截止阀的堵塞作用以及内腔入口 22上游管道高温高压煤油蒸汽源源不断的进入内腔体2内，会使得内腔体2内最后达到超临界压力和温度。在此过程中，压力传感器7不断地实时采集内腔体2内与外腔体1内的压力，并进行比较，当外腔体1内压力大于内腔体2内时，压力传感器7发出信号触发通过外腔上游压力控制通道74控制的电磁阀15，开启上游气动阀16，调压气体进入外腔体1内，直到内腔体2内和外腔体1内的压力平衡时，气动阀关闭16 ；当内腔体2内的压力小于外腔体1内的压力时，压力传感器7发出信号触发通过外腔下游压力控制通道73控制的电磁阀15，开启下游气动阀16泄压；当外腔体1内压力和内腔体2内压力平衡时关闭下游气动阀16。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种超临界煤油观测装置，其特征在于，包括外腔体(1)和内腔体O)，所述内腔体 ⑵设置在所述外腔体⑴内，所述内腔体⑵的外周壁与所述外腔体⑴的内周壁之间有间隙；所述外腔体(1)包括外开窗玻璃(11)、用于高压气体进入所述外腔体(1)内的外腔入口 (12)和用于高压气体从所述外腔体(1)排出的外腔出口 (13)；所述内腔体O)包括内开窗玻璃(21)、用于超临界煤油进入所述内腔体O)内的内腔入口 02)和用于超临界煤油从所述内腔体O)排出的内腔出口 03)；所述内开窗玻璃与所述外开窗玻璃(11)相对地设置，所述内腔入口 0 和所述内腔出口 03)通过管道穿过所述外腔体(1)的侧壁并延伸到所述外腔体(1)夕卜。
2.根据权利要求1所述的超临界煤油观测装置，其特征在于，所述外腔体(1)还包括外窗口(14)，所述外开窗玻璃(11)密封地固定在所述外窗口(14)上；所述内腔体( 还包括内窗口(M)，所述内开窗玻璃密封地固定在所述内窗口 (24)上。
3.根据权利要求2所述的超临界煤油观测装置，其特征在于，所述外开窗玻璃(11)与所述外窗口(14)之间设置有第一密封垫片(3)； 所述内开窗玻璃与所述内窗口 04)之间设置有第二密封垫片(31)。
4.根据权利要求3所述的超临界煤油观测装置，其特征在于，所述外开窗玻璃(11)和所述内开窗玻璃(21)上方均安装有压紧件G)，所述压紧件 (4)通过螺钉( 分别与所述外腔体(1)和所述内腔体( 连接。
5.根据权利要求4所述的超临界煤油观测装置，其特征在于，所述内腔体⑵的外表面和所述内腔入口 02)的管道外表面以及所述内腔出口 03) 的管道外表面均包裹有绝热层(6)。
6.根据权利要求5所述的超临界煤油观测装置，其特征在于，所述外腔入口(1 的上游管道上和所述外腔出口(1 的下游管道上均安装有电磁阀(15)和气动阀(16)。
7.根据权利要求6所述的超临界煤油观测装置，其特征在于， 所述内腔出口的下游管道上安装有节流件或者截止阀。
8.根据权利要求7所述的超临界煤油观测装置，其特征在于，所述超临界煤油观测装置还包括压力传感器(7)，所述压力传感器(7)分别通过内腔压力测量通道(71)、外腔压力测量通道(72)、外腔下游压力控制通道(7 和外腔上游压力控制通道(74)与所述内腔体0)、所述外腔体(1)、所述外腔出口(1 的下游管道上的所述电磁阀(1 和所述外腔入口(1 的上游管道上的所述电磁阀(1 连接。
9.根据权利要求4-8中任一项所述的超临界煤油观测装置，其特征在于，所述外腔体(1)、所述内腔体( 和所述压紧件(4)均使用不锈钢材料制作，所述外腔体(1)的壁厚为5 10mm，所述内腔体⑵的壁厚为3 8mm。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的超临界煤油观测装置，其特征在于，所述外开窗玻璃(11)使用透光性和抗高压的石英玻璃制作，所述内开窗玻璃使用透光性和耐高温的石英玻璃制作。
全文摘要
本发明提供了一种超临界煤油观测装置，包括外腔体(1)和内腔体(2)，内腔体(2)设置在外腔体(1)内，内腔体(2)的外周壁与外腔体(1)的内周壁之间有间隙；外腔体(1)包括外开窗玻璃(11)、外腔入口(12)和外腔出口(13)；内腔体(2)包括内开窗玻璃(21)、内腔入口(22)和内腔出口(23)；内开窗玻璃(21)与外开窗玻璃(11)正对设置，内腔入口(22)和内腔出口(23)通过管道穿过外腔体(1)的侧壁并延伸到外腔体(1)外。本发明的观测装置有效解决了观测窗玻璃难以同时耐受高温和高压的问题，进而解决了超临界煤油难以开窗观测和观测窗玻璃容易爆裂的问题。
文档编号G01N33/22GK102495201SQ20111043284
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者刘卫东, 周进, 梁剑寒, 潘余, 王宁 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学