CN113804717B - 一种可视化实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于液氮蒸发实验和气瓶静态蒸发率测试的可视化实验装置，包括可视化腔体、设于可视化腔体上的进液管路、排放管路和排气管路，可视化腔体包括外腔和内腔，外腔包括外腔筒体、设于外腔筒体两侧的外腔观察窗，内腔包括内腔筒体、设于内腔筒体两侧且与外腔观察窗相对应的内腔观察窗、设于内腔筒体外的辐射屏，内腔筒体底部设有加热片，用于研究不同加热功率下的液氮蒸发效果。通过在内、外腔侧面安装玻璃观察窗，能够展示低温液氮在静态以及动态蒸发的过程，便于直接观察内部的液氮变化。本装置将液氮蒸发演示实验和低温绝热气瓶静态蒸发率、维持时间集成于一套装置上，满足实验展示和在线检验的双重需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种实验装置，尤其是一种用于液氮蒸发实验和气瓶静态蒸发率测试的可视化实验装置。
背景技术
目前低温液体的使用已经进入了各行各业，从科学研究到国防工业直至民用企业对低温液体的需求量都越来越大。低温液体安全、经济以及高效的贮存是低温液体行业快速、健康发展的前提。从普通意义上说，任何可用于低温液体贮存的设备都可以称为低温绝热设备。
低温气瓶是储存低温液体的主要贮存设备之一，静态蒸发率和维持时间均是表征低温气瓶绝热性能的重要参数。
目前对于以上数据的测试，需要通过不同的检测装置进行相应实验得到，造成实验装置占地面积大、需求繁琐，因此集成化实验装置成为试验需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种用于液氮蒸发实验和气瓶静态蒸发率测试一体的可视化实验装置。
本发明采用的技术方案是：一种可视化实验装置，包括可视化腔体、设于可视化腔体上的进液管路、排放管路和排气管路，所述的可视化腔体包括外腔和内腔。采用带真空绝热夹层的内外套筒实验箱体，以减少冷量损耗，达到更好的实验效果。
所述的外腔包括外腔筒体、固定于外腔筒体上外腔法兰、设于外腔筒体两侧的外腔观察窗、固定设于外腔筒体下的支座，所述的外腔观察窗外固定设有外腔观察窗法兰，
所述的内腔包括内腔筒体、设于内腔筒体两侧且与外腔观察窗相对应的内腔观察窗、设于内腔筒体外的辐射屏，所述的内腔观察窗外固定设有内腔观察窗法兰，
内、外腔筒体采用优质304不锈钢制作而成，整体为圆柱体杜瓦结构，内、外腔侧面安装玻璃观察窗，能够展示低温液氮在静态以及动态蒸发的过程，便于直接观察内部的液氮变化。
所述的内腔筒体底部设有加热片，用于研究不同加热功率下的液氮蒸发效果。
所述的进液管路、排放管路和排气管路设于外腔法兰上且连通于内腔筒体，
所述的外腔法兰上还设有连通于外腔筒体和内腔筒体间空腔的真空挡板阀。真空挡板阀，可通过波纹管与分子泵机组相连，对腔体进行抽真空，设有真空规管可测量腔体夹层内的真空度。
进一步的，所述的进液管路上设有第三截止阀，可以控制液氮流通量；
所述的排放管路上设有第一截止阀、第二压力传感器、第五截止阀、温度传感器和流量计，排放管路还设有带第四截止阀的支路，所述的支路设于第一截止阀和第二压力传感器间，在液氮充装及平台不使用时，可以排放掉内腔内剩余液氮；温度传感器用于排气管路内流体温度；第二压力传感器用于监测系统压力；流量计用于测量液氮蒸发后的气体流量；
所述的排气管路上设有第一压力传感器、第二截止阀和安全阀，第一压力传感器为静态蒸发率测试预留压力测试点，安全阀的目的是当压力超限时，系统压力可以自动排放，保证不超过系统安全设计压力。
进一步的，所述的进液管路上还设有带第六截止阀的支路，用做制冷机的接口管路，预留制冷机管路便于后期加装制冷机用于再液化回收氮气。
进一步的，所述的内腔内固定有液位计，液位计通过四线制连接到航插上然后信号引出连接到控制显示屏，可以实时监测内腔内的液氮液位。
管路上的所有监测仪表实时数据均能够汇集到控制显示屏，通过数据处理可以实时观测到各项指标的变化趋势。
进一步的，所述的辐射屏通过十字槽圆柱头螺钉固定于内腔筒体的外表面，所述的加热片通过螺钉固定于内腔筒体底部。
进一步的，所述的外腔法兰通过穿过外腔法兰和外腔筒体的六角头螺栓固定于外腔筒体上，六角头螺栓通过依次设于外腔筒体下的平垫圈、弹簧垫圈和第一六角螺母锁紧；
所述的外腔观察窗法兰通过第一内六角圆柱头螺钉固定于外腔观察窗外，外腔观察窗法兰和外腔观察窗间设有外腔观察窗垫片。
进一步的，所述的内腔筒体通过螺杆和外腔筒体连接固定，所述的螺杆与内腔筒体连通，内腔筒体上下表面均有第二六角螺母用于固定螺杆。
进一步的，所述的外腔筒体和外腔观察窗间设有第一O型圈，所述的外腔筒体和外腔法兰间设有第二O型圈，所述的外腔法兰上固定有吊环螺钉。
进一步的，所述的内腔观察窗法兰通过第二内六角圆柱头螺钉固定于内腔观察窗，所述的内腔筒体和内腔观察窗间设有内腔观察窗垫片。
进一步的，所述的外腔筒体与支座通过TIG焊，即非熔化极惰性气体钨极保护焊，焊接固定。
本发明相比现有技术具有以下优点：通过在内、外腔侧面安装玻璃观察窗，能够展示低温液氮在静态以及动态蒸发的过程，便于直接观察内部的液氮变化。本装置将液氮蒸发演示实验和低温绝热气瓶静态蒸发率、维持时间集成于一套装置上，满足实验展示和在线检验的双重需要。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的俯视图；
图3是本发明的外腔结构示意图；
图4是本发明图3中A-A向的剖面图；
图5是本发明图4中Ⅰ处的放大图；
图6是本发明图4中Ⅱ处的放大图；
图7是本发明图4中Ⅲ处的放大图；
图8是本发明图4中Ⅳ处的放大图；
图9是本发明的内腔结构示意图；
图10是本发明图9中B-B向的剖面图；
图11是本发明图9的俯视图；
图12是本发明图9的仰视图；
图13是本发明图10中a处的放大图；
图14是本发明图10中b处的放大图；
图15是本发明另一角度的结构示意图。
图中标号：1-可视化腔体，2-进液管路，3-排放管路，4-排气管路，11-外腔，12-内腔，13-液位计，20-第一压力传感器，21-第二截止阀，22-第四截止阀，23-第二压力传感器，24-第五截止阀，25-温度传感器，26-第一截止阀，27-真空挡板阀，28-第六截止阀，29-第三截止阀，30-流量计，31-安全阀，101-外腔筒体，102-外腔法兰，103-外腔观察窗，104-外腔观察窗法兰，105-支座，106-第一O型圈，107-第二O型圈，108-平垫圈，109-第一内六角圆柱头螺钉，110-吊环螺钉，111-六角头螺栓，112-弹簧垫圈，113-第一六角螺母，114-外腔观察窗垫片，201-内腔筒体，202-辐射屏，203-加热片，204-内腔观察窗法兰，205-内腔观察窗，206-螺杆，207-十字槽圆柱头螺钉，208-第二内六角圆柱头螺钉，209-第二六角螺母，210-内腔观察窗垫片。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
图1-图15所示的一种可视化实验装置，包括可视化腔体1、设于可视化腔体1上的进液管路2、排放管路3和排气管路4，所述的可视化腔体1包括外腔11和内腔12，采用带真空绝热夹层的内外套筒实验箱体，以减少冷量损耗，达到更好的实验效果。
所述的外腔11包括外腔筒体101、固定于外腔筒体101上外腔法兰102、设于外腔筒体101两侧的外腔观察窗103、固定设于外腔筒体101下的支座105，所述的外腔观察窗103外固定设有外腔观察窗法兰104，
所述的内腔12包括内腔筒体201、设于内腔筒体201两侧且与外腔观察窗103相对应的内腔观察窗205、设于内腔筒体201外的辐射屏202，所述的内腔观察窗205外固定设有内腔观察窗法兰204，
内、外腔筒体采用优质304不锈钢制作而成，整体为圆柱体杜瓦结构，内、外腔侧面安装玻璃观察窗，能够展示低温液氮在静态以及动态蒸发的过程，便于直接观察内部的液氮变化。
所述的内腔筒体201底部设有加热片203，用于研究不同加热功率下的液氮蒸发效果。
所述的进液管路2、排放管路3和排气管路4设于外腔法兰102上且连通于内腔筒体201，
所述的外腔法兰102上还设有连通于外腔筒体101和内腔筒体201间空腔的真空挡板阀27。可通过波纹管与分子泵机组相连，对腔体进行抽真空，设有真空规管可测量腔体夹层内的真空度。
所述的进液管路2上设有第三截止阀29，可以控制液氮流通量；
所述的排放管路3上设有第一截止阀26、第二压力传感器23、第五截止阀24、温度传感器25和流量计30，排放管路2还设有带第四截止阀22的支路，所述的支路设于第一截止阀26和第二压力传感器23间，在液氮充装及平台不使用时，可以排放掉内腔内剩余液氮；温度传感器25用于排气管路内流体温度；第二压力传感器23用于监测系统压力；流量计30用于测量液氮蒸发后的气体流量；
所述的排气管路4上设有第一压力传感器20、第二截止阀21和安全阀31。第一压力传感器20为静态蒸发率测试预留压力测试点，安全阀31的目的是当压力超限时，系统压力可以自动排放，保证不超过系统安全设计压力。
所述的进液管路2上还设有带第六截止阀28的支路，用做制冷机的接口管路，预留制冷机管路便于后期加装制冷机用于再液化回收氮气。
所述的内腔12内固定有液位计13，液位计13通过四线制连接到航插上然后信号引出连接到控制显示屏，可以实时监测内腔内的液氮液位。
管路上的所有监测仪表实时数据均能够汇集到控制显示屏，通过数据处理可以实时观测到各项指标的变化趋势。
所述的辐射屏202通过十字槽圆柱头螺钉207固定于内腔筒体201的外表面，所述的加热片203通过螺钉固定于内腔筒体201底部。
所述的外腔法兰102通过穿过外腔法兰102和外腔筒体101的六角头螺栓111固定于外腔筒体101上，六角头螺栓111通过依次设于外腔筒体101下的平垫圈108、弹簧垫圈112和第一六角螺母113锁紧；
所述的外腔观察窗法兰104通过第一内六角圆柱头螺钉109固定于外腔观察窗103外，外腔观察窗法兰104和外腔观察窗103间设有外腔观察窗垫片114。
所述的内腔筒体201通过螺杆206和外腔筒体101连接固定，所述的螺杆206与内腔筒体201连通，内腔筒体201上下表面均有第二六角螺母209用于固定螺杆206。
所述的外腔筒体101和外腔观察窗103间设有第一O型圈106，所述的外腔筒体101和外腔法兰102间设有第二O型圈107，所述的外腔法兰102上固定有吊环螺钉110。
所述的内腔观察窗法兰204通过第二内六角圆柱头螺钉208固定于内腔观察窗205，所述的内腔筒体201和内腔观察窗205间设有内腔观察窗垫片210。
所述的外腔筒体101与支座105通过TIG焊焊接固定。
实验例1
进行液氮蒸发演示实验时，可按以下步骤进行操作：
首先采用分子泵组通过波纹管与真空挡板阀27连接，对腔体夹层进行抽真空；
充装液氮前检查各个阀门的开闭状态，进液管路2第三截止阀29和排气管路4第二截止阀21处于开启状态，其余阀门均为关闭状态；通过波纹软管连接液氮罐接口与进液管路2接口，打开液氮罐出液阀门，向内腔筒体201内进行注液操作；前期由于管路及内腔筒体201内蓄有一定的热量，进入内腔筒体201内的液氮会剧烈相变汽化，排气阀后会剧烈排气，小心低温冻伤；待到液氮加注到所需求的液位(建议充装量25L，液位计13显示50％)时，关闭进液管路2第三截止阀29，排气管路4第二截止阀21仍保持开启状态，通过观察窗观察内腔筒体201内液氮液面已不发生浮动，则视为液氮已稳定，此时即低温液氮处于稳态状态。
关闭排气管路4上的第二截止阀21，打开排放管路3上第一截止阀26，通过上位机触摸屏操作，开启内腔体电加热对内腔筒体201底板进行加热，内腔体电加热功率可调，液氮受热会蒸发，蒸发后的氮气通过流量计显示流量，中控采集系统通过接收液位计13、流量计30、压力、温度等传感器信号来实现监测各参数变化。
实验例2
进行气瓶静态蒸发率测试时，将待检测气瓶通过金属软管连接到第四截止阀22处管路上，开启管路上电加热至需求功率，通过上位机采集的温度、压力及流量数据可计算出静态蒸发率。
实验例3
作为时间测量系统时，将待检测气瓶通过金属软管连接到第四截止阀22处管路上，打开第四截止阀22和第五截止阀24，待气体蒸发达到一定压力后，安全阀31会起跳泄压，记录下的安全阀31起跳时间即为所需测量时间。
Claims (7)
1.一种可视化实验装置，其特征在于：包括可视化腔体（1）、设于可视化腔体（1）上的进液管路（2）、排放管路（3）和排气管路（4），所述的可视化腔体（1）包括外腔（11）和内腔（12），
所述的外腔（11）包括外腔筒体（101）、固定于外腔筒体（101）上外腔法兰（102）、设于外腔筒体（101）两侧的外腔观察窗（103）、固定设于外腔筒体（101）下的支座（105），所述的外腔观察窗（103）外固定设有外腔观察窗法兰（104），
所述的内腔（12）包括内腔筒体（201）、设于内腔筒体（201）两侧且与外腔观察窗（103）相对应的内腔观察窗（205）、设于内腔筒体（201）外的辐射屏（202），所述的内腔观察窗（205）外固定设有内腔观察窗法兰（204），
所述的内腔筒体（201）底部设有加热片（203），
所述的进液管路（2）、排放管路（3）和排气管路（4）设于外腔法兰（102）上且连通于内腔筒体（201），
所述的外腔法兰（102）上还设有连通于外腔筒体（101）和内腔筒体（201）间空腔的真空挡板阀（27）；
所述的进液管路（2）上设有第三截止阀（29）；
所述的排放管路（3）上设有第一截止阀（26）、第二压力传感器（23）、第五截止阀（24）、温度传感器（25）和流量计（30），排放管路（3）还设有带第四截止阀（22）的支路，所述的支路设于第一截止阀（26）和第二压力传感器（23）间；
所述的排气管路（4）上设有第一压力传感器（20）、第二截止阀（21）和安全阀（31）；
所述的进液管路（2）上还设有带第六截止阀（28）的支路，用做制冷机的接口管路；
进行液氮蒸发演示实验时，按以下步骤进行操作：
A、采用分子泵组通过波纹管与真空挡板阀（27）连接，对腔体夹层进行抽真空；
B、充装液氮前检查各个阀门的开闭状态，进液管路（2）第三截止阀（29）和排气管路（4）第二截止阀（21）处于开启状态，其余阀门均为关闭状态；通过波纹软管连接液氮罐接口与进液管路（2）接口，打开液氮罐出液阀门，向内腔筒体（201）内进行注液操作；前期由于管路及内腔筒体（201）内蓄有一定的热量，进入内腔筒体（201）内的液氮会剧烈相变汽化，排气阀后会剧烈排气，小心低温冻伤；待到液氮加注到所需求的液位时，关闭进液管路（2）第三截止阀（29），排气管路（4）第二截止阀（21）仍保持开启状态，通过观察窗观察内腔筒体（201）内液氮液面已不发生浮动，则视为液氮已稳定，此时即低温液氮处于稳态状态；
C、关闭排气管路（4）上的第二截止阀（21），打开排放管路（3）上第一截止阀（26），通过上位机触摸屏操作，开启内腔体电加热对内腔筒体（201）底板进行加热，内腔体电加热功率可调，液氮受热会蒸发，蒸发后的氮气通过流量计显示流量，中控采集系统通过接收液位计（13）、流量计（30）、压力、温度的传感器信号来实现监测各参数变化；
进行气瓶静态蒸发率测试时，将待检测气瓶通过金属软管连接到第四截止阀（22）处管路上，开启管路上电加热至需求功率，通过上位机采集的温度、压力及流量数据计算静态蒸发率；
作为时间测量系统时，将待检测气瓶通过金属软管连接到第四截止阀（22）处管路上，打开第四截止阀（22）和第五截止阀（24），待气体蒸发达到一定压力后，安全阀（31）会起跳泄压，记录下的安全阀（31）起跳时间即为所需测量时间。
2.根据权利要求1所述的一种可视化实验装置，其特征在于：所述的辐射屏（202）固定于内腔筒体（201）的外表面，所述的加热片（203）固定于内腔筒体（201）底部。
3.根据权利要求1所述的一种可视化实验装置，其特征在于：所述的外腔法兰（102）固定于外腔筒体（101）上，
所述的外腔观察窗法兰（104）固定于外腔观察窗（103）外，外腔观察窗法兰（104）和外腔观察窗（103）间设有外腔观察窗垫片（114）。
4.根据权利要求1所述的一种可视化实验装置，其特征在于：所述的内腔筒体（201）和外腔筒体（101）连接固定。
5.根据权利要求1所述的一种可视化实验装置，其特征在于：所述的外腔筒体（101）和外腔观察窗（103）间设有第一O型圈（106），所述的外腔筒体（101）和外腔法兰（102）间设有第二O型圈（107）。
6.根据权利要求1所述的一种可视化实验装置，其特征在于：所述的内腔观察窗法兰（204）固定于内腔观察窗（205），所述的内腔筒体（201）和内腔观察窗（205）间设有内腔观察窗垫片（210）。
7.根据权利要求1所述的一种可视化实验装置，其特征在于：所述的外腔筒体（101）与支座（105）通过TIG焊焊接固定。
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