Пристрій для охолодження приймача променистої енергії

1 Пристрій охолоджувача приймача променистої енергії, який містить корпус приймальної камери, виконаний у формі стакана, двосекційний мікрохолодильник, який має секцію попереднього охолодження і секцію зрідження, яка виведена трубкою з кожуха мікрохолодильника в корпус приймальної камери, який відрізняється тим, що принаймні одна подавальна трубка секції зрідження поміщена в патрубок і зміщена відносно поздовжньої осі корпуса приймальної камери, а ВИХІДНІ КІНЦІ трубки і патрубка зрізані в одній площині під кутом відносно поздовжньої осі патрубка мікрохолодильника 2 Пристрій по п 1 , який відрізняється тим, що порожнина корпусу приймальної камери приймача променистої енергії заповнена матеріалом з пористою структурою со 00 Пропонуємий винахід відноситься до систем охолодження, а конкретно, до балонних дросельних систем (МКС), призначених для охолодження до крютемператур приймачів променистої енергії (ППЕ), які качаються відносно повздовжньої осі оптико-електронного приладу (ОЕП) в деякім тілеснім куті Спосіб, який реалізується в обладнанні охолодження приймача променистої енергії, включає періодичну подачу стиснутого крюагента в одно рядному трубчатому теплообміннику, розташованому у посудині Дьара, яка служить корпусом (кожухом) мікрохолодильника (Романенко Н Т , Рынковой Ф Ф Исследование основных характеристик баллонной микрокриогенной системы с цикличной подачей криоагента — Химическое и нефтяное машиностроение, 1981, № 5 — с 19-21) Недоліки, притаманні цьому обладнанню, можна звести до наступного - нестабільна температура охолодження ППЕ, 47839 тому, що внаслідок зміни тиску в холодній зоні мікрохолодильника (MX) при регулюванні витрат крюагента, відбувається підвищення температури охолоджування об'єкта, - таким обладнанням неможливо охолоджувати рухомі об'єкти, наприклад, об'єкти, які качаються відносно повздовжньої осі оптико-електронного приладу (ОЕП) в деякім тілеснім куті У мікрокрюгенній техніці відомий мікрохолодильник (MX) з паралельним дроселюванням крюагента, який використовується для охолодження приймачів променистої енергії і відноситься до групи "бризкаючих" мікрохолодильників Він найбільш близький до пропонуємого технічного рішення і тому його вибрано за прототип (А с № 377591/СССР/ Микрохолодильник/В И Животовский, Л Д Корнеенко и Ю В Шиганский Опубл в БИ , №18, 1973) Мікрохолодильник має стержень, на який навито багаторядний трубчатий витий теплообмінник, входи його трубок підключені до штуцера-колектора, а теплообмінник вміщено в кожух, з холодного кінця теплообмінника виходить транзитна трубка теплообмінника Мікрохолодильник в складі балонної дросельної мікрокрюгенної системи працює таким чином Азот, стиснутий до рабочего тиску 35МПа, накопичується в балоні В процесі роботи азот високого тиску надходить в MX Внаслідок паралельного рівнобіжного розширення азоту в MX, відбувається теплообмін між потоками газа високого і низького тиску Газ низького тиску рухається по теплообміннику у зворотньому напрямку після дроселювання Відбувається рекуперація холоду, що приводить до зниження температури перед дросельними отворами Попередньо охолоджений азот в транзитній трубці виробляє парорідинну суміш, яка транспортується уздовж повздовжньої осі і охолоджує приймач променистої енергії, а рідинний азот накопичується в порожнині корпуса ППЕ до початку автономного режиму В період автономного режима робочий рівень температури ППЕ забезпечується за рахунок випаровування рідинної фази азоту в порожнині корпуса ППЕ До основних недоліків двохсекційного мікрохолодильника належно віднести те, що в ньому неефективно використовується паро-рідинна суміш при транспортуванні її в порожнину корпуса ППЕ уздовж повздовжньої осі за рахунок викиду рідинного крюагента із корпуса ППЕ Це приводить до збільшення часу виходу на режим ППЕ і, як наслідок, скорочує час підтримування робочої температури ППЕ у автономному режимі Викид крюагента з корпуса ППЕ приводить до переохолодження деталей (ОЕП) і його роз'юстируванню В основу винаходу поставлено завдання по створенню пристрою охолоджувача ППЕ, який має двохсекційний MX з ефективною подачею парорідинної суміші в порожнину корпуса ППЕ, а також при накопиченні рідинного крюагента, використовують капілярні сили матеріалу з пористою структурою і енергію паро-рідинної суміші при обертальному його русі в порожнині корпуса ППЕ, щоб зменшити час виходу на режим ППЕ, скоротити час накопичування рідинного крюагента у корпусі ППЕ для забезпечення необхідного часу автономної роботи, збільшити час підтримування робочої температури ППЕ у автономному режимі роботи приладу, знизити шуми ППЕ, які виникають при подачі крюагента на підложку ППЕ (мікрофонний ефект) Для вирішення поставленої задачі у пристрої охолоджувача приймача променистої енергії, який має корпус приймальної камери, виконаний у формі стакана і двохсекційний MX, який має секцію попереднього охолодження і секцію зрідження, яка виведена трубкою з кожуха MX в корпус приймальної камери, що принаймні одна подаюча трубка секції зрідження поміщена в патрубок і зміщена відносно повздовжньої осі корпуса приймальної камери, а ВИХІДНІ КІНЦІ трубки І патрубка зрізані в одній площині під кутом відносно повздовжньої осі патрубка MX Крім того, порожнина корпуса приймальної камери приймача променистої енергії заповнена матеріалом з пористою структурою Використання вищевикладених технічних рішень дозволяє - здійснити по-новому подачу крюагента в порожнину корпуса ППЕ, тобто паро-рідинний крюагент транспортувати під кутом відносно повздовжньої осі корпуса ППЕ, - задавати паро-рідинній суміші обертальний рух в порожнині корпуса ППЕ, - використовувати капілярні сили матеріалу з пористою структурою для накопичення рідинного крюагента в корпусі ППЕ, - використати енергію паро-рідинної суміші крюагента при транспортуванні для зменшення часу виходу на режим і збільшення часу підтримування робочої температури ППЕ в автономному режимі, - знизити шуми ППЕ за рахунок керованого руху паро-рідинної суміші в корпусі ППЕ Для доведення ефективності пристрою були проведені дослідження по впливу взаємного розташування патрубка та капілярної трубки MX на швидкість витікання паро-рідинної суміші крюагента Порівнювальні дослідження здійснювалися на серійно випускаємому швидкодіючому MX при тискові Р = 20МПа Крюагентом використовували азот Досліджувався двохсекційний MX, в якому вихідний кінець транзитної трубки виступав на 5мм з краю патрубка і кінець трубки було зрізано під кутом 30° до осі патрубка (транзитної трубки) Дослідження показали, що при включенні MX паро-рідинний потік азоту відхиляється від осі патрубка, приблизно, на 22 + 3° Потім цей MX було зроблено так, що ВИХІДНІ КІНЦІ патрубка і трубки були зрізані в одній площині під кутом 30° відносно повздовжньої осі патрубка У другому випадку включення MX паро-рідинний потік азоту з транзитної трубки відхилявся від осі патрубка приблизно на 45 - 5° Простий аналіз свідчить, що косий зріз на вихідних кінцях патрубка та транзитної трубки під кутом 30° відносно осі патрубка дозволив збільшити кут відхилення потоку азоту, приблизно, у два рази порівняно з випадком, коли вихідний кінець транзитної трубки виступав на 5мм з краю патрубка І був зрізаний під кутом 30° до осі патру 47839 бка З цього випливає, що патрубок і косий зріз, який виконується на патрубці та транзитній трубці, дозволяють зменшити протитиск, в наслідок чого переріз парорідинною струму крюагента збільшується, тиск зменшується, а швидкість витікання, ВІДПОВІДНО, зростає, досягаючи надзвукової величини (М П Вукалович и Н Н Новиков Техническая термодинамика, М Энергия, 1968 г, с 288) Виходить патрубок сприяє скороченню терміну виходу на режим і збільшенню тривалості автономного режиму Були проведені порівнювальні дослідження на приймачах променистої енергії (ППЕ) оптико-електронного приладу (ОЕП), в яких ВИХІДНІ КІНЦІ патрубка та транзитної трубки були зрізані у площині нормальній до осі трубки, тобто подача крюагента здійснювалась уздовж повздовжньої осі патрубка та приймальної камери приладу В цьому випадку MX не відповідали вимогам технічного завдання за теплофізичними параметрами Потім усі MX були дороблені в частині виконання "косого" зрізу патрубка та транзитної трубки Прилади підвищили свої характеристики до рівня технічного завдання Дослідження партії приладів у КІЛЬКОСТІ 51 примірника з доробленими MX у складі виробу показали покращання теплофізичних параметрів, а саме, в середньому для партії -термін автономної роботи збільшився на 8с, -термін виходу на режим скоротився на 0,25с Сутність винаходу пояснюється кресленням, яке показано на фіг 1, 2, 3, 4 На фіг 1 - зображена блок-схема мікрокрюгенної системи охолоджувача приймача променистої енергії На фіг 2 - показано вид 1 - перетин патрубка і подаючої транзитної трубки MX, ВИХІДНІ конці яких зрізані під кутом р На фіг 3 - зображено розташування вихідних КІНЦІВ патрубка і транзитної трубки MX в порожнині корпуса приймальної камери ППЕ Де 0 - 0 повздовжня ось корпуса 13 приймальної камери ППЕ 14, О-і-Оі - повздовжня ось патрубка 9 (подаючої трубки), єі-Є2 - величини зміщення центра вихідного перерізу патрубка (подаючої трубки), із якої здійснюється подача паро-рідинної суміші крюагента відносно повздовжньої осі О - О корпуса 13 приймальної камери ППЕ 14 На фіг 4 - показано вид патрубка і двох подаючих транзитних трубок, ВИХІДНІ КОНЦІ ЯКИХ зрізані під кутом р Мікрокрюгенна система охолоджувача ППЕ складається із пускового пристрою 1, балона 2, заправленного робочим тілом (азот) до тиску 35МПа, трубопровода високого тиску 3, пневмороз'єднувача 4, двохсекцюнного мікрохолодильника 5, який має багаторядний трубчатий витий теплообмінник 6, 7, який міститься в кожусі 8 MX 5, на якому встановлено патрубок 9 Багаторядний трубчатий витий теплообмінник 6, 7 має дві секції, капілярні трубки 6 з дросельними отворами 10, утворюють секцію попереднього охолодження 6, а транзитна трубка 7, яка виведена з кожуха 8 MX 5 і утворює секцію зрідження 7 Транзитна трубка 7 MX 5 коаксіальне встановлена в патрубок 9, трубка і патрубок закріплені на днищі кожуха 8 MX 5 вздовж повздовжньої осі MX 5 ВИХІДНІ КІНЦІ патрубка и транзитної трубки зрізані під кутом 30° відносно повздовжньої осі 11 патрубка 9 і утворюють площину зрізу 16 транзитної трубки 7 і патрубка 9 (див фіг 2 і 4) На фіг 4 зображено варіант виконання косого зрізу з двома транзитними трубками Наявність косого зрізу на вихідних кінцях патрубка 9 і транзитної трубки, дозволяє формувати потік 12 паро-рідинної суміші крюагента під кутом Р до повздовжньої осі О - О корпуса 13 приймальної камери ППЕ 14 Порожнина корпуса 13 приймальної камери ППЕ 14 заповнена пористим матеріалом 15 (наприклад, стекловолокно з пористою структурою) Діаметр приймальної поверхні камери корпуса 13 ППЕ складає 2,5мм Патрубок 9 виконано з трубки 0 0,45 0,55мм з товщиною стінки 0,05мм, а транзитна трубка зроблена з трубки 0 0,2 0,25мм з толщиною стінки 0,05мм На КІНЦІ патрубка на довжині 5мм має місце биття 0,4мм відносно повздовжньої осі О-і-Оі MX 5 (биття неминуче при виробленні MX), що забезпечує ексцентриситет в пристрої охолоджувача ППЕ Це приводить до того, що ось О-і-Оі подаючої трубки секції зрідження із якої виробляється і подається паро-рідинна суміш крюагента не перетинається з осью 0 - 0 корпуса 13 приймальної камери ППЕ 14 при сполученні з нерухомим MX 5 і з качающимся корпусом 13 ППЕ 14 Пристрій охолоджувача приймача променистої енергії оптикоелектронного приладу працює наступним чином При розкритті пускового пристрою 1, азот високого тиску з балону 2, проходячи послідовно трубопроводи 3 з пневмороз'єднувачем 4, надходить у двохсекційний мікрохолодильник 5 У мікрохолодильнику 5 азот високого тиску дроселюється в дросельних отворах 10 в секціях попереднього охолодження 6 і секції зрідження 7 (див ф і г 1 ) Крім того, в секціях відбувається теплообмін між потоками газа високого і низького тисків Газ низького тиску рухається по теплообміннику у зворотньому напрямку після дроселювання Відбувається рекуперація холоду, що приводить до пониження температури перед дросельними отворами обох секцій Виходячи з трубки секції зрідження 7, охолоджений азот у вигляді паро-рідинної суміші, подається у корпус 13 приймальної камери для охолодження ППЕ 14 При цьому, на КІНЦІ патрубка 9 і подаючої трубки 7 секції зрідження на поверхні площини 16 в порожнині патрубка 9, створюють розрідження, використовуючи енергію парорідинної суміші крюагента і одноразово формують напрямок витікання парорідинної суміші крюагента 13 під кутом а відносно повздовжньої осі О-і-Оі MX 5 При транспортуванні крюагента 12 під кутом а крізь повітряний зазор в корпусі 13 приймальної камери ППЕ 14 на КІНЦІ транзитної трубки, виникає реактивна сила потоку крюагента, котра відхиляє кінець трубки 7 на стінку патрубка Це приводить до збільшення зміщення осі вихідного отвору транзитної трубки відносно повздовжньої осі 0 - 0 корпуса 13 приймальної камери ППЕ 14 (збільшується ексцентриситет) Далі при обертальному русі паро-рідинної суміші крюагента здійснюють н а ш 47839 пичення рідинного крюагента, використовуючи капілярні сили матеріалу з пористою структурою і енергію потоку У момент відключення системи охолодження, розмикається пневмороз'єднувач 4 І припиняється подача азота у MX 5 При автономній роботі ОЕП робоча температура ППЕ підтримується за рахунок випаровування рідинного азоту у корпусі 13 приймальної камери ППЕ 14 Використання пропонуємого пристрою охолоджувача приймача променистої енергії ОЕП при порівнюванні з прототипом дозволяє - зменшити час виходу на режим ППЕ за рахунок турболізацм потока паро-рідинної суміші крюагента і збільшення поверхні омивання порожнини корпуса приймальної камери ППЕ, - покращити накопичення рідинного крюагента матеріалом з пористою структурою в корпусі ППЕ за рахунок використання енергії паро-рідинної суміші крюагента (центробіжних сил) при обертальному його русі в порожнині корпуса ППЕ, що збільшує поверхню омивання крюагентом порожнини корпуса приймача променистої енергії, - збільшити час підтримування робочої температури приймача променистої енергії у автономному режимі завдяки зменшенню викиду паро-рідинної суміші при подачі її в корпус приймальної камери ППЕ, а також за рахунок ефективного накопичування рідинного крюагента матеріалом з пористою структурою, - знизити шум ППЕ от мікрофонного ефекту за рахунок виключення подачі паро-рідинної суміші крюагента вздовж повздовжньої осі приймальної камери на підложку (торець) корпуса ППЕ, - підвищити надійність пристрою за рахунок використання патрубка, який дозволяє формувати і подавати паро-рідинну суміш крюагента в суворо потрібному напрямку, - забезпечити високу стабільність теплофізичних параметрів (час виходу на режим, тривалість автономної роботи) приймача променистої енергії ОЕП при будь-якому положенні приладу у просторі і різних його кутових розворотах 47839 Фіг. 2 Фіг. З 10 11 47839 Фіг. 4 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 12