Установка для исследования теплообмена при движении криогенных жидкостей или газов в каналах в поле центробежных сил

1

С. ,О A И C А Н И Е jii)670864

ИЗОБР ЕiiE H È ß

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 08.04.77 (21) 2475316/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл.

G 011Ч 25/00

Государственный комитет (43) Опубликовано 30.06.79. Бюллетень № 24 (53) УДК 536.24 (088.8) ло делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 30.06.79 (72) Авторы изобретения

Ю. А. Кириченко, Н. М. Левченко, Ю. А. Пузырьков и В. Ф. Солянко

Физико-технический институт низких температур АН УССР (71) Заявитель (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕНА

ПРИ ДВИЖЕНИИ КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ ИЛИ ГАЗОВ

В КАНАЛАХ В ПОЛЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ

Установка предназначена для исследования теплообмена при движении криогенного хладагента (например гелия) в каналах системы охлаждения роторов электрических машин.

Известна установка для исследования теплообмена криогенных жидкостей, содержащая вращающуюся платформу, на которой расположены рабочие объемы сферической формы (1).

Однако процессы теплообмена в больших объемах существенно отличаются от процессов, протекающих в каналах.

Известны многочисленные установки для исследования теплообмена и гидравлического сопротивления при вынужденном движении газов при относительно высоких температурах и высококипящих жидкостях (2).

Эти установки по ряду причин непригодны для проведения исследований с криогенными жидкостями. Прежде всего, в криогенной установке требуется тщательная тепловая изоляция всех криогенных частей и особенно рабочего участка от окружающей среды и теплых частей установки. Криогенная тепловая изоляция качественно отлична от обычной, что ведет к существенному отличию криогенной установки, где исследуемое вещество находится при температуре 4 —: 100 К, от известных «теплых» установок, исследуемое вещество в которых обычно имеет температуру около комнатной или еще более высшую.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение возможности исследования процессов гидродинамики и теплообмена в каналах с криогенной жидкостью в широком интервале температур 4 †: 90 К, Поставленная цель достигается тем, что ротор установки выполнен разъемным и содержит вакуумированную полость, внутри которой установлен раздаточный коллектор, сообщающийся с полостью между ротором и статором через двухстенную трубку с герморазъемом на конце, при этом экспериментальные каналы окружены экранами в виде труб, укрепленных на раздаточном коллекторе.

Целесообразно покрыть внутреннюю поверхность статора теплоизолирующим материалом и внутри статора установить емкость для термостатирующей жидкости.

На прилагаемом чертеже представлен общий вид установки, основными частямикоторой являются статор 1 и ротор 2. Статор 1 выполнен в виде сосуда Дьюара, состоящего из обечайки 3, торцевых крышек 4 и 5 и емкости 6. Емкость 6 через трубку 7 может быть заполнена криогенной жидкостью или вакуумирована. От окружающей

670864

15

20 среды емкость 6 изолирована материалом

8 с большим тепловым сопротивлением. В торцевых крышках 4, 5 установлены подшипники 9, 10 и уплотнения вала 11, 12 и

13. Для подачи и отбора исследуемой жидкости крышка 4 оборудована фланцами 14 и 15 и клапаном 16. Полость между емкостью 6 и ротором 2 заполняется теплообменным газом, которым являются пары исследуемой жидкости, отводимые из раздаточного коллектора 17 через двухстенную трубку и канал. Для монтажа раздаточного коллектора 17, экранов 18 и системы измерения параметров изучаемого процесса ротор 2 у правого торца выполнен разъемным в вертикальной плоскости. Торцевая крышка с обечайкой ротора соединяются с помощью фланцевого соединения. Экраны

18 посредством пластин 19 соединяются с коллектором 17, защищая рабочие каналы

20 от теплопритоков от оболочки ротора 2.

Внутренняя полость ротора 2 через клапан 21 периодически вакуумируется. Через токоввод 22 выводятся силовые и измерительные цепи установки. Вращение ротору сообщается через шкив 23.

Перед проведением исследований на предлагаемой установке вакуумируется полость ротора, а также коллектор 17 и полость между ротором и статором и заполняется термостатирующей криогенной жидкостью в емкости 6. Вакуумирование полости ротора ликвидирует приток тепла конвекцией и теплопроводностью по газу к каналам 20 и экранам 18. Заполнение криогенной жидкостью емкости 6 уменьшает теплопритоки от окружающей среды к ротору 2 (этой же цели может служить вакуумирование емкости 6 без заполнения ес криогенной жидкостью). После этого коллектор 17 и полость между ротором и статором заполняются паром исследуемой жидкости. Затем ротор 2 приводится во вращение, и в коллектор 17 подается исследуемая жидкость. Центробежными силами жидкость отбрасывается от оси коллектора к его стенкам и затем поступает в каналы

20 и, проходя через них и через фланец 15, поступает в систему измерения расхода (на чертеже не показано). Соединенные с коллектором 17 экраны 18 приобретают температуру, близкую к температуре исследуемой жидкости, надежно изолируя рабочие участки каналов 20 от радиационного теплопритока. Пары исследуемой жидкости по каналу 24 поступают в пространство между ротором и статором, охлаждая оболочку ротора 2. После захолаживания установки и стабилиазции ее теплового режима подается необходимая электрическая мощность на рабочие участки экспериментальных каналов 20, защищенных экранами 18, и проводятся необходимые измерения с помощью систем, на чертеже не показанных. Тепло25

Зо

65 притоки от статора 1 перехватываются последовательно теплоизоляцией 8, термостатирующей жидкостью в емкости б, «олод- ными парами в зазоре между ротором и статором и радиационными экранами 18.

Охлаждение оболочки статора парами исследуемой криогенной жидкости, поступающими из раздаточного коллектора в полость между ротором и статором, а также экранирование экспериментальных каналов охлаждаемым радиационным экраном позволяет значительно сократить паразитные теплопритоки к экспериментальным каналам 20 и, таким образом, обеспечивает возможность исследования теплообмена при движении криогенных жидкостей в каналах в поле центробежных сил.

Предлагаемая установка позволяет исследовать теплообмен при движении в каналах в поле центробежных сил любых криогенных жидкостей, в том числе жидкого гелия. В последнем случае термостатирующей жидкостью, которой заполнястся емкость 6, может быть жидкий азот.

В зависимости от исследуемой жидкости и режима работы установки емкость б может либо заполняться термостатирующей криогенной жидкостью (этим создается изотермическая оболочка с температурой, намного меньшей температуры окружающей среды, что уменьшает внешние теплопритоки к ротору), либо вакуумироваться без заполнения термостатирующей жидкостью (в этом случае создается добавочное термическое сопротивление, уменьшающее теплопритоки от окружающей среды к ротору).

Формула изобретения

Установка для исследования теплообмена при движении криогенных жидкостей или газов в каналах в поле центробежных сил, содержащая статор и полый ротор, в котором установлены экспериментальные каналы, сообщающиеся с раздаточным коллектором, отл ич а ю ща я с я тем, что, с целью обеспечения возможности исследования процессов теплообмена и гидродинамики в каналах с криогенной жидкостью, например, с жидким гелием, ротор устройства выполнен разъемным и содержит вакуумированную полость, внутри которой установлен раздаточный коллектор, сообщающийся с полостью между ротором и статором через двухстенную трубку с герморазъемом на конце, при этом экспериментальные каналы окружены экранами в виде труб, укрепленных на раздаточном коллекторе, а статор выполнен в виде заполненной термостатирующей жидкостью или вакуумированной емкости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

670864 б б

1б 1

Составитель В. Гусева

Корректор А. Степанова

Редактор А. Абрамов

Заказ 1548/16 Изд. 414 Тираж 1090 Подписное

ЦНИИПИ НПО «Поиск> Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

1. Лвторскос свидетельство СССР

¹ 271074, кл. G OIN 25/00, 1968.

2. Тс лоотдача в осевых каналах ротора

6 электрической машины, «Электротехника».

1973. ¹ 5, с. 29 — 32.