Устройство для определения коэффициента теплообмена Советский патент 1984 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к теплофизи ческим исследовательским установкам, в частности к установкам, предназна™ чанным для исследования теплообмена при движении криогенного теплоносителя во вращающемся каналэ. Результаты исследований могут быть использованы в электротехнической ленности для повьппения надежности системы охлаждения роторов электрических машин со сверхпроводящей обмоткой . Известно устройство для определения коэффициента теплообмена при .вынужденном движении теплоносителя, содержащее статор и ротор с расположенными в нем каналами для протока исследуемого теплоносителя и узлов подвода и вывода теплоносителя из ротора l J. Устройство позволяет исследовать теплообмен при вынужденном движении некриогенных теплоносителей во вращающемся канапе, но не предназначено для исследования теплообмена криоген пьк жидкостей из-за отсутствия специальной криогенной теплоизоляции. В криогенном устройстве требуется тщательная тепловая изоляция всех криогенных частей от окружающей среды и теплых частей устройст1за. Криоген ная изоляция качественно отлична от обычной, что приводит к существенном отличию криогенного устройства от из вестных теплых устройств. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения коэффициента теплообмена при движении криогенных жидкостей или газов в каналах в поле центробежных сил, содержащее криостатированньы статор, к крышке которого соосно с ним под- вещен разъемный полый ротор,, в вакуумированной полости которого установ лены окруженные экранами измерительные каналы с датчиками температуры и нагревателями и системы ввода криогенного теплоносителя в измерительные каналы и вывода его к расходомеру, расположенные на оси статора 2 Однако ввод криогенного теплоносителя осуществляется с помощью специального устройства ввода и уплотнений, работающего при низких температурах, что создает дополнительные источники теплопритока к криогенному теплоносителю. Кроме того, вследстви малой надежности работы уплотнений при низких температурах появляется возможность подсоса воздуха в линию вывода теплоносителя5 связывающую измерительные каналы с расходомером, что приводит к опибкам в измерении расхода криогенного теплоносителя. Для снятия теплопритокаS идущего по измерительным цепям из зоны комнатHfasx температур к датчикам экспериментальных каналов, эти цепи приходят через прострапстБо, заполненное выходящими нз раздаточного коллектора низкотемпературными парами криогенного теплоносителя. При этом герморазт:.ем вывода измерительных цепей контактирует с низкотемпературными парами, что снижает надежность в работе вследствие возникающих больших термических напряжений. Цель изобрете.ни51 - повьпкение кадежкостк определения при длительной работе в условиях низких температур„ Поставленная цепь достигается тем, что в устройстве для определения коэффициента теплообмена при движении , криогенного теплоносителя Б каналах в поле центробежньпс с;ил, содержащем криостатированный статор, к крышке которого соосно с ним подвешен разъемHbtti польш ротор, в вакуумированной полости которого установлень окруженные экранами измерите:аьные каналь с датчиками температуры и нагревателями и системы ввода криогенного теплоносителя в измерительные каналы и, вывода его к расходомеру, расположенные на оси статора, система ввода криогенного теплоносителя в каналы ротора вьшолнена в виде емкости для криогенного теплоносителя, находящейся в статоре и сообщающейся с измерительными каналами через двустег-шую полую трубку ротора, зазор стенками которой соединен с вакуумированной полостью ротора, а система вывода теплоносителя выполнена в виде двустенной полой трубки, проходящей через крьпяку статора, и через переходник вне зоны статора соединена с расходомером. На чертеже изображено предлагаемое устройство, продольный разрез. Устройство содержит криостатированный статор 1, снабженный азотными бачками для отсечения теплопритоков из зоны комнатных температур к исследуемому криогенному теплоносителю, и полый раз7земньш ротор 2, часть вала которого представляет собой двустенную полую трубку 3, погру31

женнуга в емкость статора с криогенным теплоносителем. В средней части ротора расположены измерительные каналы 4, окруженные тепловыми экранами 5 и связанные с осью ротора опорными тягаг-ш 6. наружной поверхности измерительньк каналов размещены датчики 7 температурь и нагреватель 8, Измерительные каналы помещены в вакуумированную полость 9, на верхнем торце которой расположен теплообменник 10 с намотанными на него проводами измерительных цепей, идущих от герморазъема 11 к датчикам измерительных каналов Теплообменник служит для снятия теплопритока, идущего по измерительным цепям из зоны комнатньсх температур к датчикам измерительных каналов. Верхняя часть ротора выполнена в виде двустенной полой трубки, проходяьчей- через крьшку статора 12, и на ней вне зоны статора расположены переходник 13, вакуумный вентиль .14 и шкив 15. Через крышку статора проходит трубка 16 заполнения криогенной жидкостью емкости статора.

Устройство работает следующим образом.

С помощью клиноременной передачи через шкив 15 вращение передается от

254

двигателя ротору 2 устройства. Под действием разряжения, создаваемого насосом в линии расходомера, криогенньпЧ теплоноситель из емкости криостатированного статора 1 поступает в двустенную полую трубку нижней части вала ротора 3 и измерительные каналы 4, затем проходит в теплообменник 10, охлаждая намотанные

на него провода измерительных цепей, и через зазор между стенками полой трубки верхней части ротора и переходник 13 выводится в линию расходомера. Перед началом работы полость 9 вакуумируется и заглушается с помощью

вакуумного вентиля 14. В ходе эксперимента по мере расходования .криогенного теплоносителя из емкости криостатированного статора 1 его количество пополняется из сосуда Дьюара через трубку 16 заполнения.

Применение предлагаемого -устройства позволит уменьшить теплопритоки к криогенному теплоносителю, устранить

возможность подсоса воздуха в линию вывода теплоносителя и появление ошибок в измерении его расхода, улучшить условия работы герморазъема и охладить провода измерительных цепей,

и,цу1дие к датчикам измерительных каналов. еШ /J /fpacxodonepi/

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООБМЕНА при движении криогенного теплоносителя в каналах в поле центробежных сил, содержащее криостатированный статор, к крышке которого соосно с ним подвешен разъемный полый ротор, в вакуумированной полости которого установлены окруженные экранами измерительные каналы с датчиками температуры и нагревателями и системы ввода криогенного теплоносителя в измерительные каналы и вывода его к расходомеру, расположенные на оси статора, о т л и ч- a ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности его при длительной работе в условиях низких температур, система ввода криогенного теплоноси/теля в каналы ротора выполнена в виде емкости для криогенного теплоносителя, находящейся в статоре и сообщаквцейся с измерительными каналами через двустенную полую трубку ротора, g зазор меаду стенками которой соединен с вакуумированной полостью ротора, a система вывода теплоносителя выполнена в виде двустенной полой трубки, проходящей через крышку статора, и через переходник вне зоны статора соединена с расходомером. Ю О1 ел кэ сд