Устройство для исследования теплообмена

 

Использование: в теплообменной аппаратуре , в энергетической промышленности. Сущность изобретения: устройство для исследования теплообмена содержит корпус 1, тепловыделяющие элементы 2 с торцевыми токоподводящими фланцами 3 и 4 и электроизолирующие узлы 5. Каждый из узлов 5 выполнен составным из трех колец 7.8 и 9. Центральное кольцо 8 выполнено из пластичного внутреннего и электроизолирующего наружного элементов тороидальной формы. Крайние кольца с внутренней стороны их губок имеют кольцевые углубления и снабжены уплотнительными прокладками, размещенными в углублениях. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОцИАлистических

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4898297/06 (22) 02.01.91 (46) 30.10.92. Бюл. М 40 (71) Научно-производственное объединение

"Энергия" (72) Н.M.Âîëêîâ, И.Н.Горячкин и Б.И.Нигматуллин (56) Авторское свидетельство СССР

Рв 1040315, кл. F 28 F 27/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

ЬВ 10711925, кл. F 28 F 27/00,,1982. . Авторское свидетельство СССР

hh 1633547, кл. F 28 F 27/00, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ТЕПЛООБМЕНА

„„SU „„1772577 А1 (я)з F 28 F 27/00 (57) Использование: в теплообменной аппаратуре, в энергетической промышленности.

Сущность изобретения: устройство для исследования теплообмена содержит корпус 1, тепловыделяющие элементы 2 с торцевыми токоподводящими фланцами 3 и 4 и электроизолирующие узлы 5. Каждый из узлов 5 выполнен составным иэ трех колец 7,8 и 9.

Центральное кольцо 8 выполнено из пластичного внутреннего и электроизолирующего наружного элементов тороидальной формы. Крайние кольца с внутренней стороны их губок имеют кольцевые углубления и снабжены уплотнительными прокладками, размещенными в углублениях. 2 ил.

1772577

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в энергетической промышленности.

Известно устройство для исследования теплообмена, содержащее корпус с фланцами. закрепленные на корпусе собирающую и раздающую камеры с трубными досками и тепловыделяющие трубы с токоподводами на тОрцах.

Недостатком указанного устройства является жесткое крепление труб в трубных досках, что приводит к возникновению температурных напряжений и снижению надежности устройства в целом.

Известно также устройство для исследования теплообмена, содержащее корпус со стяжными шпильками, тепловыделяющие элементы с торцевыми токоподводя щими фланцами и размещенные между

Фланцами и корпусом кольцевые электроизолирующие узлы. Тепловыделяющие элементы встроены в один из токоподводящих фланцев по скользящей посадке и их свободное перемещение во фланце при термокачках исключает возникновение осевых температурных напряжений в тепловыделя-. ющих элементах.

Недостатком указанного устройства является возникновение радиальных температурных напряжений при термокачках в зоне контакта электроизолирующего узла со смежными элементами из-за жесткого крепления токоподводящих фланцев и разных значений коэффициентов линейного расширения материалов корпуса, токоподводящего фланца и электроизолирующего узла, что. снижает, надежность эксплуатации устройства в целом.

Кроме того, обеспечение свободного перемещения тепловыделяющих элементов во фланце снижает технологичность изготовления устройства и приводит к появлению зазоров между элементами и токоподводящим фланцем, что повышает электросопротивление и снижает мощность устройства.

Ближайшим техническим решением к изобретению является устройство для исследования теплообмена, содержащее корпус с крышками и установленными в нем тепловыделяющими элементами, подсоединенными к токоподводящим шинам, и кольцевые электроизолирующие элементы. установленные между крышками и корпусом, в котором токоподводящие шины выполнены в виде фианцев, установленных между крышками и корпусом с возможностью перемещения вдоль оси корпуса, а электроизолирующие элементы расположены по обе стороны от этих фланцев и выполнены составными, состоящими из соединенных между собой колец, центральное из которых выполнено из электроизолирующего материала, а крайние — из.материала с

5 коэффициентом линейного расширения, меньшим соответствующего коэффициента материала корпуса, причем устройтво снабжено прижимными плитами, соединенными с корпусом и расположенными за крышками

10 с образованием зазора, в котором дополнительно установлены упругие элементы.

Центральное кольцо выполнено из керамики микролит ЦМ-332; а крайние кольца — из титана или козара. Жесткость материа15 ла колец и их конструктивные особенности приводят к тому, что увеличение давления рабочей среды (90 — 100 ата) сопровождается появлением протечек в зоне контакта колец даже несмотря на наличие

20 прокладок между ними. Увеличение сжимающих усилий частично уменьшает протечки, однако приводит к увеличению осевых напряжений и к снижения надежности устройства в целом, 25 Таким образом, недостатком указанноr0 устройства является недостаточно надежное уплотнение между кольцами электроизолирующего элемента, вызванное жесткостью центрального кольца и возник30 новением зазоров между центральным кольцом и губками крайних колец при термокачках.

Целью изобретения является исключение протечек рабочей среды.

35 Указанная цель достигается тем, что центральное кольцо электроизолирующего элемента выполнено биметаллическим из пластичнОго внутреннего и электроизолирующего наружного элементов тороидальной

40 формы, причем крайние кольца с внутренней стороны их губок имеют кольцевые углубления и снабжены уплотнительными прокладками, введеными в углубления.

На фиг,1 схематично изображено ow45 сываемое устройство; на фиг. 2 — электроизолирующий элемент, Устройство для исследования теплообмена содержит корпус 1, тепловыделяющие элементы 2 с торцевыми токоподводящими

50 фланцами 3 и 4 и размещенные между фланцами 3 и 4 и корпусом 1 электроизолирующие узлы 5. Такоподводящий фланец 3 установлен с возможностью перемещения вдоль оси корпуса 1 и снабжен с противопо55 ложной тепловыделяющим элементам 2 стороны упругим поджимным элементом 6.

Каждый из электроизолирующих узлов 5 выполнен составным из трех последовательно установленных на корпусе 1 колец 7,8 и 9.

Крайние кольца 7 и 9 выполнены из матери1772577 ала, коэффициент линейного расширения которого ниже соответствующего коэффициента материала корпуса, В зонах контакта между узлом 5, корпусом 1 и фланцами 3 и 4, а также между кольцами 7,8 и 9 размещены уплотнительные прокладки 10. Корпус 1 снабжен опорным и поджимным фланцами 11 и 12 соответственно, стянутыми шпильками 13.

Подвижность токоподводящего фланца 3 обеспечивается гибкой шиной 14 и тем, что он не связан со шпильками 13, т,е. фланец

3 выведен as пределы жесткого крепления элементов устройства. Центральное кольцо

8 выполнено иэ пластичного внутреннего 15 и электроизолирующего наружного 16 элементов тороидальной формы. Крайние кольца 7 и 9 с внутренней стороны их губок 17 имеют кольцевые углубления 18 и снабжены прокладками 19, введенными в углубления

18.

В реальном исполнении токоподводящий фланец 3 и корпус 1 изготовлены из стали, внутренний элемент 15 кольца 8 изготовлен из алюминия, а наружный элемент

16 — из AlzOa. крайние кольца 7 и 9 изготовлены из титана или ковэра, а уплотнительные прокладки 10 и 19 из меди. Поджимной элемент 6 представляет собой тарельчатую пружину, размещенную между токоподводящим фланцем 3 и поджимным фланцем

12.

При включении в работу описываемое устройство работает следующим образом, К тепловыделяющим элементам 2 подводится охлаждающий теплоноситель и токоподводящие фланцы 3 и 4 включаются в электрическу,о цепь.

При прохождении тока в тепловыделяющих элементах 2 выделяется тепло. Теплоноситель подогревается до требуемой температуры и выводится по технологическому назначению.

В процессе работы устройства его элементы прогревэются до рабочей температуры, расширяются и происходят их взаимные перемещения кэк в осевом, так и в радиальном направлениях в coc,ãBåòñòâèè со значениями коэффициентов линейного расширения материалов, из которых изготовлены элементы, и уоовня их рабочих температур. П ри исследовании нестэционарных процессов осуществляется регулярное изменение подводимой мощности, в результате чего происходит и регулярное изменение температуры (термокачки) элементов устройства. В соответствии с изменением температуры происходит и циклическая (как осевая, так и радиальная) 5

55 подвижка элементов устройства относительно друг друга. так как основным критерием при определении материала крайних колец 7 и 9 является предложенный закон выбора значения коэффициента линейного расширения, то при термокачках разница в изменении радиальных размеров корпуса 1, токоподводящего фланца 3 и центрального электроизолирующего кольца 8 сглаживается промежуточным значением изменения радиальных размеров крайних колец 7 и 9, и чем больше сближаются значения коэффициентов линейного расширения материалов колец 7,8 и 9, тем меьший уровень присбретают термические на ряжения в зоне контакта электроизолирующего кольца 8 со смежными кольцами 7 и 9, а при их равенстве напряжения исчезают. Кроме того, налиwe уплотнительных колец 10 способствует проскальзыванию колец 7 и 9 относительно кольца 8 и дальнейшему уменьшению термических напряжений. В свою очередь, отсутствие жесткого крепления токоподводящего фланца 3 в осевом направлении способствует тому, что при термическом расширении элементов вдоль оси корпуса, превышающем усилие стяжки, поджимной элемент 6 сжимается, а при уменьшении уровня рабочих температур и осевых размеров элементов поджимной элемент 6 расширяется, обеспечивая тем самым постоянное усилие стяжки элементов устройства, что способствует сокращению требуемой герметичности корпуса устройства и исключает увеличение усилий в зоне контакта колец 7,8 и 9. Выполнение центрального кольца 8 биметаллическим и наличие внутреннего пластичного элемента

15 обеспечивают требуемую податливость контактирующей поверхности кольца 8и позволяют выбрать технологические зазоры между кольцами умеренными сжимающими усилиями. Кроме того, наличие дополнительных прокладок 19 и их прессовэя насадка на центральное кольцо 8 создают дополнительный уплотняющий узел, что позволяет снизить сжимающие усилия без нарушения герметичности устройства в целом.

Таким образом, по сравнению с прототипом предложенное устройство обеспечивает герметичность соединений, снижает уровень осевых напряжений и повышает надежность эксплуатации в целом.

Формула изобретения

Устройство для исследования теплообменэ, содержащее корпус с крышками и расположенными в нем тепловыделяющими элементами, подсоединенными к токоподводящим шинам, выполненным A виде флан1772577

1b 7

1У

Составитель Н.Волков

Техред M.Ìîðãåíòàë

Редактор

Корректор Н,Слободяник

Заказ 3835 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 цев, установленных между крышками и корпусом с возможностью перемещения вдоль оси корпуса, а также размещенные между крышками и корпусом по обе стороны фланцев кольцевые электроизолирующие элементы, выполненные составными из соединенных между собой колец, центральное из которых выполнено из электроизолирующего материала, а крайние — из материала с коэффициентом линейного расширения. меньшим соответствующего коэффициента материала корпуса, и имеют углубления с образованием губок под центральное кольцо, причем устройство снабжено прижимными плитами, соединенными с корпусом и расположенными за крышками с образованием зазора, в котором установлены упругие элементы, о т л и ч а ю щ е е с я

5 тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности путем исключения протечек рабочей среды, внутри центрального кольца в контакте с электроизолирующим материалом расположен внутренний элемент из

10 пластичного материала, э крайние кольца с внутренней стороны их губок имеют кольцевые углубления и снабжены уплотнительными прокладками,,размещенными в углублениях.