Электроподогреватель газа

 

Использование: нагрев газа в испытательных установках (аэродинамических трубах ), в системах кондиционирования, при сушке. Сущность изобретения: токоведущая шина (4) подогревателя вблизи от коллектора (2) выполнена в виде шунта, соединяющего трубы (1) подогревателя и смещенного относительно коллектора (2). 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F24 Í3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4939897/06 (22) 30.05.91 (46) 23.11.92. Бюл, N 43 (71) Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И.Баранова (72) Н.И,Ивашев, В,M.Ñìèðíîâ, Ю.B.Øexòман и Г.Г.Матлин (56) Ю.Б.Елисеев и др., "Компактный трубчатый электроподогреватель", "Электротермия™, вып. 64, 1967, с.13.

Авторское свидетельство СССР

В 117394, кл, F 24 Н 3/04, 1958. Ы, 1776930 А1 (54) ЭЛЕКТРОПОДОГРЕВАТЕЛЬ ГАЗА (57) Использование: нагрев газа в испытательных установках(аэродинамических трубах), в системах кондиционирования, при сушке. Сущность изобретения: токоведущая шина (4), подогревателя вблизи от коллектора (2) выполнена в виде шунта, соединяющего трубы (1) подогревателя и смещенного относительно коллектора (2). 3 ил.

1776930

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано в аэродинамических трубах для высокотемпературного подогрева воздуха, в испытательных установках, системах кондиционирования, для сушки.

Известен подогреватель воздуха, содержащий корпус, установленные в корпусе нагреваемые током трубки, закрепленные одним концом в трубной доске. Недостатками такого подогревателя являются сложность конструкции, большие нагрузки на трубную доску, возможность неравномерного распределения воздуха по трубкам, Известен электрический подогреватель текучей среды, содержащий нагреваемые током трубы, соединенные по концам со сборными коллекторами, и токоведущие шины. Недостатками известного решения являются: Manas надежность и пониженная циклическая долговечность вследствие термических напряжений в местах соединения труб с коллектором, которые возникают здесь из-за существенного различия между температурой коллектора и трубы. Это различие вызвано тем, что разность между температурой трубопровода (трубы или коллектора) и протекающего па нему газа пропорциональна удельному тепловыделению в стенках, которое, в свою очередь, пропорционально квадрату плотности тока в стенке. Для коллектора плотность тока намного меньше, чем для трубы, и поэтому в коллекторе тепловыделение и, следовательно, различие между температурой стенки и газа пренебрежимо малы па сравнению с трубами. Однако в местах соединения труб с коллекторам температура газа одинакова и для трубы и для коллектора, вследствие чего температура трубы здесь оказывается существенно выше, чем для коллектора, т.е. возникает разность температуры между трубой и коллектором при их соединении. У высокотемпературных трубчатых подогревателей газа эта разность может оказаться достаточно большой, а температуры трубы — близкой к предельно допустимой для материала трубы. При таких условиях возникают существенные термические напряжения в местах соединения труб с коллектором, что приводит к уменьшению надежности подогревателя и снижеwe его ресурса на циклических режимах (циклической долговечности).

Цель изобретения — повышение надежности подогревателя и его циклической долговечности путем снижения термических напряжений в местах соединений труб с коллекторам. Указанная цель достигается тем, чта в электропадагревателе газа, содержащим нагреваемые током трубы, соединенные по концу со сборным коллектором, и токаведущие шины, расположенная в зоне соединения труб с коллектором токоведущая шина выполнена в виде шунта, соединяющего все трубы и смещенного относительно коллектора, а электрическое сопротивление труб на шунтируемом участке по меньшей мере в 5 — 10 раз больше сопротивления шунта.

На фиг.1 приведена схема подогревате.ля; на фиг.2 — шина, расположенная в зоне соединения труб с коллектором при расположении труб подогревателя в одной плоскости; на фиг.3 — шина при пространственном расположении труб.

На фиг.1 изображен подогреватель с токоведущими трубами 1, сборным коллектором 2, к которому трубы присоединены

25 своими концами, подводящими токоведущими шинами 3 на трубах, по которым к трубам подводится электропитание ат источника тока, и связанной с землей токаведущей шиной 4, расположенной вблизи от коллектора, т.е. в зоне соединения труб с коллектором. Шина 4 выполнена в виде шунта, соединяющая все трубы 1 подогревателя и расположенного со смещением относительно коллектора 2, вследствие чего между шиной и коллектором образуется шунтируемый участок 5. Соединение шины

4 с трубами 1 при расположении труб в одной плоскости изображена на фиг.2, а на фиг.3 — при пространственном расположении труб, когда они центрами сечений располагаются па вершинам равностороннего треугольника. Труба 1 и шина 4 соединяют-. ся между собой на части периметра трубы с одной стороны по ее образующей, напри30

40 мер, при помощи сварки или пайки, Электрическое сопротивление труб 1 на шунтируемам участке 5 по меньшей мере в

5-10 раз больше, чем у шунта.

При работе подогреват еля нагреваемый

45 газ движется по трубам 1 и нагревается за счет джоулева тепла, выделяющегося в трубах 1 при прохождении па ним электрического тока, который подводится через токоведущие шины 3. Сила тока, проходя55 тока. Часть его проходит по шине 4, другая — no шунтируемому участку 5 трубы и коллектору 2. Соотношение между силой тока на обоих участках трубы — ра" î÷åì и шунтируемом 5 — определяется соотношением между электрическим сопротивлением ши50 щего между шинами 3 и 4, на т,н. рабочем участке трубы, имеет расчетное значение, соответствующее данному режиму подогревателя. В зоне соединения труб 1 с коллектором 2 происходит перераспределение

1776930

10

35

45

50 ны 4 (шунта) и труб на шунтируемом участке

5. Указанное сопротивление труб для заданных размеров сечения зависит от их длины в пределах шунтируемого участка, т,е. от смещения шунта относительно коллектора.

Варьируя этим смещением и сопротивлением шунта, возможно в широких пределах изменять силу тока на шунтируемом участке трубы. Удельное тепловыделение при этом меняется еще сильнее, пос.<ольку для данной трубы оно зависит от квадрата силы тока, проходящего через трубу. Так же сильно будет меняться и разность между температурой трубы и газа, которая пропорциональна этому тепловыделению.

Например, если сопротивление шунта 4 меньше сопротивления труб на шунтируемом участке 5 вдвое., то максимальный ток через трубу будет здесь я "" раз меньше, чем на рабочем участке, а разность между температурой трубы и гаэг уменьшится в 25 раз, В этом случае при р-.ç-:c v между температурой труб и газа на рзбочем участке порядка 150 — 200 С температура трубы у коллектора 2 практически будет равна температуре газа в коллекторе. Длина трубы на шунтируемом участке должна быть возможно меньше (в частности, для уменьшения теплопотерь), поэтому ее электрическое сопротивление здесь при обычно используемых на практике тоубах составляет тысячные доли Ома, а сопротивление шунта с учетом сопротивления контактов между ним и трубами должно быть еще меньше, причем следует учесть, что значения контактных сопротивлений могут оказаться сравнимыми с сопротивлением шунта. Прямое измерение электрического сопротивления установленного на трубах шунта (а также труб на шунтируемом участке) в производственных условиях может. оказаться затруднительным вследствие очень малой абсолютной величины этих сопротивлений.

Поэтому сопротивление шунта нужно задать с достаточным запасом по отношению к сопротивлению труб на шунтируемом участке. На этом основании следует выдержать сопротивление труб на шунтируемом участке в 5 раз больше (по меньшей мере), чем у шунта. С другой стороны, уменьшение сопротивления шун. = более чем в 10 оаз по сравнению с трубами не целесообразно поскольку разность между температурой трубы и газа на шунтируемом участке уже примерно на два порядка меньше, чем на рабочем.

Предлагаемый подогреватель позволяет существенно повысить надежность и циклическую долговечность трубчатых подогревателей вследствие практически полного устранения напряжений в местах соединения труб с коллектором, так как в. этом устройстве обеспечивается практиче- . ски одинаковая температура трубы и коллектора при «х соединении, Значительное повышение надежности подогревателя обеспечивается при соединении труб 1 с шиной 4 (шунтом) с использованием контакта лишь на части периметра трубы, когда реализуется односторонний контакт. близкий к линейному, что позволяет трубам свободно расширяться при их нагреве, Как показывают проведенные оценки, допустимое число теплосмен для такого контакта на несколько порядков больше, чем для контакта по всему периметру трубы, как это имеет место в прототипе.

На основании проведенных исследований модельных подогревателей, подтвердивших увеличение надежности и циклической долговечности, выполнены технические проработки трубчатых подогревателей, расчитанных на подогрев воздуха до 600 С при мощности 1 МВт и 5 МВт.

Проведены предварительные испытания модуля мощностью 1 МВт.

Формула изобретения

Электроподогреватель газа, содержащий подключенные к сборному коллектору полые трубчатые нагреватели, соединенные с токоведущими шинами, расположенными на нагревателях со смещением относительно коллектора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем снижения термических напряжений, токсведущие шины выполнены в виде шунта, соединяющего трубчатые нагреватели, электрическое сопротивление которого в 510 раз меньше электрического сопротивления нагревателей на шунтируемом участке.

1776930

Составитель H.Èâàøåâ

Техред M.Ìîðråíòýë

Корректор M.Kåðåöìàí

Редактор Т.Шагова

Заказ 4112 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