LS-Sb87953

У некоторых ламп с неразъемной конструкцией бака (рис. 5.2) доступа к охлаждаемой поверхности нет.

Вода

Рис. 5.2

В этом случае температура анода не измеряется, и о ней судят косвенно по срабатыванию специальных термоиндикаторов плавления, нанесенных в виде точек на анодный спай с керамикой. Термоиндикатор резко меняет свой цвет при достижении температуры перехода, характерной для каждого типа термоиндикатора.

Почти все мощные генераторные лампы с водяным охлаждением анода работают в режиме поверхностного кипения, обладающем высокой эффективностью, поэтому температура анода намного ниже предельно допустимого значения. Однако при определенных условиях (нагрузках) существует опасность лавинообразного нарастания температуры, связанная с покрытием поверхности сплошной пленкой пара (кризис теплообмена).

Нормальный режим охлаждения должен обеспечивать 2,5 3-кратный запас надежности по отношению к критической нагрузке.

Коэффициент запаса надежности определяется путем перегрузки электрода или уменьшения расхода воды до появления предкризисного состояния: резкого нарастания температуры, возникновения пульсаций давления.

5.2. Описание экспериментальной установки

При проведении теплофизических экспериментов используется электрическая схема, обеспечивающая выделение и измерение мощности на всех электродах лампы в статическом режиме (рис. 5.3).

На схеме приняты следующие обозначения: VL исследуемый прибор

21

(тетрод); E1, E2, E3, E4 стабилизированные источники питания первой и второй сеток, анода и накала; PV1, PV2, PV3, PV4, PA1, PA2, PA3 вольтметры и амперметры для измерения напряжений и токов первой и второй сеток, анода и накала соответственно; С1, С2, С3, R1, R2 конденсаторы и резисторы для подавления паразитной генерации; t1, t2 , t3 термопары для измере-

ния температуры оболочки лампы и температуры теплоносителя; ПК переключатель термопар; А-565 цифровой прибор для измерения температур с автоматической компенсацией температуры свобод-ных концов термопар.

Если термопара закреплена на аноде, то измерительная цепь вторичного прибора оказывается под высоким анодным напряжением, поэтому питание прибора от сети осуществляется через разделительный трансформатор 220/220 В, выдерживающий это напряжение.

5.3.Порядок проведения эксперимента

1.Ознакомиться с исследуемым прибором, зарисовать его системы выводов и охлаждения, записать основные справочные данные.

2.Ознакомиться с испытательным стендом, приборами для контроля теплового режима.

3.Установить исследуемый прибор на испытательный стенд и подключить его к схеме (производится с помощью обслуживающего персонала).

4.Установить по ротаметру паспортный расход воды на анод. Если паспортный расход воды задан для температуры t1, а измеренная темпе-ратура

равна t2, то необходимо ввести расчетную поправку, определяемую из усло-

qк для измеренной и паспортной температур воды:

ент теплопроводности охлаждающей жидкости (воды); dэкв – эквивалентный гидравлический диаметр канала, равный удвоенной ширине зазора между

рость воды в канале; V – расход воды; f – проходное сечение канала. Вначале вычисляется qк при t1, затем методом последовательных при-

ближений подбирается такой расход воды для t2 , чтобы выполнялось соотношение (5.1).

5.Включить источники питания и установить расчетный (паспортный) режим работы прибора (Uн , Pн UнIн , Ua , Ia , Pa Ua Ia ).

6.Измерить температуру воды на входе в прибор.

7.Плавно увеличивая мощность рассеяния на аноде, зафиксировать момент наступления предкризисного состояния по колебаниям стрелок манометров.

8.Установить исходный режим по мощности рассеяния и расходу воды.

9.Плавно уменьшая расход воды, зафиксировать момент наступления предкризисного состояния по колебаниям стрелок манометров.

10.Повторить пп. 4–9 для других значений Pa и V .

11.Измерить перепад давлений на баке для четырех значений расхода

воды.

12.Снять напряжения на электродах и выключить источники питания. Через 2-3 мин выключить охлаждение прибора.

5.4.Содержание отчета

1.Название и цель работы.

2.Система выводов и система охлаждения исследуемого прибора и его основные справочные данные.

3.Схема установки с краткими пояснениями.

23

4. Описание методики экспериментального обследования.

5. Таблица экспериментальных данных. Графики зависимостейp f V . Таблица pкр.

6.Расчет поправки для измеренной температуры воды.

7.Выводы о проделанной работе.

5.5. Контрольные вопросы и задания

1.Что такое поверхностное кипение?

2.Почему происходит скачкообразное изменение температуры анода при увеличении мощности рассеяния?

3.Что такое критическая тепловая нагрузка?

4.Как измеряются температура воды и перепад давления воды в баке?

Лабораторная работа 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ИСПАРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ МЭП

Цель работы: расчетно-экспериментальное определение критической мощности рассеяния на аноде МЭП.

6.1. Общие сведения

Испарительный способ охлаждения имеет некоторые преимущества по сравнению с водяным, хотя и уступает ему по величине удельных тепловых потоков.

Так, например при испарительном способе, максимальное допустимое превышение температуры воды значительно больше, чем при водяном, кроме того не требуются насосы для циркуляции воды.

6.2. Описание экспериментальной установки

Реализация испарительного охлаждения анода может производиться различными способами, наиболее эффективный из которых проиллюстрирован рис. 6.1. В этой схеме лампа 1 расположена анодом вверх в баке 2, заполненном водой. Уровень воды в баке устанавливается выше верхней кромки поверхности анода. На поверхности анода вода превращается в пар, который поднимается на поверхность воды и направляется по трубе 3 к конденсатору в виде змеевика с проточной водой 4. Сконденсированный пар в виде капель возвращается в бак по трубе 5 под действием силы тяжести.

24

Система оборудуется прибором 8 для измерения температуры с термопарой 6 и разделительным трансформатором 7.

Основной недостаток схемы: трудоемкие операции по установке и снятию лампы.

По сравнению с принудительным водяным охлаждением испарительное охлаждение имеет меньшую критическую нагрузку (для гладкостенного анода q 120 Вт/см2). Для затягивания кризиса теплообмена применяют массивные ребра, призванные стабилизировать процесс кипения.

Пар

2

Вода

1

6

5

7 8

Воздух

Рис. 6.1

Для определения коэффициента запаса надежности по отношению к критической нагрузке анод подвергают перегрузке до появления явных признаков наступления кризиса (увеличение обратного тока первой сетки, быстрый рост температуры).

При проведении эксперимента используется схема, обеспечивающая статический режим работы прибора.

6.3.Порядок проведения эксперимента

1.Ознакомиться с исследуемым прибором, зарисовать его системы выводов и охлаждения, записать основные справочные данные.

25

2.Ознакомиться с испытательным стендом, приборами для контроля теплового режима.

3.Установить исследуемый прибор с системой охлаждения на испытательный стенд и подключить его к схеме (производится с помощью обслуживающего персонала).

4.Включить источники питания и установить заданный статический ре-

жим работы прибора (Iн; Uн; Uc1; Ic1; Uc2; Ic2; Iа; Uа).

5. Снять зависимость температуры анода от мощности рассеяния на аноде Pa = IaUa вплоть до точки ta крит, при которой начинается лавинообразный подъем температуры.

6. Снять напряжения на электродах и выключить источники питания в обратном порядке. Через 2-3 мин выключить охлаждение прибора.

6.4. Содержание отчета

1.Название и цель работы.

2.Система выводов и система охлаждения исследуемого прибора и его основные справочные данные.

3.Схема установки с краткими пояснениями.

4.Описание методики экспериментального обследования критической мощности теплового рассеяния на аноде.

5.Таблица экспериментальных данных. График зависимости ta = f (Pa).

6.Выводы о проделанной работе.

6.5. Контрольные вопросы и задания

1.Поясните принцип действия системы испарительного охлаждения мощных приборов.

2.Приведите преимущества испарительной системы охлаждения.

3.Приведите и поясните кривую Нукияма.

4.Поясните разницу между пузырьковым и пленочным режимами кипения воды.

5.Почему при испарительном способе охлаждения не нужна принудительная система циркуляции воды?

6.Какие конструкции систем испарительного охлаждения вы знаете?

7.Сравните между собой по эффективности системы испарительного и принудительного водяного охлаждения анода.

26

Лабораторная работа 7 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДУШНОЙ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ МЭП

Цель работы: расчетно-экспериментальное определение тепловых характеристик МЭП с воздушным охлаждением.

6.1. Общие сведения

Тепловые характеристики строят на основе результатов измерений, проводимых на специальном стенде, содержащем источники питания электродов лампы, вентиляторы, приборы и приспособления для измерения расхода воздуха V , перепада давления в радиаторе H , температуры анода и воздуха, приборы для измерения мощности рассеяния на электродах.

На рис. 7.1 показана схема охлаждения генераторного прибора и измерения расхода воздуха, перепада давления и температуры анода.

Генераторный прибор VL установлен на участке трубопровода из электроизолирующего материала И, который, в свою очередь, присоединен к длинному (около 4 м) трубопроводу Т и к вентилятору В. Для регулирования расхода воздуха в выходном патрубке вентилятора расположена дистанционно управляемая через исполнительный механизм заслонка З. В воздуховоде имеется полость для отбора и измерения статического давления (разрежения) воздуха с помощью U-образного манометра. Поскольку отверстие манометра открыто в атмосферу, прибор измеряет перепад давления в радиаторе. Для перемешивания воздуха и усреднения его температуры используются решетка и длинный участок трубопровода. Температура воздуха измеряется термометром сопротивления ТСМ, подключенным ко вторичному цифровому прибору В7-40.

Температура анода измеряется с помощью тонких термопар из проволоки хромель – копель. Головки термопар зачеканены в анод в трех точках по периметру в наиболее горячей зоне. Свободные концы термопар через переключатель ПТИ присоединены к автоматическому цифровому прибору А-565. Учитывая, что измерительная схема прибора находится под высоким анодным напряжением, питание к нему должно подводиться от разделительного трансформатора 220/220 В, выдерживающего такое напря-жение. Абсолютная погрешность измерения температуры этим способом не превышает 3 ºС.

27

Рис. 7.1

Для измерения расхода воздуха используют калориметрический или аэродинамический метод.

Калориметрический метод обладает большими точностью и простотой. Он основан на косвенном определении расхода воздуха из уравнения теплового баланса по значению нагрева воздуха при известной мощности рассеяния:

ступающая на анод лампы от накаленного катода, Вт; G − массовый расход воздуха, кг/с; Cр − теплоемкость воздуха, Дж/(кг К); Tв − температура горя-

чего воздуха на выходе из лампы, К; Tн − начальная температура воздуха, К.

Величина Pн в формуле (7.1) неизвестна, но ее можно исключить из уравнения, если знать температуру воздуха, нагретого только от накала, Tв н . В этом случае уравнение теплового баланса для мощности накала будет следующим: Pн GCр Tв н Tн . Подставив это уравнение в исходное, получим

28

ход воздуха вычисляется относительно начальной температуры по формуле

V G 3600 , где γ − плотность воздуха при начальной температуре, кг/м3.

Таким образом, для определения расхода воздуха калориметрическим методом необходимо измерить:

начальную температуру воздуха;

температуру воздуха на выходе от накала Tв н ;

температуру воздуха на выходе после подачи тепловой нагрузки на анод Tв ;

мощность рассеяния на аноде как произведение анодного тока на анодное напряжение.

Аэродинамический способ основан на определении средней скорости воздуха в трубопроводе ср . Расход воздуха вычисляют как произведение

средней скорости воздуха на поперечное сечение трубопровода Fтр :

V ср Fтр 3600. Измеряется не средняя, а местная скорость в нескольких

точках трубопровода, а затем по специальной методике проводится усреднение. При наиболее простом способе усреднения измеряется максимальная скорость потока в центре трубы, которая затем умножается на заранее известный коэффициент: ср k max .

Местную скорость измеряют на достаточном удалении от лампы с помощью угловой напорной трубки и микроманометра. Лобовое отверстие в трубке воспринимает полное давление потока, а боковое – статическое давление; разность этих давлений, представляющая собой скоростной напорH , передается на микроманометр. Местная скорость вычисляется как

бический. Измерения этим способом трудоемки и производятся только при холодном аноде.

29

7.2. Описание экспериментальной установки

Для выделения и измерения мощности, рассеиваемой на аноде с принудительным воздушным охлаждением в статическом режиме, используется электрическая схема, приведенная на рис. 5.3.

7.3.Порядок проведения эксперимента

1.Установить исследуемый прибор на испытательный стенд. Электроды подключить к источникам питания.

2.Включить вентиляторы охлаждения прибора и установить произвольное положение заслонки (положение 1).

3.Установить заданные по ТУ напряжение накала, выдержать 10 мин, измерить начальную температуру воздуха Tн и температуру Tв н .

4.Включить источники питания. С помощью органов управления установить на электродах лампы такие напряжения и токи, чтобы мощность рассеяния на аноде была равна заданной (например, Pa Pa max ). Выдержать

прибор в этом режиме 10 мин. Измерить температуру анода в трех точках, температуру выходящего воздуха Tв , токи и напряжения на электродах, перепад давления воздуха в радиаторе H .

5.Снять напряжения с электродов лампы, за исключением напряжения накала. Выдержать прибор в этом режиме 10 мин до полного остывания.

6.Установить новое положение заслонки (положение 2). Повторить пп. 4 и 5. Результаты занести в таблицу.

8. Рассчитать максимальную температуру анода по формулам для одномерной и для двумерной моделей для одного из измеренных расходов воздуха.

30