3 Водяная система охлаждения

Тепловой режим мощной лампы подлежит обязательной экспериментальной проверке по программам научных исследований, а также при проведении периодических и сдаточных испытаний.

Типовая гидравлическая схема системы принудительного водяного охлаждения с внешним анодом показана на рис. 4. Медный цилиндрический анод 1 диаметром 185 мм имеет на своей наружной поверхности 90 ребер высотой 5 мм и толщиной 3 мм, которые образованы проточками шириной 3,3 мм.

Рис. 4.

Анод помещен в бак 2 таким образом, что торцы ребер плотно прилегают к рубашке бака. Вход воды в бак и выход её из бака осуществляются через два присоединенных штуцера. Вода поступает в бак и отводится из него через протяженные рукава из электроизолирующего материала (например, полиэтилена), оформленные конструктивно в виде электроизолирующего стенда 4.

Для измерения объемного расхода воды [л/мин] в напорной магистрали установлен ротаметр 10 с местными показаниями типа РМ. Ротаметр содержит коническую стеклянную трубку со шкалой, внутри которой находится массивный поплавок обтекаемой формы. В результате действия динамического давления воды поплавок поднимается на определенную высоту, соответствующую заданному расходу. Шкала трубки линейная благодаря ее конической форме. Если верхнего предела измерения ротаметра недостаточно для измерения заданного расхода, используют два ротаметра или несколько, присоединенных к магистрали параллельно. Для изменения установленного расхода воды служит клапан 11.

Все каналы охлаждения лампы обладают определенным гидравлическим сопротивлением, которое может быть измерено по разности показаний манометров 3, присоединенных ко входному и выходному штуцерам бака (потери давления ). Потери давления в каналах охлаждения резко зависят от расхода воды, как правило, по квадратичному закону.

У некоторых ламп с неразъемной конструкцией бака (рис. 5) доступа к охлаждаемой поверхности нет. 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.

Рис. 5.

Почти все мощные генераторные лампы с водяным охлаждением анода работают в режиме поверхностного кипения, обладающем высокой эффек-тивностью, поэтому температура анода намного ниже предельно допусти-мого 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 элект-рода или уменьшения расхода воды до появления предкризисного состояния: резкого нарастания температуры, возникновения пульсаций давления.

4 Учет влияния охлажденных концов

Учет влияния охлажденных концов ВТКК может быть произведен на основе теории реального прямонакального катода.

Используя уравнение теплопроводности Фурье и учитывая потери те­пла на лучеиспускание и энергию джоулева разогрева током накала, можно записать уравнение, определяющее тепловой режим реального катода:

[ d²T/dx² + (d/dT)(dT/dx)²]q + S₀ = I_н² /q,

где  - коэффициент теплопроводности, Вт/(Ксм);

q - площадь попе­речного сечения нити катода, см²;

S₀ - периметр поперечного сечения ка­тода, см;

 - удельная мощность излучения, Вт/см²;

I_н - ток накала, А;

 - удельное сопротивление материала катода, Омсм.

Для достаточно протяженного катода с длиной, существенно превос­ходящей размер холодных концов (L » x₀) (рис. 6), с учетом того, что в се­редине таких катодов при Т = T_mах производные dT/dx и d²T/dx² равны нулю, ток накала в соответствии с уравнением определяется выражением

Исходя из этого соотношения, уравнение можно преобразовать к виду

d²T/dx² + (d /dT)(dT/dx)² = f(T)S₀ /q

где f(T) =  (_Tmax / _Tmax) - .

Решая последнее уравнение, можно определить расстояние х от конца ка­тода, где Т = T_min до любой точки с температурой Т:

Выражение (3.13) позволяет определить длину охлажденного конца катода, если задана температура в точке, ограничивающей холодный конец, при условии малого изменения тока эмиссии. Например, при Т = 0,999 T_mах, получаем:

Для катода круглого сечения, где q = D²/4 и S₀ = D, уравнение принимает вид

).

Вследствие влияния охлажденных концов у реального катода по срав­нению с идеальным при одинаковом токе накала напряжение накала меньше, а следовательно, и меньше ток эмиссии.

Сравнение идеального и реального катодов позволило ввести по­правки для расчета реального катода - U_н и U_e. При этом:

U_н = U_н.и -n U_н

I_e = I_e.и f

где n — количество охлажденных концов; f - коэффициент идеально­сти катода, равный f = (U_н + nU_н - nU_e)/(Uн + nU_н).

При выполнении условия L » х₀ имеем U_н » n(U_e -U_н) , следова­тельно, поправки могут быть определены экспериментально путем сравне­ния двух катодов, отличающихся только длиной L.

В итоге получаем:

На практике при расчете реального ВТКК в соотношениях вместо заданного значения U используют напряжение накала идеального катода

U_н.и = U_н + nΔU_н

Для расчета поправки на охлажденные концы используется выраже­ние

ΔU_н = 0,00013(T_к - 400)

ΔU_н = 0,00013(2000 - 400) = 0,208 В.

U_н.и = U_н + nΔU_н = 7,55 В