5. Основні вимоги до конструкції науково-дослідної установки

При проектуванні установки необхідно керуватися наступними міркуваннями.

Конструкція всіх складових частин установки, включаючи РД, повинна забезпечувати проведення експериментів із заданими режимними параметрами.

Належну увагу варто приділити вибору матеріалів, з яких виготовляються циркуляційний контур, і контролю якості теплоносія. Матеріал окремих елементів циркуляційного контуру НДУ не повинен вступати в хімічні реакції або змінювати властивості теплоносія. Матеріал ДЕ при високих температурах (до 600⁰ С) і тисках (до 30 МПа) необхідно вибирати з урахуванням підвищеної міцності.

У циркуляційному контурі не повинно бути застійних зон, у яких могли б затримуватися газові об’єми.

При конструюванні й компонуванні НДУ необхідно прагнути до зниження гідравлічного опору циркуляційного контуру.

Установка повинна бути простою у виготовленні й зручною в експлуатації. А конструкція й форма теплообмінників та ЕН - компактною й технологічною.

Надійність роботи НДУ залежить також від конструкції роз’ємних з'єднань, здатності частин, що нагрівають НДУ, компенсувати температурні деформації й зручності контролю за роботою установки.

Відповідно до вимог Держтехнагляду установка, що працює під тиском, повинна бути оснащена наступною апаратурою: манометром і КЛЗ важільного або пружинного типу; пристроєм для відводу конденсату (теплоносія); пристроєм для відводу повітря або інших газів з установки; приладами для виміру температури теплоносіїв.

6. Опис конструкції й методика розрахунку установки

1. Принципова схема установки

Моделюємий процес вивчають на НДУ з РД, що забезпечує належне положення ДЕ й дозволяє підвести теплоносій та електроенергію для обігріву ДЕ.

Власне ДЕ моделює геометрію й розміри досліджуваного каналу, аксіальний і поперечний розподіл густини теплового потоку. На РД вимірюють величини, що цікавлять дослідників (температуру, густину теплового потоку, паровміст, гідравлічний опір й ін.). Конструкції ДЕ й РД по можливості повинні забезпечувати простий і швидкий монтаж і демонтаж РД.

Нагрів ДЕ за рахунок пропущення електричного струму по його стінках простий у виконанні й дозволяє одержати високу густину теплового потоку - до 10⁷…10⁸ Вт/м². Як правило, теплоносій залишає ДЕ під час експерименту з високою ентальпією.

На рис. 6.1 представлена типова схема установки. Така установка дозволяє досліджувати широке коло термогідроакустичних процесів (конвективного теплообміну, початку кипіння, температурних режимів парогенеруючих поверхонь, гідравлічного опору каналів і т.п.) у широкому діапазоні параметрів (масової швидкості, тиску, температури теплоносія, густини теплових потоків).

Рисунок 6.1 – Схема дослідного стенду

Циркуляційний контур замкнутого типу виготовлений із труб діаметром мм, матеріал труб – сталь 1Х18Н9Т. Контур розрахований на робочий тиск до 25 МПа. Як теплоносій застосована хімічно очищена вода.

Вода з бачка (19) подається в контур двома живильними насосами високого тиску (17). Продуктивність кожного з насосів - до 7 л/годину. Для створення циркуляції в контурі може бути використаний кожний із трьох шестерних насосів (13, 14, 16) типу 623-М. бар. Насос (13) приводиться в рух мотором постійного струму, зміна продуктивності здійснюється зміною числа обертів двигуна. Продуктивність насоса (16) регулюється шляхом зміни передаточного числа варіатора. Насос (14) дає витрату, що регулюється вентилем на байпасній лінії (15). Такий набір насосів дозволяє одержувати необхідну витрату води у великому діапазоні. Витрата води виміряється датчиком турбінного типу (12). Регулювання витрат у вузьких межах здійснюється за допомогою дросельного вентиля (5).

Для підтримки постійного тиску в контурі при пароутворенні в дослідному елементі частина водяної суміші скидається із сепаратора (20) через холодильник (7) і вентиль (6). Бачок (18) служить для видалення повітря при заповненні системи водою, а також для вловлювання шламу. У холодильнику (11) вода, що циркулює в контурі, охолоджується до температури 20...30°С (для забезпечення нормальних умов роботи циркуляційного насоса).

Підігрів води до заданої ентальпії проводиться спочатку в регенеративному теплообміннику (10) за рахунок теплоти пароводяної суміші, що виходить із робочої ділянки (1), потім в електронагрівачі (8), підключеному до мережі через понижуючий трансформатор (9). Потужність нагрівача регулюється ступенями від 0 до 80 Квт.

Робоча ділянка (1) обігрівається постійним струмом від двох генераторів (2), з'єднаних послідовно. Кожен генератор має незалежний запуск із плавним регулюванням напруги (3).

Електроізолюючі фланці ізолюють РДУ від іншої частини контуру НДУ.

ДЄ (сепаратор 20) служить для гасіння коливань тиску й витрат, які можуть виникнути при обігріві ДЕ.

Теплоносій, підігрітий у РД, проходить ДЄ і надходить у рекуперативний ТУ (10) типу “труба в трубі”, де частково охолоджується, віддаючи теплоту для підігріву зустрічного потоку теплоносія після виходу його із НЦ. Якщо теплоносій на вході в РД повинен за умовами експерименту мати низьку температуру, він проходить по байпасній лінії, минаючи ТУ. Гарячий теплоносій у цьому випадку охолоджується в ТХ водопровідною водою, що після ТХ скидається в каналізацію.

НЖ (17) служить для заповнення контуру НИУ теплоносієм, поповнення втрат теплоносія, що мають місце через нещільності, й створення необхідного тиску в циркуляційному контурі.

Запас підготовленого до експерименту теплоносія перебуває в живильному баці 19.

Датчик витрат (12)служить для виміру й контролю за стабільністю витрат під час експерименту.

Інші складові частини контуру й установки з'єднані між собою за допомогою фланцевих або ніпельних роз’ємів [4, див. додаток].