SU1125525A1

SU1125525A1 - Device for heat-exchange coefficient determination

Info

Publication number: SU1125525A1
Application number: SU833612870A
Authority: SU
Inventors: Владимир Михайлович Жуков; Сергей Борисович Анисимов; Павел Александрович Горшенин
Original assignee: Институт высоких температур АН СССР
Priority date: 1983-06-30
Filing date: 1983-06-30
Publication date: 1984-11-23

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООБМЕНА при движении криогенного теплоносител в каналах в поле центробежных сил, содержащее криостатированный статор, к крышке которого соосно с ним подвешен разъемный полый ротор, в вакуумированной полости которого установлены окруженные экранами измерительные каналы с датчиками температуры и нагревател ми и системы ввода криогенного теплоносител в измерительные каналы и вывода его к расходомеру, расположенные на оси статора, о т л и ч- a ю щ е е с тем, что, с целью повышени надежности его при длительной работе в услови х низких температур, система ввода криогенного теплоноси/тел в каналы ротора выполнена в виде емкости дл криогенного теплоносител , наход щейс в статоре и сообщаквцейс с измерительными каналами через двустенную полую трубку ротора, g зазор меаду стенками которой соединен с вакуумированной полостью ротора , a система вывода теплоносител выполнена в виде двустенной полой трубки, проход щей через крышку статора , и через переходник вне зоны статора соединена с расходомером. Ю О1 ел кэ сдA DEVICE FOR DETERMINATION OF THE HEAT EXCHANGE COEFFICIENT when the cryogenic coolant moves in channels in the field of centrifugal forces, containing a cryostatted stator, with a detachable hollow rotor suspended coaxially with it, and in the evacuated cavity of which are installed temperature measuring channels surrounded by screens with temperature patterns and I-ti rhythms and body patterns and heaters. the coolant in the measuring channels and output it to the flow meter, located on the stator axis, that is, and with the aim of increasing reliable During long-term operation under low temperature conditions, the system for introducing cryogenic heat carrier / bodies into the rotor channels is designed as a tank for a cryogenic heat carrier, located in the stator and connected to the measuring channels through a double-walled hollow rotor tube, the gap between which walls and walls is connected to The evacuated cavity of the rotor, a heat transfer system is made in the form of a double-wall hollow tube passing through the stator cover, and through an adapter outside the stator zone is connected to a flow meter. Yu O1 ate ke sd

Description

Изобретение относитс к теплофизи ческим исследовательским установкам, в частности к установкам, предназна™ чанным дл исследовани теплообмена при движении криогенного теплоносител во вращающемс каналэ. Результаты исследований могут быть использованы в электротехнической ленности дл повьппени надежности системы охлаждени роторов электрических машин со сверхпровод щей обмоткой . Известно устройство дл определени коэффициента теплообмена при .вынужденном движении теплоносител , содержащее статор и ротор с расположенными в нем каналами дл протока исследуемого теплоносител и узлов подвода и вывода теплоносител из ротора l J. Устройство позвол ет исследовать теплообмен при вынужденном движении некриогенных теплоносителей во вращающемс канапе, но не предназначено дл исследовани теплообмена криоген пьк жидкостей из-за отсутстви специальной криогенной теплоизол ции. В криогенном устройстве требуетс тщательна теплова изол ци всех криогенных частей от окружающей среды и теплых частей устройст1за. Криоген на изол ци качественно отлична от обычной, что приводит к существенном отличию криогенного устройства от из вестных теплых устройств. Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство дл определени коэффициента теплообмена при движении криогенных жидкостей или газов в каналах в поле центробежных сил, содержащее криостатированньы статор, к крышке которого соосно с ним под- вещен разъемный полый ротор,, в вакуумированной полости которого установ лены окруженные экранами измерительные каналы с датчиками температуры и нагревател ми и системы ввода криогенного теплоносител в измерительные каналы и вывода его к расходомеру , расположенные на оси статора 2 Однако ввод криогенного теплоносител осуществл етс с помощью специального устройства ввода и уплотнений , работающего при низких температурах , что создает дополнительные источники теплопритока к криогенному теплоносителю. Кроме того, вследстви малой надежности работы уплотнений при низких температурах по вл етс возможность подсоса воздуха в линию вывода теплоносител 5 св зывающую измерительные каналы с расходомером, что приводит к опибкам в измерении расхода криогенного теплоносител . Дл сн ти теплопритокаS идущего по измерительным цеп м из зоны комнатHfasx температур к датчикам экспериментальных каналов, эти цепи приход т через прострапстБо, заполненное выход щими нз раздаточного коллектора низкотемпературными парами криогенного теплоносител . При этом герморазт: .ем вывода измерительных цепей контактирует с низкотемпературными парами, что снижает надежность в работе вследствие возникающих больших термических напр жений. Цель изобрете.ни51 - повьпкение кадежкостк определени при длительной работе в услови х низких температур„ Поставленна цепь достигаетс тем, что в устройстве дл определени коэффициента теплообмена при движении , криогенного теплоносител Б каналах в поле центробежньпс с;ил, содержащем криостатированный статор, к крышке которого соосно с ним подвешен разъемHbtti польш ротор, в вакуумированной полости которого установлень окруженные экранами измерите:аьные каналь с датчиками температуры и нагревател ми и системы ввода криогенного теплоносител в измерительные каналы и, вывода его к расходомеру, расположенные на оси статора, система ввода криогенного теплоносител в каналы ротора вьшолнена в виде емкости дл криогенного теплоносител , наход щейс в статоре и сообщающейс с измерительными каналами через двустег-шую полую трубку ротора, зазор стенками которой соединен с вакуумированной полостью ротора, а система вывода теплоносител выполнена в виде двустенной полой трубки, проход щей через крьп ку статора, и через переходник вне зоны статора соединена с расходомером . На чертеже изображено предлагаемое устройство, продольный разрез. Устройство содержит криостатированный статор 1, снабженный азотными бачками дл отсечени теплопритоков из зоны комнатных температур к исследуемому криогенному теплоносителю, и полый раз7земньш ротор 2, часть вала которого представл ет собой двустенную полую трубку 3, погру31The invention relates to thermophysical research facilities, in particular, installations intended to study heat exchange during the movement of a cryogenic heat transfer medium in a rotating channel. The research results can be used in electrical engineering to increase the reliability of the cooling system of rotors of electric machines with superconducting windings. A device is known for determining the heat transfer coefficient in forced movement of a heat transfer medium comprising a stator and a rotor with channels located therein for the flow of the heat transfer medium under study and supply and output units of the heat transfer fluid from the rotor l J. The device allows to investigate heat exchange in the forced movement of non-cryogenic heat transfer agents in a rotating canape but it is not intended to study the heat exchange of cryogen of liquid pads due to the absence of special cryogenic thermal insulation. The cryogenic device requires careful thermal insulation of all cryogenic parts from the environment and warm parts of the device. The isolation cryogen is qualitatively different from the ordinary one, which leads to a significant difference between a cryogenic device and known warm devices. The closest to the present invention is a device for determining the heat transfer coefficient during the movement of cryogenic liquids or gases in channels in the field of centrifugal forces, which contains a cryostatically placed stator, to the lid of which a detachable hollow rotor is subunited coaxially with it, in the evacuated cavity of which are surrounded by screens measuring channels with temperature sensors and heaters and systems for introducing a cryogenic coolant into the measuring channels and outputting it to a flow meter located on the stator axis 2 entering the cryogenic heat transfer fluid is accomplished by using a special input device, and seals operating at lower temperatures, which creates additional sources of heat input to the cryogenic coolant. In addition, due to the low reliability of the seals at low temperatures, the possibility of air leaking into the coolant output line 5 connecting measuring channels to the flow meter appears, which leads to measurements of the flow rate of the cryogenic coolant. To remove heat input from the measuring circuits from the room temperature zone to the sensors of the experimental channels, these circuits come through a prostrate filled with low-temperature cryogenic heat transfer vapors coming out of the distributing collector. In this case, the pressure tightness: the output of the measuring circuits is in contact with low-temperature pairs, which reduces the reliability in operation due to the occurrence of large thermal stresses. The purpose of the invention is to ensure that the caduct of the determination during long-term operation in low temperature conditions. The delivered chain is achieved by the fact that in the device for determining the heat transfer coefficient during movement, the cryogenic heat carrier B channels in the field with centrifugal c; silt containing a cryostatted stator, to the lid of which coaxially with it is suspended the Hbtti connector of the polish rotor, in the evacuated cavity of which install surrounded by screens measure: a channel with temperature sensors and heaters and cryogenic injection systems A deflector into measuring channels and, outputting it to a flow meter located on the stator axis, the system for introducing a cryogenic coolant into the rotor channels is designed as a tank for a cryogenic coolant located in the stator and communicating with the measuring channels through a double-sided hollow rotor tube, the clearance walls which is connected to the evacuated rotor cavity, and the heat carrier output system is made in the form of a double-wall hollow tube passing through the stator clamp, and through an adapter outside the stator zone is connected to the odomer. The drawing shows the proposed device, a longitudinal section. The device contains a cryostatted stator 1, equipped with nitrogen tanks for cutting off heat influxes from the room temperature zone to the cryogenic coolant under study, and a hollow split rotor 2, part of the shaft of which is a double-walled hollow tube 3, immersed

женнуга в емкость статора с криогенным теплоносителем. В средней части ротора расположены измерительные каналы 4, окруженные тепловыми экранами 5 и св занные с осью ротора опорными т гаг-ш 6. наружной поверхности измерительньк каналов размещены датчики 7 температурь и нагреватель 8, Измерительные каналы помещены в вакуумированную полость 9, на верхнем торце которой расположен теплообменник 10 с намотанными на него проводами измерительных цепей, идущих от герморазъема 11 к датчикам измерительных каналов Теплообменник служит дл сн ти теплопритока, идущего по измерительным цеп м из зоны комнатньсх температур к датчикам измерительных каналов. Верхн часть ротора выполнена в виде двустенной полой трубки, проход ьчей- через крьшку статора 12, и на ней вне зоны статора расположены переходник 13, вакуумный вентиль .14 и шкив 15. Через крышку статора проходит трубка 16 заполнени криогенной жидкостью емкости статора.Mariner in the capacity of the stator with a cryogenic coolant. Measuring channels 4 are located in the middle of the rotor, surrounded by heat shields 5 and supporting rod 6 connected to the rotor axis 6. Sensors 7 are placed on the outer surface of the measuring channels and the heater 8 is placed. The measuring channels are placed in the evacuated cavity 9, on the upper end of which the heat exchanger 10 is located with the measuring circuit wires wound on it, going from the pressure-sensitive connector 11 to the measuring channel sensors. The heat exchanger serves to remove the heat gain going along the measuring chain from the zone Many temperatures to the sensors of the measuring channels. The upper part of the rotor is made in the form of a double-wall hollow tube, passing through the cap of the stator 12, and there is an adapter 13, a vacuum valve .14 and a pulley 15 outside the stator zone. A tube 16 filling the cryogenic liquid of the stator capacity passes through the stator cap.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

С помощью клиноременной передачи через шкив 15 вращение передаетс отBy means of a V-belt transmission through pulley 15, rotation is transmitted from

254254

двигател ротору 2 устройства. Под действием разр жени , создаваемого насосом в линии расходомера, криогенньпЧ теплоноситель из емкости криостатированного статора 1 поступает в двустенную полую трубку нижней части вала ротора 3 и измерительные каналы 4, затем проходит в теплообменник 10, охлажда намотанныеengine rotor 2 device. Under the action of the discharge generated by the pump in the flow meter line, the cryogenic heat transfer fluid from the cryostatted stator 1 tank enters the double-walled hollow tube of the lower part of the rotor shaft 3 and the measuring channels 4, then passes into the heat exchanger 10, cooled by wound

на него провода измерительных цепей, и через зазор между стенками полой трубки верхней части ротора и переходник 13 выводитс в линию расходомера. Перед началом работы полость 9 вакуумируетс и заглушаетс с помощьюthe measuring circuit wires are connected to it, and through the gap between the walls of the hollow tube of the upper part of the rotor and the adapter 13 is brought into the flow meter line. Before starting the operation, cavity 9 is evacuated and damped by means of

вакуумного вентил 14. В ходе эксперимента по мере расходовани .криогенного теплоносител из емкости криостатированного статора 1 его количество пополн етс из сосуда Дьюара через трубку 16 заполнени .vacuum valve 14. During the experiment, as the cryogenic coolant from the cryostatted stator 1 tank consumes, its amount is replenished from the Dewar vessel through the filling tube 16.

Применение предлагаемого -устройства позволит уменьшить теплопритоки к криогенному теплоносителю, устранитьThe application of the proposed device will reduce heat leakage to the cryogenic coolant, eliminate

возможность подсоса воздуха в линию вывода теплоносител и по вление ошибок в измерении его расхода, улучшить услови работы герморазъема и охладить провода измерительных цепей,the possibility of air leaks into the coolant output line and the occurrence of errors in measuring its flow rate, improve the working conditions of the thermal connector and cool the wires of the measuring circuits,

и,цу1дие к датчикам измерительных каналов . еШ /J /fpacxodonepi/and, probe the sensors of the measuring channels. w / j / fpacxodonepi /

Claims

DEVICE FOR DETERMINING HEAT EXCHANGE COEFFICIENT during cryogenic coolant movement in channels in a centrifugal force field, containing a cryostatic stator, a detachable hollow rotor suspended coaxially with it, in the evacuated cavity of which are installed measuring channels with temperature sensors and heaters and cryogenic input systems surrounded by screens coolant in the measuring channels and its output to the flow meter located on the axis of the stator, characterized in that, in order to increase its reliability at long-term operation at low temperatures, the cryogenic coolant input system into the rotor channels is made in the form of a cryogenic coolant container located in the stator and communicating with the measuring channels through a double-walled hollow rotor tube, the gap of which is made by the walls of the rotor cavity, and the coolant outlet system made in the form of a double-walled hollow tube passing through the stator cover, and through an adapter outside the stator area it is connected to the flowmeter.

>

.1125525