Электроподогреватель газа

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4 Н 3 ТЕНИ ПИСАНИ ТЕЛЬСТ АВТОРСКОМУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И,Баранова (72) Н.И,Ивашев, В,М.Смирнов, Ю.В.Шехтман и Г.Г.Матлин(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,Изобретение относится к электротеомии 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: малая 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 по 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 тепловцделение 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 снижению 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 коллектором, Указанная цель достигается тем, чта в электропадагревателе газа, со 50 щего между шинами 3 и 4, на т,н. рабочемучастке трубы, имеет расчетное значение, соответствующее данному режиму подогревателя. В зоне соединения труб 1 с коллектором 2 происходит перераспределениетока. Часть его проходит па шине 4, другая - по шунтируемому участку 5 трубы и коллектору 2. Соотношение между силой тока на обоих участках трубы - рабочем и шунтируемом 5 - определяется соотношением между электрическим сопротивлением ши 1520 2530 354045 держащим нагреваемые током трубы, соединенныепо концу со сборным коллектором, и токаведущие шины, расположенная в зоне соединения труб с коллектором токо- ведущая шина выполнена в виде шунта, соединяющего все трубы и смещенного относительно коллектора, а электрическое сопротивление труб на шунтируемом участке по меньшей мере в Б - 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,З - шина при пространственном расположении труб.На фиг,1 изображен подогреватель с токоведущими трубами 1, сборным коллектором 2, к которому трубы присоединенысвоими 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 чегомежду 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 соединяются между собой на части периметра трубы с одной стороны по ее образующей, например, при помощи сварки или пайки,Электрическое сопротивление труб 1 нашунтируемам участке 5 по меньшей мере в5-10 раз больше, чем у шунта.При работе подогрева 1 еля нагреваемыйгаз 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, проходя 1776930510 15 20 25 30 35 40 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 тепловыделенне при этом меняется еще сильнее, поскольку 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 5 раз меньше, чем на рабочем участке, а разность между температурой трубы и газе уменьшится в 25 раз, В этом случае при раз-асти 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 шунты более чем в 10 оаз по сравнению с трубами не целесообразно поскольку разность между темпеоатурой 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 практически одинаковая температура трубы и коллектора при их 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, о тл и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения надежности путем снижения термических напряжений, токсведущие шины выполнены в виде шунта, соединяющего трубчатые нагреватели, электрическое сопротивление которого в 5- 10 раз меньше электрического сопротивления нагревателей на шунтируемом участке.1776930 Редактор Т.Шагова ектор М.Керецма изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 оставитель Н.ИвашеТехред М.Моргентэл Заказ 4112 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, РауПодписноетениям и открытиям при ГКНТ СССРкая наб., 4/5