Большая энциклопедия техники
Шрифт:
Испаритель
Испаритель – теплообменный аппарат, предназначенный для испарения различных видов жидкостей. Испаритель в теплоэнергетике предназначен для выработки дистиллята, восполняющего потери конденсата в паросиловых установках. Как правило, вертикальный трубчатый испаритель обогревается отработавшим в турбине паром, проходящим в межтрубном пространстве. Предварительно умягченная испаряемая вода проходит внутри труб. Существуют испарители, обогреваемые дымовыми газами, уходящими из котельных агрегатов. Пар, получаемый в таких испарителях, может быть использован как для восполнения потерь конденсата, так и для теплоснабжения. Испарители с большой производительностью находят применение на расположенных у морей и океанов атомных электростанциях с целью опреснения морской воды. Испарители, установленные на морских судах, называются опреснителями. Испарители являются основными элементами холодильных установок, в которых испаряется холодильный агент, предназначенный для непосредственного (или посредством рассола) охлаждения холодильных камер.
Исследовательский реактор
Исследовательский реактор – разновидность ядерного реактора, предназначен для проведения исследовательских
Предназначается для очень широкого круга исследований в различных областях науки и техники. Как правило, на исследовательском реакторе проводят исследования в области ядерной и нейтронной физики, физики низкоразмерных структур, физики твердого тела, ядерной и радиационной химии, материаловедения и металловедения, биологии, медицины; испытывают тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ) проектируемых энергетических реакторов и конструкционные материалы для построения реакторов. Исследовательский реактор используют для получения радиоактивных изотопов. Метод активационного анализа, позволяющий исследовать состав образцов всевозможных материалов без их разрушения и обнаруживать минимальные количества химических элементов, также разработан на исследовательском реакторе.
Как и другие реакторы, исследовательский реактор имеет активную зону, которая содержит делящийся материал, а реакторы на тепловых нейтронах – еще и замедлитель нейтронов (обычная или тяжелая вода, графит, бериллий). В активной зоне осуществляется отвод тепла. Активная зона окружается отражателем нейтронов. Вокруг реактора располагается биологическая защита, которая часто пронизана трубами для вывода пучков нейтронов. Для получения мощного, быстрого потока тепловых нейтронов без примеси используют устройство, называемое тепловой колонной. Колонна выполнена из хорошего замедлителя (чаще всего графита), один конец расположен непосредственно у активной зоны, а другой конец колонны выведен в помещение, доступное для проведения экспериментов. Для загрузки испытуемых материалов внутрь активной зоны предусматриваются специальные приспособления (или каналы). По спектру нейтронов в активной зоне исследовательские реакторы, как и все ядерные реакторы, делятся на реакторы на быстрых и тепловых нейтронах. Большинство исследовательских реакторов – реакторы на тепловых нейтронах, в основном гетерогенного типа, в них топливные элементы чередуются в определенном порядке с замедлителем. Исследовательские реакторы подразделяются на реакторы с низким, средним и высоким потоком нейтронов в активной зоне в общем диапазоне 1012—1015 нейтронов/(см2). Существуют импульсные исследовательские реакторы, предназначенные для кратковременного увеличения потока нейтронов до более высоких значений без увеличения средней мощности реактора и соответствующего усложнения системы теплосъема. Современный импульсный реактор на быстрых нейтронах (ИБР) позволяет получить поток нейтронов в максимуме импульса 1,3—1018 нейтронов/(см2) с мгновенной мощностью 23 МВт при средней мощности 3 кВт в момент вспышки цепной реакции. Вращающийся между топливными стержнями диск, в который запрессован кусок урана-235, служит для создания избыточной реактивности. Импульсный реактор на быстрых нейтронах предназначен для изучения нейтронной спектрометрии, физики твердых тел и жидкостей. По конструкции активной зоны различают исследовательские реакторы корпусного типа, погруженные в бассейн, канального типа. У исследовательского реактора корпусного типа активные зоны наиболее компактны, в связи с этим они обладают лучшими физическими характеристиками. Реакторы, погруженные в бассейн с водой, являются наиболее безопасными, так как все работы с радиоактивными изделиями ведутся через слой воды. Реакторы канального типа удобны для размещения и замены образцов испытуемых элементов. Но все три типа исследовательских реакторов имеют существенный недостаток. В них затруднен доступ к активной зоне или в межканальное пространство, что существенно усложняет проведение исследований. Советскими учеными был разработан четвертый вид исследовательского реактора – реактор канального типа, в котором активная зона с рабочими каналами и трубопроводами погружена в бассейн с водой. Данному типу реактора присущи достоинства исследовательского реактора канального и погружного типа. Этот тип исследовательского реактора предназначен главным образом для испытаний тепловыделяющих элементов и материалов. При мощности 20 МВт в центральной нейтронной ловушке, представляющей собой цилиндр диаметром 100 мм, заполненный водой, достигается поток тепловых нейтронов 8 x 1014 нейтронов / (см2). К 1968 г. мощность реактора увеличена до 40 МВт. Для облучения в рабочие каналы с трубчатыми тепловыделяющими элементами устанавливают образцы материалов, они охлаждаются водой под давлением. Бериллиевые блоки используются в качестве замедлителя. В реактор загружается до 25 экспериментов петлевых каналов. Для облегчения доступа к активной зоне при перегрузочных работах приводы стержней управления выполнены на передвижной тележке. Бассейн реактора соединен шлюзом с бассейном-хранилищем, где помещена -облучательная установка, в которой используют в качестве источника излучений отработавшие топливные сборки. Каждый исследовательский реактор используется для обширного комплекса исследований, однако опыт создания и использования исследовательского реактора в мире показывает, что целесообразнее сооружать исследовательские реакторы, специализированные в определенных областях исследований.
Камера сгорания
Камера сгорания – замкнутое пространство, предназначенное для сжигания газообразного, жидкого, твердого топлива. Камеры сгорания бывают периодического действия – для поршневых 2– и 4-тактных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а также непрерывного действия – для газотурбинных двигателей (ГТД), турбореактивных двигателей (ТРД), воздушно-реактивных двигателей (ВРД), жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) и некоторые другие.
В поршневых двигателях внутреннего сгорания камера сгорания обычно образована внутренней поверхностью головки цилиндра и днищем поршня (см. «Дизель»). Камеры сгорания газотурбинных двигателей чаще всего встраиваются непосредственно в двигатель и могут быть кольцевыми, трубчато-кольцевыми, трубчатыми. Камеры сгорания различают
Требования для всех камер сгорания непрерывного действия следующие: устойчивость процесса горения; высокая теплонапряженность; максимальная полнота сгорания; минимальные тепловые потери; надежная работа в течение установленного ресурса работы двигателя. В качестве конструкционных материалов для изготовления камер сгорания в зависимости от температуры, развиваемой в камере сгорания непрерывного действия, применяют: до 500 °C – хромоникелевые стали, до 900 °C – хромоникелевые стали с добавкой титана, выше 950 °C – специальные материалы.
Камеры сгорания обычно работают таким образом, что при длительном использовании в условиях высоких внутренних температур их КПД значительно снижается и резко возрастает уровень вредных экологических выбросов (например, CO, NO2). В Московском авиационном институте (МАИ) в настоящее время российские исследователи разрабатывают современную камеру сгорания для турбореактивных двигателей, где эта проблема стоит на первом месте и в перспективе должна быть решена. Сотни российских ученых и специалистов, половина из которых в прошлом эксперты в области ракетных технологий, создают высокотемпературную кольцевую камеру сгорания с минимальным количеством вредных выбросов. Научный коллектив применил различные методы при построении данной конструкции: комбинацию математического моделирования; теоретической оценки и экспериментального изучения камеры, способной сокращать формирование ядовитой окиси азота в процессе сгорания углеводородного топлива. Данный новый проект предполагает реорганизацию процесса сгорания, позволяющую значительно повысить КПД. Также предлагаемая камера сгорания имеет высокий запас прочности по температурам рабочих газов. Это позволит улучшить характеристики двигателя и исключает необходимость применения системы охлаждения стенок камеры. Она отличается значительно меньшим весом и полностью отвечает всем стандартам Международной организации гражданской авиации (ICAO). Российский коллектив тесно сотрудничает со своими европейскими коллегами из французской аэрокосмической корпорации Snecma (Муасси Крамайель, Франция).
Камерная топка
Камерная топка является элементом парового котла и представляет собой камеру, в которой происходит сгорание поступившего в нее топлива в потоке воздуха. В структуре камерной топки различают вертикально расположенные стены, потолочное перекрытие и воронку. На стенах, а также в углах расположены горелочные устройства, в которые поступают воздух и топливо. Как правило, камерная топка состоит из вертикальных стен, потолочного перекрытия и холодной воронки или пода, выложенных из огнеупорных материалов. Топочные экраны размещают на внутренних поверхностях камерной топки (изготовляемых из труб диаметром 32—76 мм, в которых циркулирует котловая вода), а также в паровых котлах устанавливается потолочный или настенный радиационный пароперегреватель. Через горелочные устройства топливо вводится в камерную топку вместе с воздухом, необходимым для горения. Горелочные устройства размещают на стенах топки, а также по ее углам. При сжигании пылевидного топлива часть золы уносится дымовыми газами из топки в газоходы котла. Остальная часть золы выпадает из факела в виде капель шлака и удаляется из топки либо в твердом гранулированном виде, либо в жидком расплавленном виде, стекая с пода топки через летку в шлакоприемное устройство, заполненное водой. На больших котельных агрегатах, которые работают на пылевидном топливе, создаются также полуоткрытые камерные топки, которые имеют пережим, разделяющий топку на две части: камеру горения и камеру охлаждения. Также в камерной топке различают топочные экраны (трубы, в которых происходит циркуляция воды), радиационный пароперегреватель, горелку и фестон. Условно в некоторых видах камерных топок можно выделить две основные части: камеру сгорания и камеру охлаждения.
Карбюратор
Карбюратор – прибор, в котором происходит смешение воздуха и жидкого топлива с образованием горючей смеси, необходимой для функционирования карбюраторных двигателей внутреннего сгорания. Научно-технический прогресс, господствовавший в странах Европы в XVIII—XIX вв., предъявлял свои требования, игнорирование которых означало приостановление развития одной из ведущих отраслей промышленности – машиностроения. Одним из таких требований стало изобретение карбюратора. Оно приписывается немецким конструкторам В. Майбаху и Г. Даймлеру в 1892 г. Кстати, за несколько лет до этого вышеупомянутые исследователи установили на велосипед двигатель, так был создан первый в мире мотоцикл. Им же приписывается создание первого четырехколесного автомобиля, имеющего карбюратор и коробку передач с четырьмя ступенями.
В карбюраторе топливо через запорный игольчатый клапан поступает в поплавковую камеру, а оттуда – в эмульсионные колодцы, где смешивается с воздухом. Полученная смесь направляется в диффузоры смесительных камер, а затем после открытия дроссельной заслонки – в цилиндр карбюраторного двигателя внутреннего сгорания.
Карбюратор установлен сверху двигателя на впускном трубопроводе. Поступающий для приготовления горючей смеси в карбюратор воздух проходит предварительную очистку от пыли в воздушном фильтре. Воздушный фильтр соединен с карбюратором патрубком. Приборы подачи топлива соединены между собой металлическими трубками – топливопроводами. Вся топливопроводная система крепится к раме или кузову автомобиля. При помощи впускного трубопровода карбюратор соединен с впускными каналами головки цилиндров двигателя, а выпускные клапаны соединены с выпускным трубопроводом, последний при помощи трубы соединен с глушителем.
Карбюратор состоит из воздушного патрубка с крышкой поплавковой камеры, корпуса и двух нижних патрубков. В воздушном патрубке размещена воздушная заслонка с автоматическим клапаном, а в крышке поплавковой камеры – сетчатый фильтр и запорный клапан. Внутри корпуса карбюратора находятся поплавковая камера и две смесительные камеры с диффузорами, экономайзер с механическим приводом, ускорительный насос и жиклеры. На общей оси в нижних патрубках размещены две дроссельные заслонки, связанные с ограничителем частоты вращения коленчатого вала.