GÜÇ TİPLERİNDE BUHAR SOĞUTMASI

UDK: 621.384

Güç Tüplerinde Buhar Soğutması

•-y Güç amplifikatörlerinde ve endüstriyel Y. F. osilatörlerinde ••' artık yüzlerce kW. lık güçler mevzubahistir. Buralarda kullanılan elektron tüplerinin randımanı % 60 - 70 arasında bulun­ duğundan yerilen enerjinin hemen hemen 1/3 ü anodda tüketilir. Bu yüzden anodun tesirli bir soğutmaya tabi tutulması gerekir. Yüksek güç­ lü tüplerin anodlan dışarıda bulunur. Yani cam tüp kısmı anodu kapatmaz.

Anod 1) 2) 3)

Damıtık su sirkülasyonu ile; Cebri hava püskürtülmesiyle; Buharla soğutulur.

Bu üç metodtan en eskisi su soğutmalı sis­ temdir., Cebri hava püskürtmeli sistem (kısaca hava soğutmalı). son senelerde tatbik edilmeye başlamıştır. Fakat tatbikatı henüz orta güçlerdeki tüplerden öteye gitmemiştir.

Buhar soğutması sistemi ilk iki sistemin ba­ zı mahzurlarının doğurduğu zaruret dolayısıyla ortaya çıktığından önce hava ve su soğutmalı sistemlerin etüdü buhar soğutmalı sistemi an­ lamak için faydalıdır.

Su soğutmalı tüplerde anod damıtık su slrkilasyonu ile soğutulur. Su gömleği denilen si­ lindirle anod cidarı arasından geçen su anod'un ısısını alarak soğutur. Bu soğutma sisteminde cm2 anod cidarından damıtık suyu alabildiği ısı miktarını bir misal ile görelim. ..Amerikan 893 tüpünü ele alalım. Bu orta güçlü, su soğutmalı bit triyottur. 50 kW kadar güç verebilir. Anod sathı 500 cm2 kadar olan bu tüp çalışma re­ jiminde maksimum 20 kW. lık bir anod tüketi­ mine müsaittir. Yani 1 cm2 anod sathından 40 W tüketebilir. Bu tüpte su gömleğinden 2 m/sn hızla dakikada 30 litre damıtık su geçer. Maksimum çalışma şartlarında suyun ısınma farkı 10" kadardır. Bu miktar suyu bu hızla do­ laştırmak ve soğutmak İçin oldukça teferruatlı bir su sistemi gerekir. Bilhassa birkaç m» lük damıtık su haznesi, pompalar, soğutma İçin ceb­ ri soğutmalı aerokondansör veya soğutma ku­ lesi veya damıtık olmayan suyla soğutulan hldrokondansör ve karışık bir boru tesisatı İcap eder. Modern vericilerde hidrolik sistem basit­ leştirilmiştir. Şekilden (1) görülüyor ki hidrolik sistemin elemanları emniyet mülahazasıyla çift yapılmıştır. Bu da komütasyon için çok sayıda vanayı gerektirmiştir.

Elektrik Mühendteliftl 107

Yazan: Yalçm ERTEM

TRT

Şekil : 1 — Su soğutmalı bir vericinin hidrolik sistemi.

Pompa ve vantilatörler ve bunların yolvermc ve koruma teçhizatı gerekmektedir. Birçok pompa ve vantilatör oluşu da vericilerin global randımanlarım düşürmektedir. Ayrıca her lamba İçin su debisi, sıcaklığı ve basıncı kontrol edil­ melidir. Bunun için de ölçü ve otomatik emni­ yet tertibatı gerekir. Görülüyor ki su soğutmalı sistem oldukça karışık ve pahalı olduğundan son senelerde yavaş yavaş terkedilerek önce cebri hava soğutmalı sisteme geçilmiştir. Hava so­ ğutmalıya misal olarak TH 211 tüpünü alalım. Bu tüp 893 ün eşdeğeridir, yalnız cebri hava so­ ğutmalıdır. Ve anodunda radyatörü vardır. Anadu 15 kW tüketir. , Buna rağmen ağırlığı 40 kg. dır. Amerikan 893 R tüpü ile bu tüketim kapasitesi 20 kW'a çıkarılmıştır ama bu tüp 103 kg. ağırlığındadır, (Etimesguttaki yeni BD219 vericisinin güç tüplerinin BR189 max tüketimi 27,5 kW dır) Modern hava soğut­ malı tüplerde hava soğutması daha tesirli hale getirilmiş 50 kg. kadar ağırlığı olan tüplerde maksimum tüketim 30 - 40 kW a çıkarılmış­ tır. Hava soğutmalı sistemde tüplerin böyle ağır oluşu gerektiğinde yerine takılıp çıkarılmasında zorluk yaratır. Ayrıca basınçlı soğuk hava gön­ deren ve ısınmış havayı atan kanallar büyük ha­ cimler kaplar. Büyük hacimde ve miktardaki bu hava sirkülasyonu ve havanın radyatör kanat­ çıklarına çarpması önüne geçilemeyen bir gürül­ tü meydana getirir.

Anodda tüketilen ısının bilhassa bina ısıt­ ması İçin reküperasyonu da bu iki sistemde mümkün olmamaktadır. Hava soğutmalılarda meselâ 100 kW gücünde bir vericide dakikada

150 ilâ 400 m* ısınmış hava çıkar. Bu kadar bü­ yük hacimde havayı bina içine vermek kolay olmamaktadır. Su soğutmalı sistemde ise normal işletme şartlarında ısınmış su 50° civarındadır. Su sühunetinin düşük olması ısısından faydalan­ mayı zorlaştırmaktadır.

Bütün bunlardan başka su soğutmalı sistem­ lerin en büyük dezavantajını teşkil eden hadi­ senin etüdüne geçelim.

Su soğutmalı bir tüpte ısı geçişi, sıcak anoddan hareket halindeki suya olmaktadır. Anod cidarını yalayarak geçen suyun akış rejimi belli bir hızdan sonra türbülansh hale gelmektedir. Laminer veya türbülansh akış rejimi sıvının vis­ kozitesine ve hızına tabidir. Ve Reynolds for­ mülüyle belirtilmiştir.

V.D.

V

V : Ortalama hız

D : Çap

Re

>

y : Klnouıııtlk türbülansh

vİHİcozlto

R, <^ 2000 Laminer t

2000 < Re <2400 geçiş rejimi Türbülansh rejim içinde suyu anod cidarın­

dan alacağı ısının arttığı bilinmektedir. Bu se­

beple su gömleklerinin şekil ve damıtık suyun

hızı su gömleği İçinden geçen suyun türbülansh

rejimde olmasını temin edecek şekildedir.

Şekil : 2 — Bir Su Gömleği kesiti. Tüpün anodu ile su gömleği arasında 2-3 mm. mesafe vardır. Tüpün anodu ve su gömleği konsantriktir. Su aşağıdan gelir ve bu dar aralık­ tan anodu yalayarak geçer; • Ve türbülansh re­ jimde daha fazla ısı alır. Bu hadise şu şekilde izah ediliyor. Anod cidarına temas eden su bu­ harlaşır ve bir izole edici tabaka teşkil eder fakat türbülanstan dolayı hemen tekrar yoğun­ laşır. Böylece daha fazla ısı alabilirse de limit­ ler belirlidir. Kalefaksiyon hadisesi karşımıza çıkar. Nitekim anoda bir aşırı' yük tatbik edil­ diğinde, anodun en yüklü noktalarında bir rejim değişikliği görülür. Teşekkül eden buhar tabaka­ ları türbülansh akış içinde hemen eriyeceğine buhar habbecikleri teşkil etmeye başlar. O za­ man tüpte ıslık sesleri gelmeye başlar, ıslık sesi güç arttıkça veya su debisi azaltılınca fazlalaşır.

Islık sesi halefaksiyon hadisesinin belirtisi­ dir. Ve bu hadiseden çekiniür çünkü neticede tüp bozulur ve hatta anod delihir. Islık sesi buhar habbeciklerinin teşekkülü ve hemen son­ ra soğuk su içinde aniden tekrar yoğuşmasından dolayı ortaya çıkar. Bu hadise su türbinlerinde raslanan kavitasyon hadisesine benzetilebilir.

Cidarda teşekkül eden buhar, suya nazaran 1000 misli hacim işgal ettiği için, bascınçh soğuk su içinde ani olarak yoğunlaşmaktadır.

İzoterm sıcak bir satıhla temas halindeki suyu bu sıcak satıhtan aldığı ısı miktarı sathın sıcaklığı arttıkça önce sür'atle artar.

Şekil: 3 Bu artış sıcak sathın sıcaklığı, suyun kay­ nama sıcaklığından 25"C fazla olduğundan (ya­ ni atmosfer basıncında sıcak satıh 125° iken) maksimum değerine ulaşır. Fakat satıh daha fazla ısınırsa alınan ısı miktarı sür'atle azalır. Fark 50°C olduğunda alınan ısı miktarı 4 kere azdır.

Silindirik anod dış cidarı üzerinde aşın yük­ lü bir noktayı gözönüne alalım. Sathın sıcaklığı 125 °C a ulaşıncaya kadar su cidarı iyi soğutacaktır. 125 "C aşıldığında suyun cidardan aldığı ısı azalır. Bu, cidarın biraz daha ısınmasına se­ bep olur. Biraz daha ısınınca suyun aldığı ısı daha azalır ve satıh danada fazla ısınır. Böylece zincirleme olarak anod sathı süratle ısınır ve birkaç saniyede tüp bozulur. Kullanmakta de­ vam edilirse neticede anod delinir. Bu hadise sırasında buhar habbecikleri sathı izole etmiş, süratle yoğunlaşırken de ıslık sesi çıkmıştır. Satıhta sıcaklık bir kere 125°Ci geçince tekrar stabllizasyon imkânı pek azdır. Çakırlar istas­ yonunda CAM 3 lambalarında kalefaksiyon gö­ rülmüştür.

Su soğutmalı tüplerde raslanan ve su soğut­ malı sistemin en büyük mahzurunu teşkil eden bu hadiseye karşı tedbir mümkündür. Aşırı ısın­ mış bir sathın ısısı iki şekilde dağılır. 1) Anod sathmı yalayan damıtık su, 2) Anod bakırının

Elektrik Mühendisliği 107

yatay isi iletkenliği ddayîsiyla daha aoğuk nok­ talara doğru ısı dağılımı.

Bakırın im iletkenliği 1 nun de 3* UTt sıcaklılc farkı İçin 100 OT/ÖU* ısı İletecek şekildedir. O halde anoü bakir kesiti kalın yapılırsa, açın iri m arı İdamın ısıaı bakır yoluyla daim soğuk kısımlara geçer ve kalefakslyotı görülmez. Bunu temin için inci; yapılmış an odlara. İkinci bir bükıl' kılıf lclümlenir. Lehimleme orta sıcaklık ka­ lay veya kadmiyum lehimidir, Bu dn. guç tüp­ lerinin soğutulmasında memnuniyet verici bir çbzünc olmarmşLır. Nlkuyama eğrisinin kalef aksiyon hFidl^eslne yol açan 25 fÜ dan sonraki alçalmasının tnmrmmn e;tderilınesi arattırıl nustır. Bu araştırmalar Vııpodin slslum! 11Ü adtlofrIcamSşIlr, ltnlefekasyon hadisesinin izahına bnJ5j iarknn düzgün bir cidar nasan İtibara alıamısbu A saptırmalar yosLöı'ınişUr ki anod cidarına Hzel şekElcr yermekle. Nlkuyama eğriyi deftlşmektedlr. Yarıl osel bir yapı izoterm almayan anod sathı l.eşKUl Ue bu kanundan (Nlkuyama.) ka­ çınmak mümkUndür,

Vapotroü siteminin esas yapısını s3ylc bir dEJjuylö tahrik mümkündür.

4fıV,-;r; .,•

Şekil : 4 dek! deney şu ciltlidedir. E bir me­ tal çulluktur. Bunun ISI JI.-îtlconlL&l C olsun kesiti 5 cm- dlr. Yan cidarların darı biri A. • kabin­ deki sıı İle temastadır. riiğev cidarlar imledir. Çubuğun uçları D tarafından bir sıcak knynahla (bıı kaynak SL sathına $, ısı ftUkau vereb i İn­ ciktir.) diğer un iae E soğuk kısmıyla (uu kı­ smı B.± antlımda t, sıcaklığı lÜÜ^C ı geçerse ^z u, flüSısunu alacak şekildedir.) sıkı temastadırDcneyde, şekilde görülmemekte beraber, mulıtelif noktaların sıcaklıkları lermokııpllarla öl­ çülmektedir. Bunlar blllıassa 1 - 2 noktalan ara­ sına eslt ınesafekrle yerleştirilmiştir,

Eğer kapta su olmasaydı yakluşık olarak <hı = if,3 olacakbr. Çubuk boyunca, sıcaklık da­ ğılımı da,

At

atnraklır.

it

cS

[Oıpla ÜU uıtluııılıığ" dıırunıdiL İse aıcaklık dağılımı tamamen derişiktir. Termokupllar yar­ dımıyla t = £ 0) eğrisini elamek mümkündür.

EİL-ttrik MChcndislift I0J

C*J

^eHJ : S

Efer çubuğun boyu ksıfl derecede uzunsa t, = 100*G ^. = O tide edilebilir. ^ flültfliııum lı^nıen bsmnn tamamı A satbından snya g-.^nilşUr. 1 den ı c do£ru ocaklık bir müddet 1003 olsrak devam ettikten sntıra ı e dognı yavaı yavajj yiJkisllr. ] noktaama dofi;ru sıeaklık gektl 3 teki M noktaamı gıecebiîlr. Ijsınm aııj-a gem­ liği A sathında S den I e do£ru çe^tU rejlmtev aynı anda mcvcııttıır (pek az bubar zerreleri, bulıar lınbbecikleı-J, bulıar damarlnn). A anthı izoterm delildir. VI nöktaiinıu SKelliklert A sat­ hinin. bir nolıtaHinda bir buhar filminin tevek­ külü ile kendini gösterir. Fakat hadise tahrip edici fiseltlğlnl kaybetmiştir. 1c yaklaştıkça sıcaklık M noktamnm çok üstüne çıksa bile teı ^eelşbni hadisesinin stabllitesi de^lşnıeı. 0, flültsun değeri artırılıp astaltıldıâında hadlsa tama­ men atabil olarak 1 boyunca yer değiştirir, reveraibl dlr. SjekU S to nokLı nükta ejzlien eğri 1 boyunca elem art ter r ısı nilk-ıu tieçerlnln değişi­ mini e;ü!rLermektcniıf- Bu c£rl Nikuynma eğrisi­ ne İnllbak etmeittedlr. Elemansel Oüks değerinin

a ti

uatcgraM otan yani

eğrisinin tegkll ettiği

al

a l m a eşit olan ^ flüksu Nlkııysma egrlalndeki

M fiuksumın 2 - 3 katı olabilir,

t=dvUlüyorkl ^ flükan sabit tutulduğunda ı boyunca mcaklık 5 e&rialnd« görüldüğü gibi de­ rişir. Fakat hadiso a tabiidir. Fazla sfcak nokta laınıu çubuk yoluyla daba sofuk billgeye gön­ derdiğinden sıcak] tg;ı derişmez. 125 "C i geçen noktalarda zlüelrleme olarak daha fazla ısınma temayülü yoktur. Klkuyanıa eğrislndeki M kri­ tik flults demelinin drıkl i • 3 k a h 131 geçicini te­ min eden bıı olaya Vapotmiı hadisesi diyoruz.

şimdi aynı deneyi kısa bir çuhukla yapalım, bfc, riuksuntln bir dozerinden aonra t,. EseaJtltJJı JUÜ'Ü 1 grsseeıslıllı', lüfier E kısmı t^ sıcaklığının 1Ü0"C 1 geçmealnden dolayı vereceği ^ flültaunıı alacak kapaaltede lae duney sonucu evvelki İle

n

aynı olacaktır. Fakat eğer E buna mukavim ol­ mazsa t, nin 110 - 115' civarındaki değerlerin­ de, buhar habbeciklerl 2 ye kadar uzanır, hadi­ se stabil olmaktan çıkar. Bütün çubuk daha fazla ısınma temayülü gösterir. Yani kalefaksiyon hadisesi başlar ve çubuk eriyerek tahrip olur.

0 halde çubuk boyu, kesiti ve ısıl iletkenli­ ğinin fonksiyonu olarak o şekilde seçilmelidir ki çubuğun soğuk ucu fazla fluks almasın ve çubuk boyunca hadise stabil kalsın.

Tecrübe neticeleri ve elektrik! hadiselere benzelme (anoloji) metodlarıyla yapılan teorik araştırmalar, tx sıcaklığı; 100°Ca eşit t2 sıcak­ lığı, çubuğun kalınlığı ve c ısı iletkenliğinin fonksiyonu olarak, hadisenin stabil olması için gerekli minimum 1 boyunu şu şekilde vermekte­ dir.

1 = k-y/e.c

ti

k : homojenlik faktörüdür. Değeri

mer-

tebesindedir. t, : C°, c : *W/C° - cm ve e : cm

olarak konursa 1 cm olarak çıkar. Knın kesin

değerini bulmak zordur. Çünkü sathın durumu

v.s, gibi diğer faktörlere de tabidir. Tüplerde

buhar soğutması bu deneydeki hadisenin tüp

anodunda tatbikatından ibarettir. Anod üzerindo her iki yüzü suyla temasta olan çıkıntılar ya­

pılır.

a = 2 e şeklinde düşünülürse deneydeki çu­

bukların ikişer ikişer yanyana bulunuşundan

ibaret bir şekil ortaya çıkar. Çıkıntıların b boyu

b = m a.c olacaktır.

m=

olması gerekirse bu tat-

V2 bikatta bir çok faktörler dolayısıyla formül­

deki değerinden daha küçük değerdedir. Çıkın­

tının 2 ucu ile 3 aralığa da ışı transferine yar­

dımcı olurlar. Çıkıntılar etrafında termosifon

hadisesi ile su harekettedir. Bütün bunlar ısı

transferine yardımcı olduklarından m, dolayısıy­

la minimum b boyu daha küçüktür. Neticede

tecrübi neticelere de dayanılarak

b = 1,25 a.c ifadesi bulunmuştur.

1 = 2,5 cm ve a = 1 cm için yapılan deney­ ler muvaffakiyetli neticeler vermiştir. Çıkıntı­ lar kısa ve kalın veya ince ve uzun olabilirse de baştanberi kısa ve kalın tercih edilmiştir. Çı­ kıntı şeklinin tesirli olduğu görülerek çıkıntılar kesik pramit v.s. şekli verilmiştir. 2 ucunun uzatılıp suyla iyi teması temin edilip soğutu­ cu bir kaynak rolü oynaması temin edilerek tü­ ketim kapasitesi artırılmıştır. 500 W/cm= tü­ ketim kapasitesi elde edilmiştir ve tx sıcak­ lığı 200° C yi geçmemektedir, izmir ve Erzurum radyolarının modülatör lambalarında kullanılan TH477 lambalarının max tüketimi 40 kW,

YF güç lambalarının TH485 ise 65 kW dır. RS 867 de ise 180 KW dır.

Şekil : 6 Netice olarak anoduna bu şekilde çıkıntüar yapılmış ve fazla ısınan noktaların ısılarını ba­ kır yoluyla da yaymasını temin için anod cidarı kaim yapılmış, Vapotron tüplerinde Nikuyama eğrisi şu şekli almaktadır.

"KA

IOO y / ./ / iys Şekil : 7

Bu eğri çıkıntı yüzeyleri için değil fakat top­ lam olarak anod cidarı içindedir.

Vapotron tüplerinin kullanılış tarzları : Buhar soğutması halen 3 şekilde tatbik edil­ mektedir. Vapodin tüpü bouilleur denilen silindirik ka­ zan içinde asılı durmaktadır. Anod disslpasyonu ile bu buharlaşır ve kalın buhar borusundan bu­ har çıkarak aerokondansöre veya hidrokondansö re girer. Yoğuşan su boiulleur'e döner. Bu tabii bir sirkülasyondur. Pompa Vs. yoktur. Çalışma son derecede sessizdir. Buhar hidrokondansörde yoğuşuyorsa, hidrokondansörün brüt soğutma suyu bina kalorifer tesisatında dolaştırılır. Hem soğutma suyunu soğutmak için ayrıca bir tesisat gerekmez hem de bina ısıtılmış olur. Dissipas-

Elektrik Mühendisliği X07

yu geçen, serpantinler vardır. Tüp damıtık an İçindedir, Tüp etrafından çıkan buhar, sevpantinle sogııtylmug slı içinde erir.

Endüstriyel YF DSiİLİtürl-.'tlhdu tatbik edllmektedir,

3) BnulileıiT İçinden basınçlı damıtık au RİImlle gogüm?. Testtim t su BO&utmnİj tesisatın ay­ nıdır. Btnillleıır'tlu nlL Lamfınıion geçen MI va-

ŞeRU : S 1 — Yojioiron ilip.

S — BOUİUCUT

3 — Jeoleur Doru 4 — Seviye güstcrgtsi 5 — JTçpıddTiEör it — Üasuif ucu T — Hma UOu\. yonla kaybolma encr}l rekUpere üdllrnb] olur. Vcrkİlerde umumiyetle hu tunıl tatbik edilmektedir, Çuluma atmosfer başmandadır. 2) Basitleştirilmiş. vflpodin

Şçlcil i 9 l —ı Vapotron tüp î — Dnmtdfc Ha itasfiesi J — Soiuinıu arrr».ıntı'iîi i — svaasvt Sırf (arttı

B — YağiLjtnu btilpesi

Bunda büulllflur I kaynama kasam} den bu­ har çıkmaz. Bouilleur içinde, brüt soğulma su­

t-^JM'C

1 Soğuk t/arnrlık iu ff-.;;J.' : 10.

podln tübDnÜn cidstnm yıılıyarak geçer. Butmr Imhbuclkluri suyla* birlikle sürüklenir ve bu arada erirler. 3u üst kısımdan çıkur, Çıktımı yürüt bir hazne ynpıiniüjtı:-. H e n ü z urlıı:eiııtş buhar luıbbecikleri bu lıasnude knylıcılur. Dolayısıyla. çıkoıı su İçinde buhar kalmaz. Su angutıualı sisLemdo . MMI>I] gibi damıük su pompalar yıırdıııııyl:; eotlı-i oliirnk .itrkfilnsyon y a p a r .

Bıı IIMTJI dillin çnlt cftdftstriyH Y F OİHlI.ıl":

lerlndc tatbik edilmekledir. Su soğutmalı tü[>Itırlu lnçlıl* nlılmln bir vurlultln mı BagıtliTiplı tüpler yerine vapodin tüpleri kojıulablllr. Su sistemi hiç değiştirilmeye ihtiyaç göstermez. Sa­ dece tüpleri değiştirmek ve su frütfı yerine bouITleıır Jcoymak kafidir,

Buhar soğutma tekniğini kısaca anlatırken bun]ann diğer sistemlere avantajı da anlatılmış oldu. Bu avantajlar hemen bütün dünyada bü­ yük güçlü verici imal eden Ilımaların, san senelurde vupodln sistemini tatbike tınlamalarına se­ bep olmuştur, Venl yapılan bllyük güçlü Istaiyoniar vupodln tUplartyle teçhiz edilmektedir,

Elektrlfc MabcndlailU 101

»