| 11652078 12288 3054 948 1авлением. По устройству поверхностные К. аналогичны др. поверхностным теплообменникам (обычно кожухотрубным) и используются в тех случаях, когда конденсат необходимо сохранить в чистом виде.
Если при конденсации пара образуется жидкость, она стекает с поверхности теплообмена под действием силы тяжести или увлекается движущимся паром; если же образуется твёрдая фаза (напр., лёд), она непрерывно или периодически удаляется скребками или др. устройствами. При использовании в качестве охлаждающей среды воздуха или др. газа поверхность К. с целью интенсификации теплообмена обычно снабжается со стороны этой среды рёбрами. В контактных К. образующийся конденсат смешивается с охлаждающей жидкостью и отводится вместе с ней. В зависимости от взаимного направления движения пара и жидкости К. бывают прямоточные, противоточные или с перекрёстным током. Конденсат обычно удаляется из К. насосом, а неконденсирующиеся газы отсасываются вакуум-насосом. Для увеличения поверхности соприкосновения пара с жидкостью последняя разделяется в контактном К. (при помощи переливных устройств, дырчатых тарелок, распыливающих сопл или др. устройств) на струи и капли, на поверхности к-рых происходит конденсация пара. Иногда пар подаётся в объём жидкости и пронизывает её (барботирует) в виде пузырей, на поверхности к-рых происходит конденсация. Для обеспечения нормальной работы К. снабжается рядом вспомогат. устройств, вместе с к-рыми он образует конденсационную установку.
Лит.: Шуйский К. П., Вакуумные конденсаторы химического машиностроения, М., 1961; Кирсанов И. Н-, Конденсационные установки, М.-Л., 1965; Касаткин А. Г., Основные процессы и аппараты химической технологии, 8 изд", М., 1971.
Л· Д. Берман.
КОНДЕНСАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ, система из двух или более электродов (обкладок), разделённых диэлектриком, толщина к-рого мала по сравнению с размерами обкладок; такая система электродов обладает взаимной электрической ёмкостью. К. э. в виде готового изделия применяется в электрич. цепях там, где необходима сосредоточенная ёмкость. Диэлектриком в К. э. служат газы, жидкости и твёрдые электроизоляционные вещества, а также полупроводники. Об-кладками К. э. с газообразным и жидким диэлектриком служит система металлич. пластин с постоянным зазором между ними. В К. э. с твёрдым диэлектриком обкладки делают из тонкой металлич. фольги или наносят слои металла непосредственно на диэлектрик. Для нек-рых типов К. э. на поверхность металлич. фольги (1-я обкладка) наносится тонкий слой диэлектрика; 2-й обкладкой является металлич. или полупроводниковая плёнка, нанесённая на слой диэлектрика с другой стороны, или электролит, в к-рый погружается оксидированная фольга. В интегральных схемах применяются два принципиально новых вида К. э.: диффузионные и металлокисел-полупроводниковые (МОП). В диффузионных К. э. используется ёмкость созданного методом диффузии р- n-перехода, к-рая зависит от приложенного напряжения. В К. э. типа МОП в качестве диэлектрика используется слой двуокиси кремния, выращенный на поверхности кремниевой пластины. Обкладками служат подложка с малым удельным сопротивлением (кремний) и тонкая плёнка алюминия. При подключении К.э. к источнику постоянного тока на его обкладках накапливается электрич. заряд Q = С·U; выражая Q в кулонах и U (напряжение на обкладках К. э.) в вольтах, получим С - ёмкость К. э. в фарадах. Ёмкость К. э. с обкладками в виде двух параллельных плоских пластин равна:
[1301-1.jpg]
где E0 - диэлектрич. проницаемость вакуума, E0 = 8,85·10-3пф/мм; е - относительная диэлектрич. проницаемость диэлектрика (? > 1); S - площадь плоской обкладки в мм2, b - расстояние между обкладками в мм.
Ёмкость цилиндрич. К. э. (два коаксиальных полых цилиндра, разделённых диэлектриком) равна
[1301-2.jpg]
где l - длина цилиндра в мм; D2 - внутренний диаметр внешнего цилиндра в мм; D1 - внешний диаметр внутреннего цилиндра в мм. При этом не учитываются искажения однородности электрич. поля у краёв обкладок (краевой эффект), и потому эти расчёты дают неск. заниженные значения ёмкости С; точность расчёта возрастает при уменьшении отношения
[1301-3.jpg]
(для плоского К. э.) и (для цилиндрич. К. э.).
[1301-4.jpg]
К. э. часто включаются группами (батареей); для параллельного соединения К. э. общая ёмкость батареи Cб= C1 + + C2 + ... + Сn, а для последоват. соединения[1301-5.jpg]
где C1, С2 ..., Сn - ёмкости отд. К. э., составляющих батарею. При включении в цепь переменного тока частотой f гц
через К. э. протекает реактивный (ёмкостный) ток[1301-6.jpg]
где U - напряжение, приложенное к обкладкам К.э.,
хс - реактивное сопротивление К. э.
[1301-7.jpg]при условии, что f в гц, а С - в ф.
Зависимость реактивного сопротивления К. э. от частоты используется в электрических фильтрах. Вектор тока, протекающего через К. э., опережает вектор напряжения, приложенного к его обкладкам, на угол ф=900, это позволяет применить К. э. для повышения мощности коэффициента пром. установок с индуктивной нагрузкой, для продольной компенсации в линиях электропередачи, в конденсаторных асинхронных двигателях и т. п. Реактивная мощность К.э. РР = 2пfU2C (вар), где U - в в, f - в гц, С - в ф. К осн. параметрам К. э. (см. табл.) относятся: номинальная ёмкость - Сн; допуск по номинальной ёмкости
[1301-8.jpg]
где Си - измеренное значение ёмкости К. э.; рабочее (номинальное) н а-пряжение Uн, при к-ром К. э. надёжно работает длит, промежуток времени (обычно более 1000 ч); испытательное напряжение Uис, к-рое К. э. должен выдерживать в течение определ. промежутка времени (2-5 сек, иногда до 1 мин) без пробоя диэлектрика; пробивное напряжение Unp (постоянный ток), вызывающее пробой диэлектрика за промежуток времени в неск. сек; угол потерь б - чем б больше, тем большая часть энергии выделяется на нагрев К. э.; потери активной мощности Ра = 2пfU2Cнtg(?) (вт), где б - угол потерь, U - в в, Сн - в ф, f - в гц; температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ), характеризующий зависимость изменения ёмкости К. э. от темп-ры; сопротивление изоляции Rиз между выводами К. э. при подаче на них постоянного напряжения.
К. э. обладают индуктивностью L, вследствие чего полное сопротивление К. э. часто не является
преимущественно ёмкостным в любом диапазоне частот; применять К. э, целесообразно только при частотах f < fо (fo- собств. резонансная частота К. э. ), т.к. при f > fо сопротивление имеет преимущественно индуктивный характер. Надёжность К. э. определяется вероятностью его безотказной работы в течение гарантированного срока службы; иногда надёжность выражают в виде интенсивности отказов К.э. Для сравнит, оценки качества К. э. применяются удельная ёмкость[1301-9.jpg]
где VKсм3 - активный объём К. э., и удельная стоимость, т.е. стоимость К. э., отнесённая к накопленной в К. э. энергии или заряду. Удельная стоимость К. э. всегда снижается по мере увеличения размеров К. э.
По применению различают К. э. низкого напряжения низкой частоты (большая удельная ёмкость Суд), низкого напряжения высокой частоты (малые ТКЕ и tg ?, высокая Суд), высокого напряжения постоянного тока (высокое Rиз), высокого напряжения низкой и высокой частоты (высокая удельная реактивная мощность). К. э. выпускаются постоянной ёмкости, переменной ёмкости и полупеременные (триммеры). Параметры, конструкция и область применения К. э. определяются диэлектриком, разделяющим его обкладки, поэтому основная классификация К. э. проводится по типу диэлектрика.
К. э. с газообразным диэлектриком (воздушные, газонаполненные и вакуумные) имеют весьма малые значения tg ? и высокую стабильность ёмкости (см. табл.). Воздушные К. э. постоянной ёмкости применяют в измерительной технике в основном как образцовые К. э. Воздушные К. э. рекомендуется применять при напряжениях не выше 1000 в. В электрических цепях высокого напряжения (св. 1000 в) применяют газонаполненные (азот, фреон и др.) и вакуумные К. э. Вакуумные К. э. имеют меньшие потери, малый ТКЕ и более устойчивы к вибрациям по сравнению с газонаполненными. Рабочее напряжение для вакуумных К. э. постоянной ёмкости от 5 до 45 кв. Наиболее целесообразно вакуумные К. э. использовать при работе в диапазоне частот от 1 до 10 Мгц.
Значение пробивного напряжения вакуумных К. э. не зависит от атм. давления, поэтому они широко применяются в авиационной аппаратуре. Основной недостаток К. э. с газообразным диэлектриком - весьма низкая удельная ёмкость.
К, э. с жидким диэлектрикок имеют при тех же размерах, что и К. э. с газообразным диэлектриком, большую ёмкость, т. к. диэлектрическая проницаемость у жидкостей выше, чем у газов; однако такие К. э. имеют большой ТКЕ и большие диэлектрические потери, по этим причинам они не перспективны.
К К. э. с твёрдым неорганическим диэлектриком относятся стеклянные, стеклоэмалевые и стеклокера-мич., керамич. (низкочастотные и высокочастотные) и слюдяные К.э. Стеклянные, стеклоэмалевые и стеклокерамич. К. э. представляют собой многослойный пакет, состоящий из чередующихся слоев диэлектрика и обкладок (из серебра и др. металлов). В качестве диэлектрика используются конденсаторное стекло, низкочастотная или высокочастотная стекло-эмаль и стеклокерамика. Эти К. э. имеют относительно малые потери, малые ТКЕ, устойчивы к воздействию влажности и температуры, имеют большое сопротивление изоляции. Долговечность этих К. э. при номинальном напряжении и максимальной рабочей темп-ре не менее 5000 ч. Керамич. К. э. представляет собой поли-кристаллич. керамич. диэлектрик, на к-рый вжиганием нанесены обкладки (из серебра, платины, палладия). К об-кладкам припаяны выводы, и вся конструкция покрыта влагозащитным слоем. Керамич. К. э. подразделяют на низковольтные высокочастотные (малые потери, высокая резонансная частота, малые габариты и масса), низковольтные низкочастотные (повышенная удельная ёмкость, относительно большие потери) и высоковольтные К. э. (от 4 до 30 кв), в к-рых используется специальная керамика, имеющая высокое пробивное напряжение.
Основные параметры конденсаторов постоянной ёмкости, изготавливаемых в СССР
Тип конденсатора
Пределы номинальной ёмкости , пф
Пределы напряжения, B
Удельная ёмкость (ср. знач.), пф/см2
ТКЕ X 108 (град.)-10
tg б * 104 при частоте f
tg б X 104
f (гц)
Воздушный
5*101 ~ 4*103
102~103
0,1
+ (20~100)
0,1~5
106
Вакуумный
10~103
103~4,5*104
0,1
+ (20~30)
0,1~3
106
Стеклоэмалевый
10~103
102~103
103
+65~ -130 (нормирован)
15
106
Стеклокерамический
10~5*103
102~5*102
104
±(30~300)
20~30
105
Керамический высокочастотный
1~105
102~103
103
+ 120~ - 1300 (нормирован)
12~15
106
Керамический низкочастотный
102 ~106
102~3*102
105
350
103
Слюдяной
10~4*105
102~104
103
±50~±200
10~20
106
Бумажный
102~107
102~1,5*103
104
-
100
103
Металлобумажный
2,5*104~108
102~1,5*103
105
-
150
102
Плёночный полистирольный
102 ~ 104
6*10~1,5*104
103
- 200
10
103~106
Плёночный ПЭТФ
102~ 108
102~1,6*104
104
- 200
20
103
Лакоплёночный
105~108
|
