Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven gebruiken een negen meter lange ‘kookbuis’ om onderzoek te doen naar het gedrag van de combinatie van stoom en heet water die samen door een pijp stromen. Het systeem is ontworpen voor water-stoom stromingen met een druk tot 40 bar en een temperatuur tot 250 graden Celsius. Door de druk en water temperatuur te variëren, kan men bepalen wat de ideale verhouding is van een combinatie van stoom en water voor bijvoorbeeld een maximale warmte afvoer. Deze kookbuis is nieuw en bijzonder vanwege de grootte (negen meter hoog) en de mogelijkheid het stromingspatroon met camera’s vast te leggen.

Stromingspatroon tegen gevaarlijke bellen

Omdat het water dan kookt, ontstaat er een zogenaamd twee fasen systeem: een deel van het water blijft vloeibaar en een deel wordt gasvormig stoom. Hoe die twee fasen door elkaar stromen, het stromingspatroon, hangt af van de temperatuur, druk, stoomfractie, snelheden van de verschillende fases en andere parameters. Een stromingspatroon kaart van de gemeten stromingspatronen kan vervolgens gebruikt worden om installaties veiliger en efficiënter te maken.

Op beeldschermen is op hoge resolutie het stromingspatroon in de kookbuis te volgen

Magna-Power regelt de verhitting

Om een gelijkmatige verwarming tot het verzadigingspunt en tijdens de verdamping te garanderen is extra aandacht besteed aan de heaters. Voor beide verwarmingselementen, de voorverwarmer en de verwarming van het testgedeelte, zijn meerdere opties overwogen. Het hoofddoel van de voorverwarming is het verwarmen van het onderkoelde mengsel met een voorgedefinieerde verhouding van vloeistof en damp. De testsectie zal ofwel de stromingstoestand behouden of extra warmte toevoegen om een nieuw stromingsregime te bereiken.

De voorverwarmer bestaat uit een bijna vier meter lange roestvrijstalen buis met een binnendiameter van 20 mm en wanddikte van 2.5 mm. De stroom die nodig is om 70 kW aan verwarmingsvermogen op te wekken, kan worden afgeleid uit de elektrische weerstand van het buismateriaal. Deze bedraagt 18 mΩ bij 100 °C en 20 mΩ bij 250 °C over de vier meter lengte. Bij 100 °C is een stroom van 1950 A en een spanning van 36,8 V nodig. De Magna-Power voeding MTA50-2000 levert hier het elektrisch vermogen. Er is een hogere spanning gekozen zodat gecompenseerd kan worden voor de verliezen in de verbindingen tussen voeding en preheater. Met dikke koperen strips met een weerstand van 15 µΩ per meter is de verbinding gemaakt.

Magna-Power 100 kW MTA50-2000

De sense-wires van de Magna-Power voeding zijn aangesloten op de aansluitpunten op de voorverwarmerbuis zelf waardoor de spanning over het verwarmingsdeel zelf gemeten wordt. Zo wordt voor de verliezen in de aansluiting gecompenseerd bij het bepalen van het toegevoegde vermogen aan de voorverwarmer.

De verwarming van de testsectie lijkt sterk op de voorverwarming. Alleen de lengte en het vermogen verschilt. De buis is bijna één meter lang en heeft dezelfde diameter en aansluitingen als de voorverwarming. Het benodigde vermogen is hier 30 kW. Bij de elektrische weerstand van deze buis (4,6 mΩ bij 100 °C en 5,1 mΩ bij 250 °C over de één meter lengte) is een stroom van 2552 A bij een spanning van 11,8 V nodig. De TSA16-2700, een Low Voltage – High Current DC voeding van Magna-Power levert dit vermogen. Ook hier is de spanning hoger gekozen om te compenseren voor de verliezen en zijn sense wires aangesloten op de heater-sectie zodat het vermogen dat in de buis wordt opgewekt, gemeten kan worden en ook geregeld.

De twee MagnaDC programmeerbare DC voedingen zijn voorzien van programmeerbare instellingen voor spanning en stroom. De voedingen maken gebruik van hoogfrequente IGBT-gebaseerde elektrische vermogensomzetting in stroomgevoede (Current-fed) topologie. Dit voegt een extra stap toe ten opzichte van de conventionele spanningsgevoede topologie voor een betere controle en systeembescherming, zodat de voeding zelfs bij een storing zichzelf beschermt. Door de zelfbeschermende eigenschappen van deze topologie is de mogelijkheid van snel oplopende stroompieken en magnetische kernverzadiging uitgesloten. Naast de robuuste topologie hebben MagnaDC voedingen een nauwkeurige programmering van spanning en stroom. Elke voeding wordt getest bij 90% tot 125% nominale lijn spanning om een correcte werking te garanderen, zelfs onder de slechtste netspanningscondities.

Magna-Power 43,2 kW TSA16-2700 regelbare DC voeding

 Veiliger en efficiënter

Typische toepassingen voor het onderzoek van de TU/e zijn energiecentrales (kolen-, gas-, biomassa- en kerncentrales) die gebruik maken van een stoomturbine, verschillende systemen in de chemische industrie (zoals reactoren op hoge temperatuur voor de productie van plastics en olie), en koeling in de voedingsmiddelenindustrie. Verwachtingen zijn dat de systemen veiliger worden en efficiënter in gebruik. Ook zullen centrales minder vaak hoeven te sluiten.

De kookbuis is in werking gesteld na een introductie door de voorzitter van het domein Technische en Toegepaste Wetenschappen van NWO en voormalig decaan prof. Jaap Schouten. De sectieleider van de onderzoeksgroep Multiphase and Reactive Flows, prof. Niels Deen heeft uitleg gegeven bij de opstelling.

Bronvermelding: Proefschrift Giel Priems, TU Eindhoven website, Magna-Power datasheets.

Het proefschrift van Giel vindt u op https://research.tue.nl/files/105419442/20181001_Priems.pdf.

Klik hier voor meer informatie over Magna-Power of bekijk dit prachtige filmpje op hun eigen website.

Wat onze klanten zeggen

Hans Verhees

Hans Verhees

Victron Energy

Wij kopen geen meetinstrumentatie, maar oplossingen voor specifieke meetproblemen. Ik koop dan ook graag bij TTMS, gezien de kennis die zij hebben op het gebied van testoplossingen in power elektronica. Ik heb namelijk een hekel aan verkopers. TTMS helpt ons bij de juiste keuze. Ze komen zelfs met instrumentatie van fabrikanten die ze zelf niet vertegenwoordigen. En altijd met een perfecte service: ze doen niet moeilijk, maar regelen het gewoon.

Shell Technology Centre Amsterdam

Jan Serné

Shell Technology Centre Amsterdam

Vanuit mijn functie binnen het kalibratie- en kwaliteitslab is het voor mij een continu streven naar kwaliteit. Om dit te waarborgen is de juiste support van onder andere leveranciers dan ook essentieel. TTMS begrijpt dit als geen ander, en ik doe dan ook al jaren zaken met hen. Als ik de relatie met TTMS moet omschrijven, dan is deze niet alleen feitelijk maar zeker ook instinctief te noemen. De meetinstrumentatie is betrouwbaar. Bovendien is de expertise op gebied van test- en meetapparatuur bij TTMS een goede aanvulling voor de STCA.

ONZE LEVERANCIERS

© Copyright 2020 - TTMS B.V. | Privacy Policy | Algemene Voorwaarden