Измерение расхода с помощью зажимных датчиков в контурах охлаждения
В контурах охлаждения проекта по исследованию термоядерного синтеза «Вендельштайн 7-X» были установлены стационарные расходомеры KATflow 150. Эти системы с зажимным креплением обеспечивают надежные измерения деионизированной воды в условиях экстремальных температур и магнитных полей.
Четыре устройства KATflow 150 с интерфейсом Profibus DP в условиях высоких температур термоядерного реактора
Энергия термоядерного синтеза способна обеспечить человечество безуглеродной энергией в неограниченных количествах и освободить нас от зависимости от ограниченных ресурсов нашей планеты. Мы рады, что неинвазивная технология ультразвукового расходоизмерения Clamp-On от Katronic вносит свой небольшой вклад в работу амбициозной экспериментальной исследовательской установки: Wendelstein 7-X, так называемого стелларатора, расположенного в Грайфсвальде, Германия. Вместе с проектом токамака ITER на юге Франции оба этих долгосрочных проекта призваны проложить путь к первым термоядерным электростанциям будущего. Решающим фактором для успешного применения расходомера стала нечувствительность приборов Katronic к мощным магнитным полям, которые играют ключевую роль в удержании высокоэнергетической плазмы.
Установка «Вендельштайн 7-X» имеет кольцевую конструкцию; её диаметр составляет около 14 м. Она основана на принципе стелларатора, при котором исключительно внешние катушки создают скрученное магнитное поле, с помощью которого удерживается водородная плазма, необходимая для ядерного синтеза. Необходимые температуры плазмы достигаются, в частности, с помощью системы ICRH (ионно-циклотронный резонансный нагрев). Для этого через антенну в плазму излучаются радиоволны в диапазоне коротких волн, которые там — подобно микроволнам — поглощаются и таким образом повышают температуру плазмы до 150 млн °C. Эта очень высокая температура, плотность частиц и достаточная теплоизоляция плазмы от окружающей среды являются тремя необходимыми условиями для успешного проведения лабораторного эксперимента по термоядерному синтезу с использованием магнитного поля стелларатора.
К среде установки этой антенны ICRH относятся восемь контуров водяного охлаждения. Они являются важными техническими компонентами, необходимыми для предотвращения перегрева антенны во время проводимых экспериментов по термоядерному синтезу. Температура воды в трубопроводах с внутренним диаметром 8 мм составляет 150 °C при максимальном давлении 26 бар, расход воды по всем контурам — 5,4 м³/ч. Для измерения расхода сначала были проведены испытания с использованием расходомеров с плавающим корпусом. Однако влияние магнитного поля системы катушек стелларатора оказалось слишком сильным, в результате чего эта технология не оправдала себя. В результате учёные, участвовавшие в экспериментах на «Вендельштайне» из LPP-ERM/KMS, Института физики плазмы имени Макса Планка (IPP) и Исследовательского центра Юлих, были вынуждены разработать другое решение. В связи с использованием деионизированной воды в контурах охлаждения вторым критерием выбора стало нахождение системы измерения расхода, работающей независимо от проводимости среды.
В итоге стационарный накладной расходомер KATflow 150 компании Katronic соответствовал всем техническим требованиям, предъявляемым к новой системе измерения расхода. Все компоненты измерительного блока должны были быть немагнитными, что было обеспечено за счёт пластикового корпуса измерительного блока расхода и корпуса датчиков из нержавеющей стали. Кроме того, не должно было происходить прямого контакта с рабочей средой. Это было обеспечено благодаря креплению датчиков с помощью технологии «Clamp-On», а также благодаря тому, что измерения могли осуществляться через стенки труб из нержавеющей стали, установленных в контурах охлаждения.
В общей сложности четыре установленных расходомера типа KATflow 150 отлично зарекомендовали себя в данном высокотемпературном применении (измерение расхода деионизированной воды при 150 °C). Благодаря интерфейсу Profibus-DP, установленному в каждом измерительном устройстве по желанию заказчика, данные измерений могут передаваться со скоростью 4 Мбит/с. Благодаря комбинированному измерению температуры учёные сегодня могут не только проверять расход, необходимый для охлаждения антенны ICRH, но и считывать и оценивать потери мощности и энергию радиоволнового излучения.
Партнеры проекта:
Лаборатория физики плазмы, Королевская военная школа (LPP-ERM/KMS), Трехсторонний кластер Euregio (TEC), Брюссель
Исследовательский центр Юлих ГмбХ, Институт исследований в области энергетики и климата — физика плазмы, Trilateral Euregio Cluster (TEC)
Исследовательский центр Юлих ГмбХ, Центральный институт инженерии, электроники и аналитики
Институт физики плазмы имени Макса Планка (IPP), Грайфсвальд
