Теплообменный аппарат для рабочих сред, содержащих накипеобразующие примеси

 

Использование: для охлаждения и нагревания рабочих сред, содержащих примеси накипеобразующей природы, например для морской воды. Сущность изобретения: теплообменный аппарат содержит корпус и теплопередающие элементы, которые изготовлены из материала, обладающего эффектом памяти формы, например из мононикелида титана, а поверхностям теплопередающих элементов принудительно заданы две предельные формы: одна форма образована в результате деформации при температуре выше области мартенситных превращений материала, причем обеспечено изменение кривизны поверхности теплопередающих элементов при переходе от одной предельной формы в другую. 4 ил. 1 табл, (Л С -ч -ч 00 4 Ю О

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИК

s F 28 F 19/00, 21/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4903537/06 (22) 18.01.91 (46) 30,11.92. Бюл. ¹ 44 (71) Ленинградское обьединение "Пролетарский завод" (72) Ю.С.Веселов и А.В.Пуртин (56) ОСТ. 5.4201-84. Установки опреснительные дистилляционные, утилизационные судовые.

Л И КА 065,361.0 ВТУ/ТУ 5.425-14117-8).

Установка опреснительная дистилляционная, автоматизированная ПЧ-2. Технические условия. Л,: 1981, с.58, Корнилов И.И„ Белоусов О,К„ Кочур

Е.В. Никелид титана и другие сплавы с эффектом "памяти" формы. M.: Наука, 1977, с,179.

ЛИКА. 065361.0ВТО Установка опреснительная дистилляционная, автоматизированная ПЧ-2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. (54) ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ РАБОЧИХ СРЕД, СОДЕРЖАЩИХ НАКИПЕОБРАЗУЮЩИЕ ПРИМЕСИ

Изобретение относится к области теплотехники, а точнее — к теплообменным аппаратам, для сред, склонных к накипеобраэованию, например для морской воды.

Известна нагревательная батарея морской воды опреснительных установок типа

"Д", которая представляет собой теплообменный аппарат (ТА), состоящий из корпуса и теплопередающих элементов (ТЭ) в виде

„„SU„„1778490 Al (57) Использование: для охлаждения и нагревания рабочих сред, содержащих примеси накипеобразующей природы, например для морской воды. Сущность изобретения: теплообменный аппарат содержит корпус и теплопередающие элементы, которые изготовлены из материала, обладающего эффектом "памяти" формы, например иэ мононикелида титана, а поверхностям теп. лопередающих элементов принудительно заданы две предельные формы: одна форма образована в результате деформации при температуре выше области мартенситных превращений материала, причем обеспечено изменение кривизны поверхности теплопередающих элементов при переходе от одной предельной формы в другую. 4 ил, 1 табл, вертикально расположенных мельхиоровых трубок круглого сечения, закрепленных в трубных досках корпуса. Внутри этих трубок происходит кипение и испарение рассола морской воды, а снаружи они омываются греющей водой. В результате отложения накипи на внутренней поверхности ТЭ снижается производительность установки, При снижении производительности на 25 Д от номинальной установку отключают и проео1778490 дят химическую чистку ТЭ 3%-ным раство, ром сульфаминовой кислоты. Период между чистками не менее 3000 ч.

Недостатками этой установки является высокая трудоемкость технического обслуживания во время проведения химической чистки и высокие энергетические и материальные затраты на опреснение морской воды, связанные со снижением производительности установки перед химической чисткой и необходимостью размещения дополнительного оборудования (баки, шланги и т.д.), помещений для хранения запаса реагентов и необходимостью отключе- ния установки для проведения химической чистки на длительное время.

Прототипом данного изобретения является ТА. используемый в качестве нагревательной батареи в опреснительных, установках типа "П", ТА состоит из корпуса и пучка ТЭ, размещенных внутри корпуса, представляющих собой трубки плоскоовального сечения, горизонтально закрепленные в трубных досках. Одна из досок закрыта глухой крышкой, а через другую в батарею подводится греющий пар. Снаружи пучок ТЭ омывается рассолом морской воды. ТЭ благодаря упругости обладают способностью к самоочистке. При принудительном изменении разности давлений внутри и снаружи Т Э плоские участки

его поверхности упруго деформируются, в результате чего образовавшаяся накипь растрескивается, отделяется от поверхности ТЭ и через каждые 350 ч работы удаляется из ТА.

Недостатками прототипа являются значительная трудоемкость технического обслуживания и .высокие энергетические и материальные затраты на нагрев морской воды. Это обусловлено тем, что вследствие малых деформаций ТЭ в месте их крепления к трубным доскам, эффективная самоочистка происходит лишь на одной трети длины

ТЭ. В районе же трубных досок батарея зарастает накипью, которую приходится периодически скалывать вручную, специальными скребками, что весьма трудоемко.

Кроме того, вследствие зарастания накипью части теплообменной поверхности, в конце периода между чистками батареи, затраты на получение дистиллята значительно возрастают(снижается производительность установки, повышается удельный расход пара). Большая величина напряжений при самоочистке и их цикличность снижают надежность сварного соединения ТЗ с трубной доской, поэтому для обеспечения необходимого ресурса опреснительной установки в комплект установки включают два запасных пучка ТЭ, что повышает стоимость установки в целом, Целью изобретения является уменьшение трудоемкости технического обслуживания ТА и снижение материальных затрат на нагрев или охлаждение рабочей среды за счет повышения эффективности самоочистки ТЭ от накипи.

Сущность изобретения состоит в том, что для достижения эффективной самоочистки поверхности ТЭ им принудительно заданы две предельные формы: одна форма

10 образована в результате деформации материала при температуре "прямого" мартенситного превращения, а другая форма — в

15 результате деформации при температуре выше области мартенситных превращений материала, причем обеспечено изменение кривизны поверхности ТЭ при переходе из принудительный переход поверхности ТЭ из одной предельной формы в другую обеспечен за счет изменения теплового режима работы ТА(например, путем повышения или понижения расхода греющей или нагреваемой среды). При этом переходе слой накипи вследствие низкой пластичности разрушается и отделяется от поверхности ТЭ, т.е. происходит их полная самоочистка. Дополнительные воздействия, химическая или механическая чистка, не требуются, что,и обеспечивает достижение цели изобрете25

30 ния.

Известны предложения применения материалов, обладающих эффектом "памяти" формы для изготовления саморазвора35 чивающихся (самоскладывающихся) конструкций, а также для превращения тепловой энергии в механическую в темпера40 турно-чувствительных датчиках и в качестве силовых элементов термопривода и др. Существенным отличием данного изобретения является то, что эффект "памяти" формы используется не для собственно. изменения формы, а исключительно с целью очистки ТЭ

ТА от накипи. На основании изложенного считаем, что отличительные признаки заявленного изобретения являются существен50 ными.

На фиг,1 показан ТА с ТЭ пластинчатой формы; на фиг.2 — ТА с ТЭ змеевиковой формы; на фиг.3 — ТА с ТЭ плоскоовальной формы; на фиг.4 — график изменения формы мононикелида титана с содержанием Nl 48 ат,$.

ТА (фиг.1) состоит из корпуса 1 и пучка пластинчатых ТЭ 2: ТА (фиг.2) состоит из корпуса 1 и пучка ТЭ, представляющих собой трубки, навитые в спираль 2, Та (фиг.3) 55

20 одной предельной формы в другую. В процессе работы ТА по прямому назначению

1778490

15

25

35

50 состоит из корпуса 1 и пучка ТЭ плоскоовальной формы 2. Возможна любая другая форма ТЭ. Отличительной особенностью данного ТА является то, что его ТЭ изготовлены из материала, обладающего эффектом

"памяти" формы, например, из мононикелида титана с содержанием Ni 48 ат., . а поверхностями ТЭ принудительно заданы две предельные формы: одна форма (реальная) образована в результате деформации материала при температуре "прямого" мартенситного превращения (75+50)ОС, а другая форма (мнимая) заложена в "память" материала в результате деформации при температуре выше области мгртенситных превращений (550 — 600) С, при которой релаксируют упругие напряжения. В качестве одной из определенных форм можно использовать форму состояния поставки материала, например, гладкая труба или лист и т.д. Причем кривизна поверхности "реальной" и "мнимой" формы в каждой точке ТЭ существенно отличается, что обеспечивает разрушение слоя накипи в каждой точке поверхности ТЭ. Переход от "мнимой" формы к "реальной" или наоборот (т.е, изменение кривизны поверхности ТЭ в каждой точке) обеспечен за счет изменения температуры материала ТЭ (т.е. за счет изменения теплового режима работы ТА в целом).

TA работает следующим образом. При нагревании материала Т Э в интервале температур 110 — 125 С (температурный интервал "обратного" мартенситного превращения) он будет менять свою форму с "реальной" ноа "мнимую" (т.е. "вспоминать" ту форму, которая заложена в его "памяти"), а при охлаждении в интервале температур (80 — 50) С (температурный интервал "прямого" мартенситного превращения) наоборот, будет менять форму с

"мнимой" на "реальную". При переходе от одной формы поверхности к другой за счет изменения кривизны поверхности слой накипи вследствие его низкой пластичности будет разрушаться, т.е, будет происходить полная самоочистка поверхности ТЭ. Процесс перехода от одной формы к другой для мононикелида титана с содержанием Ni 48 ат. изображен на фиг.4. Кроме никелида титана эффектом "памяти" формы обладают следующие сплавы: Ti Со; Ti Fe; Cu Zn; Au

C0; FeNi; In TI и многие другие, Процесс мартенситных превращений у всех этих сплавов происходит аналогично процессу в NiTi u отличается только тем, что велич tHB температуры начала и конца "прямого" и "обратного" мартенситного превращения разная для каждого сплава, Температурный интервал мартенситных превращений у этих сплавов меняется в очень широком диапазоне.

Это позволяет практически для каждого теплообменного аппарата, рассчитанного на определенный температурный режим, подобрать материал.

Заявляемый ТА обладает рядом преимуществ по сравнению с прототипом, Во-первых, он может работать в самых тяжелых режимах накипеобразования и даже в установках. выпаривающих воду до сухого остатка, в то время, как прототип вследствие интенсивного накипеобразования при высоких температурах обеспечивает необходимый период между чистками только при вакуумном режиме испарения, что ведет к увеличению MBGcbl и габаритов установки и расхода греющей среды, т.е. к увеличению затрат. Во-вторых, возможность при использовании материала, обладающего эффектом "памяти" формы, значительно менять форму поверхности обеспечивает полную самоочистку ТЭ, что весьма уменьшает трудоемкость технического обслуживания. Преимущества предлагаемого ТА относительно аналога и прототипа приведены в таблице, Формула изобретения

Теплообменный аппарат для рабочих сред, содержащих накипеобразующие примеси, включающий корпус, в котором размещены теплопередающие элементы, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости технического обслуживания и снижения материальных затрат на нагрев и охлаждение рабочей среды за счет повышения эффективности самоочистки элементов от накипи, теплопередающие элементы выполнены из термочувствительного материала с обратимым мартенситным превращением, имеющего две предельные формы, причем кривизна поверхности элемента в одной предельной форме отличается от кривизны поверхности этого элемента в другой предельной форме.

1778490

Значение показателей

Показатель заявляемого изобретения прототипа становки типа "П" ки типа "Д"

Трудоемкость технического обслуживания за 4000 ч, в том числе трудоемкость удаления шлама, чел. ч, трудоемкость химической или механической чистки, чел. ч, Дополнительные за траты или снижение эффективности рабо ты за 4000 ч., в том числе: снижение произвдительности ОУ перед чисткой от номинальной, % О, повышение расхода греющей среды или давления пара от начального дополнительное оборудование

ЗИП

Нет

Нет

Нет

Нет от минус 0,3 кгс/см до плюс 0,5 кгс/см

/4/

Нет бак 200 л шланги

150 кг реагентов

Нет

Нет

Нет

2 запасных пучка ТЭ

7000 б. каж ый

Нет

Нет

Сранительные -характеристики аналога, прототипа и заявляемого изобретения

1778490

А-А

R Rg

ФИГ. 3

„Яеальная"

ДО,ОРП7

„РЕАЛЬНАЯ"

ФОРМА

813 яя

Фиг. 2

„jyhiuprOP"

Форг п

„МНИМАЯ"

ФОРМА

1

1778490

Форма ТЭ

30 50 70 90 !10 130 150

ФИГ. 4

Составитель Ю.Веселов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.Юско

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул,Гагарина, 101

Заказ 4180 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4(5