Генератор колебаний

Изобретение относится к энергетике и котельной технике и может быть использовано при разработке, изготовлении и применении генераторов колебаний (пульсаторов), предназначенных для предотвращения отложений и накипи в оборудовании ТЭЦ, котельных, в частности, на поверхностях теплообменных аппаратов и на поверхностях котлов. Генератор колебаний содержит корпус с внутренней полостью и каналами, внутренняя полость разделена на две части перфорированной перегородкой и при этом одна из частей внутренней полости соединена с одним каналом, выполненным для подачи пара во внутреннюю полость генератора колебаний, а другая часть внутренней полости соединена с двумя каналами, один из которых выполнен для подачи воды во внутреннюю полость генератора колебаний, а второй выполнен для отвода воды или воды и пара из внутренней полости генератора колебаний. Технические результаты: упрощение и повышение надежности работы генератора колебаний, а также уменьшение веса генератора колебаний за счет исключения из его конструкции перемещающихся (движущихся) частей. 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к энергетике и котельной технике и может быть использовано при разработке, изготовлении и применении генераторов колебаний (пульсаторов), предназначенных для предотвращения отложений и накипи в оборудовании ТЭЦ, котельных, в частности, на поверхностях теплообменных аппаратов и на поверхностях котлов.

Уровень техники

Известен генератор колебаний (описанный в источнике /1/), содержащий корпус, в котором закреплена пружина растяжения, закрытая с одной стороны заглушкой с образованием внутренней полости внутри пружины. Корпус снабжен каналом для подачи воды во внутреннюю полость внутри пружины.

С существенными признаками заявленного изобретения совпадают следующие признаки аналога: генератор колебаний, содержащий корпус,... внутреннюю полость.

Недостатком аналога является: большая масса генератора колебаний из-за того, что в нем используется пружина сжатия.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению (прототипом) является генератор колебаний (описанный в источнике /2/), содержащий корпус с внутренней полостью и каналами - подводящим и отводящим воду. Во внутренней полости размещен инерционный диск с отверстиями, а также поршень прямого хода и поршень обратного хода.

С существенными признаками заявленного изобретения совпадают следующие признаки прототипа: Генератор колебаний, содержащий корпус с внутренней полостью и каналами.

Недостатком прототипа является:

Большая масса, сложность конструкции и сложность работы генератора колебаний из-за наличия в нем перемещающихся частей: инерционного диска, а также поршней прямого и обратного хода. Это существенно снижает надежность работы генератора колебаний.

Упрощение и повышение надежности работы генератора колебаний, а также уменьшение веса генератора колебаний может быть достигнуто путем исключения из его конструкции перемещающихся частей.

Сущность изобретения

Заявленное изобретение направлено на решение следующей задачи: повышение эффективности работы генератора колебаний.

При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технические результаты: упрощение и повышение надежности работы генератора колебаний, а также уменьшение веса генератора колебаний за счет исключения из его конструкции перемещающихся (движущихся) частей.

Указанный технический результат достигается тем, что генератор колебаний содержит корпус с внутренней полостью и каналами и внутренняя полость разделена на две части перфорированной перегородкой, при этом одна из частей внутренней полости соединена с одним каналом, выполненным для подачи пара во внутреннюю полость генератора колебаний, а другая часть внутренней полости соединена с двумя каналами, один из которых выполнен для подачи воды во внутреннюю полость генератора колебаний, а второй выполнен для отвода воды или воды и пара из внутренней полости генератора колебаний.

От наиболее близкого аналога (прототипа) изобретение отличается следующими признаками: внутренняя полость разделена на две части перфорированной перегородкой и при этом одна из частей внутренней полости соединена с одним каналом, выполненным для подачи пара во внутреннюю полость генератора колебаний, а другая часть внутренней полости соединена с двумя каналами, один из которых выполнен для подачи воды во внутреннюю полость генератора колебаний, а второй выполнен для отвода воды или воды и пара из внутренней полости генератора колебаний.

Источником возникновения колебаний в генераторе служат схлапывающиеся в воде пузырьки пара. При этом колебания передаются на корпус генератора колебаний, в частности на его днище. Далее колебания распространяются в жидкости, в том числе в пограничном слое протекающей жидкости с внутренней поверхности теплообменных труб, что приводит к пульсирующему режиму течения жидкости, который препятствует появлению отложений и накипи на поверхностях теплообменных аппаратов. Подробно работа генератора колебаний будет описана ниже.

Повышение ремонтопригодности генератора колебаний может быть достигнуто за счет того, что его корпус выполнен разборным из металла и содержит, по меньшей мере, две части, между которыми посредством, по меньшей мере, двух уплотнителей (в частности, уплотнительных колец) и болтов закреплена перфорированная перегородка, толщина перфорированной перегородки составляет величину от 0.0005 до 0.5 от диаметра перфорированной перегородки.

В зависимости от давления в источнике пара и величины обрабатываемой колебаниями поверхности перфорированная перегородка содержит от 1 до 100 отверстий, причем отношение площади отверстия, если оно одно, или отношение суммарной площади отверстий, если их более одного, к площади поверхности одной из сторон перегородки составляет величину от 0.00001 до 0.1. Данное отношение обеспечивает звуковое истечение пара из одной части внутренней полости в другую, что способствует распространению пузырьков пара по всему объему данной части внутренней полости. Перфорированная перегородка выполнена из металла, что снижает ее стоимость.

Генератор колебаний может быть выполнен таким образом, что, по меньшей мере, два отверстия в перфорированной перегородке, если отверстий более одного, выполнены с различными диаметрами. Отверстия большего диаметра располагаются вблизи выходного отверстия канала подачи воды во внутреннюю полость корпуса генератора колебаний. Это позволяет повысить интенсивность колебаний на низких частотах. В заявленном устройстве диаметр отверстий перфорации определяет частоту механических колебаний.

Генератор колебаний может быть выполнен таким образом, что, по меньшей мере, одно отверстие или все отверстия в перфорированной перегородке выполнены сужающимися от поверхности перегородки, примыкающей к той части внутренней полости, которая соединена с одним каналом для подачи пара во внутреннюю полость генератора колебаний, в направлении поверхности перегородки, примыкающей к другой части внутренней полости, которая соединена с каналом для подачи воды во внутреннюю полость генератора колебаний и каналом для отвода воды или воды и пара из внутренней полости генератора колебаний. Это обеспечивает звуковое истечение пара. Или наоборот, генератор колебаний может быть выполнен таким образом, что, по меньшей мере, одно отверстие или все отверстия в перфорированной перегородке выполнены расширяющимися от поверхности перегородки, примыкающей к той части внутренней полости, которая соединена с одним каналом для подачи пара во внутреннюю полость генератора колебаний, в направлении поверхности перегородки, примыкающей к другой части внутренней полости, которая соединена с каналом для подачи воды во внутреннюю полость генератора колебаний и каналом для отвода воды или воды и пара из внутренней полости генератора колебаний. Это обеспечивает сверхзвуковое истечение пара.

Генератор колебаний может быть выполнен таким образом, что внутренний объем одной из частей внутренней полости, соединенной с одним каналом для подачи пара, составляет величину от 5 до 45% от объема всей внутренней полости, расположенной в корпусе генератора колебаний. Геометрические характеристики данной части внутренней полости определяют равномерность (или неравномерность) истечения пара из отверстий перфорированной перегородки.

Генератор колебаний может быть выполнен таким образом, что корпус генератора колебаний и перфорированная перегородка выполнены из стали с модулем упругости 190:210 ГПа, модулем сдвига 77:81 ГПа, прочностью на разрыв 320:1500 МПа, пределом текучести 190:1200 МПа. Это обеспечивает унификацию материалов, из которых выполняются составные части генератора колебаний, и снижает стоимость их изготовления.

Генератор колебаний может быть выполнен таким образом, что канал для подачи пара во внутреннюю полость располагается в корпусе генератора колебаний и выполнен с возможностью соединения с трубопроводом подачи пара. Это повышает прочность и упрощает конструкцию генератора колебаний.

Генератор колебаний может быть выполнен таким образом, что канал для подачи воды во внутреннюю полость располагается в корпусе генератора колебаний и выполнен с возможностью соединения с трубопроводом подачи воды. Это повышает прочность и упрощает конструкцию генератора колебаний.

Генератор колебаний может быть выполнен таким образом, что канал для отвода воды или воды и пара из внутренней полости располагается в корпусе генератора колебаний и выполнен с возможностью соединения с трубопроводом отвода воды или воды и пара. Это повышает прочность и упрощает конструкцию генератора колебаний.

Генератор колебаний может быть выполнен таким образом, что корпус содержит днище, при этом наружная поверхность днища и перфорированная перегородка располагаются параллельно друг другу или под углом от 0.001 рад до 0.15 рад. Это позволяет обеспечить направленность распространения колебаний в жидкости, соприкасающейся с днищем генератора колебаний.

Генератор колебаний может быть выполнен таким образом, что днище или часть днища выполнены в поперечном сечении с переменной толщиной, в частности, днище выполнено с толщиной, увеличивающейся от центра к периферии. Это позволяет обеспечить расширение спектра колебаний в жидкости, соприкасающейся с днищем генератора колебаний. Более тонкая часть днища является источником колебаний более низкой частоты.

Генератор колебаний может быть выполнен таким образом, что корпус содержит фланцы для крепления генератора колебаний, например, к корпусу теплообменного аппарата. Это делает возможным оперативную замену одного генератора на другой и упрощение крепления генератора на корпусе теплообменного аппарата.

Генератор колебаний может быть выполнен таким образом, что отношение площади отверстия в перегородке, если оно одно, или отношение суммарной площади отверстий в перегородке, если их более одного, к площади проходного сечения канала для подачи пара во внутреннюю полость генератора колебаний составляет величину от 0.001 до 0.3. Это позволит обеспечить звуковое истечение пара через отверстия в перегородке.

Таким образом, поставленная задача изобретения решена.

Перечень фигур чертежей

Сущность изобретения поясняется графическими материалами. На фиг.1 изображен генератор колебаний, закрепленный на корпусе теплообменного аппарата. На фиг.2 представлен генератор колебаний, у которого днище корпуса и перфорированная перегородка расположены под углом друг к другу.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Генератор колебаний содержит корпус 1 (см. фиг.1). В корпусе располагается внутренняя полость, разделенная на две части перфорированной перегородкой 2, при этом одна из частей 3 внутренней полости соединена с одним каналом 4, выполненным для подачи пара во внутреннюю полость 3 генератора колебаний, а другая часть 5 внутренней полости соединена с двумя каналами, один из каналов 6 выполнен для подачи воды во внутреннюю полость 5 генератора колебаний, а второй из каналов 7 выполнен для отвода воды или воды и пара из внутренней полости 5 генератора колебаний. Корпус генератора колебаний выполнен разборным и состоит из двух частей: условно верхней части 8 и нижней части 9. Части корпуса соединены между собой посредством болтов 10, 11 и уплотнителя 12. Генератор колебаний закреплен на корпусе теплообменного аппарата 13 посредством тех же болтов 10, 11 и уплотнителя 14. Перфорированная перегородка 2 закреплена между двумя частями корпуса 8 и 9 посредством уплотнителей 15 и 16 и болтов 10, 11. Канал 6 соединен с трубопроводом 17 для подачи воды в полость 5, канал 7 соединен с трубопроводом отвода воды или воды и пара 18. Днище 19 корпуса выполнено переменной толщины. Толщина днища увеличивается от центра к периферии (внутренняя поверхность днища выполнена в форме боковой поверхности конуса). Отверстия в перфорированной перегородке 2 выполнены сужающимися в направлении от полости 3 к полости 5.

На фиг.2 изображен генератор колебаний, у которого днище 20 (внутренняя и наружная поверхности днища) расположено под углом 21 к перфорированной перегородке 22. В перфорированной перегородке 22 диаметр отверстия 23 больше диаметра отверстия 24, а диаметр отверстия 24 больше диаметра отверстия 25.

Генератор колебаний работает следующим образом.

Генератор (см. фиг.1) закрепляется с помощью болтов, в частности болтов 10 и 11, на корпусе теплообменного аппарата (или на корпусе котла) 13, при этом днище 19 генератора располагается внутри теплообменного аппарата и соприкасается с водой, находящейся в теплообменном аппарате. Трубы 4, 17 и 18 расположены снаружи теплообменного аппарата.

Пар под избыточным давлением, в частности от 10000 до 5000000 Па, по трубе 4 подается во внутреннюю полость 3 корпуса. Вода под избыточным давлением, в частности от 10000 до 5000000 Па, по трубе 17 и каналу 6 подается во внутреннюю полость 5 корпуса. Пар, проходя через отверстия в перфорированной перегородке, попадает в полость 5, где его пузырьки схлапываются при соприкосновении с водой и давление в полости 5 уменьшается.

Далее процесс повторяется, что приводит к пульсации давления в камере 5. Вода (или вода и пар) из полости 5 по каналу 7 и трубе 18 отводится из генератора колебаний. Частота колебаний при работе генератора может достигать от 5 до 10·10¹² Гц. Колебания, генерируемые генератором колебаний, распространяются в окружающей среде, в частности в воде теплообменного аппарата, а также в корпусе 13 и других элементах теплообменного аппарата, достигают поверхностей теплообмена (труб теплообменника), в которых также возбуждаются колебания. При колебании труб теплообменного аппарата с большой частотой (например, 5:50 Гц) нарушается сцепление отложений с металлом поверхности труб теплообменника и, как следствие, замедляется или полностью предотвращается процесс появления отложений и накипи в теплообменных аппаратах (экономайзерах) и на поверхностях котлов. Подобный процесс предотвращения солевых отложений и накипи описан в источнике /3/, где трубы теплообменного аппарата посредством тяг подвергаются механическим воздействиям (ударам) с частотой 50 Гц.

Конструктивные особенности элементов генератора колебаний следующие.

Толщина перфорированной перегородки составляет величину от 0.0005 до 0.5 от диаметра перфорированной перегородки. При диаметре перфорированной перегородки 100 мм ее толщина может составлять от 0.05 мм (обеспечит работоспособность генератора при давлении пара 10000 Па) до 50 мм (обеспечит работоспособность генератора при давлении 5000000 Па).

Перфорированная перегородка содержит от 1 до 100 отверстий, причем отношение площади отверстия, если оно одно, или отношение суммарной площади отверстий, если их более одного, к площади поверхности одной из сторон перегородки составляет величину от 0.00001 до 0.1. При площади поверхности одной из сторон перегородки 1923.25 мм² (диаметр перегородки 70 мм) суммарная площадь отверстий составит величину от 0.019 мм² (при диаметре отверстия, равном 0.21 мм) до 192.325 мм² (при диаметре 20 отверстий, равном 5 мм).

Генератор колебаний может быть выполнен таким образом, что внутренний объем одной из частей внутренней полости, соединенной с одним каналом для подачи пара, составляет величину от 5 до 45% от объема всей внутренней полости, расположенной в корпусе генератора колебаний. При внутреннем объеме 200000 мм³ объем данной части внутренней полости может составить величину от 10000 до 90000 мм³.

Корпус генератора колебаний и перфорированная перегородка могут изготавливаться из стали с модулем упругости 190:210 ГПа, модулем сдвига 77:81 ГПа, прочностью на разрыв 320:1500 МПа, пределом текучести 190:1200 МПа. Это стали марок: Сталь 20, Сталь 60, Сталь 80, Сталь 27ГЛ, 27ХГСНЛ и др.

Каналы для подачи пара, воды и отвода воды (или воды и пара) располагаются в корпусе генератора колебаний и соединены с трубопроводами посредством сварки трубопроводов с корпусом генератора колебаний.

Днище или часть днища выполнены в поперечном сечении с переменной толщиной, в частности, днище выполнено с толщиной, увеличивающейся от центра к периферии. Так, максимальная толщина днища может составлять 50 мм, а минимальная - 25 мм.

Отношение площади отверстия в перегородке, если оно одно, или отношение суммарной площади отверстий в перегородке, если их более одного, к площади проходного сечения канала для подачи пара во внутреннюю полость генератора колебаний, составляет величину от 0.001 до 0.3. Т.е. при площади проходного сечения канала для подачи пара, равной 30 мм², суммарная площадь отверстий составит величину от 0.03 до 9 мм².

Таким образом, задача изобретения решена. При осуществлении изобретения будет обеспечено повышение эффективности работы генератора колебаний. Будут получены следующие технические результаты: упрощение и повышение надежности работы генератора колебаний, а также уменьшение веса генератора колебаний за счет исключения из его конструкции перемещающихся (движущихся) частей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гидравлический вибратор. Описание изобретения к патенту РФ №2197598 по классу F 21 B 28/00, опубликованное 27.01.2003.

2. Гидравлический генератор колебаний. Описание изобретения к патенту РФ №1312819 по классу В 06 В 1/18, опубликованное 27.11.2000.

3. Инженерное оборудование зданий и сооружений: Энциклопедия /Гл. ред. С.В.Яковлев. - М.: Стройиздат, 1994. - 512.: ил.

1. Генератор колебаний, содержащий корпус с внутренней полостью и каналами, отличающийся тем, что внутренняя полость разделена на две части перфорированной перегородкой, при этом одна из частей внутренней полости соединена с одним каналом, выполненным для подачи пара во внутреннюю полость генератора колебаний, а другая часть внутренней полости соединена с двумя каналами, один из которых выполнен для подачи воды во внутреннюю полость генератора колебаний, а второй выполнен для отвода воды или воды и пара из внутренней полости генератора колебаний.

2. Генератор колебаний по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен разборным, из металла и содержит, по меньшей мере, две части, между которыми посредством, по меньшей мере, двух уплотнителей (в частности, уплотнительных колец) и болтов закреплена перфорированная перегородка, толщина перфорированной перегородки составляет величину 0.0005 - 0.5 от диаметра перфорированной перегородки.

3. Генератор колебаний по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что перфорированная перегородка выполнена из металла и содержит 1 - 100 отверстий, причем отношение площади отверстия, если оно одно, или отношение суммарной площади отверстий, если их более одного, к площади поверхности одной из сторон перегородки составляет величину 0,00001 - 0,1.

4. Генератор колебаний по п.3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два отверстия в перфорированной перегородке, если отверстий более одного, выполнены с различными диаметрами.

5. Генератор колебаний по п.3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно отверстие или все отверстия в перфорированной перегородке выполнены сужающимися от поверхности перегородки, примыкающей к той части внутренней полости, которая соединена с одним каналом для подачи пара во внутреннюю полость генератора колебаний, в направлении поверхности перегородки, примыкающей к другой части внутренней полости, которая соединена с каналом для подачи во внутреннюю полость генератора колебаний и каналом для отводы воды или воды и пара из внутренней полости генератора колебаний.

6. Генератор колебаний по п.1, отличающийся тем, что внутренний объем одной из частей внутренней полости, соединенной с одним каналом для подачи пара, составляет величину 5 - 45% от объема всей внутренней полости, расположенной в корпусе генератора колебаний.

7. Генератор колебаний по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что корпус генератора колебаний и перфорированная перегородка выполнены из стали с модулем упругости 190:210 ГПа, модулем сдвига 77:81 ГПа, прочностью на разрыв 320:1500 МПа, пределом текучести 190:1200 МПа.

8. Генератор колебаний по п.1, отличающийся тем, что канал для подачи пара во внутреннюю полость располагается в корпусе генератора колебаний и выполнен с возможностью соединения с трубопроводом подачи пара.

9. Генератор колебаний по п.1, отличающийся тем, что канал для подачи воды во внутреннюю полость располагается в корпусе генератора колебаний и выполнен с возможностью соединений с трубопроводом подачи воды.

10. Генератор колебаний по п.1, отличающийся тем, что канал для отвода воды или воды и пара из внутренней полости располагается в корпусе генератора колебаний и выполнен с возможностью соединения с трубопроводом отвода воды или воды и пара.

11. Генератор колебаний по п.1, отличающийся тем, что корпус содержит днище, при этом наружная поверхность днища и перфорированная перегородка располагаются параллельно друг другу или под углом 0,001 - 0,15 рад.

12. Генератор колебаний по любому из пп.1 и 11, отличающийся тем, что днище выполнено в поперечном сечении с переменной толщиной, в частности, днище выполнено с толщиной, увеличивающейся от центра к периферии.

13. Генератор колебаний по п.1, отличающийся тем, что корпус содержит фланцы для крепления генератора колебаний, например, к корпусу теплообменного аппарата.

14. Генератор колебаний по любому из пп.1 и 3, отличающийся тем, что отношение площади отверстия в перегородке, если оно одно, или отношение суммарной площади отверстий в перегородке, если их более одного, к площади проходного сечения канала для подачи пара во внутреннюю полость генератора колебаний, составляет величину от 0,001 - 0,3.