Индукционное устройство для нагрева и перемешивания жидких сред

Предлагаемое устройство относится к технике низкотемпературного индукционного нагрева и перемешивания жидких сред в бегущем электромагнитном поле и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, технологические процессы которых требуют обеспечить равномерный нагрев и перемешивание агрессивных жидких сред. Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в создании индукционного устройства для нагрева и перемешивания жидкости, конструкция которого при ее упрощении и снижении материалоемкости обеспечивала бы высокую надежность устройства и снижение эксплуатационных расходов, а также расширяла область его применения. Поставленная техническая задача решается тем, что в известном устройстве для нагрева и перемешивания жидких сред, содержащем магнитопрозрачную емкость с патрубками входа и выхода, расположенную вокруг емкости индукционную систему, магнитопроводы которой примыкают зубцовым слоем к магнитопрозрачной емкости, и размещенный внутри емкости ферромагнитный тепловыделяющий элемент, жестко связанный с мешалкой, снабженной лопастями, согласно изобретению индукционная система выполнена в виде отдельных однофазных индукторов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к технике низкотемпературного индукционного нагрева и перемешивания жидких сред в бегущем электромагнитном поле и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, технологические процессы которых требуют обеспечить равномерный нагрев и перемешивание агрессивных жидких сред.

Известно устройство для перемешивания и нагрева жидких сред (Michel Detroux. L'induction electrique en relève de la vapeur. Informations Chimie n° 243. 1983. с.197-204), состоящее из резервуара, внутри которого на оси расположена мешалка с лопастями, приводимая во вращение внешним электроприводом. Для нагрева жидкости используется индукционная система, расположенная вокруг внешней стенки емкости.

Известное устройство обладает следующими недостатками: относительно высокая материалоемкость, сложность в изготовлении и эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для нагрева и перемешивания текучей среды (Патент Республики Казахстан №3637, кл. Н 05 В 6/10, бюл. №3, 16/06/96), которое содержит магнитопрозрачную емкость, вокруг стенки которой расположены три трехфазные обмотки с витками, уложенными в пазы магнитопроводов, обращенных зубцовым слоем к цилиндрической поверхности магнитопрозрачной емкости и сдвинутых относительно друг друга в горизонтальной плоскости на 120°. Для заполнения емкости жидкой средой в дне и крышке имеются патрубки входа и выхода. В придонной части емкости расположен полый цилиндрический ферромагнитный тепловыделяющий элемент, который с помощью профилированных лопастей и втулки жестко соединен с центральным валом. Нижняя и верхняя части вала закреплены на подшипниках.

Известное устройство обладает следующими недостатками. Наличие центрального вала тепловыделяющего элемента и креплений для него делает неэффективным использование этого устройства для нагрева и перемешивания агрессивных жидких сред. В таких условиях значительно ускоряется износ и возрастает вероятность преждевременного отказа всех частей, находящихся в непосредственном контакте с жидкостью, что повышает эксплуатационные расходы.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в создании индукционного устройства для нагрева и перемешивания жидкости, конструкция которого при ее упрощении и снижении материалоемкости обеспечивала бы высокую надежность устройства и снижение эксплуатационных расходов, а также расширяла область его применения.

Поставленная техническая задача решается тем, что в известном устройстве для нагрева и перемешивания жидких сред, содержащем магнитопрозрачную емкость с патрубками входа и выхода, расположенную вокруг емкости индукционную систему, магнитопроводы которой примыкают зубцовым слоем к магнитопрозрачной емкости, и размещенный внутри емкости ферромагнитный тепловыделяющий элемент, жестко связанный с мешалкой, снабженной лопастями согласно изобретению, индукционная система выполнена в виде отдельных однофазных индукторов.

Кроме того, в предлагаемом устройстве лопасти мешалки могут быть выполнены с возможностью поворота вокруг своей оси.

Кроме того, в предлагаемом устройстве могут быть использованы упоры для тепловыделяющего элемента, расположенные на внутренней стороне стенок магнитопрозрачной емкости.

Кроме того, в предлагаемом устройстве может быть использован компенсатор веса тепловыделяющего элемента, расположенный в центральной его части вдоль оси вращения.

Предлагаемое устройство схематично представлено на рисунках. На фиг.1 изображен общий вид предложенного устройства для нагрева и перемешивания жидких сред с частичным вырезом его стенок для лучшего показа конструкции. На фиг.2 представлен вид по стрелке А.

Устройство содержит магнитопрозрачную емкость 1 с патрубками входа и выхода жидкой среды. Вокруг емкости расположена примыкающая индукционная система 2, состоящая из 3-n (где n=1, 2, 3...) индукторов. Внутри емкости находится свободно лежащий полый ферромагнитный тепловыделяющий элемент 3, соединенный с мешалкой 4, снабженной лопастями 5, посредством спиц 6. Лопасти мешалки выполняются с возможностью поворота вокруг своей оси, что позволяет устанавливать произвольный угол их наклона для получения оптимального соотношения подъемной силы и перемешивания в зависимости от характеристик жидкой среды. Для улучшения плавучести тепловыделяющего элемента в его конструкции может быть предусмотрен компенсатор веса 7 - полое или заполненное легким материалом тело, объем и плотность заполнения которого зависят от параметров рабочей среды. Для предотвращения погружения тепловыделяющего элемента на дно в нерабочем состоянии на внутренней стенке емкости могут быть предусмотрены упоры 8.

Устройство работает следующим образом. После заполнения магнитопрозрачной емкости 1 жидкой рабочей средой и подачи питания на индукционную систему 2 в ней возникает вращающееся магнитное поле, силовые линии которого, пересекая магнитопрозрачную емкость 1, наводят в тепловыделяющем элементе 3 вихревые токи. Взаимодействие вихревых токов, обеспечивающих нагрев тепловыделяющего элемента 3, с вращающимся электромагнитным полем порождает вращающий момент, который приводит тепловыделяющий элемент в движение в направлении, совпадающем с направлением движения бегущего электромагнитного поля, при этом тепловыделяющий элемент устанавливается в рабочее положение. Лопасти мешалки 4, вращаясь вместе с тепловыделяющим элементом 3, создают подъемную силу, удерживающую его в рабочем состоянии, и обеспечивают интенсивное перемешивание во всем объеме и равномерное распределение тепла. Благодаря выполнению индукционной системы из отдельных однофазных индукторов имеется возможность задавать скорость и направление вращения мешалки путем изменения числа полюсов, что достигается переключением фаз на индукторах в нужную последовательность.

Благодаря указанным особенностям, в частности отсутствию осевого вала для закрепления тепловыделяющего элемента, конструкция устройства практически не обладает трущимися частями, следовательно, имеет повышенную в сравнении с прототипом износоустойчивость, более низкую материалоемкость и энергопотребление. Тепловыделяющий элемент может быть легко заменен в случае его износа или временно снят для обеспечения полного доступа ко всему объему емкости.

1. Индукционное устройство для нагрева и перемешивания жидких сред, содержащее магнитопрозрачную емкость с патрубками входа и выхода, расположенную вокруг емкости индукционную систему, магнитопроводы которой примыкают зубцовым слоем к магнитопрозрачной емкости, и размещенный внутри емкости ферромагнитный тепловыделяющий элемент, жестко связанный с мешалкой, снабженной лопастями, отличающееся тем, что индукционная система выполнена из отдельных однофазных индукторов, число которых выбирают равным 3n, где n=1,2,3..., и снабжена компенсатором веса, расположенным в центре тепловыделяющего элемента вдоль его оси.

2. Индукционное устройство для нагрева и перемешивания жидких сред по п.1, отличающееся тем, что лопасти мешалки выполнены с возможностью поворота вокруг своей оси.

3. Индукционное устройство для нагрева и перемешивания жидких сред по п.1, отличающееся тем, что на внутренней стороне емкости предусмотрены упоры для ферромагнитного тепловыделяющего элемента.