Способ управления процессом повышения стабильности работы кавитатора

Авторы патента:

Дидиченко Артём Павлович (RU)

Попов Сергей Владимирович (RU)

Елфимов Владимир Владимирович (RU)

Елфимов Павел Владимирович (RU)

Аветисян Армен Рудикович (RU)

Арутюнян Артур Фрунзикович (RU)

F24J3/00 - Прочие способы получения или использования тепла, образующегося иначе, чем в процессе горения (использование солнечного тепла F24J 2/00)

Владельцы патента RU 2515573:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт синтетического каучука имени академика С.В. Лебедева" (RU)

(57) Изобретение относится к области электротехники и эксплуатации систем с асинхронным электродвигателем и частотным регулятором, в частности к регулированию скорости вращения и предотвращению критических режимов работы. Техническим результатом способа является повышение надежности кавитатора, обеспечение поддержания его устойчивой работы путем коррекции режима работы в случае обнаружения признака, свидетельствующего о приближении возникновения срыва потока изменением скорости вращения электродвигателя. Способ управления процессом повышения стабильности работы кавитатора включает прохождение жидкости в зазоре между ротором и статором и последующее преобразование полученной энергии в тепловую, регулирование процессом нагрева. Заявляемый способ контроля режимов работы кавитатора основан на анализе соотношения высших гармоник в электрической сети, сравнении его с пороговым значением и формировании сигнала управления для частотного регулятора, который управляет скоростью вращения электродвигателя. Способ управления позволяет достичь максимальной эффективности способа активации технологических жидкостей для последующего использования в различных процессах химических производств: растворения, теплогенерации, синтеза. 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники и эксплуатации систем с асинхронным электродвигателем и частотным регулятором, в частности к регулированию скорости вращения и предотвращению критических режимов работы.

Известно техническое решение по патенту №2416853, МПК H02J 3/01, RU, СПОСОБ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ВЫСШИХ ГАРМОНИК. Способ может быть использован в системах электроснабжения промышленных предприятий с неизменной нагрузкой за счет размещения дополнительных реакторов, представляющих большое сопротивление для высших гармоник, в электрической сети. Поскольку сеть содержит как индуктивные, так и емкостные элементы, то предлагаемый способ основан на изменении амплитудно-частотной характеристики узла сети.

Достоинством является снижение влияния высших гармоник на электрооборудование.

Однако недостатком способа является невозможность проведения анализа изменения характеристик высших гармоник, а, следовательно, корректировку и оптимизацию режимов работы электрооборудования.

Известно техническое решение по патенту №2427937, МПК G21C 17/00, RU, СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ МЕЖКАНАЛЬНОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ В РЕАКТОРЕ С ВОДОЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. Способ относится к ядерной энергетике, в частности к области контроля теплоносителя в активной зоне реактора с водой под давлением, и предназначено для контроля возникновения межканальной неустойчивости (регулярных пульсаций расхода) в активной зоне в режиме реального времени. Регистрируют сигналы с внезонных датчиков нейтронного потока (ионизационных камер). Зарегистрированный сигнал нейтронного потока преобразуют в сигнал нейтронной мощности, раскладывают его в частотный спектр, выявляют гармонический ряд с известной частотой основной гармоники, характеризующий возникновение межканальной неустойчивости путем амплитудно-частотной дискриминации. По заранее известной зависимости от уровня мощности реактора автоматическим изменением уровня амплитудной дискриминации пропорционально уровню спектрального шума в измерительном тракте, в случае выявления ненулевых амплитуд в спектре сигнала мощности, формируют диагностирующий сигнал "Возникновение межканальной неустойчивости", который передают на вход системы управления реактора.

Достоинством является снижение вероятности ложных срабатываний.

Однако способ обеспечивается большим количеством датчиков, что материалоемко.

Известно техническое решение по патенту №2413140, МПК F24J3/00, RU, СПОСОБ НАГРЕВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. Способ нагрева технологических жидкостей включает прохождение жидкости в зазоре между ротором и статором и последующее преобразование полученной энергии в тепловую, при этом, с целью снижения потребляемой мощности и регулирования процессом нагрева жидкостей с различной вязкостью, нагрев осуществляют в режиме автоколебаний, определяя режимы обработки из зависимости:

BT=2·n_p·h²·Z·ν^-1,

где ВТ - отношение критериев Рейнольдса (Re) и Струхаля (Str), ВТ 8600;

n_p - число оборотов ротора, с^-1;

h - глубина отверстий на роторе, м;

Z - число отверстий на роторе;

ν - кинематическая вязкость обрабатываемой среды, м²/с,

и контролируют наступление автоколебательного процесса по величине падения потребляемой аппаратом мощности в среднем на 20-30%.

Способ регулирования процессом нагрева при использовании сред с различной вязкостью проводят, изменяя глубину отверстий на роторе.

Однако способ не обеспечивает максимальной эффективности нагрева технологических жидкостей, так как максимальная эффективность нагрева достигается при скоростях вращения ротора кавитатора, близких к критическим, а при критической скорости вращения ротора происходит срыв потока и резкое падение эффективности нагрева.

Механическое регулирование не позволяет автоматически поддерживать максимально эффективную скорость вращения ротора кавитатора и предотвращать срыв потока жидкости.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение надежности кавитатора, обеспечение поддержания его устойчивой работы путем коррекции режима работы в случае обнаружения признака, свидетельствующего о приближении возникновения срыва потока - изменения скорости вращения электродвигателя.

Поставленная цель достигается следующим образом. Способ управления процессом повышения стабильности работы кавитатора включает прохождение жидкости в зазоре между ротором и статором и последующее преобразование полученной энергии в тепловую, регулирование процесса нагрева, при этом производят фиксацию анализатором всех характеристик электроэнергии, поступающей к электродвигателю, подают сигнал на электронный блок управления, который вычисляет коэффициент К (для нечетных гармоник) по формуле:

где К - программный коэффициент для блока управления, характеризующий режим работы кавитатора;

V - величина напряжения гармоники;

n, m - порядковый номер гармоники (где n>m, 3≤n, 1≤m≤n-2);

- сравнивают полученное значение коэффициента с заложенным программным эталоном:

- при К < эталонного значения электронный блок управления подает сигнал на частотный регулятор, который ↑ увеличивает скорость вращения электродвигателя,

- при К > эталонного значения электронный блок управления подает сигнал на частотный регулятор, который ↓ уменьшает скорость вращения электродвигателя

Способ осуществляется следующим образом. При включении источника питания (6) напряжением 380 V подают питание на частотный регулятор (5), который запускает электродвигатель (2), приводящий во вращение ротор кавитатора (1). Фиксируют анализатором (3) все характеристики электроэнергии, поступающей к электродвигателю (2), и подают сигнал на блок управления (4). Блок управления, с дискретностью 0,01 сек, вычисляет коэффициент К (для рассмотрения нечетных гармоник) по формуле

где К - программный коэффициент для блока управления,

характеризующий режим работы кавитатора;

V - величина напряжения гармоники;

n, m - порядковый номер гармоники (n>m, 3≤n, 1≤m≤n-2).

Величину рассчитанного коэффициента К сравнивают со значением заложенного программного эталона:

-при К > эталонного значения электронный блок управления подает сигнал на частотный регулятор, который ↓ уменьшает скорость вращения электродвигателя.

1. Пример реализации способа:

Схема устройства для реализации заявляемого способа представлена на Фиг.1, где:

1. Кавитатор;

2. Электродвигатель;

3. Анализатор;

4. Электронный блок управления;

5. Частотный регулятор;

6. Источник питания.

Кавитатор 1 для оптимальной работы должен поддерживать определенную (оптимальную) частоту вращения ротора, при увеличении этой частоты до определенного предела может наблюдаться срыв потока жидкости, что резко снижает эффективность нагрева, для восстановления нормального режима работы необходима полная остановка кавитатора для полного заполнения жидкостью.

Для того чтобы оптимизировать рабочий процесс, в схему включен анализатор 3 высших гармоник в электросети, частотный регулятор 5 скорости вращения электродвигателя 2 и электронный блок управления. 4.

Когда режим работы кавитатора 1 приближается к критическому, параметры работы электродвигателя 2 становятся иными и вольтамперные характеристики высших гармоник электрической сети резко меняются. В электронный блок управления 4 поступает соответствующий сигнал с анализатора 3 высших гармоник в электросети, и тот в свою очередь подает управляющий сигнал на частотный регулятор 5, который уменьшает частоту вращения электродвигателя 2. Соответственно уменьшается частота вращения ротора кавитатора 1, в результате процесс нагрева жидкости нормализуется без остановки оборудования.

Для нечетных гармоник 3, 5, 7, 9 и 11, обладающих наибольшей амплитудой и являющихся наиболее информационными, что касается процессов, происходящих при работе кавитатора, К заложен в диапазоне 0,3≤K<1.

Диаграмма отношения величины напряжения 9-ой гармоники к 3-ой при включении-отключении кавитатора представлена на Фиг.2.

На Фиг.3, 4 - выделены две области, соответствующие одному циклу (включению-отключению) кавитатора за время t=1 мин, при различном значении К, представленные

На Фиг.3 при 0,3≤К - стабильный процесс работы кавитатора. На Фиг.4 при К<0,3 - процесс, грозящий срывом потока

Анализатор 3 передает сигнал на электронный блок управления, который с помощью частотного регулятора уменьшает скорость вращения электродвигателя.

Способ контроля режимов работы кавитатора основан на анализе соотношения высших гармоник в электрической сети, сравнении его с пороговым значением и формировании сигнала управления скоростью вращения электродвигателя.

Заявляемый способ управления позволяет автоматически поддерживать оптимальную скорость вращения ротора кавитатора для обеспечения максимальной эффективности нагрева технологических жидкостей. Не требует применения большого количества датчиков и анализирующих устройств, обладает большой надежностью и точностью.

2. Пример реализации заявляемого способа. Схема устройства для реализации заявляемого способа представлена на Фиг.5, где:

1-7 - Полимер изаторы;

8 - Распределительное устройство с анализатором концентрации полимера;

9 - Устройство по Фиг.1.

Способ очистки линейки полимеризаторов 1-7 в процессе производства бутилкаучука с использованием процесса активизации растворителя, например, предельных углеводородов, в котором после процесса нагревания в устройстве по Фиг.1, подают в один полимеризатор, где производят очистку стенок и мешалку от продуктов реакции. Переключение на следующий полимеризатор из линейки происходит после достижения максимальной концентрации полимера (продукта реакции) в растворителе (предельном углеводороде)

Способ управления процессом повышения стабильности работы кавитатора, включающий
прохождение жидкости в зазоре между ротором и статором и последующее преобразование полученной энергии в тепловую, регулирование процессом нагрева,
отличающийся тем, что
производят фиксацию анализатором всех характеристик электроэнергии, поступающей к электродвигателю,
подают сигнал на электронный блок управления, который для рассмотрения нечетных гармоник вычисляет коэффициент К по формуле
,
где К - программный коэффициент для блока управления,
характеризующий режим работы кавитатора;
V - величина напряжения гармоники;
n, m - номер гармоники (где n>m, 3≤n, 1≤m≤n-2).
- сравнивают полученное значение коэффициента с заложенным программным эталоном:
- при К < эталонного значения электронный блок управления подает сигнал на частотный регулятор, который увеличивает скорость вращения электродвигателя,
- при К > эталонного значения электронный блок управления подает сигнал на частотный регулятор, который уменьшает скорость вращения электродвигателя.

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для получения электрической энергии в процессе теплопередачи в трубчатых аппаратах (теплогенераторах, теплообменниках, отопительных приборах).

Воспринимающие частицы из углеродных нитей для радиочастотного нагрева // 2504574

Изобретение относится к способу радиочастотного нагрева нефтеносной породы с использованием набора из одной или более радиочастот. Способ включает следующие шаги: (a) смешивание первого вещества, включающего нефтеносную породу, и второго вещества, включающего воспринимающие частицы в виде дипольных антенн, с образованием смеси из 10-99% по объему первого вещества и 1-50% по объему второго вещества; (b) воздействие на упомянутую смесь радиочастотной энергией с частотой или частотами из упомянутого набора из одной или более радиочастот и мощностью, достаточной для нагрева воспринимающих частиц; и (c) продолжение воздействия радиочастотной энергией на протяжении времени, достаточного для нагревания воспринимающими частицами упомянутой смеси до средней температуры, превышающей приблизительно 100°C (212°F).

Устройство для нагрева жидкости // 2503896

Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться для нагрева жидкостей, а также как смеситель различных жидкостей. Устройство для нагрева жидкости содержит теплогенератор, состоящий из корпуса, имеющего цилиндрическую часть, и ускорителя движения жидкости, выполненного в виде циклона, насос, соединенный с теплогенератором посредством инжекционного патрубка, в котором размещена, по крайней мере, одна вставка, и систему теплообмена.

Электронасос центробежный герметичный - теплогенератор // 2495337

Изобретение относится к области насосостроения и может найти применение в центробежных герметичных электронасосах, перекачивающих взрывопожароопасные жидкости с повышенной вязкостью.

Теплогенератор гидравлический // 2490564

Изобретение относится к отопительной технике и может быть использовано для нагрева воды для отопления и горячего водоснабжения. .

Вариаторный теплогенератор // 2484389

Изобретение относится к отопительной технике и может быть использовано для нагрева воды для горячего водоснабжения и отопления, а также освещения помещений с использованием энергии ветра.

Система нагрева технологических жидкостей и получения газовой смеси // 2484388

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для нагрева воды и различных технологических жидкостей и подготовки ее к эффективному электролизу для получения водорода и кислорода.

Способ гидродинамического нагрева воды и установка для нагрева воды // 2480682

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для тепловых установок и нагрева жидкости в промышленности, жилищно-коммунальной отрасли, в сельском хозяйстве.

Полифункциональный ступенчатый вихревой обогреватель // 2474769

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано для обогрева помещений и основного оборудования газораспределительных станций и газораспределительных пунктов путем трансформации энергии давления транспортируемого газа в тепловую.

Гидродинамический кавитатор // 2472075

Изобретение относится к химическому оборудованию и может быть использовано в области производства пищевых продуктов, кормопроизводстве, лакокрасочной промышленности, при подготовке топливных смесей и других смежных областях.

Способ управления комбинированным устройством и комбинированное устройство, реализующее данный способ // 2516091

Изобретение относится к способу управления комбинированным устройством и комбинированному устройству, в котором может быть применен данный способ. Способ управления устройством 1, которое содержит, по меньшей мере, компрессорную установку 2 и/или устройство для сушки с одной стороны и систему 3 регенерации тепла с другой стороны. Система 3 регенерации тепла поглощает тепло из компрессорной установки 2. Комбинированное устройство 1 дополнительно содержит контроллер 5 и средство 6 для установления одного или более параметров системы. Контроллер 5 управляет как компрессорной установкой 2 и/или устройством для сушки, так и системой 3 регенерации тепла, на основе вышеупомянутых параметров системы, с оптимизацией общей эффективности комбинированного устройства. Изобретение направлено на снижение общего энергопотребления комбинированного устройства. 2 н. и 1 з.п. ф-лы., 1 ил.

Устройство для нагрева жидкости // 2517986

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для нагрева воды в жилищно-коммунальной отрасли и сельском хозяйстве. Сущность изобретения в том, что в устройстве для нагрева жидкости, содержащем рабочий сетевой насос, подающий и обратные трубопроводы с запорными вентилями, обеспечивающими взаимосвязь теплообменника с теплогенератором, содержащим, по крайней мере, один снабженный цилиндрической частью в виде вихревой трубы корпус, в основании которого размещено тормозное устройство, а другая его сторона соединена с торцевой стороной ускорителя движения жидкости, выполненного в виде улитки, соединенной с насосом и оснащенной расположенной соосно осевой линии вихревой трубы ускорительной втулкой, связанной каналом с напорным патрубком насоса, ускорительная втулка теплогенератора выполнена в виде набора концентрично вложенных с радиальными зазорами зафиксированных втулок. Такое выполнение устройства позволит повысить эффективности нагрева жидкости и достичь стабильности работы. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

Ветровой фрикционный теплогенератор // 2522734

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных зданий. Ветровой фрикционный теплогенератор включает цилиндрический корпус с крышкой и днищем, приводной вал и патрубки входа холодной воды и выхода горячей воды справа вверху корпуса. Приводной вал под крышкой имеет фланец, жестко соединенный внизу с фланцем шнека, а с боков с плитой, имеющей отверстия для присоединения к ней периферийных шнеков. Центральный шнек внизу имеет отверстие, в котором на скользящей шпонке установлена ось, жестко соединенная с подвижным диском, закрепленным на днище. Периферийные шнеки вверху свободно размещены с зазором 1,5-2,0 мм в отверстиях плиты, а внизу имеют прикрепленные к ним диски, контактирующие с кольцевым диском, прикрепленным к днищу. Все шнеки внизу объединены пустотелым кольцом, заполненным теплоаккумулирующим веществом фазового перехода, а их поверхность имеет повышенную шероховатость. Такое выполнение позволит повысить эффективность нагрева жидкости. 3 ил.

Ветровой теплогенератор // 2522736

Изобретение предназначено для применения в области отопительной техники, а именно для нагрева воды, использующейся в отоплении и горячем водоснабжении. Ветровой теплогенератор содержит цилиндрический корпус с крышкой и днищем и цилиндрическую горизонтальную перегородку, в которых установлены опорный подшипник и опорно-упорный подшипник, с закрепленным в них вертикальным валом, имеющий сверху муфту для приема мощности от ветродвигателя, а снизу к нему прикреплен вращающийся лопаточный элемент. Справа в нижней части корпуса установлен патрубок входа холодной воды, а в верхней части - патрубок выхода горячей воды, связанные соответственно, с системами холодного и горячего водоснабжения. Предлагаемый теплогенератор может быть использован в двух вариантах для обогрева помещений. При закрытых вентилях на патрубках, соединенных с отопительными приборами соседнего помещения - обогрев двух и более помещений. 3 ил.

Теплогенератор фрикционный // 2522738

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных зданий. Теплогенератор фрикционный включает вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и днищем, приводной вал, патрубки входа холодной и выхода горячей воды, внизу подвижный диск с лопастями и неподвижный диск. Труба, жестко надетая на вал, имеет сверху прикрепленные к ней с обеих сторон коромысла, а снизу консольные балки, опертые на диск. Внизу по обе стороны консольных балок прикреплены диски, из центра которых выходят прикрепленные к ним вертикальные стержни со свободно надетыми на них дисками с лопатками и дисками с пустотелыми кольцами вокруг них. Стержни вверху зафиксированы во втулках, прикрепленных к коромыслам. Такое выполнение позволяет увеличить коэффициент преобразования одного вида энергии в другой по сравнению с аналогичными теплогенераторами. 1 з.п. - ф-лы, 3 ил.

Аэростатический летательный аппарат // 2526123

Изобретение относится к управляемым аэростатическим летательным аппаратам. Аэростатический летательный аппарат содержит подъемный баллонет, несущий баллонет и энергетическую установку, включающую нагреватель. Подъемный баллонет заполнен рабочим телом энергетической установки, расположенной в энергогондоле и включающей компрессор, нагреватель, турбину, силовую нагрузку и магистрали рабочего тела, соединенные с подъемным баллонетом. Несущий баллонет секционирован и снабжен средством изменения его объема. Изобретение направлено на повышение энерговооруженности. 8 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Многофункциональный вихревой теплогенератор (варианты) // 2527545

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах отопления, подогрева воды для бытовых и производственных нужд. Решением технической задачи является повышение скорости нагрева жидкости. Сущность изобретения: многофункциональный вихревой теплогенератор по первому варианту содержит закрытый корпус с патрубками для подвода нагреваемой жидкости и отвода нагретой жидкости, установленные внутри корпуса роторы, выполненные в виде двух дисков, закрепленных на независимых валах, имеющих независимые приводы и имеющие возможность вращаться навстречу друг другу, всасывающие турбины, которые жестко закреплены на независимых валах вместе с дисками роторов, а в дисках роторов напротив установленных турбин по окружности выполнены конически-цилиндрические отверстия, направленные в полость между дисками, выше по радиусу которых радиально по окружности жестко установлены ряды пальцев, при этом пальцы выполнены так, что ряды пальцев одного диска свободно с зазором входят между рядами пальцев второго диска, а конически-цилиндрические отверстия одного диска расположены напротив конически-цилиндрических отверстий другого диска и каждый диск с каждой турбиной снабжен отдельным патрубком, являющимися патрубками для подвода нагреваемой жидкости. По второму варианту в теплогенераторе каждый электродвигатель дополнительно содержит устройство для регулирования частоты вращения, а ряды пальцев роторов выполнены в виде эллипсоидных пальцев-лопаток, перфорированных сквозными конически-цилиндрическими отверстиями и установлены на дисках так, что отверстия в пальцах-лопатках направлены по ходу вращения дисков роторов. По третьему варианту в вихревом теплогенераторе выходы электродвигателей приводов роторов, датчика температуры сборника нагретой жидкости соединены с соответствующими входами блока управления, а вся внутренняя поверхность корпуса и наружная поверхность турбин, дисков с пальцами и валов привода, размещенных внутри корпуса, покрыты износоустойчивой керамикой. 3 н.п. ф-лы, 9 ил.

Способ и устройство для получения тепловой энергии // 2534198

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к способам нагрева воды и других жидкостей без сжигания топлива. В предлагаемом способе и устройстве нагрев жидкостей осуществляется путем подачи ее в вихревую трубу и формирования резонансного кавитационного режима ее течения. Перед входом в вихревую трубу поток жидкости направляют через прорези, которые располагают под углом к центральной оси вихревой трубы по ее периметру, тангенциально закручивают посредством указанных прорезей и подвергают ультразвуковому облучению с последующим разрежением в условиях резонанса. Далее жидкость подают потребителю. Изобретение повышает эффективность нагрева жидкостей и является экологически чистым. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

Источник тепловой энергии // 2534663

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в системах отопления жилых помещений, а также в нагревателях для различных технологических процессов. Сущность изобретения заключается в том, что в качестве источника тепловой энергии применяют циркуляционный насос с мокрым ротором, у которого при циркуляции теплоносителя частично до 95 % перекрывают входной и/или выходной отсекающий вентиль. Такой способ получения тепла позволит повысить КПД установки за счет сокращения потерь тепла при работе насоса. 1 ил.

Способ гидродинамической активации материалов // 2535682

Изобретение относится к способам воздействия на материалы и продукты с целью их активации, преимущественно к способам обезвоживания углеводородов, очистки теплоносителя, стерилизации пищевых жидкостей, подготовки нефтепродуктов к пиролизу и крекингу, переработки сложномолекулярных продуктов. Способ гидродинамической активации материалов заключается в нагревании исходного общего потока материалов, разделении его на параллельные потоки, после чего в каждом из потоков инициируют кавитацию, активируя потоки имплозией, вызываемой кавитационным воздействием и ударной волной, инициируемой гидроударом, а затем инжектируют в гидродинамический реактор, в котором проводят встречное по одной оси столкновение потоков с возникновением гидроудара, после которого потоки вновь соединяют в общий поток. Изобретение обеспечивает повышение производительности, надежности и улучшение экономических показателей. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.