Электрический парогенератор

Изобретение относится к способу и устройствам преобразования электрической энергии в тепловую и создания теплообмена и может быть использовано при нагреве жидкостей. Электрический парогенератор включает один или несколько электрических трансформаторов с наборными металлическими сердечниками и первичными обмотками, трубчатую вторичную обмотку, расположенную в магнитном поле изолированно, перемычку, соединенную наружно с витками общей трубчатой вторичной обмотки с целью создания короткого замыкания витков трубчатой вторичной обмотки и необходимые средства для принудительной подачи жидкости через внутреннюю полость трубчатой вторичной обмотки, последняя выполнена из трех последовательно соединенных секций, соединенных разъемными муфтами и имеющих разную мощность тепловыделения, соответствующую фазам теплового преобразования воды в пар. Использование изобретения позволяет повысить надежность работы индукционного электрического парогенератора. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу и устройствам преобразования электрической энергии в тепловую и создания теплообмена. Оно может быть использовано при нагреве жидкостей, например, в системах отопления и горячего паро- и водоснабжения производственных и жилых объектов, а также в других областях применения, где требуется нагрев и испарение текучих сред.

Уровень техники

Известен электрический парогенератор, принятый нами за прототип, включающий электрический трансформатор, имеющий наборный металлический сердечник, предназначенный для создания замкнутого магнитного поля, первичную обмотку, расположенную на сердечнике и электрически изолированную от него, трубчатую вторичную обмотку, расположенную в магнитном поле изолированно, перемычку, соединенную наружно с витками трубчатой вторичной обмотки с целью создания короткого замыкания витков трубчатой вторичной обмотки, и необходимые средства для принудительной подачи жидкости через внутреннюю полость трубчатой вторичной обмотки. (US 1999446)

Известное устройство относится к высокоэффективным устройствам преобразования электрической энергии в тепловую в связи с наличием прямого контакта между нагреваемой жидкостью и нагревательной поверхностью во внутренней полости вторичной короткозамкнутой трубчатой обмотки. Для получения пара в известном устройстве требуется либо достижение температуры трубчатой обмотки свыше 212 град., либо предварительный нагрев питательной воды перед подачей ее в трубчатую обмотку. Последнее осуществляется введением дополнительной трубчатой короткозамкнутой вторичной обмотки, предназначенной для предварительного нагрева жидкости перед подачей ее в основную короткозамкнутую трубчатую обмотку для испарения. Количество вырабатываемого таким устройством пара напрямую зависит от скорости подачи (расхода) жидкости. В случае превышения расчетного расхода жидкости через устройство пар перестает вырабатываться, т.к. не хватает энергии на испарение, а при уменьшении расхода жидкости ниже расчетного трубчатая вторичная обмотка плохо охлаждается и перегревается до аварийной температуры. Несмотря на высокий кпд известное устройство в своем конструктивном исполнении слишком чувствительно к параметрам управления - величине тока, напряжения, температуре входной питательной воды, расходу воды, являющимся производными каждого конкретного конструктивного исполнения. Под каждый расход воды необходимо рассчитать температуру нагрева вторичной обмотки, рабочий ток, напряжение, диаметр трубы, материал трубы. Изменение в ходе работы хотя бы одного из параметров приводит к ухудшению качества пара, генерируемого устройством, или к его вынужденной аварийной остановке. Управление величиной тока или напряжения возможно в очень узких пределах, т.к. количество выделяемой теплоты в устройстве пропорционально квадрату тока или напряжения, изменения которых очень быстро приводят к потере функциональности устройства.

Известное устройство относится к классу прямоточных парогенераторов, где движение жидкости и пара по трубам осуществляется способом принудительного напора с помощью питательного насоса, который обеспечивает преодоление полного сопротивления движению парожидкой среды по трубам и заданное давление пара на выходе. Общим недостатком этого способа как в случае жаротрубного нагрева, так и электрического нагрева труб является их низкая теплоаккумулирующая способность (см. стр. 266 в книге А.П. Ковалев. Парогенераторы: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 386 с., ил.). Данный недостаток особенно проявляется в известном устройстве, принятом за прототип, поскольку длина трубчатой вторичной обмотки связана с ее электрическим сопротивлением и часто не обладает достаточной площадью теплообмена из-за дефицита длины. Поэтому надежная реализация прямоточного способа получения пара с помощью известного устройства, принятого за прототип, возможна только путем внесения изменений в конструкцию, учитывающих характер движения жидкости в трубе прямоточного парогенератора и превращения жидкости в ходе движения по трубе в пар.

Сущность изобретения

Задачей, решаемой заявленным изобретением, является создание надежного индукционного электрического парогенератора.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности работы индукционного электрического парогенератора.

Технический результат заявленного изобретения достигается за счет того, что электрический парогенератор включает один или несколько электрических трансформаторов, имеющих наборные металлические сердечники, первичные обмотки, расположенные на сердечниках и электрически изолированные от них,

общую трубчатую вторичную обмотку, расположенную в магнитном поле изолированно и охватывающую все стойки наборных металлических сердечников трансформаторов,

перемычку, расположенную на общей трубчатой вторичной обмотке,

и средства для принудительной подачи жидкости через внутреннюю полость общей трубчатой вторичной обмотки,

при этом общая трубчатая вторичная обмотка выполнена из соединенных последовательно нагревательной, испарительной и перегревательной металлических секций, отличающихся друг от друга величиной сопротивления электрическому току так, что при прохождении электрического тока в каждой секции выделяется тепловая мощность, соответствующая фазе теплового преобразования воды в пар при движении воды во внутренней полости трубчатой вторичной обмотки,

а перемычка выполнена из двух частей, соединяющих наружно витки общей металлической трубчатой вторичной обмотки в плоскости, перпендикулярной виткам, с возможностью создания короткого замыкания витков общей трубчатой вторичной обмотки в точках пересечения окружности наружной поверхности общей трубчатой вторичной обмотки с их диаметрами, параллельными направлению суммарного вектора магнитной индукции в наборных металлических сердечниках так, чтобы близлежащие точки были соединены между собой электрически одной частью составной перемычки, а удаленные точки соединены между собой электрически другой частью составной перемычки.

В частном случае реализации заявленного технического решения на наружной поверхности вторичной трубчатой обмотки в зоне каждой упомянутой секции общей трубчатой вторичной обмотки установлены датчики контроля температуры.

В частном случае реализации заявленного технического решения составные части перемычки выполнены в форме дуги кольца.

Из практики создания устройств, реализующих прямоточный способ получения пара, известно, что активная длина нагрева нагревательной трубы прямоточного парогенератора условно разделяется на три последовательные части: водяную, пароводяную и паровую. Положение границ указанных участков зависит от количества подводимой энергии и расхода питательной воды (паропроизводительности). При увеличении количества подводимой энергии или уменьшении расхода питательной воды возможна аварийная ситуация в виде пережога нагревательной трубы. Чем меньше конструкция устройства чувствительна к смещению границ последовательного нагрева, тем надежнее работает парогенератор и дешевле его система управления.

Краткое описание чертежей

Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано:

Фиг. 1 - общий вид электрического парогенератора;

Фиг. 2 - трубчатая вторичная обмотка;

Фиг. 3 - перемычка для создания короткого замыкания трубчатой вторичной обмотки.

На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:

1 - металлический сердечник; 2 - первичная обмотка; 3 - вторичная трубчатая обмотка; 4 - перемычка; 5 - перемычка; 6 - отводящий патрубок; 7 - нагревательная секция вторичной трубчатой обмотки; 8 - испарительная секция вторичной трубчатой обмотки; 9 - перегревательная секция вторичной трубчатой обмотки; 10 - датчик контроля температуры; 11 - опора; 12- дозирующий клапан; 13 - муфта; 14 - муфта.

Раскрытие изобретения

Электрический парогенератор состоит из наборных металлических сердечников (1), предназначенных для создания замкнутого магнитного поля, на которых расположены изолированные от металлических сердечников (1) первичные обмотки (2).

Общая вторичная трубчатая обмотка (3) установлена изолированно в магнитном поле на опорах (11), свернута так, что охватывает все стойки наборных металлических сердечников (1), и снабжена перемычкой, выполненной из двух частей - металлической дуги кольца (4), соединенной наружно с витками вторичной трубчатой обмотки (3), и дуги кольца (5), соединенной наружно с витками вторичной трубчатой обмотки (3), все соединения находятся на одной линии в плоскости, перпендикулярной оси труб вторичной трубчатой обмотки (3), вместе обе части перемычки (4) и (5) создают безопасное короткое замыкание витков вторичной трубчатой обмотки (3), способное проводить переменный ток большой величины.

Перемычка, выполненная из двух частей, соединяющих наружно витки общей металлической трубчатой вторичной обмотки в плоскости, перпендикулярной виткам, с целью создания короткого замыкания витков трубчатой вторичной обмотки в точках пересечения окружности наружной поверхности трубчатой вторичной обмотки с их диаметрами, параллельными направлению суммарного вектора магнитной индукции в наборных металлических сердечниках так, чтобы близлежащие точки были соединены между собой электрически одной частью составной перемычки в форме дуги кольца, а удаленные точки соединены между собой электрически другой частью составной перемычки также в форме дуги кольца.

Вторичная трубчатая обмотка (3) состоит из нагревательной секции (7), испарительной секции (8) и перегревательной секции (9). Секции (7, 8, 9) вторичной трубчатой обмотки соединены последовательно муфтами (13) и (14). Муфты (13) и (14) могут быть разъемными, что создает дополнительное удобство для обслуживания вторичной трубчатой обмотки (3) в ходе эксплуатации. Секции (7, 8, 9) вторичной трубчатой обмотки могут иметь одинаковый или различный диаметр внутренней полости и разное электрическое сопротивление.

Месторасположение границ между нагревательным (7), испарительным (8) и перегревательным (9) участками выбрано так, чтобы тепловые параметры в пароводяном прямоточном тракте трубчатой вторичной обмотки (3) максимально соответствовали процессу преобразования жидкости в пар при данной мощности устройства и длине трубчатой вторичной обмотки (3), что позволяет минимизировать недостатки, связанные с ее низкой теплоаккумулирующей способностью, и добиться стабильной работы устройства в целом

Электрическое сопротивление секций (7, 8, 9) вторичной трубчатой обмотки подбирается расчетом в зависимости от требуемой температуры нагрева секции. Например, во избежание пережога секции вторичной трубчатой обмотки (3) на выходе пара требуется несколько снизить температуру нагрева трубы, поэтому подбирается более низкое электрическое сопротивление третьей секции (9).

Средства для принудительной подачи жидкости через внутреннюю полость трубчатой вторичной обмотки включают в себя установленный на входе во внутреннюю полость вторичной трубчатой обмотки (3) дозирующий клапан (12), на выходе из внутренней полости вторичной трубчатой обмотки (3) установлен отводящий патрубок (6). При этом на наружной поверхности вторичной трубчатой обмотки (3) в зоне секций (7), (8) и (9) установлены датчики контроля температуры (10).

Также эффект повышения устойчивости и надежности работы парогенератора усиливается за счет увеличения количества трансформаторов в устройстве, например два трансформатора, как показано на Фиг. 2, что ведет к удлинению общей трубчатой вторичной обмотки (3), или путем создания на указанном принципе секционирования общей вторичной обмотки (3) из нескольких витков. В обоих случаях удлинение общей вторичной трубчатой обмотки (3) дает увеличение ее теплоаккумулирующей способности. Как следствие увеличение площади теплообмена внутренней полости за счет удлинения вторичной трубчатой обмотки (3) приводит к уменьшению количества осадков в пароводяном тракте вторичной трубчатой обмотки (3). Это создает возможность повышать эффективность устройства за счет увеличения мощности, действующей в обмотке, ток которой замыкается с помощью перемычки - металлической дуги кольца (4), соединенной наружно с витками вторичной трубчатой обмотки (3) (Фиг. 3), и перемычки - металлической дуги кольца (5), соединенной наружно с витками вторичной трубчатой обмотки (3) в одной плоскости в точках пересечения наружной поверхности труб с их диаметром, параллельным вектору магнитной индукции. Датчики температуры (10), установленные на наружной поверхности вторичной трубчатой обмотки (3), обеспечивают визуальный и иной контроль за ходом рабочего процесса устройства.

Устройство работает следующим образом.

Сначала с помощью дозирующего клапана (12) обеспечивают движение жидкости через внутреннюю полость общей трубчатой вторичной обмотки (3). Затем первичные обмотки (2) подключают к сети переменного тока, и они индуцируют в наборных металлических сердечниках (1) переменный магнитный поток, под действием которого в общей вторичной трубчатой обмотке (3), охватывающей магнитный поток в сердечниках (1), возникает электрический ток большой величины, и трубчатая вторичная обмотка (3) нагревается, при этом в секции (7) трубчатой вторичной обмотки жидкость доводится до кипения, в секции (8) - испаряется и становится пароводяной смесью, а в секции (9) полученный пар нагревается до заданной температуры и поступает в отводящий патрубок (6) потребителю.

Конкретное исполнение устройства.

Были разработаны и испытаны два индукционных парогенератора, оба состоящие из двух трансформаторов с общей вторичной трубчатой обмоткой из медной трубы диаметром 22 мм, охватывающей все стойки обоих трансформаторов, как показано на Фиг. 1. Первое устройство имело мощность 25 кВт, второе - 50 кВт. Результаты испытаний показали, что индукционный парогенератор в соответствии с настоящим изобретением мощностью 25 кВт производит 100 кг пара/час с коэффициентом сухости пара 30%, а парогенератор мощностью 50 кВт дает 220 кг пара/час с коэф. сухости 40%.

1. Электрический парогенератор, включающий один или несколько электрических трансформаторов, имеющих наборные металлические сердечники, первичные обмотки, расположенные на сердечниках и электрически изолированные от них,

общую трубчатую вторичную обмотку, расположенную в магнитном поле изолированно и охватывающую все стойки наборных металлических сердечников трансформаторов,

перемычку, расположенную на общей трубчатой вторичной обмотке,

и средства для принудительной подачи жидкости через внутреннюю полость общей трубчатой вторичной обмотки,

при этом общая трубчатая вторичная обмотка выполнена из соединенных последовательно нагревательной, испарительной и перегревательной металлических секций, отличающихся друг от друга величиной сопротивления электрическому току так, что при прохождении электрического тока в каждой секции выделяется тепловая мощность, соответствующая фазе теплового преобразования воды в пар при движении воды во внутренней полости трубчатой вторичной обмотки,

а перемычка выполнена из двух частей, соединяющих наружно витки общей металлической трубчатой вторичной обмотки в плоскости, перпендикулярной виткам, с возможностью создания короткого замыкания витков общей трубчатой вторичной обмотки в точках пересечения окружности наружной поверхности общей трубчатой вторичной обмотки с их диаметрами, параллельными направлению суммарного вектора магнитной индукции в наборных металлических сердечниках так, чтобы близлежащие точки были соединены между собой электрически одной частью составной перемычки, а удаленные точки соединены между собой электрически другой частью составной перемычки.

2. Парогенератор по п. 1, отличающийся тем, что на наружной поверхности общей трубчатой вторичной обмотки в зоне каждой упомянутой секции общей трубчатой вторичной обмотки установлены датчики контроля температуры.

3. Парогенератор по п. 1, отличающийся тем, что составные части упомянутой перемычки выполнены в форме дуги кольца.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых нужд. Интеллектуальный электротепловой привод содержит магнитопровод с размещенной на нем сетевой обмоткой, неподвижный нагревательный элемент и вращающийся элемент, выполненный в виде короткозамкнутой вторичной обмотки, имеющей форму полого ротора с охлаждающими элементами, причем сопряжение вращающегося элемента и неподвижного нагревательного элемента выполнено с использованием упорных радиальных элементов качения.

Изобретение относится к индуктору для индукционного нагрева месторождений нефтеносного песка, горючих сланцев или тяжелых фракций нефти. Индуктор (1) для индукционного нагрева посредством токоведущих проводников (2a…f, 4a…f) содержит участки многожильного провода (20, 22, 24, 26), соединенные через конденсаторы ( 4, 6, 8), при этом предотвращается частичный разряд на местах прерываний проводников (2a…f, 4a…f).

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в системах отопления, горячего водоснабжения, в технологических процессах подогрева жидкостей, где требуется обеспечить малый градиент температур между нагревателем и нагреваемой жидкостью в проточном режиме или в накопительной емкости.

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности для обеззараживания молока. Способ обеззараживания молока включает воздействие на молоко электрическим полем СВЧ частотой 2450 МГц, удельной мощностью 4 Вт/г в проточном режиме с наложением бактерицидного потока УФ излучений лампой мощностью 240 Вт и ультразвукового поля с частотой 40 кГц и удельной мощностью 0,625 Вт/г, при этом продолжительность воздействия составит 250 с до достижения температуры молока 57…58 ˚С.

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано для оптимального распределения тепла при нагреве металлических образцов встречными волнами ближнего ИК-диапазона.

Изобретение относится к источникам питания индукционных нагревателей и может быть использовано для нагрева, пайки, закалки и плавки металлов. Сущность изобретения заключается в применении устройства для луговой сварки металлов токами в форме знакопеременных импульсов частоты ультразвукового диапазона в качестве источника питания индуктора.

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).

Изобретение относится к области металлургии, в частности к конструкциям индукционных канальных печей для приготовления сплавов и разновесных компонентов, и направлено на повышение эффективности перемешивания расплава в печи и ее производительности за счет исключения зарастания канальной части окислами.

Изобретение относится к области электротермии и может быть использовано в нефтяной, газовой, химической и пищевой промышленности для поддержания температуры трубопроводов в рабочем диапазоне, а также для защиты от замораживания трубопроводов и стартового разогрева трубопроводов до рабочей температуры.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых нужд. Интеллектуальный электротепловой привод содержит магнитопровод с размещенной на нем сетевой обмоткой, неподвижный нагревательный элемент и вращающийся элемент, выполненный в виде короткозамкнутой вторичной обмотки, имеющей форму полого ротора с охлаждающими элементами, причем сопряжение вращающегося элемента и неподвижного нагревательного элемента выполнено с использованием упорных радиальных элементов качения.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых нужд. Интеллектуальный электротепловой привод содержит магнитопровод с размещенной на нем сетевой обмоткой, неподвижный нагревательный элемент и вращающийся элемент, выполненный в виде короткозамкнутой вторичной обмотки, имеющей форму полого ротора с охлаждающими элементами, причем сопряжение вращающегося элемента и неподвижного нагревательного элемента выполнено с использованием упорных радиальных элементов качения.

Изобретение относится к индуктору для индукционного нагрева месторождений нефтеносного песка, горючих сланцев или тяжелых фракций нефти. Индуктор (1) для индукционного нагрева посредством токоведущих проводников (2a…f, 4a…f) содержит участки многожильного провода (20, 22, 24, 26), соединенные через конденсаторы ( 4, 6, 8), при этом предотвращается частичный разряд на местах прерываний проводников (2a…f, 4a…f).

Изобретение относится к индуктору для индукционного нагрева месторождений нефтеносного песка, горючих сланцев или тяжелых фракций нефти. Индуктор (1) для индукционного нагрева посредством токоведущих проводников (2a…f, 4a…f) содержит участки многожильного провода (20, 22, 24, 26), соединенные через конденсаторы ( 4, 6, 8), при этом предотвращается частичный разряд на местах прерываний проводников (2a…f, 4a…f).

Изобретение относится к маневрирующим в атмосфере сверхзвуковым летательным аппаратам (ЛА). Управление обтеканием основывается на изменении направления набегающего воздушного потока со встречного на радиальное истечение относительно ЛА с использованием нагреваемой по команде газопроницаемой пористой вставки на переднем конце ЛА.

Способ содержит введение в металлический корпус банки 1 индукционной катушки 7, через которую пропускают переменный ток для нагрева фланца 4. Затем выводят катушку 7 из банки 1, а на фланец 4 накладывают отслаиваемую крышку.

Индукционный электромагнитный коаксиальный лабиринтный нагреватель жидкостей предназначен для использования в электротехнике и электроэнергетике. Устройство содержит герметичный кожух-магнитопровод с дном (1) и крышкой, патрубок (4) подвода-отвода нагреваемой жидкости, электроизолированную электрическую катушку (3), центральную трубу (7) отвода-подвода жидкости с отверстиями у верхнего торца.

Изобретение относится к области нагрева высоковязких нефтей в трубопроводах электромагнитными полями. Способ нагрева включает непрерывное воздействие электромагнитного поля на поток нефти в трубопроводе, при котором для продукции трубопровода определяют низшую критическую температуру Ткн, ниже которой температура продукции не должна снижаться, и высшую критическую температуру Ткв, выше которой нагрев продукции нецелесообразен, на блоке измерения температуры регистрируют начальную температуру продукции трубопровода T0; если Т0<Ткн, через блок управления открывают первый электромагнитный клапан, а второй электромагнитный клапан закрывают.

Изобретение предназначено для нагревания вязких текучих сред, а также для ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в трубопроводах (1) различного назначения, в частности непосредственно в добывающих скважинах.

Изобретение относится к вспомогательному сварочному оборудованию, которое может быть использовано для предварительного нагрева труб перед выполнением сварки или для последующей термической обработки сварного соединения труб.

Предложена микроволновая печь, имеющая усовершенствованную конструкцию, которая позволяет равномерно нагревать пищевые продукты. Микроволновая печь содержит: корпус, включающий в себя варочную камеру (20), имеющую нижнюю поверхность (21), по меньшей мере одну первую отражательную часть (110), выполненную на нижней поверхности (21) варочной камеры; магнетрон (60), предназначенный для генерации СВЧ-излучения, и поддон (200), расположенный отдельно от нижней поверхности варочной камеры и поддерживающий нагреваемый пищевой продукт. Упомянутая по меньшей мере одна первая отражательная часть простирается на заданную высоту (h) выше отсчетного уровня (RL). При этом по меньшей мере одна первая отражательная часть содержит по меньшей мере одну подвижную часть и выполнена с возможностью изменения по меньшей мере одного из высоты (h) и ширины (w) упомянутой по меньшей мере одной первой отражательной части посредством перемещения по меньшей мере одной подвижной части. Усовершенствованная конструкция микроволновой печи позволяет равномерно нагревать пищевые продукты. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к способу и устройствам преобразования электрической энергии в тепловую и создания теплообмена и может быть использовано при нагреве жидкостей. Электрический парогенератор включает один или несколько электрических трансформаторов с наборными металлическими сердечниками и первичными обмотками, трубчатую вторичную обмотку, расположенную в магнитном поле изолированно, перемычку, соединенную наружно с витками общей трубчатой вторичной обмотки с целью создания короткого замыкания витков трубчатой вторичной обмотки и необходимые средства для принудительной подачи жидкости через внутреннюю полость трубчатой вторичной обмотки, последняя выполнена из трех последовательно соединенных секций, соединенных разъемными муфтами и имеющих разную мощность тепловыделения, соответствующую фазам теплового преобразования воды в пар. Использование изобретения позволяет повысить надежность работы индукционного электрического парогенератора. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх