Пристрій нагріву в’язких продуктів в залізничних цистернах

Пристрій нагріву в'язких продуктів в цистерні, що включає цистерну з металевою стінкою, генератор електромагнітного випромінювання, підклю 3 22842 4 не ефективно в наслідок низької теплопровідності провідний екран 7 нагрівається і передає за допоВП. Поблизу антени електромагнітне поле дуже могою механізму теплопровідності частину своєї неоднорідне, тому близькі до антени ділянки ВП теплової енергії шару ВП 3, який безпосередньо збитково перегріваються, а для нагріву віддалених прилягає до електропровідного екрану 7. В реділянок ВП доводиться тратити збитковo довгий зультаті дії цих механізмів в кожний момент часу час. Перегріті ділянки ВП випаровують шкідливі буде здійснюватись новий розподіл температури газоподібні компоненти ВП, що робить гіршою наВП 3 в цистерні, який інтегрально характеризуєтьвколишню екологію, а також виносить із цистерни ся сумарним потоком теплової потужності через частину тепла. В цьому засобі важко нагріти приповерхню цистерни. Величина цього потоку теплостінні шари ВП і виконати повний їхній злив. Це вої потужності результуюча залежить від початкообумовлено тим, що стінки цистерни найбільш вого розподілу температури в ВП 3, температурою віддалені від антени, а також тим, що найбільш яка є функцією часу оточуючого цистерну повітря, збиткові витрати тепла поступають в атмосферу товщиною теплоізолюючих шарів 5 і 6, відрізком від нагрітих стінок цистерни. часу цього процесу, потужністю і частотою генераВ силу обставин цей спосіб і пристрій не є тора 1, геометрією та розміщенням антени 2 відекологічними, такими, що практично не можливо носно металевої стінки 4. автоматизувати і в цілому збитково затратними. Рівномірність розподілу температури ВП 3 по Заявлений пристрій нагріву в'язких продуктів в радіусу цистерни забезпечується вибором велицистерні має в своєму складі цистерну з металечини скін-шару d1, ЕМВ в напрямку, перпендикулявою стінкою, генератор електромагнітного випрорному напрямку розповсюдження уповільненої мінювання, підключений на антену яка виконана у поверхневої хвилі і вибором відстані l між електвигляді уповільненої спіральної системи, зануреропровідним екраном 7 і антеною 2. ної в в'язкий продукт, шаг спіральної уповільненої Для нашого приклада, коли шаг h спіральної системи виконують співрозмірним з відстанню спіуповільненої системи набагато менший за радіус ралі до стінки цистерни, а на внутрішню і зовнішню спіральної уповільненої системи, яка має порядок поверхні металевої стінки цистерни щільно розмірадіусом R цистерни, буде справедливою оцінка: щують теплоізолятори, на внутрішню поверхню d1≈h. електропровідний екран, товщина якого співрозміВибір шагу h спіральної уповільненої системи рна з глибиною скін-шару електропровідного визабезпечує ЕМВ напрямку, перпендикулярному промінювання в ньому. напрямку розповсюдження уповільненої поверхНа кресленні зображений заявлений пристрій, невої хвилі, тобто в напрямку перпендикулярному до складу якого входить генератор 1 електронного поверхні металевої стінки 4 цистерни. Так як ампвипромінювання (ЕМВ), підключена до нього антелітуда уповільненої поверхневої хвилі має максина 2, яка повністю занурена у в'язкий продукт (ВП) мум на поверхні антени 2, то вибором величини 3, металеву стінку 4 цистерни, до якої прилягає шагу h спіральної уповільненої системи забезпезовнішній шар 5 теплоізолятора і внутрішній шар 6 чується підвищення однорідності розподілу темтеплоізолятора, на якому розміщено теплопровідператури в напрямку, перпендикулярному розпоний екран 7. всюдженню уповільненої поверхневої хвилі Цистерна має стандартну форму у вигляді цивздовж антени 2. Вибором величини l - відстані від ліндричної труби R, закритою з обох кінців полуселектромагнітного екрану 7 до антени 2 регулюють ферами того ж радіусу. Зовнішній шар 5 теплоізовеличину температури пристінного шару ВП 3, чим лятора, наприклад, у вигляді емульсії із піни підвищують рівномірність нагріву його в цій обласнаносять фарбопультом, а внутрішній шар 6 тепті. Забезпеченням рівномірності розподілу темпелоізолятора виконують, наприклад, у вигляді форатури по об'єму ВП 3 досягають двох технічних льгованого пінополіуретану, що приклеєна до внурезультатів: повного зливу ВП 3 з цистерни, чому трішньої стінки цистерни епоксидним клеєм. сприяє нагрітий до необхідної температури (≥25°С) Антену 2 виконують, наприклад, в вигляді двохзапристінковий шар; і підвищення економічності злиходової спіральної уповільненої системи і розтаву ВП 3, що обумовлено відсутністю надлишкового шовують еквідистантно з електропровідним екранагріву окремих об'ємів в середині цистерни. Поном 7 на відстані d від нього. Генератор 1 вний злив зменшує потрібний обсяг праці по очипідключають до антени 2 відомим способом. щенню цистерни і утилізації брухту цієї очистки. Працює пристрій наступним чином: в порожній Це також підвищує економічну ефективність цієї цистерні наносять внутрішній шар 6 теплоізолятопроцедури. ра разом з електромагнітним екраном 7, наносять Введенням в пристрій шарів 5 і 6 теплоізолязовнішній шар 5 теплоізолятора, установлюють тора досягають зменшення витрат потужності Рn антену 2, з'єднуючи її з генератором 1 ЕМВ, запояка визначається відношенням: внюють цистерну ВП 3 так, щоб антена 2 була S Pn = a DT, повністю занурена. Вмикають генератор 1 ЕМВ, h який збуджує у антені 2 ЕМВ, що розповсюджуєтьде: Рn - потужність втрат в кВт, що віддається ся у ВП 3 і передає свою енергію у вигляді тепла цистерною в оточуюче повітря; ВП 3. ВП 3 охолоджується за рахунок обміну тепла a - коефіцієнт теплоємності шарів 5, 6 теплочерез поверхню зовнішнього шару 5 теплоізолятоізолятора; ра з оточуючим цистерну повітрям. ЕлектропровіS (м 2) загальна площа поверхні цистерни; дний екран 7 поглинає ЕМВ, яке попало на нього і DT = TE - T0, тим самим не пропускає ЕМВ в сторону вн утрішде TE - температура електропровідного екрану нього шару 6 теплоізоляції. При цьому електро 5 7; 22842 6 рану 7; Tс - температура металевої стінки 4 цистерни; Виключаючи з цього співвідношення Tе і Tс одержимо: Т0 - температура оточуючого повітря. h - товщина теплоізоляції. h=h1+h2 де h1, і h2 - товщина зовнішнього та внутрішнього шарів 5 і 6 теплоізоляції відповідно. Вибірка величини h забезпечують допускну величину потужності Рг генератора 1 в силу співвідношення: 1 Pг » , h Внутрішній шар 6 теплоізолятора забезпечує необхідний нагрів електромагнітного екрану 7 до заданої температури, при якій злив пристінкових шарів ВП 3 буде достатньо повним, що необхідно для забезпечення вищеозначених технічних результатів. Цьому також сприяє введення зовнішнього шару 5 теплоізолятору. Це пояснюється таким чином. Із-за постійності потоку потужності через окремі шари (5, 6, 7) температура стінки 4 цистерни буде дорівнювати: æh 1 h ö Tц = (Т0 + Т е ) + Р г ç 1 + 2 ÷, ça 2 a2 ÷ è 1 ø де Тц - температура стінки 4 цистерни; Те - температура електропровідного екрану 7; a 1, a 2 - відповідно коефіцієнти теплоємності шарів 5, 6 теплоізолятора. Температура Тц стінки цистерни буде вищою за температуру Т0 оточуючого цистерну повітря в наявності шарів 5, 6 теплоізоляторів, а потік потужності тепла через теплопровідний екран 7 зменшується, і частина температури може бути використана для потрібного нагріву екрану 7. Оцінку потрібної потужності Рг генератора ЕМВ можна зробити наступним чином. За умови незмінюваності потужності теплового потоку, що проходять через шари: шар в'язкого продукту 3 (наприклад, мазуту), електропровідного екрану 7, внутрішнього та зовнішнього шарів 6 і 5 відповідно теплоізоляторів і металеву стінку 4 цистерни і рівність потужності генератора ЕМВ задовольняє співвідношенню: Pг = g mS (TS - Te ) = g1S (Te - Tc ) = g 2S (Tc - T0 ), L h1 h2 де g, g1, g2 - відповідно теплопровідність мазуту, зовнішнього шару 5 теплоізолятора, внутрішнього шару 6 теплоізолятора; L - товщина шару мазуту - відстань від внутрішньої поверхні стінки 4 цистерни до поверхні в мазуті, на якій температура досягає значення +25°С; ТS - температура мазуту на відстані Z від ек ì ü ï ï gmS ï TS T0 ï Pг = + íg h ý. L ï м × 1 +1 æ g1 h2 öæ g м h1 ö ï ç1 + ÷ç1 + × × ÷ï ç ï g1 L g 2 h1 ÷ç g1 L ÷ þ è øè ø î При виведенні цієї формули було використано наближення для розподілу T(Z) температури всередині мазуту (Z>0) в ви гляді: ì ïT + TZ í Z ïT , î Z æ Z öü ç TS - TZ ÷ ï L ø ý, è для Z ³ L ï þ для 0£Z£L передбачувалось, що L,Z¹0 де Z - відстань від електропровідного екрану 7 до любої точки мазуту. g1 h g Якщо врахува ти, що = 1 2 = 5, м = 1; , g2 h1 g1 gм =0,3кВт/м; S=100м 2, L=0,3м, Ts=+25°С, T0=-25°С, ' кВт тоді отримуємо Pг » 1 . В випадку, коли L=0, врахуємо, що T0=0°С, a Ts=Te, тоді отримуємо другу величину потужності ' генератора Pг » 4,7кВт. .Така ситуація відбудеться коли спочатку транспортування цистерни температура оточуючого повітря була -25°С, а в кінцевій точці її прибуття (місце злива мазуту) температура повітря досягає 0°С. При цих умовах потужність ' генератора Pг можна оцінити по середньому значенню двох крайніх оцінок 1 Pг' = æ Pг' + Pг'' ö = 2,85 @ 3кВт. ç ÷ 2è ø Якщо цистерна транспортувалась весь час при температурі оточуючого повітря -25°С, то усереднена оцінка замість 3кВт буде мати наступний вигляд Pг'' » 4,7кВт. При цьому температура електропровідного екрану 7 досягне значення Tе=+25°С тільки в кінці транспортування, маючи в попередні моменти часу проміжні значення температури Te(t) в діапазоні температур від T0 до +25°С. Залежність Te(t) знаходилась в результаті числового рішення рівняння теплопровідності за умови реального розподілу в об'ємі мазуту 3 ЕМВ, збудженого антеною 2. 7 Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 22842 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601