Нагрівач рідини

Реферат: Винахід належить до електротехніки і може бути використаний при нагріві рідини. Нагрівач рідини містить нагрівальний елемент у вигляді обмотки зі струмопідводом, який має можливість підключення до мережі змінного струму, та електроізолятор. Він також має металеві фланці для фіксації нагрівача на трубі з рідиною, дисковий електроізолятор для електроізоляції та теплоізоляції металевих фланців та азбестову вставку, що охоплює електроізолятор, причому електроізолятор виконаний з азбесту, і містить гвинтову проточку, в якій розміщений нагрівальний елемент, та на поверхні якої виконані круглі отвори, причому відстань між центрами сусідніх отворів дорівнює не менше трьох максимальних товщин електроізолятора, а діаметр отворів дорівнює подвійній максимальній товщині електроізолятора. Струмовідвід нагрівача додатково виконує роль фіксатора для кріплення азбестової вставки на електроізоляторі. Винахід дозволяє підвищити ККД, знизити матеріаломісткість нагрівача, підвищити ефективність теплоізоляції для рідин з підвищеною температурою (наприклад, нафта), а також дає можливість тривалої експлуатації при температурах менше - 40 °C. UA 101853 C2 (12) UA 101853 C2 UA 101853 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електротехніки і може бути використаний при нагріві рідини, зокрема для електроопалювання і підігріву потоку нафти для транспортування від свердловини здобичі до місця зберігання в резервуарах, а також при перекачуванні нафти з одного резервуара в інший. Відомі нагрівачі рідини, зокрема нагрівач рідини патент Росії № 2002383, кл. Н05В 6/10, нагрівач рідини заявка Франції № 2565059, кл. Н05В 6/10 і нагрівач рідини патент США № 4602140, кл. Н05В 6/10, 219-10.51. Дані нагрівачі мають принциповий недолік, який пов'язаний із способом формування теплового потоку за допомогою струмів, що наводяться методом електромагнітної індукції. При цьому, якщо тіло, що нагрівається, є електропровідником, тоді ефективність даного способу нагріву найбільш ефективна. Для рідин, що не є електропровідниками, даний спосіб нагріву і пристрої, що реалізовують його, в порівнянні з резистивним нагрівом мають нижчий коефіцієнт корисної дії, підвищену матеріаломісткість, а в занурюваних нагрівачах додається недолік, пов'язаний з необхідністю наявності пристрою для маніпулювання таким нагрівачем. Найбільш близьким з тим, що заявляється, є патент Російської Федерації RU 2074529 опуб. 30.11.2006 року, який вибраний як прототип. Даний індукційний нагрівач рідини (прототип), що містить корпус, розміщений в ньому трансформатор з багатострижньовим феромагнітним сердечником з розташованою на стрижнях багатофазною первинною обмоткою, що підключається до мережі змінного струму, і вторинною обмоткою, що є теплообмінником, при цьому теплообмінник виконаний у вигляді порожнистої камери з нижнім вхідним і верхнім вихідним патрубками для проходження рідини, що нагрівається, в якій є наскрізні вертикальні канали з електропровідними стінками, в кожному з яких із зазором встановлений стрижень сердечника трансформатора. До недоліків прототипу належать: підвищена матеріаломісткість пристрою, висока вартість матеріалів для виготовлення пристрою, підвищений опір потоку рідини, що проходить через наскрізні вертикальні канали з електропровідними стінками, в кожному з яких із зазором встановлений стрижень сердечника трансформатора. При цьому вартість прототипу ще більш збільшується при заповненні корпусу рідким діелектриком. Істотним недоліком прототипу є неможливість використання нагрівача при температурах нижче -40 °C. Оскільки діелектричні властивості рідкого діелектрика і ізоляції різко знижуються і експлуатаційна стійкість нагрівача також швидко падає. Задачею винаходу є створення нагрівача рідини з вищим ККД, зниженою матеріаломісткістю, відсутністю елементів що чинять опір рухомому потоку рідини і можливістю тривалої експлуатації при температурах менше -40 °C. Важливим завданням є створення високоефективної теплоізоляції для рідин з підвищеною температурою (наприклад, зі свердловини надходить нафта, нагріта до температур не менше 25 °C). Тоді нагрівач може не включатися або включатися періодично, мінімізуючи витрату електроенергії в цілому на процес. Поставлена задача вирішується тим, що нагрівач рідини містить нагрівальний елемент у вигляді обмотки зі струмопідводом, який має можливість підключення до мережі змінного струму, та електроізолятор. Він також має металеві фланці для фіксації нагрівача на трубі з рідиною, дисковий електроізолятор для електроізоляції та теплоізоляції металевих фланців та азбестову вставку, що охоплює електроізолятор, причому електроізолятор виконаний з азбесту, і містить гвинтову проточку, в якій розміщений нагрівальний елемент, та на поверхні якої виконані круглі отвори, причому відстань між центрами сусідніх отворів дорівнює не менше трьох максимальних товщин електроізолятора, а діаметр отворів дорівнює подвійній максимальній товщині електроізолятора. Струмовідвід нагрівача додатково виконує роль фіксатора для кріплення азбестової вставки на електроізоляторі. Технічна суть винаходу пояснюється кресленнями, де Фіг. 1 - загальний вигляд нагрівача рідини. Фіг. 2 - електроізолятор. Фіг. 3 - азбестова вставка. На трубу 1, якою рухається рідина (наприклад, нафта), одягається електроізолятор 2 з азбестової труби. Електроізолятор 2 виконаний з азбесту і містить гвинтову проточку, в якій розміщений нагрівальний елемент 3, та на поверхні якої виконані круглі отвори, причому відстань між центрами сусідніх отворів дорівнює не менше трьох максимальних товщин електроізолятора, а діаметр отворів дорівнює подвійній максимальній товщині електроізолятора. Струмовідвід нагрівача 4 додатково виконує роль фіксатора для кріплення азбестової вставки на електроізоляторі. Знайдене співвідношення, а саме форма отвору, причому відстань між центрами сусідніх отворів дорівнює не менш трьох максимальних товщин електроізолятора, а діаметр отворів 1 UA 101853 C2 5 10 15 20 дорівнює подвійній максимальній товщині електроізолятора, забезпечує максимальну віддачу тепла на поверхню металевої труби, забезпечує максимальні електроізолюючі властивості та захист від прогинання нагрівального елементу над отвором при його деформації. Нагрівальний елемент 3 має струмовідвід 4, який приварений до нагрівального елементу. На електроізолятор 2 і нагрівальний елемент 3 одягається азбестова вставка 5. Стрічковий струмовідвід 4 обтискає азбестову вставку 5 і додає міцності всьому нагрівачу. Дисковий електроізолятор 6 потрібен для електроізоляції та теплоізоляції нагрівача рідини від металевих фланців. Металеві фланці 7 з двох протилежних сторін фіксують положення нагрівальної системи на трубі з рідиною. Конструктивні параметри електроізолятора показані на Фіг. 2, азбестової вставки - на Фіг. 3. Перевагою запропонованої конструкції порівняно з прототипом є вищий ККД за рахунок мінімального електромагнітного розсіювання, і передача тепла від нагрівального елементу (товщина електроізолятора не перевищує 2 мм) через круглі отвори відбувається з високою ефективністю. Відсутність елементів усередині потоку не збільшує втрати натиску рідини і не вимагає додаткової енергії для його переміщення. Ізолююча азбестова вставка може мати достатньо велику товщину і ефективно зменшувати теплові втрати. Умови тривалої експлуатації азбесту по температурі складають від - 60 до + 450 °C. Крім того, запропонований нагрівач рідини простіший при монтажі в порівнянні з прототипом, оскільки містить шість деталей замість одинадцяти у прототипу. При підвищеній вібрації, яка завжди має місце при високій швидкості транспортування рідини, надійність експлуатації прототипу, із-за наявності деталей, що вимагають забезпечення положень із заданими зазорами, також знижується. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 1. Нагрівач рідини, що містить нагрівальний елемент у вигляді обмотки зі струмопідводом, який має можливість підключення до мережі змінного струму, та електроізолятор, який відрізняється тим, що має металеві фланці для фіксації нагрівача на трубі з рідиною, дисковий електроізолятор для електроізоляції та теплоізоляції металевих фланців та азбестову вставку, що охоплює електроізолятор, причому електроізолятор виконаний з азбесту, і містить гвинтову проточку, в якій розміщений нагрівальний елемент, та на поверхні якої виконані круглі отвори, причому відстань між центрами сусідніх отворів дорівнює не менше трьох максимальних товщин електроізолятора, а діаметр отворів дорівнює подвійній максимальній товщині електроізолятора. 2. Нагрівач рідини за п. 1, який відрізняється тим, що струмовідвід нагрівача додатково виконує роль фіксатора для кріплення азбестової вставки на електроізоляторі. 2 UA 101853 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3