Маслотеплогенератор

Маслотеплогенератор, який характеризується тим, що містить теплоізольований сталевий корпус овально-циліндричної форми, вздовж якого всередині вертикально розміщені рядами стальні труби теплообміну, кінці яких з'єднані із сталевими фланцями, закритими вхідною і вихідною кришками, призначеними для розподілення входу холодної і 3 - постійний ККД при тривалому часу роботи; - триваліший термін використання електронагрівних приладів; - підвищена якість стану нагрітої води. Маслотеплогенератор показаний на Фіг. 1, який складається із циліндрично-овальної форми корпусу 1, в якому вертикально розміщені рядами труби теплообміну 4, закріплених на нижньому і верхньому фланцях 2 і 3, нижньої кришки 9, верхньої кришки 10, електронагрівного приладу 11 із фланцем закріплення 26, патрубків для трубних з'єднань 7 і 8 вхідної і вихідної води, шару теплоізоляції 14 і захисної обшивки теплоізоляційного шару 20. Об'ємний простір, зайнятий трубами теплообміну, електронагрівним приладом, який обмежений фланцями і знаходиться на внутрішньому боці корпусу, складає камеру утворення температури. Корпус виготовляють із сталевого листа товщиною 2 мм і більше міліметрів, виходячи із конструкторських розрахунків. Вздовж сторони із меншою площею виконують заглиблення 32, яке при поперечному зрізі утворює форму зрізаного конуса, направленого вершиною в напрямку корпуса. У нижній частині даного заглиблення розміщають і закріплюють електрозваркою стальний фланець 25 із болтами для герметичного з'єднання із фланцем 26, який утримує електронагрівний прилад (ТЕН), призначений для встановлення в ємкість, заповненою рідиною. В об'ємі вказаного заглиблення при конструкторських розрахунках розраховують простір для: - розміщення теплоізольованої труби 8, що проходить від фланця 3 вздовж заглиблення через нижній фланець 2; - розміщення в нижній частині з правої сторони заглиблення гідроізольованого патрубка 7 для подачі холодної води, який з'єднують із камерою 5 розподілення холодної води; - розміщення електроприладів для включення в роботу електронагрівного приладу, приладу показування 30 і автоматичного регулювання температури 31 гарячої води; - розміщення патрубка 28 заливки,контролю за рівнем мінерального масла, який установлюють у верхній частині і закривають герметично глушником 29. Заглиблення 32 закривають захисною кришкою 35, яку кріплять за допомогою кронштейнів 36 і шурупів 37 до корпусу. Кришку виготовляють із сталевого листа, товщиною, не менше 0,8 мм. В центрі кришки встановлюють термометр, що показує робочу температуру і кріплять ручки управління роботи електронагрівного приладу. На корпусі за допомогою електрозварки установлюють два кронштейни 21 за допомогою яких маслотеплогенератор утримується на стіні приміщення і опору 22 для регулювання корпусу у вертикальному положенні. Вздовж корпусу у внутрішній стороні проходять сталеві труби теплообміну з товщиною стінок від 2 мм, які вставляють одним кінцем у отвори нижнього фланця 2 з умовою, що висота кінців труб над поверхнею фланця була не менше 5 мм, що необхідно для якісного електрозварювання. 59273 4 Другим кінцем труби теплообміну вставляють в отвори верхнього фланця 3 і аналогічно закріплюють. Труби теплообміну розташовують на фланцях таким чином, щоб відстань між корпусом і поверхнею труб теплообміну та між поверхнею самих труб була не менше 8 мм. На верхньому фланці виконують окремий отвір для встановлення і герметичного закріплення електрозваркою кінця труби 8, по якій гаряча вода проходить через заглиблення в корпусі до нижнього фланця 2. Діаметр труби установлюють конструкторським розрахунком. На кінці труби 8 виконують різьбу, необхідну для з'єднання з трубопроводом подачі гарячої води споживачам. Відстань від поверхні нижнього фланця до кінця труби з різьбою складає не менше 30 мм, щоб забезпечувалися зручності при обслуговуванні. Труби теплообміну розташовують рівномірно на фланцях із урахуванням, що був створений необхідний об'ємний простір 13, необхідний для розміщення одного і більше електронагрівних приладів. Відстань від поверхні труб теплообміну до поверхні електронагрівного приладу установлюють не менше 60 мм, а відстань від нижньої поверхні електронагрівного приладу до поверхні нижнього фланця становить 80 мм, що визначається конструкторським розрахунком. Нижній і верхній фланці виготовляють із сталевого листа товщиною, не менше 5 мм, що визначають конструкторським розрахунком і герметично з'єднують електрозваркою із краями корпусу по всьому периметру. Стінки корпусу, фланців і труб теплообміну розміщують у паралельних площинах. Нижній фланець закривають напівсферичною стальною кришкою 9, краї якої виготовляють таким чином щоб вони співпадали з краями нижнього фланця 2, за виключенням площі заглиблення і по краях герметично приварюється електрозваркою до нижнього фланця. Таким чином утворюється камера 5 розподілення холодної води по трубах теплообміну. Верхній фланець закривають напівсферичною стальною кришкою 10, яку виготовляють, щоб її краї повністю співпадали із краями цього фланця, після чого герметично приварюють електрозваркою до нього. Таким чином утворюється камера 6 для збору гарячої води і направлення її в трубу 8. Відстань від поверхні фланців до поверхні кришок установлюють не менше 30 мм, що остаточно визначають конструкторським розрахунком. Електронагрівний прилад 11 герметично закріплюють на діелектричних вставках 19, які герметично закріплюють своїм фланцем 26 за допомогою маслотермостійкої прокладки 27 до фланця 25 за допомогою болтових з'єднань 33. На електроконтакти електронагрівного приладу накладають діелектричні накладки. Об'ємний простір 13 і незайнятий об'єм, який знаходиться між трубами теплообміну, складають корисний об'єм, який заповнюють мінеральним маслом на 95 - 97% через отвір патрубка 28, зігнутого на кут 90° градусів, після того, як буде повніс 5 тю встановлений електронагрівний прилад 11. Після заповнення корисного об'єму мінеральним маслом до установленого рівня, патрубок 28 герметично закривають глушником 29. Залишковий об'єм 3 - 5 % відсотків залишають для заповнення атмосферним повітрям, що необхідно, так як об'єм мінерального масла збільшується при його нагріванні. Даний залишковий об'єм уточнюють конструкторським розрахунком. Перед заповненням, мінеральне масло очищають від механічних, хімічних домішок, а також від вологи. Технічний результат. Утворення і підвищення температури у влаштованій камері маслотеплогенатора відбувається після того, як в даний об'єм буде залите мінеральне масло, вхідний патрубок 7 з'єднаний системою подачі води, а вихідний патрубок 8 і системою відводу води і до електроконтактів електронагрівного приладу буду підведений на ізольованих провідниках електричний струм при напрузі 220/380 Вольт. Електронагрівні прилади нагріваються від діючого електроструму і передають своє тепло на весь об'єм мінерального масла. Мінеральне масло нагрівається і передає тепло через труби теплообміну воді, яка проходить через ці труби. По вхідному патрубку 7 вода заповнює вхідну камеру 5 і рівномірно розподіляється по трубах теплообміну, піднімається вгору, отримує тепло від стінок труб, які гріються мінеральним маслом. Пройшовши всю довжину труб теплообміну нагріта вода збирається у вихідній камері 6 і виходить через патрубок 8 до споживачів. Вмикання і вимикання електронагрівного приладу від електромережі, виконується автоматично при досягненні води, що нагрівається до заданої температури, або відключення проводять вручну при необхідності. Вирішення технічної задачі. Для вирішення технічної задачі для отримання гарячої води при заданій температурі, визначають початкові дані, на основі яких вираховується конструкторський розрахунок всіх фізичних тіл, які в цілому складають улаштування маслотеплогенератора. Початкові дані. Для забезпечень відведення тепла від електронагрівного приладу, приймається мінеральне масло, яке пройшло очистку від механічних, хімічних і водяних сумішей: - температура загорання Tз  Х1 С градусів; - температура кипіння Tк  Х2  С градусів; - механічні домішки Рмех  Х3 г / л ; - кислотний залишок Рк  Х4 г / л ; - водний залишок Рк  Х5 г / л . Для відведення тепла від розігрітого мінерального масла через труби теплообміну, приймається вода: - температура води на вході Tвх  Х6  С градусів; 59273 6 - температура води на виході Tвих  Х7  С градусів; - витрати теплоносія при робочій температурі з урахуванням швидкості проходження через труби теплообміну Gртв  Х8 м3 / год ; - швидкість руху теплоносія на вході маслотеплогенератора Vт  Х9м / с ; тривалість подачі теплоносія Т тр  Х10год/ добу ; - середня температура атмосферного повітря Tа  Х11 С градусів. Конструкторський розрахунок: Визначають середню температуру носія t  t вх t сер  вих ,К 2 (1) Теплове навантаження теплообмінника визначається по витратам теплоносія при робочій температурі Qpт  Gртв * Cpт ( t2  t вх ), КДж (2) де Qpт - теплове навантаження теплообмінника при робочій температурі, КДж; Gртв - масові витрати теплоносія кг/с; Cpт - теплоємність теплоносія Дж/кг*К; t 2 - температура внутрішньої поверхні стінок труб теплообміну, К. Загальна поверхня відбору тепла теплоносієм вираховується по внутрішній поверхні стінок труб теплообміну Sв н і незайнятій між трубній поверхні фланців 2 і 3. Використовуючи дані формули (2), отримують: Qрт S заг  , м2 K * t сер (3) де K - коефіцієнт теплопередачі; 2 S заг - загальна поверхня відбору тепла, м . Внутрішня поверхня вираховується: Sвн  Sз аг  Sф2  Sф3 (4) де Sф2 - між трубна поверхня нижнього фланця 2; Sф3 - між трубна поверхня верхнього фланця 3. Вираховують площу внутрішньої поверхні однієї труби теплообміну довжиною 38, Sвн.т.о   * dвн.тр * lт.о .,м2 (5) де dвн.тр - внутрішній діаметр труби, м; lт.о . - довжина труби, м. Загальну кількість труб вираховують: Sв н Nт р  ,шт S1внто (6) Якщо умови кількості труб не задовольняють, виконують новий розрахунок. 7 Потужність електронагрівного приладу розраховують, використовуючи формулу (2) згідно закону термодинаміки Qрт  А утв  Кр,КДж (7) де А утв - виконана робота на утворення теплоенергії електронагрівним приладом протягом 1с секунди, КДж ; Кр - тепловий еквівалент роботи. Для того, щоб отримати кількість теплоенергії величиною Qр. т. при заданій робочій температурі, необхідно виконати роботу А утвор  год по утворенню теплоенергії протягом однієї години, А утвор  год  (Qрт  Qн.с )  3600сек,КДж (8) де Теплові затрати на навколишнє середовище вираховують   Sзп  ( tм  tз) Qнc  ,КДж  (9) де  - коефіцієнт тепловідності шару теплоізоляції, Вт/м*К; Sзп - площа випромінювання теплоенергії через зовнішню поверхню маслотеплогенератора;  - термін випромінювання теплоенергії, с; tм - температура мінерального масла при робочих умовах в камері утворення температури, К; tз - середня температура навколишнього середовищу, К;  - товщина шару теплоізоляції, м; Qнс - розрахункові витрати теплоенергії у навколишнє середовище, КДж. Фактична кількість роботи для утворення температури тепла протягом однієї години вираховують: А утв.ф.  (Qрт  Qн.с  Qзап ), КДж (10) де Q зап - теплова енергія запасу, що складає 10% від Qрт . Потужність електронагрівного приладу вираховується, враховуючи, що 1 Дж = 0,239 кал, а 860 кал = 1 КВт*год, отримуємо: А утв Nеп  ,КВт  * 3600 еп (11) де  - ККД електронагрівного приладу. еп Пускорегулюючі електроприлади по номінальній величині електричного струму підбирають, виходячи із величини струму, який проходить через нагрівний електроприлад, враховуючи робочу величину напруги електромережі. 59273 8 Електроконтактний регулюючий і показуючий термометр вибирають із шкалою не менше 100° С градусів при робочій напрузі елекронагрівного приладу. Перелік фігур креслення корисної моделі маслотеплогенератора. Фіг. 1-4. Улаштування корисної модулі маслотеплогенератора: 1 - стальний корпус; 2 - нижній фланець для закріплення труб теплообміну на вході холодної води; 3 - верхній фланець для закріплення електрозваркою труб на виході гарячої води; 4 - труби теплообміну; 5 - вхідна камера для розподілу по трубам холодної води; 6 - вихідна камера для збору гарячої води; 7 - патрубок для подачі холодної води; 8 - труба для виходу гарячої води; 9 - кришка камери розподілення холодної води; 10 - кришка камери для збору гарячої води; 11 - електронагрівний прилад; 12 - електроконтакти нагрівного приладу; 13 - об'ємний простір для розміщення електронагрівного приладу; 14 - теплоізоляційний шар; 15 - шурупи для кріплення захисної сталевої кришки; 16 - - довжина труби теплообміну; 17 - зовнішній діаметр труб теплообміну; 18 - відстань між поверхнею електронагрівного приладу і поверхнею труб теплообміну; 19 - електроізоляційні вставки електронагрівного приладу; 20 - захисна обшивка теплоізоляційного шару; 21 кронштейни для закріплення на стіні корпусу маслотеплогенератора; 22 - опора, що регулює вертикальне положення корпусу теплогенератора; 23 відстань між ізольованими кінцями електронагрівного приладу до корпусу; 24 - відстань від нижньої поверхні електронагрівного приладу і внутрішньою нижньою стінкою корпусу; 25 - фланець для закріплення електронагрівного приладу; 26 - фланець електронагрівного приладу; 27 - прокладка фланця 26; 28 - патрубок для заливки і контролю рівня мінерального масла; 29 - глушник патрубка 28; 30 електроконтактний термометр; 31 - панель управління температурою маслотеплогенератора; 32 заглиблення, яке виконане вздовж корпусу; 33 болтові з'єднання для закріплення фланця 26; 34 електроізоляційнігвставка; 35 - кришка для механічного захисту електричних приладів; 36 - кронштейни утримування захисної кришки 35. Джерела інформації: 1. Б.Т Кумеков, М.Г. Маханько, Л.Д. Штейнберг. Основы теплоенергетики - Москва: Транспорт, 1984. 2. В.Н. Кокштареев, А.А. Кучеренко. Тепловые установки, Киев, «Высшая школа», 1990. 3. Под редакцией Б.М. Голубкова. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий. Москва «Энергия», 1979. 4. М.Б.Богуславский, К.П.Широков. Международная система единиц СИ. Москва, 1968. 5. A.M. Ицкович. Основы теплотехніки. Москва. «Высшая школа», 1975. 9 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 59273 Підписне 10 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601