Індукційний електрообігрівач

Реферат: Винахід належить до електротехніки, зокрема до електронагрівників, призначених для запобігання утворенню крижаної кірки, полою, паморозі на бетонних конструкціях і рухливих елементах гребель електростанцій, що гідроакумулюють (ГАЕС), і може бути використаний в аераційних трубах, а також для обігріву, наприклад, окремих конструкцій більших промислових споруджень. В основу винаходу поставлена задача поліпшення індукційного електрообігрівача, у якому, внаслідок виконання герметичного корпуса з N попарно зварених труб уздовж усієї довжини кожної пари із двох сторін, прикріплення кожної пари труб до верхнього й нижнього піддонів, які мають відповідні трубам отвори, виконання піддонів у формі відрізків труби прямокутного перерізу, виконання секцій індукційної котушки у формі витків електричного кабелю, які розташовані коасіально відносно ліній стику пар труб і зварних швів і послідовно з'єднані, заповнення корпуса й піддонів термостійкою мастикою. Технічний результат полягає в здатності забезпечувати зону нагрівання як у повітрі, так і в рідині, причому зона нагрівання може бути як плоскою поверхнею, так і циліндричною, як внутрішньою, так і зовнішньою при широкому діапазоні лінійних розмірів. UA 99060 C2 (12) UA 99060 C2 UA 99060 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до електротехніки, зокрема до електронагрівників, призначених для запобігання утворення крижаної кірки, полою, паморозі на бетонних конструкціях і рухливих елементах гребель електростанцій, що гідроакумулюють (ГАЕС), і може бути використаний в аераційних трубах, а також для обігріву, наприклад, окремих конструкцій більших промислових споруджень. Відомо, що для нагрівання рідких і газоподібних середовищ застосовують закриті електронагрівники, що і являють собою металеві оболонки, усередині яких в електроізоляційному матеріалі розміщені нагрівальні елементи з відводами, [див. Електротермічне встаткування. Довідник. - М: Енергія, стор. 181-84, 1980 р.]. Електроізолююче середовище може бути у вигляді різних сипучих матеріалів [див. опис до патенту РФ № 2120199, М.кл. Н05В 3/48, опубл. 10.10.98], або у вигляді опорного ізолятора, наприклад, із гвинтовими канавками [див., наприклад, опис до патенту України на корисну модель № 13969, М.кл. Н05 В 3/42, опубл. 15.04.2006]. Згадані пристрої використовують нагрівальні елементи, які для створення ефективного тепла на поверхні повинні забезпечувати великий градієнт температури, що можливий при значному нагріванні нагрівального елемента, що призводить до його перегріву й виходу з ладу нагрівача в цілому. Виготовлення електронагрівальних пристроїв таких конструкцій для обігріву значних об'ємів і площ веде до істотних витрат, пов'язаних із застосуванням складної технології, що використовують при виготовленні. Відомо, що для нагрівання більших об'ємів або площ у деяких випадках застосовують установки, основними елементами яких є нагрівальні кабелі з різними типами ізоляції, що забезпечують обігрів будівельних конструкцій, або значних площ [див. наприклад, опис до патенту РФ № 2168872, М.кл. Н05В 3/56, F24D13/02. опубл. 10.06.2001 або № 2267237, М.кл. Н04В 3/56, 1/02]. Вони забезпечують нагрівання відповідних споруджень і їхнє ефективне використання при різних температурах навколишнього середовища. Однак, пристрій таких установок, як правило, являє собою плоску конструкцію, що формують на невеликій відстані від поверхні спорудження. Пристрій на основі такого технічного рішення дуже уразливий, оскільки може бути ушкоджений зовнішнім впливом, наприклад, при будівельних або інших роботах, виконуваних важкою технікою. Відомо, що успішне рішення численних завдань, пов'язаних із нагріванням різного роду пристроїв, можливо в результаті застосування в промисловості пристроїв і способів індукційного нагрівання [див. Слухоцький А.Е., Рискін С.Е. Індуктори для індукційного нагрівання. - Л.: Енергія, 284 с. 1974 p.]. Однак, природа індукційного нагрівання така, що, як правило, залежно від умов технічного завдання, від конструкції об'єктів, що нагрівають, у кожному конкретному випадку необхідно розробляти спеціальні пристрої, технології їхнього виготовлення й використання. У кожному разі установка для індукційного нагрівання металу складається, як мінімум звичайно, із джерела енергії й індуктора, що являє собою спіраль або провід якоїнебудь форми залежно від типу об'єкта, що нагрівають, яку поміщають усередині індуктора, або біля нього. Індукційне нагрівання може бути застосоване як для термообробки деяких типів монолітних конструкцій в умовах будівельного майданчика, так і для прискорення твердіння бетонних конструкцій в умовах низьких температур. Ефективне таке нагрівання для насичених арматурами каркасних конструкцій і конструкцій, що зводять, у сталевій опалубці [див. Посібник із виробництва бетонних робіт у зимових умовах, районах Далекого сходу, Сибіру й крайньої півночі / ЦНІІОМТП Госстроя СРСР. М.: Стройиздат. 1982 р. 213 с.]. Воно забезпечує власне прогрів бетону, насиченого металевими конструкціями, забезпечує рівномірне по перетину й довжині конструкцій температурне поле. Однак, при відсутності каркасних конструкцій у складі бетону або металевої опалубки при будівництві використання індукційного нагрівання мало ефективне, або взагалі неможливо. У таких випадках використовують нагрівачі з резистивними нагрівальними елементами. Найбільш близьким до рішення, що заявляють, по призначенню, технічній суті й результату, що досягають при використанні, є електронагрівник, що містить корпус, який є одночасно магнітним сердечником, нагрівальний елемент у вигляді індукційної котушки, контактний вузол із струмопідвідним кабелем [див. опис до патенту РФ № 2198284, М.кл. Е21В 36/04, опубл. 10.02.2003]. При цьому нагрівальний елемент у вигляді індукційної котушки намотаний на зовнішній поверхні корпуса, що є магнітним сердечником і насосно-компресорною трубою, оснащений металевими кільцями з розрізами, через які прокладені проводи обмоток індукційної котушки. 1 UA 99060 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 При значних лінійних розмірах нагрівача він створює тепловий потік, достатній для нагрівання нафти, що проходить через нього, до температури, при якій не відбувається утворення асфальто-смолопарафінових відкладень. Однак нагрівач такої конструкції досить складний, вимагає значних витрат при виготовленні, а його застосування обмежене областями передбачуваних відкладень у насосонокомпресорних трубах, іншими словами, воно обмежено порівняно невеликим об'ємом. При виході з ладу хоча б однієї секції індукційної котушки заміни вимагатиме вся конструкція насосно-компресорної труби. Тому задачею пропонованого технічного рішення є розширення функціональних можливостей індукційного нагрівача за рахунок збільшення зони його теплової дії, а також спрощення пристрою. В основу винаходу поставлена задача поліпшення індукційного електрообігрівача, у якому, внаслідок виконання герметичного корпуса з N попарно зварених труб уздовж усієї довжини кожної пари із двох сторін, прикріплення кожної пари труб до верхнього й нижнього піддонів, які мають відповідні трубам отвори, виконання піддонів у формі відрізків труби прямокутного перерізу, виконання секцій індукційної котушки у формі витків електричного кабелю, які розташовані коасіально стосовно ліній стику пар труб і зварних швів і послідовно з'єднані, заповнення корпуса й піддонів термостійкою мастикою, забезпечується новий технічний результат. Він полягає в здатності забезпечувати зону нагрівання як у повітрі, так і в рідині, причому зона нагрівання може бути як плоскою поверхнею, так і циліндричною, як внутрішньою, так і зовнішньою при широкому діапазоні лінійних розмірів. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому індукційному електронагрівнику, що містить корпус, який є одночасно магнітним сердечником, нагрівальний елемент у вигляді індукційної котушки, контактний вузол із струмопідвідним кабелем, відповідно до винаходу, корпус виконаний герметичним з N попарно зварених труб уздовж всієї довжини пар із двох сторін, кожна пара труб приварена до верхнього й нижнього піддонів з отворами, піддони виконані у формі відрізків труби прямокутного перерізу, секції індукційних котушок виконані в формі витків електричного кабелю, розташованих коаксіально стосовно ліній стику пар труб і зварених швів, і послідовно з'єднані, при цьому корпус і піддони заповнені термостійкою мастикою. Відповідно до винаходу, піддони виконані у формі відрізків труби прямокутного перерізу з радіусами кривизни вертикальних стінок, що забезпечують їхнє паралельне розташування на всій їхній довжині. Відповідно до винаходу, кількість пар зварених труб і секцій індукційної котушки в пристрої може бути від 1 до 10. Відповідно до винаходу, простір усередині корпуса й у піддонах заповнено кабельною мастикою марки МБ-95 або їй аналогічною. Як видно з викладу сутності технічного рішення, воно відрізняється від прототипу й, отже, є новим. Рішення також має винахідницький рівень. Пропоноване технічне рішення може бути використане як окремо для нагрівання різних поверхонь і об'ємів, так і в комплексах, що складаються з декількох індукційних електрообігрівачів, утворюючи каскади для обігріву значних об'ємів, наприклад, при експлуатації електростанцій, що гідроакумулюють, для запобігання утворенню крижаної кірки, полою, паморозі на бетонних конструкціях і рухливих елементах гребель ГАЕС, а також і при будівництві й ремонті великомасштабних споруджень, зокрема, гребель гідроелектростанцій, особливо в районах з низькими середньорічними температурами. Пропоноване технічне рішення дозволяє реалізувати просту конструкцію електронагрівника й енергозберігаючу технологію в результаті раціонального використання матеріальних ресурсів у порівнянні з аналогічними нагрівальними системами такого масштабу. Пропоноване технічне рішення промислово застосовне й було реалізовано при будівництві Дністровської ГАЕС, м. Новодністровськ і Ташликської ГАЕС, м. Южноукраїнськ. Пристрій індукційного електрообігрівача показано на наступних фігурах. Фіг. 1 Загальний вигляд індукційного електрообігрівача. Фіг. 2 Вузол 1. Фіг. 3 Індукційний електрообігрівач (перетин по А-А). Фіг. 4 Індукційний електрообігрівач (вид зверху). Індукційний електрообігрівач (фіг. 1, 2) містить герметичний корпус 1, що є одночасно магнітним сердечником, нагрівальний елемент у вигляді індукційної котушки 2, виконаної з окремих секцій. Індукційні котушки 2 (фіг. 2) підключені до контактного вузла 3 і струмопідвідного кабелю 4, що зафіксований сальниковим ущільненням 5. Корпус 1 може бути 2 UA 99060 C2 5 10 15 20 25 виконаний, наприклад, з 18 попарно зварених труб 6 довжиною 1200 мм уздовж усієї довжини пар із двох сторін. Відповідно до кількості зварених попарно труб у них розміщені секції індукційної котушки 2. Кожна пара труб 6 приварена до нижньої кришки 7 верхнього піддона 8 і до верхньої кришки 9 нижнього піддона 10, у яких попередньо виконані відповідні отвори. До кришок 7 і 9 приварені вертикальні стінки 11 і 12 (фіг. 3, 4), утворюючи довгасту порожнину з радіусом закруглення по стінці 11 рівним радіусу, наприклад, аераційної труби водоводу гідроаккумулюючої електростанції (ГАЕС), приблизно 800 мм. Торці порожнин закриті також вертикальними стінками 13, в одній з яких установлене сальникове ущільнення 5. Зверху й знизу піддони 8 і 10 закриті кришками 14. Таким чином, вертикальні стінки 11, 12, кришки 7, 9, і 14 утворюють трубу прямокутного перерізу, закриту на торцях вертикальними стінками 13. Простір усередині корпуса 1 і в піддонах 8 і 10 заповнено кабельною мастикою 15 марки МБ-95 або аналогічною їй. Індукційний електрообігрівач працює в такий спосіб. Підключені до джерела змінної напруги індукційні котушки 2 створюють електромагнітне поле, що замикається на елементах магнітопроводу, у цьому випадку на корпусі 1, і наводить у них вихрові струми, що розігрівають поверхні труб, що утворять корпус 1 електрообігрівача. Тепло від корпуса 1 передається в навколишній простір, наприклад, стінкам аераційної труби або воді, у яку може бути занурений індукційний електрообігрівач. При використанні каскаду пропонованих індукційних електрообігрівачів, наприклад, в аераційних трубах електростанцій, що гідроакумулюють (ГАЕС), складаються умови запобігти при температурі навколишнього повітря до -22 °C утворенню полоїв на внутрішній поверхні аераційної труби. Як видно з опису прикладу здійснення технічного рішення, що заявляють, і його роботи, простий по конструкції пристрій на основі згаданого технічного рішення може мати широкі функціональні можливості й може бути використаний для створення значних теплових полів для обігріву будинків і споруджень. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 1. Індукційний електрообігрівач, який містить корпус, що є одночасно магнітним сердечником, нагрівальний елемент у вигляді індукційної котушки, контактний вузол із кабелем, який відрізняється тим, що корпус виконаний герметичним і з N попарно зварених труб уздовж всієї довжини пар із двох сторін, кожна пара труб приварена до верхнього й нижнього піддонів з отворами, піддони виконані у формі відрізків труби прямокутного перерізу, індукційна котушка виконана у вигляді секцій у формі витків електричного кабелю, розташованих коаксіально відносно до ліній стику пар труб і зварених швів і послідовно поєднаних, при цьому корпус і піддони заповнені термостійкою мастикою. 2. Індукційний електрообігрівач за п. 1, який відрізняється тим, що піддони у формі відрізків труби прямокутного перерізу виконані з радіусами кривизни вертикальних стінок, що забезпечують їхнє паралельне розташування на всій їхній довжині. 3. Індукційний електрообігрівач за п. 1, який відрізняється тим, що кількість пар зварених труб і секцій індукційної котушки N може бути виконана від 1 до 10. 4. Індукційний електрообігрівач за п. 1, який відрізняється тим, що простір усередині корпуса й у піддонах заповнено кабельною мастикою марки МБ-95 або їй аналогічною. 3 UA 99060 C2 4 UA 99060 C2 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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 5