устройство для предотвращения образования накипи

Формула изобретения

Устройство для предотвращения образования накипи, содержащее импульсный ультразвуковой генератор, волноводную колебательную систему с обмоткой возбуждения, последовательно включенную с соленоидом с ферромагнитным сердечником внутри, отличающееся тем, что обмотка соленоида и обмотка возбуждения волноводной колебательной системы соединены последовательно и включены на выход магнитоимпульсной установки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области теплотехники и предназначено для предупреждения солевых отложений (накипи) на рабочих нагрева поверхностях теплообменного оборудования: паровых и водяных котлов низкого и среднего давления, теплообменниках, водонагревателях, кормозапарниках и т.д. Отложения приводят к серьезным экономическим затратам т.к. необходимо более часто проводить профилактические и капитальные ремонты.

Существует много методов, способов и устройств для решения этой проблемы, однако она далека от своего окончательного решения ввиду сложности проблемы.

Известно изобретение (см. авт. свид. СССР №480898, кл. F28G 7/00), в котором противонакипный эффект создается за счет возбуждения колебаний на поверхностях нагрева и водной среде, создаваемых пневматическим шариковым вибратором, отличительная особенность заключалась в том, что сопла вибратора были размещены на установленном внутри обоймы подводящем патрубке, оси сопла расположены в плоскости волновода. Известное изобретение, как показал опыт, имеет серьезный недостаток, заключающийся в том, что оно возбуждает ограниченный спектр частот, до 400 Гц, что во многих случаях, а именно на водах с высокой общей жесткостью, не позволяет достичь положительного эффекта (см. справочник «Вибрации в технике», том 4, М., Машиностроение, 1988 г., стр.296).

Известно изобретение (см. авт. свидетельство СССР №848963, кл. F28G 7/00, являющееся усовершенствованием изобретения №480898), но ему также присущи те же недостатки.

В качестве прототипа нами выбрано изобретение (см. авт. свидетельство СССР №839421, кл. F28G 7/00, 1981 г., «Импульсный ультразвуковой генератор»), предназначенный для предупреждения отложений в теплообменной аппаратуре. Известное изобретение, как показал многолетний опыт его применения (разработка одного из авторов данной заявки), наряду с несомненными достоинствами имеет и серьезные недостатки, заключающиеся в следующем. Первое - амплитуда колебаний, возбуждаемых в металлоконструкциях и водных теплообменных системах, не всегда является достаточной для предупреждения солевых отложений, т.к. она является зависимой от величины металлоемкости того или иного теплообменного аппарата. Второе - магнитостриктор, применяемый в генераторе, имеет достаточно ограниченный спектр частот, не превышающий 40 кГц, т.к. изготовить преобразователь с более высоким спектром частот по конструктивным соображениям не представляется возможным.

Указанные недостатки существенно уменьшают возможности применения известного устройства (генератора) в различных технологических процессах.

Техническим решением задачи является повышение эффективности работы устройства за счет расширения технических характеристик, в частности использования энергии электромагнитного поля магнитострикционного преобразователя для предварительной обработки воды перед подачей ее в теплообменную аппаратуру.

Задача достигается тем, что устройство для предотвращения образования накипи содержит импульсный ультразвуковой генератор, волноводную колебательную систему с обмоткой возбуждения, последовательно включенную с соленоидом с ферромагнитным сердечником внутри, отличается тем, что обмотка соленоида и обмотка возбуждения волноводной колебательной системы соединены последовательно и включены на выход магнитоимпульсной установки.

Такое конструктивное решение позволяет существенно повысить эффективность работы устройства за счет комплексного воздействия на процесс солевых отложений (образования накипи) следующих факторов:

1. Импульсного электромагнитного поля, создаваемого в соленоиде перед подачей воды.

2. Импульсных механических колебаний, создаваемых волноводной колебательной системой в металлоконструкции теплообменного аппарата.

3. Импульсных колебаний, передаваемых в водное пространство котла, что позволяет нарушать центр кристаллизации и существенно снизить скорость роста (интенсивность) солевых отложений.

Новизна предложенного технического решения состоит в том, что вместо импульсного ультразвукового генератора предложено использовать магнитоимпульсную установку. Волноводная колебательная система ультразвукового генератора (не только импульсного, но и непрерывного действия) позволяет получить максимальную амплитуду колебаний не более 0,09 мм (см. Д.А.Гершгал, В.М.Фридман. Ультразвуковая технологическая аппаратура. «Энергия», М., 1976 г., стр.46) магнитоимпульсная установка позволяет получить амплитуду как минимум на порядок выше, что существенно расширяет область применения устройства, особенно на мощных металлоемких паровых и водяных котлах, конденсаторах турбин и т.д. (см. П.П.Ястребов, И.П.Смирнов. Электрооборудование. Электротехнология. М., «Высшая школа», 1987 г., стр.71-74, раздел «Магнитоимпульсные установки»). Следует также отметить, что конструктивно магнитоимпульсная установка предельно проста и имеет высокую надежность в работе по сравнению с ультразвуковыми генераторами. Кроме того, магнитоимпульсная установка потребляет существенно меньше энергии по сравнению с ультразвуковыми генераторами, что также особенно важно, учитывая тенденцию к непрерывному росту цен на энергоносители.

Предложенное техническое решение не требует серьезных конструктивных изменений по сравнению с ранее известными разработками, и достижение положительного эффекта осуществляется практически при незначительных энергетических затратах.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружено аналогичного предложения, что позволяет судить об изобретательском уровне заявляемой совокупности признаков.

На чертеже представлена схема конструкции устройства.

Устройство состоит из трубопровода 1 и отрезка трубы 2 из диамагнитного материала (латунь, алюминий, медь, нержавеющая сталь и т.д.), внутри которой размещен стержень из ферромагнитного материала 3, поверх трубы 2 размещена обмотка соленоида 4, служащая для создания импульсного магнитного поля и соединенная последовательно с обмоткой волноводной колебательной системы 5, состоящей из магнитострикционного пакета 6 (наиболее распространенный пакет из никеля или сплава NiCoSi) и волновода 7, один конец которого спаян с пакетом 6, а второй соединен (электросварка) с трубной доской теплообменника 8, в которой развальцованы трубки 9, в свою очередь трубные доски встроены в общий корпус теплообменного аппарата 10.

Обмотка соленоида 4 и обмотка волноводной колебательной системы 5 соединены последовательно и подключены на выход магнитоимпульсной установки 11. Обработанная вода выходит из теплообменника по трубопроводу 12, нагрев воды осуществляется паром, поступающим через паропровод 13, а выход пара и конденсата из паротрубного пространства через паропровод 14.

Устройство работает следующим образом.

При подаче воды по трубопроводу 1 включается магнитоимпульсная установка 11 и одновременно через паропровод 13 подается пар для нагрева воды, идущей по трубкам 9. Вода, проходя по отрезку трубы 2, подвергается воздействию мощного импульсного электромагнитного поля, а наличие в центре трубы ферромагнитного стержня усиливает напряженность, создаваемую в центре отрезка трубы 2, по крайней мере, на два порядка (см. Справочник по расчету параметров катушек индуктивности. М., Энергоиздат, 1981 г., авторы М.В.Немцов, Ю.М.Шамаев).

Соли кальция и магния, растворенные в воде и обработанные магнитным полем, в значительной степени теряют способность к отложению на рабочих поверхностях нагрева (см. В.И.Классен. Омагничивание водных систем. М., Химия, 1982 г., стр.182, «Уменьшение образования накипи и других инкрустаций», Е.Ф.Тебенихин, Б.Т.Гусев. Обработка воды магнитным полем в теплоэнергетике. М., Энергия, 1970 г.). Далее вода поступает в теплообменник, где на процесс солевых отложений воздействуют импульсные механические колебания, создаваемые волноводной системой (5, 6, 7) и передаваемые через трубную доску 8 на все трубы 9, по которым вода поступает на выход.

С другой стороны, импульсные колебания через воду нарушают центры кристаллизации, что также в значительной степени снижает интенсивность роста отложений.

Предложенное техническое решение, а именно комплексная обработка процесса солевых отложений, позволило значительно повысить эффективность установки по предотвращению солевых отложений в теплообменной аппаратуре различного назначения.

Следует также отметить, решение поставленной задачи достигается существенно меньшими экономическими затратами аналогичных конструктивных решений отечественных и зарубежных разработок.