RU126873U1

RU126873U1 - Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя

Info

Publication number: RU126873U1
Application number: RU2012140796/07U
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Козунин; Иван Николаевич Носков; Сергей Юрьевич Жуков; Евгений Анатольевич Осколков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Кирскабель"
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2013-04-10

Abstract

1. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя содержит оболочку из коррозионно- и жаростойкого сплава, нагревательный элемент, изолированный от оболочки минеральной изоляцией и заканчивающийся контактными токовыводами, расположенными с одного торца нагревателя, и заглушку с другого конца нагревателя,отличающийся тем, что дополнительно имеется узел герметизации;нагревательный элемент имеет U-образную форму и состоит из греющей зоны, выполненной из металла с высоким электросопротивлением от 1,03 мкОм∙м до 1,18 мкОм∙м, и «холодных» выводов, выполненных из металла с низким электросопротивлением - от 0,019 мкОм∙м до 0,068 мкОм∙м; переход оболочки на участке между греющей зоной и «холодными» токовыводами выполнен плавным; заглушка торцевой части нагревателя патронного типа для жидкометаллического теплоносителя в месте нахождения нижней части U-образного нагревательного элемента имеет сферическую форму.2. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя по п.1, отличающийся тем, что нагревательный элемент выполнен в поперечном сечении круглой формы.3. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя по п.1, отличающийся тем, что нагревательный элемент выполнен в поперечном сечении трансформированным.4. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя по п.1, отличающийся тем, что нагревательный элемент U-образной формы выполнен из одного проводника.5. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя по п.1

Description

Заявляемое в качестве полезной модели техническое решение по нагревателям патронного типа повышенной надежности относится к объектам ядерной энергетики, а именно, к установкам для нагрева жидкометаллического теплоносителя.

Известны различные конструкции электронагревателей патронного типа (см. «Трубчатые электрические нагреватели и установки с их применением / Ю.А.Белавин, М.А.Евстигнеев, А.Н.Чернявский. - Энергоатомиздат, 1989, с.20-22) для нагрева пресс-форм, а также используемых в качестве комплектующих изделий в промышленных установках на номинальное напряжение 220 В. Недостатками данных нагревателей являются:

- максимальная рабочая температура на поверхности активной части оболочки нагревателя - 500°С;

- максимальная мощность - 1,25 кВт;

- максимальная полная длина нагревателя по оболочке - 300 мм;

- максимальная температура в узле герметизации трубчатого электронагревателя (ТЭНа) - в интервале от 200°С до 400°С, что недопустимо для объектов специального назначения.

Недостатком данных нагревателей является то, что они не пригодны для эксплуатации в условиях повышенных нагрузок, температуры и радиации.

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция трубчатых электронагревателей патронного типа (ТЭНП), предназначенных для нагрева пресс-форм, литейных форм, штампов, термоплит, реже для нагрева воды, жиров и масел, растворов кислот и щелочей, (см. информацию, предоставленную ООО ПФК Форвард комплект» http://www.forkom.ru/catalog/teni_termopari/trubchatie_tenp?gclid=CKCCExOeaqrACFQW-zAodbiDAUA). Конструктивно ТЭНП представляют собой металлический корпус (трубку), внутри которого расположен нагревательный элемент из проволоки высокого сопротивления, намотанной в виде спирали на керамический сердечник, изолированный от корпуса электротехническим периклазом. Оба контактных вывода расположены с одной стороны нагревателя, а на другой стороне торец трубки нагревателя имеет герметично заваренное металлическое донышко.

Корпус элемента - хромоникелевая сталь 12Х18Н10Т.

Поверхность - калибрована.

Диаметр - от 6 до 40 мм, с предельным отклонением (±0,05) мм.

Длина оболочки нагревателя - от 30 до 3000 мм.

Напряжение - от 12 до 380 В.

Мощность - зависит от расчетной величины поверхностной нагрузки.

Варианты исполнения контактных токовыводов:

- жесткие контактные стержни из никеля или нержавеющей стали длиной 40 мм;

- гибкие провода с термостойкой изоляцией;

- гибкие провода с термостойкой изоляцией в металлической оплетке;

- гибкие провода с термостойкой изоляцией с дополнительной защитой от вибрации;

- гибкие провода с термостойкой изоляцией непосредственно внутри нагревателя.

Недостатки данных нагревателей:

- ограниченная мощность и длина нагревателей;

- недостаточное уплотнение изоляции;

- небольшая длина контактных стержней;

- повышенная температура на контактных стержнях;

- ненадежное соединение спирали нагревателя с контактными стержнями;

- термостойкие провода не являются радиационностойкими;

- данные нагреватели не предназначены для нагрева жидкометаллических теплоносителей на ответственных объектах и не имеют высокотемпературных узлов герметизации.

Технические результаты заявляемого технического решения:

1) повышение надежности конструкции нагревателя патронного типа для жидкометаллического теплоносителя (далее по тексту - нагревателя) за счет совокупности нижеуказанных признаков:

- выполнения нагревательного элемента U-образной формы либо из одного проводника (без сварного соединения), либо двух проводников, соединенных посередине при помощи сварного соединения, с «горячей» греющей зоной и «холодными» выводами, являющимися «контактными токовыводами» по терминологии аналога При этом сечение «холодных» выводов нагревателя превышает сечение его «горячей зоны» не менее чем в 2 раза, вследствие чего температура «холодных выводов» под нагрузкой превышает температуру окружающей среды не более чем на 25°С;

- надежности соединения между нагревательным элементом и «холодным» выводом,

- выполнения сферической формы заглушки торцевой части патронного нагревателя, которая обеспечивает гарантированную герметизацию нагревателя и равномерную толщину изоляции в месте нахождения нижней части U-образного нагревательного элемента;

- изготовления нагревателя длиной до 4000 мм или более;

2) повышение удобства монтажа с гарантированной герметизацией блока (пакета) нагревателей на установке за счет:

- конструкции и технологии изготовления «холодных» выводов, включая и комбинированные, и осуществления перехода с меньшего размера наружного диаметра нагревателя на больший;

- выполнения «холодных» выводов длиной до 5000 мм или более;

3) изготовление нагревателя патронного типа радиационностойким, а также устойчивым к воздействию вибраций, гадроударов, повышению рабочей температуры до 800°С и более за счет:

- применения при изготовлении соответствующих условиям эксплуатации материалов;

- выполнения корпуса нагревателя многооболочечным;

- увеличения плотности минеральной изоляции до 3,1 г/см³ после вакуумирования заготовки на начальном этапе ее изготовления;

- оснащения узла герметизации металлокерамикой или специальной оконцовочной арматурой;

4) создание нагревателя мощностью до 40 кВт или более с запасом мощности, в случае необходимости, не менее чем на 50% за счет;

- возможности изготовления нагревательного элемента трансформированной сегментной формы. Вследствие этого сечение нагревательного элемента увеличивается по сравнению с нагревательным элементом круглого сечения., а диаметр нагревателя остается прежним. При этом сам нагреватель имеет наибольший коэффициент теплоотдачи нагреваемому теплоносителю (внешней среде).

Описание заявляемого технического решения:

Нагреватель патронного типа содержит корпус из коррозионностойких или жаростойких и радиационностойких сплавов, нагревательный элемент U-образной формы, расположенный внутри корпуса и изолированный от него минеральной изоляцией, выполненный цельным или соединенным из двух частей сваркой в нижней точке посередине, состоящий из «горячей» греющей зоны и «холодных» токовыводов. Оба токовывода расположены с одного торца нагревателя и проходят через узел герметизации, оснащенный металлокерамикой или оконцовочной арматурой, с другого торца нагревателя имеется герметично установленная сферическая заглушка.

Нагревательный элемент имеет «горячую» греющую зону, которая выполнена из сплава Х20Н80-Н - материала с высоким электросопротивлением от 1,03 мкОм*м до 1,18 мкОм*м. Далее имеется переход на «холодные» выводы с низким электросопротивлением от 0,017 мкОм*м до 0,068 мкОм*м, которые могут быть изготовлены комбинированными: по схеме нихром-никель, или нихром-никель-медь, или нихром-никель-жаростойкий сплав меди с ниобием и хромом, или из других материалов.

Форма поперечного сечения нагревательного элемента может быть круглой или трансформированной в виде сегмента круга.

«Холодные» выводы имеют сечение, превышающее сечение «горячей зоны» нагревательного элемента не менее чем в 2 раза. Температура «холодных» выводов под нагрузкой превышает температуру окружающей среды не более чем на 25°С.«Холодные выводы» могут быть изготовлены длиной до 5000 мм и более.

Корпус нагревателя, расположенный на участке перехода между «горячей» зоной и «холодными» выводами большего сечения, имеет плавный переход с меньшего диаметра на больший, что обеспечивает качественный и надежный монтаж в составе объекта, а также высокие эксплуатационные характеристики нагревателя.

В качестве материалов для корпуса могут использоваться коррозионно- и жаростойкие сплавы 321 (08Х18Н10Т), 310, 316L, ЭИ435, ЭП747, Inconel 600, 828, а также другие равноценные материалы.

В качестве изоляции может применяться MgO, или Al₂O₃, или SiO₂, или другие виды радиационностойкой минеральной изоляции с плотностью после вакуумирования до 3,1 г/см³.

Корпус может состоять из одной или нескольких оболочек. Длина нагревателя по оболочке может достигать 4000 мм и более.

В месте нахождения нижней части U-образного нагревательного элемента, в торцевой части нагревателя, имеется сферическая заглушка, которая обеспечивает равномерную толщину изоляции между оболочкой и нижней частью нагревательного элемента.

Узел герметизации может быть оснащен металлокерамикой или оконцовочной арматурой.

Сущность полезной модели поясняется изображением нагревателя на Фиг.1 и 2 содержащего:

1 - нагревательный элемент;

2 - «холодные» выводы;

3 - минеральная изоляция;

4 - корпус;

5 - сферическая заглушка торцевой части.

Пример выполнения

Нагреватель патронного типа имеет эффективную мощность не менее 37 кВт, рабочую длину 4000 мм, рассчитан на напряжение 220 или 380 В. Корпус нагревателя состоит из одной оболочки, выполненной из коррозионно- и жаростойкого сплава 08Х18Н10Т, толщиной 1,8 мм до перехода на «холодные» выводы и 2,3 мм после перехода. Нагревательный элемент сечением 2,5 мм² выполнен из сплава Х20Н80-Н первого класса живучести с переходом на «холодные» комбинированные выводы окончательным сечением 35 мм² каждый. Наружный диаметр корпуса нагревателя до перехода на «холодные» выводы - 13 мм, после перехода - 24 мм. В торцевой части нагревателя установлена сферическая заглушка из сплава 08Х18Н10Т. Узел герметизации нагревателя патронного типа оснащен металлокерамикой.

Claims

1. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя содержит оболочку из коррозионно- и жаростойкого сплава, нагревательный элемент, изолированный от оболочки минеральной изоляцией и заканчивающийся контактными токовыводами, расположенными с одного торца нагревателя, и заглушку с другого конца нагревателя,

отличающийся тем, что дополнительно имеется узел герметизации;

нагревательный элемент имеет U-образную форму и состоит из греющей зоны, выполненной из металла с высоким электросопротивлением от 1,03 мкОм∙м до 1,18 мкОм∙м, и «холодных» выводов, выполненных из металла с низким электросопротивлением - от 0,019 мкОм∙м до 0,068 мкОм∙м; переход оболочки на участке между греющей зоной и «холодными» токовыводами выполнен плавным; заглушка торцевой части нагревателя патронного типа для жидкометаллического теплоносителя в месте нахождения нижней части U-образного нагревательного элемента имеет сферическую форму.

2. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя по п.1, отличающийся тем, что нагревательный элемент выполнен в поперечном сечении круглой формы.

3. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя по п.1, отличающийся тем, что нагревательный элемент выполнен в поперечном сечении трансформированным.

4. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя по п.1, отличающийся тем, что нагревательный элемент U-образной формы выполнен из одного проводника.

5. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя по п.1, отличающийся тем, что нагревательный элемент U-образной формы выполнен из двух проводников со сваркой в месте соединения.

6. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя по п.1, отличающийся тем, что «холодные» выводы имеют сечение, больше сечения нагревательного элемента не менее чем в 2 раза.

7. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя по п.1, отличающийся тем, что температура «холодных» выводов превышает под нагрузкой температуру окружающей среды не более чем на 25°C.

8. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя по п.1, отличающийся тем, что «холодные» выводы изготовлены комбинированными по схеме нихром-никель, или нихром-никель-медь, или нихром-никель-жаростойкий сплав меди с ниобием и хромом.

9. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя по п.1, отличающийся тем, что «холодные» выводы изготовлены длиной до 5000 мм и более.

10. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя по п.1, отличающийся тем, что в качестве изоляции применяется MgO, или Al₂O₃, или SiO₂ с плотностью изоляции до 3,2 г/см³.

11. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя по п.1, отличающийся тем, что в качестве оболочки используются коррозионно- и жаростойкие сплавы 321, 310, 316L, ЭИ435, ЭП747 или другие равноценные материалы.

12. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя по п.1, отличающийся тем, что узел герметизации оснащен металлокерамикой или оконцовочной арматурой.

13. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя по п.1, отличающийся тем, что имеет несколько оболочек.

14. Нагреватель патронного типа повышенной надежности для жидкометаллического теплоносителя по п.1, отличающийся тем, что длина нагревателя по оболочке достигает 4000 мм и более.