RU203471U1

RU203471U1 - Saturated steam induction steam generator

Info

Publication number: RU203471U1
Application number: RU2020137775U
Authority: RU
Inventors: Илья Александрович Манеев
Original assignee: Илья Александрович Манеев
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2021-04-06

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и электроэнергетики, а именно к индукционным нагревателям, и может быть использована в различных сферах: выработке пара для технологических нужд, прямого и косвенного нагрева различных сред, в системах отопления производственных зданий, в системах прямой обработки емкостей и поверхностей паром.Индукционный парогенератор насыщенного пара состоит из плоского ферромагнитного сердечника со стержнями, на которых намотана катушка первичной обмотки, соединенная с источником переменного тока, и индуктивно связанную с катушкой первичной обмотки через сердечник электропроводящую вторичную обмотку, являющуюся теплообменником для нагреваемой текучей среды, витки катушки первичной обмотки располагаются в вертикальной плоскости, все элементы нагревателя собраны на пространственной раме, на выходном трубопроводе смонтирован предохранительный клапан и электроконтактный манометр, на входном трубопроводе смонтирован сливной патрубок, причем вторичная обмотка выполнена в виде четырех взаимно пересеченных цилиндров, образованных меньшими внутренними диаметрами и большими пересекающимся между собой внешними, образующими единый внутренний объем парогенератора, к верхнему и находящемуся под ним цилиндрическому сегменту двумя патрубками присоединена закрытая цилиндрическая емкость с электродами контроля уровня воды таким образом, что верхний цилиндрический сегмент представляет собой паровую камеру, а три нижних сегмента - водогрейную камеру.The utility model relates to the field of electrical engineering and power engineering, namely to induction heaters, and can be used in various fields: steam generation for technological needs, direct and indirect heating of various media, in heating systems of industrial buildings, in systems for direct treatment of tanks and surfaces with steam .A saturated steam induction steam generator consists of a flat ferromagnetic core with rods on which a primary coil is wound, connected to an alternating current source, and an electrically conductive secondary winding inductively connected to the primary coil through the core, which is a heat exchanger for the heated fluid, turns of the primary coil are located in a vertical plane, all heater elements are assembled on a spatial frame, a safety valve and an electrical contact pressure gauge are mounted on the outlet pipeline, a drain pipe is mounted on the inlet pipeline, and the secondary the coil is made in the form of four mutually intersected cylinders formed by smaller internal diameters and large intersecting external ones, forming a single internal volume of the steam generator, a closed cylindrical container with water level control electrodes is connected to the upper the cylindrical segment represents the steam chamber, and the three lower segments represent the hot water chamber.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и электроэнергетики, а именно к индукционным нагревателям, и может быть использована в различных сферах: выработке пара для технологических нужд, прямого и косвенного нагрева различных сред, в системах отопления производственных зданий, в системах прямой обработки емкостей и поверхностей паром.The utility model relates to the field of electrical engineering and power engineering, namely to induction heaters, and can be used in various fields: steam generation for technological needs, direct and indirect heating of various media, in heating systems of industrial buildings, in systems for direct treatment of tanks and surfaces with steam ...

Известен индукционный парогенератор [1], содержащий внешний индукционный нагреватель, охватывающий кольцевую емкость, сообщенную с источником нагреваемого теплоносителя и трубопроводом потребляемого пара, во внутренней полости кольцевой емкости, коаксиально ей расположен сепаратор-пароперегреватель, нижняя часть которого сообщена с верхней частью кольцевой полости, а в кольцевом зазоре между сепаратором-пароперегревателем и внутренней стенкой кольцевой емкости расположен внутренний индукционный нагреватель.Known induction steam generator [1], containing an external induction heater, covering an annular container, communicated with a source of heated coolant and a pipeline of consumed steam, in the inner cavity of the annular container, coaxially to it there is a separator-superheater, the lower part of which is connected with the upper part of the annular cavity, and an internal induction heater is located in the annular gap between the separator-superheater and the inner wall of the annular container.

Недостатком указанного выше индукционного парогенератора является технологическая сложность и высокая трудоемкость изготовления конструкции парогенератора, обусловленная необходимостью применения в составе изделия двух индукционных нагревателей, наличием в конструкции трубных элементов со сложным профилем изгиба и угловым сварным соединением с сепаратором-пароперегревателем. Также отсутствие источника нагрева в нижней части сепаратора-пароперегревателя ведет к накоплению конденсата в данной области, что периодически будет приводить к выходу из парогенератора паро-водяной смеси, что обуславливает снижение уровня промышленной применимости.The disadvantage of the above induction steam generator is the technological complexity and high labor intensity of manufacturing the structure of the steam generator, due to the need to use two induction heaters as part of the product, the presence in the structure of pipe elements with a complex bending profile and an angular welded joint with a separator-superheater. Also, the absence of a heating source in the lower part of the separator-superheater leads to the accumulation of condensate in this area, which will periodically lead to the exit of the steam-water mixture from the steam generator, which leads to a decrease in the level of industrial applicability.

Известен электрический парогенератор [2], который включает электрические трансформаторы, имеющие наборные металлические сердечники, предназначенные для создания замкнутого магнитного поля в них, первичные обмотки, расположенные на сердечниках и электрически изолированные от них, общую трубчатую вторичную обмотку, расположенную в магнитном поле изолированно и охватывающую все стойки наборных металлических сердечников трансформаторов, межтрубные, соединяющие ближайшие точки, и надтрубные, соединяющие наиболее удаленные точки, перемычки поверхностей общей вторичной трубной обмотки в плоскости, перпендикулярной ее оси, а также средства для принудительной подачи жидкости через внутреннюю полость общей вторичной трубчатой обмотки, вторичная трубчатая обмотка разделена на участки, охватывающие каждую стойку наборных металлических сердечников трансформаторов электрическими межтрубными и надтрубными перемычками и представляющие собой независимые короткозамкнутые электромагнитные контуры, а трансформаторы выполнены многофазными.Known electric steam generator [2], which includes electrical transformers having inlaid metal cores designed to create a closed magnetic field in them, primary windings located on the cores and electrically isolated from them, a common tubular secondary winding located in a magnetic field isolated and covering all racks of stacked metal cores of transformers, inter-tube, connecting the nearest points, and above-tube, connecting the most distant points, jumpers of the surfaces of the common secondary pipe winding in a plane perpendicular to its axis, as well as means for forced supply of liquid through the inner cavity of the common secondary tubular winding, secondary the tubular winding is divided into sections covering each rack of stacked metal cores of transformers with electric inter-tube and above-tube jumpers and representing independent short-circuited electromagnetic circuits, and the transformer the converters are polyphase.

Недостатком данного электрического парогенератора является необходимость применения нескольких трансформаторов, что обуславливает высокую материалоемкость, технологическую сложность и высокую трудоемкость изготовления многовитковой конструкцией вторичной обмотки со сложным профилем изгиба. Данная конфигурация внутреннего объема вторичной обмотки, не позволяет получить так называемый «сухой пар» и «насыщенный пар» в котором отсутствуют взвешенные капли воды.The disadvantage of this electric steam generator is the need to use several transformers, which causes high material consumption, technological complexity and high labor intensity of manufacturing a multi-turn secondary winding with a complex bending profile. This configuration of the internal volume of the secondary winding does not allow to obtain the so-called "dry steam" and "saturated steam" in which there are no suspended water droplets.

Известен прямоточный электрический парогенератор [3-прототип], который содержит плоский ферромагнитный сердечник со стержнями, первичные обмотки, расположенные в виде катушек на стержнях и электрически изолированные от них, средства принудительной подачи воды во внутреннюю полость общей трубчатой вторичной обмотки, имеющей подводящий и отводящий патрубки и расположенной в магнитном поле изолированно от первичных обмоток, и охватывающую все стержни сердечника так, что вокруг каждого стержня образует замкнутые витки, расположенные в межкатушечном пространстве поочередно друг над другом и соединенные электрически неразъемно наружно в плоскости диаметра трубы, параллельного вектору магнитной индукции стержня, а на периферии в межтрубном пространстве между витками установлены дистанционные цилиндрические элементы, наружно соединенные с витками неразъемным соединением в плоскости диаметра труб, параллельного вектору магнитной индукции стержней.Known direct-flow electric steam generator [3-prototype], which contains a flat ferromagnetic core with rods, primary windings located in the form of coils on the rods and electrically isolated from them, means of forced supply of water into the inner cavity of the common tubular secondary winding, having inlet and outlet pipes and located in a magnetic field isolated from the primary windings, and covering all the core rods so that around each rod it forms closed loops located in the intercoil space alternately above each other and connected electrically permanently outwardly in the plane of the pipe diameter parallel to the magnetic induction vector of the rod, and at the periphery, in the annular space between the turns, there are spaced cylindrical elements, externally connected to the turns by an integral connection in the plane of the pipe diameter parallel to the magnetic induction vector of the rods.

Недостатком вышеназванного прямоточного электрического парогенератора является многовитковая конструкция вторичной обмотки, что обуславливает технологическую сложность изготовления. Не ограниченная принудительная выработка пароводяной смеси, в виду того, что жидкость без ограничения движется по трубчатой вторичной обмотке и может покидать греющую часть парогенератора в жидком агрегатном состоянии, не позволяет производить выработку пара без выброса воды и/или паро-водяной смеси, контролировать точную производительность парогенератора по «насыщенному пару», применяемого в большинстве технологических процессов, являющегося расчетной единицей при подборе мощности парогенератора в теплотехнических расчетах, что обуславливает низкую степень промышленной применимости.The disadvantage of the above-mentioned direct-flow electric steam generator is the multi-turn design of the secondary winding, which causes the technological complexity of manufacturing. Unlimited forced production of a steam-water mixture, in view of the fact that the liquid moves without restriction along the tubular secondary winding and can leave the heating part of the steam generator in a liquid aggregate state, does not allow steam generation without the release of water and / or steam-water mixture, control the exact performance a "saturated steam" steam generator used in most technological processes, which is a unit of account when selecting the power of a steam generator in heat engineering calculations, which causes a low degree of industrial applicability.

Предлагаемое техническое решение - индукционный парогенератор насыщенного пара - направлено на устранение выявленных недостатков прототипа и аналогов, а именно, уменьшение трудоемкости и технологической сложности изготовления, повышение уровня промышленной применимости, обеспечение возможности выработки «сухого пара» и «насыщенного пара» без образования на выходе из парогенератора воды в жидком агрегатном состоянии и/или паро-водяной смеси.The proposed technical solution - an induction steam generator of saturated steam - is aimed at eliminating the identified shortcomings of the prototype and analogues, namely, reducing the labor intensity and technological complexity of manufacturing, increasing the level of industrial applicability, ensuring the possibility of generating "dry steam" and "saturated steam" without forming at the outlet a steam generator of water in a liquid state of aggregation and / or a steam-water mixture.

Предлагаемое техническое решение представлено на фиг. 1, 2, 3, 4, 5.The proposed technical solution is shown in Fig. 1, 2, 3, 4, 5.

Индукционный парогенератор насыщенного пара представляет собой сборную установку. На фиг. 1 цифрой 1 обозначена вторичная обмотка (теплообменная часть), цифрой 2 - катушка первичной обмотки, цифрой 3 - трехфазный трансформатор с сердечником из листовой электротехнической стали, цифрой 4 - трубопровод ввода воды, цифрой 5 - сливной патрубок, цифрой 6 - трубопровод отвода теплоносителя, цифрой 7 - предохранительный клапан, цифрой 8 - датчик температуры пара, цифрой 9 - электроконтактный манометр, цифрой 10 - пространственная рама, цифрой 11 - уровнемерная колонка, цифрой 12 - датчик верхнего уровня, цифрой 13 - датчик нижнего уровня, цифрой 14 - питательный насос. На фиг. 2, 3, 4, 5 питательный насос 14 не показан.The saturated steam induction steam generator is a prefabricated unit. FIG. 1, number 1 denotes the secondary winding (heat exchange part), number 2 - the primary winding coil, number 3 - a three-phase transformer with a sheet electrical steel core, number 4 - water inlet pipeline, number 5 - drain pipe, number 6 - coolant outlet pipeline, number 7 - safety valve, number 8 - steam temperature sensor, number 9 - electrical contact pressure gauge, number 10 - space frame, number 11 - level gauge, number 12 - upper level sensor, number 13 - lower level sensor, number 14 - feed pump ... FIG. 2, 3, 4, 5, the feed pump 14 is not shown.

Индукционный парогенератор насыщенного пара работает следующим образом: имеется пространственная рама 10 (см. фиг. 1) на которой смонтированы трехфазный трансформатор с сердечником, выполненным из листовой электротехнической стали 3, на стержнях сердечника расположены три первичные обмотки 2, подключаемые к трехфазной электрической сети, при подаче переменного электрического тока в первичной обмотке возникает магнитное поле, за счет действия вихревых токов разогревается вторичная обмотка 1, поступившая с помощью насоса 14, в трубопровод ввода 4, вода протекает через вторичную обмотку 1 и заполняет ее до уровня 3 (см. фиг. 4) после насос 14 останавливается по сигналу датчика верхнего уровня 12, находящегося в уровнемерной колонке 11. Направление движения воды отражено на фиг. 5, вода за счет теплообмена со стенками вторичной обмотки 1 (см. фиг. 1) нагревается и образуется пар в верхнем сегменте 6 (см. фиг. 4) вторичной обмотки 1 (см. фиг. 1). По факту накопления в верхней части, так называемой паровой камере, вторичной обмотки 1 насыщенного пара, пар под собственным избыточным давлением движется к выходному трубопроводу 6. В процессе работы нагревателя, с помощью смонтированного на трубопроводе 6 температурного датчика 8, обеспечивается контроль за температурой пара, с помощью электроконтактного манометра 9 осуществляется контроль за давлением пара в парогенераторе и ограничивается работа парогенератора при превышающем избыточном давлении, в случае превышения избыточного давления теплоносителя и не срабатывания отключения нагрева электрокотактным манометром 9, избыточный объем пара будет сброшен через предохранительный клапан 7 механически для снижения давления в системе. При выработке пара часть жидкости постепенно покидает вторичную обмотку 1 в парообразном агрегатном состоянии. При достижении жидкостью уровня 4 (см. фиг. 4) насос 14 (см. фиг. 1), по сигналу датчика нижнего уровня 13, включается в работу для пополнения парогенератора водой до уровня 3 (см. фиг. 3) после насос 14 (см. фиг. 1) выключается. Цикл парообразования и пополнения парогенератора может быть повторен неограниченное количество раз. Сливной патрубок 5, находящийся в нижней точке трубопровода ввода 4, обеспечивает слив жидкости из парогенератора после проведения гидравлических испытаний, слив жидкости из нагревателя без его отсоединение от трубопроводов подачи и отвода в уже смонтированной системе на месте постоянной эксплуатации, возможность взятия пробы жидкости из системы без отключения нагревателя от сетевых трубопроводов, обеспечивает слив отложений скопившихся в нижней части вторичной обмотки 1. Вторичная обмотка 1 конструктивно представляет собой четыре взаимно пересеченных цилиндра, образованных меньшими внутренними диаметрами 1 (см. фиг. 4) и большими пересекающимся между собой внешними диаметрами 2, что образует единый внутренний объем парогенератора состоящего из водогрейной части - три нижних сегмента и паровой камеры - один верхний сегмент. Конструкция формы теплообменной части представлена на фиг. 2. Сведения о положении сечений представленных на фиг. 4 и фиг. 5 указаны на фиг. 3. Данная конструкция вторичной обмотки обеспечивает однонаправленное движения пара вверх по нагревателю от верхней части водяной кромки до трубопровода вывода пара исключая поступление к выходу воды в жидком агрегатном состоянии.The induction steam generator of saturated steam operates as follows: there is a spatial frame 10 (see Fig. 1) on which a three-phase transformer with a core made of sheet electrical steel 3 is mounted, three primary windings 2 are located on the core rods, connected to a three-phase electrical network, with the supply of alternating electric current in the primary winding generates a magnetic field, due to the action of eddy currents, the secondary winding 1, supplied by the pump 14, into the input pipeline 4 is heated, water flows through the secondary winding 1 and fills it to level 3 (see Fig. 4 ) after the pump 14 stops at the signal of the upper level sensor 12 located in the level column 11. The direction of water movement is reflected in Fig. 5, water due to heat exchange with the walls of the secondary winding 1 (see Fig. 1) is heated and steam is formed in the upper segment 6 (see Fig. 4) of the secondary winding 1 (see Fig. 1). Upon the accumulation of saturated steam in the upper part, the so-called steam chamber, of the secondary winding 1 of saturated steam, steam under its own excess pressure moves to the outlet pipeline 6. During the operation of the heater, with the help of a temperature sensor 8 mounted on the pipeline 6, the steam temperature is monitored, using an electrocontact pressure gauge 9, the steam pressure in the steam generator is monitored and the operation of the steam generator is limited when the excess pressure is exceeded; system. When steam is generated, part of the liquid gradually leaves the secondary winding 1 in a vaporous aggregate state. When the liquid reaches level 4 (see Fig. 4), pump 14 (see Fig. 1), at the signal of the lower level sensor 13, is switched on to replenish the steam generator with water to level 3 (see Fig. 3) after pump 14 ( see Fig. 1) turns off. The cycle of steam generation and replenishment of the steam generator can be repeated an unlimited number of times. The drain pipe 5, located at the lower point of the inlet pipeline 4, ensures the drainage of liquid from the steam generator after hydraulic tests, drainage of the liquid from the heater without disconnecting it from the supply and drainage pipelines in an already mounted system at the site of permanent operation, the possibility of taking a liquid sample from the system without disconnecting the heater from the mains pipelines, provides drainage of deposits accumulated in the lower part of the secondary winding 1. Secondary winding 1 structurally represents four mutually intersected cylinders formed by smaller inner diameters 1 (see Fig. 4) and large intersecting outer diameters 2, which forms a single internal volume of a steam generator consisting of a hot water part - three lower segments and a steam chamber - one upper segment. The design of the shape of the heat exchange part is shown in Fig. 2. Information about the position of the sections shown in FIG. 4 and FIG. 5 are indicated in FIG. 3. This design of the secondary winding provides a unidirectional movement of steam up the heater from the upper part of the water edge to the steam outlet pipeline, excluding the flow of water to the outlet in a liquid aggregate state.

Предлагаемая полезная модель - индукционный парогенератор насыщенного пара, обеспечивает возможность выработки «сухого пара» и «насыщенного пара» без образования на выходе из парогенератора воды в жидком агрегатном состоянии и/или паро-водяной смеси, в тоже время данная конструкция теплообменной части в виде однотипных взаимно пересеченных цилиндрических сегментов снижает технологическую сложность и трудоемкость изготовления изделия.The proposed utility model - an induction steam generator of saturated steam, provides the ability to generate "dry steam" and "saturated steam" without the formation of water at the outlet of the steam generator in a liquid aggregate state and / or a steam-water mixture, at the same time, this design of the heat exchange part in the form of the same type of mutually intersected cylindrical segments reduces the technological complexity and labor intensity of the product.

С учетом факторов изложенных выше и устранения недостатков аналогов и прототипа, достигается необходимый результат, что обуславливает промышленную применимость технического решения.Taking into account the factors stated above and eliminating the disadvantages of analogs and the prototype, the required result is achieved, which determines the industrial applicability of the technical solution.

Данное техническое решение апробировано при практическом изготовлении индукционных парогенераторов с данной конструкцией, получено подтверждение промышленной применимости и возможности внедрения в различные технологические процессы. Планируется осуществление серийного выпуска оборудования, на основании данного технического решения, с единичной мощностью в диапазоне 25-2500 кВт с различным напряжением питающей сети.This technical solution has been tested in the practical manufacture of induction steam generators with this design; industrial applicability has been confirmed and the possibility of implementation in various technological processes has been obtained. It is planned to carry out a serial production of equipment, based on this technical solution, with a unit power in the range of 25-2500 kW with different supply voltage.

Источники информации:Information sources:

1. Патент RU № 2303191, 2007.1. Patent RU No. 2303191, 2007.

2. Патент RU №2667833, 2018.2. Patent RU No. 2667833, 2018.

3. Патент RU № 2691726, 2019.3. Patent RU No. 2691726, 2019.

Claims

The induction steam generator of saturated steam consists of a flat ferromagnetic core with rods on which the primary coil is wound, connected to an alternating current source, and inductively connected to the primary coil through the core, an electrically conductive secondary winding, which is a heat exchanger for the heated fluid, the turns of the primary coil are located in the vertical plane, all the elements of the heater are assembled on a space frame, a safety valve and an electrical contact pressure gauge are mounted on the outlet pipeline, a drain pipe is mounted on the inlet pipeline, characterized in that the secondary winding is made in the form of four mutually crossed cylinders formed by smaller inner diameters and large intersecting between each other external, forming a single internal volume of the steam generator, a vertical closed cylindrical segment is connected to the upper and located under it cylindrical segment by two branch pipes th tank with water level control electrodes, functioning in such a way that the upper cylindrical segment is a steam chamber, and the three lower segments are a hot water chamber.