RU2663366C1 - Method for heating metallic wall shell - Google Patents

Method for heating metallic wall shell Download PDF

Info

Publication number
RU2663366C1
RU2663366C1 RU2017133533A RU2017133533A RU2663366C1 RU 2663366 C1 RU2663366 C1 RU 2663366C1 RU 2017133533 A RU2017133533 A RU 2017133533A RU 2017133533 A RU2017133533 A RU 2017133533A RU 2663366 C1 RU2663366 C1 RU 2663366C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
screen
shell
wall
screens
conductor
Prior art date
Application number
RU2017133533A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Фёдорович Чердынцев
Original Assignee
Акционерное общество НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР "ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР "ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ" filed Critical Акционерное общество НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР "ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ"
Priority to RU2017133533A priority Critical patent/RU2663366C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2663366C1 publication Critical patent/RU2663366C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L53/00—Heating of pipes or pipe systems; Cooling of pipes or pipe systems
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

FIELD: heat exchange.SUBSTANCE: invention relates to the field of heat power engineering, namely, heating by eddy currents of industrial facilities such as tanks, cisterns and pipelines, which contain a medium that requires heating during operation of the facilities. Method for heating the metal wall of the shell includes placing on the heated shell an insulated current conductor closed from the outside by a screen or sequentially arranged screens of a ferromagnetic material. After passing an alternating current through the conductor and creating eddy currents around it. In the method, screens or a screen in the form of a profile tapering outward from the shell wall are used, while the screen is arranged so that it with the shell forms a closed contour located on the part of the outer surface of the shell and on the inner surface of the screen. Further, eddy currents of the screen are guided along this contour and simultaneously heat the screen and the part of the wall of the heated shell that is under the shield.EFFECT: reduction of power consumption for heating the metal shell of an industrial facility.6 cl, 9 dwg

Description

Техническое решение относится к области теплоэнергетики, а именно к обогреву промышленных объектов, таких как резервуары, цистерны, а преимущественно к трубопроводам, в которых содержится среда, требующая подогрева в процессе эксплуатации объектов. В случае использования устройства для обогрева трубопровода, предполагается подогрев транспортируемой по нему текучей среды, в том числе взрывоопасных и/или пожароопасных сред.The technical solution relates to the field of power engineering, namely to heating industrial facilities, such as tanks, tanks, and mainly to pipelines, which contain the medium that requires heating during operation of the facilities. In the case of using the device for heating the pipeline, it is assumed that the fluid transported through it is heated, including explosive and / or fire hazardous environments.

Известно устройство, которое содержит трубку нагрева из ферромагнитного материала, закрепленную на обогреваемой трубе, а также контур электрического проводника, подключенного к источнику питания переменного тока, а также вставленный, по меньшей мере, в одну трубку по всей длине трубы (US 3515837 А, 02.06.1970).A device is known that contains a heating tube made of ferromagnetic material fixed to a heated pipe, as well as a circuit of an electrical conductor connected to an AC power source, and also inserted into at least one pipe along the entire length of the pipe (US 3515837 A, 02.06 .1970).

В патенте US 4617449 представлено устройство для нагрева трубопровода, содержащее закрепленные на поверхности трубопровода трубки, в которых расположен электрокабель, который нагревает трубопровод (US 4617449, 14.10.1986). Известные устройства предопределяют работу устройств, при этом каждая работа содержит признаки способа обогрева объекта.US Pat. No. 4,617,449 teaches a device for heating a pipe, comprising pipes attached to the surface of the pipe, in which an electric cable is located that heats the pipe (US 4617449, 10/14/1986). Known devices predetermine the operation of devices, with each work containing signs of a method of heating an object.

Наиболее близким аналогом представленного в данном описании технического решения является устройство, используемое на обогреваемом трубопроводе, на котором закреплена проложенная совместно с ним нагревательная трубка из ферромагнитного материала с проводником, подключенным к источнику переменного тока, при этом для повышения работоспособности обогреваемого трубопровода он снабжен дополнительной нагревающей трубкой из ферромагнитного материала, образующей пару с первоначальной ферромагнитной нагревательной трубкой, а токовый проводник в конце, противоположном источнику переменного тока, смонтирован в обратном направлении и протянут через дополнительную нагревательную трубку, при этом к источнику переменного тока подключены оба конца токового проводника. Каждая из нагревательных трубок может быть прерывистой, выполненной в виде отделенных друг от друга участков, нанизанных на проводник. Вдоль технологического трубопровода может быть уложено несколько пар нагревательных трубок, что значительно повышает температуру нагрева и снижает удельную мощность нагрева трубки и трубопровода. Токовый проводник расположен в дополнительной нагревательной трубке. Трубки выполнены прерывистыми, при этом «прерывистость» каждой из трубок в описании и на чертежах не раскрыта. В устройстве трубки по существу являются бесконечно-замкнутыми в поперечном разрезе ферромагнитными оболочками, служащими как для фиксации в них ветвей электрокабеля, так и для образования внутри них вихревых токов для нагрева оболочек и передачи от них тепла обогреваемому объекту. Работа устройства содержит признаки способа, заключающиеся в том, что в каждом греющем элементе создают вихревые токи, путем пропускания через расположенный в греющем элементе электрокабель, концы которого соединены с источником переменного тока. После нагрева греющего элемента, тепло от него передается на стенку обогреваемого трубопровода (RU 93130 U1, 20.04.2010).The closest analogue of the technical solution presented in this description is a device used on a heated pipeline, on which a heating tube made of ferromagnetic material with a conductor connected to an alternating current source, is fixed, while it is equipped with an additional heating tube to increase the operability of the heated pipeline from a ferromagnetic material, forming a pair with the original ferromagnetic heating tube, and the current The ovodnik at the end opposite the AC source is mounted in the opposite direction and extended through an additional heating tube, while both ends of the current conductor are connected to the AC source. Each of the heating tubes may be intermittent, made in the form of separated from each other sections strung on a conductor. Several pairs of heating tubes can be laid along the process pipeline, which significantly increases the heating temperature and reduces the specific heating power of the tube and pipeline. The current conductor is located in an additional heating tube. The tubes are made intermittent, while the "intermittent" of each of the tubes in the description and drawings is not disclosed. In the device, the tubes are essentially endlessly closed in cross section ferromagnetic shells, serving both to fix the branches of the electric cable in them and to form eddy currents inside them to heat the shells and transfer heat from them to the heated object. The operation of the device contains the features of the method, consisting in the fact that eddy currents are generated in each heating element by passing through an electric cable located in the heating element, the ends of which are connected to an alternating current source. After heating the heating element, heat is transferred from it to the wall of the heated pipeline (RU 93130 U1, 04/20/2010).

Использование технического решения по патенту RU 93130 U1 связано со сравнительно большим расходом электроэнергии, связанной с существенными потерями тепла, возникающими сначала в стенке греющего элемента, а затем передающегося на стенку в зоне его примыкания к стенке обогреваемого объекта. В связи с потерями тепла расход электроэнергии на нагрев греющего элемента повышается. При этом греющий элемент имеет сравнительно большую металлоемкость, а монтаж устройства с греющими элементами в виде трубок сопряжен с большой трудоемкостью, связанной с необходимость протаскивания через трубки электрокабеля.The use of the technical solution according to patent RU 93130 U1 is associated with a relatively high energy consumption associated with significant heat losses that occur first in the wall of the heating element and then transferred to the wall in the zone of its adjacency to the wall of the heated object. Due to heat losses, the energy consumption for heating the heating element increases. In this case, the heating element has a relatively high metal consumption, and the installation of the device with heating elements in the form of tubes is associated with great complexity, associated with the need to pull through the tubes of the electric cable.

Техническим результатом изобретения является снижение расхода электроэнергии на обогрев промышленного объекта за счет более эффективного использования энергии электромагнитных полей.The technical result of the invention is to reduce the energy consumption for heating an industrial facility due to a more efficient use of electromagnetic energy.

Технический результат достигается способом обогрева металлической стенки оболочки, включающим расположение на обогреваемой оболочке изолированного токового проводника, закрытого снаружи экраном или последовательно расположенными экранами из ферромагнитного материала, пропускание по проводнику переменного тока и создание вихревых токов вокруг проводника, причем используют экраны или экран в виде сужающегося наружу от стенки оболочки профиля, располагают экран таким образом, чтобы он с оболочкой образовал замкнутый контур, расположенный на части наружной поверхности оболочки и на внутренней поверхности экрана, направляют по этому контуру вихревые токи экрана и при этом одновременно нагревают экран и находящуюся под экраном часть стенки обогреваемой оболочки.The technical result is achieved by the method of heating the metal wall of the shell, including the location on the heated shell of an insulated current conductor, closed on the outside with a screen or in series arranged shields of ferromagnetic material, passing AC current through the conductor and creating eddy currents around the conductor, using screens or a screen in the form of tapering out from the wall of the shell of the profile, position the screen so that it forms a closed loop with the shell, located married to a part of the outer surface of the shell and on the inner surface of the screen, eddy currents of the screen are directed along this contour and at the same time they heat the screen and the part of the wall of the heated shell located under the screen.

Экран используют толстостенным и разомкнутым с внутренним желобом под проводник, при этом конечные части экрана прижимают и/или присоединяют к обогреваемой оболочке.The screen is used thick-walled and open with an internal groove under the conductor, while the end parts of the screen are pressed and / or attached to a heated shell.

Используют экраны или экран, каждый из которых выполнен в виде, по меньшей мере, частично изогнутой наружу от стенки оболочки криволинейной толстостенной пластины.Use screens or screens, each of which is made in the form of at least partially curved outward from the wall of the shell of a curved thick-walled plate.

Используют многослойную обогреваемую оболочку, включающую металлическую стенку и теплоизоляцию, в которой располагают экраны или экран так, чтобы экран с оболочкой образовал замкнутый контур, расположенный на части наружной поверхности оболочки и на внутренней поверхности экрана.A multilayer heated shell is used, including a metal wall and thermal insulation, in which screens or a screen are arranged so that the screen with the shell forms a closed loop located on a part of the outer surface of the shell and on the inner surface of the screen.

Сначала на внешней поверхности стенки оболочки закрепляют проводник, который затем накрывают или закрывают экраном или экранами.First, a conductor is fixed to the outer surface of the wall of the shell, which is then covered or covered with a screen or screens.

Сначала на внешней поверхности стенки закрепляют экраны или экран, в который затем укладывают изолированный токовый проводник.First, screens or a screen are fixed on the outer surface of the wall, into which an insulated current conductor is then laid.

На фиг. 1 изображен изометрический вид оболочки, на которой размещен экран в виде уголка.In FIG. 1 is an isometric view of a shell on which a screen in the form of a corner is placed.

На фиг. 2 изображен изометрический вид теплоизолированной оболочки с размещенными в ее нижней части ветвями проводника с экранами, в которой экраны размещены внутри слоя теплоизоляции.In FIG. 2 is an isometric view of a thermally insulated sheath with the branches of a conductor with screens located in its lower part, in which the screens are placed inside the thermal insulation layer.

На фиг. 3 изображен изометрический вид теплоизолированной оболочки с размещенными в ее нижней части ветвями проводника с экранами.In FIG. 3 is an isometric view of a thermally insulated sheath with the branches of a conductor with screens placed in its lower part.

На фиг. 4 изображен поперечный разрез оболочки с экраном в виде уголкового профиля.In FIG. 4 shows a cross section of a shell with a screen in the form of an angular profile.

На фиг. 5 изображен поперечный разрез оболочки с экраном в виде цилиндрического (полукруглого) профиля.In FIG. 5 shows a cross section of a shell with a screen in the form of a cylindrical (semicircular) profile.

На фиг. 6 изображен поперечный разрез оболочки с экраном в виде швеллера.In FIG. 6 shows a cross section of a shell with a screen in the form of a channel.

На фиг. 7 изображена схема образования электромагнитного контура и вихревых токов в нем.In FIG. 7 shows a diagram of the formation of the electromagnetic circuit and eddy currents in it.

На фиг. 8 изображена зависимость намагниченности М от величины внешнего магнитного поля Н в ферромагнетике.In FIG. Figure 8 shows the dependence of the magnetization M on the magnitude of the external magnetic field H in a ferromagnet.

На фиг. 9 показана одна из возможных схем подключения проводника и расположения экранов.In FIG. 9 shows one of the possible conductor connection diagrams and screen layouts.

Способ характеризуется тем, что на внешней поверхности 1 металлической стенки 2 оболочки 3 (фиг. 1) располагают изолированный токовый проводник 4. Проводник полностью или, по меньшей мере, частично охвачен снаружи экраном 5 или последовательно расположенными экранами (фиг. 9) из ферромагнитного материала. Концы 6 изолированного токового проводника подключают к источнику переменного тока 7, пропускают ток по токовому проводнику 4 и создают переменное электромагнитное поле, которым нагревают часть 8 стенки 2 оболочки, находящейся под экраном (в границах экрана или экранов) 5 или экранами, обеспечивая нагрев всей оболочки и передачу тепла от оболочки к среде заключенной или протекающей внутри оболочки.The method is characterized in that an insulated current conductor 4 is arranged on the outer surface 1 of the metal wall 2 of the sheath 3 (Fig. 1). The conductor is completely or at least partially covered from the outside by a screen 5 or sequentially arranged screens (Fig. 9) made of ferromagnetic material . The ends 6 of the insulated current conductor are connected to an alternating current source 7, pass current through the current conductor 4 and create an alternating electromagnetic field, which is used to heat part 8 of the wall 2 of the shell located under the screen (within the boundaries of the screen or screens) 5 or screens, providing heating of the entire shell and heat transfer from the shell to the medium enclosed or flowing inside the shell.

Предпочтительно, что часть 8 стенки 2 оболочки под экраном и экран нагревают одновременно с возможностью их взаимного теплообмена.Preferably, part 8 of the wall 2 of the shell under the screen and the screen are heated simultaneously with the possibility of their mutual heat exchange.

Для обеспечения более эффективного теплообмена конечные части 9 экрана 5 прижимают и/или присоединяют к обогреваемой оболочке 3, причем экран(ы) 5 выполняют толстостенным, предпочтительно, в виде разомкнутой в поперечном разрезе (незамкнутой) толстостенной оболочки.To ensure more efficient heat transfer, the end parts 9 of the screen 5 are pressed and / or attached to the heated shell 3, and the screen (s) 5 are thick-walled, preferably in the form of an open (in open) transverse section thick-walled shell.

При монтаже, предпочтительно, что сначала на внешней поверхности стенки закрепляют экраны или экран 5, в который укладывают изолированный токовый проводник 4. В этом случае экран 5 выполняет также несущую и/или защитную функции по отношению к проводнику.When mounting, it is preferable that first on the outer surface of the wall screens or screen 5 are fixed, in which an insulated current conductor 4 is laid. In this case, screen 5 also carries a bearing and / or protective function with respect to the conductor.

В другом исполнении сначала на внешней поверхности стенки оболочки закрепляют проводник, который накрывают или закрывают экраном или экранами.In another embodiment, a conductor is first fixed to the outer surface of the shell wall, which is covered or covered by a screen or screens.

Экран 5 закрепляют на оболочке, например, посредством точечной сварки, либо хомутов или стяжек (условно не показаны).The screen 5 is fixed to the shell, for example, by spot welding, or clamps or ties (not shown conventionally).

Используют экран 5 или экраны, каждый из которых выполнен разомкнутым по его поперечному периметру так, что он имеет, по меньшей мере, один внутренний желоб или канал, либо полость или выемку для размещения токового проводника 4.Use a screen 5 or screens, each of which is made open along its transverse perimeter so that it has at least one internal groove or channel, or a cavity or recess for accommodating the current conductor 4.

Таким образом, каждый экран представляет собой часть устройства для нагрева металлической стенки 2 оболочки 3, преимущественно, в виде разомкнутого (незамкнутого) металлического профиля.Thus, each screen is a part of the device for heating the metal wall 2 of the shell 3, mainly in the form of an open (open) metal profile.

Возможно использовать экран 5, выполненный в виде выпуклого наружу от стенки оболочки профиля, например, в виде продолговатого цилиндрического профиля, разомкнутого с одной его стороны.It is possible to use the screen 5, made in the form of a profile convex outward from the wall of the shell, for example, in the form of an elongated cylindrical profile, open on one side of it.

Возможно использовать экран 5, выполненный в виде сужающегося наружу от стенки оболочки профиля (в поперечном разрезе), например, в виде продолговатого уголкового профиля («уголка»).It is possible to use the screen 5, made in the form of a profile tapering outward from the wall of the shell (in cross section), for example, in the form of an elongated corner profile ("corner").

Возможно использовать экран 5, который выполнен корытообразным или трапециевидным (в поперечном разрезе), например, в виде швеллера.It is possible to use the screen 5, which is made trough-shaped or trapezoidal (in cross section), for example, in the form of a channel.

Возможно использовать экран 5, который выполнен в виде, по меньшей мере, частично изогнутой наружу от стенки оболочки криволинейной или профилированной пластины, предпочтительно, в виде толстостенной пластины (условно не показана).It is possible to use the screen 5, which is made in the form of at least partially curved outward from the wall of the shell of a curved or profiled plate, preferably in the form of a thick-walled plate (not shown conditionally).

Предпочтительно, что оболочку выполняют многослойной, включающей, в том числе металлическую стенку 2, а также теплоизоляцию 10, размещаемую с внешней стороны металлической стенки 2.Preferably, the shell is multilayer, including, including a metal wall 2, as well as thermal insulation 10, placed on the outside of the metal wall 2.

Предпочтительно, что экраны или экран с размещенным внутри него токовым проводником 4 располагают в массиве теплоизоляции 10 (фиг. 2).It is preferable that the screens or the screen with the current conductor 4 located inside it are located in the array of thermal insulation 10 (Fig. 2).

Либо экраны или экран 5 с размещенным внутри него токовым проводником 4 охватывают теплоизоляционными элементами 11 (фиг. 3), которые выполняют в виде цилиндрических сегментов или скорлуп.Either the screens or screen 5 with the current conductor 4 located inside it is covered by heat-insulating elements 11 (Fig. 3), which are made in the form of cylindrical segments or shells.

Предпочтительно, что внешняя сторона теплоизоляции оснащена защитным металлическим слоем 12.Preferably, the outer side of the thermal insulation is equipped with a protective metal layer 12.

Способ осуществляют следующим образом. Способ поясняется на примере обогрева стенки теплоизолированного трубопровода с размещенной в нем текучей средой. На внешней поверхности 1 стенки 2 оболочки 3, например, трубы, располагают изолированный токовый проводник 4.The method is as follows. The method is illustrated by the example of heating the walls of a thermally insulated pipeline with a fluid in it. On the outer surface 1 of the wall 2 of the shell 3, for example, pipes, have an insulated current conductor 4.

Проводник охватывают экранами 5 из ферромагнитного материала, которые последовательно располагают, преимущественно, вдоль оси оболочки 3 (фиг. 9).The conductor is covered by shields 5 of ferromagnetic material, which are sequentially arranged mainly along the axis of the sheath 3 (Fig. 9).

Концы 6 изолированного токового проводника подключают к источнику переменного тока 7.The ends 6 of the insulated current conductor are connected to an AC source 7.

Пропускают ток по токовому проводнику 4 и создают переменное электромагнитное поле, которым нагревают часть 8 стенки 2 оболочки, находящейся под экранами 5 (фиг. 7).A current is passed through the current conductor 4 and an alternating electromagnetic field is created, which is used to heat part 8 of the shell wall 2, which is under the screens 5 (Fig. 7).

Экраны или экран 5 ограничивает рассеивание энергии электромагнитного поля за его пределы во внешнюю среду.Screens or screen 5 limits the dissipation of the energy of the electromagnetic field beyond it into the external environment.

Каждый экран 5 также находится в зоне действия электромагнитного поля, нагревается и, если экран имеет достаточную толщину (например, выполнен толстостенным), то он передает дополнительное тепло на стенку 2 оболочки.Each screen 5 is also located in the electromagnetic field, heats up and, if the screen has a sufficient thickness (for example, is made thick-walled), then it transfers additional heat to the wall 2 of the shell.

Однако, при этом соприкосновение конечных частей экрана и металлической стенки 2 оболочки 3 (трубы) не является обязательным условием работоспособности способа, так как первичной задачей является нагрев части стенки трубы, расположенной преимущественно под экраном (фиг. 2, 7) показана ширина h зоны обогрева. Таким образом, экран 5 может быть расположен с зазором f относительно стенки 2 (фиг. 2).However, in this case, the contact of the end parts of the screen and the metal wall 2 of the shell 3 (pipe) is not a prerequisite for the operability of the method, since the primary task is to heat the part of the pipe wall located mainly under the screen (Fig. 2, 7) shows the width h of the heating zone . Thus, the screen 5 can be located with a gap f relative to the wall 2 (Fig. 2).

Предпочтительно, что экран также участвует в преобразовании энергии переменного поля в тепловую и соприкасается с внешней поверхностью стенки оболочки и/или закреплен на ней сваркой (фиг. 7). В этом случае экран участвует в процессе теплопередачи. Кроме того, экран 5 может выполнять по отношению к токовому проводнику 4 несущую и защитную функции, т.е. токовый проводник может быть закреплен на оболочке посредством экрана, например, приваренного к металлической стенке 2 оболочки 3.It is preferable that the screen also participates in the conversion of the energy of the alternating field into heat and is in contact with the outer surface of the wall of the shell and / or fixed to it by welding (Fig. 7). In this case, the screen is involved in the heat transfer process. In addition, the screen 5 can carry out the bearing and protective functions with respect to the current conductor 4, i.e. the current conductor can be fixed to the shell by means of a shield, for example, welded to the metal wall 2 of the shell 3.

Также предпочтительно, что токовый проводник и экран расположен в теплоизоляции 10 (фиг. 2) или окружен теплоизоляционными элементами 11 (Фиг. 3) для уменьшения потерь тепловой энергии.It is also preferable that the current conductor and the shield is located in thermal insulation 10 (Fig. 2) or surrounded by heat-insulating elements 11 (Fig. 3) to reduce thermal energy loss.

На внешней поверхности экрана в ином его исполнении закреплен теплоизолятор (условно не показано).On the outer surface of the screen in its other design, a heat insulator is fixed (not shown conditionally).

Нагрев части 8 стенки оболочки, а также экрана 5 в основном обусловлен двумя явлениями, описанными в научно-технической литературе.The heating of part 8 of the wall of the shell, as well as the screen 5 is mainly due to two phenomena described in the scientific and technical literature.

Первое явление относится к вихревым токам 13, которые возникают внутри контура 14 образованного, экраном 5 и частью 8 стенки 2 оболочки (фиг. 7). Таким образом, вихревые токи возникают в металлической оболочке 2 вблизи ее внешней поверхности 1, а также в ферромагнитном материале экрана 5 вблизи его внутренней поверхности 15 (в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея). Выделение тепла происходит в соответствии с законом Джоуля-Ленца.The first phenomenon relates to eddy currents 13, which occur inside the circuit 14 formed by the screen 5 and part 8 of the shell wall 2 (Fig. 7). Thus, eddy currents occur in the metal shell 2 near its outer surface 1, as well as in the ferromagnetic material of the screen 5 near its inner surface 15 (in accordance with the law of electromagnetic Faraday induction). Heat is generated in accordance with the Joule-Lenz law.

Второе явление связано с эффектом перемагничивания ферромагнетиков переменным магнитным полем. При перемагничивании ферромагнетика в нем происходят необратимые преобразования электромагнитной энергии в тепло.The second phenomenon is associated with the effect of magnetization reversal of ferromagnets with an alternating magnetic field. When magnetization is reversed, a ferromagnet irreversibly transforms electromagnetic energy into heat.

Полная работа по перемагничиванию единицы объема материала определяется площадью ограниченной кривыми петли гистерезиса (фиг. 8), на которой показана схематически типичная зависимость намагниченности М от величины внешнего магнитного поля Н в ферромагнетике при его циклическом изменении.The complete work on the magnetization reversal per unit volume of the material is determined by the area bounded by the hysteresis loop curves (Fig. 8), which shows a schematic typical dependence of the magnetization M on the magnitude of the external magnetic field H in a ferromagnet during its cyclic change.

Из состояния М=0 при Н=0 с увеличением Н значение М растет по кривой а (основной кривой намагничивания) и в достаточно сильном поле Н≥Нm становится практически постоянной и равной намагниченности насыщения Ms. При уменьшении Н от значения Нm, обратный ход изменения М(Н) уже не будет описываться кривой a и намагниченность при Н=0 не вернется к значению М=0.From the state M = 0 at H = 0 with increasing H, the value of M grows along the curve a (the main magnetization curve) and in a sufficiently strong field H≥H m becomes almost constant and equal to the saturation magnetization M s . When H decreases from the value of H m , the reverse course of the change in M (H) will no longer be described by curve a and the magnetization at H = 0 will not return to the value of M = 0.

Это изменение описывается кривой b (кривой размагничивания), при этом Н=0, намагниченность принимает значение M=Mr (остаточная намагниченность).This change is described by curve b (demagnetization curve), with H = 0, the magnetization takes the value M = M r (residual magnetization).

Как видно из фиг. 7, для полного размагничивания вещества (М=0) необходимо приложить обратное поле Н=-Нc, называющегося коэрцитивной силой. Далее, когда поле достигает значения Н=-Нm, образец намагничивается до насыщения (M=-Ms) в обратном направлении. При дальнейшем изменении Н от -Нm до +Нm намагниченность изменяется вдоль кривой с.As can be seen from FIG. 7, for the complete demagnetization of the substance (M = 0), it is necessary to apply a reverse field H = -H c , called the coercive force. Further, when the field reaches the value H = -H m , the sample is magnetized to saturation (M = -M s ) in the opposite direction. With a further change in H from -H m to + H m, the magnetization changes along curve c.

Ветви b и с, получающиеся при циклическом изменении Н от +Нm до -Нm и обратно, вместе образуют замкнутую кривую, называющейся петлей гистерезиса (ПГ). При этом b называется нисходящей, а с - восходящей ветвями ПГ.Branches b and c, resulting from a cyclic change in H from + H m to -H m and vice versa, together form a closed curve called a hysteresis loop (PG). Moreover, b is called the descending, and with the ascending branches of the GHG.

Отставание М от Н при намагничивании и размагничивании приводит к тому, что энергия, приобретаемая ферромагнетиком при намагничивании, не полностью отдается при размагничивании. Теряемая за один полный цикл энергия равна интегралу

Figure 00000001
, определяющему площадь ПГ. В конечном итоге она превращается в теплоту, идущую на нагревание стенки 2 оболочки 3 и экрана 5. Эти магнитные потери, определяемые ПГ, называются гистерезисными.The lag of M from H during magnetization and demagnetization leads to the fact that the energy acquired by a ferromagnet during magnetization is not completely lost during demagnetization. The energy lost in one full cycle is equal to the integral
Figure 00000001
determining the area of the GHG. Ultimately, it turns into heat, which is used to heat the wall 2 of the shell 3 and the screen 5. These magnetic losses determined by the GHG are called hysteresis.

Поскольку вихревые токи протекают только вблизи внешней поверхности металлической стенки 2 оболочки 3 и на внутренней поверхности экрана 5 по замкнутому контуру, показанному на фиг. 7 пунктирными линиями, на внутренней поверхности стенки 2 оболочки 3 и на наружной поверхности экрана 5 электрический потенциал равен нулю, то из этого следует, что способ является безопасным и при этом он позволяет уменьшить потери тепла в окружающее пространство, в связи с чем повышается энергоэффективность нагрева стенки 2 оболочки 3, а расход электроэнергии на обогрев оболочки объекта за счет более эффективного использования энергии электромагнитных полей снижается.Since eddy currents flow only near the outer surface of the metal wall 2 of the shell 3 and on the inner surface of the screen 5 in a closed circuit shown in FIG. 7 by dashed lines, on the inner surface of the wall 2 of the shell 3 and on the outer surface of the screen 5, the electric potential is equal to zero, it follows that the method is safe and at the same time it allows to reduce heat loss into the surrounding space, which increases the energy efficiency of heating wall 2 of the shell 3, and the energy consumption for heating the shell of the object due to a more efficient use of energy of electromagnetic fields is reduced.

Claims (6)

1. Способ обогрева металлической стенки оболочки, включающий расположение на обогреваемой оболочке изолированного токового проводника, закрытого снаружи экраном или последовательно расположенными экранами из ферромагнитного материала, пропускание по проводнику переменного тока и создание вихревых токов вокруг проводника, отличающийся тем, что используют экраны или экран в виде сужающегося наружу от стенки оболочки профиля, располагают экран таким образом, чтобы он с оболочкой образовал замкнутый контур, расположенный на части наружной поверхности оболочки и на внутренней поверхности экрана, направляют по этому контуру вихревые токи экрана и при этом одновременно нагревают экран и находящуюся под экраном часть стенки обогреваемой оболочки.1. The method of heating the metal wall of the shell, including the location on the heated shell of an insulated current conductor, closed on the outside by a screen or sequentially arranged shields of ferromagnetic material, passing AC current through the conductor and creating eddy currents around the conductor, characterized in that they use screens or a screen tapering outward from the wall of the shell of the profile, position the screen so that it forms a closed loop with the shell located on the part of the outside the surface of the shell and on the inner surface of the screen, eddy currents of the screen are directed along this contour and at the same time they heat the screen and the part of the wall of the heated shell located under the screen. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что экран используют толстостенным и разомкнутым с внутренним желобом под проводник, при этом конечные части экрана прижимают и/или присоединяют к обогреваемой оболочке.2. The method according to p. 1, characterized in that the screen is used thick-walled and open with an internal groove under the conductor, while the end parts of the screen are pressed and / or attached to a heated shell. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют экраны или экран, каждый из которых выполнен в виде, по меньшей мере, частично изогнутой наружу от стенки оболочки криволинейной толстостенной пластины.3. The method according to p. 1, characterized in that they use screens or screens, each of which is made in the form of at least partially curved outward from the wall of the shell of a curved thick-walled plate. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют многослойную обогреваемую оболочку, включающую металлическую стенку и теплоизоляцию, в которой располагают экраны или экран так, чтобы экран с оболочкой образовал замкнутый контур, расположенный на части наружной поверхности оболочки и на внутренней поверхности экрана.4. The method according to p. 1, characterized in that a multilayer heated shell is used, including a metal wall and thermal insulation, in which the screens or screen are arranged so that the screen with the shell forms a closed loop located on part of the outer surface of the shell and on the inner surface of the screen . 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сначала на внешней поверхности стенки оболочки закрепляют проводник, который затем накрывают или закрывают экраном или экранами.5. The method according to p. 1, characterized in that at first on the outer surface of the shell wall a conductor is fixed, which is then covered or covered with a screen or screens. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сначала на внешней поверхности стенки закрепляют экраны или экран, в который затем укладывают изолированный токовый проводник.6. The method according to p. 1, characterized in that at first on the outer surface of the wall they fix screens or a screen into which an insulated current conductor is then laid.
RU2017133533A 2017-09-27 2017-09-27 Method for heating metallic wall shell RU2663366C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017133533A RU2663366C1 (en) 2017-09-27 2017-09-27 Method for heating metallic wall shell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017133533A RU2663366C1 (en) 2017-09-27 2017-09-27 Method for heating metallic wall shell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2663366C1 true RU2663366C1 (en) 2018-08-03

Family

ID=63142632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017133533A RU2663366C1 (en) 2017-09-27 2017-09-27 Method for heating metallic wall shell

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2663366C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759171C1 (en) * 2020-07-07 2021-11-09 Общество с ограниченной ответственностью "ИнтерСЭЛТ" Induction heating apparatus

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4401156A (en) * 1979-06-21 1983-08-30 Eaton Corporation Heat transfer apparatus for releasably securing heating or cooling means to pipe
WO1988005988A1 (en) * 1987-02-09 1988-08-11 Bylin Heating Systems, Inc. A heating and insulation arrangement for a network of installed pipes and method
EP1540235A1 (en) * 2002-08-20 2005-06-15 Heatsafe Cable Systems Ltd Heated conduit
RU93130U1 (en) * 2009-10-07 2010-04-20 Открытое акционерное общество "Научно-технический центр "Энергосбережение" HEATED PIPELINE
RU169144U1 (en) * 2016-04-11 2017-03-07 Общество с ограниченной ответственностью "Тюменская Электротехническая Компания" Device for heating metal structures

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4401156A (en) * 1979-06-21 1983-08-30 Eaton Corporation Heat transfer apparatus for releasably securing heating or cooling means to pipe
WO1988005988A1 (en) * 1987-02-09 1988-08-11 Bylin Heating Systems, Inc. A heating and insulation arrangement for a network of installed pipes and method
EP1540235A1 (en) * 2002-08-20 2005-06-15 Heatsafe Cable Systems Ltd Heated conduit
RU93130U1 (en) * 2009-10-07 2010-04-20 Открытое акционерное общество "Научно-технический центр "Энергосбережение" HEATED PIPELINE
RU169144U1 (en) * 2016-04-11 2017-03-07 Общество с ограниченной ответственностью "Тюменская Электротехническая Компания" Device for heating metal structures

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759171C1 (en) * 2020-07-07 2021-11-09 Общество с ограниченной ответственностью "ИнтерСЭЛТ" Induction heating apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3706872A (en) System for electrically heating fluid-conveying pipe lines and other structures
EP0058161A1 (en) Skin effect heat generating unit having convective and conductive transfer of heat
US3975617A (en) Pipe heating by AC in steel
Di Luozzo et al. Modelling of induction heating of carbon steel tubes: Mathematical analysis, numerical simulation and validation
Bui et al. Modeling a working coil coupled with magnetic flux concentrators for barrel induction heating in an injection molding machine
CN105485891A (en) Induction heater with closed magnetic circuit
RU2663366C1 (en) Method for heating metallic wall shell
Kim et al. MHD design analysis of an annular linear induction electromagnetic pump for SFR thermal hydraulic experimental loop
Patil et al. Influence of coil shapes on temperature distribution in induction heating process
RU154343U1 (en) DEVICE FOR ELECTRIC HEATING OF TECHNOLOGICAL OBJECTS BY EDGE CURRENTS
HRP20220975T1 (en) Method and system for direct electric heating of a double-walled pipe for transporting fluids
RU2662635C2 (en) Induction-resistive electric heating system
RU2666843C1 (en) Heating element of device for heating industrial objects
Lu et al. Experimental evaluation of available computational methods for eddy current and hysteresis losses for cables installed in steel pipes
RU123908U1 (en) INDUCTION HEATING ELEMENT
da Silva et al. Electromagnetic and thermal simulation of an oil insulated power transformer
SU984064A1 (en) Induction heater of fluidic media
Patidar et al. Simulation and Experimental Validation of Induction Heating of MS Tube for Elevated Temperature NDT Application.
RU155819U1 (en) DEVICE FOR PROTECTION AND CLEANING OF HEAT AND POWER ENGINEERING EQUIPMENT FROM NECIPE FORMATION AND CORROSION
Trufanova et al. Mathematical modeling of nonstationary processes of heat and mass transfer in a rectangular cable channel
RU146380U1 (en) ELECTRIC HEATER
RU182642U1 (en) DEVICE FOR HEATING INDUSTRIAL OBJECTS
Takau Improved modelling of induction and transduction heaters.
RU2821060C1 (en) Heater
Carcangiu et al. Assessment of the machine parameters affecting the overall performance of an inductive MHD generator