UA123300C2 - Електричний парогенератор - Google Patents

Abstract

Винахід належить до електричних парогенераторів. Електричний парогенератор включає електричні трансформатори, виконані багатофазними, з набірними металевими сердечниками, первинні обмотки, розташовані на сердечниках і електрично ізольовані від них, загальну трубчасту вторинну обмотку, яка охоплює усі стійки набраних металевих сердечників трансформаторів, розділену електричними міжтрубними і надтрубними перемичками на ділянки, що охоплюють кожну стійку набірних металевих сердечників трансформаторів і являють собою короткозамкнені електромагнітні контури, засоби для примусової подачі рідини через внутрішню порожнину загальної вторинної трубчастої обмотки. Винахід направлено на збільшення вироблення теплової енергії в одиницю часу для нагріву води і перетворення її в пару.

Description

Винахід відноситься до пристроїв перетворення електричної енергії в теплову і для створення теплообміну. Він може бути використаний при нагріванні рідин, наприклад, в системах опалення і гарячого пароводопостачання виробничих і житлових об'єктів, а також в інших областях, де потрібен нагрів і випаровування текучих середовищ.

Відомий електричний парогенератор, що включає електричний однофазний трансформатор, який має набірний металевий сердечник, призначений для створення замкнутого магнітного поля, первинну обмотку, розташовану на сердечнику і електрично ізольовану від нього, трубчасту вторинну обмотку, розташовану ізольовано в магнітному полі. Цей електричний парогенератор включає також перемичку, з'єднану зовнішньо з витками трубчастої вторинної обмотки і призначену для створення короткого замикання витків трубчастої вторинної обмотки.

Разом з тим, електричний парогенератор містить необхідні кошти для примусової подачі рідини через внутрішню порожнину трубчастої вторинної обмотки. (05 1,999,446). Але описаний електричний парогенератор, який є одним з аналогів до заявленого, не дозволяє виробляти достатню кількість теплової енергії в одиницю часу для нагріву води і перетворення Її в пару.

Відомий також електричний парогенератор, що складається з одного або декількох електричних однофазних трансформаторів, що мають набірні металеві сердечники, призначені для створення замкнутого магнітного поля в них, первинні обмотки, розташовані на сердечниках і електрично ізольованих від них, загальну трубчасту вторинну обмотку, розташовану в магнітному полі ізольовано і що охоплює всі стійки набірних металевих сердечників трансформаторів. Цей електричний парогенератор містить також перемичку, виконану з двох частин, що з'єднують зовнішньо витки загальною металевої трубчастої вторинної обмотки в площині, перпендикулярній до витків з метою створення короткого замикання витків трубчастої вторинної обмотки в точках перетину окружності зовнішньої поверхні трубчастої вторинної обмотки з їх діаметрами, паралельними напрямку сумарного вектора магнітної індукції в набірних металевих сердечниках так, щоб сусідні точки були з'єднані між собою електрично однією частиною складовою перемички в формі сфери, а віддалені точки з'єднані між собою електрично іншою частиною складовою перемички в формі дуги кільця. Крім цього, цей електричний парогенератор містить засоби для примусової подачі рідини через внутрішню порожнину трубчастої вторинної обмотки, при цьому трубчаста вторинна обмотка виконана з декількох з'єднаних послідовно металевих секцій, що відрізняються один від одного величиною опору електричному струму так, що при проходженні електричного струму в кожній секції виділяється теплова потужність, що відповідає фазі теплового перетворення води в пару при русі води у внутрішній порожнині трубчастої вторинної обмотки (заявка на винахід Мо 2016137819/07 (059757) від 22.09.2016). При цьому в електричному парогенераторі вторинна трубчаста обмотка складається з нагрівальної, випарної і перегрівальної секцій. Ці секції вторинної трубчастої обмотки з'єднані послідовно і можуть мати однаковий або різний діаметр внутрішньої порожнини і різний електричний опір. Електричний опір секцій вторинної трубчастої обмотки підбирають з розрахунком в залежності від необхідної температури нагріву секції. Цей електричний парогенератор є найбільш близьким аналогом (прототипом) до заявленого винаходу за сукупністю суттєвих ознак і результату при його використанні, що досягається. Але цей електричний парогенератор має вагомі недоліки, які полягають, перш за все в тому, що така конструкція парогенератора хоча і дозволяє виробляти теплову енергію в одиницю часу для нагріву води і перетворення її в пару в більшій кількості, ніж вищеописаний аналог, але все ж її кількість недостатня для використання її в промислових цілях. Пояснюється це тим, що така конструкція парогенератора не дозволяє використовувати в пристрої трансформатори, одночасно підключені до різних джерел змінного струму, що різняться по фазі або частоті, або використовувати в пристрої багатофазні трансформатори. При такій конструкції прототипу загальна короткозамкнута вторинна трубчаста обмотка є єдиним замкнутим контуром, що охоплює всі стійки набірних металевих сердечників трансформаторів. Необхідно також відзначити, що при такому конструктивному виконанні електричного парогенератора-прототипу при необхідності створення електричного парогенератора зі збільшенням його потужності буде рости його металоємність. А це пояснюється тим, що в даному випадку в зв'язку зі збільшенням споживаного струму і перетину проводів первинних обмоток, змінюються межі секцій вторинної трубчастої обмотки, яку необхідно заново проектувати в залежності від електричної потужності.

Задача, яку поставив перед собою розробник нового електричного парогенератора полягала в створенні такого парогенератора, який дозволив би збільшити продуктивність пара при одночасному зниженні металоємності і габаритних розмірів парогенератора. Технічним результатом, досягнутим в процесі вирішення поставленої перед розробником задачі, є можливість збільшити вироблення теплової енергії в одиницю часу для нагріву води і бо перетворення її в пару.

Суть заявленого винаходу полягає в тому, що в електричному парогенераторі, який включає електричні трансформатори, що мають набірні металеві сердечники, призначені для створення замкнутого магнітного поля в них, первинні обмотки, розташовані на сердечниках і електрично ізольованих від них, загальну трубчасту вторинну обмотку, розташовану в магнітному полі ізольовано і охоплюючу всі стійки набірних металевих сердечників трансформаторів, міжтрубні, що з'єднують найближчі точки, і надтрубні, що з'єднують найбільш віддалені точки, перемички поверхонь загальної вторинної трубної обмотки в площині перпендикулярній її осі, а також засоби для примусової подачі рідини через внутрішню порожнину загальної вторинної трубчастої обмотки, вторинна трубчаста обмотка розділена на ділянки, що охоплюють кожну стійку набірних металевих сердечників трансформаторів, електричними міжтрубними і надтрубними перемичками і представляють собою незалежні короткозамкнені електромагнітні контури, а трансформатори виконані багатофазними. Разом з тим, трансформатори виконані трифазними. Крім того, загальна вторинна трубчаста обмотка складається з пакету паралельно зв'язаних труб. Разом але з тим, ділянки, що представляють собою електромагнітні контури, загальною вторинної трубчастої обмотки виконані різної електричної провідності. Крім того, труби ділянок, що представляють собою електромагнітні контури, загальною вторинної трубчастої обмотки виконані різних діаметрів. Разом з тим, на кожній ділянці, що представляє собою електромагнітні контури, встановлені датчики температури. Також надтрубні перемички виготовлені у вигляді металевих півкілець. Разом з тим, надтрубні перемички, виготовлені у вигляді металевих півкілець, виконані шириною від однієї п'ятої до чверті діаметра труб, що з'єднуються. Крім іншого, надтрубні перемички виготовлені у вигляді металевих дуг. Разом з тим, надтрубні перемички виготовлені у вигляді металевих скоб. Крім іншого, міжтрубні перемички виготовлені у вигляді металевих сфер. Разом з тим, міжтрубні перемички виготовлені у вигляді металевих порожнистих циліндрів. Крім іншого, міжтрубні перемички виготовлені у вигляді металевих суцільних циліндрів.

Докази можливості здійснення нового електричного парогенератора з реалізацією зазначеного призначення наводяться нижче она конкретному прикладі електричного парогенератора. Цей характерний приклад реалізації конкретного електричного парогенератора згідно пропонованого винаходу ні в якій мірі не обмежує об'єм його правового захисту. У цьому

Зо прикладі дана лише конкретна ілюстрація нового електричного парогенератора.

Винахід пояснюється графічно, де: на фіг.1 показаний загальний вид трифазного електричного парогенератора (аксонометрія); на фіг. 2 - трубчаста вторинна обмотка (аксонометрія); на фіг. З - перетин А-А фії. 2.

В даному конкретному прикладі електричний парогенератор складається з двох трифазних трансформаторів 1, які включають набірні металеві сердечники 2, мають горизонтальну і вертикальну частини. Вертикальна частина металевих сердечників 2 сконструйована в вигляді стійок 3. На стійках З металевих сердечників 2 цих трифазних трансформаторів розташовані ізольовані від них первинні обмотки 4. Загальна для названих двох трифазних трансформаторів 1 вторинна трубчаста обмотка 5 виконана з суцільного мідної труби і має підвідний 6 і відвідний 7 патрубки. Загальна вторинна трубчаста обмотка 5 електричного парогенератора ізольована в магнітному полі і згорнута так, що охоплює всі стійки З набірних металевих сердечників 2 обох трансформаторів 1 у вигляді змійовика. Разом з тим, загальна вторинна трубчаста обмотка 5 забезпечена датчиками температури 8 і електричними перемичками: надтрубними 9 і міжтрубними 10. Надтрубні 9 електричні перемички з'єднують найбільш віддалені точки, а міжтрубні 10 з'єднують найближчі точки поверхонь загальної вторинної трубної обмотки 5 в площині перпендикулярній її осі. Надтрубні 9 електричні перемички виготовлені у вигляді, наприклад, металевих дуг, півкілець або скоб, а міжтрубні 10, у вигляді, наприклад, металевих сфер або мають форму циліндрів, суцільних або порожнистих. Міжтрубні 10 електричні перемички у вигляді металевих сфер призначені для точкового контакту трубами, що замикають, а у вигляді, що мають форму суцільних або порожнистих циліндрів для лінійного контакту між трубами. Як показали експериментальні дослідження, такий спосіб замикання загальної вторинної трубчастої обмотки 5 дозволяє наводити індукційні струми великої величини від 3900 А і вище. Токи такої величини необхідні для отримання пара для промислових цілей в кількості від 100 кг на годину до 2-х тонн на годину. У цьому випадку в якості матеріалу вторинної трубчастої обмотки 5 необхідно використовувати матеріал максимальної електропровідності, наприклад, мідь і її сплави. В даному конкретному випадку конструктивно надтрубна 9 перемичка виконана у вигляді півкільця шириною від однієї п'ятої до чверті діаметра труб, що з'єднуються. Це найбільш оптимальні розміри для конкретного бо прикладу. Експерименти показали, що тільки такий спосіб замикання загальної вторинної трубчастої обмотки 5 дозволяє наводити індукційні струми такої величини, які необхідні для створення струму щільністю понад 60 А / мм. І в цьому випадку можливе отримання в камері паротворення пара в кількості, необхідній для промислових цілей. Зокрема, загальна вторинна трубчаста обмотка 5 може складатися з ділянок різної електричної провідності і діаметрів.

Завдяки надтрубним 9 і міжгрубним 10 перемичкам загальна вторинна трубчаста обмотка 5 електрично розділена на ділянки, що представляють собою незалежні короткозамкнені електромагнітні контури, які охоплюють стійки З набірних металевих сердечників 2 і які створюють магнітну індукцію. Різна електрична провідність і різні діаметри на окремих ділянках загальною вторинної трубчастої обмотки 5 потрібні для управління і регулювання вироблення необхідної кількості теплової енергії, призначеної для нагріву води і перетворення її в пару.

Незалежні короткозамкнені електромагнітні контури дозволяють різко збільшити кількість одержуваної теплової енергії в порівнянні з прототипом.

Таким чином кожна ділянка загальною вторинної трубчастої обмотки 5, що охоплює стійки З набірних металевих сердечників 2 трифазних трансформаторів 1 від підвідного до відвідного патрубків розділена на контури електричними перемичками 9 і 10. Завдяки цьому, а також завдяки застосуванню трифазних трансформаторів внутрішня порожнина вторинної трубчастої обмотки 5 від підвідного патрубка 6 до відвідного патрубка 7 буде являти собою власне камеру пароутворення. У набірних металевих сердечниках 2 кожного контуру індукується магнітне поле однакового спрямування. Підбором електричних параметрів короткозамкнених контурів, що впливають на нагрівання труби, у внутрішній порожнині вторинної трубчастої обмотки 5, що відноситься до кожного такого контуру забезпечують термодинамічні умови, відповідні фазам переходу води в пароподібний стан в прямоточному електричному парогенераторі. Для підвищення теплоакумулюючої здатності камери пароутворення вторинна трубчаста обмотка 5 може складатися з пакета паралельно пов'язаних труб, покладених описаним вище чином.

Працює описаний електричний парогенератор наступним чином. Спочатку забезпечують рух води шляхом подачі її під тиском через підвідний патрубок 6 у внутрішню порожнину загальної вторинної трубчастої обмотки 5. Потім первинні обмотки 4 трифазних трансформаторів 1 підключають до мережі змінного струму. В результаті цього первинні обмотки 4 індукують в набірних металевих сердечниках 2 змінний магнітний потік. Під дією змінного магнітного потоку

Зо ділянки загальною вторинної трубчастої обмотки 5, які обмежені короткозамкненими електричними надтрубними 9 і міжтрубними 10 перемичками стають незалежними короткозамкненими електромагнітними контурами, які охоплюють магнітний потік в сердечниках 2. Електричні перемички у вигляді, наприклад, металевих півкілець 9 і металевих сфер 10 створюють безпечне коротке замикання в кожному незалежному контурі витків загальної вторинної трубчастої обмотки 5, що здатне проводити змінний струм великої величини. У загальній вторинної трубчастої обмотці 5 виникає електричний струм величиною від 3900 А і вище, що достатня для нагріву води і перетворення її в пару. Електричний струм такою величиною необхідний для ефективної роботи парогенератора і вироблення їм промислово необхідної кількості пара. Під дією електричного струму такої величини відбувається нагрів незалежних короткозамкнутих електромагнітних контурів загальної вторинної трубчастої обмотки 5. В даному випадку це дає можливість як би подовжити загальну вторинну трубчасту обмотку 5. Разом з тим, трифазні трансформатори за інших однакових показниках рівномірно навантажують електричну мережу і мають дроти меншого перетину в порівнянні з однофазними. Крім цього, трифазні трансформатори мають первинні обмотки менших розмірів у порівнянні з первинними обмотками однофазних трансформаторів такої ж потужності. А подовження загальної вторинної трубчастої обмотки 5 дає збільшення її теплоакумулюючої здатності. І як наслідок дає збільшення площі теплообміну внутрішньої порожнини за рахунок подовження вторинної трубчастої обмотки 5 і призводить до зменшення кількості опадів у пароводяному тракті вторинної трубчастої обмотки 5. Одночасно теплова енергія переходить до води, що рухається у внутрішній порожнині загальної вторинної трубчастої обмотки 5. Тут же відбувається випаровування води і отриманий пар виходить через відвідний патрубок 7.

Додаткові докази того, що задачу, яку поставили перед собою розробники нового електричного парогенератора вирішена, а саме, що новий електричний парогенератор дозволяє збільшити продуктивність пара при одночасному зниженні його габаритних розмірів і металоємності в порівнянні з прототипом наводяться нижче на конкретному експерименті, проведеному авторами винаходу. Крім того, нижченаведений експеримент доводить, що технічний результат, в процесі вирішення поставленої перед розробниками задачі досягнуто, а саме, що збільшується вироблення теплової енергії в одиницю часу для нагріву води і перетворення її в пару в порівнянні з прототипом. Були розроблені і випробувані два бо електричних парогенератора, обидва складаються з двох трансформаторів із загальною вторинною трубчастою обмоткою з мідної труби діаметром 22 мм, що охоплює всі стійки обох трансформаторів.

Обидва електричні парогенератори споживали від мережі однаковий струм 130 А з однаковою напругою в 380 В.

Перший електричний парогенератор - прототип, мав у своїй конструкції однофазний трансформатор, а інший трифазний, згідно технічною суттю, відображеною у формулі винаходу.

Перший електричний парогенератор-прототип мав потужність 50 КВт їі його габаритні розміри становили в мм. 572 х 490 х 375, причому його первинні котушки були з мідної шини 532. А другий електричний парогенератор згідно технічною суттю, відображеною у формулі винаходу, мав потужність 65 КВт.

Його габаритні розміри становили в мм. 600 х 426 х 300, а первинні котушки були з шини 514. Тиск води на вхідному патрубку у обох електричних парогенераторів становило 15 бар, а температура вхідної води 20"С.

Результати випробувань показали, що перший електричний парогенератор- прототип потужністю 50 КВт виробив 200 кг пари / година з коефіцієнтом сухості пара 30 95, а другий парогенератор потужністю 65 КВт виробив 250 кг пари / година з коеф. сухості 40 95, при цьому другий електричний парогенератор займає об'єм, в 1,37 рази менше, ніж перший, який є прототипом.

При цьому питома потужність другого електричного парогенератора в порівнянні з електричним парогенератором зросла в 1,78 рази.

З цих експериментальних досліджень видно переваги нового електричного парогенератора.

Claims (13)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Електричний парогенератор, який включає електричні трансформатори, що мають набірні металеві сердечники, призначені для створення замкнутого магнітного поля в них, первинні обмотки, розташовані на сердечниках і електрично ізольовані від них, загальну трубчасту вторинну обмотку, розташовану в магнітному полі ізольовано і охоплюючу всі стійки набірних металевих сердечників трансформаторів, міжтрубні, що з'єднують найближчі точки, і надтрубні, що з'єднують найбільш віддалені точки, перемички поверхонь загальної вторинної трубної обмотки в площині, перпендикулярній її осі, а також засоби для примусової подачі рідини через внутрішню порожнину загальної вторинної трубчастої обмотки, який відрізняється тим, що вторинна трубчаста обмотка розділена на ділянки, що охоплюють кожну стійку набірних Зо металевих сердечників трансформаторів, електричними міжтрубними і надтрубнимі перемичками, і являють собою незалежні короткозамкнені електромагнітні контури, а трансформатори виконані багатофазними.

2. Електричний парогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що його трансформатори виконані трифазними.

З. Електричний парогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що загальна вторинна трубчаста обмотка складається з пакета паралельно зв'язаних труб.

4. Електричний парогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що ділянки, що являють собою електромагнітні контури, загальної вторинної трубчастої обмотки виконані різної електричної провідності.

5. Електричний парогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що труби ділянок, що являють собою електромагнітні контури, загальної вторинної трубчастої обмотки виконані різних діаметрів.

6. Електричний парогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що на кожній ділянці, що являє собою електромагнітні контури, встановлені датчики температури.

7. Електричний парогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що надтрубні перемички виготовлені у вигляді металевих півкілець.

8. Електричний парогенератор за п. 7, який відрізняється тим, що надтрубні перемички, виготовлені у вигляді металевих півкілець, виконані шириною від однієї п'ятої до чверті діаметра труб, що з'єднуються.

9. Електричний парогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що надтрубні перемички виготовлені у вигляді металевих дуг.

10. Електричний парогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що надтрубні перемички виготовлені у вигляді металевих скоб.

11. Електричний парогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що міжтрубні перемички виготовлені у вигляді металевих сфер.

12. Електричний парогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що міжтрубні перемички виготовлені у вигляді металевих порожнистих циліндрів.

13. Електричний парогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що міжтрубні перемички виготовлені у вигляді металевих суцільних циліндрів.