Устройство для защиты от накипи ферромагнитной оболочки трубчатого электронагревателя

Изобретение относится к способам и устройствам для защиты и очистки от солевых отложений в виде «накипи» ферромагнитных поверхностей теплообмена, контактирующих с водными средами. Изобретение целесообразно использовать для защиты и очистки от накипи трубчатых нагревателей (охладителей), источником тепла в которых, может служить электрическая энергия, горячая вода, пар, продукты сгорания твердого, жидкого и газообразного топлива, а также для защиты теплообменников и подогревателей воды, стационарных котлов, конденсаторов турбин и систем охлаждения различного назначения. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет создания простого и дешевого способа защиты и очистки от накипи любых поверхностей теплообмена, не требующего для работы существенных энергозатрат и легко реализуемого посредством простых устройств, которые возможно устанавливать на любых теплообменных поверхностях независимо от их размеров и форм. Кроме того, цель изобретения - создание устройств, не требующих для своей установки дополнительных корпусов или трубных врезок. Поставленная цель достигается тем, что в способе защиты и очистки от накипи ферромагнитных поверхностей теплообмена, контактирующих с водными средами, заключающемся в воздействии на указанные поверхности магнитным полем, поверхности теплообмена постоянно намагничивают до насыщения магнитным полем с неизменной во времени напряженностью, либо с однополярной пульсирующей напряженностью, или с двуполярной напряженностью. Для осуществления способа предложено несколько вариантов устройств, содержащих источник магнитного поля, предназначенных для разных конструкций нагревателей и теплообменников, в которых в качестве источника магнитного поля для намагничивания поверхностей теплообмена используются постоянные магниты различных форм или электромагниты, обмотки которых связаны непосредственно с питающей сетью постоянного или переменного тока, или, через выпрямитель, с питающей сетью переменного тока.

Изобретение относится к способам и устройствам для защиты и очистки от солевых отложений в виде «накипи» ферромагнитных поверхностей теплообмена, контактирующих с водными средами. Изобретение целесообразно использовать для защиты и очистки от накипи трубчатых нагревателей (охладителей), источником тепла в которых, может служить электрическая энергия, горячая вода, пар, продукты сгорания твердого, жидкого и газообразного топлива, а также для защиты и очистки теплообменников и подогревателей воды, стационарных котлов, конденсаторов турбин и систем охлаждения различного назначения.

С общей точки зрения защита от накипи теплотехнического оборудования сводится к созданию между двумя средами (вода-поверхность теплообмена) таких условий, при которых накипь не накапливается на поверхностях теплообмена. В настоящее время чаще всего эта задача решается соответствующей водоподготовкой, при которой обеспечивается удаление из воды накипеобразователей и накипеналолнителей или изменение кинетики кристаллизации солей из воды, или соответствующим воздействием на поверхность теплообмена.

Известны способы водоподготовки, заключающиеся в обработке воды однородным магнитным полем, основным технологическим процессом которых является кратковременное пропускание потока воды через силовые линии магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами или электромагнитами постоянного или переменного тока (см. Авторские свидетельства СССР №№544616, 626044, №565883). Наиболее удачным из устройств для реализации указанных способов водоподготовки является устройство по патенту США №4662314, которое устанавливается на питательной трубе, расположенной внутри корпуса водонагревателя. Основным недостатком данных способов защиты от накипи является нестабильность результата, который зависит от химического состава воды, необходимость дополнительного пространства и дополнительного оборудования для подготовки воды перед ее контактом с поверхностью теплообмена.

Известен способ очистки ферромагнитных поверхностей теплообмена от отложений за счет их магнитострикционных (механических) колебаний, возникающих в ферромагнетике при воздействии на него внешним импульсным магнитным полем (Авт. св. СССР №1542646). При реализации данного способа защиты ферромагнитных

поверхностей теплообмена от накипи в качестве генератора импульсного внешнего магнитного поля выступает электромагнит однополярного импульсного тока, получающий питание от промышленной сети через последовательно соединенные согласующий трансформатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр и коммутатор. Такое устройство обеспечивает формирование на выходе однополярного импульсного напряжения, обычно с частотой 0,1-10 Гц и скважностью импульсов равной 2. При изменении магнитного поля от величины индукции насыщения до величины остаточной индукции возникает магнитострикционный эффект, т.е. периодическое расширение и сжатие поверхности теплообмена. В ферромагнитном материале создаются продольные колебания, разрушающие слой накипи, образующейся на поверхности теплообмена.

Недостатком известного способа являются ограниченные функциональные возможности и относительная сложность технической реализации способа. Проявляется это в том, что его применение экономически нецелесообразно для защиты и очистки малых поверхностей теплообмена, например, трубчатых электронагревателей (ТЭНов) промышленного и бытового назначения, электрокотлов малой мощности, котлов, работающих на жидком, твердом и газообразном топливе без применения электроэнергии, и т.п.

По технической сущности наиболее близким к заявляемому способу является способ защиты, и очистки поверхности ферромагнитных материалов от отложений по патенту РФ №2167728, заключающийся в создании в них магнитострикционных (механических) колебаний (изменение геометрических размеров), возникающих в ферромагнетиках под воздействием низкочастотного (0,1-10 Гц) импульсного магнитного поля. Указанный способ может использоваться для защиты и очистки от накипи внутренних поверхностей водонагревателей, паровых, водогрейных котлов и теплообменного оборудования различного назначения. В качестве генератора внешнего импульсного магнитного поля применяются электромагниты постоянного или переменного тока, установленные на поверхностях нагрева, питающиеся от промышленной сети через согласующий трансформатор, и управляемый преобразователь. Управляемый преобразователь может быть выполнен на базе управляемого выпрямителя, обеспечивающего периодическое подключение его выхода с частотой 0,1-10 Гц к промышленной сети переменного тока (для электромагнитов постоянного тока). Для электромагнитов переменного тока преобразователь может быть выполнен на базе симистора, обеспечивающего периодическое подключение обмотки электромагнита (с частотой 0,1-10 Гц) к промышленной сети переменного тока. Дополнительно от

управляемого преобразователя осуществляется магнитная обработка воды в питательном трубопроводе.

Недостатком указанного способа являются ограниченные функциональные возможности и сложность его осуществления. Это проявляется в ограниченных возможностях его использования для защиты малых поверхностей теплообмена, например, для трубчатых электронагревателей (ТЭНов) промышленного и бытового назначения, электрокотлов малой мощности, стационарных котлов, работающих на жидком, твердом и газообразном топливе без применения электроэнергии, и т.п. Недостатком устройства для реализации способа является невозможность его установки на поверхностях теплообмена небольших размеров, а также невозможность его использования для нагревателей, работающих без применения электроэнергии.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет создания простого и дешевого способа защиты и очистки от накипи любых поверхностей теплообмена, не требующего для работы существенных энергозатрат и легко реализуемого посредством простых устройств, входящих в состав нагревателя, которые возможно устанавливать на любых теплообменных поверхностях независимо от их размеров и форм. Кроме того, цель изобретения - создание устройств, не требующих для своей установки дополнительных корпусов или трубных врезок.

Поставленная цель достигается тем, что в способе защиты и очистки от накипи ферромагнитных поверхностей теплообмена, контактирующих с водными средами, заключающемся в воздействии на указанные поверхности магнитным полем, поверхности теплообмена постоянно намагничивают до насыщения магнитным полем с неизменной во времени напряженностью, либо с однополярной пульсирующей напряженностью, или с двуполярной напряженностью.

Возможность применения магнитного поля с постоянной напряженностью, путем использования постоянных магнитов для намагничивания поверхностей теплообмена позволяет применять предлагаемый способ для защиты малых поверхностей теплообмена и поверхностей теплообмена автономных объектов, работающих без применения электроэнергии.

При этом возможный механизм защиты поверхности теплообмена (оболочки теплообменного устройства) от накипи может протекать следующим образом:

Поскольку ферромагнитная оболочка намагничена, то магнитное поле оболочки оказывает влияние на кинетику процессов кристаллизации солей из воды, обуславливая образование центров кристаллизации в воде на границе с намагниченной оболочкой. Выделение накипеобразователей происходит не на оболочке, а в объеме воды на границе с

оболочкой с выделением вместо твердой фазы накипи подвижного тонкодисперсного шлама. Кроме того, одним из продуктов коррозии ферромагнитных поверхностей является гидроокись железа Fе(ОН)₃*nH₂ О, которая в результате дегидратации может переходить в магнетит Fе₃О₄. В отсутствие магнитного поля слой гидроокиси железа на теплообменной поверхности постоянно размывается водой. Если же эта поверхность намагничена, то гидроокись железа притягивается к ней и образует изолирующий слой, препятствующий проникновению кислорода в более глубокие слои, при этом, не снижая теплопроводных свойств поверхности. В этих условиях на теплообменной поверхности или оболочке теплообменного устройства образуется магнетит Fе₃O ₄, который не только защищает поверхности от накипи, но и от коррозии. Проведенные исследования показали, что на намагниченных поверхностях теплообмена в процессе работы теплообменных устройств накипь практически не оседает.

Для осуществления способа предложено несколько вариантов устройств, содержащих источник магнитного поля, предназначенных для разных конструкций нагревателей и теплообменников. В качестве прототипа рассматривается устройство для реализации способа по патенту РФ №2167728, содержащее импульсный источник магнитного поля, установленный на поверхность теплообмена, который обеспечивает ее магнитострикционные колебания.

В первом варианте устройство предназначено для защиты от накипи ферромагнитной оболочки трубчатого нагревателя или охладителя, контактирующей с водной средой, концы которой снабжены элементами крепления, и содержит источник магнитного поля. В отличие от прототипа, по меньшей мере, на одном конце оболочки трубчатого нагревателя в постоянном контакте с ферромагнитной оболочкой закреплены постоянные магниты или сердечники электромагнитов, обмотки которых связаны непосредственно с питающей сетью постоянного или переменного тока, или через выпрямитель - с питающей сетью переменного тока.

Для систем, выполненных в виде блока трубчатых нагревателей или охладителей, установленных параллельно друг другу и своими концами закрепленных на общем ферромагнитном фланце, устройство для защиты и очистки от накипи, содержит источник магнитного поля, закрепленный на общем ферромагнитном фланце, в постоянном контакте с ним. В этом варианте источник магнитного поля также выполнен в виде постоянных магнитов или электромагнитов, обмотки которых связаны непосредственно с питающей сетью постоянного или переменного тока, или через выпрямитель - с питающей сетью переменного тока.

В устройствах для защиты от накипи ферромагнитных оболочек трубчатых электронагревателей, обмотки электромагнитов могут быть включены последовательно с одним или несколькими нагревательными элементами трубчатых электронагревателей.

В следующем варианте, устройство для защиты и очистки теплообменных ферромагнитных поверхностей труб и трубных решеток, установленных внутри ферромагнитного корпуса теплообменного или нагревательного аппарата, контактирующих в водной средой, содержит источник магнитного поля. На корпусе аппарата по периметру креплений трубных решеток в постоянном контакте с корпусом и трубными решетками закреплены постоянные магниты или сердечники электромагнитов, обмотки которых связаны непосредственно с питающей сетью постоянного или переменного тока, или через выпрямитель - с питающей сетью переменного тока.

Еще один вариант устройства предназначен для защиты и очистки поверхностей теплообмена водотрубных или других котлов. В этом устройстве источник магнитного поля выполнен в виде постоянных магнитов или электромагнитов, обмотки которых связаны непосредственно с питающей сетью постоянного или переменного тока, или через выпрямитель - с питающей сетью переменного тока, и установлен на наиболее металлоемких поверхностях теплообмена.

В устройстве, предназначенном для защиты и очистки ферромагнитных каналов охлаждения двигателей различного назначения, в котором указанные каналы соединены с ферромагнитными входным и выходным штуцерами охлаждающей среды, содержащем источник магнитного поля, на ферромагнитных штуцерах входа и выхода охлаждающей среды закреплены постоянные магниты или сердечники электромагнитов, обмотки которых связаны непосредственно с питающей сетью постоянного или переменного тока, или через выпрямитель - с питающей сетью переменного тока.

Во всех вышеописанных вариантах для удобства установки или обеспечения условий применения постоянные магниты или сердечники электромагнитов могут быть установлены на указанных элементах через ферромагнитные удлинители.

В качестве выпрямителя может быть использован неуправляемый выпрямитель, что дополнительно упрощает устройство.

Основным фактором защиты ферромагнитных поверхностей теплообмена является поддержание их в намагниченном состоянии. В случае применения для этого электромагнитов постоянного или переменного тока, когда на их обмотки поступает выпрямленное или переменное напряжение промышленной сети, поверхность теплообмена дополнительно начинает подвергаться магнитострикционным (механическим) колебаниям под действием электромагнитного поля, что, в свою очередь,

приводит к дополнительной защите и очистке поверхности теплообмена от накипи. Следует отметить, что магнитострикция является четной функцией магнитного поля, т.е. знак деформации ферромагнитного материала не зависит от направления вектора магнитного поля.

Далее, изобретение поясняется рисунками, на которых представлено:

На Фиг.1 - формы напряжений постоянного и переменного тока для питания обмоток электромагнитов.

На Фиг.2 и Фиг.3 - устройства, реализующие способ очистки от накипи трубчатых нагревателей с применением постоянных магнитов, на Фиг.4 и Фиг.5 - устройства для защиты и очистки трубчатых нагревателей с применением электромагнитов, на Фиг.6 и Фиг.7 - варианты подключения обмоток электромагнитов при их питании силовым током трубчатых электронагревателей, на Фиг.8 и Фиг.9 показан вариант устройства, реализующий способ для блока параллельно установленных трубчатых нагревателей с применением постоянных магнитов, на Фиг.10 - вариант устройства для блока параллельно установленных трубчатых электронагревателей с применением электромагнитов, на Фиг.11 схематически представлены варианты установки постоянных магнитов через ферромагнитные удлинители, на Фиг.12 - схематическое представление вариантов установки электромагнитов через ферромагнитные удлинители, на Фиг.13 схематически показано теплообменное устройство в виде труб и трубных решеток, на Фиг 14 и 15 - варианты установки постоянных магнитов и электромагнитов на корпусах теплообменных устройств, на Фиг.16 - вариант крепления постоянных магнитов для сложных и криволинейных теплообменных поверхностей, на Фиг.17 - вариант выполнения устройства для защиты и очистки поверхностей водогрейного котла, на Фиг.18 - вариант выполнения устройства для защиты и очистки каналов охлаждения двигателей различного назначения.

На Фиг.1 показаны формы напряжений, питающих обмотки электромагнитов. Это может быть постоянное напряжение 1, например, при питании обмотки от аккумуляторной батареи; однополярное пульсирующее напряжение 2 на выходе неуправляемого выпрямителя, связанного входом с промышленной сетью; или переменное напряжение 3 при соединении обмотки непосредственно с промышленной сетью переменного тока. Любые формы постоянных, переменных или пульсирующих напряжений могут использоваться для питания электромагнитов устройств по данному изобретению. Для устройств небольшого размера, или устройств, работающих в отсутствие электропитания, целесообразно использовать постоянные магниты, формирующие магнитное поле с неизменной во времени напряженностью.

На Фиг.2 трубчатый нагреватель имеет ферромагнитную оболочку 4, контактирующую с нагреваемой водной средой 5, штуцер 6 для крепления трубчатого нагревателя через уплотнительную прокладку 7 к фланцу или корпусу 8 водонагревающего устройства посредством гайки 9, и постоянные кольцевые магниты 10, установленные непосредственно на концы ферромагнитной оболочки 4 трубчатого нагревателя в постоянном контакте с ней, но за пределами контакта оболочки 4 с водной средой 5. Хотя на Фиг.2 показаны постоянные магниты, установленные на двух концах оболочки трубчатого нагревателя, на практике, магнит может быть установлен на одном из концов трубчатого нагревателя. В качестве трубчатого нагревателя в данном случае рассматриваются любые виды трубчатых нагревателей, в которых в качестве источника нагрева служит среда, пропускаемая по внутренней полости трубчатого нагревателя, например, горячая вода, пар, продукты сгорания твердого, жидкого и газообразного топлива. Также в качестве трубчатого нагревателя на Фиг.2 можно рассматривать трубчатый электронагреватель, внутри оболочки которого установлен нагревательный элемент, нагревающийся при прохождении по нему постоянного или переменного электрического тока (ТЭН).

На Фиг.3 показан вариант установки постоянного магнита 10 на конце оболочки 4 трубчатого нагревателя путем его запрессовки внутри штуцера б, выполненного из немагнитного материала. Такой вариант установки магнита обеспечивает его защиту от механических повреждений.

При больших размерах трубчатых нагревателей и наличии электроэнергии целесообразно использовать в качестве источника магнитного поля электромагниты постоянного или переменного тока. На Фиг.4 показан вариант выполнения устройства, в котором электромагнит установлен на конце оболочки 4 трубчатого нагревателя. Обмотка электромагнита 11 связана с блоком питания 13, который включает в себя неуправляемый выпрямитель и, при необходимости, согласующий трансформатор (для электромагнита постоянного тока), или при необходимости только согласующий трансформатор (для электромагнита переменного тока). Сердечники 12 электромагнитов могут быть размещены либо на одном, либо на обоих концах трубчатого нагревателя. Здесь ферромагнитная оболочка трубчатого нагревателя служит продолжением сердечника электромагнита. В этих вариантах исполнения блок питания 13 целесообразно выполнять с выходом на постоянном токе, т.к. при работе на переменном токе возможны повышенные потери в сердечниках (оболочках трубчатых нагревателей) за счет вихревых токов. В случае необходимости из-за особенностей конструкции электромагнит может быть установлен так, как это показано на Фиг.5. Здесь в удлиненном сердечнике 12

электромагнита выполнено отверстие, посредством которого он одевается на один из концов оболочки 4 трубчатого нагревателя и закрепляется при помощи любых соединений. Сердечник может быть разборным и крепиться на оболочке болтовыми соединениями.. При использовании электромагнита переменного тока, сердечник 12 следует изготовить шихтованным, выполненным из электротехнической стали.

В случае применения в качестве источника магнитного поля электромагнитов, возникает дополнительный эффект очистки поверхности от накипи, вызванный магнитострикционными колебаниями, обусловленными тем, что напряжение питания электромагнитов является пульсирующим выпрямленным напряжением промышленной сети частотой 100 Гц (2 на Фиг.1) или переменным напряжением частотой 50 Гц (3 на Фиг.1). Сталь оболочки трубчатых нагревателей относится к магнитострикционным материалам с относительно малым коэффициентом магнитострикции (_м(5-10)10^-6 ] и его геометрические размеры зависят от величины напряженности магнитного поля. Магнитное насыщение стали наступает обычно при напряженности магнитного поля Н_н(16-40) кА/м. Поскольку магнитострикция является четной функцией магнитного поля, т.е. знак деформации стали не зависит от направления вектора магнитного поля, то характер изменения магнитострикционных колебаний не зависит от указанных форм питающего напряжения.

При применении вышеописанных вариантов реализации заявляемого способа для водо-водяных теплообменников, где трубчатые теплообменники контактируют с водой с двух сторон (внутри и снаружи), защита и очистка от накипи действуют с обеих этих сторон ферромагнитных оболочек труб.

На Фиг.6 показан еще один вариант выполнения устройства для защиты от накипи оболочек трубчатых электронагревателей на основе электромагнитов, в котором, в качестве тока намагничивания используется постоянный или переменный ток нагрузки трубчатого электронагревателя. Для этого обмотка 11 электромагнита включена последовательно с нагревательным элементом ТЭНа, а ток нагрузки является током намагничивания электромагнита. На Фиг.6 представлен вариант с обмоткой 11 электромагнита, намотанной на трубчатый сердечник и надетой непосредственно на оболочку 4 ТЭНа. На Фиг.7 представлен вариант со съемным электромагнитом, сердечник которого 12 закреплен на оболочке 4 ТЭНа при помощи любого известного соединения, например, болтового. Обмотка 11 на Фиг.7 также соединена последовательно с нагревательным элементом ТЭНа, размещенным внутри его ферромагнитной оболочки 4.

На Фиг.8 и 9 представлено водонагревающее устройство (или устройство охлаждения), в котором N трубчатых нагревателей (охладителей) 4₁ , 4₂... 4_n

расположенных параллельно друг другу, закреплены посредством штуцеров 6, уплотнительных прокладок 7 и гаек 9 на общем корпусе или фланце 8. В этом случае общий для всех нагревателей 4 постоянный магнит 10 или несколько постоянных магнитов 10 установлены на общем ферромагнитном фланце или корпусе 8. Точно так же, как и в предыдущих вариантах, вместо магнита или магнитов 10 на общем корпусе или фланце могут быть установлены сердечники 12 электромагнитов (см. Фиг 10). Их обмотки 11 при этом могут быть соединены последовательно с нагревательными элементами ТЭНов.

На Фиг.11 условно на одном трубчатом нагревателе представлены варианты установки магнитов 10 на оболочке 4 трубчатого нагревателя, или на общем корпусе или фланце 8, через ферромагнитные удлинители 14. Этот вариант целесообразен при относительно высоких температурах нагрева оболочек трубчатых нагревателей, фланца и корпуса в месте крепления постоянных магнитов, превышающих температурные условия применения магнитов (для температур, за точкой Кюри). На Фиг 12 также условно на одном трубчатом нагревателе показаны варианты крепления сердечников 12 электромагнитов через ферромагнитные удлинители 14 на оболочке 4, либо на общем корпусе или фланце 8.

На Фиг.13 схематически представлено теплообменное устройство с трубными решетками, на Фиг.14 и Фиг.15 показан вид А-А Фиг.13 для разных вариантов выполнения устройства защиты и очистки от накипи. Теплообменное устройство содержит трубные решетки 16, установленные в корпусе 15, закрепленные в решетках 16 трубы 17, по которым протекает теплоноситель или охлаждающая среда, в зависимости от применения, входной 18 и выходной 19 патрубки межтрубного пространства 20. В таком устройстве водная (охлаждаемая или нагреваемая, а также охлаждающая или нагревающая) среда может находиться как в трубах 17, так и в межтрубном пространстве 20. Для защиты от накипи теплообменных поверхностей труб и трубных решеток постоянные магниты 10 или обмотки 11 электромагнитов установлены на корпусе по периметру креплений трубных решеток. На Фиг.14 показан пример крепления постоянных магнитов 10 посредством стяжек 21 из немагнитного материала, в пазах которых установлены постоянные магниты 10. Стяжки 21 закрепляются на внешней стороне корпуса 15 в местах крепления трубных решеток 16 и соединяются между собой любым соединением, например, болтовым (не показано). На Фиг.15 показано устройство с использованием электромагнитов. В этом случае, сердечник 12 электромагнита закреплен на ферромагнитной стяжке 21.

Еще один вариант выполнения намагничивающего устройства на постоянных магнитах 10 для сложных поверхностей теплообменников или нагревателей представлен на Фиг.16. Для удобства размещения магнитов для намагничивания теплообменных поверхностей сложной формы магниты 10 запрессованы в полимерный материал 22. Лента из полимерного материала с постоянными магнитами достаточно просто крепится на сложных, криволинейных или разветвленных поверхностях, например, на корпусе по внешнему периметру трубных решеток.

На Фиг.17 представлен вариант выполнения устройства защиты и очистки от накипи поверхностей водогрейного водотрубного котла. Схематически котел включает в себя, например, экономайзер некипящего типа 23, обогреваемый продуктами сгорания топлива и обеспечивающий подогрев питательной воды, которая поступает в котел, экраны поверхности нагрева 24, расположенные на стенках топки и газоходов и ограждающие их от воздействия высоких температур, среднюю радиационную часть экрана 25, расположенную в средней части топки котла, коллекторы 26, предназначенные для сбора и раздачи воды, объединяющие группы труб 27, каркас котла 28, входной 29 и выходной патрубки 30 питательной воды. Для защиты от накипи теплообменных поверхностей котла постоянные магниты 10 (вместо них могут быть установлены электромагниты постоянного или переменного тока) через ферромагнитные удлинители 14 установлены на наиболее металлоемких ферромагнитных элементах котла. Если температура поверхностей этих элементов не превышает температурные условия применения постоянных магнитов или электромагнитов, то они могут устанавливаться без ферромагнитных удлинителей 14, непосредственно на указанных поверхностях.

На Фиг.18 представлена схема расположения магнитов или электромагнитов для защиты каналов охлаждения, например, двигателя внутреннего сгорания. На рисунке схематически показан двигатель внутреннего сгорания 31, ферромагнитные каналы охлаждения 32, насос 33, обеспечивающий циркуляцию охлаждающей жидкости по каналам 32, входной 34 и выходной 35 патрубки охлаждающей воды. Кольцевые магниты 10 установлены на входном 34 и выходном 35 патрубках с внешней стороны корпуса двигателя 31. Как уже отмечалось ранее, вместо постоянных магнитов 10 здесь могут быть установлены электромагниты, с обмотками, подключенными к питающей сети постоянного или переменного тока.

Работу устройства лучше начать с описания Фиг.2. Для примера рассмотрим работу трубчатого нагревателя, в качестве которого используется трубчатый электронагреватель (ТЭН), в котором источником нагрева служит электрический ток. Следует отметить, что в данном изобретении трубчатым нагревателем может быть любое

устройство трубчатой формы, по которому проходит нагревающая или охлаждающая среда, например, вода или другой теплоноситель. При подключении нагревательного элемента ТЭНа к промышленной сети, оболочка 4 начинает нагреваться и нагревать воду 5. Поскольку ферромагнитная оболочка 4 намагничена за счет соединения с постоянным магнитом 10, то магнитное поле оболочки оказывает влияние на кинетику образования центров кристаллизации в воде. Кристаллизация накипеобразователей происходит не на самой оболочке 4, а на границе контакта воды с намагниченной оболочкой 4 с выделением вместо твердой фазы накипи подвижного тонкодисперсного шлама, который уносится с водой. Кроме того, исследования показали, что на поверхности намагниченной оболочки ТЭНа или любого другого теплообменника с намагниченной поверхностью образуется тонкий слой магнетита Fе₂O₄ , который является слоем, изолирующим поверхность от проникновения кислорода в более глубокие слои и защищающим поверхность теплообмена не только от накипи, но и от коррозии. Наиболее эффективным устройством для защиты оболочки трубчатого нагревателя (теплообменника) является устройство, представленное на Фиг.3, где постоянный кольцевой магнит 10 расположен внутри штуцера 6. Этот вариант обеспечивает защиту постоянного магнита от механических повреждений и может применяться при нагреве до температур, которые ограничиваются только температурными условиями применения магнитов (для магнитов Nd-Fe-B температура применения не превышает 120°С).

Работа устройства, представленного на Фиг.4 аналогична работе вышеописанных устройств с той лишь разницей, что намагничивание поверхности оболочки 4 трубчатого нагревателя осуществляется электромагнитом, и поэтому возникает дополнительный эффект очистки оболочки от накипи, вызванный магнитострикционными колебаниями в материале оболочки под действием однополярного пульсирующего (2 на Фиг.1) или двуполярного (3 на Фиг.1) напряжения.

Работа устройства на Фиг.5 ничем не отличается от работы предыдущих устройств. Намагничивание оболочки 4 происходит от сердечника 12, надетого на конец оболочки 4.

Устройство, показанное на Фиг.6 и Фиг.7 целесообразно использовать для трубчатых электронагревателей. Оно отличается тем, что для намагничивания оболочки 4 ТЭНа используется постоянный или переменный ток, протекающий по нагревательному элементу, расположенному внутри оболочки 4 ТЭН за счет последовательного соединения нагревательного элемента и обмотки 11 электромагнита. Устройство удобно тем, что не требует специального источника питающего напряжения для своей работы и работает при работе нагревательного элемента.

В устройствах, представленных на Фиг.8, Фиг.9 и Фиг.10 намагничивание оболочек 4₁, 4 ₂ ...4_n осуществляется от общего магнита 10 (Фиг.8 и 9) или от сердечника электромагнита 12 (Фиг.10) через общий ферромагнитный фланец 8, с которым контактируют как концы оболочек 4₁, 4₂ ... 4_n, так и магнит 10 на Фиг.8 и 9, или сердечник электромагнита 12 на Фиг.10. В остальном работа устройства аналогична работе вышеописанных устройств.

Варианты построения устройств на Фиг.11 и 12 используют ферромагнитные удлинители 14 для установки магнитов 10 на Фиг.11 и сердечников электромагнитов 12 на Фиг.12 на поверхности теплообмена. При этом намагничивание поверхностей происходит через ферромагнитные удлинители, которые используются для снижения температуры нагрева постоянных магнитов или сердечников электромагнитов от нагреваемых поверхностей теплообмена. Ферромагнитные удлинители целесообразно использовать при температурах оболочек трубчатых нагревателей, превышающих диапазон рабочих температур постоянных магнитов или электромагнитов.

Намагничивание теплообменных поверхностей труб 17 на Фиг.13, 14 и 15, происходит через ферромагнитные трубные решетки 16, в которых эти трубы запрессованы. Намагничивание трубных решеток в свою очередь обеспечивается постоянными магнитами 10 или электромагнитами 12, установленными на внешней стороне корпуса теплообменного аппарата по периметру крепления трубных решеток в корпусе. При этом обеспечивается защита и очистка от накипи, как внутренних, так и внешних поверхностей труб 17. Здесь трубы контактируют как с водной средой, протекающей по трубам, так и с водной средой, находящейся в межтрубном пространстве 20. Для устройств защиты на основе постоянных магнитов, вместо стяжек 21 в варианте на Фиг.14, можно использовать устройство, показанное на фиг.16. В этом случае лента 22 из полимерного материала с запрессованными в ней постоянными магнитами 10 размещается по периметру трубной решетки 16. Такую ленту удобно крепить на разветвленных или криволинейных поверхностях теплообмена устройств различного назначения.

Схема защиты и очистки от накипи водотрубного котла на Фиг.17 предполагает установку постоянных магнитов или электромагнитов на наиболее металлоемких ферромагнитных элементах котла: экономайзере 23, средней радиационной части экрана 25, экранах поверхности нагрева 24, коллекторах 26, а также на входном 29 и выходном 30 патрубках питательной воды. От этих элементов происходит намагничивание остальных труб и других элементов котла. Из-за высоких температур поверхностей теплообмена котла магниты 10 (либо электромагниты) устанавливаются на указанных поверхностях

через ферромагнитные удлинители 14. Во многом расположение постоянных магнитов или электромагнитов зависит от удобства и доступности мест их размещения, и определяется при проектировании конкретного оборудования.

Намагничивание ферромагнитных каналов 32 охлаждения двигателей на Фиг.18 происходит от входного 34 и выходного 35 патрубков охлаждающей воды, на которых установлены постоянные магниты 10 (или электромагниты).

Предложенный способ и варианты устройств реализации обеспечивают простой и сравнительно недорогой механизм защиты от накипи теплообменных поверхностей в оборудовании любого назначения: нагревателей, котлов, холодильников, парогенераторов, трубчатых нагревательных элементов или элементов охлаждения. Предложенный способ и устройства его реализации позволяют выпускать нагревательные или теплообменные элементы с комплектацией устройствами их защиты от накипи при минимальных затратах на переналадку технологического оборудования. Теплообменные элементы, укомплектованные устройствами защиты от накипи существенно повышают КПД оборудования, для которого они предназначены, продлевают срок его службы при сохранении эффективности работы, при этом, значительно снижаются затраты на ремонт и замену элементов теплообменных устройств.

Устройство для защиты от накипи ферромагнитной оболочки трубчатого электронагревателя, концы которой снабжены элементами крепления к корпусу электронагревателя, содержащее источник магнитного поля, отличающееся тем, что, по меньшей мере, на одном конце оболочки трубчатого электронагревателя, выходящей за пределы корпуса электронагревателя, закреплен постоянный магнит или электромагнит, обмотка которого включена последовательно с нагревательным элементом трубчатого электронагревателя.