Индукционный нагревательный элемент
Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к электронагревателям, предназначенным для предотвращения образования ледяной корки, наледи, изморози на бетонных конструкциях и подвижных элементах плотин гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС), а также для обогрева, например, отдельных конструкций больших промышленных сооружений.
Целью предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей электронагревателя и упрощение технологии изготовления.
В основу изобретения поставлена также задача улучшения индукционного нагревательного элемента, в котором, вследствие выполнения его корпуса из набора трубчатых элементов, обеспечивается новый технический результат, обеспечивающий не только снижение затрат на эксплуатацию, но и увеличение срока использования нагревателя в целом.
Из описания примера осуществления устройства индукционного нагревательного элемента видно, что его использование позволяет реализовать энергосберегающую технологию обработки бетона и бетонных конструкций. Устройство позволяет минимизировать как эксплуатационные затраты, так и затраты при строительстве крупномасштабных объектов в условиях низких среднегодовых температур, а также способно обеспечить их защиту от образования ледяной корки, наледи, изморози на бетонных конструкциях и подвижных элементах плотин электростанций.
Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к электронагревателям, предназначенным для предотвращения образования ледяной корки, наледи, изморози на бетонных конструкциях и подвижных элементах плотин гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС), а также для обогрева, например, отдельных конструкций больших промышленных сооружений.
Известно, что для нагрева жидких и газообразных сред применяют закрытые электронагреватели, представляющие собой металлические оболочки, внутри которых в электроизоляционном материале размещены нагревательные элементы с выводами, [см. Электротермическое оборудование. Справочник. - М.: Энергия, стр.181-84, 1980 г.]. Электроизолирующая среда может быть в виде различных сыпучих материалов [см. описание к патенту РФ 
2120199, М. кл. H05B 3/48, опубл. 10.10.98]., либо в виде опорного изолятора, например, с винтовыми канавками [см., например, описание к патенту Украины на полезную модель 13969, М. кл. H05B 3/42, опубл. 15.04.2006]. Упомянутые устройства используют резистивные нагревательные элементы, которые для создания эффективного тепла на поверхности должны обеспечивать большой градиент температуры, который возможен при значительном нагреве нагревательного элемента, что приводит к его перегреву и выходу из строя нагревателя в целом.
Известно, что для нагрева больших объемов или площадей в некоторых случаях применяют установки, основным элементом которых являются нагревательные кабели с различными типами изоляции, обеспечивающие обогрев строительных конструкций или значительных площадей [см. например, описание к патенту РФ 2168872, М. кл. H05B 3/56, F24D 13/02, опубл. 10.06.2001 или 2267237, М. кл. H04B 3/56, 1/02]. Они обеспечивают нагревание соответствующих сооружений и их эффективное использование при различных температурах окружающей среды. Однако, устройство таких установок, как правило, представляет собой плоскую конструкцию, которую формируют на небольшом расстоянии от поверхности сооружения. Устройство на основе такого технического решения очень уязвимо, поскольку может быть повреждено внешним воздействием, например, при строительных или иных работах, выполняемых тяжелой техникой.
Известно, что успешное решение многочисленных задач, связанных с нагревом различного рода устройств, возможно в результате применения в промышленности устройств и способов индукционного нагрева [см. Слухоцкий А.Е., Рыскин С.Е. Индукторы для индукционного нагрева. - Л.: Энергия, 284 с.1974 г.]. Однако, природа индукционного нагрева такова, что, как правило, в зависимости от условий технической задачи, от конструкции нагреваемых объектов в каждом конкретном случае необходимо разрабатывать специальные устройства, технологии их изготовления и использования. В любом случае установка для индукционного нагрева металла состоит, как минимум, обычно из источника энергии и индуктора, представляющего собой спираль или провод какой-либо формы в зависимости от типа нагреваемого объекта, который помещают внутри индуктора или около него. То есть функциональные возможности устройств ограничены формой объектов, для нагрева которых они предназначены.
Индукционный нагрев может быть применен как для термообработки некоторых типов монолитных конструкций в условиях строительной площадки, так и для ускорения твердения бетона конструкций в условиях низких температур. Эффективен такой нагрев для насыщенных арматурой каркасных конструкций и конструкций возводящихся в стальной опалубке [см. Руководство по производству бетонных работ в зимних условиях, районах Дальнего востока, Сибири и крайнего севера / ЦНИИОМТП Госстроя СССР. М.: Стройиздат, 1982 - 213 с.]. Он обеспечивает собственно прогрев бетона насыщенных металлом конструкций, обеспечивает равномерное по сечению и длине конструкций температурное поле. Однако, при отсутствии каркасных конструкций в составе бетона или металлической опалубки при строительстве использование индукционного нагрева мало эффективно или вообще не возможно. В таких случаях используют нагреватели с резистивными нагревательными элементами.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для нагрева вертикальных конструкций в нефтегазовой промышленности, например, используют индукционные нагреватели, устройство которых включает корпус, являющийся одновременно магнитным сердечником, нагревательный элемент в виде индукционной катушки, контактный узел с токоподводящим кабелем [см. описание к патенту РФ 2198284, М. кл. E21B 36/04, опубл. 10.02.2003]. При этом нагревательный элемент в виде индукционной катушки намотан на наружной поверхности корпуса, который является магнитным сердечником и насосно-компрессорной трубой, оснащенной металлическими кольцами с разрезами, через которые проложены провода обмоток индукционной катушки.
При значительных линейных размерах нагревателя он создает тепловой поток достаточный для нагревания нефти, проходящей через него, до температуры, при которой не происходит образование асфальто-смолопарафиновых отложений.
Однако нагреватель такой конструкции достаточно сложный, требует значительных затрат при изготовлении, а его применение ограничено областями предполагаемых отложений в насосоно-компрессорных трубах. К тому же в случае нарушений в электропроводе ремонт становится большой проблемой.
Поэтому целью предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей электронагревателя и упрощение технологии изготовления.
В основу изобретения поставлена также задача улучшения индукционного нагревательного элемента, в котором, вследствие выполнения его корпуса из набора трубчатых элементов, образующих одно целое, выполнения магнитопровода в форме пары вертикально установленных трубчатых элементов, соединенных сварочными швами с двух сторон вдоль образующих, закрытия торцов пары дисками с двумя отверстиями, установки на дисках коммутационных патрубков, также закрытых дисками, при этом нижний торец нижнего коммутационного патрубка закрыт глухим диском, верхний торец верхнего коммутационного патрубка, в котором установлен контактный узел, закрыт диском с отверстием, на котором установлена первая секция крепежной штанги с монтажным приспособлением, обеспечивается указанный выше технический результат, обеспечивающий не только снижение затрат на эксплуатацию, но и увеличение срока использования нагревателя в целом.
Поставленная задача решается тем, что в известном индукционном нагревательном элементе, содержащем контактный узел и магнитопровод, согласно полезной модели, корпус, выполнен из набора трубчатых элементов, образующих одно целое, в котором магнитопровод выполнен в форме пары вертикально установленных трубчатых элементов, соединенных сварочными швами с двух сторон вдоль образующих, торцы пары закрыты дисками с двумя отверстиями, на дисках установлены коммутационные патрубки также закрытые дисками, при этом нижний торец нижнего коммутационного патрубка закрыт глухим диском, верхний торец верхнего коммутационного патрубка, в котором установлен контактный узел, закрыт диском с отверстием, на котором установлена первая секция крепежной штанги с монтажным приспособлением.
Согласно полезной модели, контактный узел выполнен с возможностью подключения трехжильного провода.
Согласно полезной модели, внутренний диаметр коммутационных патрубков равен диаметру окружности, описывающей пиру сваренных труб.
Согласно полезной модели, первая секция крепежной штанги снабжена муфтой с резьбой.
Согласно изобретению, первая секция крепежной штанги выполнена с фланцем.
Как видно из изложения сущности технического решения, оно отличается от прототипа и, следовательно, является новыми.
Предлагаемое устройство принципиально отличается от известных тем, что способно использоваться как самостоятельно, например в бетонных работах, так и в комплексе с дополнительными металлическими емкостями, заполненными жидким теплоносителем. В последнем случае они особенно эффективны для предотвращения образования ледяной корки, наледи, изморози на бетонных конструкциях и подвижных элементах плотин гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС), особенно в районах с низкими среднегодовыми температурами.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо и было реализовано при строительстве Днестровской ГАЭС, г.Новоднестровск и Ташлыкской ГАЭС, г.Южноукраинск.
Устройство нагревательного элемента показано на следующих фигурах. В таблице показаны основные размеры нагревателя, нагревательного элемента и корпуса.
Фиг.1 Общий вид нагревательного элемента.
Фиг.2 Нагревательный элемент (сечение по АА).
Фиг.3 Общий вид соединения секций крепежной штанги (вариант 1).
Фиг.4 Общий вид соединения секций крепежной штанги (вариант2).
 | Нагреватель плавучей запани | Нагреватель аварийно-ремонтного затвора | Нагреватель ремонтного затвора и сороулавливающей решетки |
| Общая длина закладной трубы, L1, м | 16,6 | 15,00 | 12,00 |
| Общая длина нагревательного элемента, L2, м | 7,50 | 5,50 | 5,50 |
| Длина пары сваренных труб, L3, м | 7,00 | 5,00 | 5,00 |
| Длина коммутационного патрубка L4, мм | 250,00 | 250,00 | 250,00 |
| Длина первой секции монтажной трубы, L5, мм | 1460,00 | 1500,00 | 150,00 |
Толщина писков,  мм | 5,00 | 5,00 | 5,00 |
| Диаметр труб и отверстий, d1, мм | 48,00 | 48,00 | 48,00 |
| Диаметр коммутационного патрубка, d2, мм | 102,00 | 102,00 | 102,00 |
| Количество секций монтажной трубы, n | 5 | 4 | 1 |
| Длина секции, L6 , мм | 1460,00 | 1500,00 | 1500,00 |
| Длина последней секции до крепежного фланца, L7, мм | 600,00 | 2000,00 | 2000,00 |
Нагревательный элемент (фиг.1) содержит катушку 1, которая выполнена в форме расчетного количества витков электропровода, размещенную в герметичном металлическом трубчатом корпусе, состоящем из набора труб разного диаметра.
Корпус индукционной катушки 1 включает пару трубчатых элементов 2 диаметром d1, длиной L 3, соединенных сваркой вдоль линии их контакта 3 с двух сторон. К обоим торцам пары трубчатых элементов 2 приварены диски 4, 5 толщиной , диаметром d2, с двумя отверстиями диаметром d1 (Фиг.2). На дисках 4, 5 установлены коммутационные патрубки 6 и 7 длиной L4 и диаметром d2 Коммутационный патрубок 6 закрыт диском 8, который не имеет отверстий. В коммутационном патрубке 7 установлен контактный узел 9, который обеспечивает подключение к трехжильному проводу 10. Коммутационный патрубок 7 сверху закрыт диском 11 с одним отверстием диаметром d1. На диске 11 установлена первая секция 12 крепежной штанги длиной L5. Первая секция крепежной штанги 12 заканчивается либо фланцем 13 (фиг.3), либо муфтой с резьбой с муфтой 14 (фиг.4).
Корпус индукционной катушки работает следующим образом. С одной стороны, он обеспечивает защиту индукционной катушки 1, выполненной в форме 17 витков электропровода марки ПСУ-155 сечением 10 мм2, от масла, в которое он погружен, а с другой стороны, служит магнитопроводом для магнитного потока, создаваемого переменным током. Корпус поглощает энергию электромагнитного поля, создаваемого витками индукционной катушки, в результате чего он разогревается до температуры +55°C и может нагреть контактную поверхность электронагревателя до +5°C при температуре окружающей среды - 22-25°C, предотвращая тем самым образование либо ледяной корки, либо наледи и т.п. на бетонных конструкциях и подвижных элементах, например, плотины гидроаккумулирующей электростанции. Монтажная штанга, составляющая неотъемлемую часть корпуса индуктора, является одновременно и защитным корпусом для питающего кабеля нагревательного элемента 2 электронагревателя.
Как видно из описания примера осуществления устройства индукционного нагревательного элемента, его использование позволяет реализовать энергосберегающую технологию обработки бетона и бетонных конструкций. Устройство позволяет минимизировать как эксплуатационные затраты, так и затраты при строительстве крупномасштабных объектов в условиях низких среднегодовых температур, а также способно обеспечить их защиту от образования ледяной корки, наледи, изморози на бетонных конструкциях и подвижных элементах плотин электростанций.
1. Индукционный нагревательный элемент, содержащий магнитопровод, отличающийся тем, что его корпус выполнен из набора трубчатых элементов, образующих одно целое, в котором магнитопровод выполнен в форме пары вертикально установленных трубчатых элементов, соединенных сварочными швами с двух сторон вдоль образующих, торцы пары закрыты дисками с двумя отверстиями, на дисках установлены коммутационные патрубки, также закрытые дисками, при этом нижний торец нижнего коммутационного патрубка закрыт глухим диском, верхний торец верхнего коммутационного патрубка, в котором установлен контактный узел, закрыт диском с отверстием, на котором установлена первая секция крепежной штанги с монтажным приспособлением.
2. Индукционный нагревательный элемент по п.1, отличающийся тем, что контактный узел выполнен с возможностью подключения трехжильного провода.
3. Индукционный нагревательный элемент по п.1, отличающийся тем, что внутренний диаметр коммутационных патрубков, примыкающих с двух торцов к паре сваренных трубчатых элементов, равен диаметру окружности, описывающей пару сваренных труб.
4. Индукционный нагревательный элемент по п.1, отличающийся тем, что первая секция крепежной штанги снабжена муфтой с резьбой.
5. Индукционный нагревательный элемент по п.1, отличающийся тем, что первая секция крепежной штанги выполнена с фланцем.
