Индукционный нагреватель

 

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности. Цель - повьщение эффективности работы нагревателя за счет улучшения степени теплообмена. Нагреватель содержит концентрично установленные относительно друг друга полые немагнитный корпус 1 и стальной кожух 2. Между ними размещены индукционные катушки 3 и немагнитные перфорированные решетки 4. В корпусе 1 установлен . ферромагнитньш сердечник (ФС) 5, выполненный в виде полых перфорированных по всей поверхности шаров. Кожух 2 и ФС 5 центрируются во внешней трубе 6. В процессе работы нагревателя шары переходят во взвешенное состояние под действием прокачиваемой через решетку 4 жидкости. Образующиеся вихревые токи в ФС 5 и кожухе 2 нагревают их. Проходящая через зазор в трубе 6 и ФС 5 жидкость снимает тепло с ФС 5 и кожуха 2. При этом магнитньй поток омагничивает проходящую жидкость, которая проходит и через внутреннюю поверхность шаров. В результате поверхность, контактирующая с жидкостью, увеличивается. 1 ил., 1 табл. i (Л 3

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 Е 21 В 43/24 вс гщощ я

13,,:.,1В

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

%мъ пч" " Н<

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2l) 3872614/22-03 (22) 26.03.85 (46) 23.03.87, Бюл. Ó 11 (71) Институт тепло- и массообмена им.А.В.Лыкова (72) Г,И.Журавский, А.И.Подберезский, В.М.Рыбчинский и Е.М.Калинин (53) 622.245.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 703653, кл. Е 21 В 43/24, 1979 °

Авторское свидетельство СССР

iii 1228545, кл. Е 21 В 43/24, 1984. (54) ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промьппленности, Цель — повьппение эффективности работы нагревателя за счет улучшения степени теплообмена. Нагреватель содер жит концентрично установленные относительно друг друга полые немагнитный корпус 1 и стальной кожух 2. МежSU 129 4 А1 ду ними размещены индукционные катушки 3 и немагнитные перфорированные решетки 4. В корпусе 1 установлен ферромагнитный сердечник (ФС) 5, выполненный в виде полых перфорированных по всей поверхности шаров. Кожух

2 и ФС 5 центрируются во внешней трубе 6. В процессе работы нагревателя шары переходят во взвешенное состояние под действием прокачиваемой через решетку 4 жидкости. Образующиеся вихревые токи в ФС 5 и кожухе 2 нагревают их. Проходящая через зазор в трубе 6 и ФС 5 пщцкость снимает тепло с ФС 5 и кожуха 2. При этом магнитный поток омагничивает проходящую жидкость, которая проходит и через внутреннюю поверхность шаров.

В результате поверхность, контактирующая с жидкостью, увеличивается.

1 ил,, 1 табл.

1 129

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности.

Пелью изобретения является повышение эффективности работы нагревателя за счет улучшения степени теп лообмена.

На чертеже приведен индукционный нагреватель, общий вид.

Устройство содержит концентрично установленные относительно друг друга полые немагнитный корпус 1 и стальной кожух 2, размещенные между ними индукционные катушки 3, немаг-., нитные перфорированные решетки 4, установленный в полости корпуса 1 ферромагнитный сердечник и внешнюю трубу 6, в которой центрируются кожух 2 и сердечник 5, выполненный в виде плотной упаковки полых перфорированных по всей поверхности шаров, которые переходят во взвешенное состояние в процессе работы нагревателя при прокачке жидкости через перфорированную решетку 4 снизу вверх.

Образующиеся вихревые токи в сердечнике 5 и кожухе 2 нагревают их. Проходящая через зазор в трубе 6 и сердечник 5 жидкость (вода) снимает тепло с сердечника 5 и кожуха 2. Вместе с тем магнитный поток омагничивает проходящую жидкость. Если в качестве сердечника служит упаковка полых шаров, жидкость будет проходить и через внутреннюю поверхность шаров, т.е. контактирующая с жидкостью поверхн6сть увеличиваетсй на величину внутренней поверхности шаров сердечника.

Переменный ток как в индуктирующем проводе, так и в нагревательном металле распределяется по сечению неравномерно, плотность тока имеет наибольшее значение на поверхности проводника и спадает к его середине по зкспоненциапьному закону. Поэтому термический КПД нагревателя с сердечником из полых шаров или труб выше, чем для нагревателя из стержней.

8354 — удельная электропроводность материала, 1/ом.

Пример. Допустим, что индукционный нагреватель работает на частоте 2500 Гц и отдает сердечнику

400 кВт тепла, В качестве рабочего вещества выбираем воду, средняя температура которой Т = 50 С, причем полагаем температуру поверхности

10 сердечника величиной постоянной и равной Т = 70 С.

Рассмотрим три вида сердечников.

1. Сердечник состоит из стальных шаров диаметром 50 мм, размещенных в немагнитном -корпусе, внутренний диаметр которого 110 мм.

По диаметру трубы размещено по

3 шара. Высоту сердечника берем равной 3 м, т.е. по высоте разместится

60 шаров. Общее количество шаров

180 шт.

2. То же число, что и в первом случае, но только шары полые, толщи25 ну стенки которых принимаем равной

2,5 мм; каждый шар имеет 14 отверстий, диаметр отверстия выбираем

13,2 мм.

3. Сердечник состоит из трех плотно прижатых друг к другу стальных труб, наружный диаметр которых 50мм, внутренний — 45 мм; длина сердеч,ника 3 м.

Диаметр труб и шаров выбран согласно известной таблице для часто35 ты 2500 Гц.

Расход воды через сечение между сердечником и корпусом принимаем равным 27 м /ч. э

I. Определяем теплообменную поверхность для указанных трех случаев:

1) Р„= 4 п R 180 = 1,413 м

45 2

2) Рг =4 йR 180+ 4 и R, 180+

+ ll dh 14 — — d 28 =2,53м

Толщина слоя, по которому прохо- 50 дит ток, называется глубиной проникновения тока и определяется по формуле, м:

2 рр 1 55 где (й= 2 f;

à — частота тока, Гц; — магнитная проницаемость, Гн/м;

3) Р = Зir X(D + D ) = 2,68 м

II Находим среднюю скорость воды:

U-= =08м/с.

О

III. Определяем критерий К „ для воды, принимая за характерный размер наружный диаметр труб или шаров сердечника:

U d

R= — -=7210 е„, 1298354

IV. По известной таблице находим при Т = 50 С

Рт = 3 54; 1 ж = 0,648 Вт/м К;

5,56 ° 10 м /с, при Т = 70 С Р„ = 2,55. г

V, Определяем коэффициенты теплообмена. Исследования проводились экспериментально на системах, состоящих из стальных шаров диаметром 30мм и шаровых стенок с двумя отверстиями диаметром 13 мм в потоке воды.

В процессе экспериментов проводились измерения расхода воды с помощью ротаметра и тепловых потоков с помощью датчиков-тепловых потоков, располагаемых на поверхности шара и на внутреннеи поверхности шаровой стенки.

В результате исследований получены следующие экспериментальные данные, приведенные в- таблице.

Коэффициент теплообмена при продольном обтекании труб:

Nu =0,021 Rр Р„ еж "то

= 3039

Дисперсная система из шаровых стенок

Скорость про- Коэффициент качки воды, теплообмена м/с Вт/и К

0,1

2140

2627

3358

4370

0,2

0,3,.р, г

0,3

5311

0,4

0,5

5269

6092

0,4

0,5

7512

8624

9732

0,6

0,7

6858

7581

0,6

0,7

0,8

0,9

8268

8926

0,8

0,9

11930

1,0

1,0

9959

12990

3920 Вт/м К

Ич %ш 2 т

Дисперсная система из шаров

Скорость про- Коэффициент качки воды, теплообмена м/с Вт/м К

VI. По известной формуле определяем снимаемое тепло с сердечника для трех видов сердечников

1) Q) = < F< (Т вЂ” Т,„) = 231504 Вт;

2) Я = Ыы F<(Tc Т ) = 551000 Вт;

3) Q e = М т Fs (Tc Тш) = 210100 Вт.

Таким образом, максимальное количество снимаемого с сердечника тепла получается тогда, когда сердечник выполнен из плотной упаковки полых шаров с перфорированной оболочкой.

В случае, если сердечник выполнен в виде плотной упаковки шаров или же в виде плотного набора труб, количество снимаемого тепла практически одинаковое.

Формула изобретения

Индукционный нагреватель, содержащий концентрично установленные от" носительно друг друга полые ферромагнитный кожух и корпус, размещенные между ними индукционные катушки и установленный в полости корпуса ферромагнитный сердечник, выполненный в виде шаров, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения эффективности работы нагревателя за счет увеличения коэффициента теплообмена, шары выполнены полыми и перфорированными по всей поверхности.