Устройство для предотвращения образования накипи

 

Изобретение относится к области теплотехники и может использоваться для предотвращения образования накипи в котлах. Технической задачей изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет расширения верхней границы частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний и расширения функциональных возможностей. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для предотвращения образования накипи, содержащем закрепленную на конце волновода обойму, внутренняя полость которой имеет кольцевую беговую дорожку, обкатываемую шариком, и сопла для подачи сжатого воздуха, выходные отверстия сопл выполнены суживающимися, а затем расширяющимися (коническими), при этом выходной угол раствора сопл составляет 11-12^o. 3 ил.

Изобретение относится к области теплотехники. Известно изобретение (см. патент RU 2124686, кл. F 28 G 7/00. Установка для предупреждения солевых отложений в паровых котлах.), содержащее генератор импульсов и излучатель с электродами, отличающееся тем, что в качестве излучателя использована стенка котла, выполненная в виде параболоида.

Изобретение не лишено, на наш взгляд, серьезного недостатка, а именно необходимости периодической смены электродов, т.к. в процессе работы они изнашиваются, что присуще любой установке (изобретению) принцип действия которой основан на электрогидравлическом эффекте (часто в литературе используют термин эффект Л.А. Юткина).

Известно также изобретение (см. патент RU 2151355, кл. F 28 G 7/00. Устройство для предотвращения образования накипи.), состоящее из генератора импульсов и излучателя механических колебаний, отличающееся тем, что излучатель выполнен в виде цилиндрического трубопровода, имеющего вставку из диамагнитного материала.

Изобретение также имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что при высокой общей жесткости внутрикотловой воды генератор импульсов потребляет значительное количество электроэнергии, что существенно снижает экономический эффект от внедрения устройства.

В качестве прототипа нами выбрано авт. свид. СССР 480898, кл. F 28 G 7/00 с приоритетом от 17 авг. 1973 г. Устройство для предупреждения образования накипи, содержащее закрепленную на конце волновода обойму, внутренняя полость которой имеет кольцевую беговую дорожку, обкатываемую шариком, и сопла для подачи сжатого воздуха, отличающееся тем, что с целью повышения эффективности работы сопла размещены на установленном внутри обоймы подводящем патрубке, а оси сопл расположены в плоскости волновода.

Изобретение, как показал опыт его многолетней эксплуатации, имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что частота и амплитуда возбуждаемых устройством колебаний (фактически это пневматический шариковый вибратор) в металлоконструкциях тепломассообменных аппаратов зачастую оказывается недостаточной и не позволяет решить основную задачу. Это связано с тем, что скорость истечения воздушной среды из сопла имеет конечный характер и составляет ~300 м/с в соответствии с известной зависимостью где V_кр - критическая скорость истечения воздушной струи, м/с; R - универсальная газовая постоянная (в системе CU R ≈300); Т - температура воздушной струи, К.

(источник информации см. например Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике, М., Машиностроение, 1973 г. Раздел: Истечение газов и паров, с. 209). Частота и амплитуда возбуждаемых колебаний, в свою очередь, зависит от величины центробежной силы, определяемой соотношением где m - масса шарика, кг; Y - линейная скорость движения шарика, м/с; R - радиус обоймы, м (обычно используется внешняя обойма шарикоподшипника, например 208).

Из приведенного очевидна прямая, а точнее квадратичная зависимость величины критической скорости истечения воздушной среды и центробежной силы, определяющей эффективность работы установки в целом.

Техническим решением задачи является повышение эффективности работы устройства за счет расширения верхней границы частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний и расширения функциональных возможностей.

Задача достигается тем, что устройство для предотвращения образования накипи содержит закрепленную на конце волновода обойму, внутренняя полость которой имеет кольцевую беговую дорожку, обкатываемую шариком, и сопла для подачи сжатого воздуха, отличающееся тем, что выходные отверстия сопл выполнены суживающимися, а затем расширяющимися, при этом выходной угол раствора сопл составляет 11-12^o. Такое комбинированное сопло, состоящее из суживающихся и расширяющейся части, впервые применено для получения сверхвысоких скоростей шведским инженером и получило название сопла Лаваля (см. источник информации В. А. Кириллин, В.В. Сычов, А.Е. Шейдлин. Техническая термодинамика, М., Энергоатомиздат, 1983, с.242-244, раздел 8.4 "Переход через скорость звука. Сопло Лаваля").

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что достижение поставленной задачи осуществляется за счет расширения верхнего предела частот и амплитуд колебаний, возбуждаемых в теплообменной аппаратуре, при этом не требуется серьезных конструктивных изменений.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружена аналогичная совокупность признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Устройство состоит из обоймы 1 (практически для этих целей используем внешние обоймы шарикоподшипников, например 208 или др.), закрытой с двух сторон фланцами с отверстиями 2, которые скреплены между собой патрубком 3, имеющим канал для подачи сжатого воздуха при помощи впаянных в него в радиальном направлении сопл 4, выходные отверстия которых выполнены суживающимися, а затем расширяющимися (коническими), при этом выходной угол раствора сопл не превышает 11-12^o. Сжатый воздух подается непосредственно к шарику 5 (берется стальной шарик из того же шарикоподшипника, что и внешняя обойма) и приводит его в движение по кольцевой беговой дорожке обоймы 1, что обуславливает получение упругих колебаний, которые передаются с обоймы к очищаемой поверхности А при помощи скрепленного с ней ножевого волновода 6. Патрубок 3 закреплен при помощи шайбы 7 и гайки 8.

Устройство работает следующим образом.

Сжатый воздух давлением 4. . .6 атм подается по каналу в патрубок 3 и далее выходит через сопла 4, оказывая давление на шарик 5, который начинает вращаться по внутренней кольцевой дорожке обоймы 1. Скорость истечения воздуха, за счет конструктивных особенностей выходных отверстий сопл, значительно превосходит скорость звука, по крайней мере в два, три раза, вследствие чего соответственно увеличивается скорость движения шарика. Как следует из приведенного ранее соотношения, увеличение скорости шарика в два раза, приводит к увеличению центробежной силы в четыре раза и т.д., а следовательно, значительно расширяется верхняя граница частоты и амплитуды возбуждаемых в обойме 1 колебаний, которые через волновод 6 передаются на очищаемую поверхность А.

Предложенное техническое решение позволяет существенно расширить области возможного применения устройства.

Формула изобретения

Устройство для предотвращения образования накипи, содержащее закрепленную на конце волновода обойму, внутренняя полость которой имеет кольцевую беговую дорожку, обкатываемую шариком, и сопла для подачи сжатого воздуха, отличающееся тем, что выходные отверстия сопл выполнены суживающимися, а затем расширяющимися, при этом выходной угол раствора сопл составляет 11-12^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3