УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ НАКИПИ

Полезная модель относится к области теплотехники и может быть использовано в устройствах, предназначенных для борьбы с твердыми солевыми отложениями на теплопередающих поверхностях паровых котлов, бойлеров, кормозапарников, теплообменников и т.п.
Известны противонакипные системы с использованием импульсных ультразвуковых генераторов (авт. свид. СССР №2231918, 2004 г.)
Это и подобные устройства обладают высокой стоимостью и невысокой надежностью, что сдерживает их широкое практическое применение.
Известна обработка режущих инструментов магнитным полем с целью повышения их долговечности и износостойкости (см. «Магнит повышает долговечность» в журнале «Техника и наука» 1980, №6. С.8). В названной статье приводятся данные о возрастании в несколько раз долговечности режущих инструментов после обработки их интенсивным постоянным магнитным полем напряженностью 100-120 кА/м в течение времени около одного часа.
Однако подобная обработка шарика в устройствах для предотвращения образования накипи не применялась и не предлагалась.
В качестве прототипа полезной модели принято изобретение по авторскому свидетельству СССР №480898, 1975 г., где устройство для предотвращения образования накипи в теплообменных аппаратах содержит закрепленную на конце волновода обойму, внутренняя полость которой имеет кольцевую беговую дорожку, обкатываемую шариком, и сопла для подачи сжатого воздуха, причем сопла размещены на установленном внутри обоймы патрубке, а оси сопл расположены в плоскости волновода.
Недостатком прототипа модели является его низкая надежность. Причиной является быстрое абразивное разрушение поверхность шарика при рабочих скоростях его движения 50-100 м/с, в результате которого изменяются основные характеристики вибровозбудителя, прежде всего, амплитуда, основная частота и гармонический спектр колебаний. Следствием этого является увеличение отложения накипи на рабочих теплопередающих поверхностях и снижение эффективности устройства.
Замена шарика в устройстве сопряжена с разборкой и последующей сборкой его конструкции, выполнением весьма сложной центровки элементов конструкции. Это существенно усложняет эксплуатацию устройства и является фактором снижения его надежности.
Технической задачей является повышение эффективности, надежности и стабильности характеристик противонакипного устройства увеличением износостойкости и срока службы шарика.
Решение задачи достигается тем, что устройство для предотвращения образования накипи, содержащее корпус с внутренней замкнутой беговой дорожкой, шарик, обегающий ее, и сопло для подачи сжатого воздуха имеет шарик, выполненный из инструментальной стали и обработанный постоянным магнитным полем напряженностью 100-120 кА/м с экспозицией не менее одного часа.
По данным патентной и научно-технической литературы не выявлена применение заявляемой совокупности признаков в противонакипных устройствах, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям «полезная модель».
Заявляемая полезная модель может быть реализована в теплоэнергетике для борьбы с отложениями в теплообменной аппаратуре, что отвечает критерию «промышленная применимость».
Сущность полезной модели поясняется чертежом на фиг.1, где представлена конструктивная схема устройства для предотвращения образования накипи.
Устройство для предотвращения образования накипи состоит из обоймы 1, закрытой с двух сторон фланцами 2 с воздухоотводящими отверстиями. Фланцы 2 скреплены между собой патрубком 3, имеющим канал для подачи сжатого воздуха при помощи впаянного в него в радиальном направлении изогнутого сопла 4. Шарик 5 выполнен из инструментальной стали и перед закладкой в конструкцию устройства обработан постоянным магнитным полем напряженностью 100-120 кА/м в течение времени не менее одного часа. Сжатый воздух через сопло 4 подается к шарику 5 и приводит его в движение по кольцевой беговой дорожке обоймы 1. При движении шарика создаются упругие колебания обоймы 1, которые передаются с обоймы к теплопередающей рабочей поверхности теплообменника ножевым волноводом 6. Патрубок 3 закреплен при помощи шайбы 7 и гайки 8.
Полезная модель работает следующим образом.
Сжатый воздух под давлением 2-5 атмосфер подается по каналу в патрубок 3 через сопло 4 и приводит шарик 5 в движение по дорожке обоймы 1. Скорость шарика приближается к скорости истечения воздуха из сопла 4 и достигает 50-100 м/с. Сопла изогнуты так, чтобы обеспечить максимальное давление воздуха на шарик 5. При этом нижняя кромка сопла 4 расположена на 2-3 мм выше траектории движения шарика 5 и не препятствует его движению.
ц
Упругие колебания в обойме 1 образуются вследствие действия центробежной силы F
,
где m - масса шарика, кг; v - линейная скорость шарика, м/с; R - радиус кривой траектории движения шарика, м.
Колебания передаются от обоймы к защищаемой поверхности при помощи волновода 6, вызывая нарушение пограничного слоя (слоя кристаллизации) и препятствуют кристаллизации солей на этой поверхности. В результате поверхность остается свободной от накипи и обеспечивает наилучшие условия теплопередачи и режима работы теплообменного аппарата.
Шарик 5 работает в условиях бомбардировки его твердыми частицами, содержащимися в воздухе, и трения о поверхность беговой дорожки, поэтому подвергается абразивному износу. Этот износ проявляется в образовании шероховатости его поверхности, что приводит к изменению как скорости вращения шарика 5, так и спектра возбуждаемых колебаний. Изменение спектра колебаний снижает эффективность нарушения слоя кристаллизации, в результате чего образуются отложения накипи.
Обработка шарика 5 в магнитном поле с заданными параметрами увеличивает его устойчивость к действию указанных факторов и увеличивает срок службы шарика в 2-3 раза, упрощая тем самым эксплуатацию устройства и его эффективность в предотвращении отложений.
Предложенная полезная модель позволяет обеспечить высокую надежность противонакипного устройства, стабильность частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний, что значительно повышает его эффективность и расширяет область применения.