ТЕПЛОПРОВОД

Изобретение относится к трубопроводам, применяемым в теплоэнергетике для транспорта теплоносителя, например горячей воды или пара от источника тепла к потребителю и обратно, и может быть использован во всех отраслях народного хозяйства, потребляющих тепловую энергию.
Известен теплопровод (см. а.с. №1583703, МКИ F16L 59/06, Бюл. №29, 1980), содержащий теплогидроизоляционный обратный трубопровод и расположенный внутри него подающий трубопровод, выполненный из неметаллического малотеплопроводного материала.
Недостатком данного теплопровода является значительный перерасход электроэнергии из-за неудовлетворительных режимов теплоносителя.
Известен теплопровод (см. патент РФ №2176759 МПК F16L 59/00 опубл. от 10.12.2001), содержащий теплогидроизолированный обратный трубопровод и расположенный внутри него подающий трубопровод, выполненный из неметаллического материала, при этом обратный и подающий трубопроводы выполнены коаксиально звеньями, внутри теплогидроизоляционного слоя расположены витой гибкий трубопровод, полость которого заполнена инертным газом, а в начале звеньев обратного трубопровода предусмотрены циклоидальные кондукторы спиралевидной формы.
Недостатком являются теплопотери, обусловленные как загрязнениями внутренней поверхности обратного трубопровода продуктами коррозии из-за интенсификации процесса окисления под воздействием температурного градиента между наружной поверхностью подающего трубопровода и теплоносителем, контактирующим с внутренней поверхностью обратного трубопровода, так и в местах соединения звеньев обратного трубопровода.
Технической задачей, на решение которой направленно данное изобретение, является снижение теплопотерь по внутренней поверхности обратного трубопровода и в местах соединения его звеньев путем устранения концентрации загрязнений в пограничном слое теплоносителя и создания теплозащитной завесы в стыковых соединениях звеньев обратного трубопровода.
Технический результат достигается тем, что теплопровод, содержащий теплогидроизолированный обратный трубопровод и расположенный внутри него подающий трубопровод, выполненный из неметаллического материала, при этом обратный и подающий трубопроводы выполнены коаксиально звеньями, внутри теплогидроизоляционного слоя расположены витой гибкий трубопровод, полость которого заполнена инертным газом, а в начале звеньев обратного трубопровода предусмотрены циклоидальные кондукторы спиралевидной формы, причем обратный трубопровод выполнен из биметалла, при этом материал биметалла со стороны теплоносителя имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала биметалла со стороны теплогидроизоляции, кроме того касательная витого гибкого трубопровода, расположенного в начале каждого из звеньев обратного трубопровода имеет направление по ходу движения часовой стрелки, а касательная циклоидальных кондукторов спиралевидной формы имеет направление против движения часовой стрелки.
На фиг.1 изображена схема теплопровода, продольный разрез, на фиг.2 - разрез А-А, на фиг.3 - схема циклоидальных кондукторов спиралевидной формы.
Теплопровод содержит подающий трубопровод 1, который расположен внутри обратного трубопровода 2 коаксиально, на наружной поверхности которого расположен гидроизоляционный слой 3 и теплоизоляционный слой 4. Отдельные звенья падающего трубопровода 1 соединены между собой при помощи муфты 5. Муфты 5 падающего трубопровода и стыковые соединения 6 обратного трубопровода 2 расположены на определенном расстоянии друг от друга вдоль длины теплопровода. В теплоизоляционном слое 4 расположен витой гибкий трубопровод 7, полость которого заполнена инертным газом 8. В пределах стыкового соединения 6 обратного трубопровода 2 предусмотрены циклоидальные кондукторы 9 спиралевидной формы. Подающий трубопровод 1 размещен на опорной подушке 10 и в нем перемешивается теплоноситель 11.
Обратный трубопровод 2 выполнен из биметалла 12, при этом материал 13 биметалла 12 со стороны охлажденного теплоносителя 14 имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала 15 со стороны гидроизоляционного слоя 3, кроме того касательная витого гибкого трубопровода 7, расположенного в начале каждого из звеньев обратного трубопровода 2 имеет направление по ходу движения часовой стрелки, а касательная циклоидальных кондукторов 9 спиралевидной формы в пределах стыковых соединений 6 имеет направление против движения часовой стрелки.
Теплопровод функционирует следующим образом.
Горячий теплоноситель 11 поступает по подающему трубопроводу 1 к потребителю, после чего, отдав тепло, в виде охлажденного теплоносителя 14 возвращается загрязненным окалиной и ржавчиной (например, от теплообменных аппаратов систем отопления или теплообменных аппаратов технологических систем) по обратному теплопроводу 2 к источнику тепла. В результате загрязнения теплоносителя 14 на внутренней поверхности обратного трубопровода наблюдается налипание твердых частиц (ржавчины и окалины) загрязнений, что значительно ухудшает теплообменные параметры теплопровода (см., например, стр.337 Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. - М.: 1980 - 469 с., ил.) Кроме того, расположение подающего трубопровода 1 внутри обратного трубопровода 2, устраняя потери тепла в окружающую среду, приводит к наличию более высокого температурного градиента между теплоносителем 14 и внутренней поверхностью обратного трубопровода 2, а это интенсифицирует процесс окисления материала при наличии очагов коагуляции из-за налипающих на внутреннюю поверхность загрязнений. Поэтому для устранения данного явления обратный трубопровод 2 выполнен из биметалла (например, алюминий и латунь) таким образом, что материал 13 биметалла 12 имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше (алюминий имеет коэффициент теплопроводности 204 Вт/м·гр (см., например, стр.312 Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. - М.: 1980 - 469 с., ил.), чем коэффициент теплопроводности материала 15 (латунь имеет коэффициент теплопроводности 85 Вт/м·гр). Тогда, при наличии температурного градиента между теплоносителем 14 с поступающим к нему теплом от подающего трубопровода 1 и внутренней поверхностью обратного трубопровода 2 наблюдаем в биметалле 12 термовибрации из-за двукратного изменения скорости прохождения теплового потока по материалу 13 и 15 (см., например, Дмитриев В.П.. Биметаллы. Пермь. 1990 г. - 345 с., ил.) Наличие термовибраций приводит к «стряхиванию» загрязнений с внутренней поверхности обратного трубопровода 2, устраняя тем самым процесс интенсификации окисления материала 13, т.е. поддерживаются нормированные эксплуатационные теплообменные параметры теплопровода.
Применение неметаллического материала с низкой теплопроводностью позволяет доставлять потребителю большее количество тепла. Наружный гидроизоляционный слой 3 предотвращает наружную коррозию обратного трубопровода 2, а теплоизоляционный слой 4 снижает потери тепла в окружающую среду. Изменяющаяся полость витого гибкого трубопровода 7, заполненная инертным газом, обеспечивает максимальное снижение теплопотерь в окружающую среду. Расположение стыкового соединения в виде муфты 5 на подающем трубопроводе 1 и стыковых соединений 6 на обратном трубопроводе 2 на определенном расстоянии друг от друга вдоль длины трубопровода позволяет беспрепятственно производить монтажные работы при строительстве и демонтаж трубопроводов при выполнении ремонтных работ.
Для снижения тепловых потерь в стыковых соединениях 6 на обратном трубопроводе 2 циклоидальные кондукторы 9 спиралевидной формы расположены так, что касательная спиралевидной кривой имеет направление против движения часовой стрелки, а касательная витого гибкого трубопровода, проходящего через стыковое соединение 6 имеет направление по ходу движения часовой стрелки. В результате тепловые потери, образующиеся в зоне контакта циклоидальных кондукторов 9 спиралевидной формы и витого гибкого трубопровода имеет противоположное вращающееся движение, что приводит к образованию микрозавихрений (см., например, стр.54-62, В.П.Меркулов. Вихревой эффект и его применение в промышленности. Самара. Оптима. 1997 - 292 с., ил.), резко снижающих теплоотдачу и, соответственно, теплопотери через теплоизоляционный слой 4 в окружающую среду.
Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в том, что снижение теплопотерь достигается устранением накопления загрязнений на внутренней поверхности обратного трубопровода и образование защитного теплового слоя на стыковых соединениях коаксиальных звеньев, путем выполнения обратного трубопровода из биметалла, при этом материал биметалла со стороны теплоносителя имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала со стороны теплогидроизоляции, кроме того касательная витого гибкого трубопровода, расположенного в начале каждого из звеньев обратного трубопровода имеет направление по ходу движения часовой стрелки, а касательная циклоидальных кондукторов спиралевидной формы имеет направление против движения часовой стрелки.