УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗГРУЗКИ СМЕРЗАЮЩИХСЯ И ЗАГУСТЕВАЮЩИХ ПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к области погрузочно-разгрузочных работ, преимущественно, на железнодорожном транспорте, в частности к устройствам для выгрузки смерзающихся и загустевающих продуктов, например, нефтепродуктов в холодном состоянии, из котла железнодорожной цистерны путем слива и зачистки последнего при одновременном нагреве электромагнитным полем.
Для оценки новизны и технического уровня заявленного технического решения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленной полезной моделью признаков.
Известно устройство для разогрева сыпучих материалов в транспортных емкостях, содержащее смонтированную на основании несущую раму, на которой установлен связанный с ней кинематической связью с возможностью перемещения и фиксации нагреватель, состоящий из по меньшей мере трех секций, две из которых установлены вертикально для разогрева боковых стен емкости, и по меньшей мере два симметрично расположенных относительно продольной оси емкости и связанные кинематической связью с основанием подвижных нагревательных модуля, каждый из которых образован дополнительной рамой с нагревателем для разогрева днища емкости, которое характеризуется тем, что оно снабжено жестко закрепленными на раме каждого подвижного модуля и указанных двух секциях с нагревателями электромагнитными экранами для отражения электромагнитного поля соответственно в направлении днища емкости и стенок вагона, при этом указанные секции жестко связаны между собой для образования П-образной конструкции, которая смонтирована с возможностью перемещения в вертикальной плоскости относительно несущей рамы, а каждый нагреватель секции образован каркасом с планками из диэлектрического материала, в которых закреплены пластины из электротехнической стали с обмоткой, образующие магнитопровод, причем обмотки вертикальных секций, параллельно соединенные между собой,
последовательно связаны с обмоткой верхней секции и включены в цепь трансформатора, а каждый подвижный нагревательный модуль связан с механизмом поворота его в вертикальной плоскости относительно основания с возможностью фиксации в крайних положениях, образован жестко соединенным с рамой магнитопроводом, состоящим из пластин из электротехнической стали с электрической обмоткой, и один из его торцев и торец связанного с его рамой экрана установлены с возможностью взаимодействия с соответствующим нижним торцем магнитопровода и электромагнитного экрана соответствующей вертикальной секции рамы, причем несущая рама выполнена портальной, см. патент РФ №2013337.
Известно устройство для индукционного нагрева плоских поверхностей, которое состоит из обмотки, одного Ш-образного магнитопровода, набранного из листов электротехнической стали, теплового экрана и несущих элементов. При установке устройства на котел железнодорожной цистерны стержни его Ш-образного магнитопровода прилегают к нагреваемой поверхности котла, а обмотка отделена от этой поверхности тепловым экраном, см. Кувалдин А. Б. Низкотемпературный индукционный нагрев стали. - М., Энергия, 1976, с.53 -34.
Недостатками данного устройства являются:
1. Неравномерность нагрева поверхности котла железнодорожной цистерны, обусловленная использованием единого Ш-образного магнитопровода, приводящая к тому, что часть нагреваемой поверхности котла в зоне среднего стержня магнитопровода имеет худшие условия теплоотвода и ее температура может существенно превышать температуру на периферии, в то время как допустимый диапазон температур поверхности котла ограничен: верхний уровень определяется пожароопасностью вязкого продукта или изменением его качества, а нижний - условием существенного снижения его вязкости.
2. Пониженные энергетические показатели устройства при нагреве поверхностей котлов различной кривизны и имеющих местные выступы (сварочные швы и др.), что также обусловлено использованием единого Ш-образного магнитопровода и появлением значительных немагнитных зазоров между полюсами магнитопровода и нагреваемой поверхностью котла.
3. Повышенный расход электроэнергии при работе устройства из-за удаленности обмотки от нагреваемой поверхности котла на толщину теплового экрана, что с одной стороны, это приводит к необходимости
увеличения магнитодвижущей силы обмотки, а с другой - к потерям в обмотке, без пользы рассеивающимся в атмосферу.
Известно устройство для индукционного низкотемпературного нагрева стенок котла железнодорожной цистерны, содержащее пространственную раму, в которой установлен индуктор в виде обмотки и магнитопровода, и тепловой экран, которое характеризуется тем, что магнитопровод выполнен распределенным из пакетов П-образной формы, причем каждый пакет охватывает с возможностью возвратно-поступательного перемещения сторону обмотки, обращен полюсами к рабочей поверхности устройства и подпружинен со стороны, обратной полюсам, относительно рамы, а тепловой экран охватывает индуктор и закреплен на раме на наружной нерабочей поверхности устройства, причем обмотка индуктора установлена заподлицо с рабочей поверхностью устройства, см. патент РФ N 2014280.
Недостатками данного устройства являются:
1. Выступание полюсов пакетов магнитопровода над рабочей поверхностью под действием подпружинивающих элементов при выключенном устройстве, что существенно затрудняет установочные перемещения устройства вдоль поверхности котла цистерны и увеличивает габарит (толщину) устройства.
2. Расположение обмотки индуктора заподлицо с рабочей поверхностью устройства вызывает опасность механического повреждения корпусной изоляции обмотки.
3. Наличие теплового экрана, охватывающего индуктор и закрепленного на раме на наружной нерабочей поверхности устройства, приводит к нежелательному повышению нагрева обмотки индуктора и накоплению в устройстве смеси вязкого продукта с грязью, попадающей с поверхности котла цистерны. В нерабочий период на холоде эта смесь застывает, и пакеты магнитопровода теряют подвижность.
Эти недостатки частично устранены в известном устройстве для индукционного низкотемпературного нагрева стенок котла, содержащем пространственную раму с установленным в ней индуктором, состоящим из обмотки и магнитопровода, выполненного распределенным в виде охватывающих обмотку пакетов П-образных ферромагнитных элементов, обращенных полюсами к рабочей поверхности устройства, которое характеризуется тем, что П-образные пакеты магнитопровода установлены с возможностью свободного возвратно-поступательного движения от рамы к
рабочей поверхности устройства, причем длина полюсов магнитопровода не превышает расстояния от рабочей поверхности устройства до обращенной к ней поверхности рамы и не может быть меньше названного расстояния на величину, превышающую толщину обмотки, при этом со стороны рабочей поверхности рама закрыта защитным неэлектропроводным экраном, в котором выполнены отверстия, число и расположение которых соответствует числу и местонахождению полюсов магнитопровода, а их размеры обеспечивают свободный проход полюсов через отверстия, см. патент РФ №2126767.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату вышеописанный способ балансировки ротативных систем выбран в качестве прототипа первого независимого объекта заявляемой полезной модели.
Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является:
- наличие магнитопроводов, усложняющих и утяжеляющих установку,
- местные локальные перегревы продуктов, приводящие к ухудшению их потребительских свойств и качеств,
- ограниченные возможности управления процессом разгрузки, его отдельными параметрами и т.п.
В основу полезной модели положено решение задачи создания конструктивно простой установки для разгрузки для разгрузки смерзающихся и загустевающих продуктов при их транспортировке, обеспечивающей соблюдение всех технологических норм разгрузки подобных продуктов, улучшение эксплуатационных свойств и повышение надежности работы.
Сущность полезной модели выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.
Согласно полезной модели устройство для разгрузки смерзающихся и загустевающих продуктов, содержащее совокупность присоединенных к источнику питания индукторов, характеризуется тем, что все индукторы последовательно и/или параллельно соединены между собой, сгруппированы в несколько групп и выполнены с формой, обеспечивающей возможность их удобного, беспрепятственного наложения и плотного прилегания к наружной металлической поверхности емкости для транспортировки или хранения
смерзающихся и загустевающих продуктов с соблюдением условия учета топологии покрываемой индукторами поверхности и требований технологического процесса разгрузки, при этом устройство снабжено схемой управления, системой коммутации индукторов и совокупностью термочувствительных датчиков, установленных на индукторах, причем ко входам схемы управления подключены выходы источника питания и выходы термочувствительных датчиков, а выход схемы управления соединен со входом системы коммутации, к выходам которой подключены индукторы.
В этом заключается совокупность существенных признаков заявленной полезной модели, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Кроме этого, заявленная полезная модель имеет ряд признаков, характеризующих ее в частных случаях выполнения, конкретных формах ее материального воплощения либо особых условиях ее использования, а именно:
- индукторы выполнены в виде электропроводящего материала, уложенного в виде плоской спирали, снабженной электроизоляционной оболочкой,
- индукторы сгруппированы в несколько групп исходя из условия соблюдения критерия равенства суммарных площадей всех индукторов в группе;
- индукторы сгруппированы в несколько групп исходя из условия соблюдения критерия равенства отбираемых мощностей всех индукторов в группе;
- индукторы сгруппированы в несколько групп исходя из условия соблюдения критерия равенства падений напряжений на всех индукторах в группе;
- индукторы сгруппированы в три группы, которые подключены к трехфазной сети источника питания треугольником;
- индукторы сгруппированы в три группы, которые подключены к трехфазной сети источника питания звездой;
- устройство дополнительно снабжено преобразователем частоты с согласующим элементом,
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, совокупности признаков которых совпадают с совокупностью отличительных признаков заявленной полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".
Технический результат, достигаемый при использовании заявленной полезной модели, заключается в том, что обеспечивается возможность настройки устройства на требуемый отбор мощности в зависимости от свойств разгружаемых смерзающихся и загустевающих продуктов, температуры среды и требуемого времени разгрузки. Кроме того, обеспечивается возможность разгрузки средства для транспортировки смерзающихся и загустевающих продуктов любой сложной конфигурации.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид заявленного устройства на примере разгрузки железнодорожной цистерны при сливе вязких продуктов, на фиг.2 - индуктор, выполненный в виде плоской спирали, на фиг.3 - блок-схема заявленного устройства.
Устройство для разгрузки смерзающихся и загустевающих продуктов, содержит совокупность индукторов 1, присоединенных к источнику питания 2.
Все индукторы 1 последовательно и/или параллельно соединены между собой, сгруппированы в несколько групп и выполнены с формой, обеспечивающей возможность их удобного, беспрепятственного наложения и плотного прилегания к наружной металлической поверхности емкости 3 для транспортировки или хранения смерзающихся и загустевающих продуктов с соблюдением условия учета топологии покрываемой индукторами поверхности и требований технологического процесса разгрузки. Устройство снабжено схемой управления 4, системой 5 коммутации индукторов и совокупностью термочувствительных датчиков 6, установленных на индукторах 1. Индукторы 1 выполнены в виде электропроводящего материала 7, уложенного в виде плоской спирали, снабженной электроизоляционной оболочкой. Индукторы 1 сгруппированы в несколько групп исходя из условия соблюдения критерия равенства суммарных площадей всех индукторов в группе или критерия равенства отбираемых мощностей всех индукторов в группе или критерия равенства падений напряжений на всех индукторах в группе. Индукторы могут быть сгруппированы в три группы, которые подключены к трехфазной сети источника питания треугольником или звездой.
Устройство дополнительно снабжено преобразователем частоты 8 с необходимым согласующим элементом 9, выполненным в виде трансформатора или магазина емкостей.
Устройство работает следующим образом.
На подготовительном этапе определяют параметры, количество и форму индукторов 1 в зависимости от объема, конфигурации поверхности, особенностей ее топологии, выбирают частоту и напряжение источника питания 2. Затем осуществляют настройку устройства, которая заключается в согласовании параметров по отбираемой из сети мощности путем электрического согласования с источником питания 2. Выбирают схему включения групп индукторов 1 и выбирают вариант подключения их к трехфазной сети источника питания 2. Проверяют параметры разогрева обрабатываемого продукта в соответствии с техническими условиями разгрузки. Устанавливают индукторы 1, подключают их к системе коммутации 5 и предварительно осуществляют первичный разогрев корпуса транспортного средства 3 и прилегающего к его поверхности слоя продукта. Контролируют ток и температуру продукта с помощью датчиков 6. Сигналы с датчиков 6 поступают на вход схемы управления 4, которая через систему коммутации 5 контролирует параметры индукторов 1 и может изменять схемы их включения и величину отбираемой мощности, что позволяет осуществлять настройку на требуемую величину отбора мощности в зависимости от свойств обрабатываемого продукта, температуры среды, времени нагрева и т.п. По мере разогрева продукта его температура растет, а ток снижается. При прекращении снижения тока и по прекращении роста температуры устанавливают мощность, но которой осуществляют окончательную часть процесса, время которой зависит от состояния и свойств продукта, температуры среды.
В настоящее время опытно-промышленный образец установки работает на разгрузке цистерн с нефтепродуктами на предприятии «Терминал - 1» в г.Кириши Ленинградской области. Разогрев нефтепродуктов производят при напряжении 380В и 220В, частоте 50 Гц и токе до 150А. Начальный разогрев осуществляют на мощности 100 кВт, а основную часть процесса на мощности 50 кВт. Время обработки цистерны с мазутом - 6 часов.
Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и
методами, с помощью которых возможно осуществление изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в любом из пунктов формулы изобретения.
Предложенное устройство может быть осуществлено промышленным способом, с использованием известных технологий и технических средств, что обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость».
Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает следующие преимущества:
- возможность контроля параметров технологического процесса;
- исключение случаев перегрева обрабатываемого продукта и ухудшения его свойств;
- сокращение общего времени обработки цистерн с нефтепродуктами на 50%;
- расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности эффективного разогрева сильно загустевших во время транспортировки продуктов, не поддающихся обработке известными средствами;
- упрощение конструкции устройства, улучшение условий его эксплуатации.