НАГРЕВАТЕЛЬ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ

Полезная модель относится к электрическим нагревателям текучей среды, преимущественно газов, и может быть использовано для нагрева газов при снабжении ими потребителей посредством редуцирования от источников высокого давления.
Для компактного хранения и удобного транспортирования значительных объемов технологического газа целесообразно подвергать газ сжатию и помещать его в сжатом виде, т.е. под высоким давлением в емкость, способную такое давление выдерживать, например, в баллон. В подавляющем большинстве случаев при технологическом потреблении газа требуется гораздо более низкое давление. В связи с этим между емкостью для хранения сжатого газа и технологическими устройствами, потребляющими газ, устанавливаются регуляторы давления или регуляторы расхода газа.
В процессе редуцирования газа происходит его расширение и снижение давления, что приводит к переохлаждению газа и, в конечном итоге, к перемерзанию регулирующей аппаратуры и нарушению ее функционирования, а также к нарушению технологических режимов при потреблении газа.
Для сохранения работоспособности регулирующей аппаратуры и стабилизации технологических режимов при потреблении газа в настоящее время применяют два типа нагревателей - нагреватели накладного типа и нагреватели проточного типа.
Нагреватели накладного типа частично защищают регулирующую аппаратуру от перемерзания и имеют низкий коэффициент полезного действия.
Нагреватели проточного типа надежнее защищают регулирующую аппаратуру от перемерзания, имеют больший коэффициент полезного действия за счет меньших потерь в окружающую среду и имеют более высокое быстродействие за счет повышенной интенсивности теплообмена между нагревательным элементом и газом.
Известен нагреватель текучей среды [1], включающий корпус со штуцерами входа и выхода среды и размещенный в нем коаксиально
нагревательный элемент. При этом корпус выполнен с размещенными в нем соосными цилиндрическими перегородками, образующими со стенками корпуса, а также между собой последовательно соединенные каналы.
Недостатками известного электронагревателя являются:
- сложность конструкции из-за необходимости выполнения корпуса из размещенных в нем соосных цилиндрических перегородок, что приводит к увеличению габаритов;
- пониженная надежность вследствие расположения выводов электронагревателя у выходного штуцера, что приводит к перегреванию контактов и выводных устройств.
Известно техническое решение свободное, в достаточной мере, от указанных выше недостатков, т.е. имеющее меньшие габариты и более простую конструкцию электронагревателя, что делает нагреватель более надежным в работе.
Нагреватель текучей среды, преимущественно газовой, содержит корпус со штуцерами входа и выхода среды, во внутренней полости которого коаксиально с зазором размещен электронагревательный элемент [2]. Оси входного штуцера и внутренней полости корпуса образуют угол, с внешней стороны которого на корпусе установлен блок управления работой нагревательного элемента. Блок управления отделен от корпуса, последовательно установленными термоизолирующей и светопроницаемой прокладками, при этом в полости последней установлен световой индикатор, электрически связанный с блоком управления.
Размещение осей входного штуцера и полости корпуса под углом друг к другу образует внешние зоны большей и меньшей тепловой напряженности. Первая из зон заключена в пределах внутреннего угла, вторая - в пределах внешнего угла. Поэтому размещение блока управления в зоне меньшей тепловой напряженности позволяет понизить тепловой поток от нагревательного элемента за счет увода его в сторону выходного штуцера, вновь поступающими массами текучей среды. При этом повышается надежность электронагревателя за счет снижения перегрева блока управления и присоединительных контактов.
Последовательно установленные две прокладки, отделяющие блок управления от корпуса служат теплоизоляторами при этом прокладка, примыкающая к корпусу, выполнена из теплоизолирующего непрозрачного
материала, а другая - из светопроницаемого. Причем во внутренней полости последней размещен световой индикатор, что упрощает конструкцию и улучшает эргономическую характеристику нагревателя.
Несмотря на определенные достоинства описанного аналога, в частности, размещение блока управления в зоне меньшей тепловой напряженности и увода теплового потока в сторону выходного штуцера, следует отметить и его недостатки. Среди последних - конструктивная сложность, выражающаяся в том, что в связи с избранной компоновкой (размещение блока управления и входного штуцера под прямым углом) возникает необходимость уплотнения их ввода в корпус, а точнее, в зону нагревательного элемента. Это обстоятельство, учитывая высокое давление нагреваемого газа, требует дополнительных деталей, обеспечивающих надежность уплотнения и усложняет процесс сборки нагревателя в целом. Указанные недостатки сказываются, в первую очередь, на стоимости изделия и его конкурентоспособности.
Выбранная в качестве прототипа конструкция нагревателя текучей среды описана в [3]. В отличие от аналога, блок управления и входной штуцер выполнены соосными. Корпус выполнен со сквозной полостью, в которой установлен электронагревательный элемент. При этом блок управления размещен вне зоны движения потока нагреваемого газа, т.е. на внешней поверхности корпуса, что полностью устраняет недостатки аналога. Особенностью конструкции прототипа является то, что на одном конце корпуса имеется средство связи (входной штуцер) с источником текучей среды (баллоном), а на другом - с регулирующей параметры этой среды аппаратурой. Указанная особенность является следствием выбранной компоновки нагревателя.
Недостатком прототипа является то, что, шестигранный резьбовой элемент входного штуцера выполнен заодно с корпусом. При необходимости монтирования нагревателя на баллоне приходится наворачивать корпус нагревателя на резьбовой патрубок баллона, совершая, по меньшей мере, 4-5 оборотов. Такое манипулирование нагревателем, как показала практика, весьма неудобно из-за наличия кабеля подводящего электрический ток к электронагревательному элементу. Кроме того, силовое наворачивание корпуса (обычно латунного) на стальной патрубок приводит к износу резьбовой части корпуса и, как следствие, ослаблению всего соединения.
Таким образом, задачей предлагаемого усовершенствования является улучшение условий установки нагревателя на баллон и снижение нагрузки на резьбовую часть вентиля баллона.
Поставленная задача решается за счет того, что в нагревателе текучей среды, преимущественно газовой, выполненного в виде полого корпуса, содержащего электронагревательный элемент, имеется средство связи с источником текучей среды (баллоном), а на другом - с регулирующей параметры этой среды аппаратурой. При этом конец корпуса, обращенный к баллону, снабжен наружной резьбой и на нем установлена с возможностью перемещения резьбовая муфта. На этом же конце корпуса выполнена лыска, обеспечивающая его связь с гаечным ключом. Решению задачи способствует и то, что число витков резьбы муфты превышает, по меньшей мере, вдвое число витков резьбы на конце корпуса.
Техническая сущность предлагаемого усовершенствования состоит в том, что соединение нагревателя с баллоном осуществляется путем наворачивания муфты на резьбовой патрубок вентиля баллона, а не наворачиванием корпуса нагревателя, как это делается в прототипе. Кроме того, наворачивание муфты происходит без усилия, а силовой контакт (затяжка) между корпусом подогревателя и патрубком достигается доворачиванием на незначительный угол первого гаечным ключом, для чего используется имеющаяся на корпусе лыска.
На прилагаемых к описанию чертежах даны изображения:
- на фиг.1 общий вид нагревателя, пристыкованного к патрубку вентиля баллона;
- на фиг.2 общий вид нагревателя, соединенного с патрубком вентиля баллона.
Нагреватель содержит полый корпус 1, внутри которого установлен электронагревательный элемент (на чертежах не показан) и кожух 2, под которым расположен блок управления, представленный кабелем 3, служащий для подачи электрического тока на электронагревательный элемент. Корпус 1 имеет средства связи: с источником газовой среды (баллоном) - 4 и регулирующей аппаратурой - 5. Средство связи 4 представляет собой совокупность резьбы 6 на конце корпуса 1 с резьбовой муфтой 7, установленной на этой резьбе. Кроме того, в это средство связи входит и лыска 8, расположенная между резьбовым концом корпуса 1 и
кожухом 2 и предназначенная для связи корпуса с гаечным ключом. Для демонстрации процесса соединения нагревателя и баллона на чертежах последний представлен резьбовым патрубком 9 вентиля. Муфта 7 имеет число витков вдвое больше, чем число витков на конце корпуса 1. Например, число витков муфты насчитывает десять, а число витков корпуса 1 - пять. Если учесть, что число витков резьбы на патрубке равняется пяти, то при одинаковости материалов корпуса и патрубка можно говорить о равнопрочности соединения.
Соединяют нагреватель и баллон следующим образом.
Корпус 1 нагревателя своим торцом пристыковывают к торцу патрубка 9 и муфту 7 перегоняют с резьбы корпуса 1 на резьбу патрубка 9, осуществив пять ее оборотов. Затем, придерживая руками муфту 7, гаечный ключ соответствующего размера посредством лыски 8, поворачивают нагреватель на угол не более 120-180 градусов, осуществляя таким образом силовую затяжку соединения.
Предлагаемая конструкция нагревателя разработана и прошла успешные испытания в ООО НПП «ВРТ». Она позволила значительно улучшить условия манипулирования нагревателем, в частности, в процессе сварки и уменьшила износ патрубка баллона в условиях, когда он выполняется из мягкого металла - латуни. Последнее обстоятельство стало возможным благодаря тому, что силовая затяжка соединения осуществляется не за счет перемещения муфты по резьбе патрубка, а за счет поворота нагревателя на ограниченный угол.
Источники информации принятые во внимание при составлении заявки:
1. Авторское свидетельство СССР №353367, кл. Н05b 3/20. Воздухонагреватель
2. Свидетельство на полезную модель РФ №21707, Кл. Н05В 3/20, Электронагреватель текучей среды.
3. Журнал «Автоматическая сварка», №1, январь 2005, статья «Подогреватели углекислого газа для механизированной дуговой сварки», стр.43 - прототип.