Электродный паровой котел

Полезная модель относится к конструкциям электродных водогрейных котлов (электродных парогенераторов), предназначенных для выработки технологического пара низких и средних давлений, и может использоваться в различных отраслях народного хозяйства.
Известен парогенератор электрический электродный, содержащий котел для воды, на фланце которого закреплены три электрода и антиэлектрод, и полость которого сообщена через вентиль с трубопроводом выпуска пара, блок контроля за нижним и верхним предельными уровнями воды, прикрепленный к стенке котла, электронасосный агрегат для подачи воды непосредственно в котел, предохранительный клапан, сообщенный с полостью котла, датчик реле давления, сообщенный с полостью котла, в котором блок контроля за нижним и верхним предельными уровнями воды выполнен в виде камеры, сообщенной с полостью котла, в которой установлен ряд вертикально расположенных стержней разной высоты, каждый из которых является датчиком, при замыкании крайних из которых между собой обесточивается электромагнитный клапан включения электронасосного агрегата, а при замыкании двух смежно расположенных стержней, длина каждого из которых больше длины любого другого стержня, осуществляется подача питания на электромагнитный клапан для включения электронасосного агрегата, причем в камере свободный конец стержня, длина которого больше длины любого другого стержня, расположен на уровне не ниже уровня расположения свободных концов электродов, при этом электронасосный агрегат выполнен с управлением включения от электроуправляемого клапана, связанного с пускателем напряжения, который связан через реле с датчиками контроля за нижним и верхним предельными уровнями воды, а датчик реле давления, сообщенного с полостью котла, электрически связан с пускателем напряжения к электродам (Патент RU №2315232 МПК F22B 1/30). Описанный выше парогенератор выбран в качестве аналога.
В указанном парогенераторе поддержание уровня воды осуществляется следующим образом: при недостаточном уровне воды в котле включается пускатель, который активирует электромагнитный клапан и двигатель электронасоса для подачи воды в котел; при изменении уровня воды в котле, последовательно замыкаются на корпус через воду электроды датчиков нижнего и верхнего уровней воды, включая реле. При достижении верхнего уровня воды в котле отключается пускатель, электромагнитный клапан и двигатель. При снижении уровня воды до нижнего датчика - реле отключается и вновь включается пускатель, клапан и двигатель.
К недостаткам указанного парогенератора можно отнести сложность конструкции и значительную материалоемкость в виду того, что в конструкции котла предусмотрена специальная камера с блоком датчиков, установленная сбоку котла и сообщающаяся с ним в верхней и нижней его частях. Сложность геометрической формы конструкции котла, обусловленная наличием указанной камеры, не позволяет утеплить котел в должной степени, что ведет к увеличению энергозатрат при эксплуатации указанного парогенератора.
Недостатки конструкции указанного выше парогенератора в определенной мере устранены в известном парогенераторе электрическом электродном, содержащем котел для воды в виде сварной металлической конструкции, на крышке которого закреплены электроды и полость которого сообщена через вентиль с трубопроводом выпуска пара и трубопроводом подкачки воды, электронасосный агрегат для подачи воды в котел, предохранительный клапан и датчик реле давления, сообщенные с полостью котла, по крайней мере один стержень-датчик, при замыкании которого через воду на корпус обесточивается электромагнитный клапан и электронасосный агрегат, а при размыкании через реле времени осуществляется подача питания на электромагнитный клапан и электронасосный агрегат, причем электронасосный агрегат выполнен с управлением включения от реле пуска насоса, связанного с реле времени и с датчиком контроля верхнего уровня воды, а датчик реле давления, сообщенного с полостью котла, электрически связан с пускателем напряжения к электродам, в котором стенки, крышка и днище котла выполнены из листа нержавеющей стали одинаковой толщины по всему периметру котла, причем крышка и днище котла выполнены полусферической формы, а датчик уровня воды смонтирован на крышке котла, при этом электрическая схема парогенератора дополнительно содержит реле времени, которое устанавливает время задержки включения подкачки воды до датчика верхнего уровня, а электромагнитный клапан установлен в нагнетающей линии после электронасосного агрегата (Патент RU №90167 МПК F22B 1/30). Указанный парогенератор выбран в качестве прототипа заявленного устройства.
В указанном парогенераторе применяется нержавеющая сталь меньшей толщины, по сравнению с аналогом, для стенок, днища и крышки котла, и отсутствует антиэлектрод и элементы его крепления, что в свою очередь снижает материалоемкость, кроме того, использование только одного датчика уровня воды, расположенного на крышке котла, позволяет убрать специальную камеру для блока датчиков снаружи котла и тем самым упростить конструкцию. Использование указанного технического решения позволяет существенным образом уменьшить вес котла, однако заявленное повышение долговечности вызывает сомнение. В водогрейном котле вода кипит, и ее уровень периодически меняется, кроме того, присутствуют брызги, обусловленные кипением воды, в следствие указанных фактов происходят ложные срабатывания датчика уровня воды и частые "ложные" пуски двигателя электронасосного агрегата, подающего воду в котел, что ведет к быстрому выходу из строя электродвигателя и, как следствие, снижению надежности и увеличению стоимости эксплуатации водогрейного котла.
Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в повышении надежности водогрейного котла с одновременным снижением стоимости его эксплуатации.
Технический результат от использования предложенной полезной модели заключается в уменьшении количества ложных пусков двигателя электронасосного агрегата, и как следствие снижение вероятности выхода его из строя, повышение общей надежности работы водогрейного котла и снижение стоимости его эксплуатации.
Указанная задача решается и технический результат достигается за счет того, что электродный паровой котел, содержащий котел для воды, на крышке которого закреплены электроды нагрева воды и полость которого сообщена через вентиль с трубопроводом выпуска пара и трубопроводом подкачки воды, электронасосный агрегат для подачи воды в котел, предохранительный клапан и датчик реле давления, сообщенные с полостью котла, стержень-датчик уровня воды, причем электронасосный агрегат выполнен с управлением включения от реле пуска насоса, связанного со стержнем-датчиком уровня воды, смонтированным на крышке котла, а датчик реле давления, сообщенный с полостью котла, электрически связан с пускателем напряжения к электродам, дополнительно содержит трубчатый чехол, расположенный вокруг стержня-датчика уровня воды и закрепленный на крышке котла, выполненный из нержавеющий стали с отверстиями в верхней и нижней его частях.
Сущность технического решения поясняется чертежами. На фигурах представлен один из вариантов реализации предложенного технического решения, наглядно демонстрирующий возможность достижения заявленного технического результата.
На Фиг. 1 представлена упрощенная структурная схема электродного парового котла, и использованы следующие обозначения: 1 - водогрейный котел; 2 - верхняя крышка котла; 3 - электроды нагрева воды; 4 - трубопровод подкачки воды; 5 - предохранительный клапан; 6 - реле давления; 7 - трубопровод выпуска пара; 8 - электронасосный агрегат; 9 - стержень-датчик уровня воды; 10 - трубчатый чехол; 11 - отверстия трубчатого чехла; 12 - фторопластовые втулки; 13 - теплоизолирующий материал.
На Фиг. 2 представлена схема гидравлическая электродного парового котла, и использованы следующие обозначения: 1 - водогрейный котел; 3 - электроды нагрева воды; 5 - предохранительный клапан; 6 - реле давления; 8 - электронасосный агрегат; 9 - стержень-датчик уровня воды; 14 - вентиль слива воды из котла; 15 - вентиль выпуска пара, установленный в трубопроводе выпуска пара 7 (см. фиг. 1); 16 - электромагнитный клапан; 17 - фильтр воды; 18 - впускной вентиль; 19 - манометр; 20 - обратный клапан.
На Фиг. 3 представлена схема электрическая-принципиальная подсистем подкачки и управления нагревом воды электродного парового котла.
Электродный паровой котел состоит из следующих основных частей: рама (на фиг. не показано), собственно котел 1, электрооборудование, электронасосный агрегат 8. Рама парового котла - это металлическая сварная основа, на которой крепятся все функциональные части парового котла. Котел 1 предназначен для выработки пара и изготовлен сваркой из стали. Верхняя крышка котла 2 выполнена съемной и также, как и корпус котла изготовлена из стали. На верхней крышке котла 2 с помощью резьбового соединения закреплены три электрода нагрева 3, изготовленные сваркой из стального прутка, и стержень-датчик уровня воды 9, изготовленный из металлической проволоки. Электроды нагрева 3 и стержень-датчик уровня воды 9 изолированы от верхней крышки котла 2 с помощью фторопластовых втулок 12. Стенки котла снаружи покрыты теплоизолирующим материалом 13. Электрооборудование парового котла необходимо для нормального функционирования и контроля работы парового котла. Электрооборудование парового котла состоит из электронасосного агрегата 8, реле давления 6 и электромагнитного клапана 16. Электронасосный агрегат 8 предназначен для подачи воды в котел.
Электродный паровой котел выполнен с каналом слива воды, в котором смонтирован вентиль 14, а полость котла сообщена через вентиль 15 с трубопроводом выпуска пара, поступающего к потребителю, кроме того, полость котла сообщена с атмосферой через предохранительный клапан 7 и с датчиком реле давления 6. Электронасосный агрегат 8 для подачи воды в котел сообщен по всасывающей линии через фильтр 17 и вентиль 18 с источником воды. Управляемый электромагнитный клапан 16 установлен в нагнетающей линии после электронасосного агрегата 8, что позволяет производить подачу воды в парогенератор из колодцев и скважин. Между предохранительным клапаном 5 и датчиком реле давления 6 установлен манометр 19. В трубопроводе подкачки воды 4 после электромагнитного клапана 16 установлен обратный клапан 20.
При подаче напряжения питания и нажатии кнопки SB1 «Пуск» (на фиг. не показана) включается реле KV1 и затем пускатель KM1, осуществляющий своими контактами подачу напряжения на электроды нагрева воды В1…В3 (фиг. 3). При отсутствии воды в котле 1 или недостаточном ее уровне, питание реле контроля уровня воды KT1 выключено, его контактами KT1.1 включен пускатель КМ2, осуществляющий контактами KM2.2 подачу напряжения на электромагнитный клапан Y1 и двигатель М2 электронасосного агрегата 8 подачи воды в котел 1. При повышении уровня воды стержень-датчик уровня воды В4 замыкается на корпус через воду, подавая питание на обмотку реле контроля уровня воды KT1. Своими контактами KT1.1 реле KT1 отключает пускатель КМ2 подачи воды. Подача воды в котел прекращается.
Одновременно контактами KT1.2 шунтируется стержень-датчик уровня воды В4, реле KT1 блокируется, что исключает хаотические включения электронасосного агрегата за счет брызг и бурления воды в котле. В качестве реле KT1 использовано реле времени с временем установки, за которое не может произойти большое испарение воды. В период, когда реле KT1 включено, контроль уровня воды не производится и электронасосный агрегат 8 не включается, что значительно уменьшает износ двигателя электронасосного агрегата. По истечении установленного времени задержки, реле KT1 отпускает и производит контроль уровня воды при помощи стержня-датчика уровня воды 9.
В процессе работы котла уровень воды за счет испарения и отбора пара понижается. Если уровень понизился незначительно, реле KT1 отпускает, вновь срабатывает, становится на самоблокировку и отключает контроль уровня воды в котле. Когда уровень воды становится ниже уровня электрода стержня-датчика уровня воды В4, цепь между электродом и массой размыкается, реле KT1 отпускает и контактами KT1.1 возобновляет подачу воды. Таким образом осуществляется регулирование уровня воды в котле.
Нагрев воды (включен пускатель KM1) продолжается до достижения верхнего предела давления. После чего контактом реле давления ВР1 отключается пускатель KM1 и электроды нагрева обесточиваются. При снижении давления пара до нижнего предела контакт ВР1 вновь замыкается, включается пускатель KM1 и возобновляется нагрев. Пускатели КМ1, КМ2 находятся на раме котла.
Вокруг стержня-датчика уровня воды В4, закрепленного на верхней крышке котла 2, с целью защиты стержня-датчика уровня воды от ложных срабатываний и ложных пусков электронасосного агрегата 8, расположен трубчатый чехол 10, также закрепленный на верхней крышке котла 2. Для выравнивания давления в котле и трубчатом чехле 10, его корпус выполнен открытым снизу и с отверстиями 11, расположенными в верхней и нижней его частях. Благодаря этому, по закону сообщающихся сосудов, уровень воды внутри трубчатого чехла 10 стержня-датчика уровня воды 9 такой же, как и в котле, однако, уровень воды внутри трубчатого чехла не меняется в следствие бурлений из-за кипения воды, в отличие от уровня воды в котле, что в свою очередь уменьшает число пусков электронасосного агрегата в единицу времени за счет исключения ложных срабатываний. Трубчатый чехол 10 может быть выполнен из нержавеющей стали.