ПАРОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к машиностроительной промышленности и может быть использована для обработки заготовок на токарных и сверлильных станках.
Известен электродный нагреватель жидкости [Пат. №2189542 РФ, МПК F24J 1/20. Электродный нагреватель жидкости / Харитонов П.Т., Мкртчян С.Р., Игнатов В.Д.; заявитель и патентообладатель Харитонов Петр Тихонович. - №2000127009/06; заявл. 27.10.2000; опубл. 20.09.2002. 4 с. 4 ил.], содержащий корпус с входным и выходным патрубками, коаксиально расположенные в корпусе на диэлектрической перегородке в полости с нагревающей жидкостью, при этом фазный электрод и нижняя часть корпуса выполнены коническими, где угол конической поверхности корпуса и фазного электрода равен 10-20°. Общими с заявляемым устройством являются следующие признаки: корпус с входным и выходным патрубками; наличие фазного электрода и выполнение нижней части корпуса сужающейся.
Недостатками конструкции являются повышенное гидравлическое сопротивление проходящей жидкости и недостаточная конвективность (турбулентность).
Известен электрический водонагреватель [Пат. №13083 Российская Федерация, МПК F24H 1/10. Электрический водонагреватель / Перфильев Н.И., Бондарев Б.Н., Перфильев И.Н., Марьяшин А.А..; заявитель и патентообладатель Перфильев Николай Иванович. Ин-т связи. - №99118123/20; заявл. 16.08.1999; опубл. 20.03.2000. 7 с. 3 ил.], содержащий корпус с входным и выходным патрубками, размещенные в нем соосно навстречу друг другу установленный с возможностью возвратно-поступательного движения фазный электрод, изолированный от корпуса токопроводящий стержень, соединенный с источником тока и фазным электродом, внутри которого выполнена полость, образующая его рабочую поверхность. Рабочая поверхность фазного электрода размещена концентрично рабочей поверхности нулевого электрода с образованными между
ними кольцевыми зазорами, рабочая поверхность нулевого и фазного электрода выполнены коническими цилиндрами в виде вогнутой и выпуклой сфер, а проходящий канал выпускного патрубка выполнен расширенным наружу по ходу жидкости. Общими с заявляемым устройством являются следующие признаки: корпус с входным и выходным патрубками; наличие фазного электрода и регулировочного стержня.
Конструкции сложна в изготовлении и эксплуатации, как следствие, имеет относительно высокую стоимость, слаба циркуляция жидкости.
За прототип принято устройство парогенератора [Пат. №136136 Российской Федерации МПК F24H 1/00. Устройство для получения горячей воды и пара. / Свиридов И.А., Егоров С.А., Коробов Д.В. заявитель и патентообладатель Ивановская государственная текстильная академия. - №2013117569/06; заявл. 16.04.2013. опубл. 27.12.2013. 6 с. 1 ил.] Устройство содержит корпус с параболической частью, расположенный в корпусе, фазный электрод с параболической рабочей поверхностью, вводной патрубок для подачи воды, кольцеобразную выточку на фазном электроде, нулевой провод, расположенный на корпусе, фазный провод, соединенный с металлической резьбовой втулкой, регулировочный стержень фазного электрода, находящийся в изолированной от корпуса крышке, отводящий патрубок, находящийся в корпусе.
Недостатком данного устройства является выполнение парогенератора в виде цельнометаллического массивного корпуса, что увеличивает время получения пара с момента включения парогенератора из-за больших потерь тепла, которое идет на нагрев корпуса. Также корпус не имеет изоляции, т.е. находится под напряжением во время работы, что представляет опасность для жизни оператора парогенератора, а расположение паровыводящего патрубка в корпусе, уменьшает эффективность выхода пара из-за его скопления под крышкой и его оседания с последующим превращением снова в жидкость.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение производительности парогенератора с одновременным повышением безопасности его работы.
Указанный технический результат достигается тем, что в парогенераторе, содержащем корпус с вводным и отводящим патрубками, фазный электрод с параболической поверхностью, расположенный в корпусе на регулируемом стержне, проходящем через диэлектрическую крышку корпуса, согласно полезной модели, внутренняя рабочая и наружная поверхности корпуса парогенератора выполнены из листовой стали между которыми размещено неметаллическое наполнение в виде слюды Мусковит; а отводящий патрубок расположен в крышке парогенератора.
На чертеже представлена конструкция парогенератора в разрезе.
Для сопоставления заявляемого парогенератора с прототипом рассчитываем время необходимое для получения пара в парогенераторе. Определяем время необходимое для получения пара:
где, I - ток между электродами 2,5 A, R - сопротивление межэлектродного промежутка, 100 Ом, Q - количество выделяемой теплоты:
в
в
п
в
в
в
к
к
п
к
Q=m⋅c(t-t)+m⋅λ+m⋅c(t-t), Дж
в
в
п
в
в
к
к
к
где, m - масса воды в межэлектродном промежутке, C - изобарная теплоемкость воды, t - температура пара, t - начальная температура воды, λ - скрытая теплота парообразования, m - масса корпуса, C - теплоемкость корпуса (сталь), t - начальная температура корпуса.
Так как теплоемкость корпуса меньше теплоемкости нагреваемой воды, а температуропроводность воды ниже температуропроводности стали, то корпус нагревается вместе с водой, находящейся в промежутке между электродом и корпусом.
1
Q=0,02⋅4200(100-20)+0,02⋅2258200+5,5⋅480(100-20) (Дж)
1
Q=6720+45164+211200=263084 Дж
Затем определяем время необходимое для получения пара в заявляемом парогенераторе. Проводим расчет корпуса из листовой стали с внутренним наполнением слюдой Мусковит ГОСТ 18096-87.
2
Q=0,02⋅4200(100-20)+0,02⋅2258200+0,5⋅880(100-20)
2
Q=6720+45164+35200=87084 Дж
Из расчета видно, что новый материал корпуса позволяет значительно уменьшить время на получение пара.
Замена материала корпуса на листовую сталь и слюду позволяет значительно уменьшить потери тепла, ускорить процесс получения пара в 3,5 раза и благодаря переносу отводящего патрубка в крышку выход пара из парогенератора так же увеличился. Вследствие того что слюда является электроизоляционным материалом корпус парогенератора стал безопасным для оператора во время работы.
Устройство содержит корпус 1 содержащий внутреннюю рабочую 2 и наружную поверхности, выполненные из листовой стали, между которыми расположено неметаллическое наполнение 3 в виде Мусковита. По центру корпуса 1 размещен фазный электрод 4 рабочая поверхность которого конгруэнтна внутренней рабочей поверхности 2 корпуса 1. На фазной электроде 4 выполнена кольцеобразная выточка 5. Регулировочный стержень 6 фазного электрода 4 закреплен в крышке 7, в которой расположен отводящий патрубок 8. Вводный патрубок 9 размещен на наружной поверхности корпуса, выход которого находится на внутренней поверхности 2 корпуса 1. В крышке 8 имеется фазный провод 10, соединенный с металлической резьбовой втулкой 11. На наружной поверхности корпуса 1 расположен нулевой провод 12.
Устройство работает следующим образом. В зависимости от температуры поступающей через подводящий патрубок 9 воды, с помощью регулировочного стержня 6 устанавливается (регулируется) расстояние между параболической
рабочей поверхностью корпуса из листовой стали 2, и параболической рабочей поверхностью фазного электрода 4. В крайнем нижнем положении фазного электрода 4 между рабочими поверхностями корпуса 2 и электрода образуется минимальный зазор, при котором вода при нагревании преобразуется в пар. При смещении фазного электрода 4 вращением регулировочного стержня 6, увеличивается зазор на максимальное значение, ограниченное резьбовой частью регулировочного стержня 6 фазного электрода 4, при этом вода нагревается. Холодная вода поступает под давлением из системы центрального водоснабжения через подводящий патрубок 9 в водонагреватель, поднимаясь в зазоре между внутренней поверхностью корпуса 2 с параболической частью и фазным электродом 4 с параболической рабочей поверхностью, при этом объем жидкости от нижней части корпуса до верхней постепенно увеличивается, и, попадая в полость 5, образованную кольцеобразной выточкой на фазном электроде 4, обеспечивает вихреобразование, что приводит к улучшению теплопередачи между слоями жидкости. Ток, протекая между электродом 4 и внутренней поверхностью корпуса 2 через воду, нагревает ее, при этом неметаллическое наполнение Мусковит 3 благодаря своим физико-химическим свойствам не позволяет теплу, получаемому в результате нагрева воды, нагревать внешнюю часть корпуса 1 вследствие чего получение пара осуществляется значительно быстрее. Отводящий патрубок 8, в свою очередь, находящийся в крышке 7, способствует полному выходу получившегося пара из парогенератора повышая его КПД.