ВАКУУМНАЯ СУШИЛЬНАЯ КАМЕРА

Полезная модель относится к электротехнической промышленности и может быть использована в составе установок для термической обработки обмоток и активной части трансформаторов, помимо этого она может применяться в сельском хозяйстве, пищевой, медицинской, фармацевтической и деревообрабатывающей отраслях для сушки влагосодержащих материалов и изделий.
В электротехнической промышленности сушку твердой изоляции трансформатора применяют для удаления из нее влаги и обеспечения более высокой электрической прочности. Изоляцию выполняют в основном из волокнистых материалов (бумага, картон), которые не подвержены разрушению в процессе термической вакуумной обработки в сушильной камере.
Сушку производят в вакуумных сушильных камерах (печах или шкафах), которые входят в состав установок для вакуумной пропитки и сушки твердой изоляции трансформаторов и реакторов.
Известен ряд вакуумных установок фирмы Hedrich Vakuumanlagen Gmbh (US №6732448, DE №19826682, DE №102005006270 и другие), в которых использован принцип сушки обмоток трансформаторов в парах растворителя (сольвента) под вакуумом, что дает самую эффективную обработку силовых трансформаторов. Однако в них не описана конструкция и выполнение вакуумных сушильных камер.
Известна вакуумная сушильная камера (патент RU №49392, класс H02K 15/12, публикация 10.11.2005 г.), входящая в установку для вакуумной пропитки и сушки твердой изоляции высоковольтных вводов и активных частей трансформаторов. Данная камера представляет собой цилиндрический корпус с крышкой, внутри которой вдоль ее стенок расположены нагреватели, защищенные перфорированной цилиндрической сеткой. Наружная поверхность камеры изолирована теплоизоляционным покрытием.
Наиболее близким техническим решением является вакуумная сушильная камера, (Антонов М.В., Герасимова Л.С. - Технология производства электрических машин. Учебное пособие для вузов - М.: Энергоиздат, 1982, стр.491-493, фиг.32.2, 32.5), представляющая собой герметичный металлический корпус с крышкой, покрытый теплоизоляционным материалом, внутри которого размещены теплопередающие батареи.
Активные части трансформатора загружают в камеру на тележке. При помощи теплопередающих батарей, по которым пропускают теплоноситель, поднимают в ней температуру, необходимую для проведения процесса сушки. Для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду, наружная поверхность корпуса покрыта теплоизоляционным материалом. Сушка в такой камере проходит с сочетанием тепла сухого горячего воздуха с периодическим понижением давления в ней и длится около 10-14 суток.
Однако такая камера может использоваться не только для сушки изоляции горячим воздухом, но и в установках для сушки трансформаторов в паровой фазе.
Для этого в корпусе камеры имеются герметичные вакуумные вводы для соединения с керосинопроводом и контрольно-измерительными приборами. Вакуум поддерживается насосной станцией, а для измерения величины вакуума и температуры установлены вакуумметры и термометры сопротивления
Недостатком выше описанных вакуумных сушильных камер является повышенный расход энергии, т.к. помимо нагрева самого изделия происходит и нагревание корпуса камеры до рабочей температуры. Вес корпуса в несколько раз превышает вес высушиваемого изделия при обработке обмоток или равен весу активной части трансформатора. Теплоизоляционный материал везде находится с внешней стороны корпуса камеры и понижает потери тепла в окружающую среду, а не исключает потери тепла на нагрев корпуса вакуумной камеры, при прочих равных условиях.
Задачей предлагаемого решения является уменьшение себестоимости производства трансформаторов и повышения производительности труда.
Техническим результатом является экономия тепловой энергии при температурной вакуумной обработке и сушке изоляции активных частей силовых трансформаторов и реакторов путем сокращения тепловых потерь.
Технический результат достигается тем, что в вакуумной сушильной камере, состоящей из герметичного металлического корпуса с крышкой, покрытого теплоизоляционным материалом, внутри которого размещены теплопередающие батареи новым является то, что теплоизоляционный материал размещен внутри камеры между стенкой корпуса и теплопередающими батареями.
Теплоизоляционным материалом является структурированное базальтовое сверхтонкое волокно.
Теплопередающие батареи снабжены осевыми вентиляторами.
Технических решений с такими отличительными признаками в патентной и технической литературе не обнаружено.
Расположение теплоизоляционного материала на внутренней стороне корпуса вакуумной сушильной камеры, предотвращает его нагрев, что приводит к экономии тепловой энергии и повышению производительности труда за счет сокращения времени на достижение рабочей температуры обрабатываемого изделия. Использование вентиляторов также способствует ускорению процесса нагрева обмотки или активной части трансформатора до требуемой температуры.
-9
Применение структурированного базальтового сверхтонкого волокна позволяет создать самую эффективную тепловую защиту объекта при высоких температурах и низком вакууме. При вакууме теплоизоляционные свойства этого материала увеличиваются на порядок, при этом из него свободно удаляется воздух и влага, благодаря сверхмалым размерам и открытой структуре пор материала (). Материал обладает низким коэффициентом теплопроводности из-за малых размеров пор (не более 1×10м, т.н. «нанометр»).
Применяемый для этого наноструктурированный теплоизоляционный материал ТИМ-МП (технология производства с заданной атомарной структурой путем контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами) на основе базальтового сверх тонкого волокна обеспечивает самую эффективную изоляцию. Низкий коэффициент теплопроводности материала (ниже, чем у неподвижного воздуха) достигается благодаря нано размерам пор, что придает воздуху в порах свойства вакуума. Такой теплоизоляционный материал имеет существенные преимущества:
- самая низкая теплопроводность из всех известных теплоизоляционных материалов (0,025-0,030 Вт/м·К при 25°С);
- высокая рабочая температура (до +1100°С);
- влагопоглощение в 85 раз ниже, чем стекла;
- отсутствие связующих органических веществ;
- при вакууме теплоизоляционные свойства материала увеличиваются на порядок.
На фиг.1 представлена схема предлагаемой вакуумной сушильной камеры, которая состоит из герметичного металлического корпуса 1 (прямоугольной или цилиндрической формы) и крышки 2. Внутри корпуса установлены теплопередающие батареи 3, по которым циркулирует теплоноситель. Эти батареи расположены по периметру камеры и на ее потолке, и на них установлены осевые вентиляторы 4.
Внутри вакуумной сушильной камеры между стенкой корпуса с крышкой и теплопередающими батареями размещен теплоизоляционный материал 5, на основе структурированного базальтового сверхтонкого волокна марки ТИМ-МП, предотвращающий нагрев корпуса вакуумной сушильной камеры при ее эксплуатации.
Вакуумную сушильную камеру для проведения операции сушки загружают предварительно обработанной и стянутой обмоткой трансформатора 6 с оснасткой 7. Закрывают ее крышкой 2 и поднимают температуру внутри нее до рабочего значения. Прогрев обмотки, осуществляется не только за счет лучистой составляющей теплообмена, но и конвективной передачи тепла от теплопередающих батарей 3 с помощью осевых вентиляторов 4 при атмосферном давлении в автоматическом или ручном режиме. Для откачки водяных паров из вакуумной сушильной камеры, образовавшихся на стадии нагрева обмотки, периодически используют вакуумные насосы (на схеме не указаны). После окончательного прогрева обмотки 6 до требуемой температуры, в камере понижают давление и осуществляют тепловую вакуумную обработку и сушку обмотки по заданному технологическому процессу.
Процесс тепловой вакуумной обработки и сушки заканчивают при достижении заданного коэффициента стабилизации изоляционного материала обмотки трансформатора.
Сравнение результатов теплового расчета потерь тепла в процессе сушки в применяемых вакуумных сушильных камерах и в предлагаемой камере показывает, что эффективность нагревательной системы последней в 3 раза выше, что позволило сократить продолжительность стадии нагрева обмотки с 12 до 4 часов.
Аналогичные вакуумные сушильные камеры можно использовать в других энергоемких технологических процессах для сушки влагосодержащих продуктов, материалов и изделий.