Индукционный нагреватель

:., 1ЪМЪ ) ЙЬЙ СТВ ОРСКОМ,К СВИД юл. У 11ило- и массообмена кии,т ти,абодер- тноМежГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ(56) Авторское свидетельство ССР 703653, кл. Е 21 В 43/24, 197Авторское свидетельство СССРР 1228545, кл. Е 21 В 43/24, 19(57) Изобретение относится к облнефтегазодобывающей промьппленноЦель - повьпцение эффективноститы нагревателя за счет улучшенипени тплообмена. Нагреватель сжит концентрично установленныесительно друг друга полые немагный корпус 1 и стальной кожух 2 ду ними размещены индукционные катушки 3 и немагнитные перфорированные решетки 4. В корпусе 1 установлен ферромагнитный сердечник (ФС) 5, выполненный в виде полых перфорированных по всей поверхности шаров. Кожух 2 и ФС 5 центрируются во внешней трубе 6. В процессе работы нагревателя шары переходят во взвешенное состояние под действием прокачиваемой через решетку 4 жидкости. Образующиеся вихревые токи в ФС 5 и кожухе 2 нагревают их, Проходящая через зазор в трубе 6 и ФС 5 жидкость снимает тепло с ФС 5 и кожуха 2. При этом магнитный поток омагничивает проходящую жидкость, которая проходит и Ж через внутреннюю поверхность шаров, В результате поверхность, контактирующая с жидкостью, увеличивается. С 1 ил 1 табл.1 129Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности,Целью изобретения является повышение эффективности работы нагревателя за счет улучшения степени теплообмена.На чертеже приведен индукционныйнагреватель, общий вид.Устройство содержит концентричноустановленные относительно друг дру"га полые немагнитный корпус 1 истальной кожух 2, размещенные междуними индукционные катушки 3, немаг-.,нитные перфорированные решетки 4,установленный в полости корпуса 1ферромагнитный сердечник и внешнюютрубу б, в которой центрируются кожух 2 и сердечник 5, выполненный ввиде плотной упаковки полых перфорированных по всей поверхности шаров,которые переходят во взвешенное состояние в процессе работы нагревателя при прокачке жидкости через перФорированную решетку 4 снизу вверх.Образующиеся вихревые токи в сердечнике 5 и кожухе 2 нагревают их. Проходящая через зазор в трубе б и сердечник 5 жидкость (вода) снимает теп"ло с сердечника 5 и кожуха 2. Вместес тем магнитный поток омагничиваетпроходящую жидкость. Если в качествесердечника служит упаковка полых шаров, жидкость будет проходить и через внутреннюю поверхность шаров,т.е. контактирующая с жидкостью поверхность увеличивается на величинувнутренней поверхности шаров сердечника,Переменный ток как в индуктирующем проводе, так и в нагревательномметалле распределяется по сечениюнеравномерно, плотность тока имеетнаибольшее значение на поверхностипроводника и спадает к его серединепо зкспоненциапьному закону. Поэтомутермический КПД нагревателя с сердечником из полых шаров или труб выше, чем для нагревателя из стержней. 8354- удельная электропроводностьматериала, 1/ом,П р и м е р. Допустим, что индукционный нагреватель работает на частоте 2500 Гц и отдает сердечнику400 кВт тепла, В качестве рабочеговещества выбираем воду, средняя температура которой Т = 50 С, причемполагаем температуру поверхности10 сердечника величиной постоянной иравноиРассмотрим три вида сердечников.1. Сердечник состоит из стальныхшаров диаметром 50 мм, размещенныхв немагнитном .корпусе, внутреннийдиаметр которого 110 мм,По диаметру трубы размещено по3 шара. Высоту сердечника берем равной 3 м, т.е. по высоте разместится20 бО шаров. Общее количество шаров180 шт,2. То же число, что и в первомслучае, но только шары полые, толщи 25ну стенки которых принимаем равной2,5 мм; каждый шар имеет 14 отверстий, диаметр отверстия выбираем13,2 мм.3. Сердечник состоит из трех плотно прижатых друг к другу стальныхтруб, наружный диаметр которых 50 мм,внутренний - 45 мм; длина сердеч,ника 3 м.Диаметр труб и шаров выбран согласно известной таблице для часто 35 ты 2500 Гц,Расход воды через сечение междусердечником и корпусом принимаемравным 27 м /ч.э 40 1. Определяем теплообменную поверхность для указанных трех случаев:1) Р= 4 й К 180 = 1,413 м; 45 а Я 2) Р =4 йК 180+ 4 и К, 180+Толщина слоя, по которому прохо дит ток, называется глубиной проникновения тока и определяется по формуле, м:255где и = 2 й;Г - частота тока, Гц;- магнитная проницаемость, Гн/м; 3) Р = ЗЪ 2(Э + Р ) = 2,68 м11. Находим среднюю скорость воды:П = - = 0 8 м/с.ОУ 111. Определяем критерий К для воды, принимая за характерный размер наружный диаметр труб или шаров сердечника,3П дК = - -=7,210е,1298354 И. По известной таблице находимпри Т = 50 СР = 3,54; %, = 0,648 Вт/мК;55,5610 м /с,при Т = 70 С Р = 2,55.тс7, Определяем коэффициенты теплообмена. Исследования проводилисьэкспериментально на системах, состоящих из стальных шаров диаметром 30 мми шаровых стенок с двумя отверстиямидиаметром 13 мм в потоке воды,В процессе экспериментов проводились измерения расхода воды с помощьюротаметра и тепловых потоков с помощью датчиков-тепловых потоков, располагаемых на поверхности шара и навнутреннеи поверхности шаровой стенки.В результате исследований полученыследующие экспериментальные данные,приведенные в таблице,Коэффициент теплообмена при продольном обтекании труб: Иц =0,021 Ке Реэ тто= 303; Дисперсная система из шаровых стенок Скорость про- Коэффициенткачки воды, теплообменам/с Вт/и К 0,1 2140 0,1 2627 3358 4370 0,2 0,3 0,2 0,3 4020 5311 0,4 0,5 5269 6092 0,4 0,5 6495 7512 8624 9732 0,6 0,7 6858 7581 0,6 0,7 0,8 0,9 8268 8926 0,8 0,9 10820 11930 1,0 1,0 9959 12990 3920 Вт/м К11 ц % ш йт Дисперсная система из шаров Скорость про- Коэффициенткачки воды, теплообменам/с Вт/м К Ч 1. По известной формуле определяем снимаемое тепло с сердечника для трех видов сердечников 1) О, = оР (Т - Т,) = 231504 Вт; 2) Я = Ы Р (Т - Т ) = 551000 Вт;3) 0 = МтРТс Тш) 210100 Вт. Таким образом, максимальное количество снимаемого с сердечника тепла получается тогда, когда сердечник выполнен из плотной упаковки полых шаров с перфорированной оболочкой. В случае, если сердечник выполнен в виде плотной упаковки шаров или же в виде плотного набора труб, количество снимаемого тепла практически одинаковое. формула изобретения Индукционный нагреватель, содержащий концентрично установленные от" носительно друг друга полые ферромагнитный кожух и корпус, размещенные между ними индукционные катушки и установленный в полости корпуса ферромагнитный сердечник, выполненный в виде шаров, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью повышения эффективности работы нагревателя за счет увеличения коэффициента теплооб" мена, шары выполнены полыми и перфорированными по всей поверхности,