Устройство для разогрева загустевающей жидкости в емкости

(51)5 В 65 Р 88/74, В 65 б 69/20 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц б ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(71) Новочеркасский политехнический институт им. Серго Орджоникидзе (72) В. С. Крутиков, О. В. Чернов и В. А. Ефимов(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗОГРЕВА ЗАГУСТЕВАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ В ЕМКОСТИ(57) Изобретение относится к устройствам для разогрева загустевающей жидкости в емкости, например железнодорожной цистерне, и может быть использовано при разогреве пищевых жиров, масла, мазута, нефти, синтетического каучука и т. д, Цель изобретения - снижение энергозатрат при разогреве загустевающей жидкости в емкости за счет стабилизации мощности, отдаваемой нагревателем жидкости независимо от изменения ее температуры в емкости, а также за счет равномерного разогрева жидкости во всем объеме емкости. Устройство содержит неподвижную раму 1, установленную на горловине 2 емкости 3, электродвигатель 4 со статором 5, закрепленное на валу 8 электродвигателя 4 центробежное колесо 9, помещенное в отвод 10 с выходными отверстиями 11 и 12. Статор 5 электродвигателя 4 установлен на неподвижной раме 1 в подшипниках 6 и 7, а в выходных отверстиях 11 и 12 отвода 10 размещены подвижные заслонки 14 и5, связанные со статором 5. Связь статора 5 с подвижными заслонками 4 и 15 может1594077 10 15 20 быть выполнена посредством рычажной или зубчатой передач, а также посредством гидросистемы с гидроцилиндрами. Статор 5 электродвигателя 4 поворачивается в подшипниках 6 и 7 и своим реактивным Изобретение относится к устройствам для разогрева загустевающей жидкости в емкости, например железнодорожной цистерне, и может быть использовано при разогреве пищевых жиров, масла, мазута, нефти, синтетического каучука и т, д.Цель изобретения - снижение энергозатрат при разогреве загустевающей жидкости в емкости за счет стабилизации мощности, отдаваемой нагревателем жидкости независимо от изменения ее температуры в емкости, а также за счет равномерного разогрева жидкости во всем объеме емкости.На фиг. 1 изображено устройство для разогрева загустевающей жидкости, у которого статор электродвигателя связан с заслонками посредством рычажной передачи; на фиг. 2 - емкостьс установленным на ней устройством, вид сверху; на фиг. 3 - сечение А - А на фиг, 1; на фиг. 4 - схема устройства, у которого статор электродвигателя связан с заслонками в отводе посредством зубчатой передачи; на фиг. 5 - то же, вид сверху; на фиг. 6 - схема устройства, у которого статор электродвигателя связан с заслонками в отводе посредством гидросистемы; на фиг. 7 - то же, вид сверху.Устройство содержит неподвижную раму 1, установленную на горловине 2 емкости 3 (или на специальной эстакаде, чтобы масса устройства не передавалась конструкции емкости 3).Устройство может быть использовано для разогрева загустевающей жидкости в любой емкости. При использовании его в железнодорожной цистерне отвод необходимо выполнить с двумя симметрично расположенными выходными отверстиями, в которых размещены подвижные заслонки (фиг. 3). Применительно к этой схеме описана конструкция устройства. На неподвижной раме 1 размещен электродвигатель 4 со статором 5. Статор 5 электродвигателя 4 установлен на неподвижной раме 1 в подшипниках 6 и 7. На валу 8 электродвигателя 4 закреплено центробежное колесо 9, которое помещено в отвод 1 О с двумя симметрично расположенными выходными отверстиями 11 и 12. В случае использования устройства в железнодорожной цистерне отвод 10 установлен по отношению к емкости 3 таким образом, что потоки жидкости из выходных отверстий 11 и 12 направлены 25 30 35 40 45 50 55 моментом через ту или иную передачу управляет перемещением заслонок 14 и 15, за счет чего стабилизируется мощность нагревателя. 3 з.п. ф-лы, 7 ил. вдоль продольной оси 13 емкости 3 в противоположные стороны (фиг, 3). В выходных отверстиях 11 и 12 отвода 10 размещены подвижные заслонки 14 и 15, связанные со статором 5 посредством передаточного механизма, Последний может быть различным.Так, в одном случае статор 5 электродвигателя 4 может быть связан с заслонками 14 и 15 посредством передаточного механизма, выполненного в виде рычажной передачи (фиг. 1 и 2), в которой двуплечие рычаги 16 и 17, закрепленные поворотными опорами 18 и 19 на неподвижной раме 1, одним своим плечом шарнирно связаны со статором 5, а другим - опираются через пружины 20 и 21 на неподвижную раму 1 и связаны тягами 22 и 23 с заслонками 14 и 15, имеющими возможность перемещения в выходных отверстиях 11 и 12 отвода 10.В другом случае (фиг. 4 и 5) статор 5 электродвигателя 4 может быть связан с заслонками 14 и 15 посредством передаточного механизма, выполненного в виде зубчатой передачи из трех колес и двух валов: одно колесо 24 в этом случае закреплено соосно на статоре,5, соединенном с неподвижной рамой 1 пружиной 25, а два других 26 и 27 находятся с первым в зацеплении и жестко соединены с двумя валами 28 и 29. Последние жестко связаны с поворотными заслонками 14 и 15, размещенными в выходных отверстиях 11 и 12 отвода 10.В третьем случае (фиг. 6 и 7) статор 5 электродвигателя 4 может быть связан с заслонками 14 и 15 посредством передаточного механизма, выполненного в виде гидросистемы, в которой гидроцилиндр 30 одностороннего действия шарнирно соединен корпусом 31 с неподвижной рамой 1, а штоком 32 со статором 5. Поршневая полость этого гидроцилиндра подключена трубопроводом 33 к манометру 34 и к поршневым полостям двух рабочих гидроцилиндров 35 и 36 одностороннего действия с подпружиненными штоками 37 и 38. При этом корпуса рабочих гидроцилиндров 35 и 36 жестко соединены с отводом 10, а их подпружиненные штоки 37 и 38 связаны с заслонками 14 и 15, имеющими возможность перемещения в выходных отверстиях 11 и 12 отвода 10.Электродвигатель 4 может быть выполнен с короткозамкнутым ротором или с фаз 1594077ным ротором. В последнем обмотка ротора может быть соединена через полый вал 8 с дополнительными обмотками, являющимися нагревательными элементами и установленными внутри колеса 9. В случае использования электродвигателя с коротко- замкнутым ротором отвод 10 может быть дополнительно снабжен нагревательными эле ментами, установленными на входе в него. Эти нагревательные элементы позволят в начале работы устройства обеспечить вращение колеса 9 в загустевшей жидкости, а в дальнейшем их тепло также идет на разогрев жидкости.Конструкция электродвигателя 4 предусматривает переделку лишь торцовых его дисков, в которых размещены подшипники ротора. Торцовые диски выполняются не только с отверстиями, где размещаются подшипники ротора, но также на наружном диаметре выполняются дополнительные проточки, куда устанавливаются подшипники 6 и 7, с помощью которых статор 5 соединен с неподвижной рамой 1. Причем верхний подшипник 6 может быть применен радиальноупорным шариковым, а нижний подшипник 7 - упорным шариковым или роликовым для восприятия осевой вертикальной нагрузки от массы электродвигателя 4, Неподвижная рама 1 также имеет проточку (отверстие), куда устанавливается подшипник 7 статора 5 электродвигателя 4.Отвод 10 предусматривает установку в его двух выходных отверстиях 11 и 12 заслонок 14 и 15, которые имеют возможность вертикального перемещения или поворота. В первом случае в верхнем диске отвода 10 у выходных отверстий 11 и 12 выполнены щели, а в выходном отверстии - направляющие, в которых могут перемешаться заслонки 14 и 15, Во втором случае в верхнем и нижнем дисках отвода 10 у каждого выходного отверстия 11 и 12 выполнено по одному отверстию, сооско расположенному, В этих отверстиях на осях укреплены две заслонки 14 и 15. Причем у каждой заслонки 14 и 15 верхний конец оси проходит через отверстие в верхнем диске отвода 10 и соединен с валом 28 или 29, а нижний конец оск посредством подшипника качения или скольжения размещен в отверстии нижнего диска отвода 10.Устройство для разогрева загустевающей жидкости может не только разогревать, но и откачивать жидкость из емкости 3. В случае откачки устройство должно быть дополнительно снабжено одним или двумя откачивающими трубопроводами, которые должны быть подключены к отводу 10. Габарит откачиваюшего трубопровода должен вписываться в габарит горловины 2 емкости 3. При этом статор 4 еше не включенного электродвигателя 4 должен быть повернут в подшипниках 6 и 7 и зафиксирован50 55 Повышение температуры в емкости 3по мере разогрева ведет и повышению температуры жидкости в отводе 10 и за счет уменьшения вязкости приводит к уменьшению реактивного момента на статоре 5 электродвигателя 4. Снижение реактивного момента позволит пружинам 20 и 21 переместить заслонки4 и 15 в сторону открытия отверстий 11 к 12 и тем самым увеличить расход жидкости через них, что дополнительным фиксатором в таком положении, чтобы заслонки 14 и 15 перекрыли выходные отверстия 1 и 12 отвода 10.Неподвижная рама 1 устройства можетбыть размещена не только на горловине 2емкости 3, но и на специальной эстакаде,оборудованной подъемником, В этом случаемасса устройства не передается конструкции емкости 3. Для герметизации зазорамежду неподвижной рамой 1 и горловиной 2 необходимо предусмотреть дополнительный кожух (он может быть гофрированным), При этом откачка разогретойжидкости возможна и от самого дна емкости.Для чего с помощью подъемника, размещенного на специальной эстакаде, опускается устройство по направляющим до необходимой глубины,Устройство работает следующим образом.При включении его в работу в загустевшей жидкости с низкой температурой в на 20 чальный момент времени электродвигатель4 будет работать с перегрузкой, вызванной. большой вязкостью жидкости. Поддействием реактивного момента статор 5электродвигателя 4 проворачивается, а пос 25 редством рычагов 16 и 17 сжимает пружины 20 к 21 и с помощью тяг 22 и 23 перемещает вниз заслонки 14 и 15 в выходных отверстиях 11 и 12 отвода 10 вплоть доих полного перекрытия. При этом вся отдаваемая колесом 9 мощность силами вяз 30 кого трения переводится в тепло, котороеидет на разогрев только небольшого количества жидкости, находящегося в отводе 10,вследствие чего длительность этого периода незначительна. По мере разогрева жидкости в отводе 10 уменьшается потребЗ 5 ляемая колесом 9 мощность и, следовательно, уменьшается и величина реактивногомомента. Она станет меньше величины, соответствующей верхнему значению могцностинагревателя в заданном интервале, поддействием пружин 20 и 21 заслонки 144 О и 15 будут приоткрывать выходные отверстия 11 .и 12 отвода 10.Автоматически будет устанавливаться такой расход через о;всрстия 1 и 12, прккотором передаваемой колесом 9 мощностибудет достаточно для разогрева этого количества жидкости от температуры в емкости 3 до температуры в отводе 10 и для передачи потоку гидравлической энергии ка выходе из отвода 10.в свою очередь ведет к стабилизации мощности на колесе 9. В конструкции нагревателя электродвигатель 4 выполняет функции не только привода исполнительного органа (центробежного колеса), но является од. новременно приводом заслонок 14 и 15. Статор 5 через заслонки 14 и 15 будет регулировать расход жидкости из выходных отверстий 11 и 12 отвода 10 и тем самым будет осуществляться стабилизация мощности на колесе 9, превращаемой в тепло, независимо от температуры разогреваемой жидкости.Поскольку отвод 10 установлен в емкости 3 так, что потоки жидкости из двух выходных его отверстий 11 и 12 направлены вдоль продольной оси 13 емкости 3 в противоположные стороны (фиг. 3), то это резко повышает дальнобойность потоков, которые направлены к боковым днищам емкости. Этим самым предотвращается возникновение застойных зон у боковых днищ емкости 3 и обеспечивается равномерный разогрев жидкости во всем ее объеме.В случае использования зубчатой передачи между статором 5 и заслонками 14 и 15 у стоойство работает следующим образом (фиг. 4 и 5).Под действием реактивного момента статор 5 электродвигателя 4 проворачивается, сжимая пружину 25. При этом зубчатое колесо 24 также поворачивается и приводит в поворотное движение зубчатые колеса 26 и 27 и связанные с ним валы 28 и 29. А последние поворачивают заслонки 14 и 15, установленные в выходных отверстиях 11 и 12 отвода 10. Степень перекрытия этих отверстий заслонками 14 и 15 также как и в первом случае зависит от загруженности электродвигателя 4 (реактивного момента статора 5), которая в свою очередь зависит от вязкости разогреваемой жидкости,В случае использования гидросистемы между статором 5 и заслонками 14 и 15 устройство работает следующим образом (фиг. 6 и 7).Под действием реактивного момента статор 5 электродвигателя 4 поворачивается и перемещает шарнирно связанный с ним шток 32 гидроцилиндра ЗО одностороннего действия. При этом в поршневой полости этого гидроцилиндра создается давление, которое передается по трубопроводу 33 в поршневые полости двух рабочих гидроцилиндров 35 и 36 одностороннего действия с подпружиненными штоками 37 и 38. Штоки 37 и 38 гидроцилиндров, сжимая свои пружины, перемещают вниз заслонки 14 и5 в выходных отверстиях 11 и 12 отвода 1 О пропорционально давлению. Учитьь вая, что давление в трубопроводе 33 пропорционально величине реактивного момента5 10 3. Устройство по п. 1, отличающеесятем, что передаточный механизм выполненв аиде зубчатой передачи, одно колесокоторой закреплено соосно на статореэлектродвигателя, соединенном с неподвижной рамой посредством пружины, а другое -связано с заслонкой посредством вала.4. Устройство по п. 1, отличающеесятем, что передаточный механизм представляет собой гидросистему, включающую гидроцилиндр одностороннего действия, трубопровод и рабочий гидроцилиндр одностороннего действия с подпружиненным штоком,при этом корпус гидроцилиндра односто.50 роннего действия шарнирно соединен с неподвижной рамой, а его шток - со статором электродвигателя, поршневая полостьгидроцилиндра подсоединена трубопроводом к поршневой полости рабочего гидроцилиндра, причем корпус последнего жест 55 ко соединен с отводом, а его подпружиненный шток - с заслонкой,15 20 25 30 35 на статоре 5 электродвигателя 4, показания манометра 34 (фиг. 6), подключенного к трубопроводу ЗЗ, позволяет определить мощность, отдаваемую нагревателем жидкости.Мощность нагревателя определяется массой разогреваемой жидкости, ее теплоемкостью, температурой, на которую необходимо нагреть жидкость, установленным временем разогрева. Так, для разогрева синтетического каучука массой 60 т в железнодорожной нетеплоизолированной цистерне мощность нагревателя должна быть 150 - 200 кВт. Формула изобретения1. Устройство для разогрева загустевающей жидкости в емкости, включающее неподвижную раму, установленную на горловине емкости, электродвигатель со статором, закрепленное на валу электродвигателя центробежное колесо, помещенное в отвод с по меньшей мере одним выходным отверстием, отличающееся тем, что, с целью снижения энергозатрат при разогреве загустевающей жидкости статор элект-, родвигателя установлен на неподвижной раме в подшипниках, а в выходном отверстии отвода размещена с возможностью перемещения или поворота заслонка, связанная со статором посредством передаточкого механизма.2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что передаточный механизм выполнен в виде рычажной передачи, включающей двуплечий рычаг, закрепленный посредством поворотной опоры на неподвижной раме, причем одно плечо двуплечего рычага шарнирно связано со статором, а другое соединено с заслонкой посредством подпружиненной тяги.. Кравч Н ро Редактор В. БугрЗаказ 2807И Государственн113035,водственно-издат КочетовКорректор О. КравчукПодписноеоткрытиям при ГКНТ СССРаб., д. 4/5жгопод, ул. Гагарина, 101 икова Техред А ук,Тираж 521го комитета по изобретениям иМосква, Ж - 35, Раушскаяльский комбинат Патент, г. У