Способ акустического воздействия на конденсационное оборудование Российский патент 2023 года по МПК F28B11/00 F28C1/00 F28D5/02 F28F13/10 

Область техники

Изобретение относится к области теплоэнергетики, касается, в частности, эксплуатации теплоэнергетического оборудования и может быть использовано на тепловых и атомных электростанциях.

Уровень техники

Известен способ, который реализуется с помощью устройства для создания акустических колебаний в теплообменном аппарате (SU 699314, МПК F28F 13/10, В06В 1/18, опубл. 25.11.1979), в котором с помощью резонансных полостей при обтекании их потоком теплоносителя генерируют колебания пара заданной частоты. Частоту определяют расчетом по соотношению глубины полости к ее диаметру и регулируют подвижными ограничителями. При отношении глубины полости к ее диаметру, равном единице, полостью генерируют колебания с максимальной частотой. Обеспечивают обтекание теплообменных труб закрученным потоком пара с заданной частотой колебаний, в результате создают вибрацию труб, разрушая пленку конденсата на трубах, уменьшая пограничный слой на участке стенка - нагреваемый раствор.

Недостатком данного технического решения является необходимость наличия высоких скоростей пара - 10-40 м/сек для генерации колебаний пара заданной частоты резонансными полостями.

Известен способ понижения температуры воды в теплообменных агрегатах, например, в градирнях, (RU 2263863, МПК F28C 1/00, опубл. 10.11.2005), предусматривающий воздействие потоками воздуха на испаряемую поверхность воды, отличающийся тем, что поверхность воды дополнительно подвергают высокочастотному акустическому воздействию с частотами, соответствующими или кратными частотам собственных тепловых колебаний молекул воды

ν_A=ν_скт⋅n;

ν_A=ν_скт/n

где ν_A - частота акустических колебаний;

ν_скт - частота собственных тепловых колебаний;

где i - среднее число межмолекулярных расстояний, пройденных молекулой или частицей до соударения;

L - расстояние между центрами молекул;

d - диаметр молекул;

к - постоянная Больцмана;

Т - термодинамическая температура воды;

m - масса молекулы (частицы);

n - целое число 1, 2, 3, 4, 5 и т.д.,

при этом с амплитудой колебательного смещения акустических волн, равной или превышающей величину межмолекулярного расстояния, при котором силы притяжения между молекулами воды ничтожно малы А≥1,

где А - амплитуда колебательного смещения акустических волн;

1 - расстояние между молекулами воды, при котором силы притяжения между ними ничтожно малы, 1≈10^-9 м.

Недостатком способа является то, что на испаряемую поверхность воды оказывается воздействие потоками воздуха и дополнительно высокочастотным акустическим воздействием с частотами, требующими трудоемких расчетов и подборов.

Известен способ, который реализуется теплообменным комплексом для охлаждающей системы оборотного водоснабжения (RU 2294500, МПК F28C 1/00, опубл. 27.02.2007), в котором воздействуют потоком воздуха на испаряемую поверхность воды, например, в башенной градирне. При этом теплообменный комплекс содержит установленные, например, внутри вытяжной башни, водонапорную распределительную систему с разбрызгивающими устройствами, модули оросителей, а также резервуар для сбора охлажденной воды, содержит многоярусные воздухонапорные коллекторы с размещенными на них генераторами высокочастотных акустических колебаний с частотой волн, например, 25 кГц, расположенными над модулями оросителей и (или) над поверхностью воды в резервуаре для сбора охлажденной воды и (или) над фронтом ниспадающего потока воды, выбрасываемого из разбрызгивающих устройств водонапорной распределительной системы.

Недостатком способа является его неприменимость для воздействия на пленку конденсата пара, которая образуется на трубках горизонтальной трубной системы теплообменного оборудования ТЭЦ (тепловая электростанция) и АЭС (атомная электростанция).

Известен способ магнитоакустической обработки водных систем и устройство для его реализации (RU 2312290, МПК F28G 7/00, В08В 7/02, В08В 3/12, опубл. 10.12.2007), заключающийся в комплексном воздействии на систему магнитного и акустического полей, при этом на воду, движущуюся в трубе, воздействуют импульсным локальным магнитным полем, вращающимся на 360° в плоскостях параллельной и перпендикулярной вектору направления движения воды, а в водной среде и стенке и накипи возбуждают акустические волны, в водной среде - инфразвуковой частоты, а стенке водной системы и накипи -звуковой. Устройство магнитоакустической обработки водной системы, содержащее магнитоакустический излучатель с системой управления, образованный магнитопроводом и установленными на расстоянии друг от друга основной намагничивающей катушкой, компенсирующей катушкой с соосно расположенными сердечниками, а также торообразной катушкой сдвига магнитного поля, намотанной на кольцевой сердечник, расположенный вокруг основной части магнитопровода между основной намагничивающей и компенсирующей катушками, при этом сердечники основной намагничивающей и компенсирующей катушек выполнены с возможностью контакта с подводящей трубой трубопровода обрабатываемой воды, а магнитопровод магнитоакустического излучателя образован основной частью магнитопровода и сердечниками основной намагничивающей и компенсирующей катушек, обеспечивающими контакт магнитопровода с подводящей трубой трубопровода обрабатываемой водной системы.

Недостатком способа и устройства магнитоакустической обработки водных систем является неприменимость для воздействия на пленку конденсата пара, которая образуется на трубках горизонтальной трубной системы теплообменного оборудования ТЭЦ (тепловая электростанция) и АЭС (атомная электростанция), так как действие направлено на разрушение нерастворимой части накипи на стенках элементов котлоагрегатов и удаление солей, растворимых в питающей трубе воды.

Известен способ охлаждения оборотной технической воды (RU 2532397, МПК F28C 1/00, опубл. 10.11.2014), заключающийся в испарении части ее объема с поверхности водоема-охладителя и каналов, а также в башенной градирне, заключающийся в отборе воды, нагретой в объекте энергетического комплекса, ее отводе по первому отводящему каналу с первым частичным охлаждением в градирню, первому основному охлаждению воды в градирне и направлении предварительно охлажденной воды через второй отводящий канал с ее вторым частичным охлаждением в водоем-охладитель, второму основному охлаждении воды в водоеме-охладителе, направлении практически полностью охлажденной воды по подводящему каналу к объекту энергетического комплекса с ее третьим частичным охлаждением, охлаждении объекта энергетического комплекса полностью охлажденной оборотной технической водой, при этом дополнительно уменьшают потери воды на испарение при ее охлаждении за счет передачи ею тепловой энергии в грунт и в нижние более холодные слои воды, дополнительно повышают теплоотдачу воды, движущейся по каналам, а также охлаждаемой в градирне и в водоеме-охладителе путем предварительного физического воздействия на нее акустическими и гидродинамическими волнами, а также воздушными пузырьками, дополнительно в каналах создают турбулентное перемешивание верхних и нижних слоев воды, дополнительно в водоеме-охладителе создают перемешивание верхних и нижних слоев воды, дополнительно в водоеме-охладителе очищают дно от постоянно накапливающихся осадков и используют охлаждающие свойства грунтовых вод, дополнительно в градирне измельчают капли разбрызгиваемой воды и создают более тонкий ламинарный ее поток на оросителе.

Недостатком способа является его неприменимость для воздействия на пленку конденсата пара, которая образуется на трубках горизонтальной трубной системы теплообменного оборудования ТЭЦ (тепловая электростанция) и АЭС (атомная электростанция).

Известен способ для очистки и защиты поверхностей теплообменных агрегатов различного назначения от отложений, который реализуется с помощью устройства для акустического воздействия на стенки теплообменника (RU177213, МПК В06 В 1/06, F28G 7/00, G10K 15/06, опубл. 13.02.2018), в котором понижающим трансформатором источника питания преобразуют переменное напряжение Uc=220 В 50 Гц в U1=12 В 50 Гц с гальванической развязкой сетей для обеспечения требований электробезопасности. Повышающим трансформатором преобразуют переменное напряжение U1=20 В 50 Гц в U2=380 В 50 Гц с гальванической развязкой, а емкостным четырехкратным умножителем напряжения детектируют переменное напряжение в постоянное, заряжая накопительный электрический конденсатор, и через ограничительный резистор заряжают электрическую емкость пьезоэлектрического преобразователя. Током от накопительного электрического конденсатора через ограничительный резистор заряжают электрическую емкость пьезоэлектрического преобразователя 8 и на контактах газоразрядного устройства. При достижении напряжения пробоя защитного газоразрядного устройства получают газовый разряд, электрическое сопротивление защитного газоразрядного устройства становится очень малым и достигают разряд емкости пьезоэлектрического преобразователя с соответствующим излучением акустического импульса. После чего высокое сопротивление защитного газоразрядного устройства восстанавливают. Заряжают электрическую емкость пьезоэлектрического преобразователя током от накопительного электрического конденсатора. При достижении напряжения пробоя защитного газоразрядного устройства цикл повторяют.

Недостатком этого технического решения является то, что оно направлено для очистки от отложений на поверхностях в теплообменниках, для чего используется узконаправленный пьезоэлектрический преобразователь, который прост в эксплуатации, но себестоимость производства, которого высока за счет использования дорогостоящий специализированных пьезоэлектрических элементов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ, который реализуется с помощью кожухотрубчатого теплообменника (SU 1125461, МПК F28D 7/00, F28F 13/10, опубл. 23.11.1984), в котором интенсифицируют теплообмен, создавая звуковые колебания теплоносителя в межтрубном пространстве, для этого в трубных досках выполняют кольцевые проточки, образующие при совмещении досок резонирующие полости, сообщающиеся через переточные отверстия с межтрубным пространством.

Недостатком данного технического решения является низкая интенсивность теплообмена, связанная с необходимостью устойчивого течения теплоносителя через отверстия и щели с высокой скоростью для возникновения автоколебаний и создания высокой интенсивности звуковых колебаний.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом заявленного изобретения является снижение температурного напора и расхода топлива, а также повышение экономичности работы турбоустановок, за счет интенсификации теплообмена в конденсационном теплообменном оборудовании на ТЭС и АЭС.

Технический результат достигается тем, что используют способ акустического воздействия на конденсационное оборудование, в котором создают акустические колебания, для чего устанавливают источники акустических колебаний в паровом пространстве внутри конденсационного оборудования, размещают устройство контроля состояния конденсата, включающее оптическую систему, относительно контролируемого участка горизонтальной трубной системы, таким образом, чтобы в поле зрения оптической системы устройства контроля состояния конденсата попадал весь контролируемый участок горизонтальной трубной системы, генерируют и воспроизводят акустические колебания внутри конденсационного оборудования с начальными параметрами частоты и уровня, осуществляют контроль поведения конденсата на поверхности горизонтальной трубной системы с помощью устройства контроля состояния конденсата, включающее оптическую систему, определяют и измеряют с помощью анализатора спектра акустических колебаний частоту и уровень акустических колебаний, меняют частоту и уровень акустических колебаний генератором акустических колебаний, выбирают и фиксируют параметры частоты и уровня акустических колебаний в момент, когда состояние конденсата переходит из пленочного в капельное, осуществляют акустическое воздействие с зафиксированными параметрами частоты и уровня акустических колебаний до завершения технологического процесса.

В результате использования изобретения осуществляется образование акустических колебаний, создаваемых источниками акустических колебаний, воздействующих на горизонтальную трубную систему и состояние конденсата на поверхности горизонтальных трубок конденсационного оборудования, позволяющих интенсифицировать теплообмен в конденсационном теплообменном оборудовании за счет увеличения коэффициента теплопередачи, что ведет к снижению температурного напора и расхода топлива, а также повышению экономичности работы турбоустановок.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана визуализация способа акустического воздействия на конденсационное оборудование.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения:

1. Конденсатор;

2. Горизонтальная трубная система;

3. Источник акустических колебаний;

4. Термостойкий аудиокабель;

5. Гермоввод;

6. Генератор акустических колебаний с усилителем;

7. Видеокамера;

8. Монитор;

9. Микрофон;

10. Анализатор спектра акустических колебаний;

11. Кабель.

Осуществление изобретения

Способ акустического воздействия на конденсационное оборудование реализуют следующим образом:

- устанавливают источники акустических колебаний 3 (фиг. 1) в паровом пространстве внутри конденсационного оборудования,

- размещают устройство контроля состояния конденсата, включающее оптическую систему, состоящую из видеокамеры 7 (фиг. 1), монитора 8 (фиг. 1) и кабеля 11 (фиг. 1). Монитор 8 (фиг. 1) устанавливают на стационарном посту, а видеокамеру 7 (фиг. 1) - относительно контролируемого участка горизонтальной трубной системы, таким образом, чтобы в поле зрения оптической системы устройства контроля попадал весь контролируемый участок горизонтальной трубной системы,

- генерируют и воспроизводят акустические колебания внутри конденсационного оборудования с начальными параметрами частоты и уровня,

- осуществляют контроль поведения состояния конденсата на поверхности горизонтальной трубной системы 2 (фиг. 1) с помощью устройства контроля состояния конденсата, включающее оптическую систему, определяют и измеряют с помощью анализатора спектра акустических колебаний 10 (фиг. 1) частоту и уровень акустических колебаний, меняют частоту и уровень акустических колебаний генератором акустических колебаний 6 (фиг. 1),

- выбирают и фиксируют параметры частоты и уровня акустических колебаний в момент, когда состояние конденсата переходит из пленочного в капельное,

- осуществляют акустическое воздействие с зафиксированными параметрами частоты и уровня акустических колебаний до завершения технологического процесса.

Реализация заявленного способа показана на следующем примере: Источники акустических колебаний 3 (фиг. 1), выполненные, например, в виде термостойких аудиоколонок во влагозащищенном исполнении, устанавливают в паровом пространстве внутри конденсационного оборудования, например, с помощью кронштейнов и болтовых соединений, которые по средством сварки закрепляют на стенках корпуса конденсатора 1 (фиг. 1), термостойкий аудиокабель 4 (фиг. 1) заводят внутрь конденсатора 1 (фиг. 1) через гермоввод 5 (фиг. 1) и подключают к источникам акустических колебаний 3 (фиг. 1), с другой стороны термостойкий аудиокабель 4 (фиг. 1) подключают к генератору акустических колебаний с усилителем 6 (фиг. 1), который с помощью силового кабеля подключают к сети переменного тока 220 В, также в паровом пространстве комплекса конденсационного оборудования устанавливают и закрепляют на стенках конденсационного оборудования относительно контролируемого участка горизонтальной трубной системы 2 (фиг. 1) оптическую систему устройство контроля состояния конденсата, например, видеокамеру 7 (фиг. 1) с подсветкой, соединенную посредством кабеля 11 (фиг. 1) через гермоввод 5 (фиг. 1) с монитором 8 (фиг. 1). Видеокамеру 7 (фиг. 1) ориентируют таким образом, чтобы ее в поле зрения попадал весь контролируемый участок горизонтальной трубной системы 2 (фиг. 1), при этом на монитор 8 (фиг. 1) выводится изображение контролируемого участка горизонтальной трубной системы 2 (фиг. 1), микрофон 9 (фиг. 1) закрепляют в герметичном штуцере и соединяют с помощью кабеля 11 (фиг. 1) с анализатором спектра акустических колебаний 10 (фиг. 1).

Генерируют акустические колебания с помощью генератора акустических колебаний с усилителем 6 (фиг. 1) и воспроизводят акустические колебания источниками акустических колебаний 3 (фиг. 1) внутри конденсатора 1 (фиг. 1) с начальными параметрами частоты и уровня. Рабочие значения частоты акустических колебаний, а также уровень акустических колебаний выбирают, измеряют с помощью анализатора спектра акустических колебаний 10 (фиг. 1), воспринимающего акустические колебания от микрофона 9 (фиг. 1). Осуществляют акустическое воздействие на конденсат пара, который образуется на трубках горизонтальной трубной системы 2 (фиг. 1), и непосредственно на саму горизонтальную трубную систему 2 (фиг. 1). В результате акустического воздействия на конденсат пара и горизонтальную трубную систему 2 (фиг. 1) происходит переход конденсата из пленочного состояния в капельное, что интенсифицирует теплоотдачу в горизонтальной трубной системе 2 (фиг. 1).

Экспериментально установлено, что оптимальное значение частоты акустических колебаний лежит в диапазоне от 100 до 20000 Гц акустических волн. Изображение на мониторе 8 (фиг. 1) позволяет контролировать поведение конденсата на поверхности горизонтальной трубной системы 2 (фиг. 1) и фиксировать переход конденсата из пленочного состояния в капельное, а также создаваемый температурный напор на конденсационном оборудовании (фиг. 1). Момент перехода конденсата из пленочного состояния в капельное фиксируют анализатором спектра акустических колебаний параметры частоты и уровня акустических колебаний. Далее акустическое воздействие осуществляют зафиксированными параметрами частоты и уровня акустических колебаний до завершения технологического процесса.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, касается, в частности, эксплуатации теплоэнергетического оборудования и может быть использовано на тепловых и атомных электростанциях. В способе акустического воздействия на конденсационное оборудование создают акустические колебания в паровом пространстве внутри конденсационного оборудования, определяют и измеряют с помощью анализатора спектра акустических колебаний частоту и уровень акустических колебаний, меняют частоту и уровень акустических колебаний генератором акустических колебаний, выбирают и фиксируют параметры частоты и уровня акустических колебаний в момент, когда состояние конденсата переходит из пленочного в капельное, осуществляют акустическое воздействие с зафиксированными параметрами частоты и уровня акустических колебаний до завершения технологического процесса. Техническим результатом заявленного изобретения является снижение температурного напора и расхода топлива, а также повышение экономичности работы турбоустановок за счет интенсификации теплообмена в конденсационном теплообменном оборудовании. 1 ил.

Способ акустического воздействия на конденсационное оборудование, в котором создают акустические колебания, для чего устанавливают источники акустических колебаний в паровом пространстве внутри конденсационного оборудования, размещают устройство контроля состояния конденсата, включающее оптическую систему, относительно контролируемого участка горизонтальной трубной системы, таким образом, чтобы в поле зрения оптической системы устройства контроля состояния конденсата попадал весь контролируемый участок горизонтальной трубной системы, генерируют и воспроизводят акустические колебания внутри конденсационного оборудования с начальными параметрами частоты и уровня, осуществляют контроль поведения конденсата на поверхности горизонтальной трубной системы с помощью устройства контроля состояния конденсата, включающее оптическую систему, определяют и измеряют с помощью анализатора спектра акустических колебаний частоту и уровень акустических колебаний, меняют частоту и уровень акустических колебаний генератором акустических колебаний, выбирают и фиксируют параметры частоты и уровня акустических колебаний в момент, когда состояние конденсата переходит из пленочного в капельное, осуществляют акустическое воздействие с зафиксированными параметрами частоты и уровня акустических колебаний до завершения технологического процесса.