ПРЯМОТОЧНЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ Советский патент 1944 года по МПК F24H1/10 

С целью использования избыточной энергии гидроэлектростанций для теплофикации при трансформации электроэнергии в тепло применяют электродные высоковольтные прямоточные электронагреватели.

Рекомендуемые для этой цели прямоточные трехбаковые электронагревательные аппараты имеют следующие недостатки. Проходные фарфоровые изоляторы, установленные сверху - в зоне горячей воды, очень быстро выходят из строя, ввиду разрушения фарфора из-за резкого изменения температуры окружающей среды, что является неизбежным при внезапных отключениях, а также, при включениях в работу данных аппаратов. В электроводонагревательных аппаратах невозможно добиться идеального уплотнения между токонесущим стержнем и внутренними стенками проходных изоляторов, что объясняется разными температурными коэфициентами объемного расширения фарфора и материала токонесущего стержня. По этой причине во время работы нагревателя происходит просачивание капель воды между поверхностями токонесущего стержня, уплотняющей набивки и внутренними стенками фарфора. Эти капельки воды постепенно загрязняют наружную поверхность проходных изоляторов, что снижает прочность, изоляции, приводит к образованию короны и аварийным выключениям из работы аппаратов из-за поверхностных разрядов. При больших расходах воды, циркулирующей через трехбаковый нагреватель, поступает неодинаковое количество воды в рабочие цилиндры, что вызывает неравномерную электрическую нагрузку в фазах. Степень неравномерности нагрузки достигает 40-50%.

Для устранения этих недостатков настоящим изобретением предусмотрена установка проходных фарфоровых изоляторов в прямоточных электронагревателях - снизу - в зоне входа в бак обратной холодной воды. Это предотвращает возможность резких изменений температуры окружающей изолятор среды и исключает разрушение изолятора из-за температурных деформаций материала. Данное мероприятие позволяет использовать для прямоточных электронагревателей обычные типовые проходные фарфоровые изоляторы, широко применяемые в электротехнике. Кроме того установка проходных изоляторов снизу устраняет загрязнение их наружной поверхности каплями воды, которые просачиваясь между токонесущим стержнем и стенками внутреннего отверстия изолятора, в данном случае будут свободно падать вниз.

Для обеспечения равномерного расхода воды через рабочие цилиндры трехбаковых электронагревателей предусмотрена установка уравнительных патрубков, с помощью которых достигается выравнивание гидравлического давления в зонах входа воды в цилиндры.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на фиг. 1 которого изображен общий вид водонагревателя по а-а фиг. 3; на фиг. 2 - то же в разрезе по b-b фиг. 1; на фиг. 3 - то же в разрезе с-с фиг. 1.

Предлагаемый прямоточный высоковольтный электроводонагреватель состоит из следующих основных элементов: 1 - верхнего коллектора с выходным патрубком для отвода нагретой воды, 2 - рабочих цилиндров (баков), в которых происходит подогрев воды проходящим через нее трехфазным током, 3 - электродов, с помощью которых подводится напряжение к массе воды, протекающей через нагреватель, 4 - вводных фарфоровых изоляторов, с помощью которых обеспечивается изоляция токонесущих элементов нагревателя от корпуса, 5 - нижнего коллектора с входным патрубком для подачи обратной (холодной) воды в рабочие цилиндры, 6 - уравнительных патрубков, с помощью которых достигается выравнивание гидравлического напора и обеспечивается равномерный расход воды в отдельных фазах.

Детали нагревателя 1, 2, 3, 5 и 6 изготовляются из стальных бесшовных труб, диаметр и длина которых определяются электрическим, тепловым и гидродинамическим расчетом в зависимости от рабочего напряжения, удельного сопротивления воды, величины нагрузки и рабочих параметров теплосети.

В качестве вводных изоляторов 4 используются обычные фарфоровые проходные изоляторы, применяемые для распределительных устройств, или же фарфоровые втулки от масляных выключателей. Детали 1, 2, 5 и 6 соединяются между собой электросваркой и составляют корпус нагревателя, являющийся кулевой точкой для трехфазного тока, который проходит через воду от электродов к корпусу.

Вводные изоляторы 4 армируются на специальных стальных крышках с помощью болтов, прикрепляемых к фланцам рабочих цилиндров. Уплотнение между изолятором и крышкой, а также между токонесущим стержнем и внутренней поверхностью изолятора достигается с помощью сальников.

Предлагаемая конструкция водонагревателя весьма проста в изготовлении и дешева. Все металлические детали нагревателя могут быть изготовлены из обрезков стальных труб. Использование для изготовления нагревателя стальных труб дает возможность изтотовить их на любую мощность и любое давление силами простейшей станционной механической мастерской. Здесь отпадает надобность в сложных корпусно-котельных работах, которые неизбежны при однобаковых трехфазных электродных высоковольтных нагревателях.

Предлагаемые нагреватели целесообразно строить для напряжения трехфазного тока от 400 до 11000 в. При напряжении от 6 до 11 кв мощность водонагревательного аппарата в одной единице, при соответствующем подборе размеров электродов и рабочих цилиндров, может быть без затруднения получена до 20000-40000 квт.

Практическое применение подобного рода аппараты могут найти в тех энергосистемах, где в покрытии энергобаланса используются гидростанции.

Работа этих аппаратов должна нормально ориентироваться на то время, когда гидростанции работают с недогрузкой или же располагают большими избытками энергии за счет сезонных или суточных провалов в графике нагрузок.

Установленные водонагревательные аппараты для теплофикации или же для выработки тепла на технические нужды, работающие на базе избыточной энергии гидростанций, могут значительно повысить коэфициент использования установленной мощности машин гидростанций, сохранить большое количество топлива и дать дополнительные денежные накопления энергосистеме.

В отдельных случаях, как, например, в районах Крайнего Севера, такие установки оказываются рентабельными даже в том случае, если для них энергия с гидростанций отпускается по нормальному промышленному тарифу, так как здесь нет местного топлива, а завозить его приходится из отдельных районов Союза: Печоры, Кузбасса и Донбасса.

1. Прямоточный водонагреватель электродного типа, состоящий из нескольких, например трех (по числу фаз питающей сети переменного тока) баков, внутри которых расположены стержневые электроды, пропущенные через фарфоровые изоляторы, отличающийся тем, что, с целью предотвращения разрушения изоляторов при резких изменениях температуры воды, указанные изоляторы установлены в нижней части бака - в зоне входа в бак холодной воды.

2. В водонагревателе по п. 1 применение уравнительных патрубков для выравнивания гидродинамического напора на входе в баки и обеспечения равномерного расхода воды в баках.