СПОСОБ РАБОТЫ ДВУХФАЗНОГО НАСОСА Российский патент 2000 года по МПК F01K11/04 

Изобретение относится к области теплотехники, преимущественная область его использования - теплоэнергетика.

Известны способы работы центробежных насосов для перекачки и поднятия давления жидкостей или газов. Кравченко Г.И. "Гидравлические машины", Москва "Энергоатомиздат", 1983, рис. 2.12, рис.8.3. Эти насосы состоят из корпуса насоса, ротора с насаженными на него рабочими колесами, который приводится во вращательное движение от постороннего источника. В конструкцию также входит запорная и регулирующая арматура и система уплотнений. Перекачка среды и поднятие давления в центробежных насосах происходит в основном за счет приращения центробежных сил в перекачиваемой среде по радиусу рабочих колес.

Недостатком работы насосов является ненадежная работа с двухфазными средами.

Из известных способов наиболее близким является способ работы двухфазного насоса по патенту США N 3590786, кл. F 22 B 5/00, 1971, при котором происходит увеличение веса молекул воды на поверхности вращающегося гидрозатвора и переход ее в состояние паровой фазы.

Способ работы парогенератора-двухфазного насоса заключается в том, что поднятие давления пара после турбины происходит за счет перехода пара после конденсации в состояние перегретой жидкости в полости гидрозатвора вращающегося парогенератора, работающего как двухфазный насос, и вскипания ее на выходе из него. Вскипание жидкости происходит либо в камере V, или на выходе системы труб /сопел/.

Недостатком известного способа является то, что перегрев жидкости осуществляется путем передачи ей тепла от внешнего источника, сложность конструкции и соответственно большая металлоемкость насоса. К недостаткам также следует отнести отсутствие возможности регулирования уровня жидкости в гидрозатворе.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение возможности прокачки двухфазного рабочего тела, упрощение конструкции и соответственно уменьшение металлоемкости, обеспечение возможности регулирования уровня жидкости в затворе.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе работы двухфазного насоса путем увеличения веса молекул воды на поверхности вращающегося гидрозатвора и перехода ее в состояние паровой фазы за счет приращения давления от веса молекул воды по радиусу гидрозатвора повышают давление перегретой жидкости, которую получают из пара, подаваемого на внутреннюю поверхность гидрозатвора, когда энтальпия и температура пара меньше температуры и энтальпии кипения перегретой жидкости на внутренней поверхности гидрозатвора.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена принципиальная конструкция насоса, на фиг. 2 - вид A, на фиг.3 - вид Б.

Двухфазный насос состоит из:
1. Корпуса насоса.

2. Рабочего колеса, насаженного на приводной вал.

3. Барботажного цилиндра.

4. Выходных сопел.

5. Система уплотнений между корпусом насоса и рабочим колесом с валом привода.

6. Полости гидрозатвора в рабочем колесе.

7. Регулировочного кольца уровня жидкости в гидрозатворе.

Для сохранения поверхности перехода пара в перегретую жидкость в гидравлической части цилиндра по наружному радиусу можно выполнить гидрозатвор-поворот хода жидкости на 180 градусов /далее всю полость в цилиндре /рабочем колесе насоса/, заполненную жидкостью, называем гидрозатвором/ 6. Для устранения перепада уровня в гидрозатворе между лопатками /в них/ могут выполняться уравнительные прорези 8.

Для контрастирования и увеличения поверхности переходного процесса применяется барботажный цилиндр 3 /производит пузырьковый переход в перегретую жидкость/, через который также можно будет контролировать уровень гидрозатвора, если его поверхность будет соединена через канал /см. Вид А/ с атмосферой для проведения деаэрации жидкости и компенсирования пузырькового объема.

Регулировку уровня гидрозатвора можно производить регулировочным кольцом 7, которое устанавливает зазор /а/ между выходными соплами рабочего колеса 4 и этим кольцом /см. вид Б/ /регулирует расход перегретой жидкости/.

Основные требования к конструкторскотепловому расчету.

1/ Определение частоты вращения ротора насоса при заданном радиусе внутренней поверхности гидрозатвора из условий компенсации сил межмолекулярного разрыва центробежными силами /увеличение веса молекулярной массы, а не сжатием пара/
2/ Определение площади внутренней поверхности гидрозатвора, зависящей от скорости коллапсирования пузырьков, от разности температуры кипения перегретой воды с температурой пара на входе в насос.

3/ Определение радиуса нахождения выходных сопел для определения приращения давления перегретой жидкости и исключения вскипания жидкости от приращения энергии от сжатия ее в гидрозатворе.

Работа двухфазного насоса происходит следующим образом:
Пар подается в корпус насоса и в барботажный цилиндр. Через сопла барботажного цилиндра он поступает в поверхностный слой гидрозатвора. На поверхности гидрозатвора пар переходит в фазу перегретой жидкости. По радиусу гидрозатвора, под действием центробежных сил возрастает давление в перегретой жидкости. С полученным давлением перегретая жидкость выходит из гидрозатвора через выходные сопла и переходит в паровую фазу.

Регулировочным кольцом регулируется зазор /а/ между выходными соплами и кольцом /регулируется уровень в гидрозатворе и расход жидкости через выходные сопла/.

Пуск двухфазного насоса можно производить при первоначальном заполнении гидрозатвора неперегретой жидкостью /для устранения сжатия пара- приращения в нем энергии/, а включать в цикл после вытеснения ее - перегретой.

Для исключения вскипания гидрозатвора останов двухфазного насоса надо также производить при предварительном заполнении его неперегретой жидкостью.

Таким образом, при увеличении веса единичной массы жидкости на поверхности инерциальной системы температура ее кипения повышается. Пар, поступающий на внутреннюю поверхность гидрозатвора с температурой и энтальпией /теплосодержанием/ меньшими, чем при кипении перегретой жидкости, сначала переходит в состояние жидкой фазы, затем давление жидкой фазы повышается, на что затрачивается гораздо меньше энергии, чем на сжатие паровой фазы, а затем жидкая фаза на выходе насоса переходит в состояние паровой фазы.

Изобретение позволяет уменьшить затраты на повышение давления рабочего тела, упростить конструкцию двухфазного насоса, уменьшить его металлоемкость, а также обеспечить возможность регулирования уровня жидкости в гидрозатворе.

Изобретение относится к области теплотехники, преимущественная область его использования - теплоэнергетика. Способ работы двухфазного насоса осуществляется путем увеличения веса молекул воды на поверхности вращающегося гидрозатвора и перехода ее в состояние паровой фазы, причем за счет приращения давления от веса молекул воды по радиусу гидрозатвора повышают давление перегретой жидкости, которую получают из пара, подаваемого на внутреннюю поверхность гидрозатвора, когда энтальпия и температура пара меньше температуры и энтальпии кипения перегретой жидкости на внутренней поверхности гидрозатвора. 3 ил.

Способ работы двухфазного насоса путем увеличения веса молекул воды на поверхности вращающегося гидрозатвора и перехода ее в состояние паровой фазы, отличающийся тем, что за счет приращения давления от веса молекул воды по радиусу гидрозатвора повышают давление перегретой жидкости, которую получают из пара, подаваемого на внутреннюю поверхность гидрозатвора, когда энтальпия и температура пара меньше температуры и энтальпии кипения перегретой жидкости на внутренней поверхности гидрозатвора.