УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2008 года по МПК F24J3/00 

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам, содержащим вращающиеся элементы для нагревания текучих сред, и может быть использовано для тепло- и горячего водоснабжения объектов промышленного и бытового назначения, нагрева технологических жидкостей.

Известно устройство для нагревания текучей среды (см. US Patent № 5188090, 1993 г.), взятое за прототип. Устройство содержит неподвижный корпус с цилиндрической полостью и расположенный с зазором в этой полости цилиндрический ротор, который жестко установлен на валу с возможностью вращения. Цилиндрическая поверхность ротора имеет на цилиндрической поверхности определенное число неровностей или отверстий. Опорная шайба, которая служит для монтажа внутри нее подшипников и сальников, имеет полые части, которые соединяются с полостью между корпусом и ротором. В опорной шайбе сделаны впускные каналы, через которые текучая среда проходит в полость корпус/ротор в зоне вала. Корпус имеет один или более выпускных каналов, через которые текучая среда при повышенном давлении и температуре покидает устройство. Вал приводится в движение электродвигателем или другим двигателем.

Недостатком данного устройства является низкая теплопроизводительность из-за недостаточного нагрева имеющегося расхода текучей среды.

Предлагаемым изобретением решается задача: повышение теплопроизводительности.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности нагрева жидкости при одновременном увеличении расхода текучей среды.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для нагревания текучей среды, содержащем неподвижный корпус с цилиндрической полостью и расположенный с зазором в этой полости цилиндрический ротор, который жестко установлен на валу с возможностью вращения и имеет на цилиндрической поверхности определенное число неровностей или отверстий, а корпус имеет, по крайней мере, один впускной канал и выпускной канал, новым является то, что в неподвижном корпусе выполнена вторая полость, соприкасающаяся с первой полостью, в которой аналогично установленному ротору расположен второй ротор на втором валу, причем роторы установлены с возможностью противоположного вращения от независимых приводных двигателей, кроме того, на цилиндрической поверхности каждого ротора последовательно размещены ряды глухих отверстий и прямоугольные пазы, меньшая сторона которых совпадает с радиусом ротора, пазы выполнены сквозными с выходом на торцы ротора, выпускной канал выполнен соосно с коническим отверстием, объединяющим цилиндрические полости, и размещен по центру корпуса.

Соосно с впускными каналами размещены ускорители, внутренняя поверхность которых выполнена в виде сопла Лаваля или в иной форме, для придания потоку текучей среды ускорения.

На торцевых поверхностях роторов выполнены радиальные сужающиеся каналы.

Выполнение корпуса в форме двух цилиндрических полостей обусловлено необходимостью создания двух вращающихся потоков текучей среды с целью их дальнейшего объединения перед поступлением в выпускной канал, причем объединение этих потоков происходит с увеличением скоростной составляющей.

Внутренние цилиндрические поверхности полостей соприкасаются, соединяясь между собой в зоне выпускного канала, что позволяет объединить два потока вращающейся текучей среды с их одновременным активным перемешиванием, увеличением скорости при входе из зазора между вращающимися навстречу друг другу роторами и дальнейшим торможением перед выпускным каналом, что сопровождается выделением тепловой энергии.

Роторы установлены с возможностью вращения от независимых приводных двигателей, каждый в соответствующей полости, причем направление их вращения противоположно. Расположение приводных двигателей может быть произвольным, то есть или с одной стороны корпусов, или с противоположных сторон, и обусловлено только их габаритными размерами. Противоположное направление вращения роторов обеспечивает однонаправленное движение потоков вращающейся текучей среды, их объединение и дальнейшее движение в одном направлении.

Наличие конического отверстия в корпусе перед выпускным каналом обусловлено необходимостью эффективного объединения двух вращающихся потоков текучей среды, формирования общего потока, торможения с целью поддержания в этой зоне повышенного давления, что является необходимым условием для поддержания высокой теплопроизводительности.

Чередование рядов глухих отверстий на цилиндрической поверхности каждого ротора со сквозными прямоугольными пазами, у которых меньшая сторона совпадает с радиусом ротора, обусловлено необходимостью повышения эффективности прокачивания потока текучей среды через устройство. Увеличение расхода способствует полной его загрузке по мощности и оптимальному режиму теплообразования. Одновременно с интенсивным вовлечением текучей среды во вращательное движение за счет прямоугольных пазов происходит образование локальных вихревых образований в текучей среде в зоне глухих отверстий, сопровождающееся выделением тепловой энергии.

Размещение соосно с впускными каналами ускорителей, внутренняя поверхность которых выполнена в виде сопла Лаваля или в иной форме, обусловлено необходимостью придания потоку текучей среды, поступающему во внутреннюю полость, значительного ускорения. Ускоренный поток текучей среды тормозится о торцевые поверхности ротора с выделением тепловой энергии и перемещается к цилиндрической поверхности ротора, где происходят основные процессы тепловыделения. Таким образом, процессы теплообразования активизируются, повышается теплопроизводительность.

Выполнение на торцевых поверхностях роторов радиально расположенных сужающихся каналов обусловлено необходимостью обеспечения поступления текучей среды к цилиндрическим поверхностям корпуса и роторов с наименьшими гидравлическими потерями и при повышенных скоростях.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на

фиг.1 изображено устройство для нагревания текучей среды, общий вид;

фиг.2 - схема расположения глухих отверстий и прямоугольных пазов на роторе;

фиг.3 - схема расположения радиальных сужающихся каналов на торцевых поверхностях ротора.

Устройство для нагревания текучей среды состоит из неподвижного корпуса 1, имеющего две цилиндрических полости 2, внутри которых с возможностью противоположного вращения на валах 3 жестко закреплены цилиндрические роторы 4. Валы 3 установлены в подшипниковых опорах 5 и уплотнены сальниками 6. Подшипниковые опоры 5 и сальники 6 размещены в опорных шайбах 7, выполненных совместно с корпусом 1. На цилиндрических поверхностях каждого ротора 4 выполнены ряды глухих отверстий 8, чередующиеся с прямоугольными пазами 9, меньшая сторона которых совпадает с радиусом ротора. Пазы выполнены сквозными с выходом на торцы ротора 4. На торцевых поверхностях корпуса 1 над опорными шайбами 7 размещены впускные каналы 10, соосно с которыми установлены ускорители 11, внутренняя поверхность которых выполнена в виде сопла Лаваля. На торцевых поверхностях роторов 4 радиально расположены сужающиеся каналы 12. Выпускной канал 13 выполнен соосно с коническим отверстием 14, объединяющим цилиндрические полости 2, и размещен по центру корпуса 1. Валы 3 связаны с приводными двигателями 15 посредством муфт 16.

Устройство для нагревания текучей среды работает следующим образом.

Текучая среда под давлением подается к ускорителям 11. После заполнения текучей средой устройства включаются двигатели 15, передающие противоположное вращение через муфту 16 к валам 3 с роторами 4. Противоположное направление вращения роторов обеспечивает однонаправленное движение потоков вращающейся текучей среды, их объединение и дальнейшее движение в одном направлении. Ускоренный поток от ускорителей 11 через впускные каналы 10 поступает в цилиндрические полости 2 и тормозится с выделением тепловой энергии о торцевые стенки роторов 4. Далее движение текучей среды происходит между торцевыми поверхностями корпуса 1 и роторов 4. Параллельно текучая среда с ускорением перемещается по радиальным сужающимся каналам 12. Перед объединением двух потоков происходит интенсивное вовлечение текучей среды во вращательное движение за счет прямоугольных пазов. В зоне глухих отверстий 8 между цилиндрическими поверхностями роторов 4 и корпуса 1 за счет разрыва сплошного потока и образующихся вихревых воронок происходят активные процессы тепловыделения. В зоне конического отверстия 14, объединяющего цилиндрические полости 2 и соосного с ним выпускного канала 13, происходит столкновение двух вращающихся потоков текучей среды, перемещающихся от впускных каналов 10, что также сопровождается выделением тепловой энергии. Через выпускной канал 13 нагретая текучая среда поступает в систему теплопотребления.

Устройство для нагревания текучей среды относится к теплотехнике, и может быть использовано для тепло- и горячего водоснабжения. Задачей изобретения является повышение эффективности нагрева жидкости при одновременном увеличении расхода текучей среды. Для решения поставленной задачи предложено устройство для нагревания текучей среды, содержащее неподвижный корпус с цилиндрической полостью и расположенный с зазором в этой полости цилиндрический ротор, жестко установленный на валу с возможностью вращения и имеющий на цилиндрической поверхности определенное число неровностей или отверстий. В неподвижном корпусе устройства выполнена вторая полость, соприкасающаяся с первой полостью, в которой, аналогично установленному ротору, расположен второй ротор на втором валу, причем роторы установлены с возможностью противоположного вращения от независимых приводных двигателей, кроме того, на цилиндрической поверхности каждого ротора последовательно размещены ряды глухих отверстий и прямоугольные пазы, меньшая сторона которых совпадает с радиусом ротора, пазы выполнены сквозными с выходом на торцы ротора, выпускной канал выполнен соосно с коническим отверстием, объединяющим цилиндрические полости, и размещен по центру корпуса. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для нагревания текучей среды, содержащее неподвижный корпус с цилиндрической полостью и расположенный с зазором в этой полости цилиндрический ротор, который жестко установлен на валу с возможностью вращения и имеет на цилиндрической поверхности определенное число неровностей или отверстий, а корпус имеет, по крайней мере, один впускной канал и выпускной канал, отличающееся тем, что в неподвижном корпусе выполнена вторая полость, соприкасающаяся с первой полостью, в которой, аналогично установленному ротору, расположен второй ротор на втором валу, причем роторы установлены с возможностью противоположного вращения от независимых приводных двигателей, кроме того, на цилиндрической поверхности каждого ротора последовательно размещены ряды глухих отверстий и прямоугольные пазы, меньшая сторона которых совпадает с радиусом ротора, пазы выполнены сквозными с выходом на торцы ротора, выпускной канал выполнен соосно с коническим отверстием, объединяющим цилиндрические полости, и размещен по центру корпуса.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соосно с впускными каналами размещены ускорители, внутренняя поверхность которых выполнена в виде сопла Лаваля или в иной форме для придания потоку текучей среды ускорения.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на торцевых поверхностях роторов выполнены радиальные сужающиеся каналы.