ГИДРОТЕПЛОГЕНЕРАТОР РОТОРНОГО ТИПА 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 бытового и промышленного назначения, нагрева технологических жидкостей при наличии естественных или технологических потоков жидкости, перемещающихся с перепадом по высоте или с избыточным магистральным давлением.

Известно устройство для нагрева жидкости (см. патент №2270965, МПК F25В 29/00, F24J 3/00 от 03.08.04 г.), принятое за прототип. Устройство для нагрева жидкости содержит неподвижный цилиндрический корпус, имеющий отверстие входного канала, отверстие выходного канала, цилиндрическую полость, внутри которой с зазором установлен с возможностью вращения закрепленный на валу ротор в виде диска с глухими отверстиями, расположенными по периферии в его торцах по окружности, и углублениями, выполненными на цилиндрической поверхности диска.

Недостатком прототипа является необходимость использования в качестве привода электрического, бензинового, дизельного или иного двигателя, что неизбежно предполагает использование невосполнимых источников энергии.

Предлагаемым изобретением решается задача: высокоэффективная выработка тепловой энергии или иного вида энергии за счет использования нетрадиционных источников энергии.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании гидротеплогенератора, не требующего использования силового привода, потребляющего невосполнимые источники энергии и работающего за счет использования естественных (природных) условий или постоянно (длительно) действующих сопутствующих технологических факторов.

Указанный технический результат достигается тем, что в гидротеплогенераторе роторного типа, состоящего из неподвижного цилиндрического корпуса, имеющего отверстие входного канала, отверстие выходного канала, цилиндрическую полость, внутри которой с зазором установлен с возможностью вращения закрепленный на валу ротор в виде диска с глухими отверстиями, расположенными по периферии в его торцах по окружности, и углублениями, выполненными на цилиндрической поверхности диска, новым является то, что гидротеплогенератор не имеет привода, использующего напрямую невосполнимые источники энергии, он дополнительно снабжен вторым неподвижным цилиндрическим корпусом, в цилиндрической полости которого выполнен ротор в виде лопастного турбинного колеса, причем оба ротора установлены на независимых валах, связанных между собой муфтами сцепления, цилиндрические полости неподвижных корпусов гидравлически не связаны между собой, впускной патрубок первого корпуса выполнен в виде струйной форсунки и размещен тангенциально относительно внутренней цилиндрической поверхности первой полости, регулирование теплопроизводительности осуществляется за счет дросселя, установленного перед впускным патрубком первого корпуса, между первым и вторым корпусом, а также между первым корпусом и электрогенератором расположена дополнительная передача, обеспечивающая необходимое число оборотов.

Гидротеплогенератор данного типа не имеет привода, использующего напрямую невосполнимые источники энергии. Крутящий момент от лопастного турбинного колеса передается на ротор с глухими отверстиями на торцевых и цилиндрических поверхностях, расположенный внутри второй полости. Процесс вращения ротора сопровождается в условиях повышенного давления от действия центробежных сил выделением тепловой энергии за счет действия сил трения, резкого изменения направления движения жидкости и кавитационных процессов в зонах глухих отверстий. Подвод жидкости к впускному патрубку первой камеры, где расположено лопастное турбинное колесо, может осуществляться от различных источников.

Во-первых, возможен подвод жидкости от естественного или искусственного источника (реки, канала, водопровода) с перепадом высоты, обеспечивающей необходимое давление столба жидкости, достаточное для раскручивания лопастного турбинного колеса. В данном случае выработанное тепло образуется без затрат электроэнергии, твердого или жидкого топлива.

Во-вторых, функционирование гидротеплогенератора может осуществляться за счет использования избыточного магистрального давления систем централизованного теплоснабжения. В данном случае решается задача по обеспечению энергоресурсами локальных объектов и в целом повышается эффективность систем централизованного теплоснабжения, т.к. в ряде случаев производится невосполнимый сброс теплоносителя.

В-третьих, возможен подвод жидкости с напором, создающимся при движении различных самодвижущихся плавучих средств.

При соответствующем подборе источника, приводящего во вращение лопастное турбинное колесо, гидротеплогенератор обеспечивает эффективный нагрев жидкости и (или) выработку электрической энергии.

Выполнение гидротеплогенератора в виде двух раздельных неподвижных корпусов с цилиндрическими полостями обусловлено необходимостью раздельного размещения лопастного турбинного колеса и диска с глухими отверстиями. Потоки жидкости, перемещающиеся внутри цилиндрических полостей, являются независимыми: лопастное турбинное колесо приводится в движение потоком жидкости под давлением, а диск вращается в полости, через которую перемещается жидкость, циркулирующая по системе отбора тепловой энергии.

Выполнение ротора в первой полости в виде лопастного турбинного колеса обусловлено необходимостью обеспечения вращения жестко закрепленного на валу ротора за счет поступающего под давлением потока жидкости из впускного патрубка в виде струйной форсунки. Лопастное турбинное колесо отбирает энергию от потока жидкости и передает ее на вал.

Выполнение ротора во второй полости в виде диска с глухими отверстиями обусловлено необходимостью обеспечения максимально возможной эффективности нагрева потока жидкости, связанного с системой отбора тепловой энергии. Оба ротора жестко закреплены на независимых валах. Крутящий момент от лопастного турбинного колеса передается на диск с глухими отверстиями при помощи валов, соединенных муфтой сцепления. Таким образом, первую полость можно назвать приводной, а вторую - тепловой.

Муфта сцепления обеспечивает при необходимости прекращение вращения вала второго корпуса, т.е. тепловая полость бездействует. Аналогичная муфта сцепления соединяет вторую сторону вала первого корпуса с валом электрогенератора. Исходя из этого, возможно обеспечение нескольких режимов функционирования гидротеплогенератора:

- к валу первого корпуса (приводная полость) при помощи муфты сцепления присоединен вал второго корпуса (тепловая полость) и вал электрогенератора. Происходит выработка тепловой и электрической энергии;

- при отключении одного из агрегатов производится выработка тепловой или электрической энергии;

- при профилактических работах и ремонте могут быть отключены обе муфты сцепления.

Впускной патрубок первой камеры выполнен в виде струйной форсунки, придающей потоку жидкости значительное ускорение, и размещен тангенциально относительно внутренней поверхности первой цилиндрической полости. Увеличение скоростной составляющей и придание потоку поступающей жидкости окружной составляющей повышает эффективность работы лопастного турбинного колеса, а следовательно, всего гидротеплогенератора в целом.

Выработанная электрогенератором электроэнергия может накапливаться в аккумуляторной батарее и в дальнейшем использоваться для различных нужд или же напрямую использоваться для подключения необходимых электропотребителей различного назначения. В частности, возможно подключение к сети электрогенератора циркуляционного насоса, обеспечивающего прокачивание жидкости в системе теплопотребления.

Регулирование теплопроизводительности и электропроизводительности осуществляется за счет дросселя, установленного перед впускным патрубком первой камеры. При изменении расхода поступающего в приводную полость потока жидкости меняется количество выработанной тепловой и электрической энергии за счет изменения получаемого на валу крутящего момента.

При необходимости между первым и вторым корпусом, а также между первым корпусом и электрогенератором возможна установка дополнительной передачи, обеспечивающей необходимое число оборотов.

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 показана общая схема гидротеплогенератора роторного типа, на фиг.2 - схема корпуса с лопастным турбинным колесом; на фиг.3 - схема корпуса с диском.

Гидротеплогенератор роторного типа состоит из двух неподвижных цилиндрических корпусов 1 и 2. Корпус 1 имеет цилиндрическую полость 3, внутри которой с возможностью вращения на валу 4 жестко закреплен ротор, выполненный в виде лопастного турбинного колеса 5. Вал 4 установлен в подшипниковых опорах 6 и уплотнен сальниками 7. Сальники 7 размещены в камерах 8, которые через отверстия 9 гидравлически соединены с отверстиями 10, связанными с полостью 3. В неподвижном цилиндрическом корпусе 2, имеющем цилиндрическую полость 11, с возможностью вращения на валу 12 жестко закреплен ротор в виде диска 13 с глухими отверстиями 14 и сквозными отверстиями 15. Аналогичные отверстия 14 выполнены на стенках полости 11. Вал установлен в подшипниковой опоре 16 и уплотнен сальником 17. Сальник 17 размещен в камере 18, которая через отверстие 19 гидравлически соединена с отверстием 20, связанным с полостью 11. Впускной патрубок 21 в виде струйной форсунки размещен тангенциально относительно цилиндрической поверхности полости 3 корпуса 1. Выпускной патрубок 22 соединен с полостью 3 и размещен в нижней части корпуса 1. Отверстие входного канала 23 выполнено соосно с валом 12 на торцевой поверхности корпуса 2. Отверстие выходного канала 24 размещено на цилиндрической поверхности корпуса 2 и связано с полостью 11. Вал 4 одной стороной связан посредством муфты сцепления 25 с валом 12, а другой стороной - через муфту сцепления 26 - с валом электрогенератора 27, который подключен к аккумуляторной батарее 28 или циркуляционному насосу 29 системы теплопотребления или к другой полезной нагрузке. Перед впускным патрубком 21 размещен дроссель 30. Перед отверстием входного и выходного канала 23, 24 установлены вентили 31.

Гидротеплогенератор роторного типа работает следующим образом. После заполнения системы теплопотребления и полости 11 включается циркуляционный насос 29 с целью достижения стабильной циркуляции жидкости в системе теплопотребления. Муфта сцепления 25 отключена. Жидкость под давлением через дроссель 30 подается к впускному патрубку 21. Ускоренный поток жидкости от впускного патрубка 21 приводит во вращение лопастное турбинное колесо 5, закрепленное на валу 4, установленном в подшипниковых опорах 6. Поступившая в полость 3 жидкость утилизируется через выпускной патрубок 22. Сальники 7, 17, размещенные в камерах 8, 18, охлаждаются потоком жидкости, циркулирующим через гидравлически связанные между собой отверстия 9 и 10, 19 и 20. Крутящий момент передается при помощи муфты сцепления 25 на вал 12 с диском 13. Жидкость из обратного трубопровода системы теплопотребления циркуляционным насосом 29 подается к отверстию входного канала 23 и далее в полость 11. В полости 11 между диском 13 и ее противоположными поверхностями происходит активный процесс нагрева жидкости. Наиболее эффективно он происходит в зонах глухих отверстий 14. Сквозные отверстия 15 служат для обеспечения поступления жидкости к противоположной стороне диска 13. Отвод жидкости из полости 11 происходит через отверстие выходного канала 24, которая далее поступает в прямой трубопровод системы теплопотребления. Вал 4 при включенной муфте сцепления 26 приводит во вращение электрогенератор 27, который заряжает аккумуляторную батарею 28 или питает циркуляционный насос 29, или же подключен к иной полезной нагрузке.

При необходимости между первым и вторым корпусом, а также между первым корпусом и электрогенератором возможна установка дополнительной передачи, обеспечивающей необходимое число оборотов (на чертеже не показано).

Гидротеплогенератор роторного типа относится к теплотехнике, а именно к устройствам для нагревания текучих сред, и предназначен для тепло- и горячего водоснабжения объектов бытового и промышленного назначения, нагрева технологических жидкостей при наличии естественных или технологических потоков жидкости, перемещающихся с перепадом по высоте или с избыточным магистральным давлением. Гидротеплогенератор состоит из неподвижного цилиндрического корпуса, имеющего отверстия для входного и выходного каналов, цилиндрическую полость, внутри которой с зазором установлен с возможностью вращения закрепленный на валу ротор в виде диска с глухими отверстиями, расположенными по периферии в его торцах по окружности, и углублениями, выполненными на цилиндрической поверхности диска. Гидротеплогенератор не имеет привода, использующего напрямую невосполнимые источники энергии, он дополнительно снабжен вторым неподвижным цилиндрическим корпусом, в цилиндрической полости которого выполнен ротор в виде лопастного турбинного колеса, цилиндрические полости неподвижных корпусов гидравлически не связаны между собой, впускной патрубок первого корпуса выполнен в виде струйной форсунки и размещен тангенциально относительно его цилиндрической поверхности. Оба ротора установлены на независимых валах, связанных между собой и валом электрогенератора муфтами сцепления. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Гидротеплогенератор роторного типа, состоящий из неподвижного цилиндрического корпуса, имеющего отверстие входного канала, отверстие выходного канала, цилиндрическую полость, внутри которой с зазором установлен с возможностью вращения закрепленный на валу ротор в виде диска с глухими отверстиями, расположенными по периферии в его торцах по окружности, и углублениями, выполненными на цилиндрической поверхности диска, отличающийся тем, что гидротеплогенератор не имеет привода, использующего напрямую невосполнимые источники энергии, он дополнительно снабжен вторым неподвижным цилиндрическим корпусом, в цилиндрической полости которого выполнен ротор в виде лопастного турбинного колеса, цилиндрические полости неподвижных корпусов гидравлически не связаны между собой, впускной патрубок первого корпуса выполнен в виде струйной форсунки и размещен тангенциально относительно внутренней цилиндрической поверхности первой цилиндрической полости.2. Гидротеплогенератор по п.1, отличающийся тем, что оба ротора установлены на независимых валах, связанных между собой и валом электрогенератора муфтами сцепления.3. Гидротеплогенератор по п.1, отличающийся тем, что регулирование теплопроизводительности осуществляется за счет дросселя, установленного перед впускным патрубком первого корпуса.4. Гидротеплогенератор по п.1, отличающийся тем, что между первым и вторым корпусами, а также между первым корпусом и электрогенератором расположена дополнительная передача, обеспечивающая необходимое число оборотов.