СПОСОБ НАГРЕВА ЖИДКОГО АГЕНТА И ТУРБОРОТОРНЫЙ ГЕНИРАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК F24J3/00 

Область применения

Изобретение относится к конструкциям теплогенераторов горячего водоснабжения, может быть использовано для отопления гражданского и промышленного назначения, а также для нагрева жидкостей технологического и бытового назначения, не требующей специальной химической водоподготовки, разогрев теплоносителя производится мгновенно до требуемой температуры графика поставки.

Предшествующий уровень техники

Известен роторный кавитационный насос - теплогенератор ( патент Р.Ф. № 2231004), отверстия в кольце статора выполнены внезапно расширяющимися с соотношением входного и выходного диаметров отверстий d/D = 0,6, а длина расширенной части отверстий находится в зависимости L = 5/D/2-d/2), а стержневые излучатели, имеющие острые кромки, выполнены с углом заточки до 30°.

Недостатком данного устройства является внезапно расширяющиеся кавитационные отверстия, которые создают ускоренный износ устройства, и снижается эффект преобразования кинетической энергии в тепловую.

Известно устройство для нагрева жидкости (патент Р.Ф. № 2293931 - прототип), в цилиндрической полости на дополнительном валу с зазором к статору и ротору установлен выполненный аналогично первому ротору дополнительный ротор с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения первого ротора, входные каналы расположены симметрично относительно поперечной оси статора, входной канал выполнен по центру статора, а сквозные отверстия в каждом роторе расположены соосно в максимальной близости к валу.

Недостатком указанного устройства является низкая производительность по горячей воде, низкий коэффициент прироста температуры на выходе из устройства по отношению к температуре поступающей жидкости в цилиндрическую полость устройства.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является разработка устройства с двойным контуром разогрева жидкости, позволяющим одновременно вырабатывать теплоноситель и горячую воду для хозяйственных нужд в одном устройстве, а также максимально повышать предельную температуру на выходе из устройства за одну прогонку жидкости до 100°С и выше, снижение затрат на единицу произведенного продукта.

Отличительными признаками заявленного способа являются более полное использование эффектов кинетической энергии конструкции активаторов при вращении до 1000 оборотов в минуту и более 1000 оборотов в минуту без специальной химической подготовки жидкости. Принудительное встречное вращение активаторов дает возможность получить горячий теплоноситель за счет мгновенного и синхронного выброса мелкомасштабной струи жидкости от центра к периферии дисков активаторов, где одновременно возникают микрогидродинамические удары между струями (гидравлический таран) с мгновенным выделением большой температуры до 100°С и более 100°С, и образование между зазорами активаторов эффекта фрикционного трения с турбовинтовым завихрением жидкости на высокой скорости, что дополнительно способствует мгновенному выделению большой температуры.

Отличительными признаками заявленного устройства являются: сегменты активаторов выполнены в виде усеченного равнобедренного треугольника, расположены под углом от 10° до 35° и разделены каналами на трапецеидальные сегменты с возможностью встречного вращения в кольцевых каналах друг друга, причем радиальные каналы шириной от 2 до 30 мм являются носителями выбрасываемого на гидротаран следующих сегментов объема жидкости. Поперечные каналы, выполненные на цилиндрической поверхности 2-го диска, содержат скосы от 15° до 30° в одну сторону, что дает возможность сталкивать струю горячей жидкости и создавать эффект напорного насоса, цилиндрическая поверхность первого диска содержит вертикальную канавку с гидроупорным кольцом, с целью предотвращения перетока жидкости с кольцевой полости. Гильза корпуса содержит герметичные каналы, выполненные по винтовой линии, которые относятся ко второму контуру разогрева жидкости. На торцевой плоскости каждого диска может выполняться два кольцевых канала или больше двух кольцевых каналов, между которыми содержатся два ряда или/и больше двух рядов трапецеидальных сегментов.

В части способа нагрева жидкого агента задача решается, а технический результат достигается тем, что турбороторный генератор содержит цилиндрический герметичный корпус, два вала на одной осевой линии, содержащие два диска (активатора), торцевая плоская поверхность которых содержит равнобедренные (трапецеидальные) сегменты высотой от 5 до 200 мм, между которыми выполнены каналы шириной от 2 мм до 30 мм, радиального и кольцевого типа, причем сегменты 2-х активаторов размещаются с П-образным зазором от 0,5 до 10 мм. В кольцевых каналах с возможностью встречного вращения друг в друге радиальные каналы выполнены с возможностью перемещения жидкости, кроме того, диск со стороны подачи жидкости содержит сквозные конусоподобные отверстия с углом 15-45°, вершиной, направленной в сторону подачи жидкости, с целью снижения силы обратного гидроудара и выполнения функций напорного насоса, количество отверстий может содержаться от двух и более двух. На цилиндрической поверхности того же диска выполнена вертикальная кольцевая канавка для содержания гидроупорного кольца, с целью предотвращения перетока подаваемой жидкости, ответный активатор содержит трапецеидальные сегменты с возможностью вращения в кольцевых канавках первого активатора, цилиндрическая поверхность выполнена с поперечными пазами глубиной от 2 до 10 мм, а ширина составляет 2-30 мм, которые содержат скосы в одну сторону под углом от 15 до 30°, гильза герметичного корпуса с входным и выпускным отверстием, которые соединены между собой герметичным каналом, выполненным по винтовой линии тела гильзы.

До начала работы устройства, холодная жидкость (вода) непрерывно подается под избыточным давлением через отверстие холодной жидкости I-го контура (фиг.1) в накопительную полость корпуса, которая через конусоподобные отверстия от 15 до 45° с углом расширения подается в центральную полость - магазин, откуда жидкость заполняет зазоры между дисками, радиальные каналы, кольцевые каналы, поперечные каналы и противоположную кольцевую полость, которая больше по объему первой кольцевой полости, после чего под воздействием привода вращают вал (привод не показан) с закрепленным на нем диском с конусоподобными отверстиями до 1000 оборотов в минуту и более 1000 оборотов в минуту, противоположный диск начинают вращать в обратную сторону, как показано на фиг. 8, позиция 21 до 1000 оборотов в минуту и более 1000 оборотов в минуту.

Под воздействием избыточного давления и центробежных сил постоянно подаваемая жидкость из вращающегося магазина поступает во вращающиеся радиальные каналы двух дисков, одновременно заполняются П-образные кольцевые зазоры между сегментами, содержащимися на торцевых стенках дисков (активаторов), между которыми создается эффект фрикционного трения и высокоскоростного турбовинтового завихрения жидкости, возникает мгновенный нагрев теплоносителя находящегося между сегментами, который стремится от центра к периферии, а жидкость, находящаяся во вращающихся в противоположном направлении радиальных каналах между трапецеидальными сегментами, также подается гидродинамическим ударом, дополнительно нагревается и одновременно стремится от центра к периферии, причем, когда радиальные каналы первого и второго диска одновременно при вращении совпадают, жидкость сталкивается и мгновенно стремится по каналам от центра к периферии в виде мелкомасштабной пульсации, в результате этого одновременно во всех радиальных каналах возникает микрогидроударный гидравлический микродинамический таран, который мгновенно преобразуется в тепловую энергию нагрева жидкости до 100°С и выше 100°С, далее горячая жидкость поступает в периферийные поперечные каналы шириной от 2 мм до 30 мм второго диска на цилиндрической поверхности, которые выполнены со скосом 15-30° по ходу вращения, тем самым создается дополнительное давление кальцевой полости - эффект торового насоса, горячая жидкость от периферии герметичного корпуса поступает в увеличенный кольцевой зазор между вращающимся диском и неподвижным фланцем корпуса в выпускное отверстие, далее используется по назначению. Жидкость, поступающая под давлением в отверстие гильзы, перемещается по винтовому каналу вокруг гильзы, воспринимает часть тепловой энергии от тела цилиндра, что исключает перегрев внутренних деталей устройства и перегрев жидкости в герметичном корпусе устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан разрез общего вида устройства; на фиг. 2 - позиция 6 (активатор диск) с расположением сегментов, каналов и конусоподобдых отверстий; на фиг. 3 - разрез позиции 6; на фигуре 4 - позиция 10 с расположением сегментов, каналов; на фиг. 5 - сечение Б-Б, позиция 10; на фиг. 6 - фрагмент одновременного расположения сегментов в закрытом состоянии каналов; на фиг. 7 - фрагмент в открытом состоянии каналов; на фиг 8 - вид В, поз. 10.

Турбороторный генератор состоит из корпуса 1, на котором крепится корпус подшипников 2 с входным отверстием 3, холодной жидкости первого контура, которое связано с кольцевой полостью 4, образованной валом 5, диском 6 и боковым фланцем 7 корпуса 1, кроме того, цилиндрическая поверхность диска 6 содержит канавку с гидроупорным кольцом 24, а плоскость содержит максимально приближенные к валу 5 не менее двух или более двух конусоподобных отверстий 8 с углом расширения от 15 до 45°, через которые подается жидкий агент первого контура в полость (магазин) 9, которая образуется ответным диском (активатором) 10 и валом 11, причем вал 11 соосно содержится в корпусе подшипников 12 и закреплен на боковом фланце 13, а внутренняя плоская поверхность диска 6 содержит радиальные каналы 15, выполненные под углом от 10 до 30°, шириной от 2 мм до 30 мм и кольцевые каналы 16, которые образуют трапецеидальные сегменты 17 высотой от 0,5 мм до 200 мм, а ответная плоская поверхность диска 10 также содержит радиальные каналы 18, выполненные под углом от 10 до 30°, шириной от 2 мм до 30 мм, и кольцевые каналы 19, которые образуют трапецеидальные сегменты 20, высотой от 5 мм до 200 мм, а цилиндрическая поверхность диска 10 содержит поперечные каналы 21, со скосами на выходе от 15 до 30°, глубиной от 2 мм до 10 мм, шириной от 2 мм до 30 мм, расположенные на одной линии с радиальными каналами 18, которые связаны с кольцевой полостью 22, и соответственно полость 22 связана с выпускным отверстием 23, через которое выходит горячая жидкость первого контура. Гильза 14 по кругу содержит винтовой канал 25, причем выходное отверстие холодной жидкости второго контура выполнено со стороны поперечных каналов 21 диска 10, выпускное отверстие горячей жидкости второго контура выполнено со стороны гидроупорного кольца 24 диска 6.

Устройство работает следующим образом.

В герметичный корпус 1 под избыточным давлением через отверстие 3 в корпусе подшипников 2 подают холодную жидкость в кольцевую полость 4, образованную валом вращения 5, диском (активатором) 6, фланцем 7 корпуса 1, холодная жидкость через конусоподобные отверстия 8 поступает в центральную полость (магазин) 9, образованную при помощи ответного диска (активатора) 10, посаженного на вал вращения 11 в корпусе подшипников 12, и закрепленной на втором фланце 13, между фланцем 7 и фланцем 13 содержится гильза 14, образуя герметичную конструкцию устройства 1. После заполнения жидкостью объема П-образных зазоров, полостей и каналов начинают принудительное вращение вала 5 диска 6 и принудительное вращение в обратную сторону диска 10, до 1000 оборотов в минуту и более, подаваемая непрерывно под избыточным давлением жидкость заполняет радиальные каналы 15 и зазоры кольцевых каналов 16 диска 6, между трапецеидальными сегментами 17, соответственно жидкость заполняет радиальные каналы 18 и кольцевые каналы 19 между сегментами 20 диска 10, причем за счет центробежных сил инерции вращающейся жидкости создается дополнительное давление на сегменты 17 и 20, перекрывающие радиальные каналы 15 и 18, а при мгновенном открытии радиальных каналов 15-18 жидкость мгновенно стремится от центра к периферии в виде микропунктирной струи, что создает одновременно во всех радиальных каналах микрогидроударный гидравлический таран, который мгновенно преобразуется в тепловую энергию до 100°С и выше.

Горячая вода с периферии поступает в поперечные каналы 21, со скосом 15-30°, откуда под создаваемым давлением подаются в кольцевую полость 22, которая по объему в два раза больше объема полости 4, соответственно сопротивление в два раза ниже по сравнению с полостью 4, что позволяет снизить потребляемую мощность привода вала 11. Из полости 22 горячая жидкость поступает в отверстие 23, кроме того для предотвращения перетока жидкости из полости 4, диск 6 по диаметру содержит канавку с гидроупорным кольцом 24, которое герметично контактирует с внутренней стенкой гильзы 14, гильза 14 выполнена с винтовыми каналами 25, по которым под действием внешнего привода подается жидкость с целью регулирования температуры герметичного корпуса 1, причем с целью более точного регулирования температурных показателей теплоносителя и наружной температуры корпуса регулирующая жидкость подается в отверстие со стороны поперечных каналов 21, диска 10, как показано на фиг. 1.

Как показала практика в одном из промышленных цехов, регулирование оборотов вращения дисков 6 и 10 примерно до 1000 оборотов в минуту снижает силу микрогидроударных воздействий микропунктурой струи и силу таранных воздействий, следовательно, снижает температуру теплоносителя до 100°С и ниже, при необходимости повышения температуры теплоносителя от 100°С и выше повышают скорость вращения дисков 6 и 10, до 1000 оборотов в минуту и более 1000 оборотов в минуту.

Промышленная применимость изобретения.

Изобретение обеспечивает мгновенное получение горячего теплоносителя промышленного назначения требуемой температуры и горячей жидкости (воды) для хозпитьевого назначения.

В ходе прогонки холодной жидкости температура изменяется от +2 до +200°С и более на выходе из устройства в зависимости от оборотов привода и локального давления в корпусе устройства, разогрев жидкости второго контура зависит от скорости и объема подаваемой воды, температура может измениться от 2 до 100°С, что позволит снять избыточную температуру с корпуса устройства и произвести дополнительное количество горячей воды.

Это экономически полезные процессы, так как теплоноситель мгновенно разогревается до требуемой температуры за счет управляемого регулирования оборотов активаторов и гарантирует высокую производительность устройства по первому контуру, а также получение горячей жидкости по второму контуру относится к процессам получения дополнительного горячего продукта.

Таким образом, получение горячего теплоносителя из холодной жидкости без специальной подготовки для отопления зданий и сооружений всех типов и горячей воды хозпитьевого назначения в одном устройстве относится к полезным технологическим процессам.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для получения горячей воды. Предложен турбороторный генератор, содержащий корпус, два входных канала, один выпускной канал по центру устройства, цилиндрическую полость, внутри которой на основном и дополнительном валу с зазором установлены роторы в виде дисков с возможностью встречного вращения. В корпусе плоская поверхность диска содержит перепускные отверстия с вершинами, направленными к подаче жидкого агента, а вся внутренняя плоская поверхность диска содержит трапецеидальные сегменты, между которыми от центра до периферии симметрично под углом от 10° до 30° выполнены радиальные каналы. Пересекающиеся кольцевые и радиальные каналы выполнены с возможностью размещения с П-образным зазором относительно трапецеидальных сегментов второго диска, причем первый диск на цилиндрической поверхности содержит кольцевую канавку с гидроупорным кольцом, а сегменты второго диска содержат радиальные и кольцевые каналы и выполнены со скосами в одну сторону. Изобретение позволяет быстро и эффективно разогревать теплоноситель до заданной температуры.8 ил.

Турбороторный генератор, содержащий корпус, два входных канала, один выпускной канал по центру устройства, цилиндрическую полость, внутри которой на основном и дополнительном валу с зазором установлены роторы в виде дисков с возможностью встречного вращения, отличающийся тем, что в герметичном корпусе плоская поверхность диска содержит два или/и более двух конусообразных перепускных отверстий с углом расширения от 15 до 45°, вершинами, направленными к подаче жидкого агента, а вся внутренняя плоская поверхность диска содержит трапецеидальные сегменты высотой от 5 мм до 200 мм, между которыми от центра до периферии симметрично под углом от 10 до 30° выполнены радиальные каналы шириной от 2 мм до 30 мм, кроме того, пересекающиеся кольцевые и радиальные каналы в количестве от двух и более двух выполнены с возможностью размещения с П-образным зазором трапецеидальных сегментов второго диска, плоская поверхность которого соответственно первому диску содержит радиальные и кольцевые каналы, где размещены с П-образным зазором от 0,5 мм до 10 мм трапецеидальные сегменты первого диска, причем первый диск на цилиндрической поверхности содержит кольцевую канавку с гидроупорным кольцом, а сегменты второго диска содержат радиальные и кольцевые каналы шириной от 2 мм до 30 мм и выполнены со скосами в одну сторону от 15 до 30°, глубиной от 2 мм до 10 мм, размещенные на трапецеидальных сегментах диска.