RU202406U1 - INSTALLATION FOR HYDRODYNAMIC LIQUID HEATING - Google Patents
INSTALLATION FOR HYDRODYNAMIC LIQUID HEATING Download PDFInfo
- Publication number
- RU202406U1 RU202406U1 RU2020130373U RU2020130373U RU202406U1 RU 202406 U1 RU202406 U1 RU 202406U1 RU 2020130373 U RU2020130373 U RU 2020130373U RU 2020130373 U RU2020130373 U RU 2020130373U RU 202406 U1 RU202406 U1 RU 202406U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- holes
- working
- working disk
- heating
- disk
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H4/00—Fluid heaters characterised by the use of heat pumps
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/12—Hot water central heating systems using heat pumps
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к теплоэнергетике, более конкретно, к установкам для гидродинамического нагрева теплоносителей или технологических жидкостей, и может найти применение в системах отопления и горячего водоснабжения жилых зданий и производственных помещений, при подогреве жидких углеводородов для улучшения их реологических свойств и пр.Технический результат состоит в устранении недостатков известных технических решений, сокращении времени нагрева жидкости до выхода на заданный температурный режим и повышении эффективности установки в системах отопления жилых зданий и инженерных сооружений.Указанный технический результат достигается тем, что в установке для гидродинамического нагрева жидкости, содержащей цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, расположенный по оси корпуса приводной вал, соединенный с двигателем и снабженный, по крайней мере, одним жестко закрепленным на приводном валу рабочим диском, на периферии которого выполнены сквозные отверстия, выступы и углубления, согласно полезной модели, на периферии рабочего диска расположены попарно пересекающиеся между собой под углом, сквозные отверстия большего диаметра и радиальные отверстия меньшего диаметра, по направлению к которым, по крайней мере, с одной стороны рабочего диска выполнены радиальные щелевидные углубления, причем на немагнитных частях внутренней поверхности цилиндрического корпуса и/или его торцевых фланцев, напротив периферийных частей рабочего диска, размещены магнитные вставки из материала с высокой остаточной намагниченностью для индукционного взаимодействия с проводящим материалом вращающегося рабочего диска.Кроме того, рабочий диск может быть снабжен попарно пересекающимися между собой под прямым углом сквозными отверстиями, преимущественно, диаметром 15-25 мм, радиальными отверстиями - диаметром 4-12 мм и направленными к ним радиальными щелевидными углублениями шириной и глубиной 5-10 мм, напротив которых зеркально расположены аналогичные радиальные щелевидные углубления на внутренней поверхности торцевого фланца, причем количество пар отверстий и щелевидных углублений может находиться в диапазоне 15-35, зазор между цилиндрической поверхностью рабочего диска и внутренней поверхностью корпуса может составлять 0,4-0,8 мм, а рабочие поверхности корпуса, торцевых фланцев, рабочего диска, отверстий и щелевидных углублений могут быть выполнены по 7-10 классу чистоты.Кроме того, магнитные вставки могут быть выполнены в количестве, пропорциональном числу сквозных отверстий в виде ниобиевых или самарий-кобальтовых магнитов в форме диска, призмы или цилиндра и размещены в углублениях на внутренней поверхности корпуса или между дисками внутри кольцевых проставок из немагнитных материалов, а периферийные части каждого рабочего диска, обращенные к магнитным вставкам, могут быть снабжены дополнительными кольцевыми проставками, преимущественно, с чередующимися выступами, выполненными из материала с повышенной электрической проводимостью. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to heat power engineering, more specifically, to installations for hydrodynamic heating of heat carriers or process fluids, and can be used in heating and hot water supply systems for residential buildings and industrial premises, when heating liquid hydrocarbons to improve their rheological properties, etc. in eliminating the disadvantages of known technical solutions, reducing the heating time of the liquid to reaching a given temperature regime and increasing the efficiency of the installation in heating systems of residential buildings and engineering structures. The specified technical result is achieved by the fact that in an installation for hydrodynamic heating of a liquid containing a cylindrical body with an inlet and outlet nozzles, a drive shaft located along the axis of the housing, connected to the engine and equipped with at least one working disk rigidly fixed to the drive shaft, on the periphery of which through holes, protrusions and angles are made According to the utility model, at the periphery of the working disk there are pairwise intersecting with each other at an angle, through holes of a larger diameter and radial holes of a smaller diameter, towards which, at least on one side of the working disk, radial slot-like depressions are made, and on non-magnetic parts of the inner surface of the cylindrical body and / or its end flanges, opposite the peripheral parts of the working disk, magnetic inserts made of material with high remanent magnetization are placed for inductive interaction with the conductive material of the rotating working disk. right angle through holes, mainly with a diameter of 15-25 mm, radial holes - 4-12 mm in diameter and directed to them radial slit-like depressions with a width and depth of 5-10 mm, opposite which similar radial slit-like depressions are mirrored iya on the inner surface of the end flange, and the number of pairs of holes and slot-like depressions can be in the range of 15-35, the gap between the cylindrical surface of the working disk and the inner surface of the body can be 0.4-0.8 mm, and the working surfaces of the body, end flanges , working disk, holes and slot-like recesses can be made according to the 7-10 class of cleanliness. In addition, the magnetic inserts can be made in an amount proportional to the number of through holes in the form of niobium or samarium-cobalt magnets in the form of a disk, prism or cylinder and placed in recesses on the inner surface of the housing or between the disks inside the annular spacers made of non-magnetic materials, and the peripheral parts of each working disk facing the magnetic inserts can be provided with additional annular spacers, mainly with alternating protrusions made of material with increased electrical conductivity. 2 c.p. f-ly, 2 dwg.
Description
Полезная модель относится к теплоэнергетике, более конкретно, к установкам для гидродинамического нагрева теплоносителей или технологических жидкостей и может найти применение в автономных системах отопления и горячего водоснабжения жилых зданий и производственных помещений, при подогреве жидких углеводородов для улучшения их реологических свойств и пр.The utility model relates to heat power engineering, more specifically, to installations for hydrodynamic heating of heat carriers or process fluids and can be used in autonomous heating and hot water supply systems for residential buildings and industrial premises, when heating liquid hydrocarbons to improve their rheological properties, etc.
В области создания устройств для гидродинамического нагрева жидкостей известны многочисленные технические решения, связанные с использованием сопловых, инжекторных, вихревых, циклонных, роторных и иных систем генерации тепла (см. например, патенты РФ: 2045715, 2131094, 2159901, 2230933, 2188366, 2192587, 2244223, 2116583, 2054604, 2234355, 20966595, 2235950, 2231003, 2212597, 2142604, 2201562, 2258875, 2165054, 2375648, 2269727, 2201561, 2132517, 2362947, 2223452, 2 303 861, 2177591, 1329629, 61852,73457, 75459,17299, 101157, US 5188090, ЕР 0176612А и др.). Обзор источников научно-технической информации свидетельствует о продолжающихся исследованиях и разработках в области нагрева теплоносителей (см., например, Иокова И.Л. Исследование возможности применения вихревого теплогенератора в системах теплоснабжения жилых, промышленных и общественных зданий / И.Л. Иокова, Е.Н. Тарасевич // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энергетических объединений СНГ. 2018. Т. 61, №2. С. 159-166, а также электронные ресурсы: https://www.ecoteplo.ru и https://lenr.su/indukcionnyj-nagrevatel-s-postoyannymi-magnitami).In the field of creating devices for the hydrodynamic heating of liquids, numerous technical solutions are known related to the use of nozzle, injection, vortex, cyclonic, rotary and other heat generation systems (see, for example, RF patents: 2045715, 2131094, 2159901, 2230933, 2188366, 2192587, 2244223, 2116583, 2054604, 2234355, 20966595, 2235950, 2231003, 2212597, 2142604, 2201562, 2258875, 2165054, 2375648, 2269727, 2201561, 2132517, 2362947, 2223452, 2 303, 131829, 2177591, 17299, 101157, US 5188090, EP 0176612A and others). A review of sources of scientific and technical information testifies to ongoing research and development in the field of heating coolants (see, for example, Iokova I.L. Study of the possibility of using a vortex heat generator in heat supply systems for residential, industrial and public buildings / I.L. Iokova, E. N. Tarasevich // Energy. Proceedings of higher educational institutions and energy associations of the CIS. 2018. V. 61, No. 2. P. 159-166, as well as electronic resources: https://www.ecoteplo.ru and https : //lenr.su/indukcionnyj-nagrevatel-s-postoyannymi-magnitami).
Использование автономного или децентрализованного теплоснабжения позволяет лучше адаптировать систему отопления зданий к конкретным условиям потребления теплоты, а отсутствие внешних распределительных сетей в этом случае практически исключает непроизводственные потери теплоты при транспорте теплоносителя. При автономном теплоснабжении возможно достичь снижения капитальных вложений и осуществлять реконструкцию объектов в городских районах при отсутствии свободных мощностей в централизованных системах. Децентрализованное теплоснабжение является дополнением к созданию комфортных условий для населения и небольших производственных объектов. Оно занимает свою нишу, имеет своего заказчика и потребителя и, при соответствующих условиях, конкурентоспособно централизованному. В этой области разработан и применяется достаточно широкий перечень современного надежного оборудования, с высокой степенью автоматизации и экологическими параметрами, позволяющего обеспечить защиту окружающей среды от вредных выбросов. В частности, известны технические решения, связанные с использованием вихревых теплогенераторов, в основе действия которых лежит принцип кавитации в турбулентном потоке воды. Это достаточно новые источники теплоснабжения, которые нашли применение в России, на Украине, в Беларуси. Казахстане, Узбекистане, Южной Корее, Китае, США и Канаде (см. указанную ссылку - И.Л. Иокова).The use of autonomous or decentralized heat supply makes it possible to better adapt the heating system of buildings to the specific conditions of heat consumption, and the absence of external distribution networks in this case practically eliminates non-production heat losses during the transport of the heat carrier. With autonomous heat supply, it is possible to achieve a reduction in capital investments and to carry out the reconstruction of objects in urban areas in the absence of free capacities in centralized systems. Decentralized heat supply is in addition to creating comfortable conditions for the population and small production facilities. It occupies its own niche, has its own customer and consumer and, under appropriate conditions, is competitively centralized. In this area, a fairly wide range of modern reliable equipment with a high degree of automation and environmental parameters has been developed and is being applied, which allows to ensure the protection of the environment from harmful emissions. In particular, technical solutions are known related to the use of vortex heat generators, which are based on the principle of cavitation in a turbulent water flow. These are fairly new sources of heat supply, which have found application in Russia, Ukraine, and Belarus. Kazakhstan, Uzbekistan, South Korea, China, USA and Canada (see the above link - I.L. Iokova).
Известен гидромеханический тепловой генератор, содержащий цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, установленный по оси корпуса и посаженный на подшипники вал, с жестко закрепленными на нем рабочими дисками с обеспечением кольцевого зазора между наружной поверхностью обода, каждого из рабочих дисков, и внутренней стенкой цилиндрического корпуса, и присоединенный к валу двигатель (см. патент РФ №2269727, опублик. 10.02.2006).Known hydromechanical heat generator containing a cylindrical housing with inlet and outlet pipes, mounted along the axis of the housing and mounted on bearings shaft, with rigidly fixed on it working discs to provide an annular gap between the outer surface of the rim, each of the working discs, and the inner wall of the cylindrical housing , and a motor connected to the shaft (see RF patent No. 2269727, published 02/10/2006).
Особенностью известного теплового генератора является то, что дополнительно содержит дисковый узел разгрузки в виде жестко установленного на валу дополнительного диска, по периферии каждого из рабочих дисков выполнены сквозные отверстия в форме сопел Лаваля, а каждый из размещенных на валу рабочих дисков установлен под одинаковым по величине и противоположным по знаку острым углом по отношению к валу. К недостаткам известного теплового генератора следует отнести сравнительно малую эффективность нагрева воды в режиме работы на потребителя и сложную конструкцию наклоненных к оси вала рабочих дисков, имеющих на периферии отверстия криволинейного профиля. При характерной скорости вращения приводного вала 3000 об/мин наклон рабочих дисков к оси вращения вызывает появление на валу знакопеременных изгибающих моментов и значительных сил реакции в подшипниковых узлах, снижающих ресурс теплогенератора. Кроме того, изготовление на периферии дисков большого количества отверстий в виде сопел Лаваля требует использования достаточно сложных методов обработки металлических дисков, специальной оснастки и инструментов.A feature of the known heat generator is that it additionally contains a disk unloading unit in the form of an additional disk rigidly mounted on the shaft, through holes in the form of Laval nozzles are made along the periphery of each of the working disks, and each of the working disks placed on the shaft is installed under the same size and with an opposite acute angle to the shaft. The disadvantages of the known heat generator include the relatively low efficiency of water heating in the mode of operation for the consumer and the complex design of working disks inclined to the axis of the shaft, having a curved profile on the periphery. At a characteristic rotational speed of the drive shaft of 3000 rpm, the inclination of the working disks to the axis of rotation causes the appearance of sign-alternating bending moments on the shaft and significant reaction forces in the bearing assemblies, which reduce the resource of the heat generator. In addition, the manufacture of a large number of holes in the form of Laval nozzles on the periphery of the discs requires the use of rather complex methods of processing metal discs, special equipment and tools.
Известен кавитационно-роторный теплогенератор, состоящий из корпуса с входом и выходом для нагреваемой жидкости, имеющего цилиндрическую полость, в которой размещены два коаксиальных кольца, одно из которых закреплено неподвижно относительно корпуса, а другое приводится во вращение от приводного вала, соосного с кольцами, с радиальными отверстиями в этих кольцах, расположенными в плоскости, перпендикулярной оси вращения, причем внешнее коаксиальное кольцо выполнено вращающимся, а внутреннее кольцо выполнено неподвижным относительно корпуса теплогенератора, при этом зазор между вращающимся внешним коаксиальным кольцом и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса составляет от 0,5 до 3 мм (см. патент РФ №2258875, опублик. 20.08.2005).Known cavitation-rotor heat generator, consisting of a housing with an inlet and outlet for the heated liquid, which has a cylindrical cavity in which two coaxial rings are located, one of which is fixed motionless relative to the housing, and the other is rotated from a drive shaft coaxial with the rings, with radial holes in these rings located in a plane perpendicular to the axis of rotation, and the outer coaxial ring is made rotating, and the inner ring is made stationary relative to the heat generator body, while the gap between the rotating outer coaxial ring and the inner cylindrical surface of the body is from 0.5 to 3 mm (see RF patent No. 2258875, published 20.08.2005).
Недостатком известного устройства является сравнительно большое гидравлическое сопротивление его проточной части и сложность монтажа подвижного коаксиального кольца с радиальными отверстиями, которое установлено с минимальным зазором между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса устройства и наружной поверхностью неподвижного коаксиального кольца.The disadvantage of the known device is the relatively high hydraulic resistance of its flow path and the complexity of mounting a movable coaxial ring with radial holes, which is installed with a minimum gap between the inner cylindrical surface of the device body and the outer surface of the stationary coaxial ring.
Известно устройство для получения тепловой энергии, содержащее полый цилиндрический корпус, в полости которого установлен, по крайней мере, один диск, кинематически связанный с подключенным к блоку управления приводом вращения, входную, снабженную гидродинамическим излучателем, и выходную магистрали, сообщенные с полостью корпуса с противоположных сторон диска, расположенные с равным диаметрально противоположным эксцентриситетом от его оси в соответствии с приведенными соотношениями между геометрическими размерами устройства (см. патент РФ №2375648, опублик. 10.12.2009).Known device for generating thermal energy, containing a hollow cylindrical body, in the cavity of which is installed at least one disk, kinematically connected to the drive connected to the control unit of rotation, the input, equipped with a hydrodynamic emitter, and the output line, communicated with the cavity of the body from opposite sides of the disk, located with an equal diametrically opposite eccentricity from its axis in accordance with the given relationships between the geometric dimensions of the device (see RF patent No. 2375648, published 10.12.2009).
Для указанных в известном устройстве значений соотношения D/h2=650÷700 при D=300 мм величина зазора h2 между торцевой поверхностью диска и внутренней торцевой поверхностью корпуса должна составлять 0,46-0,43 мм, что предопределяет значительное увеличение гидравлического сопротивления потоку жидкости на входе в рабочий объем корпуса. С другой стороны, увеличение значения h3 для величины зазора между боковой поверхностью диска и внутренней боковой поверхностью корпуса до 5 мм и более увеличивает холостые протечки рабочей жидкости и ухудшает условия кавитации жидкости на отверстиях рабочего диска. Аналогичные недостатки отмечены в установках для получения тепловой энергии по патентам РФ №73457 и №75459.For the values of the ratio D / h2 = 650 ÷ 700 indicated in the known device at D = 300 mm, the gap h2 between the end surface of the disk and the inner end surface of the body should be 0.46-0.43 mm, which predetermines a significant increase in the hydraulic resistance to the fluid flow at the entrance to the working volume of the body. On the other hand, an increase in the value of h3 for the size of the gap between the lateral surface of the disk and the inner lateral surface of the housing to 5 mm or more increases idle leaks of the working fluid and worsens the conditions for liquid cavitation at the openings of the working disk. Similar disadvantages are noted in installations for generating thermal energy under RF patents No. 73457 and No. 75459.
Наиболее близким техническим решением, к предложенному, является установка для гидродинамического нагрева жидкости, содержащая цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, расположенный по оси корпуса приводной вал, соединенный с двигателем и снабженный, по крайней мере, одним жестко закрепленным на приводном валу рабочим диском, на периферии которого выполнены сквозные отверстия, выступы и углубления (см. патент РФ №101157, опублик. 10.01.2011 - прототип).The closest technical solution to the proposed one is an installation for hydrodynamic heating of a liquid, containing a cylindrical body with inlet and outlet pipes, a drive shaft located along the axis of the body, connected to the engine and equipped with at least one working disk rigidly fixed to the drive shaft, on the periphery of which through holes, protrusions and recesses are made (see RF patent No. 101157, published 01/10/2011 - prototype).
Особенностью известной установки является то, что на внутренней поверхности сквозных отверстий, по крайней мере, одного рабочего диска и/или на внутренней поверхности цилиндрического корпуса за пределами цилиндрической поверхности рабочего диска выполнены выступы, чередующиеся с углублениями, преимущественно в виде резьбы треугольного или прямоугольного сечения для дополнительной гидродинамической кавитации нагреваемой жидкости в зоне выступов. Указанные выступы могут быть выполнены регулярно расположенными в результате токарной обработки или нерегулярно расположенными в результате штамповки; на цилиндрической поверхности рабочих дисков может быть выполнен, по меньшей мере, один кольцевой паз; торцевые части поверхности каждого из рабочих дисков в диаметрально и аксиально противоположных секторах могут быть снабжены плоскими выточками, а на внутренней поверхности цилиндрического корпуса могут быть выполнены пазы, расположенные параллельно его образующей.A feature of the known installation is that on the inner surface of the through holes of at least one working disk and / or on the inner surface of the cylindrical body outside the cylindrical surface of the working disk there are protrusions alternating with recesses, mainly in the form of a thread of a triangular or rectangular cross-section for additional hydrodynamic cavitation of the heated liquid in the zone of protrusions. These protrusions can be made regularly spaced by turning or irregularly spaced by stamping; on the cylindrical surface of the working discs, at least one annular groove can be made; the end parts of the surface of each of the working disks in diametrically and axially opposite sectors can be provided with flat grooves, and grooves can be made on the inner surface of the cylindrical body, located parallel to its generatrix.
К недостаткам известного технического решения следует отнести сравнительно большое время выхода установки на заданный режим гидродинамического нагрева жидкости. Одним из факторов, влияющим на эффективность работы роторного теплогенератора, является отсутствие средств для организованного радиального движения жидкости к отверстиям на периферии рабочего диска, что снижает степень ее кавитации и нагрева в проточной части установки. Вторым фактором можно считать сравнительно низкие значения средней температуры рабочего диска в сравнении с импульсными и средними значениями температуры в кавитирующей жидкофазной структуре в периферийной зоне диска. Кроме того, особенности выполнения проточной части в известном устройстве, в ряде случаев, приводят к наслаиванию солей жесткости на внутренней поверхности цилиндрического корпуса теплогенератора, например, при ненормативном превышении их концентрации в теплоносителе.The disadvantages of the known technical solution include the relatively long time for the installation to reach a given mode of hydrodynamic heating of the liquid. One of the factors affecting the efficiency of the rotary heat generator is the lack of means for the organized radial movement of the liquid to the holes on the periphery of the working disk, which reduces the degree of its cavitation and heating in the flow path of the installation. The second factor can be considered the comparatively low values of the average temperature of the working disk in comparison with the pulse and average values of the temperature in the cavitating liquid-phase structure in the peripheral zone of the disk. In addition, the peculiarities of the flow path in the known device, in some cases, lead to the layering of hardness salts on the inner surface of the cylindrical body of the heat generator, for example, when their concentration in the coolant is exceeded.
Технический результат состоит в устранении недостатков известных технических решений, сокращении времени нагрева жидкости до выхода на заданный температурный режим и повышении эффективности установки в системах отопления и горячего водоснабжения жилых зданий и инженерных сооружений.The technical result consists in eliminating the shortcomings of the known technical solutions, reducing the heating time of the liquid until reaching a given temperature regime and increasing the efficiency of the installation in heating and hot water supply systems for residential buildings and engineering structures.
Указанный технический результат достигается тем, что в установке для гидродинамического нагрева жидкости, содержащей цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, расположенный по оси корпуса приводной вал, соединенный с двигателем и снабженный, по крайней мере, одним жестко закрепленным на приводном валу, рабочим диском, на периферии которого выполнены сквозные отверстия, выступы и углубления, согласно полезной модели, на периферии рабочего диска расположены, попарно пересекающиеся между собой под углом, сквозные отверстия большего диаметра и радиальные отверстия меньшего диаметра, по направлению к которым, по крайней мере, с одной стороны рабочего диска выполнены, радиальные щелевидные углубления, причем на немагнитных частях внутренней поверхности цилиндрического корпуса и/или его торцевых фланцев, напротив периферийных частей рабочего диска, размещены магнитные вставки из материала с высокой остаточной намагниченностью для индукционного взаимодействия с проводящим материалом вращающегося рабочего диска.The specified technical result is achieved by the fact that in an installation for hydrodynamic heating of a liquid containing a cylindrical housing with inlet and outlet nozzles, a drive shaft located along the axis of the housing, connected to the engine and equipped with at least one working disk rigidly fixed to the drive shaft, on the periphery of which through holes, protrusions and recesses are made, according to the utility model, on the periphery of the working disk there are located, in pairs intersecting each other at an angle, through holes of a larger diameter and radial holes of a smaller diameter, towards which, at least from one side of the working disk, radial slot-like depressions are made, and on the non-magnetic parts of the inner surface of the cylindrical body and / or its end flanges, opposite the peripheral parts of the working disk, there are magnetic inserts made of material with high remanent magnetization for inductive interaction with the conductive material ohm of a rotating working disk.
Кроме того, рабочий диск может быть снабжен, попарно пересекающимися между собой под прямым углом, сквозными отверстиями, преимущественно, диаметром 15-25 мм, радиальными отверстиями - диаметром 4-12 мм и направленными к ним радиальными щелевидными углублениями шириной и глубиной 5-10 мм, напротив которых зеркально расположены аналогичные радиальные щелевидные углубления на внутренней поверхности торцевого фланца, причем количество пар отверстий и щелевидных углублений может находиться в диапазоне 15-35, зазор между цилиндрической поверхностью рабочего диска и внутренней поверхностью корпуса может составлять 0,4-0,8 мм, а рабочие поверхности корпуса, торцевых фланцев, рабочего диска, отверстий и щелевидных углублений могут быть выполнены по 7-10 классу чистоты.In addition, the working disk can be equipped with through holes, which intersect in pairs at right angles, mainly with a diameter of 15-25 mm, radial holes with a diameter of 4-12 mm and radial slot-like recesses directed to them with a width and depth of 5-10 mm , opposite which similar radial slot-like recesses are mirrored on the inner surface of the end flange, and the number of pairs of holes and slot-like recesses can be in the range of 15-35, the gap between the cylindrical surface of the working disk and the inner surface of the housing can be 0.4-0.8 mm , and the working surfaces of the body, end flanges, working disk, holes and slot-like recesses can be made according to the 7-10 class of cleanliness.
Кроме того, магнитные вставки могут быть выполнены в количестве, пропорциональном числу сквозных отверстий в виде ниобиевых или самарий-кобальтовых магнитов в форме диска, призмы или цилиндра и размещены в углублениях на внутренней поверхности корпуса или между дисками внутри кольцевых проставок из немагнитных материалов, а периферийные части каждого рабочего диска, обращенные к магнитным вставкам, могут быть снабжены дополнительными кольцевыми проставками, преимущественно, с чередующимися выступами, выполненными из материала с повышенной электрической проводимостью.In addition, the magnetic inserts can be made in an amount proportional to the number of through holes in the form of niobium or samarium-cobalt magnets in the form of a disk, prism or cylinder and placed in recesses on the inner surface of the case or between the disks inside the annular spacers made of non-magnetic materials, and the peripheral parts of each working disk facing the magnetic inserts can be provided with additional annular spacers, mainly with alternating protrusions made of a material with increased electrical conductivity.
Такое выполнение полезной модели обеспечивает достижение указанного технического результата в части устранения недостатков известных технических решений и повышении эффективности установки в системах отопления жилых зданий и инженерных сооружений, в том числе, за счет совершенствования кавитирующих элементов проточной части рабочих дисков и использования средств дополнительного нагрева жидкости для сокращения времени выхода установки на заданный температурный режим. Указанный технический результат обеспечивается размещением на периферии рабочего диска источников кавитации, выполненных в виде попарно пересекающихся между собой под углом сквозных и радиальных отверстий, по направлению к которым на диске расположены радиальные щелевидные углубления. Авторами и разработчиками предложенной установки были проведены теоретические и натурные исследования по оптимизации условий для развития кавитационных зон в предложенном роторном теплогенераторе. В результате было выяснено, что характерные диаметры попарно пересекающихся между собой под прямым или близким к нему углом сквозных и радиальных отверстий в рабочем диске, соответственно, находятся в диапазоне 15-25 мм и 4-12 мм, тогда как для радиальных щелевидных углублений на диске диапазон размеров по ширине и глубине составляет 5-10 мм. Для дополнительного повышения кавитирующих характеристик теплогенератора аналогичные радиальные щелевидные углубления зеркально располагают также на внутренней поверхности торцевого фланца. При достигнутом уровне кавитации жидкости, гидравлическое сопротивление проточной части теплогенератора через отверстия минимально в сравнении с ее расходом через зазор между цилиндрической поверхностью рабочего диска и внутренней поверхностью корпуса, который выдерживают в диапазоне 0,4-0,8 мм, при этом рабочие поверхности корпуса, торцевых фланцев, рабочего диска, отверстий и щелевидных углублений выполняют по 7-10 классу чистоты.This implementation of the utility model ensures the achievement of the specified technical result in terms of eliminating the shortcomings of known technical solutions and increasing the efficiency of the installation in heating systems of residential buildings and engineering structures, including by improving the cavitating elements of the flow path of the working discs and using means of additional heating of the liquid to reduce the time the unit reaches the set temperature regime. The specified technical result is ensured by placing cavitation sources on the periphery of the working disk, made in the form of through and radial holes intersecting in pairs at an angle, towards which radial slot-like recesses are located on the disk. The authors and developers of the proposed installation carried out theoretical and field studies to optimize the conditions for the development of cavitation zones in the proposed rotary heat generator. As a result, it was found that the characteristic diameters of the through and radial holes in the working disk, intersecting in pairs at a right angle or close to it, respectively, are in the range of 15-25 mm and 4-12 mm, while for radial slot-like depressions on the disk the range of sizes in width and depth is 5-10 mm. To further increase the cavitating characteristics of the heat generator, similar radial slot-like depressions are also mirrored on the inner surface of the end flange. With the achieved level of liquid cavitation, the hydraulic resistance of the flow part of the heat generator through the holes is minimal in comparison with its flow rate through the gap between the cylindrical surface of the working disk and the inner surface of the housing, which is maintained in the range of 0.4-0.8 mm, while the working surfaces of the housing, end flanges, working disc, holes and slot-like recesses are made according to the 7-10 class of cleanliness.
Дополнительный нагрев жидкости в кавитирующей зоне роторного теплогенератора обеспечивается за счет размещения неподвижных магнитных вставок с высокой остаточной намагниченностью на внутренней поверхности корпуса, вызывающих индукционный нагрев периферийных частей вращающихся рабочих дисков. Конвекционная теплопередача от дисков к кавитирующей жидкости приводит к повышению ее термодинамической температуры и сокращению времени выхода установки на заданный температурный режим эксплуатации. Изменение теплового состояния электропроводящих дисков, вращающихся относительно неподвижных магнитных вставок, происходит в результате возникновения в электропроводных дисках индуцированных токов Фуко в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. При этом в качестве магнитных вставок целесообразно использование магнитов, например, из самарий-кобальтовых сплавов, имеющих не только значительную магнитную индукцию, но и повышенный уровень рабочих температур до 250-330°С (см., например, А.Р. Лепешкин Новый метод нагрева вращающихся дисков с использованием постоянных магнитов / Вестник двигателестроения №2, 2011 и упомянутый электронный ресурс https://lenr.su/indukcionnyj-nagrevatel-s-postoyannymi-magnitami). Дополнительный тепловой эффект нагрева жидкости прямо зависит от количества магнитных вставок, величины их магнитной индукции, электропроводности периферийных частей диска и расстояния между диском и магнитными вставками.Additional heating of the liquid in the cavitating zone of the rotary heat generator is provided by placing stationary magnetic inserts with high remanent magnetization on the inner surface of the housing, causing induction heating of the peripheral parts of the rotating working disks. Convection heat transfer from the disks to the cavitating liquid leads to an increase in its thermodynamic temperature and a reduction in the time the installation reaches a given operating temperature. A change in the thermal state of electrically conductive discs rotating relative to stationary magnetic inserts occurs as a result of the appearance of induced Foucault currents in electrically conductive discs in accordance with Faraday's law of electromagnetic induction. In this case, it is advisable to use magnets as magnetic inserts, for example, from samarium-cobalt alloys, which have not only significant magnetic induction, but also an increased level of operating temperatures up to 250-330 ° C (see, for example, A.R. Lepeshkin New method heating rotating discs using permanent magnets / Bulletin of engine building No. 2, 2011 and the mentioned electronic resource https://lenr.su/indukcionnyj-nagrevatel-s-postoyannymi-magnitami). The additional thermal effect of heating the liquid directly depends on the number of magnetic inserts, the magnitude of their magnetic induction, electrical conductivity of the peripheral parts of the disk and the distance between the disk and the magnetic inserts.
На фиг. 1 представлена принципиальная блок-схема установки для гидродинамического нагрева теплоносителя в системе обогрева жилых помещений; на фиг. 2 показаны части корпуса и первого рабочего диска теплогенератора, оснащенного упомянутыми магнитными вставками и кавитирующими элементами.FIG. 1 is a schematic block diagram of an installation for hydrodynamic heating of a coolant in a heating system for residential premises; in fig. 2 shows the parts of the body and the first working disk of the heat generator equipped with the mentioned magnetic inserts and cavitating elements.
Установка для гидродинамического нагрева теплоносителя (воды) в системе обогрева жилых помещений (фиг. 1) содержит гидродинамический теплогенератор 1, включающий цилиндрический корпус 2 с входным 3 и выходным 4 патрубками, а также установленный по оси корпуса 2 приводной вал 5 и присоединенный к валу 5 с помощью муфты 6 электродвигатель 7. Основной гидравлический контур 8 установки содержит циркуляционный насос 9, параллельно включенные батареи 10 водяного отопления, тепловой аккумулятор 11, гидрораспределитель 12, байпасную линию 13, расширительный бачок 14 и предохранительный воздушный клапан 15. В случае необходимости, основной гидравлический контур 8 на стороне жилого помещения может содержать трубчатый теплообменник и насосную станцию (не показаны). Для заданного функционирования гидравлической системы установки в гидравлический контур 8 включены дистанционно управляемые запорные вентили 16, а в контрольных точках контура 8 установлены датчики давления, температуры, уровня и расхода теплоносителя (не показаны). Цепи питания основного электродвигателя 7, электродвигателя циркуляционного насоса 9, управляющие входы дистанционно управляемых запорных вентилей 16 и выходы упомянутых датчиков соединены с соответствующими выходами и входами блока управления, входящего в состав пульта 17 для автоматического управления работой установки на каждом из предусмотренных режимов ее эксплуатации. Использование байпасной линии 13 позволяет улучшить условия рабочего запуска теплогенератора 1, гидрораспределитель 12 необходим для подключения дополнительных потребителей системы отопления или горячего водоснабжения, а применение теплового аккумулятора 11 обеспечивает работоспособность установки в период отключения электроэнергии.Installation for hydrodynamic heating of the coolant (water) in the heating system of living quarters (Fig. 1) contains a hydrodynamic heat generator 1, including a
Гидродинамический теплогенератор 1 (фиг. 1, 2) предложенного устройства для нагрева жидкости включает цилиндрический корпус 2, первый торцевой фланец 18 и первый рабочий диск 19 диаметром, снабженный на периферии сквозными отверстиями 20, оси которых выполнены параллельными оси корпуса 2. Под прямым углом к сквозным отверстиям 20 большего диаметра (20 мм) расположены радиальные отверстия 21 меньшего диаметра (7 мм), по направлению к которым, по крайней мере, с одной стороны рабочего диска 19 выполнены, радиальные щелевидные углубления 22 шириной и глубиной 8 мм (показаны пунктирной линией). Зазор между цилиндрической поверхностью рабочего диска 19 и внутренней поверхностью корпуса 2 составляет 0,5 мм, а рабочие поверхности корпуса 2, торцевых фланцев 18, рабочих дисков 19, отверстий 20, 21 и щелевидных углублений 22 выполнены по 7-8 классу чистоты для снижения гидравлических потерь в теплогенераторе 1. Магнитные вставки 23 выполнены из материала с высокой остаточной намагниченностью, преимущественно, на основе редкоземельных сплавов неодим-железо-бор или самарий-кобальт. Вставки 23 из самарий-кобальтовых магнитов, показанные на фиг. 2, имеют форму призмы с продольной намагниченностью и размещены на внутренней поверхности корпуса 2 в углублениях кольцевой проставки 24 из немагнитного материала (нержавеющая сталь, титан, медь), которая расположена на торце первого фланца 18. На поверхности рабочего диска 19, обращенной к магнитным вставкам 23, размещена вторая кольцевыми проставка 25, выполненная из материала с повышенной электрической проводимостью, например, из меди. На первом торцевом фланце 18 пунктиром показаны радиально расположенные щелевидные углубления 26, расположенные зеркально относительно щелевидных углублений 22 на торце диска 19 для дополнительного повышения кавитационных характеристик теплогенератора 1.The hydrodynamic heat generator 1 (Fig. 1, 2) of the proposed device for heating a liquid includes a
В соответствии с изобретательским замыслом предложенное техническое решение распространяется на устройства и установки для гидродинамического нагрева жидкости, в которых теплогенератор 1 имеет от одного до четырех и более рабочих дисков 19 толщиной 10-30 мм, диаметр которых может варьироваться в широких пределах от 150 до 350 мм и более, при этом должны сохраняться указанные геометрические параметры кавитирующих элементов 20, 21, 22, 26 рабочих дисков 19 теплогенератора 1 и указанное расположение на его корпусе магнитных вставок 23, из современных материалов с высокой остаточной намагниченностью, для эффективного индукционного взаимодействия с проводящим материалом на вращающемся рабочем диске с целью нагрева его и жидкости. В случае соответствующего подбора материалов немагнитного корпуса и токопроводящих дисков магнитные вставки могут располагаться непосредственно на торцевых фланцах и на цилиндрической поверхности внутри корпуса теплогенератора, в том числе, над цилиндрической поверхностью рабочих дисков или между ними.In accordance with the inventive concept, the proposed technical solution extends to devices and installations for hydrodynamic heating of a liquid, in which the heat generator 1 has from one to four or more
Материал магнитных вставок, их сечение и конфигурация, а также варианты чередования полюсов магнитных вставок по окружности внутри корпуса теплогенератора должны обеспечивать наиболее эффективное индукционное взаимодействие с проводящим материалом вращающегося рабочего диска. Один из вариантов такого расположения магнитных вставок представлен на фиг. 2. Выбор материала диска, корпуса и упомянутых проставок представляют собой очевидные направления инженерно-конструкторской работы по дальнейшему совершенствованию предложенной установки для гидродинамического нагрева жидкости при условии достижения упомянутого технического результата. В этой связи следует также упомянуть, что принцип индукционного нагрева жидкости с использованием постоянных магнитов известен из уровня техники и представляет интерес в качестве одного из аналогов предложенного устройства (см., например, патент РФ №2303861, опублик. 27.07.2007).The material of the magnetic inserts, their cross-section and configuration, as well as the options for the alternation of the poles of the magnetic inserts around the circumference inside the housing of the heat generator should provide the most effective induction interaction with the conductive material of the rotating working disk. One of the variants of such an arrangement of magnetic inserts is shown in Fig. 2. The choice of the material of the disk, the body and the said spacers are obvious directions of engineering and design work to further improve the proposed installation for hydrodynamic heating of a liquid, provided that the above technical result is achieved. In this regard, it should also be mentioned that the principle of induction heating of a liquid using permanent magnets is known from the prior art and is of interest as one of the analogues of the proposed device (see, for example, RF patent No. 2303861, published 27.07.2007).
Установка для гидродинамического нагрева жидкости в системе обогрева жилых и производственных помещений функционирует следующим образом.Installation for hydrodynamic heating of liquid in the heating system of residential and industrial premises operates as follows.
Для обеспечения работы системы обогрева жилых и производственных помещений в состав основного гидравлического контура 8 вводят роторный теплогенератор 1, соединенный с электродвигателем 7 посредством приводного вала 5 и муфты 6. До начала работы установки заполняют химочищенной водой основной гидравлический контур 8, содержащий упомянутые циркуляционный насос 9, батареи 10 водяного отопления, гидрораспределитель 12, байпасную линию 13 и тепловой аккумулятор 11. Затем осуществляют проверку функционирования дистанционно управляемых запорных вентилей 16, датчиков измерения параметров теплоносителя и цепей питания электродвигателя 7, циркуляционного насоса 9, а также электрических цепей и систем пульта 17 автоматического управления работой установки. После включения электрического питания, по командам с пульта 17 управления, подключаются циркуляционный насос 9 и электродвигатель 7, обеспечивающий вращение рабочих дисков 19 теплогенератора 1. При этом циркуляционный насос 9 должен обеспечивать на входе теплогенератора 1 давление воды в диапазоне 4-7 атм. Из насоса 9 вода поступает через входной патрубок 3 в полость корпуса 2 теплогенератора 1 и, через отверстия в рабочих дисках 19, направляется к выходному патрубку 4 теплогенератора 1. Дистанционно управляемые запорные вентили 16 в гидравлическом контуре 8 должны обеспечивать автоматическое или ручное управление и работу гидравлической системы установки в режимах запуска и штатного функционирования теплогенератора 1. Своевременное открытие и закрытие дистанционно управляемых вентилей 16 обеспечивается посредством передачи к ним управляющих сигналов от пульта управления 17 с учетом данных о состоянии теплоносителя в контрольных точках контура 8 от манометрических и температурных датчиков, а также от сигналов от дистанционного тахометра на теплогенераторе 1 (не показан), Количество оборотов привода вала 5 теплогенератора 1, регистрируемое тахометром, соответствует текущему или номинальному значению скорости вращения рабочих дисков 19 до 3000 об/мин. Наличие пульта управления 17 и указанных связей между составными частями установки для гидродинамического нагрева жидкости позволяет функционировать в полностью автоматическом или полуавтоматическом режимах при различных уровнях потребления вырабатываемой тепловой энергии. Циркуляционный насос 9 обеспечивает необходимое давление в системе и прокачку воды через теплогенератор 1, при этом производительность насоса рассчитывается для конкретной системы теплоснабжения объекта. В частности, усредненная производительность циркуляционного насоса 9 в системе теплоснабжения для привода теплогенератора 1 электродвигателем 7 мощностью 55-90 кВт находится в диапазоне 2-5 м3/час.To ensure the operation of the heating system for residential and industrial premises, a rotary heat generator 1 is introduced into the main
Вращение рабочих дисков 19 приводят жидкость внутри корпуса 2 теплогенератора 1 в состояние вихревого течения, в том числе, благодаря присутствию радиальных щелевидных углублений 22, 26 на поверхности рабочих дисков 19 и торцевых фланцев 18, а также наличию в дисках 19 сквозных отверстий 20 диаметром 20 мм и радиальных отверстий 21 диаметром 7 мм. Вихревое и турбулентное движение жидкости сопровождается интенсивными кавитационными процессами в жидкофазной среде в области периферийных частей вращающихся рабочих дисков 19. Выполнение зазора, между цилиндрической поверхностью рабочих дисков 19 и внутренней поверхностью корпуса 2, составляет 0,5 мм, что снижает холостой проток жидкости в теплогенераторе 1. Экспериментальные данные, полученные при эксплуатации теплогенератора 1 на различных режимах его работы, подтверждают выводы о том, что чистота обработки рабочих поверхностей теплогенератора 1 должна приближаться к 7-8 классу. Это касается обработки поверхностей корпуса 2, фланцев 18, диска 19, отверстий 20, 21 и щелевидных углублений 22. В результате в теплогенераторе 1 наблюдается снижение гидравлических потерь и затрат на образование кавитирующих зон в жидкости, что способствует повышению эффективности работы установки. Благодаря указанной обработке рабочих поверхностей также наблюдается снижение отложений солей жесткости на внутренних поверхностях теплогенератора 1.The rotation of the working
Практически весь поток жидкости через теплогенератор 1 вынужден проходить через сквозные отверстия 20 и радиальные отверстиями 21 на периферии рабочих дисков 19, тогда как ее расход через зазор между цилиндрическими поверхностями диска 19 и цилиндрического корпуса 2 может составлять сравнительно малую величину. Благодаря регулярному размещению на периферии рабочих дисков 19 попарно пересекающихся отверстий 20, 21 различного диаметра и наличию на поверхности дисков 19 и фланцев 18 радиальных щелевидных углублений 22, при высоких скоростях течения нагреваемой жидкости, в ней создаются обширные зоны гидродинамической кавитации. Давление на входе в теплогенератор 1 и возникающие центробежные силы от вращения рабочих дисков 19 стремятся протолкнуть воду через отверстия 20, 21 в область за пределы первого и последующих дисков 19. При этом скорость отдельных участков потока на выходе из сквозных и радиальных отверстий 20, 21 резко и с высокой частотой изменяется, возникают сильные пульсации жидкости, сопровождающиеся сериями ударных волн и кавитацией. При схлопывании кавитационных пузырьков температура внутри них повышается до нескольких тысяч градусов по Цельсию. Затем, в результате ряда быстрых периодических сжатий и расширений кавитационных пузырьков, происходит достаточно сильный нагрев парогазовой смеси в них, а затем и примыкающих слоев воды в области рабочего диска. Образующееся вблизи входных и выходных кромок отверстий 20, 21 множество кавитационных пузырьков, в последствии группируются, образуя более обширную кавитационную область (пульсирующую каверну) сложной и изменчивой формы. Так, при средней скорости движения жидкости в корпусе 2 теплогенератора 1 в пределах 6-10 м/с, на острых кромках указанных отверстий можно достичь высокой скорости вихревого течения газожидкостной смеси более 20-50 м/с, достаточной для возникновения кавитационного нагрева жидкости. Аналогичные явления, но в меньшей степени, возникают также в области радиальных щелевидных углублений 22 на цилиндрической поверхности дисков 19 или торцевых фланцев 18, которые обеспечивают дополнительный вклад в подготовку условий для развития указанных кавитационных процессов в жидкости.Almost the entire flow of liquid through the heat generator 1 is forced to pass through the through
Основными механизмами генерирования тепла в предложенном устройстве роторного теплогенератора являются вязкостный и кавитационный процессы нагрева жидкости, а дополнительным - механизм индукционного нагрева вращающихся рабочих дисков токами Фуко. Нагрев за счет вязкостного трения пограничных слоев жидкости происходит при их взаимодействии с поверхностью быстро вращающихся рабочих дисков 19. Гидродинамическая кавитация представляет собой эффективное средство концентрации энергии гидравлических волн низкой плотности в высокую плотность энергии, связанную с пульсациями и захлопыванием кавитационных пузырьков в жидкости. В момент схлопывания кавитационного пузырька, давление и температура газа внутри них достигают значительных величин. Энергия, сообщаемая жидкости при схлопывании кавитационных пузырьков, прямо пропорциональна их количеству. Степень развитости кавитационных процессов определяет индекс кавитации, показывающий отношение объема кавитационного облака к общему объему жидкости в активной рабочей зоне. Таким образом, на процесс образования пузырьков влияют скорость вращения рабочих дисков, разница давлений на входе и выходе теплогенератора и температура жидкости. Для развития кавитационных процессов в жидкости можно увеличить гидростатическое давление, повысить среднюю температуру жидкости или изменить соответствующие формы элементов конструкции, влияющих на понижение давления вследствие больших местных скоростей в потоке движущейся капельной жидкости. При создании предложенного технического решения учитывались все существенные факторы, связанные с гидродинамикой обтекания жидкостью зоны отверстий 20, 21 на периферии рабочих дисков 19 и радиальных щелевидных углублений 22 на торцах дисков 19. Максимальное растяжение тщательно очищенной воды, достигаемое при движении воды при 10°С, составляет около 280 кг/см2, обычно же ее разрыв возникает при давлениях, лишь немного меньших давления насыщенного пара жидкости (см., например. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Глав. Ред. И.П. Голямина - М.: «Советская энциклопедия», 1979, с. 156).The main mechanisms for generating heat in the proposed device of a rotary heat generator are viscous and cavitation processes of heating a liquid, and an additional mechanism is the mechanism of induction heating of rotating working disks by Foucault currents. Heating due to viscous friction of the boundary layers of the liquid occurs when they interact with the surface of rapidly rotating working
Дополнительным механизмом генерирования тепла в предложенном роторном теплогенераторе является индукционный нагрев токами Фуко вращающихся рабочих дисков с использованием постоянных магнитов, размещенных на корпусе теплогенератора, при этом нагрев жидкости осуществляется путем теплопередачи от нагретых рабочих дисков. При этом развитие кавитационных процессов в жидкости существенно меняется, поскольку энергия, сообщаемая жидкости при схлопывании кавитационных пузырьков, является также функцией средней термодинамической температуры капельной жидкости. При низких значениях температуры воды на входе в теплогенератор, например, зимой, замедляется темп ее нагрева до выхода на заданный температурный режим тепловой сети, тогда как дополнительный нагрев слоев жидкости в кавитирующих областях теплогенератора смещает график теплоснабжения к границам летнего периода, сокращая общее время нагрева жидкости в системе обогрева жилых и производственных помещений.An additional mechanism for generating heat in the proposed rotary heat generator is induction heating by Foucault currents of rotating working discs using permanent magnets placed on the heat generator body, while the liquid is heated by heat transfer from the heated working discs. In this case, the development of cavitation processes in a liquid changes significantly, since the energy imparted to the liquid during the collapse of cavitation bubbles is also a function of the average thermodynamic temperature of the dropping liquid. At low temperatures of water at the inlet to the heat generator, for example, in winter, the rate of its heating slows down until it reaches the set temperature regime of the heating network, while additional heating of the liquid layers in the cavitating regions of the heat generator shifts the heat supply schedule to the boundaries of the summer period, reducing the total heating time of the liquid in the heating system of residential and industrial premises.
Магнитные вставки 23 могут быть выполнены в количестве, пропорциональном или равном числу сквозных отверстий из ниобиевых или самарий-кобальтовых сплавов в форме диска, призмы или цилиндра и размещены в углублениях на внутренней поверхности корпуса, например, как показано на фиг. 2. По другому варианту магнитные вставки 23 могут быть расположены в немагнитном корпусе над цилиндрической частью рабочего диска 19 или между дисками внутри широких или узких проставок из немагнитных материалов, частично перекрывающих периферийную часть дисков 19 (не показаны). При этом периферийные части каждого рабочего диска 19, обращенные к магнитным вставкам 23 со стороны фланца 18, как правило, снабжены дополнительными кольцевыми проставками 25, преимущественно, с чередующимися выступами, выполненными из материала с повышенной электрической проводимостью.
Согласно предложенному техническому решению, для дополнительного тепловыделения в теплогенераторе используются магнитные вставки 23 из самарий-кобальтовых магнитов, размещенных на внутренней поверхности корпуса 2 в немагнитной кольцевой проставке 24, относительно которой вращается токопроводящий рабочий диск 19. При этом на поверхности рабочего диска 19, обращенной к магнитным вставкам 23, как было указано, может быть размещена дополнительная кольцевыми проставка 25, выполненная из материала с повышенной электрической проводимостью, например, из меди, которая испытывает более интенсивный нагрев при вращении диска 19. Токи Фуко наводятся в диске при его вращении в магнитном поле, создаваемом постоянными магнитами в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. При увеличении частоты вращения увеличивается скорость изменения магнитного потока в диске, и наведенные токи становятся значимыми в диапазоне больших частот вращения (см упомянутые ссылки https:/ lenr.su/indukcionnyj-nagrevatel-s-postoyannymi-magnitami и патент РФ №2303861).According to the proposed technical solution, for additional heat generation in the heat generator,
Опыты, проведенные авторами и разработчиками на действующем теплогенераторе, показали, что наличие предложенных инициирующих кавитацию элементов в виде попарно пересекающихся между собой сквозных отверстий большего диаметра и радиальных отверстий меньшего диаметра, а также радиальных щелевидных углублений на торцах дисков и фланцев обеспечивают повышение эффективности вязкостного и кавитационного механизмов генерирования тепла в предложенном устройстве. Для оптимальных условий прокачки теплоносителя с расходом 2-4 м3/час в гидравлическом контуре, включающим теплогенератор 1 с электродвигателем 7 электрической мощностью 55 кВт, температура теплоносителя в сети поднимается на 10°С и более за один цикл прокачки заданного объема жидкости. Использование в предложенном техническом решении дополнительного индукционного механизма нагрева кавитирующей жидкости позволяет повысить показатели указанного теплогенератора по увеличению температуры теплоносителя в сети за цикл прокачки, по меньшей мере, дополнительно на несколько градусов Цельсия на каждом рабочем диске по сравнению с известными устройствами того же назначения.Experiments carried out by the authors and developers on an operating heat generator have shown that the presence of the proposed cavitation-initiating elements in the form of pairwise intersecting through holes of a larger diameter and radial holes of a smaller diameter, as well as radial slot-like depressions at the ends of discs and flanges provide an increase in the efficiency of viscous and cavitation. mechanisms for generating heat in the proposed device. For optimal conditions for pumping the coolant with a flow rate of 2-4 m 3 / h in the hydraulic circuit, including the heat generator 1 with an
Устанавливаемая мощность электродвигателя привода теплогенератора выбирается исходя из декабрьских пиковых нагрузок. При правильном выборе количества и мощности генераторов тепла в установке для нагрева теплоносителей теплогенераторы работают 8-12 часов в сутки. Для укрупненного расчета энергопотребления теплогенератора за отопительный сезон применяется коэффициент 0,25, при этом необходимо иметь резервное устройство отопления. За один проход вода в теплогенераторе нагревается примерно на 10-20°С. В зависимости от мощности установки нужно обеспечить объем прокачки для НТГ-055 до 3 м3/час, для НТГ-075 до 4 м3/час и для НТГ-090 до 5,0 м3/час, время нагрева системы отопления зависит от ее объема и теплопотерь в здания, при этом максимальная температура нагрева теплоносителя достигает 95°С. Конструкция теплогенератора рассчитана на работу при оборотах электродвигателя, примерно, около 2960 оборотов в минуту. Регулирование температурного режима осуществляется включением-выключением электродвигателя в автоматическом режиме. Теплогенератор рассчитан на работу в диапазоне давлений от 2 до 7 атм, при этом давление в системе отопления создается за счет циркуляционного насоса, который рассчитывается для конкретной системы теплоснабжения объекта. Автоматическая система управления установкой сертифицирована производителем и имеет гарантийный срок работы. В соответствии с техническими характеристиками электродвигателей, указанных в их паспортах, максимально допустимый уровень мощности звукового излучения электродвигателя 80-90 дБ. Для снижения уровня шума и вибрации необходимо монтировать устройство на вибропоглощающих опорах. В производственных зданиях теплогенерирующий узел обычно размещают в отдельных помещениях или подвалах, в жилых и административных зданиях тепловой пункт может быть расположен автономно. Согласования на монтаж установки не требуется, поскольку электроэнергия потребляется только электродвигателем и до 100 кВт осуществляется без лицензии (ФЗ №28-ФЗ от 03.04.96 г.). Многолетний опыт внедрения и эксплуатации предложенных установок показывает, что сам теплогенератор практически не изнашивается, меньший ресурс имеют электродвигатель, подшипники и торцевые уплотнения. Срок эксплуатации комплектующих установки указывается в их паспортах и гарантируется заводом-производителем. Подготовленные специалисты готовы обучить персонал заказчика для проведения всех профилактических и ремонтных работ. Для потребителя рекомендуется приобретать не менее двух установок, из которых одна должна перекрывать 60-70% расчетной тепловой нагрузки. При первоначальном прогреве и пиковых нагрузках будут работать все установки, в осенне-весенний сезон будет работать только часть установок. Это дополнительно повысит энергобезопасность объекта в период резких зимних перепадов температур.The installed power of the heat generator drive motor is selected based on the December peak loads. With the correct choice of the number and power of heat generators in the installation for heating the heat carriers, heat generators operate 8-12 hours a day. For an aggregated calculation of the energy consumption of a heat generator for the heating season, a coefficient of 0.25 is used, while it is necessary to have a backup heating device. In one pass, the water in the heat generator is heated by about 10-20 ° C. Depending on the capacity of the installation, it is necessary to provide the pumping volume for NTG-055 up to 3 m 3 / h, for NTG-075 up to 4 m 3 / h and for NTG-090 up to 5.0 m3 / h, the heating system heating time depends on its volume and heat loss into buildings, while the maximum heating temperature of the coolant reaches 95 ° C. The design of the heat generator is designed to operate at an electric motor speed of approximately 2960 rpm. Temperature control is carried out by turning on / off the electric motor in automatic mode. The heat generator is designed to operate in a pressure range from 2 to 7 atm, while the pressure in the heating system is created by a circulation pump, which is calculated for a specific heat supply system of the facility. The automatic control system of the installation is certified by the manufacturer and has a warranty period. In accordance with the technical characteristics of electric motors specified in their passports, the maximum permissible level of sound power of the electric motor is 80-90 dB. To reduce the noise and vibration level, it is necessary to mount the device on vibration-absorbing supports. In industrial buildings, the heat generating unit is usually located in separate rooms or basements; in residential and office buildings, the heat point can be located autonomously. Approval for the installation of the installation is not required, since electricity is consumed only by the electric motor and up to 100 kW is carried out without a license (Federal Law No. 28-FZ of 03.04.96). Many years of experience in the implementation and operation of the proposed installations shows that the heat generator itself practically does not wear out, the electric motor, bearings and mechanical seals have a shorter resource. The service life of the installation components is indicated in their passports and is guaranteed by the manufacturer. Trained specialists are ready to train the customer's personnel to carry out all preventive and repair work. It is recommended for the consumer to purchase at least two units, of which one should cover 60-70% of the calculated heat load. During the initial warm-up and peak loads, all installations will operate; in the autumn-spring season, only a part of the installations will operate. This will further increase the energy security of the facility during the period of sharp winter temperature drops.
Таким образом, совокупность существенных признаков предложенного технического решения обеспечивает достижение указанного технического результата по сокращению времени нагрева жидкости до выхода на заданный температурный режим и повышении эффективности установки в системах отопления жилых зданий и инженерных сооружений. В итоге, предложенная установка для гидродинамического нагрева жидкости обеспечивает сравнительно более высокие значения теплового эффекта в системах отопления и горячего водоснабжения жилых зданий и производственных помещений при сохранении высокой эксплуатационной надежности, технологичности и простоты конструкции гидродинамического теплогенератора и установки в целом.Thus, the combination of essential features of the proposed technical solution ensures the achievement of the specified technical result to reduce the heating time of the liquid to reach a given temperature regime and increase the efficiency of the installation in heating systems of residential buildings and engineering structures. As a result, the proposed installation for hydrodynamic heating of a liquid provides relatively higher values of the thermal effect in heating and hot water supply systems for residential buildings and industrial premises while maintaining high operational reliability, manufacturability and simplicity of the design of the hydrodynamic heat generator and the installation as a whole.
При этом изготовление корпуса и рабочих дисков гидродинамического теплогенератора установки доступно для малых предприятий и ремонтных мастерских при отсутствии в их арсенале специальной оснастки и дорогостоящих инструментов. Полученные результаты были использованы заявителем при проведении проектно-конструкторских работ в ходе создания серии промышленных установок НТГ-055, НТГ-075 и НТГ-090 для гидродинамического нагрева жидкости в системах отопления и горячего водоснабжения жилых зданий и производственных помещений (подробная информация об опыте использования серии предложенных установок изложена на наших сайтах www.ecoteplo.ru и www.ecoteplo.ru/about/).At the same time, the manufacture of the body and working disks of the hydrodynamic heat generator of the installation is available for small enterprises and repair shops in the absence of special equipment and expensive tools in their arsenal. The results obtained were used by the applicant during design and development work during the creation of a series of industrial installations NTG-055, NTG-075 and NTG-090 for hydrodynamic heating of liquids in heating and hot water supply systems for residential buildings and industrial premises (detailed information on the experience of using the series the proposed installations are set out on our websites www.ecoteplo.ru and www.ecoteplo.ru/about/).
Приведем некоторые общие характеристики и преимущества разработанных и функционирующих установок для гидродинамического нагрева жидкости в системах отопления жилых зданий и производственных помещений:Here are some general characteristics and advantages of the developed and operating installations for hydrodynamic heating of liquids in heating systems of residential buildings and industrial premises:
- отсутствует потребность в использовании органического топлива;- there is no need to use fossil fuel;
- нет необходимости в прокладке дорогостоящих тепловых сетей;- there is no need to lay expensive heating networks;
- отсутствуют необходимость согласования с организациями котло- и энергонадзора;- there is no need for coordination with organizations of boiler and energy supervision;
- имеется высокий уровень экологической и технологической безопасности;- there is a high level of environmental and technological safety;
- надежная автоматическая система управления;- reliable automatic control system;
- автономность и универсальность применения также для небольших потребителей;- autonomy and versatility of use also for small consumers;
- предельная простота монтажа и технического обслуживания:- Extreme simplicity of installation and maintenance:
- широкий спектр применения установок, в том числе, для горячего водоснабжения.- a wide range of installations, including for hot water supply.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020130373U RU202406U1 (en) | 2020-09-15 | 2020-09-15 | INSTALLATION FOR HYDRODYNAMIC LIQUID HEATING |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020130373U RU202406U1 (en) | 2020-09-15 | 2020-09-15 | INSTALLATION FOR HYDRODYNAMIC LIQUID HEATING |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU202406U1 true RU202406U1 (en) | 2021-02-16 |
Family
ID=74665855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020130373U RU202406U1 (en) | 2020-09-15 | 2020-09-15 | INSTALLATION FOR HYDRODYNAMIC LIQUID HEATING |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU202406U1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62213895A (en) * | 1986-03-14 | 1987-09-19 | Mitsutoshi Matsuoka | Apparatus for purifying and heating waste water |
| WO2008108596A1 (en) * | 2007-03-08 | 2008-09-12 | Vortexware Co., Ltd. | Method for generating high temperature using cavitation and apparatus thereof |
| RU2357160C1 (en) * | 2007-11-06 | 2009-05-27 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Rotary-cavitation type heat generator |
| RU101157U1 (en) * | 2010-08-18 | 2011-01-10 | Владимир Алексеевич Ким | HYDRODYNAMIC LIQUID HEATING UNIT |
| RU133263U1 (en) * | 2012-10-11 | 2013-10-10 | Валерий Дмитриевич Дудышев | VORTEX CAVITATION HEAT GENERATOR |
| EA025943B1 (en) * | 2013-03-14 | 2017-02-28 | Сергей Валерьевич Котов | Heat-generator pump |
-
2020
- 2020-09-15 RU RU2020130373U patent/RU202406U1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62213895A (en) * | 1986-03-14 | 1987-09-19 | Mitsutoshi Matsuoka | Apparatus for purifying and heating waste water |
| WO2008108596A1 (en) * | 2007-03-08 | 2008-09-12 | Vortexware Co., Ltd. | Method for generating high temperature using cavitation and apparatus thereof |
| RU2357160C1 (en) * | 2007-11-06 | 2009-05-27 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Rotary-cavitation type heat generator |
| RU101157U1 (en) * | 2010-08-18 | 2011-01-10 | Владимир Алексеевич Ким | HYDRODYNAMIC LIQUID HEATING UNIT |
| RU133263U1 (en) * | 2012-10-11 | 2013-10-10 | Валерий Дмитриевич Дудышев | VORTEX CAVITATION HEAT GENERATOR |
| EA025943B1 (en) * | 2013-03-14 | 2017-02-28 | Сергей Валерьевич Котов | Heat-generator pump |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2645646C (en) | Rotor assembly for a radial turbine | |
| Justino et al. | Rotational speed control of an OWC wave power plant | |
| US10495051B2 (en) | Power generating device having hollow structures | |
| RU202406U1 (en) | INSTALLATION FOR HYDRODYNAMIC LIQUID HEATING | |
| CN103090700B (en) | Baffle high-efficient heat exchanger | |
| RU2422733C1 (en) | Heat cavitation generator | |
| WO2013006080A1 (en) | A method and vortex heat generator for producing steam and thermal energy | |
| CN109974285A (en) | Household plug and play water heater based on Hydrodynamic cavitation | |
| RU2746822C2 (en) | Turbogenerator device for electrical power generation, methods of its installation and operation | |
| CN109855316A (en) | Hydrodynamic cavitation device for hot water centralizedly supply | |
| RU2680768C1 (en) | Heat exchanger | |
| RU2235950C2 (en) | Cavitation-vortex heat generator | |
| RU2116583C1 (en) | Method of heating liquid | |
| RU101157U1 (en) | HYDRODYNAMIC LIQUID HEATING UNIT | |
| UA62731A (en) | Liquid heater | |
| RU2269075C1 (en) | Cavitation-turbulent heat generator | |
| CN109855165A (en) | A kind of Hydrodynamic cavitation heating installation | |
| CN112833619B (en) | Hydroelectric set tail water residual pressure water supply cooling system | |
| CN204803167U (en) | Magnetic treatment who takes backwash function hinders dirty device | |
| Zhenjun et al. | A Study on the Influencing Factors and Optimization Design of Combined Push‐Pull Magnetic Drive Coupling | |
| RU176672U1 (en) | LIQUID HEATING DEVICE | |
| Pita et al. | Experimental Performance Analysis of Axial Flow Pumps at Various Pressure Heads | |
| KR101931184B1 (en) | The small electric power generation system using 3-stage screw-impeller water turbine | |
| Polák | Determination of conversion relations for the use of small hydrodynamic pumps in reverse turbine operation | |
| RU36705U1 (en) | MECHANICAL HEAT GENERATOR |