RU2126117C1

RU2126117C1 - Cavitator for heat release in liquid

Info

Publication number: RU2126117C1
Application number: RU97118384A
Authority: RU
Inventors: Л.В. Ларионов; И.И. Томин; В.Л. Петухов; Д.Е. Миронидис
Original assignee: Фирма "МИДИЕР" - Индивидуальное частное предприятие Д.Е.Миронидис
Priority date: 1997-11-10
Filing date: 1997-11-10
Publication date: 1999-02-10

Abstract

FIELD: heat-power engineering; liquid heating apparatus of various purpose. SUBSTANCE: cavitator for heat release in liquid has cylindrical housing 1 with Venturi tube 2 located coaxially inside it. Venturi tube holds insert 4. Screw feeder 3 is mounted before insert 4 on Venturi tube 2 on side of incoming flow for rotation about Venturi tube. Insert 4 extends beyond Venturi tube 2 on side of scope of flow. Outer surface of insert 4 is provided with longitudinal slots 5 open on side of screw feeder 3 and brought in communication with outlet surface of insert 4 on opposite side by means of holes 6. EFFECT: increased factor of conversion of energy of moving liquid to thermal energy. 5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в качестве элемента теплооборудования как в системах отопления, так и в аппаратах нагрева различного назначения. The invention relates to a power system and can be used as an element of heat equipment both in heating systems and in heating devices for various purposes.

Известно использование кавитаторов для получения тепловой энергии в жидкостях (патент РФ N 2061195, F 24 J 3/00, 1995). It is known to use cavitators to produce thermal energy in liquids (RF patent N 2061195, F 24 J 3/00, 1995).

В описании изобретения по указанному патенту предлагается использовать в качестве источника кавитации многоканальную центробежную форсунку. Недостатком такого кавитатора является малая интенсивность тепловыделения, создаваемого в жидкости, относительно энергии, затраченной на создание в ней кавитации. Это объясняется недостаточной эффективностью процесса образования кавитационных полостей и их захлопывания. In the description of the invention according to the said patent, it is proposed to use a multi-channel centrifugal nozzle as a cavitation source. The disadvantage of this cavitator is the low intensity of heat generated in the liquid, relative to the energy spent on creating cavitation in it. This is due to the insufficient efficiency of the process of formation of cavitation cavities and their collapse.

Для реализации кавитационных процессов в жидкости, как показывают исследования, могут быть использованы также различного типа вибраторы или вводимые в жидкость источники акустических волн. Эти же исследования показывают, что наилучшие результаты с точки зрения тепловыделения в жидкости достигаются при использовании трубки Вентури. Но и в этом случае имеет место недостаточно высокий КПД преобразования, понимаемый в отмеченном выше смысле. Studies show that various types of vibrators or sources of acoustic waves introduced into the liquid can also be used to implement cavitation processes in a liquid. The same studies show that the best results in terms of heat dissipation in a liquid are achieved using a venturi. But even in this case, the conversion efficiency is not high enough, which is understood in the sense noted above.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является получение технического результата, заключающегося в повышении тепловыделения в кавитационной жидкости. The problem solved by the invention is to obtain a technical result, which consists in increasing heat in the cavitation fluid.

Предлагаемое устройство не имеет общих конструктивных признаков с известным из названного патента источником кавитации для тепловыделения в жидкости - многоканальной центробежной форсункой. Что же касается упомянутой трубки Вентури или каких-либо других конкретных кавитаторов, то использование их в качестве средств для реализации процесса тепловыделения в жидкости не известно. The proposed device does not have common design features with a well-known cavitation source for heat dissipation in a liquid — a multichannel centrifugal nozzle. As for the aforementioned Venturi tube or any other specific cavitators, their use as a means for implementing the process of heat release in a liquid is not known.

Поставленная задача решается за счет того, что кавитатор для тепловыделения в жидкости содержит размещенные внутри цилиндрического корпуса соосно с ним трубку Вентури и установленную на ней вставку, перед которой со стороны набегающего потока на трубке Вентури установлен с возможностью вращения относительно нее шнек, вставка со стороны выхода потока выступает за пределы трубки Вентури, на наружной поверхности вставки выполнены продольные пазы, открытые со стороны шнека, а с противоположной стороны сообщающиеся посредством отверстий с выходной поверхностью вставки. The problem is solved due to the fact that the cavitator for heat dissipation in the liquid contains a venturi tube located coaxially with the inside of the cylindrical body and an insert installed on it, in front of which, on the incoming flow side, a screw is mounted on the venturi, rotation is relative to it, the insert is on the outlet side the flow protrudes beyond the venturi, longitudinal grooves are made on the outer surface of the insert, open on the auger side and communicating through openings on the opposite side the output face of the insert.

Предпочтительным является такое выполнение предлагаемого кавитатора, при котором поверхности трубки Вентури и вставки со стороны выхода потока являются частями одной и той же конической поверхности, а каналы отверстий, посредством которых пазы вставки сообщаются с выходной поверхностью вставки, ориентированы по нормали к этой поверхности. Preferred is the implementation of the proposed cavitator, in which the surfaces of the venturi and the inserts on the outlet side of the flow are parts of the same conical surface, and the channels of the holes through which the grooves of the insert communicate with the output surface of the insert are oriented normal to this surface.

Оптимальный угол при вершине конической поверхности, частями которой являются выходные поверхности трубки Вентури и вставки, заключен в пределах 40 - 70^o, а оптимальные значения угла подъема винтовой поверхности шнека составляют 30 - 50^o.The optimum angle at the apex of the conical surface, of which the output surfaces of the venturi and insert are parts, is within 40 - 70 ^o , and the optimal values of the angle of elevation of the screw surface of the screw are 30 - 50 ^o .

В частном случае трубка Вентури и вставка могут быть выполнены как одно целое. In a particular case, the venturi and the insert can be made as a whole.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображен продольный разрез кавитатора. The present invention is illustrated in the drawing, which shows a longitudinal section of a cavitator.

Предлагаемый кавитатор для тепловыделения в жидкости содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого осесимметрично размещена трубка Вентури 2 с центральным каналом, выходящим в зону кавитации, т.е. пространство, расположенное за выходным сечением трубки Вентури. На трубке Вентури 2 со стороны набегающего потока жидкости размещен шнек (крыльчатка) 3, а за шнеком 3 - соосная с трубкой Вентури 2 вставка 4. Конец ее, выступающий за пределы трубки Вентури, ограничивает зону кавитации. Во вставке 4 выполнены продольные пазы 5, открытые навстречу набегающему потоку жидкости. С противоположной стороны продольные пазы 5 вставки 4 имеют выход через сквозные отверстия 6 в теле вставки в зону кавитации. The proposed cavitator for heat dissipation in a liquid contains a cylindrical body 1, inside which a venturi 2 with a central channel extending into the cavitation zone is axially symmetrically placed, i.e. the space located behind the outlet section of the venturi. A screw (impeller) 3 is placed on the venturi 2 from the side of the incoming liquid flow, and an insert 4 is coaxial with the venturi 2 behind the screw 3. Its end, protruding beyond the venturi, limits the cavitation zone. In insert 4, longitudinal grooves 5 are made, open to meet the oncoming flow of fluid. On the opposite side, the longitudinal grooves 5 of the insert 4 have an exit through the through holes 6 in the insert body into the cavitation zone.

В качестве материалов для изготовления кавитатора могут быть использованы углеродистые стали, если теплоносителем является обычная вода, или специальные стали и металлы, если теплоноситель химически активен. As materials for the manufacture of cavitators, carbon steels can be used if the coolant is ordinary water, or special steels and metals if the coolant is chemically active.

Предлагаемый кавитатор для тепловыделения в жидкости используется и работает следующим образом. The proposed cavitator for heat in the liquid is used and works as follows.

Корпус 1 "врезается" в трубопровод, по которому перекачивается подлежащая нагреву жидкость. Набегающий поток жидкости приводит во вращение шнек 3. Последний при своем вращении перекрывает продольные пазы 5 вставки 4. При этом за выходным сечением трубки Вентури 2 вследствие перепада давления создается зона развитой кавитации. Интенсивность кавитации резко усиливается циклическим срывом в эту зону кавитирующей жидкости из отверстий 6, обусловленным тем, что поступление жидкости к этим отверстиям через продольные пазы 5 поочередно перекрывается вращающимся шнеком. Case 1 "crashes" into the pipeline through which the liquid to be heated is pumped. The oncoming fluid flow rotates the screw 3. The latter, during its rotation, overlaps the longitudinal grooves 5 of insert 4. In this case, a developed cavitation zone is created behind the outlet section of the venturi 2 due to the pressure drop. The cavitation intensity is sharply enhanced by a cyclical disruption of cavitating liquid from the holes 6 into this zone, due to the fact that the fluid supply to these holes through the longitudinal grooves 5 is alternately blocked by a rotating screw.

Практические испытания кавитатора для тепловыделения в жидкости были проведены на аппарате, состоящем из замкнутого гидравлического контура длиной L = 40 м (диаметр d = 25 мм, поверхность излучения 5 м²), насоса (КПД η_нас = 0,6), электродвигателя (КПД η_эл.дв = 0,84) и собственно предлагаемого кавитатора. В качестве теплоносителя использовалась обычная вода.Practical tests of the cavitator for heat in the liquid were carried out on an apparatus consisting of a closed hydraulic circuit with a length of L = 40 m (diameter d = 25 mm, radiation surface 5 m ² ), a pump (efficiency η _us = 0.6), an electric motor (efficiency η _el.dv = 0.84) and the actual proposed cavitator. As a coolant, ordinary water was used.

В ходе испытаний осуществлялась регистрация электрических характеристик - мощности, напряжения и тока. Кроме этого регистрировалось время экспериментального цикла, а также изменения температуры и давления воды. During the tests, electrical characteristics were recorded - power, voltage and current. In addition, the time of the experimental cycle was recorded, as well as changes in temperature and pressure of water.

В качестве рабочего диапазона температур был выбран интервал 40 - 60^oC - типичный для отопительных систем жилых помещений.The range 40 - 60 ^o C - typical for heating systems of residential premises was chosen as the operating temperature range.

Результаты испытаний приведены в таблице, где для сравнения приводятся также данные параллельных контрольных испытаний кавитаторов в виде трубки Вентури, имеющих близкие значения сечений внутренних каналов. The test results are shown in the table, where, for comparison, data are also given for parallel control tests of cavitators in the form of a venturi with close values of the cross sections of the internal channels.

где ΔT - изменение температуры;
P - давление жидкости перед входом в кавитатор;
N_эл - электрическая мощность;
E_эл - расход электроэнергии за время τ;
S - рабочее сечение внутреннего канала кавитатора;
τ - время подъема температуры в аппарате от 40 до 60^oC;
ΔQ - увеличение теплосодержания аппарата за время экспериментального цикла;
η - коэффициент преобразования вводимой в аппарат электрической энергии в тепловую без учета энергии на теплоизлучение в помещение и конвекцию воздуха;
d - диаметр канала трубки Вентури.where ΔT is the temperature change;
P is the fluid pressure before entering the cavitator;
N _e - electric power;
E _el - power consumption over time τ;
S is the working section of the internal channel of the cavitator;
τ is the time of temperature rise in the apparatus from 40 to 60 ^o C;
ΔQ is the increase in the heat content of the apparatus during the experimental cycle;
η is the coefficient of conversion of electrical energy introduced into the apparatus into heat without taking into account the energy of heat radiation into the room and air convection;
d is the diameter of the channel of the venturi.

Анализ результатов испытаний, приведенных в таблице, показывает, что кавитатор предлагаемой конструкции имеет при прочих равных условиях более высокую степень преобразования вводимой в гидравлический контур электрической энергии в тепловую. An analysis of the test results shown in the table shows that the cavitator of the proposed design, ceteris paribus, has a higher degree of conversion of electrical energy input into the hydraulic circuit into thermal energy.

С помощью предлагаемого кавитатора для тепловыделения в жидкости может быть решена задача повышения экономичности систем обеспечения теплом и горячей водой жилых и общественных зданий. В связи с этим можно считать, что использование предлагаемого технического решения в отопительных системах и других нагревательных устройствах различного назначения имеет вполне благоприятную перспективу. Using the proposed cavitator for heat dissipation in liquids, the problem of increasing the efficiency of heat and hot water supply systems for residential and public buildings can be solved. In this regard, we can assume that the use of the proposed technical solution in heating systems and other heating devices for various purposes has a very favorable prospect.

Claims

1. A cavitator for heat dissipation in a liquid, comprising a cylindrical body, characterized in that a Venturi tube with an insert placed thereon is mounted coaxially with the housing, in front of which a screw is mounted rotatably on the Venturi tube, the insert is on the outlet side of the flow made extending beyond the venturi and on its outer surface there are made longitudinal grooves open from the side of the screw, and on the opposite side communicating by means of holes with the outlet surface and.

2. The cavitator according to claim 1, characterized in that the surfaces of the venturi and the inserts on the outlet side of the flow are parts of the same conical surface, and the channels of the holes through which the grooves of the insert communicate with the output surface of the insert are oriented normal to this surface .

3. The cavitator according to claim 1 or 2, characterized in that the angle at the apex of the conical surface, the parts of which are the output surfaces of the venturi and insert, is 40 - 70 ^o .

4. The cavitator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the angle of elevation of the screw surface of the screw is 30 - 50 ^o .

5. A cavitator according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the venturi and the insert are integrally formed.