RU2146227C1 - Heat and mass exchanger - Google Patents

Heat and mass exchanger Download PDF

Info

Publication number
RU2146227C1
RU2146227C1 RU98106718A RU98106718A RU2146227C1 RU 2146227 C1 RU2146227 C1 RU 2146227C1 RU 98106718 A RU98106718 A RU 98106718A RU 98106718 A RU98106718 A RU 98106718A RU 2146227 C1 RU2146227 C1 RU 2146227C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
steam
nozzles
housing
heat
Prior art date
Application number
RU98106718A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU98106718A (en
Inventor
Б.А. Зимин
О.М. Кувшинов
Original Assignee
Зимин Борис Алексеевич
Кувшинов Олег Михайлович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Зимин Борис Алексеевич, Кувшинов Олег Михайлович filed Critical Зимин Борис Алексеевич
Priority to RU98106718A priority Critical patent/RU2146227C1/en
Publication of RU98106718A publication Critical patent/RU98106718A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2146227C1 publication Critical patent/RU2146227C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: heat power engineering; applicable in water heating with steam or superheated water with their direct contact. SUBSTANCE: heat and mass exchanger has body round in cross-section and end covers, water supply tangential branch pipes supplying. Supplying steam branch pipes may have nozzles and connected tangentially to body. Installed before steam nozzles are ejecting particles concentric to body and provided with upper and lower walls forming shell. Body may be made of several cylinders different in diameters. Steam branch pipes may be connected with cylinders of different diameters. Branch pipes supplying water may also be located in shells. EFFECT: higher efficiency of operation due to utilization of steam energy for increase of water pressure beyond the apparatus. 6 cl, 4 dwg

Description

Известны и нашли применение струйные тепломассообменники, в которых нагрев воды происходит при непосредственном контакте ее с паром. Пар достигает звуковой скорости, смешивается с водой, образуя гомогенную двухфазную смесь. Энергия воды и пара складываются. Затем пар конденсируется. Давление воды на выходе из аппарата может быть выше давления пара и давления воды на входе в аппарат. Known and found application are jet heat and mass exchangers in which water is heated when it is in direct contact with steam. Steam reaches sound speed, mixes with water, forming a homogeneous two-phase mixture. The energy of water and steam add up. Then the steam condenses. The water pressure at the outlet of the apparatus may be higher than the vapor pressure and the water pressure at the inlet to the apparatus.

Таков аппарат, называемый "Транссоник" (см. патент России N 2016261). Such is the apparatus called the “Transsonic” (see Russian patent N 2016261).

Недостатком этого аппарата является недостаточная глубина регулирования нагрузок по расходу пара и воды особенно при невысоких давлениях пара. Например, нагревать воду паром в системе отопления или горячего водоснабжения без применения сетевого насоса можно только в очень узком диапазоне нагрузок. Он имеет недостаточно большую производительность, поэтому на одну систему отопления приходится ставить несколько аппаратов. The disadvantage of this apparatus is the insufficient depth of regulation of the loads on the consumption of steam and water, especially at low vapor pressures. For example, heating water with steam in a heating system or hot water supply without using a mains pump is possible only in a very narrow range of loads. It does not have a large enough capacity, so several devices have to be installed on one heating system.

Известен также тепломассообменный аппарат, применяемый в качестве центробежно-вихревого деаэратора (см. авторское свидетельство СССР N 1134842 "Деаэратор"). A heat and mass transfer apparatus used as a centrifugal vortex deaerator is also known (see USSR author's certificate N 1134842 "Deaerator").

Этот известный аппарат имеет цилиндрический корпус, с торцевыми крышками, тангенциальные патрубки подвода жидкости и греющей среды (тангенциальные сопла) и тангенциальный патрубок отвода нагретой жидкости. This known apparatus has a cylindrical body with end caps, tangential nozzles for supplying a fluid and a heating medium (tangential nozzles) and a tangential nozzle for removing heated fluid.

В этом аппарате кинетическая энергия потока воды и пара (перегретой греющей воды) складываются. Это позволяет частично восстановить давление воды на выходе из аппарата, несмотря на то, что в центре корпуса находятся граница раздела вращающихся потоков сред (воды и пара) и зона пониженного давления. In this apparatus, the kinetic energy of the flow of water and steam (superheated heating water) are added. This allows you to partially restore the water pressure at the outlet of the apparatus, despite the fact that in the center of the body are the interface between the rotating flows of media (water and steam) and the zone of reduced pressure.

Недостатком этого аппарата является то, что пар, выходя из сопел, попадает в пространство большого объема, наполненное водой, и мгновенно конденсируется, не создавая местного перегрева небольшого объема воды до температуры, значительно превышающей среднее значение температуры воды на выходе из аппарата. Не происходит образования достаточного количества гомогенной двухфазной смеси воды с паром. Не происходит образования "скачка уплотнения" (скачка давления) за счет перехода звукового барьера в гомогенной двухфазной смеси, как это наблюдается в аппаратах "Транссоник". Поэтому восстановление давления воды на выходе из аппарата ниже, чем у "Транссоника". Однако аналог позволяет нагревать большое количество воды на большую разность температур. Например, в этом аппарате нагревалось 250 т/ч воды с 16 до 108oC, при подаче через аппарат 42 тонн пара в час давлением до 1,5 ати. Такими характеристиками не обладают прямоструйные водонагревательные аппараты типа "Транссоник". При использовании для нагрева воды пара с давлением 0,2 ати, давление воды за аппаратом было 0,6 ати.The disadvantage of this apparatus is that the steam leaving the nozzles enters a large volume space filled with water and instantly condenses without creating local overheating of a small volume of water to a temperature significantly higher than the average temperature of the water leaving the apparatus. The formation of a sufficient amount of a homogeneous two-phase mixture of water with steam does not occur. The formation of a “shock wave” (pressure jump) does not occur due to the transition of the sound barrier in a homogeneous two-phase mixture, as is observed in Transsonik devices. Therefore, the restoration of water pressure at the outlet of the apparatus is lower than that of Transsonika. However, the analogue allows you to heat a large amount of water at a large temperature difference. For example, in this apparatus, 250 t / h of water was heated from 16 to 108 o C, when 42 tons of steam per hour with a pressure of up to 1.5 ati were supplied through the apparatus. These characteristics do not possess direct-jet water heaters of the Transsonik type. When using steam with a pressure of 0.2 ati to heat water, the water pressure behind the apparatus was 0.6 ati.

Другим недостатком этого аппарата является то, что резко снижается кинетическая энергия струи пара, выходящего из сопел, при уменьшении расхода пара, из-за того, что расход регулируется сразу на все сопла. Нет ступенчатого регулирования расхода пара за счет отключения части сопел при сохранении давления пара перед оставшимися соплами. Another disadvantage of this apparatus is that the kinetic energy of the steam jet leaving the nozzles sharply decreases with a decrease in the steam flow rate, due to the fact that the flow rate is regulated immediately for all nozzles. There is no stepwise regulation of the steam flow rate due to the shutdown of part of the nozzles while maintaining the vapor pressure in front of the remaining nozzles.

Наиболее близкой по конструкции и выбранной в качестве прототипа является деаэрационная колонка, описанная в авторском свидетельстве СССР N 859313 "Вакуумная деаэрационная установка". The closest in design and selected as a prototype is a deaeration column described in USSR author's certificate N 859313 "Vacuum deaeration installation".

Этот известный аппарат имеет цилиндрический корпус с торцевыми крышками с подводящими воду и пар турбопроводами, с соплами подачи пара и воды, подсоединенными тангенциально к корпусу, вертикальные эжектирующие перегородки, расположенные внутри корпуса, патрубок для отвода воды из корпуса. This known apparatus has a cylindrical casing with end caps with water and steam supply pipelines, steam and water supply nozzles connected tangentially to the casing, vertical ejection baffles located inside the casing, and a pipe for draining water from the casing.

Этот аппарат может быть использован не только как деаэратор, но и как нагреватель воды при помощи прямого контакта ее с паром. This apparatus can be used not only as a deaerator, but also as a water heater by direct contact with steam.

Недостатком этого аппарата является низкое давление воды после аппарата, что требует установки дополнительного насоса для подачи ее потребителю. Расположение эжектирующих перегородок не концентрично корпусу создает дополнительное сопротивление потоку воды и замедляет общую скорость вращения воды, что уменьшает кинетическую энергию потока воды, которая должна перейти в статическое давление воды при выходе из аппарата. The disadvantage of this apparatus is the low water pressure after the apparatus, which requires the installation of an additional pump to supply it to the consumer. The location of the ejection partitions not concentric with the body creates additional resistance to the flow of water and slows down the overall speed of rotation of the water, which reduces the kinetic energy of the water flow, which should go into the static water pressure when leaving the apparatus.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности аппарата за счет более полного восстановления давления воды за аппаратом (для подачи воды в другие аппараты или в трубопроводы с противодавлением без применения насоса). The aim of the present invention is to increase the efficiency of the apparatus due to a more complete restoration of the water pressure behind the apparatus (for supplying water to other apparatuses or to backpressure pipelines without using a pump).

Например, применение его в качестве контактного нагревателя воды для тепловой сети, в случае выхода из строя поверхностных подогревателей, для предварительного нагрева воды, идущей на деаэрацию, использование на ТЭЦ в качестве подогревателей низкого давления (ПНД) вместо громоздких поверхностных подогревателей, обеспечение возможности использования для нагрева воды контактным способом пара пониженных параметров, при достаточном давлении воды и при достаточном восстановлении давления воды после аппарата. For example, its use as a contact water heater for the heating network, in the event of failure of surface heaters, for preheating the water going to deaeration, use as low pressure heaters (HDPE) instead of bulky surface heaters at CHPPs, making it possible to use contact water heating of steam of reduced parameters, with sufficient water pressure and with sufficient restoration of water pressure after the apparatus.

Указанная цель достигается тем, что в известном тепломассообменном аппарате, имеющем цилиндрический корпус, с торцевыми крышками, тангенциальные патрубки (сопла) для ввода воды и пара, патрубок для вывода нагретой воды, подводящие и отводящие трубопроводы, эжектирующие вертикальные перегородки, отделяющие тангенциальные патрубки (сопла) от основной части объема емкости, эжектирующие перегородки выполнены концентричными корпусу и имеют верхнюю и нижнюю стенки, расположенные перпендикулярно вертикальной с образованием кожуха, внутри которого помещено тангенциальное сопло для ввода пара. This goal is achieved by the fact that in the known heat and mass transfer apparatus having a cylindrical body with end caps, tangential nozzles (nozzles) for introducing water and steam, a nozzle for withdrawing heated water, inlet and outlet pipelines, ejecting vertical partitions separating the tangential nozzles (nozzles) ) from the main part of the tank volume, the ejection partitions are made concentric to the body and have upper and lower walls located perpendicular to the vertical with the formation of the casing, inside to torogo placed tangential nozzle for steam input.

Кроме того указанная цель достигается, что корпус выполнен из цилиндров (труб) различного диаметра. Паровыпускные и водовыпускные сопла располагаются на различных горизонталях и прикреплены к частям корпуса различного диаметра, а при необходимости - на одной горизонтали, присоединенными друг к другу, таким образом, что первым на пути вращения сред установлено паровыпускное сопло, за ним - водовыпускное. In addition, this goal is achieved that the body is made of cylinders (pipes) of various diameters. Steam and water nozzles are located on different horizontals and are attached to parts of the casing of different diameters, and if necessary, on the same horizontal, connected to each other, so that the steam outlet nozzle is installed first on the path of rotation of the media, followed by a water outlet.

Заключение пароподводящих (тангенциальных) сопел в кожухи, концентричные стенке корпуса и ограниченные со всех сторон стенками, позволяет пару контактировать определенное время с небольшим большим количеством воды и перегревать ее значительно выше средней температуры воды на выходе из аппарата, предотвращая микрогидроудары и снижая до минимума кавитационное разрушение корпуса в окрестностях сопел. Позволяет кратковременно создать гомогенную двухфазную смесь, обеспечить скачок давления и передать максимум механической энергии от пара к воде (увеличить скорость вращения всего потока воды, что обеспечивает увеличение давления воды на выходе из аппарата), уменьшить сопротивление потоку вращающейся воды. The conclusion of the vapor-supplying (tangential) nozzles in the casings, concentric to the casing wall and bounded on all sides by the walls, allows the steam to contact for a certain time with a small large amount of water and to overheat it significantly above the average temperature of the water leaving the apparatus, preventing microhydroshocks and minimizing cavitation destruction bodies in the vicinity of nozzles. It allows you to create a homogeneous two-phase mixture for a short time, provide a pressure jump and transfer maximum mechanical energy from steam to water (increase the rotation speed of the entire water flow, which ensures an increase in the water pressure at the outlet of the apparatus), and reduce resistance to the flow of rotating water.

Заключение водоподводящих тангенциальных патрубков (сопел) в кожухи, установка паровыпускного сопла первым (ранее водовыпускного) на пути вращения сред, позволяет предотвратить прямой контакт пара с корпусом (пар со всех сторон окружен водой) и полностью предотвратить кавитационное разрушение корпуса. Установка шайбы (кольцевой перегородки), разделяющей корпус на входной и выходной отсеки (причем диаметр отверстия шайбы выполняется большим, чем диаметр стенки кожуха, коаксиальной корпусу), позволяет кожуху находиться по одну сторону раздела жидкой и газообразной (паровой) фаз, стать эжектором и эжектировать внутрь кожуха воду и сообщать ей больший импульс силы (т.е. лучше использовать кинетическую энергию пара для увеличения скорости вращения воды, которая в дальнейшем (при увеличении радиуса закрутки воды) перейдет в энергию статического давления воды). The conclusion of the tangential water supply nozzles (nozzles) in the casings, the installation of the steam outlet nozzle first (formerly the water outlet) on the medium rotation path prevents direct contact of the steam with the body (the steam is surrounded by water on all sides) and completely prevents cavitation destruction of the body. Installing a washer (annular partition) that separates the casing into the inlet and outlet compartments (the washer hole diameter being larger than the casing wall diameter, to the coaxial casing) allows the casing to be on one side of the liquid and gaseous (vapor) phases, become an ejector and eject water into the casing and give it a greater momentum of force (i.e. it is better to use the kinetic energy of steam to increase the speed of rotation of water, which in the future (with an increase in the radius of twist of water) will go into static energy th water pressure).

На фиг. 1 изображен продольный разрез варианта тепломассообменника, с подводом пара и воды через тангенциальные патрубки (сопла), присоединенные к корпусу на одном радиусе, с патрубком дополнительного подвода низкопотенциального пара через одну из крышек корпуса. In FIG. 1 shows a longitudinal section of a variant of a heat and mass exchanger, with steam and water supplied through tangential nozzles (nozzles) connected to the housing at the same radius, with a nozzle for additional supply of low-grade steam through one of the housing covers.

На фиг. 2 изображен поперечный разрез по А-А на фиг. 1. In FIG. 2 is a cross-sectional view along AA in FIG. 1.

На фиг. 3 изображен продольный разрез варианта аппарата, корпус которого составлен из нескольких полых цилиндров (труб) разного диаметра, водоподающие патрубки подсоединены к части корпуса большего диаметра, а пароподающие - к части корпуса меньшей диаметра. In FIG. Figure 3 shows a longitudinal section of a variant of the apparatus, the housing of which is composed of several hollow cylinders (pipes) of different diameters, water supply pipes are connected to a part of a larger diameter housing, and steam supply to a part of a smaller diameter housing.

На фиг. 4 изображен поперечный разрез по А-А на фиг. 3. In FIG. 4 is a cross-sectional view along AA in FIG. 3.

Тепломассообменник имеет пустотелый цилиндрический корпус 1 одного диаметра (фиг. 1, 2) или составленный из нескольких пустотелых цилиндров (труб) - 1а, 1б, 1в (фиг. 3, 4), верхнюю торцевую крышку 2, и нижнюю 2а (фактически аппарат не имеет верха и низа, он может работать также в перевернутом состоянии и в горизонтальном положении), кольцевую перегородку 3 (шайбу), кольцевую перегородку (шайбу) 4, разделяющую внутреннюю часть корпуса на входной и выходной отсеки (установка этой шайбы необязательна, если аппарат предназначен для работы при полном заполнении корпуса водой (т.е. без разделения потоков внутри корпуса по фазам)), тангенциальный патрубок подвода воды 5, могущий быть выполненным в виде сопла, соединенный с подающим водопроводом, паровые тангенциальные сопла 6 (и при необходимости) паровые патрубки 6а, присоединенные к крышке 2 и(или) 2а, промежуточную паровую камеру 7 (см. фиг. 1, 2. Камер может быть две, четыре и т.д., возможен вариант с одной кольцевой камерой) (сопла 6 могут иметь и самостоятельные подводы пара к каждому со своим запорным органом, паропровод 8, кожух 9, имеющий стенку, расположенную концентрично (коаксиально) корпусу, - 9а и стенки, расположенные перпендикулярно ей, - 9б, тангенциальный отводящий патрубок 10, прикрепленный к выходному отсеку корпуса. The heat and mass exchanger has a hollow cylindrical body 1 of the same diameter (Fig. 1, 2) or composed of several hollow cylinders (pipes) - 1a, 1b, 1c (Fig. 3, 4), the upper end cover 2, and the lower 2a (in fact, the device does not has a top and bottom, it can also work upside down and in a horizontal position), an annular partition 3 (washer), an annular partition (washer) 4, dividing the inside of the case into the input and output compartments (installation of this washer is optional if the device is designed to work when fully filled casing with water (i.e. without phase separation of the flows inside the casing)), tangential nozzle for supplying water 5, which can be made in the form of a nozzle connected to a supply pipe, steam tangential nozzles 6 (and, if necessary) steam nozzles 6a, connected to the cover 2 and (or) 2a, the intermediate steam chamber 7 (see Fig. 1, 2. The chambers can be two, four, etc., the option with one annular chamber is possible) (nozzles 6 can also have independent steam supply to each with its own locking element, steam pipe 8, casing 9 having a wall, Proposition concentrically (coaxially) housing, - 9a and walls arranged perpendicular thereto, - 9b, a tangential outlet nozzle 10 attached to the outlet compartment of the housing.

Работа аппарата осуществляется следующим образом. The operation of the apparatus is as follows.

Вариант аппарата фиг. 1, 2. Давление пара перед аппаратом несколько больше, чем давление воды. Нагреваемая вода подается внутрь корпуса через все или через часть тангенциальных патрубков 5 (уменьшением количества работающих патрубков (сопел) 5, путем закрытия запорного устройства на нем, можно значительно сохранить скоростной напор воды при уменьшении нагрузки по воде). Вода приобретает вращательное движение и заполняет весь объем корпуса (при малом противодавлении в отводящем патрубке 10 может появиться вертикальная вращающаяся граница раздела сред /фаз/). Пар по паропроводу подается в сопла 6 через камеры 7 или непосредственно - через запорный орган. Пар врезается во вращающийся поток воды, давление которой у стенок корпуса максимальное. При достаточном давлении пара перед соплом скорость пара достигает звуковой. При столкновении пара с водой он передает ей свою кинетическую энергию. Вода начинает вращаться с большей скоростью. Пар внутри объема, ограниченного кожухом 9, смешивается с водой и происходит образование гомогенной двухфазной смеси, сжимаемость которой в несколько раз больше, чем сжимаемость пара или воды в отдельности. Скорость звука в гомогенной смеси может упасть ниже 20 м/с (тогда как скорость звука в воде - 1500 м/с, в паре - 500 м/с). Скорость потока может преодолеть скорость звука и образовать "скачок уплотнения" (скачок давления), в результате которого происходит схлопывание пузырьков пара и их конденсация. (Без установки кожухов добиться "скачка уплотнения" невозможно). После "скачка уплотнения" устанавливается гидродинамический режим, при котором на выходе из кожуха получается более высокая температура воды, чем на выходе из аппарата и более высокая скорость воды, чем на входе. Далее более нагретая вода смешивается с менее нагретой, прошедшей мимо кожухов, и температура воды выравнивается. Подачу пара регулируют по температуре воды на выходе из аппарата. Если нагреваемая вода холодная и не хватает пара повышенного давления для расчетного нагрева воды и противодавление воды на выходе из аппарата позволяет, то дополнительное количество пара можно подать через патрубок 6а, расположенный в крышке аппарата. Причем давление пара, подаваемого через крышку, может быть значительно ниже, чем давление воды на выходе из аппарата, так как во вращающемся потоке воды давление воды падает от периферии к центру, а скорость возрастает, и наоборот, от центра к периферии давление возрастает, а скорость воды падает. При достаточном противодавлении воды в выходном патрубке 10 вода заполняет весь объем корпуса, а при малом - образуется вертикальная граница раздела фаз. При образовании границы раздела фаз минимальную толщину вращающегося слоя воды определяет ширина шайбы 4. A variant of the apparatus of FIG. 1, 2. The vapor pressure in front of the apparatus is slightly greater than the water pressure. Heated water is supplied into the housing through all or part of the tangential nozzles 5 (by reducing the number of working nozzles (nozzles) 5, by closing the shut-off device on it, the high-speed water pressure can be significantly saved while reducing the load on the water). Water acquires a rotational movement and fills the entire volume of the body (with a small back pressure in the outlet pipe 10, a vertical rotating interface of media / phases / may appear). Steam is supplied through a steam line to nozzles 6 through chambers 7 or directly through a shut-off element. Steam crashes into a rotating stream of water, the pressure of which at the walls of the housing is maximum. With sufficient vapor pressure in front of the nozzle, the vapor velocity reaches sonic. In the collision of steam with water, he transfers to it his kinetic energy. Water begins to spin at a faster speed. The steam inside the volume limited by the casing 9 is mixed with water and a homogeneous two-phase mixture is formed, the compressibility of which is several times greater than the compressibility of steam or water separately. The speed of sound in a homogeneous mixture can drop below 20 m / s (whereas the speed of sound in water is 1500 m / s, in a pair - 500 m / s). The flow velocity can overcome the speed of sound and form a “shock wave” (pressure shock), as a result of which the vapor bubbles collapse and condense. (It is impossible to achieve a “shock wave” without installing covers). After the “shock wave”, a hydrodynamic regime is established in which a higher water temperature is obtained at the outlet of the casing than at the outlet of the apparatus and a higher water velocity than at the inlet. Further, warmer water is mixed with less heated water that has passed the casings, and the temperature of the water is equalized. The steam supply is controlled by the temperature of the water leaving the apparatus. If the heated water is cold and there is not enough high-pressure steam for the calculated heating of the water and backpressure of water at the outlet of the apparatus allows, an additional amount of steam can be supplied through the pipe 6a located in the lid of the apparatus. Moreover, the pressure of the steam supplied through the cover can be significantly lower than the water pressure at the outlet of the apparatus, since in a rotating stream of water the water pressure drops from the periphery to the center, and the speed increases, and vice versa, from the center to the periphery the pressure increases, and water speed drops. With sufficient back pressure of the water in the outlet pipe 10, water fills the entire volume of the housing, and with a small one, a vertical phase boundary is formed. With the formation of the phase boundary, the minimum thickness of the rotating layer of water determines the width of the washer 4.

Вариант аппарата фиг. 3, 4. При работе этого аппарата давление пара перед ним может быть ниже давления воды. Вода подается в верхнюю часть корпуса 1б через тангенциальные патрубки (сопла), приобретает вращательное движение и движется от периферии к центру, наращивая и снижая статическое давление. Преодолев шайбу 3, вращающийся поток воды попадает в часть 1а корпуса. Давление воды на стенки корпуса 1а ниже, чем на стенки корпуса 1б из-за меньшего радиуса закрутки воды. Через тангенциальные сопла 6 (на чертеже фиг. 4 второй патрубок 6 с соплом ошибочно обозначен цифрой 5 (патрубки 5 не попали в разрез фиг. 4) пар врезается в поток воды. Если разность давлений на входе и на выходе сопел равно критическому или превышает его, то скорость пара становится равной звуковой. Кожух 9 ограничивает определенный объем воды, который перегревается паром. При образовании гомогенной двухфазной смеси может образоваться "скачок уплотнения" и мгновенное схлопывание пузырьков пара. Кинетическая энергия пара передается вращающемуся потоку воды. Скорость вращения воды увеличивается. Преодолев шайбу 4, поток воды попадает в выходной отсек корпуса 1в и, вращаясь с увеличением радиуса закрутки, увеличивает давление от центра к периферии, одновременно снижая скорость вращения воды. Давление воды в патрубке 10 может быть больше, чем давление в патрубке 5. Между вертикальными слоями воды происходит трение (при скольжении одного слоя по другому). Шайба 3 способствует тому, что нижележащие слои жидкости, вращающиеся с большей скоростью, передают минимум энергии вращения верхним слоям (в корпусе 1б) за счет скольжения (за счет малой площади соприкосновения слоев). Этот аппарат может работать с значительным противодавлением воды в патрубке 10, при атмосферном или близком к атмосферному давлении в центре аппарата. Поэтому можно подавать дополнительное количество пара низкого давления (например, с давлением 0,2 ати из отбора турбины) через центральный патрубок 6а, или сразу через два патрубка 6а и 6б, прикрепленные к обеим (верхней и нижней) крышкам (патрубок 6б на чертеже не показан). Т.е. пар повышенного давления использовать для ускорения вращения воды (для обеспечения достаточного давления воды на выходе из аппарата для подачи ее в другие агрегаты), а пар пониженного давления - для дополнительного нагрева воды. A variant of the apparatus of FIG. 3, 4. During the operation of this apparatus, the vapor pressure in front of it may be lower than the pressure of water. Water is supplied to the upper part of the housing 1b through tangential nozzles (nozzles), acquires rotational motion and moves from the periphery to the center, increasing and decreasing static pressure. Having overcome the washer 3, the rotating flow of water enters the housing part 1a. The water pressure on the walls of the housing 1a is lower than on the walls of the housing 1b due to the smaller radius of the swirl of water. Through the tangential nozzle 6 (in the drawing of Fig. 4, the second nozzle 6 with the nozzle is erroneously indicated by the number 5 (nozzles 5 did not fall into the section of Fig. 4), the steam crashes into the water stream. If the pressure difference at the inlet and outlet of the nozzles is critical or exceeds it then the steam velocity becomes equal to sonic. The casing 9 limits a certain amount of water that is overheated by steam. When a homogeneous two-phase mixture is formed, a “shock wave” and instant collapse of the vapor bubbles can form. The kinetic energy of the steam is transmitted by the rotating The flow rate of water increases. Overcoming the washer 4, the flow of water enters the outlet compartment of housing 1B and, rotating with an increase in the radius of twist, increases the pressure from the center to the periphery, while reducing the speed of rotation of the water. than the pressure in the nozzle 5. Friction occurs between the vertical layers of water (when one layer slides on the other.) Washer 3 helps to ensure that the lower layers of the liquid, rotating with greater speed, transmit a minimum of the energy of rotation of the upper them layers (in the housing 1b) due to sliding (due to the small contact area of the layers). This apparatus can operate with a significant counter-pressure of water in the pipe 10, at atmospheric pressure or near atmospheric pressure in the center of the apparatus. Therefore, it is possible to supply an additional amount of low-pressure steam (for example, with a pressure of 0.2 atm from the turbine bleed) through the central pipe 6a, or immediately through two pipes 6a and 6b attached to both (upper and lower) covers (pipe 6b in the drawing shown). Those. high-pressure steam should be used to accelerate the rotation of water (to ensure sufficient water pressure at the outlet of the apparatus to supply it to other units), and low-pressure steam - for additional heating of water.

Выполнение эжектирующих перегородок, отделяющих часть внутреннего пространства корпуса, концентричными корпусу и имеющими верхнюю и нижнюю стенки, и образующими кожух, в котором помещены сопла, позволяет лучше использовать кинетическую энергию струи пара для увеличения кинетической энергии вращающегося потока воды, повысить давление на выходе из аппарата и транспортировать нагретую воду в агрегаты с противодавлением, превышающим давление пара и давление воды в подающем трубопроводе. The implementation of the ejection partitions, separating part of the internal space of the casing, concentric to the casing and having upper and lower walls, and forming a casing in which the nozzles are placed, allows better use of the kinetic energy of the steam jet to increase the kinetic energy of the rotating water flow, increase the pressure at the outlet of the apparatus and transport heated water to units with backpressure in excess of steam pressure and water pressure in the supply pipe.

Выполнение корпуса из цилиндров (труб) разного диаметра, присоединение к корпусу тангенциального патрубка подвода воды к верхней части корпуса большего диаметра, а паровых сопел - к части корпуса меньшего диаметра, и на более низком уровне (высоте), позволяет подавать внутрь корпуса пар с меньшим давлением, чем вода и полностью использовать энергию пара для увеличения кинетической энергии воды (для восстановления давления воды за аппаратом). Наличие же кольцевой перегородки (шайбы) между уровнями паровых и водяных сопел позволяет уменьшить передачу энергии от нижних вращающихся слоев жидкости к верхним за счет трения скользящих слоев воды и этим уменьшить противодавление вращающегося потока воды на стенку корпуса на уровне входного тангенциального патрубка воды. The execution of the casing from cylinders (pipes) of different diameters, the connection to the casing of the tangential nozzle for supplying water to the upper part of the casing of a larger diameter, and the steam nozzles to the part of the casing of a smaller diameter, and at a lower level (height), allows steam with a smaller diameter to be supplied into the casing pressure than water and fully use the energy of steam to increase the kinetic energy of water (to restore the water pressure behind the apparatus). The presence of an annular partition (washer) between the levels of steam and water nozzles can reduce the transfer of energy from the lower rotating layers of liquid to the upper due to friction of the sliding layers of water and thereby reduce the back pressure of the rotating water flow on the casing wall at the level of the inlet tangential water pipe.

Расположение водяных и паровых сопел внутри кожуха на одном уровне по отношению к оси аппарата рядом друг с другом (парового сопла перед водяным по ходу вращения воды) позволяет предотвратить попадание пара (до смешения его с водой) на металлическую стенку корпуса. Это полностью предотвращает кавитационное разрушение корпуса аппарата. The location of the water and steam nozzles inside the casing at the same level relative to the axis of the apparatus next to each other (the steam nozzle in front of the water in the direction of rotation of the water) prevents the ingress of steam (before mixing it with water) on the metal wall of the housing. This completely prevents cavitation destruction of the apparatus body.

Наличие дополнительных подводящих паровых патрубков, присоединенных к крышкам (к верхней или к нижней, или к двум сразу), позволяет использовать для нагрева воды низкопотенциальный пар, давлением ниже, чем давление воды, без снижения давления воды в выходном патрубке. The presence of additional inlet steam pipes connected to the caps (to the upper or lower, or to two at once) allows the use of low-grade steam for heating water, with a pressure lower than the water pressure, without reducing the water pressure in the outlet pipe.

Наличие кольцевой перегородки (шайбы), разделяющей корпус на входной и выходной отсеки, позволяет при малом противодавлении воды в выходном патрубке и наличии вертикальной границы раздела фаз (в виде вращающегося цилиндра) иметь минимальный (не меньше, чем ширина шайбы) слой вращающейся воды, необходимый для барботирования через него пара. Наличие нескольких паровых сопел (или групп сопел), имеющих отдельный подводящий патрубок с запорным органом, позволяет сохранить кинетическую энергию пара для передачи ее воде, при различных нагрузках (путем отключения части сопел и сохранения давления пара перед остальными). The presence of an annular partition (washer) dividing the housing into the inlet and outlet compartments allows for a small back pressure of the water in the outlet pipe and the presence of a vertical phase boundary (in the form of a rotating cylinder) to have a minimum (not less than the width of the washer) layer of rotating water required to bubble steam through it. The presence of several steam nozzles (or groups of nozzles) having a separate inlet pipe with a shut-off element allows you to save the kinetic energy of the steam for transferring it to water under various loads (by disconnecting part of the nozzles and maintaining the vapor pressure in front of the others).

Claims (6)

1. Тепломассообменник, содержащий корпус круглого сечения с торцевыми крышками, подводящие тангенциальные патрубки воды, подводящие патрубки или(и) сопла пара, которые или часть из которых присоединены к корпусу тангенциально (непосредственно или через промежуточную камеру), отводящий патрубок, эжектирующие перегородки, отделяющие часть внутреннего пространства корпуса перед соплами пара, отличающийся тем, что эжектирующие перегородки выполнены концентрично корпусу, имеют верхнюю и нижнюю стенки, образующие кожух, концентричный корпусу. 1. A heat and mass exchanger comprising a circular cross-section housing with end caps, supplying tangential water pipes, supply pipes and / or steam nozzles, which or part of which are connected to the housing tangentially (directly or through an intermediate chamber), a discharge pipe, ejecting partitions, separating part of the internal space of the body in front of the steam nozzles, characterized in that the ejection partitions are made concentric with the body, have upper and lower walls forming a casing, a concentric body sous. 2. Тепломассообменник по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из нескольких полых цилиндров разного диаметра, а тангенциальные подводящие патрубки воды, тангенциальные подводящие патрубки (сопла) пара подсоединены к частям корпуса разного диаметра. 2. The heat and mass exchanger according to claim 1, characterized in that the housing is made of several hollow cylinders of different diameters, and the tangential inlet pipes of water, the tangential inlet pipes (nozzles) of the pair are connected to parts of the housing of different diameters. 3. Тепломассообменник по п.1, отличающийся тем, что устья тангенциальных патрубков воды помещены в те же кожухи, что и паровые патрубки (сопла), причем устья тангенциальных патрубков (сопл) располагаются на одном уровне, перпендикулярно оси корпуса, так, что первым по ходу вращения сред установлено паровое сопло, за ним (вплотную к нему) водяное сопло. 3. The heat and mass exchanger according to claim 1, characterized in that the mouths of the tangential water nozzles are placed in the same casings as the steam nozzles (nozzles), and the mouths of the tangential nozzles (nozzles) are located at the same level, perpendicular to the axis of the housing, so that the first a steam nozzle is installed along the rotation of the media, followed by a water nozzle (adjacent to it). 4. Тепломассообменник по п.1, отличающийся тем, что имеются дополнительные подводящие патрубки пара, подсоединенные к одной или к обеим крышкам и соединенные с внутренней частью корпуса посредством отверстий (отверстия). 4. The heat and mass exchanger according to claim 1, characterized in that there are additional steam supply pipes connected to one or both covers and connected to the inside of the housing through openings (openings). 5. Тепломассообменник по п.1, отличающийся тем, что внутри корпуса на уровне между устьями входных патрубков (сопл) воды и пара и отводящим патрубком установлена кольцевая перегородка (шайба), разделяющая корпус на входной и выходной отсеки. 5. The heat and mass exchanger according to claim 1, characterized in that an annular partition (washer) is installed inside the housing at a level between the mouths of the inlet pipes (nozzles) of water and steam and the outlet pipe, separating the housing into the input and output compartments. 6. Тепломассообменник по п.1, отличающийся тем, что отдельные паровые сопла или группы сопл имеют отдельные паровые патрубки с регулирующими (отключающими) органами на них. 6. The heat and mass exchanger according to claim 1, characterized in that the individual steam nozzles or groups of nozzles have separate steam nozzles with regulating (disconnecting) bodies on them.
RU98106718A 1998-04-14 1998-04-14 Heat and mass exchanger RU2146227C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98106718A RU2146227C1 (en) 1998-04-14 1998-04-14 Heat and mass exchanger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98106718A RU2146227C1 (en) 1998-04-14 1998-04-14 Heat and mass exchanger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU98106718A RU98106718A (en) 2000-02-20
RU2146227C1 true RU2146227C1 (en) 2000-03-10

Family

ID=20204595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98106718A RU2146227C1 (en) 1998-04-14 1998-04-14 Heat and mass exchanger

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2146227C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI604168B (en) Apparatus and method for utilizing thermal energy
CA2956206A1 (en) An apparatus, system and method for utilizing thermal energy
RU2526550C2 (en) Heat generating jet apparatus
US10184229B2 (en) Apparatus, system and method for utilizing thermal energy
EP3273174B1 (en) Liquid heating device
US7318553B2 (en) Apparatus and method for heating fluids
RU2146227C1 (en) Heat and mass exchanger
US3304006A (en) System for handling fluids in both liquid and gaseous phases
US20230356173A1 (en) Gas generator and cavitator for gas generation
RU2142580C1 (en) Fluid-jet deaeration method and jet-type deaeration unit
WO2005003641A9 (en) Apparatus and method for heating fluids
RU2178131C2 (en) Heat and mass exchanger
RU2177591C1 (en) Thermogenerator
RU77942U1 (en) HEATING SYSTEM AND HYDRODYNAMIC HEAT GENERATOR
RU2231004C1 (en) Rotary cavitation pump-heat generator
US20070152077A1 (en) Method for producing heat for heating building and constructions and a continuous cavitation heat generator
RU2152542C1 (en) Steam and water pump-heater
RU2294028C2 (en) Single-loop installation incorporating nuclear reactor and transonic jet devices
RU2260750C1 (en) Heat generator
EP4130582A1 (en) A system and method for achieving stratification in a hot water tank
RU2316680C2 (en) Jet-mixing gas-heater of liquid
RU2305820C1 (en) Heat exchange plant
RU2630952C1 (en) Jet heat pump
RU2203448C2 (en) Deaerator
RU2002992C1 (en) Degasification plant