RU2159901C2 - Rotary heat generating pump - Google Patents

Rotary heat generating pump Download PDF

Info

Publication number
RU2159901C2
RU2159901C2 RU98115256/06A RU98115256A RU2159901C2 RU 2159901 C2 RU2159901 C2 RU 2159901C2 RU 98115256/06 A RU98115256/06 A RU 98115256/06A RU 98115256 A RU98115256 A RU 98115256A RU 2159901 C2 RU2159901 C2 RU 2159901C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
stator
holes
passages
liquid
Prior art date
Application number
RU98115256/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU98115256A (en
Inventor
А.Д. Петраков
С.Т. Санников
О.П. Яковлев
Original Assignee
Петраков Александр Дмитриевич
Санников Сергей Тимофеевич
Яковлев Олег Павлович
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 Петраков Александр Дмитриевич, Санников Сергей Тимофеевич, Яковлев Олег Павлович filed Critical Петраков Александр Дмитриевич
Priority to RU98115256/06A priority Critical patent/RU2159901C2/en
Publication of RU98115256A publication Critical patent/RU98115256A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2159901C2 publication Critical patent/RU2159901C2/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24VCOLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F24V40/00Production or use of heat resulting from internal friction of moving fluids or from friction between fluids and moving bodies

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)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: off-line closed-circuit heat-supply systems and process liquid heating systems. SUBSTANCE: pump has hollow housing with suction pipe for admitting liquid being heated and delivery pipe for conveying hot liquid. Housing accommodates rotor in the form of dual-flow centrifugal impeller with passages over periphery. Arranged concentrically to rotor is stator with passages. Rotor passages are, essentially, round cylindrical Venturi tubes and stator ones are suddenly expanding tubes. Provision is made for reducing rate of water hammers and for ensuring steady cavitation not only in stator passages but also in rotor ones. EFFECT: simplified design. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям насосов-теплогенераторов, которые могут быть использованы преимущественно в автономных замкнутых системах теплоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий, а также для нагрева воды в системах горячего водоснабжения и нагрева жидкостей в технологических системах. The invention relates to designs of heat-generating pumps, which can be used mainly in autonomous closed systems for heat supply of residential, public and industrial buildings, as well as for heating water in hot water supply systems and heating liquids in technological systems.

Ближайшим технологическим решением является ультразвуковой активатор (патент RU N 2054604 C1 от 20.02.96 г.), содержащий две или более соединенные последовательно рабочих камеры, в каждой из которых установлены рабочие колеса центробежного насоса с закрепленными на периферии роторами в виде перфорированных колец. Коаксиально роторам в корпусах рабочих камер напротив каждого ротора закреплен статор, выполненный в виде перфорированного кольца. Рабочие камеры сообщены между собой посредством диффузоров. Последняя рабочая камера соединена с первой камерой циркуляционным контуром. The closest technological solution is an ultrasonic activator (patent RU N 2054604 C1 dated 02.20.96), containing two or more working chambers connected in series, in each of which impellers of a centrifugal pump with rotors fixed in the periphery in the form of perforated rings are mounted. Coaxial to the rotors in the housings of the working chambers opposite each rotor is a stator made in the form of a perforated ring. The working chambers are interconnected by means of diffusers. The last working chamber is connected to the first chamber by a circulation circuit.

Недостатками известного устройства являются:
большие осевые нагрузки на подшипники;
нетехнологичность сборки, так как требуется поэлементная единовременная сборка ротора, деталей корпуса, деталей статора;
трудность обеспечения взаимной центровки сопрягаемых деталей;
сложность обеспечения высокой плотности корпуса устройства при колебаниях давления и температуры.
The disadvantages of the known device are:
large axial loads on bearings;
low-tech assembly, since a one-time simultaneous assembly of the rotor, housing parts, stator parts is required;
the difficulty of ensuring mutual alignment of the mating parts;
the difficulty of ensuring a high density of the device casing with fluctuations in pressure and temperature.

Задача изобретения - создание более простого устройства, а также интенсификация нагрева жидкости за счет увеличения частоты гидравлических ударов и обеспечения условий возникновения устойчивой гидродинамической кавитации не только в отверстиях статора, но и ротора. The objective of the invention is the creation of a simpler device, as well as the intensification of fluid heating by increasing the frequency of hydraulic shocks and providing conditions for the emergence of stable hydrodynamic cavitation not only in the holes of the stator, but also of the rotor.

Поставленная задача достигается тем, что в роторном гидроударном насосе-теплогенераторе, содержащем корпус с патрубком для подвода и патрубком для отвода жидкости, внутри корпуса концентрично друг другу расположены ротор на валу и статор. В периферийной части ротора, в кольцевой насадке, отверстия выполнены в виде внешних цилиндрических насадков Вентури. В статоре отверстия выполнены расширяющимися в сторону корпуса и имеющими форму внезапно расширяющихся насадков. The task is achieved in that in a rotary hydraulic shock pump-heat generator, comprising a housing with a nozzle for supplying and a nozzle for draining the fluid, the rotor on the shaft and the stator are concentrically located to each other inside the housing. In the peripheral part of the rotor, in the annular nozzle, the holes are made in the form of external cylindrical venturi nozzles. In the stator, the holes are made expanding towards the body and having the form of suddenly expanding nozzles.

На фиг. 1 изображен продольный разрез насоса-теплогенератора, состоящего из следующих основных деталей:
1 - полый корпус;
2 - кольцо статора с отверстиями;
3 - ротор, выполненный в виде двухпоточного центробежного колеса;
4 - вал ротора;
5 - кольцо ротора с отверстиями;
6 - всасывающие патрубки корпуса насоса-теплогенератора.
In FIG. 1 shows a longitudinal section of a heat pump, consisting of the following main parts:
1 - hollow body;
2 - stator ring with holes;
3 - a rotor made in the form of a double-flow centrifugal wheel;
4 - rotor shaft;
5 - a rotor ring with holes;
6 - suction nozzles of the pump body of the heat generator.

На фиг. 2 изображен поперечный разрез насоса-теплогенератора, на котором дополнительно изображены:
7 - патрубок для отвода нагреваемой жидкости;
8 - всасывающие полости ротора;
9 - регулятор давления.
In FIG. 2 shows a cross section of a heat pump, which additionally shows:
7 - pipe for draining the heated fluid;
8 - suction cavity of the rotor;
9 - pressure regulator.

На фиг. 3 изображены условия возникновения гидродинамической кавитации в отверстиях кольца ротора 5 и кольца статора 2 (зона А и зона Б) при совмещении отверстий. In FIG. 3 shows the conditions for the occurrence of hydrodynamic cavitation in the holes of the rotor ring 5 and the stator ring 2 (zone A and zone B) when the holes are aligned.

На фиг. 4 изображены условия возникновения гидравлического удара в отверстиях кольца ротора 5 и конденсация кавитационных пузырьков в отверстиях кольца статора 2 под действием избыточного давления P2, поддерживаемого регулятором давления 9.In FIG. 4 shows the conditions for the occurrence of water hammer in the holes of the rotor ring 5 and the condensation of cavitation bubbles in the holes of the stator ring 2 under the action of excess pressure P 2 supported by the pressure regulator 9.

На фиг. 5 изображено положение колец ротора и статора в момент совмещения отверстий,
На фиг. 6 изображено положение ротора и статора при несовпадении отверстий.
In FIG. 5 shows the position of the rings of the rotor and stator at the time of alignment of the holes,
In FIG. 6 shows the position of the rotor and stator when the holes do not match.

Цилиндрическая форма отверстий ротора обеспечивает образование гидродинамической кавитации в зонах А (фиг. 3) (аналогично круглоцилиндрическому насадку Вентури), если длина отверстий и их диаметр находятся в пределах (3,5...4)d≤Ln≤(6...7)d, где d - диаметр отверстия, Ln - длина отверстия.The cylindrical shape of the rotor holes provides the formation of hydrodynamic cavitation in zones A (Fig. 3) (similar to a round-cylinder venturi nozzle) if the length of the holes and their diameter are in the range (3.5 ... 4) d≤L n ≤ (6 .. .7) d, where d is the diameter of the hole, L n is the length of the hole.

Ротор 3 оснащен лопатками, как центробежный насос, предназначенными для сообщения центробежной силы нагреваемой жидкости и обеспечения давления P1 перед цилиндрическими отверстиями.The rotor 3 is equipped with vanes, like a centrifugal pump, designed to communicate the centrifugal force of the heated fluid and provide pressure P 1 in front of the cylindrical openings.

Патрубок 7 для отвода нагретой жидкости оснащен регулятором давления 9, обеспечивающим постоянное давление P2 в напорной полости насоса-теплогенератора.The pipe 7 for draining the heated liquid is equipped with a pressure regulator 9, which provides a constant pressure P 2 in the pressure cavity of the heat pump.

Работает описанный насос-теплогенератор следующим образом. The described heat pump is as follows.

При вращении вала ротора 4 нагреваемая жидкость по всасывающему патрубку 6 полого корпуса 1 (фиг. 1) поступает во всасывающую полость 8 и, разделившись на два потока, направляется в ротор 3, выполненный в форме двухпоточного рабочего колеса центробежного насоса. When the rotor shaft 4 rotates, the heated fluid through the suction pipe 6 of the hollow body 1 (Fig. 1) enters the suction cavity 8 and, divided into two streams, is sent to the rotor 3, made in the form of a double-flow impeller of a centrifugal pump.

Ротор 3, вращаясь, воздействует лопатками на жидкость, отбрасывая ее к периферийной части к кольцевому насадку 5 и сообщая потоку жидкости кинетическую энергию. The rotor 3, rotating, acts with the blades on the liquid, discarding it to the peripheral part to the annular nozzle 5 and imparting kinetic energy to the fluid flow.

В кольцевом насадке 5 ротора жидкость проходит через множество цилиндрических отверстий. Обладая большой кинетической энергией, поток жидкости, проходя по цилиндрическим отверстиям, образует в них водоворотные зоны А (фиг. 3) с пониженным давлением. Не только водоворотная область А, но и транзитная струя в пределах этой области характеризуется наличием вакуума
(Hвак)max=(0,75...0,8)P1-P2,
где (Hвак)max - максимальный вакуум в зоне А;
P1 - давление в рабочем колесе перед отверстием ротора;
P2 - давление в напорной полости 7.
In the annular nozzle 5 of the rotor, the fluid passes through many cylindrical holes. Possessing high kinetic energy, the fluid flow passing through cylindrical holes forms vortex zones A in them (Fig. 3) with reduced pressure. Not only the whirlpool region A, but also the transit stream within this region is characterized by the presence of vacuum
(H vac ) max = (0.75 ... 0.8) P 1 -P 2 ,
where (H vac ) max is the maximum vacuum in zone A;
P 1 - pressure in the impeller in front of the rotor hole;
P 2 - pressure in the pressure cavity 7.

При снижении давления в зоне А ниже давления водяных паров вода интенсивно закипает, образуя кавитационные пузырьки, и насыщает ими транзитную струю в пределах этой зоны. После прохода зоны А в транзитной струе давление повышается и кавитационные пузырьки смыкаются, образуя первую волну кавитационных ударов, нагревающих жидкость. With a decrease in pressure in zone A below the pressure of water vapor, water boils intensively, forming cavitation bubbles, and saturates the transit stream with them within this zone. After the passage of zone A in the transit stream, the pressure rises and the cavitation bubbles close, forming the first wave of cavitation shocks that heat the liquid.

В момент совмещения отверстий ротора и статора жидкость, проходя через внезапно расширяющиеся отверстия, образует зоны пониженного давления в зонах В (фиг. 3). At the moment of alignment of the rotor and stator holes, the liquid passing through the suddenly expanding holes forms zones of reduced pressure in zones B (Fig. 3).

В расширенной части отверстий статора 2 возникает местная потеря напора или потеря напора на расширение. In the expanded part of the openings of the stator 2, local pressure loss or loss of pressure on expansion occurs.

В момент перекрытия отверстий ротора боковыми стенками статора происходит резкое повышение давления по всей длине цилиндрических отверстий ротора (прямой гидравлический удар), который усиливается "схлопыванием" кавитационных пузырьков в зоне А (фиг. 4). At the moment of overlapping of the rotor holes with the side walls of the stator, a sharp increase in pressure occurs along the entire length of the cylindrical holes of the rotor (direct hydraulic shock), which is amplified by the "collapse" of cavitation bubbles in zone A (Fig. 4).

В зоне В интенсивному "схлопыванию" кавитационных пузырьков помогает постоянное избыточное давление P2.In zone B, a constant overpressure of P 2 helps the intensive "collapse" of cavitation bubbles.

Кавитационные пузырьки, в момент конденсации водяных паров, в момент "схлопывания" вызывают местные гидравлические удары, сопровождающиеся высокими забросами давления до 1500...2000 кг/см2 и температуры 1000...1500oC.Cavitation bubbles, at the time of condensation of water vapor, at the time of "collapse" cause local hydraulic shocks, accompanied by high pressure drops up to 1500 ... 2000 kg / cm 2 and temperatures of 1000 ... 1500 o C.

Энергия жидкости, приобретенная в результате гидравлических ударов, переходит частично в тепловую и определяется по формуле
V•ΔP = V•υ•C•m•Δt,
где V - объем жидкости, протекающей через насадок, см3;
ΔP - потеря (перепад) давления в насадке, кг/см2;
υ - объемный вес жидкости, кг/см3;
C - удельная теплоемкость жидкости, ккал(кг•град);
m - механический эквивалент тепла, кг•см3/ккал;
Δt = t-t0 - повышение температуры жидкости;
t и t0 - искомая и начальная температура жидкости, oC.
The energy of a fluid acquired as a result of hydraulic shock, partly goes into heat and is determined by the formula
V • ΔP = V • υ • C • m • Δt,
where V is the volume of fluid flowing through the nozzles, cm 3 ;
ΔP - pressure loss (differential) in the nozzle, kg / cm 2 ;
υ is the volumetric weight of the liquid, kg / cm 3 ;
C is the specific heat of the liquid, kcal (kg • deg);
m is the mechanical equivalent of heat, kg • cm 3 / kcal;
Δt = tt 0 - increase in temperature of the liquid;
t and t 0 - the desired and initial temperature of the liquid, o C.

В соответствии с приведенной формулой

Figure 00000002

Для воды υ = 0.001 кг/см3;
C = 1 ккал/кг•град;
m = 42700 кг•см/ккал.In accordance with the above formula
Figure 00000002

For water, υ = 0.001 kg / cm 3 ;
C = 1 kcal / kg • deg;
m = 42700 kg • cm / kcal.

Варьируя расход протекающей жидкости, а также изменяя давления P1 и P2, которые при наложении колебаний от гидравлических ударов и кавитации, при известной скорости вращения ротора, приводят к возникновению автоколебательного режима в гидравлической системе.By varying the flow rate of the flowing fluid, as well as by changing the pressures P 1 and P 2 , which, when applying vibrations from hydraulic shocks and cavitation, at a known rotor speed, lead to the emergence of a self-oscillating regime in the hydraulic system.

С момента установления режима автоколебаний скорость нагрева жидкости возрастает, а потребление электроэнергии на приводе снижается. From the moment the self-oscillation mode is established, the heating rate of the liquid increases, and the energy consumption on the drive decreases.

Жидкость, нагретая в результате выделения энергии, вытесняется к выпускному патрубку 7 (фиг. 2) и, преодолевая сопротивление регулятора давления 9, направляется в систему теплопотребления. The liquid heated as a result of energy release is displaced to the exhaust pipe 7 (Fig. 2) and, overcoming the resistance of the pressure regulator 9, is sent to the heat consumption system.

Указанный насос-теплогенератор можно применять для отопления и горячего водоснабжения жилых и промышленных помещений, а также для нагрева жидкостей в технологических процессах. The specified heat pump can be used for heating and hot water supply of residential and industrial premises, as well as for heating liquids in technological processes.

Использование предлагаемого насоса-теплогенератора позволяет обеспечить горячей водой и тепловой энергией объекты, удаленные от магистральных трубопроводов, а окружающая среда не загрязняется продуктами сгорания органического топлива в местах выработки тепловой энергии. The use of the proposed pump-heat generator allows you to provide hot water and thermal energy to objects that are remote from the main pipelines, and the environment is not polluted by the combustion products of fossil fuels in places of heat energy production.

Список использованной литературы
1. Т.М. Башта. "Машиностроительная гидравлика", M. Машиностроение, 1971 г., стр. 44...49, 118, 349, 375, 379...381, 509...512.
List of references
1. T.M. Bashta. "Engineering Hydraulics", M. Engineering, 1971, pp. 44 ... 49, 118, 349, 375, 379 ... 381, 509 ... 512.

2. Л. М. Курганов, Н.Ф. Федоров. "Справочник по гидравлическим расчетам систем водоснабжения и канализации", Ленинград, Стройиздат, 1973 г., стр. 56...67, 185...194. 2. L. M. Kurganov, N.F. Fedorov. "Handbook of hydraulic calculations of water supply and sanitation", Leningrad, Stroyizdat, 1973, pp. 56 ... 67, 185 ... 194.

3. Л. И. Богомолов, K.A. Михайлов. "Гидравлика", M. Стройиздат, Москва, 1972 г., стр. 87...92, 142...150, 398...405. 3. L.I. Bogomolov, K.A. Mikhailov. "Hydraulics", M. Stroyizdat, Moscow, 1972, p. 87 ... 92, 142 ... 150, 398 ... 405.

4. P.P. Чугаев. "Гидравлика", M. Энергия, Ленинградское отделение, 1971 г. , стр. 14...17, 28...33, 64...74, 85...88, 135...140, 163...167, 277... 286, 307...314, 426...436. 4. P.P. Chugaev. "Hydraulics", M. Energy, Leningrad Branch, 1971, p. 14 ... 17, 28 ... 33, 64 ... 74, 85 ... 88, 135 ... 140, 163 .. .167, 277 ... 286, 307 ... 314, 426 ... 436.

Claims (2)

1. Роторный насос-теплогенератор, имеющий полый корпус с всасывающим патрубком для подвода нагреваемой жидкости и нагнетательным патрубком для отвода нагретой жидкости, расположенные внутри корпуса ротор в виде центробежного колеса с отверстиями по периферии и статор с отверстиями, установленный коаксиально ротору, отличающийся тем, что центробежное колесо выполнено двухпоточным, отверстия в роторе - в виде круглоцилиндрических насадков Вентури, а отверстия в статоре - в виде внезапно расширяющихся насадков. 1. A rotary pump-heat generator having a hollow body with a suction pipe for supplying a heated fluid and a discharge pipe for draining heated fluid, located inside the housing is a rotor in the form of a centrifugal wheel with holes along the periphery and a stator with holes installed coaxially to the rotor, characterized in that the centrifugal wheel is double-threaded, the holes in the rotor are in the form of round-cylinder venturi nozzles, and the holes in the stator are in the form of suddenly expanding nozzles. 2. Роторный насос-теплогенератор по п.1, отличающийся тем, что длина Lп цилиндрического отверстия в роторе и его d диаметр находится в зависимости (3.5...4)d ≤ Lп ≤ (6...7)d.2. The rotary heat pump according to claim 1, characterized in that the length L p of the cylindrical hole in the rotor and its d diameter is dependent on (3.5 ... 4) d ≤ L p ≤ (6 ... 7) d.
RU98115256/06A 1998-08-07 1998-08-07 Rotary heat generating pump RU2159901C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98115256/06A RU2159901C2 (en) 1998-08-07 1998-08-07 Rotary heat generating pump

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98115256/06A RU2159901C2 (en) 1998-08-07 1998-08-07 Rotary heat generating pump

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU98115256A RU98115256A (en) 2000-06-10
RU2159901C2 true RU2159901C2 (en) 2000-11-27

Family

ID=20209474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98115256/06A RU2159901C2 (en) 1998-08-07 1998-08-07 Rotary heat generating pump

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2159901C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108946848A (en) * 2018-09-06 2018-12-07 南通富莱克流体装备有限公司 Thermal energy pump feed system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108946848A (en) * 2018-09-06 2018-12-07 南通富莱克流体装备有限公司 Thermal energy pump feed system
CN108946848B (en) * 2018-09-06 2024-05-24 南通富莱克流体装备有限公司 Water supply system of heat energy pump

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2015284297B2 (en) An apparatus, system and method for utilizing thermal energy
US10184229B2 (en) Apparatus, system and method for utilizing thermal energy
WO2006134590A1 (en) Liquid ring compressor
RU2159901C2 (en) Rotary heat generating pump
US1739000A (en) Pumping unit
US4215976A (en) Turbine-impeller pump for use in geothermal energy recovery systems
RU2160417C2 (en) Heat generating pump
RU2142604C1 (en) Heat energy production process and resonant heat pump/generator unit
RU2495337C2 (en) Electrically driven pump-sealed rotary heat generator
RU2422733C1 (en) Heat cavitation generator
RU2231004C1 (en) Rotary cavitation pump-heat generator
RU2658448C1 (en) Multistage cavitation heat generator (embodiments)
WO2015145204A1 (en) Hydromechanical heat generator
RU61852U1 (en) DRIVING CAVITATION HEAT AND STEAM GENERATOR
RU2202743C2 (en) Rotary hydraulic-hammer heat-generating pump
RU2393391C1 (en) Rotor cavitation vortex pump-heat generator
RU2269075C1 (en) Cavitation-turbulent heat generator
RU2334177C2 (en) Cavitational heat generator
RU2133157C1 (en) Rotor hydrodynamic apparatus
RU2794619C1 (en) Combined monoblock pump with wet rotor
RU2177591C1 (en) Thermogenerator
RU2252826C1 (en) Rotary-pulse apparatus
RU25929U1 (en) PUMP HEAT GENERATOR
RU2823077C1 (en) Cavitation heat generator
US1726136A (en) Vacuum pump