RU2204089C2

RU2204089C2 - Versatile generating plant

Info

Publication number: RU2204089C2
Application number: RU2001121042/06A
Authority: RU
Inventors: Н.И. Назырова; рг А.В. С; А.В. Сярг; М.П. Леонов
Original assignee: Назырова Наталья Ивановна; Сярг Александр Васильевич; Леонов Михаил Павлович
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2003-05-10

Abstract

FIELD: heat engineering. SUBSTANCE: invention can be used to heat water, generate steam, cold, oxygen and hydrogen. Heater resting against bearing unit and comprising shaft that carries discs of variable diameter and body is installed inside water tank. Convex, conical or concave internal surface of body includes conduits of rectangular or square section arranged radially, with inclination or curvilinearly. Upper part of shaft has cavity in which lower part there are made holes coinciding in number and location with conduits. Discs form cavities possessing circular outlets into conduits meant to create stable mode of selfgeneration with passage of water through them. EFFECT: widened technological potential of generating plant. 1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для нагрева воды и производства пара для производственных и бытовых нужд, выработки холода и получения из воды водорода и кислорода. The invention relates to heat engineering and can be used to heat water and produce steam for industrial and domestic needs, generate cold and produce hydrogen and oxygen from water.

Известны устройства тепловых насосов, использующих изменения физико-механических параметров воды, в частности давления, объема и скорости для получения тепловой энергии. Known devices of heat pumps using changes in the physico-mechanical parameters of water, in particular pressure, volume and speed to produce thermal energy.

Например, тепловой насос по а. с. 458691. Но недостатком его является очень высокое рабочее давление до 1000 атм, развиваемое в корпусе, которое требует повышенной прочности корпусных деталей установки, запорной арматуры и т.п., что приводит к значительным материальным затратам и опасно для отопления жилых помещений. For example, a heat pump according to a. from. 458691. But its disadvantage is the very high working pressure of up to 1000 atm, developed in the housing, which requires increased strength of the plant housing parts, shutoff valves, etc., which leads to significant material costs and is dangerous for heating residential premises.

В качестве прототипа выбран "Теплогенератор и устройство для нагрева жидкости", патент 2045715, состоящий из теплогенератора, включающего ускорители движения жидкости - перепускной патрубок и циклон, тормозные устройства, и сетевого насоса с инжекционным патрубком. Недостатком прототипа является: недостаточно высокий КПД, сложность конструкции - наличие двух отдельных агрегатов - теплогенератора и насоса; падение КПД при увеличении мощности устройства. As a prototype, “Heat generator and a device for heating liquids” was selected, patent 2045715, consisting of a heat generator, including liquid accelerators - a bypass pipe and a cyclone, braking devices, and a mains pump with an injection pipe. The disadvantage of the prototype is: insufficiently high efficiency, design complexity - the presence of two separate units - a heat generator and a pump; drop in efficiency with increasing power of the device.

Задача изобретения - расширение технических возможностей генерирующих установок за счет не только обеспечения эффективного нагрева воды и производства пара без применения традиционных теплоносителей, но и выработки холода и получения кислорода и водорода; достижение режима самогенерации; обеспечение высокого коэффициента полезного действия; снижение затрат электроэнергии; упрощение конструкции; улучшение эксплуатационных качеств - надежности и долговечности. The objective of the invention is the expansion of the technical capabilities of generating plants by not only providing effective heating of water and steam production without the use of traditional heat transfer agents, but also generating cold and producing oxygen and hydrogen; achievement of self-generation; ensuring high efficiency; reduction of energy costs; design simplification; improvement of operational qualities - reliability and durability.

На фиг. 1 показан общий вид универсальной генерирующей установки; на фиг. 2 показан водонагреватель; на фиг. 3а и 3б показаны возможные формы корпуса; на фиг. 4а, 4б, 4в показаны возможные расположения каналов в корпусе. In FIG. 1 shows a general view of a universal generating installation; in FIG. 2 shows a water heater; in FIG. 3a and 3b show possible body shapes; in FIG. 4a, 4b, 4c show possible channel arrangements in the housing.

Универсальная генерирующая установка состоит из емкости 1 (фиг. 1), содержащей входной патрубок 2 для подачи холодной воды, выходного патрубка 3 для отвода, по необходимости, горячей воды, пара, кислорода и водорода, водонагревателя 4, опирающегося на подшипниковый узел 5 и приводящегося в высокооборотное вращение. A universal generating installation consists of a tank 1 (Fig. 1), containing an inlet pipe 2 for supplying cold water, an outlet pipe 3 for removing, if necessary, hot water, steam, oxygen and hydrogen, a water heater 4, supported by a bearing assembly 5 and driven in high speed rotation.

Водонагреватель 3 (фиг. 2) состоит из корпуса 6 и дисков 7 переменного диаметра, закрепленных гайкой 8 на валу 9. The water heater 3 (Fig. 2) consists of a housing 6 and disks 7 of variable diameter, fixed by a nut 8 on the shaft 9.

Корпус 6 может иметь выгнутую (фиг. 2), коническую (фиг. 3а) или вогнутую (фиг. 3б) внутреннюю поверхность, на которой выполнены каналы 10 прямоугольного или квадратного сечения. Каналы 10 могут располагаться радиально (фиг. 4а), с наклоном (фиг. 4б) или криволинейно (фиг. 4в). The housing 6 may have a curved (Fig. 2), conical (Fig. 3a) or concave (Fig. 3b) inner surface on which channels 10 of rectangular or square cross section are made. The channels 10 can be arranged radially (Fig. 4a), with an inclination (Fig. 4b) or curved (Fig. 4c).

Конструкция дисков 7 предусматривает при установке их на вал 9 создание полостей 11, в которых при вращении водонагревателя 3 образуется вакуум при сбросе воды через круговые выходы 12 в каналы 10 корпуса 6. The design of the disks 7 provides, when installing them on the shaft 9, the creation of cavities 11, in which when the heater 3 is rotated, a vacuum is formed when water is discharged through the circular outlets 12 into the channels 10 of the housing 6.

Вал 9 (фиг. 2) имеет в верхней части полость 13 с диаметром "д", в нижней части которой выполнены отверстия 14, совпадающие числом и расположением с каналами 10 корпуса 6 при установке и закреплении последнего на вал 9. The shaft 9 (Fig. 2) has in the upper part a cavity 13 with a diameter of "d", in the lower part of which holes 14 are made, matching the number and arrangement with the channels 10 of the housing 6 when installing and securing the latter on the shaft 9.

Универсальная генерирующая установка работает следующим образом. При высокооборотном вращении водонагревателя 3 холодная вода, поступая через входной патрубок 2 в полость 13 вала 9, под действием центробежной силы с большой скоростью и под большим давлением выходит как из полости 13 вала 9 через отверстия 14 по каналам 10 в емкость 1, так и из полостей 11 через выходы 12 в каналы 10, при этом в полостях 11 образуется вакуум. Universal generating installation works as follows. During high-speed rotation of the water heater 3, cold water entering through the inlet pipe 2 into the cavity 13 of the shaft 9, under the action of centrifugal force at high speed and under high pressure, leaves the cavity 13 of the shaft 9 through the openings 14 through the channels 10 into the tank 1, and from cavities 11 through the outlets 12 into the channels 10, while a vacuum is formed in the cavities 11.

В моменты прохождения воды по каналам 10 через участки, сопрягаемые с выходами 12, со скоростью 80 - 95 метров в секунду на границах зон высокого давления и вакуума согласно известному явлению, имеющему место при адиабатических процессах, локальная температура в приграничных областях зон достигает 10 000^oС и выше, что приводит к разогреву воды к моменту выхода ее из каналов 10 в емкость 1 до 100^oС. При увеличении скорости прохождения воды по каналам 10 от 95 до 110 метров в секунду вода полностью превращается в пар. В интервале скоростей прохождения пара по каналам 10 от 110 до 165 метров в секунду происходит его разогрев до 400^oС. При прохождении пара по каналам 10 со скоростью более 165 метров в секунду происходит разложение молекул воды на кислород и водород с большим поглощением тепла и понижением температуры водорода и кислорода на выходе из каналов 10 до минус 60^oС и ниже.At the time of passage of water through channels 10 through sections mating with outlets 12, at a speed of 80 - 95 meters per second at the boundaries of high-pressure and vacuum zones, according to the well-known phenomenon that occurs during adiabatic processes, the local temperature in the border regions of the zones reaches 10 000 ^o C and above, which leads to the heating of water by the time it exits from channels 10 to a tank of 1 to 100 ^o C. With an increase in the speed of water passage through channels 10 from 95 to 110 meters per second, the water completely turns into steam. In the range of steam passage through channels 10 from 110 to 165 meters per second, it heats up to 400 ^o C. When steam passes through channels 10 with a speed of more than 165 meters per second, water molecules decompose into oxygen and hydrogen with high heat absorption and lowering the temperature of hydrogen and oxygen at the outlet of the channels 10 to minus 60 ^o C and below.

При движении воды по каналам 10 со скоростью 135 метров в секунду и более за счет реактивной силы, создаваемой паром, выходящим из каналов 10, расположенных с наклоном (фиг. 4б) или криволинейно (фиг. 4в), создается устойчивый режим самогенерации универсальной генерирующей установки, что обеспечивает ее работу без внешнего источника питания. When water moves through the channels 10 at a speed of 135 meters per second or more due to the reactive force generated by the steam leaving the channels 10 located with an inclination (Fig. 4b) or curved (Fig. 4c), a stable self-generation mode of the universal generating unit is created , which ensures its operation without an external power source.

Из емкости 1, по необходимости, горячая вода, пар или кислород и водород через выходной патрубок 3 поступают соответственно в системы горячего водоснабжения, отопления, пароснабжения, аккумуляции холода или сбора кислорода и водорода. From the tank 1, if necessary, hot water, steam or oxygen and hydrogen through the outlet pipe 3 are supplied respectively to the hot water supply, heating, steam supply, cold storage or oxygen and hydrogen collection.

Наиболее эффективно универсальная генерирующая установка работает при выгнутой форме внутренней поверхности корпуса 6 при отношении максимального диаметра "Д" диска 7 (фиг. 2) к диаметру "д" полости вала 9 как 3:1, при отношении максимального диаметра "Д" диска 7 (фиг. 2) к высоте "Н" как 3:1, при пяти дисках 7, образующих четыре вакуумных зоны 11 с четырьмя круговыми выходами 12 в криволинейные каналы 10 прямоугольного сечения высотой 1,4 миллиметра и шириной 2 миллиметра. The most efficient universal generating unit operates with a curved shape of the inner surface of the housing 6 with the ratio of the maximum diameter "D" of the disk 7 (Fig. 2) to the diameter "d" of the cavity of the shaft 9 as 3: 1, with the ratio of the maximum diameter "D" of the disk 7 ( Fig. 2) to a height of "H" as 3: 1, with five discs 7 forming four vacuum zones 11 with four circular outlets 12 into curved channels 10 of rectangular cross section 10 with a height of 1.4 millimeters and a width of 2 millimeters.

Компоновка универсальной генерирующей установки может быть как горизонтальной, так и вертикальной, с верхним или нижним расположением привода, с установкой на одной или на двух подшипниковых опорах. The layout of a universal generating installation can be either horizontal or vertical, with an upper or lower arrangement of the drive, with installation on one or two bearing bearings.

Создаваемое водонагревателем избыточное давление воды в емкости 1 позволяет универсальной генерирующей установке выполнять функции циркуляционного насоса. The excess pressure of water created in the tank in the tank 1 allows the universal generating unit to perform the functions of a circulation pump.

Преимуществами предлагаемой универсальной генерирующей установки является простота конструкции, состоящей из одного агрегата и исключающей необходимость в насосе, создающем сжатие рабочей среды, так как сжатие обеспечивается самой конструкцией водонагревателя; отсутствие разгонных и тормозных устройств, т.к. необходимые давление, скорость и температура создаются непосредственно водонагревателем; универсальность генерирующей установки, позволяющая использовать ее для получения горячей воды, пара, холода, кислорода и водорода; высокий коэффициент полезного действия; наличие режима самогенерации. The advantages of the proposed universal generating installation is the simplicity of the design, consisting of one unit and eliminating the need for a pump that creates a compression of the working environment, since the compression is provided by the design of the water heater; lack of acceleration and braking devices, as the necessary pressure, speed and temperature are created directly by the water heater; the universality of the generating unit, which allows it to be used to produce hot water, steam, cold, oxygen and hydrogen; high coefficient of performance; the presence of self-generation mode.

В соответствии с сущностью изобретения изготавливается универсальная генерирующая установка с числом оборотов до 13000 об/мин. При этом водонагреватель включает в себя: корпус с выгнутой поверхностью нижней стороны и высотой "Н" - 70 мм, с криволинейным расположением каналов в количестве 73 шт., имеющих прямоугольное сечение высотой 1,4 мм и шириной 2,0 мм; 5 дисков с максимальным диаметром нижнего диска "Д" - 210 мм, образующих четыре вакуумные зоны с четырьмя круговыми выходами в каналы; вала с диаметром "д" полости вала - 70 мм. Ожидаемые расчетные параметры изготавливаемой универсальной генерирующей установки:
При 7600 - 8000 оборотах в минуту происходит нагрев воды до 100^oС;
При 8000-10000 оборотах в минуту происходит нагрев воды с парообразованием, 100^oС и выше;
При 10000-13000 оборотах в минуту происходит парообразование с температурой пара до 400^oС;
При 12500 оборотах в минуту устанавливается режим самогенерации.In accordance with the essence of the invention, a universal generating unit with a speed of up to 13,000 rpm is manufactured. In this case, the water heater includes: a body with a curved surface of the lower side and a height of "N" - 70 mm, with a curved arrangement of channels in the amount of 73 pcs., Having a rectangular cross-section 1.4 mm high and 2.0 mm wide; 5 discs with a maximum diameter of the lower disc "D" - 210 mm, forming four vacuum zones with four circular exits to the channels; shaft with a diameter "d" of the cavity of the shaft - 70 mm Expected design parameters of the manufactured universal generating unit:
At 7600 - 8000 rpm, water is heated to 100 ^o C;
At 8000-10000 rpm, the water is heated with steam formation, 100 ^o C and above;
At 10000-13000 rpm steam formation occurs with a steam temperature of up to 400 ^o C;
At 12500 rpm, the self-generation mode is set.

При 15000 и выше оборотах в минуту происходит разложение воды на кислород и водород с температурой минус 60^oС и ниже.At 15,000 rpm and above, the decomposition of water into oxygen and hydrogen occurs with a temperature of minus 60 ^o C and below.

Производительность универсальной генерирующей установки по потребляемой воде при 8000 оборотах в минуту составляет 1,0 куб. метр в минуту, при 10000 оборотах в минуту - 1,35 куб. метра в минуту, при 13000 оборотах в минуту - 1,75 куб. метра в минуту. Потребляемая мощность 20 кВт. The performance of a universal generating unit for consumed water at 8000 rpm is 1.0 cubic meters. meter per minute, at 10,000 rpm - 1.35 cubic meters. meters per minute, at 13,000 rpm - 1.75 cubic meters. meters per minute. Power consumption 20 kW.

Claims

1. A universal generating installation comprising a water tank, an inlet and an outlet pipe, a water heater installed inside the water tank, supported by a bearing assembly and consisting of a shaft, characterized in that the water heater comprises a housing, disks of variable diameter are mounted on said shaft, and on a curved, conical or concave inner surface of the housing there are channels of rectangular or square cross-section, arranged radially, with an inclination or curvilinear, in the upper part of the shaft there is a polo a hole in the lower part of which holes are made that coincide in number and arrangement with channels made on the inner surface of the housing, while the disks form cavities having circular exits into the channels located on the inner surface of the housing.

2. The universal generating installation according to claim 1, characterized in that its arrangement can be either horizontal or vertical, with an upper or lower arrangement of the drive, with installation on one or two bearing bearings.