RU2224957C2

RU2224957C2 - Cavitation energy converter

Info

Publication number: RU2224957C2
Application number: RU2001104604/06A
Authority: RU
Inventors: Л.Н. Бритвин; Э.Н. Бритвин; Т.В. Бритвина; А.В. Щепочкин
Original assignee: Бритвин Лев Николаевич; Бритвин Эдуард Николаевич; Щепочкин Алексей Витальевич; Бритвина Татьяна Валерьевна
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2004-02-27

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: invention can be utilized for generation of thermal energy by organization of cavitation as well as electric and electromagnetic processes in liquid which enable supplied energy to be converted to thermal energy with minimized usage of mechanical energy. At least one disc which surface faces body surface located in opposition is put on periphery of impeller in cavitation converter to form flow slit-ring conduit of variable cross-section tangentially eminating into vortex-forming element coming in the form of torus-shaped vortex forming body conduit which whirls liquid flow and communicates with one recirculation conduit as minimum. EFFECT: reduced cavitation wear of working elements. 6 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к энергопреобразователям, например, используемым для нагрева воды в системах отопления и горячего водоснабжения. Известны, например, энергопреобразователи, преобразующие электрическую энергию посредством теневого электронагревателя в тепловую энергию потока протекающей жидкости, преимущественно воды, например, типа "Галан" (аналог). Эти устройства достаточно просты, но для эффективной работы требуют циркуляционного насоса и надежно работающей автоматики, поскольку при аварийном прекращении течения воды возможно перегорание тенов или резкое повышение давления в системе, могущее привести к аварийному разрушению электронагревательной установки. The invention relates to energy converters, for example, used for heating water in heating systems and hot water supply. Known, for example, are energy converters that convert electrical energy by means of a shadow electric heater into the heat energy of a flowing fluid, mainly water, for example, of the "Galan" type (analogue). These devices are quite simple, but for efficient operation they require a circulation pump and reliable automation, since during an emergency interruption in the flow of water, tenons can burn out or a sharp increase in pressure in the system can lead to emergency destruction of the electric heating installation.

Известны также способы и устройства нагрева воды (или другой жидкости) за счет создания в потоке жидкости кавитационных процессов, см., например, тепловые котлы типа "Юсмар" или устройство, описанное в патенте RU 2054604 С1, F 24 J 3/00, G 21 В 1/00, опубл. 20.02.96 г. Also known are methods and devices for heating water (or another liquid) by creating cavitation processes in a liquid stream, see, for example, Yusmar type heat boilers or the device described in patent RU 2054604 C1, F 24 J 3/00, G 21 V 1/00, publ. 02/20/96

Устройство по указанному патенту осуществляет преобразование энергии, подводимой к валу рабочего лопастного колеса в тепловую энергию перекачиваемой колесом жидкости, и является наиболее близким к заявленному устройству по технической сущности, т.е. может быть принято за прототип. The device according to the specified patent converts the energy supplied to the shaft of the impeller to the thermal energy of the fluid pumped by the wheel, and is closest to the claimed device in technical essence, i.e. can be taken as a prototype.

В прототипе в корпусе устройства расположены рабочие лопастные колеса, число которых может быть равно и единице. На выходе рабочего колеса на его гидравлическом выходе установлен расположенный вокруг рабочего колеса вихреобразующий элемент и гидравлический канал входа в рециркуляционный дросселирующий канал, сообщающий выход рабочего колеса с его входом, причем полости этого энергопреобразователя с разной величиной давления сообщены с теплообменным контуром отбора тепла. Вихреобразующий элемент здесь выполнен в виде перфорации в обруче, перекрывающем выходное сечение ротора (рабочего колеса) и статоре - перфорированном кольцевом корпусном обруче. При этом при вращении колеса на его выходе возникают интенсивные вихри и пульсации давления, вызывающие выделения тепла в процессе кавитационных явлений в вихрях. In the prototype in the housing of the device are working impeller wheels, the number of which may be equal to one. At the outlet of the impeller, a vortex-forming element located around the impeller and a hydraulic channel for entering the recirculation throttling channel, which communicates the output of the impeller with its input, are installed at the hydraulic outlet, and the cavities of this energy converter with different pressure values are in communication with the heat exchange heat extraction circuit. The vortex-forming element here is made in the form of perforation in the hoop, overlapping the output section of the rotor (impeller) and the stator - perforated annular body hoop. In this case, when the wheel rotates, intense eddies and pressure pulsations arise at its exit, causing heat generation during cavitation phenomena in the vortices.

Устройство по прототипу не может быть надежным из-за кавитационного разрушения перфорационных элементов и в ряде случаев не достаточно эффективно из-за больших гидравлических потерь в рабочих органах и дросселирующих каналах Кроме того здесь при вращении вала рабочего колеса электродвигателем преобразование электрической энергии в тепловую требует создания сложной многоступенчатой конструкции, поскольку вся электрическая энергия вначале преобразуется в механическую энергию на валу ротора, затем в гидравлическую механическую энергию потока жидкости посредством рабочих лопастных колес, а затем на вихреобразующих элементах (износ которых практически пропорционален энергии протекающего потока) в тепловую энергию, нагревающую рабочую жидкость. При этом также около 20% подводимой электрической энергии теряется непосредственно на электродвигателе, поскольку тепло, выделяемое самим электродвигателем, практически не удается использовать на нагрев воды без существенного усложнения конструкции данного энергопреобразователя. The prototype device cannot be reliable due to cavitational destruction of perforation elements and in some cases is not sufficiently effective due to large hydraulic losses in the working bodies and throttling channels. In addition, here, when the impeller shaft is rotated by an electric motor, the conversion of electrical energy into thermal energy requires the creation of complex multi-stage design, since all electrical energy is first converted into mechanical energy on the rotor shaft, then into hydraulic mechanical energy fluid flow through the impellers, and then on the vortex-forming elements (the wear of which is almost proportional to the energy of the flowing stream) into the heat energy that heats the working fluid. At the same time, about 20% of the supplied electric energy is lost directly on the electric motor, since the heat generated by the electric motor itself can hardly be used to heat water without significantly complicating the design of this energy converter.

В этой связи целями описываемого ниже технического решения являются:
- упрощение конструкции;
- снижение кавитационного износа рабочих органов;
- снижение затрат механической энергии, непосредственно подводимой к рабочему колесу, а следовательно, и снижение потерь на электродвигателе, не идущих на нагрев жидкости;
- обеспечение возможности многовариантного управления процессом энергопреобразования и расширение функциональных возможностей энергопреобразователя;
- получение возможности широкого изменения потока преобразуемой энергии на базе рабочих органов с небольшой мощностью электродвигателя;
- снижение виброактивности устройства из-за возможности снижения механической приводной мощности.In this regard, the objectives of the technical solution described below are:
- simplification of the design;
- reduction of cavitation wear of working bodies;
- reducing the cost of mechanical energy directly supplied to the impeller, and consequently, reducing losses on the electric motor, not going to heat the liquid;
- providing the possibility of multivariate control of the energy conversion process and expanding the functionality of the energy converter;
- obtaining the possibility of a wide change in the flow of converted energy on the basis of working bodies with a small electric motor power;
- reduction of the vibration activity of the device due to the possibility of reducing the mechanical drive power.

Достижение поставленных целей достигается тем, что:
1. В кавитационном энергопреобразователе, состоящем из по меньшей мере одного расположенного в корпусе лопастного рабочего колеса, на выходе которого установлен расположенный вокруг рабочего колеса вихреобразующий элемент и вход в рециркуляционный дросселирующий канал, сообщающий выход рабочего колеса с его входом, а полости энергопреобразователя с разной величиной давления сообщены с теплообменным контуром отбора тепла, на периферии рабочего колеса установлен по меньшей мере один диск, поверхность которого, обращенная к оппозитно расположенной корпусной поверхности, образует совместно с ней проходной щелевой кольцевой канал переменного сечения, выходящий тангенциально в вихреобразующий элемент, выполненный в виде закручивающего в поперечной плоскости выходящий из щелевого канала поток жидкости, торообразного вихреобразующего корпусного канала, сообщенного по меньшей мере с одним рециркуляционным каналом.Achieving goals is achieved by the fact that:
1. In a cavitation energy converter, consisting of at least one rotor impeller located in the housing, at the outlet of which there is a vortex-forming element located around the impeller and an entrance to the recirculation throttling channel, which communicates the output of the impeller with its input, and the cavity of the energy converter with different sizes pressures are in communication with a heat exchange heat extraction circuit, at least one disk is installed on the periphery of the impeller, the surface of which is facing opposite the underlying body surface, forms together with it a passage slotted annular channel of variable cross-section, exit tangentially into a vortex-forming element, made in the form of a fluid flow, a toroidal vortex-forming housing channel, communicating with at least one recirculation channel, twisting in the transverse plane.

2. Для обеспечения непосредственного преобразования электрической энергии в тепловую и расширения функциональных возможностей и диапазона регулирования преобразуемой энергии по меньшей мере один вихреобразующий канал энергопреобразователя выполнен из немагнитного материала и расположен между полюсами магнита. 2. To ensure direct conversion of electrical energy into thermal energy and expand the functionality and range of regulation of the converted energy, at least one vortex-forming channel of the energy converter is made of non-magnetic material and is located between the poles of the magnet.

3. С этой целью, а также для расширения функциональных свойств энергопреобразователя к его вихреобразующему каналу подключены электроды, в том числе изолированные от корпуса, сообщенные с внешними клеммами для подключения к электрической цепи. 3. For this purpose, as well as to expand the functional properties of the energy converter, electrodes are connected to its vortex-forming channel, including insulated from the case, communicated with external terminals for connection to an electric circuit.

4. Для дополнительного энерговыделения в объеме энергопреобразователя при различных вариантах подвода энергии рециркуляционный канал выполнен в виде дополнительного вихреобразующего канала; проходной щелевой кольцевой канал энергопреобразователя в своем поперечном сечении выполнен в виде канала Вентури, выход из которого расположен по ходу течения жидкости за установленным в вихреобразующем канале кольцевым выступом - отражателем; рециркуляционный канал выполнен в виде ряда диффузорно-конфузорных каналов, расположенных в по меньшей мере одной торцевой стенке корпуса между облегающим рабочее колесо торообразным вихреобразующим каналом и входом в рабочее колесо в вихреобразующем канале по его длине установлена по меньшей мере одна местная сужающая его проходное сечение, тормозящая поток жидкости и генерирующая в нем высокочастотные колебания давления перемычка. 4. For additional energy release in the volume of the energy converter with various options for supplying energy, the recirculation channel is made in the form of an additional vortex-forming channel; the through-hole slotted annular channel of the energy converter in its cross section is made in the form of a Venturi channel, the outlet from which is located along the liquid flow behind the annular protrusion-reflector installed in the vortex-forming channel; the recirculation channel is made in the form of a series of diffuser-confuser channels located in at least one end wall of the housing between the torus-like eddy-forming channel that surrounds the impeller and the entrance to the impeller in the vortex-like channel along its length there is at least one local passage narrowing passage fluid flow and high-frequency pressure oscillations generating a jumper in it.

5. Для обеспечения управления энергопреобразования в широких пределах и различных эксплуатационных условиях проходное сечение рециркуляционного канала энергопреобразователя выполнено переменным по меньшей мере по одному рабочему параметру энергопреобразователя и/или по углу поворота рабочего колеса. 5. In order to ensure energy conversion control over a wide range and various operating conditions, the flow area of the recirculation channel of the energy converter is made variable by at least one operating parameter of the energy converter and / or by the angle of rotation of the impeller.

Примеры выполнения описываемого кавитационного энергопреобразователя, раскрывающие возможности его технического выполнения, представлены на фиг. 1-7. Examples of the described cavitation energy converter, revealing the possibilities of its technical implementation, are presented in FIG. 1-7.

На фиг. 1 кавитационный энергопреобразователь состоит из одного лопастного колеса 1, вал 2 которого механически связан с приводным двигателем 3, например электродвигателем. Вокруг рабочего колеса на его периферии установлен диск 4, поверхность 5 которого, обращенная к оппозитно расположенной корпусной поверхности 6, образует совместно с ней проходной щелевой кольцевой канал 7 переменного сечения, выходящий тангенциально в вихреобразующий элемент, выполненный в корпусе в виде торообразного вихреобразующего канала 8, закручивающего в поперечной плоскости выходящий из щелевого канала поток жидкости и образующий в средней части канала 8 вихревой кольцевой жгут, содержащий ионизированные пары жидкости. Канал 8 также гидравлически сообщен рециркуляционным дросселирующим каналом 9 с входной полостью 10 рабочего колеса 1. Канал 9 может выполняться с постоянно заданным проходным сечением (если параметры работы энергопреобразователя заданы и постоянны), см. фиг.1. под осью вала 2, или с переменным входным сечением, например, за счет углового поворота торцевой крышки 11 относительно выходных каналов 12 вихреобразующего канала 8 (см. фиг.1 над осью вала 2). Рециркуляционный канал 9 здесь выполнен в виде торцевого направляющего аппарата и содержит несколько проходных каналов, сообщающих выход из рабочего колеса 1 с его входом 10. In FIG. 1, a cavitation energy converter consists of one impeller wheel 1, the shaft 2 of which is mechanically connected to a drive motor 3, for example, an electric motor. Around the impeller, a disk 4 is mounted on its periphery, the surface 5 of which, facing the oppositely located housing surface 6, forms together with it a passage slotted annular channel 7 of variable cross section, which extends tangentially into a vortex-forming element made in the case in the form of a toroidal vortex-forming channel 8, twisting in the transverse plane, the fluid flow exiting from the slot channel and forming in the middle part of the channel 8 a vortex ring bundle containing ionized liquid vapors. Channel 8 is also hydraulically communicated by the recirculation throttling channel 9 with the input cavity 10 of the impeller 1. Channel 9 can be performed with a constantly set flow area (if the parameters of the energy converter are set and constant), see Fig. 1. under the axis of the shaft 2, or with a variable input section, for example, due to the angular rotation of the end cover 11 relative to the output channels 12 of the vortex-forming channel 8 (see Fig. 1 above the axis of the shaft 2). The recirculation channel 9 here is made in the form of an end guide apparatus and contains several passage channels communicating the exit from the impeller 1 with its input 10.

Канал 7 имеет переменное по радиусу сечение и может иметь различную форму, но для активизации кавитационных процессов этот канал рационально выполнять в виде канала Вентури в его поперечном сечении, а в канале 8 дополнительно выполнять кольцевой выступ-отражатель 13, отклоняющий вихревой поток в канале 8 от выхода из щелевого сопла 7 и снижающий на его выходе давление жидкости, что способствует интенсификации кавитационных процессов в целом. Channel 7 has a radius-cross section and can have a different shape, but to activate cavitation processes, this channel can be rationally implemented as a Venturi channel in its cross section, and in channel 8, an annular projection-reflector 13 can be additionally deflected by the vortex flow in channel 8 from exit from the slot nozzle 7 and reducing the liquid pressure at its exit, which contributes to the intensification of cavitation processes in general.

Форма отражателя 13 и его размер определяется по максимуму тепловыделения. The shape of the reflector 13 and its size is determined by the maximum heat release.

Для обеспечения циркуляции нагретой жидкости через радиатор 14 (например, тепловой воздушной пушки) канал 8 в зоне повышенного давления каналом сообщен со входом в радиатор 14, гидравлический выход которого сообщен каналом 15 с зоной пониженного давления энергопреобразователя, в данном примере реализации - с всасывающей полостью 10 рабочего колеса 1. To ensure the circulation of heated fluid through the radiator 14 (for example, a heat air gun), the channel 8 in the high pressure zone is connected by a channel with the inlet of the radiator 14, the hydraulic output of which is communicated by channel 15 to the low pressure zone of the energy converter, in this embodiment, with a suction cavity 10 impeller 1.

Каналы 12 могут быть выполнены так, что они закручивают поток жидкости в проходных каналах 9, объединяющих их рециркуляционные каналы. Кроме того, каналы 9 для повышения тепловыделения рационально выполнять диффузионно-конфузионными по ходу движения жидкости, что обеспечивает общее повышение тепловыделения в рабочем объеме энергопреобразователя. The channels 12 can be made so that they swirl the flow of fluid in the passage channels 9, combining their recirculation channels. In addition, it is rational to carry out channels 9 for increasing heat dissipation by diffusion-confusion along the liquid, which provides a general increase in heat dissipation in the working volume of the energy converter.

При вращении вала 2 поток жидкости, заполняющей внутренние полости энергопреобразователя, получает энергию за счет действия лопастного рабочего колеса 1 и проходит в щелевой канал 6, на выходе которого происходит образование кавитационных каверн. Эти каверны смыкаются, попадая в поток вращающейся и перемешивающейся вдоль канала 8 жидкости, за счет повышенного давления наиболее высокого вблизи корпусной поверхности канала 8. В результате смыкание кавитационных каверн происходит в жидкости, а не на твердых поверхностях устройства, что защищает его от разрушения. Поскольку поверхность 5 диска 4 вращается относительно корпусной поверхности 6, то не происходит засорения узкого щелевого канала 7. При этом также за счет вращения поверхности 5 увеличивается абсолютная скорость течения жидкости в щелевом зазоре, что способствует дополнительному снижению давления на выходном участке щелевого канала 7. Дополнительная интенсификация кавитационных процессов может быть также достигнута за счет выполнения на поверхностях 5 и 6 перекрывающихся друг относительно друга канавок 16 и 17, см. фиг.2, генерирующих высокочастотные колебания в потоке протекающей жидкости и тем самым увеличивающих тепловыделение в объеме энергопреобразователя. When the shaft 2 rotates, the fluid flow filling the internal cavity of the energy converter receives energy due to the action of the impeller 1 and passes into the slotted channel 6, at the output of which cavitation cavities are formed. These caverns are closed, falling into the fluid rotating and mixing along the channel 8 due to the increased pressure of the highest near the housing surface of the channel 8. As a result, the cavitation cavities are closed in the liquid, and not on the solid surfaces of the device, which protects it from destruction. Since the surface 5 of the disk 4 rotates relative to the housing surface 6, clogging of the narrow slotted channel 7 does not occur. At the same time, the absolute velocity of the liquid flow in the slotted gap also increases due to the rotation of the surface 5, which contributes to an additional decrease in pressure at the outlet section of the slotted channel 7. Additional the intensification of cavitation processes can also be achieved by performing on the surfaces 5 and 6 of the overlapping grooves 16 and 17 relative to each other, see figure 2, generating high ochastotnye fluctuations in the stream of flowing fluid, thereby increasing the amount of heat generation in power converters.

Для этих же целей в торообразном вихреобразующем канале 8 по его длине могут быть установлены местные сужающие его проходное сечение и тормозящие поток жидкости перемычки 18, см. фиг.3, 4, 5, 6, которые могут содержать дополнительные элементы (каналы, проходные отверстия, глухие отверстия, прорези и т.п.), обеспечивающие генерирование в потоке высокочастотных ультразвуковых колебаний при прохождении или обтекании их потоком жидкости, винтообразно движущимся вдоль вихреобразующего канала 8. Кроме того, активизация кавитационных процессов возможна и в рециркуляционных каналах 9 за счет изменения их входного или/и выходного сечения по углу поворота рабочего колеса. Эта возможность реализуется за счет вращения вместе с колесом перфорированных втулок 19 или 19* и 20, см. фиг.3, перепады давления на которых существенно меньше, чем в прототипе, что резко снижает их износ. For the same purpose, in the toroidal vortex-forming channel 8 along its length can be installed local narrowing its passage section and inhibiting the fluid flow of the bridge 18, see Figs. 3, 4, 5, 6, which may contain additional elements (channels, passage holes, blind holes, slots, etc.) that ensure the generation of high-frequency ultrasonic vibrations during the passage or flow around them with a fluid flow that rotates helically along the vortex-forming channel 8. In addition, the activation of cavitation processes is possible zhna and recirculation ducts 9 due to changes in their input and / or output section of the corner of the impeller rotation. This possibility is realized due to rotation together with the wheel of perforated bushings 19 or 19 * and 20, see figure 3, the pressure drops on which are significantly less than in the prototype, which dramatically reduces their wear.

Для повышения удельного энерговыделения в объеме энергопреобразователя при одновременном повышении надежности устройства (за счет разгрузки рабочего колеса от осевых усилий) рационально симметричное сдвоенное выполнение рабочего колеса и вихреобразующего канала 8 относительно плоскости, перпендикулярной оси вала 2, см. фиг.4 и 5, где использовано сдвоенное рабочее колесо 1' с двумя симметрично расположенными щелевыми кольцевыми каналами 7 и 7'. To increase the specific energy release in the volume of the energy converter while increasing the reliability of the device (due to the unloading of the impeller from axial forces), a rationally symmetric twin execution of the impeller and the vortex-forming channel 8 relative to the plane perpendicular to the axis of the shaft 2, see figure 4 and 5, where used dual impeller 1 'with two symmetrically located slotted annular channels 7 and 7'.

На фиг. 7 приведен вариант выполнения энергопреобразователя, где вихреобразующий торообразный канал 8 расположен в корпусе преимущественно с торца рабочего колеса 1, что снижает диаметральные габариты энергопреобразователя. Здесь также показана дополнительная возможность выполнения рециркуляционного дросселирующего канала в виде диффузорно-конфузорного входного патрубка 21, выходная часть которого для повышения давления на входе в колесо выполнена диффузорной и снабженной лопатками 22 для раскрутки потока и уменьшения циркуляции потока на входе в колесо 1 для повышения его напора. Для регулирования расхода по этому рециркуляционному каналу на его входе установлен установочно-подвижный по оси патрубок 21, затвор 23, а подвод жидкости из канала 8 к затвору осуществлен через тангенциально установленное сопло 24. Циркуляция нагретой жидкости через теплообменники 14 и 14' выполнена регулируемой дросселем 25, а перепад давления на теплообменниках увеличен за счет подключения канала 15 к зоне низкого давления, образуемого между затвором 23 и корпусом патрубка 21
Для интенсификации вихревого движения жидкости в канале 8 на покрывном диске рабочего колеса 1 могут быть выполнены дополнительные лопатки 26.In FIG. 7 shows an embodiment of an energy converter, where a vortex-forming toroidal channel 8 is located in the housing mainly from the end of the impeller 1, which reduces the diametrical dimensions of the energy converter. It also shows the additional possibility of making a recirculation throttling channel in the form of a diffuser-confuser inlet pipe 21, the outlet of which is made to diffuse and equipped with blades 22 for increasing the pressure at the inlet to the wheel to spin the flow and reduce the flow circulation at the inlet to the wheel 1 to increase its pressure . To regulate the flow rate along this recirculation channel, a nozzle 21 is installed on the inlet axis 21, the valve 23 is movable along the axis, and the liquid is supplied from the channel 8 to the valve through a tangentially installed nozzle 24. The heated liquid is circulated through heat exchangers 14 and 14 'by an adjustable throttle 25 and the pressure drop across the heat exchangers is increased by connecting the channel 15 to the low pressure zone formed between the valve 23 and the pipe body 21
To intensify the vortex motion of the liquid in the channel 8 on the cover disk of the impeller 1, additional blades 26 can be made.

Часть потока жидкости на вход 10 колеса 1 из канала 8 может попадать через шунтирующую часть рециркуляционного канала, выполненную как направляющий аппарат 26 (вариант выполнению снизу оси колеса 1) для защиты лопаток колеса 1 от кавитационного разрушения. Аппарат 26 частично выполняет также функцию дополнительного рециркуляционного канала 9*. Part of the fluid flow to the inlet 10 of the wheel 1 from the channel 8 can enter through the shunt part of the recirculation channel, made as a guiding apparatus 26 (an embodiment to be made from the bottom of the wheel axis 1) to protect the blades of the wheel 1 from cavitation destruction. The apparatus 26 partially also performs the function of an additional recirculation channel 9 *.

Выше были описаны технические возможности повышения тепловыделения за счет кавитационных явлений в потоке жидкости в предложенном энергопреобразователе. Поскольку в описываемом энергопреобразователе в вихреобразующих каналах организовано движение жидкости с возникновением центральных по каналу вихревых жгутов, обычно содержащих ионизированные пары жидкости, то эти каналы являются проводниками электрического тока с малым электрическим сопротивлением, что позволяет обеспечить дополнительное тепловыделение в объеме описываемого устройства за счет непосредственного подведения к потоку жидкости электрической или электромагнитной энергии, см. примеры выполнения на фиг.1, 3, 6, 7, что позволяет существенно снизить энергию, подводимую к потоку в виде механической энергии, передаваемой по валу 2 рабочего колеса 1. The technical possibilities of increasing heat generation due to cavitation phenomena in the fluid flow in the proposed energy converter have been described above. Since the movement of liquid in the described energy converter in vortex-forming channels is organized with the appearance of vortex bundles central along the channel, which usually contain ionized liquid vapors, these channels are conductors of electric current with low electrical resistance, which allows for additional heat generation in the volume of the described device due to direct supply to fluid flow of electrical or electromagnetic energy, see examples of performance in figure 1, 3, 6, 7, that It significantly reduces the energy supplied to the flow in the form of mechanical energy transmitted along the shaft 2 of the impeller 1.

Эта задача решена тем, что по меньшей мере один вихреобразующий канал 8 или 9 выполнен из немагнитного материала и расположен между полюсами постоянного или электрического магнита 27 (см. фиг.1, 3, 6, 7), который в зависимости от выполнения энергопреобразователя может выполняться как постоянный или переменный магнит. На фиг.6 и 7 магниты соответственно 27 и 27' могут и отсутствовать, когда подвод электроэнергии к жидкости для дополнительного выделения тепла осуществляется через клеммы 28 электродами 28' внешней электрической цепи, расположенными с торцев вихревых ионизированных жгутов, образованных соответственно в каналах 8, см. фиг.6, и 9, см. фиг.7. This problem is solved in that at least one vortex-forming channel 8 or 9 is made of non-magnetic material and is located between the poles of a permanent or electric magnet 27 (see figures 1, 3, 6, 7), which, depending on the design of the energy converter, can be performed like a permanent or variable magnet. In Figs. 6 and 7, magnets 27 and 27 ', respectively, may be absent when electric energy is supplied to the liquid for additional heat generation through terminals 28 by electrodes 28' of the external electric circuit located at the ends of the ionized vortex bundles formed respectively in channels 8, cm Fig. 6, and 9, see Fig.7.

В варианте выполнения по фиг.1 корпус канала 8 выполнен из немагнитного, но электропроводящего материала в виде двух частей, изолированных друг от друга прокладкой 29. При этом при наличии магнитного поля между полюсами магнитов 27 и 27' за счет движения ионизированного вихревого жгута вдоль канала 8 между изолированными корпусными частями или установленными в корпусе электродами начинает, пересекая поток жидкости, проходить электрический ток, дополнительно разогревающий жидкость в канале 8, что и позволяет снизить мощность, подводимую к валу 2 рабочего колеса. Возможен и электрогенераторный режим работы устройства, что расширяет функциональные возможности энергопреобразователя. In the embodiment of FIG. 1, the housing of the channel 8 is made of a non-magnetic but electrically conductive material in the form of two parts isolated from one another by a spacer 29. Moreover, in the presence of a magnetic field between the poles of the magnets 27 and 27 'due to the movement of the ionized vortex bundle along the channel 8 between the insulated body parts or the electrodes installed in the body, it begins, crossing the fluid flow, to pass an electric current, additionally heating the fluid in the channel 8, which reduces the power supplied to the shaft 2 impellers. The electric generator mode of operation of the device is also possible, which expands the functionality of the energy converter.

Важно, что выделяемое тепло легко может регулироваться источником тока 30, например, по датчику температуры 31, см. фиг.6, или, например, посредством управления электромагнитом 27, дросселем 32 или изменением электрического сопротивления электрической цепи между клеммами 28. It is important that the heat generated can easily be regulated by the current source 30, for example, by a temperature sensor 31, see Fig. 6, or, for example, by controlling an electromagnet 27, inductor 32 or by changing the electrical resistance of the electrical circuit between terminals 28.

На фиг. 7 для целей получения дополнительных возможностей энергопреобразования, а также, например, и повышения давления на входе 10 колеса 1 (что снижает возможность его кавитационного разрушения), в корпусе патрубка 21 в канал 9 дополнительно введены связанные с клеммами 28'' электроды 33, позволяющие патрубку 21 функционировать в режиме электромагнитного насоса (или электрогенератора). In FIG. 7 for the purpose of obtaining additional energy conversion capabilities, as well as, for example, increasing the pressure at the inlet 10 of wheel 1 (which reduces the possibility of cavitation destruction), electrodes 33 connected to terminals 28 '' are additionally introduced into the channel 9 into the channel 9, allowing the pipe 21 to operate in the mode of an electromagnetic pump (or electric generator).

С аналогичной целью по торцам выполненного из немагнитного материала корпуса энергопреобразователя расположены полюса электромагнита 27 переменного тока, см. фиг.7, что позволяет выделять тепловую энергию в жидкость за счет протекания электрического тока в вихревом кольцевом (замкнутом) ионизированном жгуте, образующимся по оси торообразного канала 8. For a similar purpose, the poles of an alternating current electromagnet 27 are located at the ends of the energy converter housing made of non-magnetic material, see Fig. 7, which allows heat energy to be released into the liquid due to the flow of electric current in a vortex ring (closed) ionized bundle formed along the axis of the toroidal channel 8.

Естественно, что возможен и электрогенераторный (обратный) режим работы устройства, расширяющий его функциональные возможности, например рациональный, при приведении вала 2 от неэлектрического двигателя 3. Naturally, a generator (reverse) mode of operation of the device is also possible, expanding its functionality, for example, rational, when driving shaft 2 from a non-electric motor 3.

Описываемый энергопреобразователь обладает высокой надежностью, поскольку его основные рабочие органы защищены от разрушающего воздействия кавитации; достаточно конструктивно прост; допускает различные варианты исполнения, рациональные в различных условиях применения; позволяет легко управлять процессом теплогенерирования при пониженной мощности приводного двигателя и процессом энергопреобразования в целом по рабочим параметрам устройства и внешних подключенных систем, имеет расширенные функциональные свойства, позволяющие применять энергопреобразователь для решения разнообразных практических задач. The described energy converter is highly reliable, since its main working bodies are protected from the damaging effects of cavitation; quite structurally simple; allows for various options, rational in various conditions of use; It allows you to easily control the heat generation process with reduced power of the drive motor and the energy conversion process as a whole according to the operating parameters of the device and external connected systems, has advanced functional properties that allow you to use the energy converter to solve a variety of practical problems.

Claims

1. Cavitation energy converter, consisting of at least one blade impeller located in the casing, at the outlet of which there is a vortex-forming element located around the impeller and an entrance to a recirculation throttling channel that communicates the output of the impeller with its input, and the cavity of the energy converter with different pressure values communicated with a heat exchange heat extraction circuit, characterized in that at least one disk is installed on the periphery of the impeller, the surface of which facing the opposite housing surface, forms together with it a passage slotted annular channel of variable cross-section, which tangentially exits into a vortex-forming element, made in the form of a torus-like vortex-forming housing channel, connected by at least one recirculating channel.

2. The cavitation energy converter according to claim 1, characterized in that at least one vortex-forming channel is made of non-magnetic material and is located between the poles of the magnet.

3. The cavitation energy converter according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the electrodes connected to external terminals for connecting an external electrical circuit are connected to the vortex-forming channel.

4. Cavitation energy converter according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the feedthrough slotted annular channel in its cross section is made in the form of a Venturi channel, the outlet of which is located along the fluid flow behind the annular reflector-protector installed in the vortex-forming channel, and the recirculation channel is made in the form of a series of diffuser-confuser channels located in at least one end wall of the housing between the toroidal vortex-forming channel surrounding the impeller and the entrance to the impeller.

5. Cavitation energy converter according to any one of claims 1 to 4, characterized in that at least one local narrowing passage section is installed along the vortex channel along its length, inhibiting the fluid flow and generating a high-frequency pressure jumper in it.

6. The cavitation energy converter according to claim 5, characterized in that the recirculation channel is made in the form of an additional vortex-forming channel.

7. Cavitation energy converter according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the flow area of the recirculation channel is made variable by at least one operating parameter of the energy converter and / or by the angle of rotation of the impeller.