RU2296276C1

RU2296276C1 - Liquid heater

Info

Publication number: RU2296276C1
Application number: RU2005126690/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Мосалёв (RU); Сергей Михайлович Мосалёв; Виктор Иванович Наумов (RU); Виктор Иванович Наумов; Виктор Павлович Сыса (RU); Виктор Павлович Сыса
Original assignee: Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева"
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2007-03-27

Abstract

FIELD: heat-power engineering; heat generators; heating systems, hot water supply systems.

SUBSTANCE: proposed liquid heater has fixed housing consisting of cylindrical housing and two covers which are mounted symmetrically relative to housing; liquid heater is also provided with cylindrical cavity. Sleeve rigidly mounted in housing has through holes located in parallel diametric rows bounded by housing. Mounted inside cylindrical cavity of sleeve and covers is rotatable rotor made in form of hollow cylinder secured on shaft which is connected with electric motor by means of clutch. Bushes made integral with covers are used for mounting the bearings and end seals located in chamber. Outlet passage is provided in center of cylindrical surface of housing and sleeve in way of rotation of rotor; intake passages are located symmetrically relative to housing in cover bushes and are hydraulically connected with end seal chamber which is connected in its turn with cylindrical cavity. End faces of rotor and opposite surfaces of covers are provided with blind holes having shape of cylindrical surface without chamfers and rounded-off areas; these holes are located in form of radial rows over circumference. Cylindrical surface of rotor has similar holes located in parallel diametric rows.

EFFECT: enhanced efficiency of heating the liquid; enhanced mechanical reliability of heater; simplified construction.

2 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к теплогенераторам, и может быть использовано для основного и резервного отопления помещений любого назначения, для горячего водоснабжения, подогрева технологических жидкостей.The invention relates to heat engineering, namely to heat generators, and can be used for primary and backup heating of premises for any purpose, for hot water supply, heating of process liquids.

Известен нагреватель жидкого теплоносителя (см. патент RU №2094711, МПК F 24 J 3/00, от 27.10.97 г.), содержащий камеру, снабженную патрубками подвода и отвода жидкости, установленный в камере ротор в виде закрепленных на вале перфорированных дисков. В камере дополнительно закреплены пары неподвижных перфорированных дисков, в каждом из которых между последними с образованием зазоров для прохождения жидкости установлен соответствующий диск ротора.A well-known liquid heat carrier heater (see patent RU No. 2094711, IPC F 24 J 3/00, dated October 27, 1997) containing a chamber equipped with fluid inlet and outlet pipes, a rotor installed in the chamber in the form of perforated disks fixed to the shaft. In the chamber, pairs of stationary perforated disks are additionally fixed, in each of which a corresponding rotor disk is installed between the latter with the formation of gaps for the passage of liquid.

Недостатком данного устройства является сложность конструкции из-за большого количества дисков.The disadvantage of this device is the design complexity due to the large number of disks.

Известно устройство для нагревания текучей среды (см. патент US №5188090, F 24 С 9/00, от 23.02.93 г.), принятое за прототип. Устройство состоит из цилиндрического ротора, у которого цилиндрическая поверхность имеет определенное число отверстий. Ротор вращается внутри корпуса, чья внутренняя поверхность примыкает к цилиндрической и торцевой поверхности ротора. Корпус имеет по одному или несколько впускных и выпускных каналов, расположенных произвольно.A device for heating a fluid is known (see US patent No. 5188090, F 24 C 9/00, 02/23/93, adopted for the prototype. The device consists of a cylindrical rotor, in which the cylindrical surface has a certain number of holes. The rotor rotates inside the housing, whose inner surface is adjacent to the cylindrical and end surface of the rotor. The housing has one or more inlet and outlet channels arranged arbitrarily.

Недостатком устройства является низкая эффективность нагрева жидкости при сложности устройства.The disadvantage of this device is the low efficiency of heating the liquid with the complexity of the device.

Предлагаемым изобретением решается задача: снижение энергозатрат, повышение срока эксплуатации устройства.The proposed invention solves the problem: reducing energy consumption, increasing the life of the device.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности нагрева жидкости, повышении механической надежности устройства при одновременном упрощении конструкции.The technical result obtained by the implementation of the invention is to increase the efficiency of heating the liquid, increasing the mechanical reliability of the device while simplifying the design.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для нагрева жидкости, содержащем неподвижный корпус, имеющий впускные каналы, выпускной канал, установленный в корпусе с возможностью вращения, цилиндрический ротор с глухими отверстиями на его цилиндрической поверхности, новым является то, что корпус выполнен в виде собственно корпуса и двух симметричных относительно корпуса крышек, в корпусе жестко установлена гильза со сквозными отверстиями, расположенными параллельными диаметральными рядами, ротор выполнен в форме полого цилиндра, выпускной капал размещен по центру корпуса под углом по направлению вращения ротора, на торцевых поверхностях ротора и противолежащих им внутренних поверхностях крышек выполнены глухие отверстия в виде радиальных рядов, причем глубина этих отверстий не больше половины их диаметра.The specified technical result is achieved by the fact that in a device for heating a liquid containing a stationary housing having inlet channels, an exhaust channel mounted rotatably in the housing, a cylindrical rotor with blind holes on its cylindrical surface, it is new that the housing is made in the form the case itself and two covers symmetrical with respect to the case, a sleeve with through holes located in parallel diametrical rows is rigidly installed in the case, the rotor is made in the form a hollow cylinder, the outlet drip is placed in the center of the housing at an angle in the direction of rotation of the rotor, blind holes in the form of radial rows are made on the end surfaces of the rotor and the opposite inner surfaces of the covers, and the depth of these holes is not more than half their diameter.

Размещение выпускного канала по центру корпуса под углом по направлению вращения ротора позволяет:Placing the exhaust channel in the center of the housing at an angle in the direction of rotation of the rotor allows you to:

во-первых, уравнять расстояния, которые преодолевают потоки жидкости, движущиеся от впускных каналов к выпускному. Давление при этом во встречных потоках одинаково, что положительным образом сказывается на динамике работы устройства в целом;firstly, to equalize the distances that fluid flows that travel from inlet channels to outlet. The pressure in the oncoming flows is the same, which positively affects the dynamics of the device as a whole;

во-вторых, размещение выпускного канала под углом по направлению вращения ротора позволяет снизить гидравлическое сопротивление при истекании жидкости из выпускного канала, тем самым уменьшив энергозатраты на ее прокачивание через устройство.secondly, the placement of the outlet channel at an angle in the direction of rotation of the rotor allows you to reduce the hydraulic resistance when the fluid flows from the outlet channel, thereby reducing the energy consumption for pumping it through the device.

Расположение глухих отверстий на торцевых поверхностях ротора и противолежащих им поверхностях крышки необходимо для более эффективного использования вихревых и кавитационных процессов, возникающих в зонах глухих отверстий и сопровождающихся выделением тепловой энергии, по всей площади ротора и прилегающих к ним поверхностей корпуса и крышек.The location of blind holes on the end surfaces of the rotor and the opposite surfaces of the lid is necessary for more efficient use of vortex and cavitation processes that occur in the zones of blind holes and are accompanied by the release of thermal energy over the entire area of the rotor and the adjacent housing surfaces and covers.

Выполнение ротора в форме полого цилиндра с выполненными на его наружных поверхностях глухими отверстиями обусловлено:The execution of the rotor in the form of a hollow cylinder with blind holes made on its outer surfaces is due to:

во-первых, возможностью максимального увеличения пути прохождения жидкости под давлением и действием центробежных сил от впускных каналов до выпускного канала, что приводит к увеличению площади трения жидкости между неподвижными и вращающимися поверхностями, а это способствует полной загрузке электродвигателя по потребляемой мощности и высокой эффективности теплообразования. Таким образом, имеется возможность при меньшем диаметре ротора обеспечить необходимую мощность устройства и количество выделяемой тепловой энергии;firstly, the possibility of maximizing the passage of fluid under pressure and the action of centrifugal forces from the inlet channels to the outlet channel, which leads to an increase in the area of friction of the liquid between stationary and rotating surfaces, and this contributes to the full load of the electric motor on power consumption and high heat generation efficiency. Thus, it is possible with a smaller diameter of the rotor to provide the necessary power of the device and the amount of released thermal energy;

во-вторых, при такой форме ротора, когда давление внутри устройства под действием центробежных сил возрастает от минимального до максимального от центра вала к цилиндрической поверхности гильзы, имеется возможность максимально использовать наиболее эффективный участок прохождения теплоносителя между гильзой и ротором. Большие площади соприкосновения между гильзой и ротором с наиболее эффективным для теплообразования зазором, равным 0,5...4 мм, наибольшее давление внутри устройства, создающееся в этой области, способствуют высокоинтенсивному процессу кавитации, формирующемуся в зоне глухих отверстий ротора и сквозных отверстий гильзы, ограниченных корпусом. Таким образом, создав эффективные процессы трения и кавитации, а следовательно, повысив температуру жидкости, между боковыми поверхностями ротора и крышками с глухими отверстиями, теплоноситель перед попаданием в выпускной канал преодолевает наиболее продолжительный участок с наивысшей теплопроизводительностью;secondly, with this form of the rotor, when the pressure inside the device under the action of centrifugal forces increases from minimum to maximum from the center of the shaft to the cylindrical surface of the sleeve, it is possible to maximize the use of the most efficient passage of the coolant between the sleeve and the rotor. Large areas of contact between the sleeve and the rotor with the most effective gap for heat generation equal to 0.5 ... 4 mm, the highest pressure inside the device created in this area contributes to the high-intensity cavitation process that forms in the zone of blind rotor openings and through-hole of the sleeve, limited by case. Thus, creating effective processes of friction and cavitation, and therefore, increasing the temperature of the liquid between the side surfaces of the rotor and the covers with blind holes, the coolant overcomes the longest section with the highest heat output before it enters the exhaust channel;

в-третьих, при данной гидравлической схеме в области выпускного канала происходит соединение двух встречно направленных потоков жидкости, что вызывает дополнительный разрыв сплошной жидкостной среды и приводит к местному повышению давления и интенсификации кавитационных процессов, а это приводит к дополнительному выделению тепловой энергии;thirdly, with this hydraulic circuit, in the region of the outlet channel, two counter-directed fluid flows are connected, which causes an additional rupture of the continuous liquid medium and leads to a local increase in pressure and intensification of cavitation processes, and this leads to an additional release of thermal energy;

в-четвертых, выполнение ротора в форме полого цилиндра обеспечивает снижение масс вращающихся деталей, что способствует улучшению механических характеристик и увеличению срока эксплуатации устройства.fourthly, the implementation of the rotor in the form of a hollow cylinder provides a reduction in the mass of rotating parts, which helps to improve the mechanical characteristics and increase the life of the device.

Выполнение глухих отверстий на роторе и крышках с глубиной не более половины их диаметра обусловлено тем, что при дальнейшем углублении отверстий внутри него образуется застойная зона, не влияющая на процессы теплообразования, при одновременном ослаблении стенок ротора, что недопустимо при имеющих место условиях эксплуатации.The execution of blind holes on the rotor and covers with a depth of not more than half their diameter is due to the fact that with further deepening of the holes, a stagnant zone is formed inside it that does not affect heat generation processes, while the rotor walls are weakened, which is unacceptable under the operating conditions.

Размещение внутри корпуса жестко установленной сменной гильзы со сквозными отверстиями, расположенными параллельными диаметральными рядами, обусловлено:The placement inside the case of a rigidly installed replaceable sleeve with through holes located in parallel diametrical rows is due to:

во-первых, необходимостью обеспечения выполнения глухих отверстий на внутренней цилиндрической поверхности ротора;firstly, the need to ensure that blind holes are made on the inner cylindrical surface of the rotor;

во-вторых, исходя из ремонтопригодности данного устройства, так как при долговременной эксплуатации из-за действующих на все поверхности, имеющие контакт с жидкостью, сил трения и процессов кавитации неизбежно произойдет притупление острых кромок отверстий, расположенных на наружных поверхностях ротора и внутренних поверхностях гильзы, что приведет к снижению теплопроизводительности. В этом случае наряду с ротором и крышками возможна замена гильзы.secondly, based on the maintainability of this device, since during long-term operation due to acting on all surfaces in contact with the liquid, friction forces and cavitation processes, the sharp edges of the holes located on the outer surfaces of the rotor and the inner surfaces of the liner will inevitably which will lead to a decrease in heat production. In this case, along with the rotor and covers, a replacement sleeve is possible.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.Technical solutions with features distinguishing the claimed solution from the prototype are not known and do not follow explicitly from the prior art. This suggests that the claimed solution is new and has an inventive step.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где наThe invention is illustrated by drawings, where

Фиг.1 - схема устройства для нагрева жидкости,Figure 1 - diagram of a device for heating a liquid,

фиг.2 - схема расположения отверстий на съемной гильзе.figure 2 - arrangement of holes on a removable sleeve.

Устройство для нагрева жидкости содержит неподвижный корпус, состоящий из собственно цилиндрического корпуса 1 и двух симметричных относительно корпуса крышек 2, цилиндрическую полость 3. В корпусе жестко установлена гильза 4 со сквозными отверстиями 5, расположенными параллельными диаметральными рядами, ограниченными корпусом. Внутри цилиндрической полости гильзы и крышек установлен с возможностью вращения ротор 6, выполненный в виде полого цилиндра, закрепленного на вале 7, который посредством муфты 8 связан с электродвигателем 9. Совместно с крышками выполнены втулки, предназначенные для установки подшипников 10 и торцевых уплотнений 11, размещенных в камере 12. По центру цилиндричекой поверхности корпуса и гильзы под углом по направлению вращения ротора выполнен выпускной канал 13, а впускные каналы 14 размещены симметрично относительно корпуса на втулках крышек и связаны гидравлически с камерой для установки торцевых уплотнений, которая в свою очередь соединена с цилиндрической полостью. На торцах ротора и противолежащих им поверхностях крышек выполнены глухие отверстия 15, имеющие форму цилиндрической поверхности без фасок и округлений и размещенные по окружности в виде радиальных рядов. На цилиндрической поверхности ротора размещены аналогичные отверстия параллельными диаметральными рядами.A device for heating a liquid comprises a fixed casing, consisting of a cylindrical casing 1 proper and two covers 2 symmetrical with respect to the casing, a cylindrical cavity 3. A sleeve 4 is rigidly mounted in the casing, with through holes 5 arranged in parallel diametrical rows bounded by the casing. A rotor 6 mounted in the form of a hollow cylinder mounted on the shaft 7, which is connected to the electric motor 9 through the coupling 8, is rotatably mounted inside the cylindrical cavity of the liner and the covers. Together with the covers, bushings are made for mounting bearings 10 and mechanical seals 11 located in the chamber 12. In the center of the cylindrical surface of the housing and the sleeve at an angle in the direction of rotation of the rotor, an exhaust channel 13 is made, and the inlet channels 14 are placed symmetrically with respect to the housing on the sleeve bushings and hydraulically connected to a chamber for installing mechanical seals, which in turn is connected to a cylindrical cavity. At the ends of the rotor and the opposite surfaces of the covers, blind holes 15 are made, having the shape of a cylindrical surface without chamfers and roundings and placed around the circumference in the form of radial rows. Similar holes are arranged on the cylindrical surface of the rotor in parallel diametrical rows.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Через впускные каналы 14, максимально приближенные к валу 7, под давлением с обеих сторон корпуса 1 подается жидкость.Through the inlet channels 14, as close as possible to the shaft 7, a liquid is supplied under pressure from both sides of the housing 1.

После заполнения устройства жидкостью включается электродвигатель 9. Частота вращения составляет 3000 об/мин. Ротор 6, закрепленный на вале, вращается с той же скоростью. Жидкость под давлением, под действием центробежных сил от впускных каналов 14 перемещается к выпускному каналу 13. Здесь происходит сталкивание двух встречно направленных потоков жидкости, увеличение давления с выделением дополнительной тепловой энергии. При движении жидкости в зонах глухих отверстий 15 и сквозных отверстий 5, ограниченных корпусом 1, происходят многочисленные разрывы сплошного потока жидкости, приводящие к усилению процессов кавитации и трения. Эти процессы активизируются в области наибольшего давления, то есть в сознательно увеличенном по длине зазоре 0,5-4 мм между цилиндрическими поверхностями ротора и гильзы. Зона выпускного канала при данной гидравлической схеме устройства является пограничной, с наибольшими давлением и кавитационной активностью, следовательно, это зона наивысшей теплопроизводительности.After filling the device with liquid, the electric motor 9 is turned on. The rotation speed is 3000 rpm. The rotor 6 mounted on the shaft rotates at the same speed. The liquid under pressure, under the action of centrifugal forces from the inlet channels 14, moves to the outlet channel 13. Here, two opposing fluid flows collide, the pressure increases with the release of additional thermal energy. When the fluid moves in the areas of blind holes 15 and through holes 5 bounded by the housing 1, numerous discontinuities in the continuous flow of fluid occur, leading to increased cavitation and friction processes. These processes are activated in the region of greatest pressure, that is, in a gap of 0.5-4 mm deliberately increased along the length between the cylindrical surfaces of the rotor and the sleeve. The zone of the outlet channel with this hydraulic circuit of the device is boundary, with the highest pressure and cavitation activity, therefore, this is the zone of the highest heat output.

Claims

A device for heating a fluid, comprising a fixed housing having inlet channels, an exhaust channel mounted in the housing for rotation of a cylindrical rotor with blind holes on its cylindrical surface, characterized in that a sleeve with through holes located in parallel diameter rows is rigidly mounted in the housing, the housing is made in the form of the housing itself and two caps symmetrical with respect to the housing, the rotor is made in the form of a hollow cylinder, the exhaust channel is located in the center of the box whisker at an angle to the direction of rotation of the rotor, on the end surfaces of the rotor and the opposed inner surfaces they cover formed circumferentially blind holes in the form of radial rows, with the depth of holes is no more than half their diameter.