RU2310799C1

RU2310799C1 - Liquid heating device

Info

Publication number: RU2310799C1
Application number: RU2006109929/06A
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: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-11-20

Abstract

FIELD: heat power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to heat generators and it can be used for main and standby heating of rooms of any purpose, for hot water supply and heating of processing liquids. Proposed liquid heating device contains fixed split housing with inlet channels and outlet channel, and rotor with blind holes installed in housing for rotation. Housing and rotor consist of cylindrical and conical parts with diameter of cone base smaller than diameter of cylindrical part. Rotor is made hollow. Form of space is similar to form of rotor outer surface. through holes are made on conical parts of rotor and through and blind holes are made on cylindrical and end face surfaces of cylindrical part of rotor. Clearance between outer cylindrical surface of rotor and inner cylindrical surface of housing is made different in size owing to displacement of axes of generating circumferences of cylindrical surfaces of housing and rotor.

EFFECT: increased liquid heating efficiency.

2 cl, 2 dwg

Description

Устройство 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 device 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 F24J 3/00, опубл. №30 от 27.10.97 г.), содержащий камеру, снабженную патрубками подвода и отвода жидкости, установленный в камере ротор в виде закрепленных на валу 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 coolant heater (see patent RU No. 2094711, IPC F24J 3/00, publ. No. 30 of 10.27.97), containing a chamber equipped with nozzles for supplying and discharging liquid, mounted in the chamber rotor in the form of perforated mounted on the shaft drives. 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 низкая эффективность нагрева жидкости из-за большого количества дисков.The disadvantage of this device is the low efficiency of heating the liquid due to the large number of disks.

Известно устройство для нагревания текучей среды (см. патент US №5188090, МПК F24С 9/00 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.A device for heating a fluid (see US patent No. 5188090, IPC F24C 9/00 02/23/93), adopted as a 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.

Недостатком прототипа является низкая эффективность нагрева жидкости.The disadvantage of the prototype is the low efficiency of heating the liquid.

Предлагаемым изобретением решается задача: снижение энергозатрат.The proposed invention solves the problem: reducing energy consumption.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности нагрева жидкости.The technical result obtained by carrying out the invention is to increase the efficiency of heating the liquid.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для нагрева жидкости, содержащем неподвижный разъемный корпус, имеющий впускные каналы и выпускной канал, установленный в корпусе с возможностью вращения ротор с несквозными отверстиями, новым является то, что корпус и ротор имеют сложную форму, состоящую из цилиндрической и конических частей с диаметром основания конуса меньшим, чем диаметр цилиндрической части, ротор выполнен полым, причем форма полости аналогична форме наружной поверхности ротора, на конических частях ротора выполнены сквозные отверстия, а на цилиндрической и торцевой поверхностях цилиндрической части ротора выполнены сквозные и несквозные отверстия, зазор между наружной цилиндрической поверхностью ротора и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса выполнен различным по величине за счет смещения осей образующих окружностей цилиндрических поверхностей корпуса и ротора.The specified technical result is achieved in that in a device for heating a liquid containing a fixed detachable housing having inlet channels and an exhaust channel mounted in the housing with the possibility of rotation of the rotor with through holes, it is new that the housing and rotor have a complex shape, consisting of cylindrical and conical parts with a diameter of the base of the cone smaller than the diameter of the cylindrical part, the rotor is hollow, and the shape of the cavity is similar to the shape of the outer surface of the rotor, on the conical part the rotor through holes are made, and through and through holes are made on the cylindrical and end surfaces of the cylindrical part of the rotor, the gap between the outer cylindrical surface of the rotor and the inner cylindrical surface of the housing is made different in size due to the displacement of the axes of the forming circles of the cylindrical surfaces of the housing and rotor.

Выполнение корпуса и ротора в виде сложной поверхности, состоящей из цилиндрической части, к которой с обеих сторон прилегают своим основанием поверхности в виде усеченных конусов с диаметром основания меньшим, чем диаметр цилиндрической части, обусловлено,The implementation of the housing and the rotor in the form of a complex surface consisting of a cylindrical part, to which on both sides are adjacent the surface of the surface in the form of truncated cones with a base diameter smaller than the diameter of the cylindrical part, due to

во-первых, необходимостью обеспечения поступления жидкости в зону с наивысшей теплопроизводительностью с наименьшим гидравлическим сопротивлением. При данном исполнении корпуса и ротора прокачивание потока жидкости от впускных каналов к зазору, образованному корпусом и ротором в месте наибольшего их диаметра, происходит без резкого изменения направления движения жидкости, что обеспечивает ее подачу в эту зону с наименьшими потерями;firstly, the need to ensure the flow of fluid into the zone with the highest heat output with the least hydraulic resistance. With this design of the housing and the rotor, the pumping of the fluid flow from the inlet channels to the gap formed by the housing and the rotor in the place of their largest diameter occurs without a sharp change in the direction of movement of the fluid, which ensures its flow into this zone with the least loss;

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 для теплообразования наиболее эффективный участок прохождения жидкости между гильзой и цилиндрической поверхностью ротора.secondly, with such a shape 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 section of fluid passage between the sleeve and the cylindrical surface of the rotor for heat generation.

Выполнение ротора с внутренней полостью, форма которой аналогична форме наружной поверхности ротора, с наличием сквозных отверстий на конической части, сквозных и несквозных отверстий на цилиндрической и торцевых поверхностях цилиндрической части, обусловлено,The implementation of the rotor with an internal cavity, the shape of which is similar to the shape of the outer surface of the rotor, with the presence of through holes on the conical part, through and through holes on the cylindrical and end surfaces of the cylindrical part, due to

во-первых, необходимостью снижения массы вращающегося ротора и обеспечения благоприятных условий эксплуатации всей механической системы устройства в целом;firstly, the need to reduce the mass of the rotating rotor and ensure favorable operating conditions of the entire mechanical system of the device as a whole;

во-вторых, сквозные отверстия в обеих конических частях ротора, расположенные на минимальном расстоянии от вала, обеспечивает подачу жидкости во внутреннюю полость ротора в условиях пониженного давления с наименьшими потерями. Дальнейшее продвижение жидкости от вала к цилиндрической части корпуса происходит под действием центробежных сил по сужающейся полости, ограниченной топическими поверхностями, что приводит к повышению давления по мере ее продвижения к полости, образованной поверхностями цилиндрической части ротора,secondly, the through holes in both conical parts of the rotor, located at a minimum distance from the shaft, provide fluid to the inner cavity of the rotor under reduced pressure with minimal loss. Further advancement of the fluid from the shaft to the cylindrical part of the housing occurs under the action of centrifugal forces along the tapering cavity bounded by the topical surfaces, which leads to an increase in pressure as it moves to the cavity formed by the surfaces of the cylindrical part of the rotor,

в-третьих, за счет процессов, описанных выше, истечение жидкости из сквозных отверстий, расположенных на цилиндрической и торцевых поверхностях цилиндрической части ротора, происходит при повышенном давлении с высокой скоростью и выделением тепловой энергии. Попадая в зазор между цилиндрической и торцевыми поверхностями цилиндрической части ротора и противолежащими им поверхностями и гильзы со сквозными отверстиями, ограниченными корпусом, происходит дальнейший процесс выделения тепловой энергии;thirdly, due to the processes described above, the outflow of liquid from through holes located on the cylindrical and end surfaces of the cylindrical part of the rotor occurs at elevated pressure with high speed and the release of thermal energy. Getting into the gap between the cylindrical and end surfaces of the cylindrical part of the rotor and the opposite surfaces and sleeves with through holes bounded by the housing, there is a further process of the release of thermal energy;

в-четвертых, при данной гидравлической схеме в центральной области цилиндрической части корпуса происходит соединение трех разнонаправленных потоков жидкости, что вызывает дополнительный разрыв сплошной жидкостной среды и приводит к местному повышению давления и интенсификации процессов тепловыделения.fourthly, with this hydraulic circuit, in the central region of the cylindrical part of the body, three differently directed fluid flows are connected, which causes an additional rupture of the continuous liquid medium and leads to local increase in pressure and intensification of heat release processes.

Выполнение зазора между наружной цилиндрической поверхностью ротора и внутренней цилиндрической поверхностью гильзы различным по величине за счет смещения осей образующих окружностей цилиндрических поверхностей корпуса и ротора обусловлено необходимостью создания вращающегося пульсирующего потока жидкости, испытывающего многократные циклы разрежения или сжатия, приводящие к дополнительному выделению тепловой энергии. Величина смещения зависит от наименьшего зазора между ротором и гильзой и находится в пределах его трехкратной величины.The gap between the outer cylindrical surface of the rotor and the inner cylindrical surface of the liner is different in size due to the displacement of the axes of the forming circles of the cylindrical surfaces of the housing and the rotor due to the need to create a rotating pulsating fluid flow, experiencing multiple cycles of rarefaction or compression, leading to additional release of thermal energy. The magnitude of the displacement depends on the smallest gap between the rotor and the sleeve and is within its threefold value.

Сущность изобретения поясняется чертежами, гдеThe 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 цилиндрической части ротора и гильзы.figure 2 - arrangement of the cylindrical part of the rotor and the sleeve.

Устройство для нагрева жидкости содержит неподвижный разъемный корпус 1, имеющий сложную форму, состоящую из цилиндрической и конических частей. Внутри цилиндрической части корпуса жестко установлена гильза 2 со сквозными отверстиями 3. На опорных поверхностях корпуса размещены впускные каналы 4. На цилиндрической части корпуса с гильзой по их центру расположен выпускной канал 5. Внутри корпуса 1 с возможностью вращения на валу 6 жестко установлен ротор 7, имеющий сложную форму, состоящую из цилиндрической и конических частей с диаметром основания конуса меньшим, чем диаметр цилиндрической части. Ротор выполнен полым, причем форма полости 8 аналогична форме наружной поверхности ротора. На цилиндрической и торцевой поверхностях цилиндрической части ротора выполнены сквозные отверстия 9 и несквозные отверстия 10, а на конических поверхностях ротора выполнены сквозные отверстия 11. На поверхностях разъемных частей корпуса соосно со сквозными отверстиями 9, 10 выполнены несквозные отверстия 12. Вал 6 при помощи муфты 13 связан с электродвигателем 14. Впускные каналы 4 гидравлически соединены с полостями 15, где установлены уплотнения 16. Полость 15 соединена с внутренней полостью 17 корпуса. Вал 6 зафиксирован в подшипниковых опорах 18. Между наружной цилиндрической поверхностью ротора и внутренней цилиндрической поверхностью гильзы выполнен зазор (b), различный по величине за счет смещения осей образующих окружностей цилиндрических поверхностей корпуса и ротора. Величина смещения (а) зависит от наименьшего зазора между ротором и гильзой и находится в пределах его трехкратной величины.The device for heating the liquid contains a stationary detachable housing 1 having a complex shape, consisting of cylindrical and conical parts. Inside the cylindrical part of the casing, a sleeve 2 with through holes 3 is rigidly mounted. Inlet channels 4 are located on the supporting surfaces of the casing 4. On the cylindrical part of the casing with a sleeve, an exhaust channel 5 is located in their center. Inside the housing 1, a rotor 7 is rigidly mounted on the shaft 6, having a complex shape consisting of cylindrical and conical parts with a diameter of the base of the cone smaller than the diameter of the cylindrical part. The rotor is hollow, and the shape of the cavity 8 is similar to the shape of the outer surface of the rotor. Through holes 9 and through holes 10 are made on the cylindrical and end surfaces of the cylindrical part of the rotor, and through holes 11 are made on the conical surfaces of the rotor 11. Through holes are made coaxially with through holes 9, 10 on the surfaces of the detachable parts of the rotor 12. The shaft 6 with a sleeve 13 connected to the electric motor 14. The inlet channels 4 are hydraulically connected to the cavities 15 where the seals are installed 16. The cavity 15 is connected to the internal cavity 17 of the housing. The shaft 6 is fixed in the bearing bearings 18. Between the outer cylindrical surface of the rotor and the inner cylindrical surface of the sleeve, a clearance (b) is made, which is different in size due to the displacement of the axes of the forming circles of the cylindrical surfaces of the housing and the rotor. The amount of displacement (a) depends on the smallest clearance between the rotor and the sleeve and is within its threefold value.

Устройство для нагрева жидкости работает следующим образом. Через впускные каналы 4, максимально приближенные к валу 6, под давлением с обеих сторон разъемного корпуса 1 подается жидкость. После заполнения устройства жидкостью включается электродвигатель 14. Частота вращения составляет 3000 об/мин. Ротор 7, закрепленный на валу 6, вращается с той же скоростью. Жидкость под давлением, под действием центробежных сил от впускных каналов 4 через полость 15 с уплотнением 16 частично перемещается между коническими поверхностями корпуса 1 и ротора 7 в зону с наивысшей теплопроизводительностью полости, то есть в зону между цилиндрическими и торцевыми поверхностями корпуса 1 и ротора 7, где в областях сквозных и несквозных отверстий 9, 10, 12 происходит выделение тепловой энергии. Другая часть жидкости через сквозные отверстия 11 с обеих сторон ротора 7, сталкиваясь с выделением теплоты, поступает во внутреннюю полость 8 и устремляется за счет действия центробежных сил и давления, приложенного на входе, по сужающейся между коническими поверхностями полости к цилиндрической части ротора 7. Далее жидкость с повышенным давлением и скоростью через сквозные отверстия 9 с выделением тепловой энергии поступает в зону с наивысшей теплопроизводительностью, то есть в зону между цилиндрическими и торцевыми поверхностями корпуса 1 и ротора 7, где в областях сквозных и несквозных отверстий 9, 10, 12 происходит выделение тепловой энергии. В этой области происходит столкновение трех разнонаправленных потоков жидкости, сопровождающееся также выделением теплоты. Нагретая жидкость отводится через выпускной канал 5 и подается в прямую трубу теплопотребителя.A device for heating a liquid works as follows. Through the inlet channels 4, as close as possible to the shaft 6, liquid is supplied under pressure from both sides of the detachable housing 1. After filling the device with liquid, the electric motor 14 is turned on. The rotation speed is 3000 rpm. The rotor 7, mounted on the shaft 6, rotates at the same speed. The liquid under pressure, under the action of centrifugal forces from the inlet channels 4 through the cavity 15 with the seal 16 partially moves between the conical surfaces of the housing 1 and the rotor 7 in the area with the highest heat capacity of the cavity, that is, in the area between the cylindrical and end surfaces of the housing 1 and the rotor 7, where in the areas of through and through holes 9, 10, 12, heat energy is released. Another part of the liquid through the through holes 11 on both sides of the rotor 7, encountering heat, enters the internal cavity 8 and rushes due to the action of centrifugal forces and pressure applied at the inlet, tapering between the conical surfaces of the cavity to the cylindrical part of the rotor 7. Next a liquid with increased pressure and speed through the through holes 9 with the release of thermal energy enters the zone with the highest heat output, that is, the zone between the cylindrical and end surfaces of the body mustache 1 and rotor 7, where in the areas of through and through holes 9, 10, 12, heat energy is released. In this region, there occurs a collision of three differently directed fluid flows, which is also accompanied by the release of heat. The heated liquid is discharged through the exhaust channel 5 and is fed into a straight pipe of the heat consumer.

Claims

1. A device for heating a fluid containing a stationary detachable housing having inlet channels and an exhaust channel mounted in the housing for rotation with a rotor with through holes, characterized in that the housing and the rotor have a complex shape consisting of cylindrical and conical parts with a diameter of the base a cone smaller than the diameter of the cylindrical part, the rotor is hollow, and the shape of the cavity is similar to the shape of the outer surface of the rotor, through holes are made on the conical parts of the rotor, and on the cylinder Through and end surfaces of the cylindrical part of the rotor, through and through holes are made.

2. The device for heating the liquid according to claim 1, characterized in that the gap between the outer cylindrical surface of the rotor and the inner cylindrical surface of the housing is made different in size due to the displacement of the axes of the forming circles of the cylindrical surfaces of the housing and the rotor.