RU2332618C1

RU2332618C1 - Heating device for fluid medium

Info

Publication number: RU2332618C1
Application number: RU2007105386/06A
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: 2007-02-12
Filing date: 2007-02-12
Publication date: 2008-08-27

Abstract

FIELD: thermotechnics.

SUBSTANCE: device for heating of fluid medium refers to thermotechnics and can be used for heat- and hot water supply. There is a device for heating of fluid medium containing a fixed body with a cylindrical cavity and situated in it with a gap cylindrical rotor rigidly fixed on the axle with the possibility of rotation and with a number of irregularities or holes on the cylindrical surface. In the fixed body there is a second cavity in contact with the first one that similarly to the installed rotor contains the second rotor on the second axle, at this the rotors are installed with the possibility of contrarotating from independent drive motors, besides, on the cylindrical surface of each rotor there are rows of closed holes and rectangular slots, which smaller side coicides with the rotor's radius, the holes are made through with an exit to the end surfaces of the rotor, the outlet port is made coaxially with the taper hole joining cylindrical cavities and is placed in the centre of the body.

EFFECT: increase of efficiency with simultaneous increasing spending of fluid medium.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам, содержащим вращающиеся элементы для нагревания текучих сред, и может быть использовано для тепло- и горячего водоснабжения объектов промышленного и бытового назначения, нагрева технологических жидкостей.The invention relates to heat engineering, and in particular to devices containing rotating elements for heating fluids, and can be used for heat and hot water supply of industrial and domestic facilities, heating process liquids.

Известно устройство для нагревания текучей среды (см. US Patent № 5188090, 1993 г.), взятое за прототип. Устройство содержит неподвижный корпус с цилиндрической полостью и расположенный с зазором в этой полости цилиндрический ротор, который жестко установлен на валу с возможностью вращения. Цилиндрическая поверхность ротора имеет на цилиндрической поверхности определенное число неровностей или отверстий. Опорная шайба, которая служит для монтажа внутри нее подшипников и сальников, имеет полые части, которые соединяются с полостью между корпусом и ротором. В опорной шайбе сделаны впускные каналы, через которые текучая среда проходит в полость корпус/ротор в зоне вала. Корпус имеет один или более выпускных каналов, через которые текучая среда при повышенном давлении и температуре покидает устройство. Вал приводится в движение электродвигателем или другим двигателем.A device for heating a fluid (see US Patent No. 5188090, 1993), taken as a prototype. The device comprises a fixed housing with a cylindrical cavity and a cylindrical rotor located with a gap in this cavity, which is rigidly mounted on the shaft for rotation. The cylindrical surface of the rotor has a certain number of bumps or holes on the cylindrical surface. The support washer, which is used for mounting bearings and seals inside it, has hollow parts that connect to the cavity between the housing and the rotor. Inlet washers are made in the support washer through which fluid passes into the housing / rotor cavity in the shaft area. The housing has one or more outlet channels through which fluid leaves the device at elevated pressure and temperature. The shaft is driven by an electric motor or other motor.

Недостатком данного устройства является низкая теплопроизводительность из-за недостаточного нагрева имеющегося расхода текучей среды.The disadvantage of this device is the low heat output due to insufficient heating of the existing flow rate of the fluid.

Предлагаемым изобретением решается задача: повышение теплопроизводительности.The proposed invention solves the problem: increasing heat production.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности нагрева жидкости при одновременном увеличении расхода текучей среды.The present invention is aimed at achieving a technical result, which consists in increasing the efficiency of heating the liquid while increasing the flow rate of the fluid.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для нагревания текучей среды, содержащем неподвижный корпус с цилиндрической полостью и расположенный с зазором в этой полости цилиндрический ротор, который жестко установлен на валу с возможностью вращения и имеет на цилиндрической поверхности определенное число неровностей или отверстий, а корпус имеет, по крайней мере, один впускной канал и выпускной канал, новым является то, что в неподвижном корпусе выполнена вторая полость, соприкасающаяся с первой полостью, в которой аналогично установленному ротору расположен второй ротор на втором валу, причем роторы установлены с возможностью противоположного вращения от независимых приводных двигателей, кроме того, на цилиндрической поверхности каждого ротора последовательно размещены ряды глухих отверстий и прямоугольные пазы, меньшая сторона которых совпадает с радиусом ротора, пазы выполнены сквозными с выходом на торцы ротора, выпускной канал выполнен соосно с коническим отверстием, объединяющим цилиндрические полости, и размещен по центру корпуса.The specified technical result is achieved in that in a device for heating a fluid containing a stationary body with a cylindrical cavity and located with a gap in this cavity, a cylindrical rotor, which is rigidly mounted on the shaft with the possibility of rotation and has a certain number of irregularities or holes on the cylindrical surface, and the casing has at least one inlet channel and an outlet channel, it is new that in the stationary casing a second cavity is made in contact with the first cavity in which swarm, similarly to the installed rotor, the second rotor is located on the second shaft, and the rotors are mounted with the possibility of opposite rotation from independent drive motors, in addition, rows of blind holes and rectangular grooves, the smaller side of which coincides with the radius of the rotor, are sequentially placed on the cylindrical surface of each rotor, the grooves are made end-to-end with access to the ends of the rotor, the exhaust channel is made coaxially with a conical hole that combines cylindrical cavities, and is located in the center of the housing.

Соосно с впускными каналами размещены ускорители, внутренняя поверхность которых выполнена в виде сопла Лаваля или в иной форме, для придания потоку текучей среды ускорения.Accelerators are arranged coaxially with the inlet channels, the inner surface of which is made in the form of a Laval nozzle or in another form, to impart acceleration to the fluid flow.

На торцевых поверхностях роторов выполнены радиальные сужающиеся каналы.Radial tapering channels are made on the end surfaces of the rotors.

Выполнение корпуса в форме двух цилиндрических полостей обусловлено необходимостью создания двух вращающихся потоков текучей среды с целью их дальнейшего объединения перед поступлением в выпускной канал, причем объединение этих потоков происходит с увеличением скоростной составляющей.The execution of the body in the form of two cylindrical cavities is due to the need to create two rotating fluid flows in order to further combine them before entering the exhaust channel, and the combination of these flows occurs with an increase in the velocity component.

Внутренние цилиндрические поверхности полостей соприкасаются, соединяясь между собой в зоне выпускного канала, что позволяет объединить два потока вращающейся текучей среды с их одновременным активным перемешиванием, увеличением скорости при входе из зазора между вращающимися навстречу друг другу роторами и дальнейшим торможением перед выпускным каналом, что сопровождается выделением тепловой энергии.The inner cylindrical surfaces of the cavities are in contact, connecting with each other in the area of the exhaust channel, which allows you to combine two streams of rotating fluid with their simultaneous active mixing, increasing speed when entering from the gap between the rotors rotating towards each other and further braking in front of the exhaust channel, which is accompanied by the allocation thermal energy.

Роторы установлены с возможностью вращения от независимых приводных двигателей, каждый в соответствующей полости, причем направление их вращения противоположно. Расположение приводных двигателей может быть произвольным, то есть или с одной стороны корпусов, или с противоположных сторон, и обусловлено только их габаритными размерами. Противоположное направление вращения роторов обеспечивает однонаправленное движение потоков вращающейся текучей среды, их объединение и дальнейшее движение в одном направлении.The rotors are mounted rotatably from independent drive motors, each in a respective cavity, the direction of rotation being opposite. The location of the drive motors can be arbitrary, that is, either on one side of the housings, or on opposite sides, and is determined only by their overall dimensions. The opposite direction of rotation of the rotors provides unidirectional movement of the flows of a rotating fluid, their combination and further movement in one direction.

Наличие конического отверстия в корпусе перед выпускным каналом обусловлено необходимостью эффективного объединения двух вращающихся потоков текучей среды, формирования общего потока, торможения с целью поддержания в этой зоне повышенного давления, что является необходимым условием для поддержания высокой теплопроизводительности.The presence of a conical hole in the housing in front of the exhaust channel is due to the need for effective combination of two rotating fluid flows, the formation of a common flow, and braking in order to maintain high pressure in this zone, which is a necessary condition for maintaining high heat output.

Чередование рядов глухих отверстий на цилиндрической поверхности каждого ротора со сквозными прямоугольными пазами, у которых меньшая сторона совпадает с радиусом ротора, обусловлено необходимостью повышения эффективности прокачивания потока текучей среды через устройство. Увеличение расхода способствует полной его загрузке по мощности и оптимальному режиму теплообразования. Одновременно с интенсивным вовлечением текучей среды во вращательное движение за счет прямоугольных пазов происходит образование локальных вихревых образований в текучей среде в зоне глухих отверстий, сопровождающееся выделением тепловой энергии.The alternation of rows of blind holes on the cylindrical surface of each rotor with through rectangular grooves, whose smaller side coincides with the radius of the rotor, is due to the need to increase the efficiency of pumping the fluid flow through the device. The increase in flow rate contributes to its full load in terms of power and optimal heat generation mode. Simultaneously with the intensive involvement of the fluid in the rotational motion due to the rectangular grooves, the formation of local vortex formations in the fluid in the zone of blind holes, accompanied by the release of thermal energy.

Размещение соосно с впускными каналами ускорителей, внутренняя поверхность которых выполнена в виде сопла Лаваля или в иной форме, обусловлено необходимостью придания потоку текучей среды, поступающему во внутреннюю полость, значительного ускорения. Ускоренный поток текучей среды тормозится о торцевые поверхности ротора с выделением тепловой энергии и перемещается к цилиндрической поверхности ротора, где происходят основные процессы тепловыделения. Таким образом, процессы теплообразования активизируются, повышается теплопроизводительность.The placement coaxially with the inlet channels of the accelerators, the inner surface of which is made in the form of a Laval nozzle or in another form, due to the need to give the fluid flow entering the internal cavity significant acceleration. The accelerated fluid flow is braked on the end surfaces of the rotor with the release of thermal energy and moves to the cylindrical surface of the rotor, where the main processes of heat release occur. Thus, the processes of heat generation are activated, and heat production is increased.

Выполнение на торцевых поверхностях роторов радиально расположенных сужающихся каналов обусловлено необходимостью обеспечения поступления текучей среды к цилиндрическим поверхностям корпуса и роторов с наименьшими гидравлическими потерями и при повышенных скоростях.The execution on the end surfaces of the rotors of radially arranged narrowing channels is due to the need to ensure the flow of fluid to the cylindrical surfaces of the housing and rotors with the least hydraulic losses and at higher speeds.

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 изображено устройство для нагревания текучей среды, общий вид;figure 1 shows a device for heating a fluid, General view;

фиг.2 - схема расположения глухих отверстий и прямоугольных пазов на роторе;figure 2 - arrangement of blind holes and rectangular grooves on the rotor;

фиг.3 - схема расположения радиальных сужающихся каналов на торцевых поверхностях ротора.figure 3 - arrangement of radial tapering channels on the end surfaces of the rotor.

Устройство для нагревания текучей среды состоит из неподвижного корпуса 1, имеющего две цилиндрических полости 2, внутри которых с возможностью противоположного вращения на валах 3 жестко закреплены цилиндрические роторы 4. Валы 3 установлены в подшипниковых опорах 5 и уплотнены сальниками 6. Подшипниковые опоры 5 и сальники 6 размещены в опорных шайбах 7, выполненных совместно с корпусом 1. На цилиндрических поверхностях каждого ротора 4 выполнены ряды глухих отверстий 8, чередующиеся с прямоугольными пазами 9, меньшая сторона которых совпадает с радиусом ротора. Пазы выполнены сквозными с выходом на торцы ротора 4. На торцевых поверхностях корпуса 1 над опорными шайбами 7 размещены впускные каналы 10, соосно с которыми установлены ускорители 11, внутренняя поверхность которых выполнена в виде сопла Лаваля. На торцевых поверхностях роторов 4 радиально расположены сужающиеся каналы 12. Выпускной канал 13 выполнен соосно с коническим отверстием 14, объединяющим цилиндрические полости 2, и размещен по центру корпуса 1. Валы 3 связаны с приводными двигателями 15 посредством муфт 16.A device for heating a fluid consists of a fixed housing 1 having two cylindrical cavities 2, inside of which cylindrical rotors 4 are rigidly mounted on the shafts 3 with the possibility of opposite rotation. The shafts 3 are mounted in bearing bearings 5 and sealed with oil seals 6. Bearing bearings 5 and oil seals 6 placed in the supporting washers 7, made in conjunction with the housing 1. On the cylindrical surfaces of each rotor 4 there are rows of blind holes 8, alternating with rectangular grooves 9, the smaller side of which coincides is the rotor radius. The grooves are made through with an exit to the ends of the rotor 4. On the end surfaces of the housing 1 above the support washers 7, inlet channels 10 are placed coaxially with which accelerators 11 are installed, the inner surface of which is made in the form of a Laval nozzle. Tapering channels 12 are radially located on the end surfaces of the rotors 4. The exhaust channel 13 is made coaxially with a conical hole 14 uniting the cylindrical cavities 2 and is located in the center of the housing 1. The shafts 3 are connected to the drive motors 15 by means of couplings 16.

Устройство для нагревания текучей среды работает следующим образом.A device for heating a fluid works as follows.

Текучая среда под давлением подается к ускорителям 11. После заполнения текучей средой устройства включаются двигатели 15, передающие противоположное вращение через муфту 16 к валам 3 с роторами 4. Противоположное направление вращения роторов обеспечивает однонаправленное движение потоков вращающейся текучей среды, их объединение и дальнейшее движение в одном направлении. Ускоренный поток от ускорителей 11 через впускные каналы 10 поступает в цилиндрические полости 2 и тормозится с выделением тепловой энергии о торцевые стенки роторов 4. Далее движение текучей среды происходит между торцевыми поверхностями корпуса 1 и роторов 4. Параллельно текучая среда с ускорением перемещается по радиальным сужающимся каналам 12. Перед объединением двух потоков происходит интенсивное вовлечение текучей среды во вращательное движение за счет прямоугольных пазов. В зоне глухих отверстий 8 между цилиндрическими поверхностями роторов 4 и корпуса 1 за счет разрыва сплошного потока и образующихся вихревых воронок происходят активные процессы тепловыделения. В зоне конического отверстия 14, объединяющего цилиндрические полости 2 и соосного с ним выпускного канала 13, происходит столкновение двух вращающихся потоков текучей среды, перемещающихся от впускных каналов 10, что также сопровождается выделением тепловой энергии. Через выпускной канал 13 нагретая текучая среда поступает в систему теплопотребления.The fluid under pressure is supplied to the accelerators 11. After filling the fluid of the device, the motors 15 are turned on, transmitting the opposite rotation through the clutch 16 to the shafts 3 with the rotors 4. The opposite direction of rotation of the rotors provides unidirectional movement of the flow of the rotating fluid, their combination and further movement in one direction. The accelerated flow from the accelerators 11 through the inlet channels 10 enters the cylindrical cavities 2 and is inhibited by the release of thermal energy on the end walls of the rotors 4. Further, the fluid flows between the end surfaces of the housing 1 and the rotors 4. In parallel, the fluid moves with acceleration along the radial tapering channels 12. Before combining the two streams, the fluid is intensively involved in the rotational motion due to the rectangular grooves. In the zone of blind holes 8 between the cylindrical surfaces of the rotors 4 and the housing 1 due to the discontinuity of the continuous flow and the resulting vortex funnels, active heat generation processes occur. In the area of the conical opening 14, which combines the cylindrical cavities 2 and the outlet channel 13 coaxial with it, there is a collision of two rotating fluid flows moving from the inlet channels 10, which is also accompanied by the release of thermal energy. Through the exhaust channel 13, the heated fluid enters the heat consumption system.

Claims

1. A device for heating a fluid containing a stationary body with a cylindrical cavity and a cylindrical rotor located with a gap in this cavity, which is rigidly mounted on the shaft with the possibility of rotation and has a certain number of irregularities or holes on the cylindrical surface, and the body has at least , one inlet channel and an outlet channel, characterized in that the second cavity is made in the stationary housing in contact with the first cavity, in which, similarly to the installed rotor, the second the second rotor on the second shaft, and the rotors are mounted with the possibility of opposite rotation from independent drive motors, in addition, rows of blind holes and rectangular grooves, the smaller side of which coincides with the radius of the rotor, are sequentially placed on the cylindrical surface of each rotor, the grooves are made through with an exit to the ends the rotor, the exhaust channel is made coaxially with a conical hole that combines the cylindrical cavity, and is located in the center of the housing.

2. The device according to claim 1, characterized in that the accelerators are arranged coaxially with the inlet channels, the inner surface of which is made in the form of a Laval nozzle or in another form to impart acceleration to the fluid flow.

3. The device according to claim 1, characterized in that the radial tapering channels are made on the end surfaces of the rotors.