RU2332619C1

RU2332619C1 - Heat steam generator

Info

Publication number: RU2332619C1
Application number: RU2007105387/06A
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: invention refers to thermotechnics and namely to heat steam generators and can be used for heat supply of rooms of different purpose. Heat steam generator contains a heating module in the form of a stator with a cylindrical cavity and a rotor installed with a gap into this cavity that is a fixed on the axle disk with closed holes on the cylindrical surface and end surfaces. The stator contains similar holes on the opposite surfaces and has a hole of the inlet channel for the fluid from the feed pipeline and a hole of the outlet channel connected with the distributing system through a transducer for providing vapour generation. Heat steam generator is equipped with a number of transducers, whose inner surface is made in the form of de Laval nozzle, at this all transducers in the set have different nozzle throat diameters d_ntd and different diameter ration of the outlet and inlet channel holes d_out/d_in.

EFFECT: increase of fluid heating efficiency and its evaporation.

3 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к теплопарогенераторам, и может быть использовано для теплоснабжения помещений различного назначения, приспособленных для парового отопления, для нужд тех отраслей промышленности и жизнедеятельности человека, где используется пар.The invention relates to heat engineering, namely to heat and steam generators, and can be used for heat supply of premises for various purposes, adapted for steam heating, for the needs of those industries and human activities where steam is used.

Известно устройство для нагрева жидкости, представляющее собой нагревательный модуль (см. патент RU 2290573, F24J 3/00, 27.12.2006 г., бюл. N36), взятое за прототип. Нагревательный модуль выполнен в виде корпуса-статора с цилиндрической полостью и установленного с зазором в эту полость диска-ротора с глухими отверстиями, выполненными на цилиндрической поверхности и торцах диска, и с подобными отверстиями на противолежащих поверхностях статора, имеющего входной канал для жидкости от подающей системы и выходной канал, связанный с распределяющей системой через преобразователь для обеспечения парообразования.A device for heating a liquid is known, which is a heating module (see patent RU 2290573, F24J 3/00, 12/27/2006, bull. N36), taken as a prototype. The heating module is made in the form of a stator housing with a cylindrical cavity and installed with a gap in this cavity of the rotor disk with blind holes made on the cylindrical surface and the ends of the disk, and with similar holes on opposite surfaces of the stator having an inlet channel for liquid from the feed system and an output channel connected to the distribution system via a converter to provide vaporization.

Недостатками прототипа являются недостаточное использование функциональных возможностей устройства и недостаточная теплопроизводительность.The disadvantages of the prototype are the insufficient use of the functionality of the device and insufficient heat output.

Предлагаемым изобретением решается задача: повышение теплопроизводительности при более высоком использовании функциональных возможностей теплопарогенератора.The present invention solves the problem: increasing heat production with a higher use of the functionality of the heat generator.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности нагрева жидкости, превращении ее в пар с дальнейшей подготовкой пара к отправке потребителю.The present invention is aimed at achieving a technical result, which consists in increasing the efficiency of heating the liquid, turning it into steam with further preparation of the steam for dispatch to the consumer.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом теплопарогенераторе, состоящем из нагревательного модуля в виде статора с цилиндрической полостью и установленного с зазором в эту полость ротора, представляющего собой закрепленный на вале диск, с выполненными глухими отверстиями на цилиндрической поверхности и торцах ротора-диска и с подобными отверстиями на противолежащих поверхностях статора, имеющего отверстие входного канала для жидкости от подающей системы и отверстие выходного канала, связанное с распределяющей системой через преобразователь для обеспечения парообразования, новым является то, что теплопарогенератор снабжен набором преобразователей, внутренняя поверхность которых выполнена в форме сопла Лаваля, причем все преобразователи в наборе имеют различные диаметры критического сечения d_кр и различные соотношения диаметров выходного и входного отверстий d_вых/d_вх.The specified technical result is achieved in that in the proposed heat generator, consisting of a heating module in the form of a stator with a cylindrical cavity and installed with a gap in this cavity of the rotor, which is a disk mounted on the shaft, with blind holes made on the cylindrical surface and the ends of the rotor-disk and with similar openings on opposing surfaces of the stator having an opening of an inlet channel for liquid from a supply system and an opening of an outlet channel associated with a distribution yoke through the converter for vaporization, new is that the Heat steam is provided with a set of transducers, the inner surface of which is made in the form of a Laval nozzle, wherein all the transducers in the set have different diameters critical section d _kr and high ratio of output and input openings of diameters d _O / d _input

Преобразователь, соосно установленный с выходным каналом для отвода жидкости, является основным элементом, влияющим на эффективность процесса перехода жидкости в пар. Это обусловлено тем, что к выходному отверстию жидкость поступает максимально нагретой в зазоре между внутренними поверхностями статора и поверхностями вращающегося диска. Проходное сечение преобразователя выполнено с диаметром, меньшим чем входное отверстие канала для подвода жидкости, что обеспечивает дросселирование нагретого однокомпонентного потока жидкости, сопровождающееся изменением его агрегатного состояния с переходом из однофазного состояния в двухфазное. При этом основным фактором, влияющим на эффективность теплопарообразования, является процесс перехода жидкости в пар в сопле Лаваля, в форме которого выполнена внутренняя поверхность преобразователя. В критическом (минимальном) сечении патрубка d_кр происходит "запирание" жидкости по расходу и давлению, поэтому перегрев двухфазной смеси возрастает, что приводит к образованию течения вскипающей (самоиспаряющейся) жидкости через сужающее устройство, из которых наиболее эффективным, в данном случае, является сопло Лаваля. Таким образом, полученный пар имеет высокие потребительские показатели. Причем поверхность, выполненная в форме сопла Лаваля, имеет меньшее гидравлическое сопротивление по сравнению с различными дроссельными насадками, что позволяет сократить непроизводительные затраты на прокачивание жидкости и пара.The transducer, coaxially mounted with the outlet channel for draining the liquid, is the main element affecting the efficiency of the process of transition of the liquid into steam. This is due to the fact that the fluid enters the maximum outlet heated up in the gap between the internal surfaces of the stator and the surfaces of the rotating disk. The transducer cross-section is made with a diameter smaller than the inlet of the fluid supply channel, which ensures the throttling of the heated single-component fluid flow, accompanied by a change in its state of aggregation with a transition from a single-phase to a two-phase state. In this case, the main factor affecting the efficiency of heat generation is the process of transition of liquid into steam in the Laval nozzle, in the form of which the inner surface of the converter is made. In the critical (minimum) cross-section of the nozzle d _cr , the liquid “shuts off” in flow and pressure, therefore, overheating of the two-phase mixture increases, which leads to the formation of a flow of boiling (self-evaporating) liquid through the narrowing device, of which the nozzle is most effective, in this case, Laval. Thus, the resulting steam has high consumer performance. Moreover, the surface, made in the form of a Laval nozzle, has lower hydraulic resistance compared to various throttle nozzles, which reduces the unproductive costs of pumping liquid and steam.

Диаметр критического сечения d_кр и соотношение диаметров выходного и входного отверстий d_вых/d_вх преобразователя могут изменяться и подбираются для конкретных условий потребления пара. При изменении данных параметров происходит изменение скорости парообразования, а также его качественных показателей.The diameter of the critical section d _cr and the ratio of the diameters of the outlet and inlet openings d _o / d _{in of the} converter can vary and are selected for specific conditions of steam consumption. When changing these parameters, there is a change in the rate of vaporization, as well as its quality indicators.

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 изображен теплопарогенератор, общий вид;figure 1 shows a heat generator, a General view;

фиг.2 изображена внутренняя поверхность преобразователя (сопло Лаваля);figure 2 shows the inner surface of the Converter (Laval nozzle);

фиг.3 изображен теплопарогенератор, общий вид схемы подключения.figure 3 shows a heat and steam generator, a General view of the connection diagram.

Теплопарогенератор состоит из нагревательного модуля 1, соединенного с преобразователем 2 для обеспечения парообразования. Нагревательный модуль выполнен в виде статора 3 с цилиндрической полостью 4 и ротора 5, расположенного с зазором в этой полости. Ротор 5 установлен с возможностью вращения и представляет собой жестко закрепленный на валу 6 диск. Вал зафиксирован в подшипниковой опоре 7, уплотнен торцевым уплотнением 8 и через муфту 9 соединен с электродвигателем 10. На цилиндрической поверхности и торцах ротора-диска 5 и противолежащих поверхностях статора 3 выполнены глухие отверстия 11, а сквозные отверстия 12 на роторе 5 выполнены в непосредственной близости от вала 6. Отверстие входного канала 13 для жидкости от подающей системы размещено соосно с валом 6 на торцевой поверхности статора 3. Отверстие выходного канала 14 связано с распределяющей системой через преобразователь 2 для обеспечения парообразования и выполнено в цилиндрической стенке статора 3. Подающая система состоит из редукционного клапана 15, обратного клапана 16, бака-деаэратора 17 и нагнетательного насоса 18, а распределяющая система состоит из ограничительного термостата 19, ограничительного прессостата 20, сепаратора 21, конденсатоотводчика 22, редукционного клапана 23. Для регулирования частоты вращения электродвигателя 10, от которой зависит эффективность процесса парообразования, служит шкаф автоматического управления 24.The heat and steam generator consists of a heating module 1 connected to a converter 2 to provide vaporization. The heating module is made in the form of a stator 3 with a cylindrical cavity 4 and a rotor 5 located with a gap in this cavity. The rotor 5 is mounted for rotation and is a disk rigidly mounted on the shaft 6. The shaft is fixed in the bearing support 7, sealed by a mechanical seal 8 and through a coupling 9 connected to an electric motor 10. Blind holes 11 are made on the cylindrical surface and ends of the rotor-disk 5 and opposite surfaces of the stator 3, and through holes 12 on the rotor 5 are made in close proximity from the shaft 6. The hole of the inlet channel 13 for liquid from the supply system is placed coaxially with the shaft 6 on the end surface of the stator 3. The hole of the outlet channel 14 is connected to the distribution system through the converter 2 for both vaporization cookies and is made in the cylindrical wall of the stator 3. The feed system consists of a pressure reducing valve 15, a check valve 16, a deaerator tank 17 and a pressure pump 18, and the distribution system consists of a restriction thermostat 19, a restriction pressure switch 20, a separator 21, a steam trap 22, pressure reducing valve 23. To control the speed of the electric motor 10, which determines the efficiency of the process of vaporization, serves as an automatic control cabinet 24.

Теплопарогенератор работает следующим образом. Холодная вода из сети через редукционный клапан 15 и клапан обратный 16 поступает в бак-деаэратор 17. При помощи редукционного клапана 15 регулируется давление воды, поступающей в бак-деаэратор 17. Из бака-деаэратора 17 посредством нагнетательного насоса 18 вода под давлением подается к отверстию входного канала 13 для подвода жидкости нагревательного модуля 1. Включается электродвигатель 10. Вращение с него через муфту 9 передается на вал 6 с ротором-диском 5. Далее за счет сил трения в жидкости при включенном электродвигателе 10 между внутренними поверхностями статора и торцевыми и цилиндрическими поверхностями ротора 5 за счет разрыва сплошного потока жидкости в зонах вихревых образований в областях глухих отверстий 11 происходят активные процессы тепловыделения. Сквозные отверстия 12 служат для обеспечения поступления потока нагреваемой жидкости в зазор между противоположной торцевой поверхностью статора 3 и торцевой поверхностью ротора-диска 5. Через отверстие выходного канала 14 для отвода жидкости нагретая вода попадает в преобразователь 2, выполненный в форме сопла Лаваля. В преобразователе 2 происходит наиболее эффективный процесс парообразования. В дальнейшем пар попадает в сепаратор 21, где происходит отделение от пара остатков влаги. Ограничительный термостат 19, ограничительный прессостат 20, установленные в магистрали, соединяющей преобразователь 2 и сепаратор 21, служат для защиты термопарогенератора соответственно от перегрева и превышения давления. Сухой пар через верхнюю часть сепаратора 21 поступает к потребителю, а отделенная вода направляется через конденсатоотводчик 22 обратно в бак-деаэратор 17. Давление пара, поступающего в сеть, регулируется с помощью редукционного клапана 23.The heat and steam generator works as follows. Cold water from the network through a pressure reducing valve 15 and a non-return valve 16 enters the deaerator tank 17. The pressure of the water entering the deaerator tank 17 is regulated by means of the pressure reducing valve 15. From the deaerator tank 17, pressure water is supplied to the hole through the pressure pump 18 the input channel 13 for supplying fluid to the heating module 1. The motor 10 is turned on. The rotation from it through the clutch 9 is transmitted to the shaft 6 with the rotor-disk 5. Further, due to the friction forces in the fluid when the electric motor 10 is switched on between the internal and the end surface of the stator and the cylindrical surfaces of the rotor 5 due to the rupture of the continuous fluid flow in the zones of vortex formations in the areas of blind holes 11 there are active heat processes. The through holes 12 serve to ensure the flow of the heated fluid into the gap between the opposite end surface of the stator 3 and the end surface of the rotor disk 5. Through the opening of the outlet channel 14 for draining the liquid, the heated water enters the transducer 2, made in the form of a Laval nozzle. In the Converter 2 is the most efficient process of vaporization. Subsequently, the steam enters the separator 21, where the moisture residues are separated from the vapor. The restriction thermostat 19, the restriction pressure switch 20, installed in the line connecting the converter 2 and the separator 21, serve to protect the steam generator, respectively, from overheating and overpressure. Dry steam through the upper part of the separator 21 enters the consumer, and the separated water is directed through the steam trap 22 back to the tank deaerator 17. The pressure of the steam entering the network is regulated using a pressure reducing valve 23.

Регулирование количества выработанного пара в соответствии с его реальным расходом осуществляется за счет изменения числа оборотов электродвигателя путем изменения частоты его вращения, которая регулируется шкафом автоматического управления 24. При изменении числа оборотов электродвигателя скорость нагревания жидкости в зазоре между внутренними поверхностями статора и поверхностями вращающегося диска соответственно изменяется в большую или меньшую сторону.The amount of steam generated in accordance with its actual flow rate is controlled by changing the number of revolutions of the electric motor by changing its frequency of rotation, which is controlled by the automatic control cabinet 24. When the number of revolutions of the electric motor changes, the rate of heating of the liquid in the gap between the internal surfaces of the stator and the surfaces of the rotating disk changes accordingly up or down.

Claims

A heat and steam generator, consisting of a heating module in the form of a stator with a cylindrical cavity and installed with a gap in this cavity of the rotor, which is a disk mounted on the shaft, with blind holes made on the cylindrical surface and the ends of the rotor-disk and with similar holes on opposite surfaces of the stator having a liquid inlet channel opening from a supply system and an output channel opening connected to a distribution system through a converter to provide vaporization characterized in that the heat and steam generator is equipped with a set of converters, the inner surface of which is made in the form of a Laval nozzle, and all converters in the set have different diameters of the critical section d _cr and different ratios of the diameters of the outlet and inlet openings d _o / d _in .