RU2378585C1 - Turbulent type heat-steam generator - Google Patents
Turbulent type heat-steam generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2378585C1 RU2378585C1 RU2008131972/06A RU2008131972A RU2378585C1 RU 2378585 C1 RU2378585 C1 RU 2378585C1 RU 2008131972/06 A RU2008131972/06 A RU 2008131972/06A RU 2008131972 A RU2008131972 A RU 2008131972A RU 2378585 C1 RU2378585 C1 RU 2378585C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wheel
- housing
- shaft
- centrifugal
- stator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области гидронасосов или других устройств, содержащих в качестве основного рабочего элемента колесо центробежное. Более конкретно, предлагаемое изобретение относится к теплогенераторам вихревого типа, преобразующим механическим способом с помощью колеса центробежного энергию электрического тока в тепловую энергию жидкости.The present invention relates to the field of hydraulic pumps or other devices containing a centrifugal wheel as the main working element. More specifically, the present invention relates to vortex-type heat generators that transform mechanically by means of a centrifugal wheel the energy of an electric current into the thermal energy of a liquid.
Такие энергоустановки применяются в закрытых автономных системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения объектов, в том числе жилых зданий, а также в технологических процессах нагрева жидкости и воздуха.Such power plants are used in closed autonomous heating, ventilation and hot water supply systems of facilities, including residential buildings, as well as in technological processes of heating liquid and air.
Известен ряд энергоустановок для преобразования энергии электрического тока в тепловую энергию жидкости с помощь колеса центробежного: RU 2094711, RU 2197688, RU 2201562, RU 2258875, RU 2257514, RU 2270965 и другие.A number of power plants are known for converting electric current energy into thermal energy of a liquid using a centrifugal wheel: RU 2094711, RU 2197688, RU 2201562, RU 2258875, RU 2257514, RU 2270965 and others.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является энергоустановка [1] - «Насос-теплогенератор», RU 2160417 С2, 10.12.2000, содержащая полый корпус с входным и выходным патрубками для подвода нагреваемой и отвода нагретой жидкости соответственно и расположенные внутри корпуса вал с сальниками и подшипникам и ротором в виде колеса центробежного двухпоточной конструкции с отверстиями по периферии, а также статор с отверстиями, установленный коаксиально ротору.The closest technical solution to the claimed one is the power plant [1] - “Pump-heat generator”, RU 2160417 C2, 10.12.2000, comprising a hollow body with inlet and outlet nozzles for supplying heated and discharging heated fluid, respectively, and a shaft with glands located inside the housing and bearings and the rotor in the form of a wheel of a centrifugal double-flow design with holes on the periphery, as well as a stator with holes mounted coaxially to the rotor.
Рассматривая указанную энергоустановку в качестве прототипа, отметим ряд существенных недостатков, присущих ей:Considering the specified power plant as a prototype, we note a number of significant disadvantages inherent in it:
1. Сложная конструкция составного колеса центробежного в изготовлении.1. The complex construction of the centrifugal compound wheel in manufacture.
2. Периферийная часть колеса массивна и тяжела по сравнению с крыльчаткой, что обуславливает ограничение скорости вращения колеса по прочности конструкции в целом.2. The peripheral part of the wheel is massive and heavy compared to the impeller, which leads to a limitation of the speed of rotation of the wheel on the strength of the structure as a whole.
3. Большие радиальные нагрузки на подшипники вала из-за большой массы колеса и требуемой, не менее 3000 об/мин, скорости его вращения.3. Large radial loads on the shaft bearings due to the large mass of the wheel and the required, at least 3000 rpm, speed of rotation.
4. Трудность обеспечения взаимной центровки элементов конструкции.4. The difficulty of ensuring mutual alignment of structural elements.
5. Статор вообще не имеет крепления в корпусе, повис в воздухе!?5. The stator does not have a mount in the housing at all, hung in the air !?
6. Характер течения жидкости в самом колесе центробежном прерывистый, пульсирующий, нестационарный.6. The nature of the fluid flow in the centrifugal wheel is intermittent, pulsating, unsteady.
7. Характер течения жидкости в момент выхода ее из колеса центробежного прерывистый, нестационарный.7. The nature of the fluid flow at the time of its exit from the centrifugal wheel is intermittent, unsteady.
8. Колесо работает в корпусе, постоянно заполненном жидкостью.8. The wheel operates in a housing constantly filled with liquid.
9. Гидродинамическая проточная часть колеса - двухпоточная.9. The hydrodynamic flow part of the wheel is dual-flow.
10. Низкая эффективность работы данной энергоустановки. Приведенные недостатки условно можно разделить на три группы.10. Low efficiency of this power plant. The above disadvantages can conditionally be divided into three groups.
Первая группа - недостатки по пунктам 1, 2, 3, 4, 5.The first group - deficiencies in
Вторая группа - недостатки по пунктам 6, 7, 8, 9.The second group - deficiencies in
Третья группа - недостаток по пункту 10.The third group is a deficiency in
Первая группа недостатков по п.1-5 принципиальна, но не критична, так как, во-первых, эти недостатки имеют конструкторский характер и устранение их не приведет к значимому повышению характеристик этой конструкции; во-вторых, к физическим процессам, протекающим в энергоустановке, имеют малозначимое отношение.The first group of shortcomings according to claims 1-5 is fundamental, but not critical, since, firstly, these shortcomings are of a design nature and their elimination will not lead to a significant increase in the characteristics of this design; secondly, to physical processes occurring in a power plant, have little meaning.
К этой группе замечаний необходимо добавить еще одно, но существенное замечание. В таких энергоустановках теплоносителем является высокотемпературная жидкость под давлением, поэтому наиболее слабым элементом в их конструкции является сальнико-подшипниковый узел соединения вала колеса с корпусом. Надежность и долговечность энергоустановки полностью зависят от качества защиты подшипникового узла. Из практики таких энергоустановок известно, что ресурс работы сальников значительно меньше ресурса работы подшипников, поэтому необходимо, чтобы ресурс сальникового уплотнения соответствовал ресурсу подшипников.To this group of comments it is necessary to add one more, but significant remark. In such power plants, the coolant is a high-temperature liquid under pressure; therefore, the most weak element in their design is the stuffing-bearing unit for connecting the wheel shaft to the housing. Reliability and durability of power plants are completely dependent on the quality of protection of the bearing assembly. From the practice of such power plants it is known that the life of the glands is much less than the life of the bearings, so it is necessary that the life of the gland packing corresponds to the life of the bearings.
Вторая группа - недостатки по п.6-9, имеющие самое прямое отношение к процессам, определяющим эффективность работы и колеса центробежного и энергоустановки в целом.The second group - the shortcomings of claim 6-9, which are most directly related to the processes that determine the efficiency of the centrifugal and power plant wheels and the power plant as a whole.
Замечание по пункту 6 и 7.Comment on
Прерывистый, пульсирующий, нестационарный характер течения жидкости в каналах колеса центробежного приводит к существенной потере полного давления в потоке жидкости, которое уже не восполнить за счет центробежных сил. Более того, в работе данной конструкции обнаруживается нелепая ситуация, при которой струям жидкости уже нужно выходить из канала с большой скоростью, а они в этот момент времени еще или не успели разогнаться после резкой предыдущей остановки, или уже резко тормозятся согласно фазе процесса вращения колеса центробежного относительно статора. Нужен мощный кинетический импульс струй жидкости на выходе их из колеса, а его нет, значит, нет и тепловой энергии от кинетического удара.The intermittent, pulsating, unsteady nature of the fluid flow in the channels of the centrifugal wheel leads to a significant loss of the total pressure in the fluid flow, which can no longer be compensated for by centrifugal forces. Moreover, in the work of this design, an absurd situation is revealed in which the liquid jets already need to exit the channel at a high speed, and at that moment of time they either did not have time to accelerate after a sharp previous stop, or they are already sharply braked according to the phase of the centrifugal wheel rotation process relative to the stator. We need a powerful kinetic momentum of the liquid jets at the exit of the wheel, but it is not, which means there is no thermal energy from the kinetic impact.
Поток жидкости в канале колеса центробежного тормозить нельзя, поток в канале колеса центробежного должен быть стационарным!The fluid flow in the channel of the centrifugal wheel cannot be slowed down, the flow in the channel of the centrifugal wheel must be stationary!
Характер течения, а значит, и потерь полного давления жидкости после выхода ее из каналов колеса сохраняется, поэтому ни о каком кинетическом и кавитационном нагреве жидкости на поверхности статора «насоса-теплогенератора» - прототипа говорить не приходится. Этой физики здесь нет.The nature of the flow, and hence the loss of the total pressure of the liquid after it leaves the wheel channels, is preserved, therefore, we cannot speak of any kinetic and cavitation heating of the liquid on the stator surface of the “pump-heat generator”. This physics is not here.
Замечания по пунктам 8 и 9.Observations on
Эти замечания базируются на большом объеме экспериментальных исследований авторов данной Заявки, а также на анализе известных энергоустановок аналогов, включая прототип. С целью определения истинных характеристик теплогенератора вихревого типа с интенсивным процессом преобразования энергии авторами данной Заявки была создана экспериментальная стендовая энергоустановка вихревого типа, на которой проверялись различные концепции колес центробежных.These comments are based on a large amount of experimental research by the authors of this Application, as well as on the analysis of known power plants of analogues, including the prototype. In order to determine the true characteristics of the vortex type heat generator with an intensive energy conversion process, the authors of this application created an experimental vortex type bench power plant, on which various concepts of centrifugal wheels were tested.
Одним из результатов работы на стендовой энергоустановке было создание колеса центробежного, известного как [2] - Заявка РФ - RU №2006142667 А1, опубл. 27.05.2008, представленного на Фиг.1-2 и рассматриваемого в данной заявке в качестве колеса-аналога, выполненного с конфузорами, чередующимися с лопатками, расположенными на выходе каналов, радиально отходящими от периферии колеса, и с двухпоточным гидродинамическим проточным тактом, имеющим двухсторонний осевой вход, показавшего на испытаниях достаточно высокую эффективность преобразования энергии электрического тока в тепловую энергию жидкости даже при относительно невысоких оборотах вращения.One of the results of work on a bench power plant was the creation of a centrifugal wheel, known as [2] - RF Application - RU No. 2006142667 A1, publ. 05/27/2008, shown in Fig.1-2 and considered in this application as an analogue wheel, made with confusers, alternating with blades located at the outlet of the channels radially extending from the periphery of the wheel, and with a two-flow hydrodynamic flow cycle having a two-sided axial input, which showed in tests a fairly high efficiency of converting electric current energy into thermal energy of a liquid even at relatively low rotational speeds.
Исследования данного колеса проводились с частотами вращения электродвигателя -750 об/мин, 1000 об/мин, 1500 об/мин, при этом значения теплового кпд в зависимости от частоты вращения колеса составили 0.93-0.95.Studies of this wheel were carried out with engine speeds of -750 rpm, 1000 rpm, 1500 rpm, and the thermal efficiency values, depending on the wheel speed, were 0.93-0.95.
Известные энергоустановки такого типа работают на частотах вращения электродвигателя не ниже 3000 об/мин и со значительно меньшими значениями коэффициента эффективности преобразования энергии.Known power plants of this type operate at engine speeds of at least 3000 rpm and with significantly lower values of the energy conversion efficiency coefficient.
Частота вращения электродвигателя 3000 об/мин (или 50 Гц) энергоустановки [1] - прототипа обусловлена необходимостью и не случайна. Это максимальные рабочие обороты серийных асинхронных электродвигателей, широко используемых в энергоустановках вихревого типа. Из всего номенклатурного ряда электродвигателей (750 об/мин, 1000 об/мин, 1500 об/мин, 3000 об/мин) авторы своих энергоустановок используют электродвигатели больших мощностей (55 кВт, 75 кВт и более) и именно с частотой вращения вала не ниже 3000 об/мин.The frequency of rotation of the electric motor is 3000 rpm (or 50 Hz) of the power plant [1] - the prototype is determined by necessity and is not accidental. These are the maximum working revolutions of serial asynchronous electric motors widely used in vortex type power plants. Of the entire range of electric motors (750 rpm, 1000 rpm, 1500 rpm, 3000 rpm), the authors of their power plants use electric motors of high power (55 kW, 75 kW or more), and it is with a shaft rotation speed of at least 3000 rpm
Не забывая про цифру 3000 об/мин вернемся к прототипу, к его основному недостатку по пункту 10.Without forgetting about the 3000 rpm, let's go back to the prototype, to its main drawback in
Согласно описанию и рисункам энергоустановки [1] - прототипа в кольце его ротора выполнено 12 каналов, вращающихся с частотой порядка 3000 об/мин (или 50 Гц) относительно 12 отверстий статора. Тогда время между совмещениями канала ротора и отверстия статора составит 0.001667 секунды, а время на перестройку потока жидкости, с учетом его запирания, т.е. остановки потока, при несовпадении каналов ротора и отверстий статора, и с учетом его течения, т.е. ускорения, при совпадении отверстий ротора и статора уменьшается ровно вдвое, до значения 0.000833 секунды !According to the description and drawings of the power plant [1] - prototype, 12 channels are made in the ring of its rotor, rotating at a frequency of the order of 3000 rpm (or 50 Hz) relative to 12 stator openings. Then the time between the alignment of the rotor channel and the stator bore will be 0.001667 seconds, and the time to reconstruct the fluid flow, taking into account its closure, i.e. stopping the flow, when the rotor channels and the stator holes do not coincide, and taking into account its flow, i.e. acceleration, when the holes of the rotor and stator coincide, it decreases exactly by half, to the value of 0.000833 seconds!
Для несжимаемой жидкости, каковой принято считать воду в практике конструирования, время на перестройку потока жидкости, так называемое «время установления течения жидкости», при изменении воздействия только по величине, не учитывая еще и по направлению!, составляет на полтора-два порядка больше, чем приведенные 0.000833 секунды! В данной конструкции характер воздействия на объект-жидкость не адекватен, не соответствует свойствам объекта воздействия, нет обратных связей. Поэтому ни о каких кинетических струях жидкости через ротор и статор, кавитации и высокочастотных пульсациях и резонансных автоколебаниях жидкости в конструкции энергоустановки - прототипа говорить не приходится. Ничего этого в работе данной конструкции нет, а значит, нет и эффективности преобразования энергии электрического тока в тепловую энергию жидкости.For an incompressible fluid, which water is considered to be in the practice of designing, the time for reconstructing the fluid flow, the so-called “fluid flow establishment time”, when the impact changes only in magnitude, not taking into account also the direction !, is one and a half to two orders of magnitude more than the given 0.000833 seconds! In this design, the nature of the effect on the object-liquid is not adequate, does not correspond to the properties of the object of influence, there are no feedbacks. Therefore, there is no need to speak of any kinetic jets of fluid through the rotor and stator, cavitation and high-frequency pulsations and resonant self-oscillations of the fluid in the design of the power plant - a prototype. There is none of this in the work of this construction, which means that there is no efficiency in converting the energy of electric current into thermal energy of a liquid.
Возвращаясь к замечаниям прототипа по пунктам 8 и 9 и помня основное и обязательное условие работы всех известных энергоустановок вихревого типа - корпус энергоустановки постоянно заполнен подогреваемой жидкостью и частота вращения колеса ни менее 3000 об/мин, необходимо отметить, что при вращении колеса центробежного в энергоустановке нагрев жидкости происходит в результате воздействия на жидкость трех факторов.Returning to the comments of the prototype in
Фактор первый - механическое трение слоев жидкости, находящейся в энергоустановке при ее интенсивном перемешивании внутри корпуса, а также трение о стенки корпуса и о вращающееся колесо с конфузорами и лопатками.The first factor is the mechanical friction of the layers of liquid in the power plant during intensive mixing inside the casing, as well as friction against the walls of the casing and the rotating wheel with confusers and vanes.
Фактор второй - кинетический удар струй жидкости, выходящих из каналов колеса о специально спрофилированную стенку статора.The second factor is the kinetic impact of the jets of liquid leaving the wheel channels on a specially profiled stator wall.
Фактор третий - кавитационные процессы в жидкости, обусловленные механическим и гидродинамическим воздействием на жидкость лопаток колеса и статора одновременно.The third factor is the cavitation processes in the fluid, due to the mechanical and hydrodynamic effects on the fluid of the wheel blades and the stator at the same time.
Основные вклады в процесс нагрева жидкости дают второй и третий факторы, и обусловлено это процессами, происходящими внутри колеса и снаружи.The second and third factors make the main contributions to the process of heating the liquid, and this is due to the processes occurring inside the wheel and outside.
Первый фактор слабо зависит от гидродинамических процессов внутри колеса, и его положительный вклад в преобразование энергии очень мал, не более 1%. Этим можно было бы пренебречь, однако результаты испытаний колеса [2] позволили посмотреть на этот фактор иначе.The first factor weakly depends on the hydrodynamic processes inside the wheel, and its positive contribution to energy conversion is very small, not more than 1%. This could be neglected, however, the test results of the wheel [2] allowed us to look at this factor differently.
Очевидно, что имеющиеся в конструкции этого колеса лопатки, окруженные жидкостью, с увеличением скорости его вращения создают валу колеса существенное внешнее гидродинамическое сопротивление. На практике это проявляется следующим образом. При включении электродвигателя энергоустановки колесо, полностью погруженное в жидкость, начинает вращаться. Возникающее при этом большое внешнее гидродинамическое сопротивление, обусловленное в первую очередь лопатками колеса, приводит к резкому и значительному нарастанию тока на обмотках электродвигателя, в несколько раз большему допустимого. Электродвигатель начинает сильно нагреваться и отключается автоматикой управления по причине перегрева, так и не выйдя на требуемый режим работы. В таком случае колесо приходится разгонять, начиная с небольших, примерно 1000-1500 оборотов в минуту, постепенно наращивая их до необходимого значения, или использовать электродвигатель с большим запасом, в разы, по мощности, что также сопряжено с неоправданным увеличением затрат энергии.Obviously, the blades existing in the construction of this wheel, surrounded by a liquid, with an increase in its rotation speed create a significant external hydrodynamic resistance to the wheel shaft. In practice, this is manifested as follows. When you turn on the electric motor of the power plant, the wheel, completely immersed in the liquid, begins to rotate. The large external hydrodynamic resistance that arises in this case, primarily due to the blades of the wheel, leads to a sharp and significant increase in current on the motor windings, several times greater than the permissible value. The electric motor starts to heat up very much and is turned off by the automatic control due to overheating, without having reached the required operating mode. In this case, the wheel has to be accelerated, starting from small, about 1000-1500 rpm, gradually increasing them to the required value, or using an electric motor with a large margin, at times, in power, which is also associated with an unjustified increase in energy costs.
Кроме преодоления внешнего гидродинамического сопротивления лопаток, существенная доля энергии электродвигателя расходуется на преодоление сил трения между корпусом колеса с конфузорами и жидкостью, поступающей в энергоустановку и находящейся вокруг колеса, а также на вращение этой «присоединенной массы» жидкости внутри корпуса энергоустановки.In addition to overcoming the external hydrodynamic drag of the blades, a significant proportion of the electric motor energy is spent on overcoming the frictional forces between the wheel casing with confusers and the fluid entering the power plant and located around the wheel, as well as on the rotation of this “attached mass” of fluid inside the power plant casing.
Учитывая, что энергоустановка такого типа, как правило, постоянно не работает, а включается и выключается в сканирующем режиме, отслеживая температуру подогреваемой жидкости, то становится очевидным, что все затраты энергии на преодоление колесом внешнего сопротивления жидкости, находящейся в энергоустановке вокруг колеса, существенно снижают ее эффективность, и лопатки колеса центробежного в этом доминируют.Given that a power plant of this type, as a rule, does not constantly work, but turns on and off in scanning mode, monitoring the temperature of the heated fluid, it becomes obvious that all the energy costs to overcome the external resistance of the fluid in the power plant around the wheel significantly reduce its efficiency, and centrifugal wheel blades dominate this.
С другой стороны, эти лопатки выполняют крайне важную функцию для второго и третьего факторов:On the other hand, these blades perform an extremely important function for the second and third factors:
- создают локальное разряжение в зоне выхода струй жидкости из конфузоров, что устраняет противодавление окружающей среды и обеспечивает сохранение кинетического импульса струй до момента встречи их со стенкой статора,- create a local vacuum in the zone of exit of the liquid jets from the confusers, which eliminates the back pressure of the environment and ensures the preservation of the kinetic momentum of the jets until they meet the stator wall,
- освобождают поверхность стенки статора в зоне удара струй жидкости от жидкости, уже находящейся в корпусе энергоустановки, что делает удар струй жидкости более упругим и эффективным, а не погашенным в толще слоя вращающейся массы жидкости,- release the surface of the stator wall in the zone of impact of the jets of liquid from the liquid already in the power plant housing, which makes the impact of the jets of liquid more elastic and efficient, and not extinguished in the thickness of the layer of rotating mass of liquid
- создают в совокупности со статором, выполненным специальным образом, высокочастотную гидродинамическую пульсацию, гидроудары в жидкости.- create in conjunction with the stator, made in a special way, high-frequency hydrodynamic pulsation, water hammer in the liquid.
С одной стороны, лопатки в совокупности со статором, создают в процессе вращения колеса в корпусе энергоустановки особую, локальную «активную рабочую зону» и имеют исключительное, важное значение для реализации второго и третьего факторов, определяющих эффективность процесса преобразования энергии, а с другой, существенно ухудшают гидродинамические характеристики колеса и энергоустановки в целом.On the one hand, the blades, together with the stator, create a special, local “active working zone” during the rotation of the wheel in the power plant’s housing and are of exceptional, important importance for the implementation of the second and third factors that determine the efficiency of the energy conversion process, and on the other, substantially impair the hydrodynamic characteristics of the wheel and the power plant as a whole.
Попытка разрешить данное противоречие привела авторов Заявки к новой концепции энергоустановки вихревого типа - концепция «сухое колесо» в «активной рабочей зоне», позволяющей устранить недостатки по пункту 8.An attempt to resolve this contradiction led the authors of the Application to a new concept of a vortex type power plant - the concept of a “dry wheel” in the “active working zone”, which allows to eliminate the deficiencies in paragraph 8.
Согласно этой концепции поступающая в энергоустановку жидкость должна проходить только по проточному тракту внутри колеса центробежного, и, выходя из него через конфузоры, после удара о стенку статора, не скапливаясь вокруг колеса и не создавая дополнительное внешнее гидродинамическое сопротивление колесу, она должна вся отводиться из корпуса энергоустановки.According to this concept, the liquid entering the power plant should pass only through the flow path inside the centrifugal wheel, and, leaving it through the confusers, after hitting the stator wall, not accumulating around the wheel and not creating additional external hydrodynamic resistance to the wheel, it should all be diverted from the housing power plants.
Испытания колеса [2] по концепции «сухое колесо» на экспериментальной стендовой энергоустановке выявился его второй конструктивный недостаток по пункту 9, заключающийся в выполнении его гидродинамического проточного тракта двухпоточным, с двухсторонним осевым входом в радиальные каналы и проявляющийся в том, что при частоте вращения 2000 об/мин и более процесс нагрева жидкости становился настолько интенсивным, что с первых секунд работы энергоустановки вокруг колеса образовывался паровой пузырь, который быстро попадал в гидродинамический проточный тракт колеса, создавая в нем паровую пробку. Это приводило к нарушению режима работы и колеса, и энергоустановки.Tests of the wheel [2] on the concept of a “dry wheel” at an experimental bench power plant revealed its second design flaw according to
Известно, что с воздушными пробками борются с помощью продувки или прокачки гидромагистралей установки непосредственно перед ее запуском. С паровой пробкой бороться значительно сложнее, а если она образовалась в гидродинамическом тракте колеса в процессе его работы, то и бесполезно. Образуется она в зависимости от интенсивности работы колеса, непредсказуема по времени и месту возникновения и месту «базирования». Сложность конфигурации проточного тракта всей энергоустановки, включая и колесо центробежное, не позволяет эффективно решить проблему паровой пробки с помощью клапанов и компенсаторов давления.It is known that air traffic jams are fought by blowing or pumping the plant’s hydraulic lines just before it starts. It is much more difficult to deal with a steam plug, and if it was formed in the hydrodynamic path of the wheel during its operation, then it is useless. It is formed depending on the intensity of the wheel, unpredictable in time and place of occurrence and the place of "basing". The complexity of the flow path configuration of the entire power plant, including the centrifugal wheel, does not allow to effectively solve the problem of steam plugs using valves and pressure compensators.
В новых испытаниях колеса [2], доработанного с учетом замечаний по п.8 и 9, удалось реализовать скоростные режимы работы энергоустановки по концепции «сухое колесо», которые показали, что в этом случае преобразование энергии электрического тока в тепловую энергию жидкости происходит с максимальной интенсивностью и эффективностью. Даже на относительно небольших оборотах вращения колеса было получено значение теплового кпд не ниже значения 0,97. Эти стендовые исследования позволили определить ряд требований к конструкции самого колеса центробежного и к условиям его работы, а также требования к конструкции энергоустановки вихревого типа. Представляем их.In new tests of the wheel [2], finalized taking into account the comments on
Для получения энергоустановки с высокой интенсивностью и эффективностью преобразования энергии и ее устойчивой работы:To obtain a power plant with high intensity and efficiency of energy conversion and its stable operation:
1. Ее колесо центробежное должно быть выполнено однопоточным, с гидродинамическим проточным трактом, имеющим односторонний осевой вход, единый для всех радиальных каналов колеса.1. Its centrifugal wheel should be single-threaded, with a hydrodynamic flow path having a one-sided axial inlet, common to all radial channels of the wheel.
Односторонний осевой вход колеса позволяет обеспечить с помощью уплотнения лабиринтного типа его герметичное бесконтактное соединение с входным патрубком корпуса энергоустановки. Такое соединение, с «одной стороны», достаточно эффективно препятствует попаданию жидкости из входной магистрали в активную зону корпуса, то есть на внешнюю сторону вращающегося колеса с лопатками и статор, а с «другой стороны», достаточно эффективно препятствуют проникновению давления насыщенных паров жидкости из активной зоны корпуса в гидродинамический проточный тракт колеса центробежного и образованию в нем паровой пробки.The one-sided axial inlet of the wheel makes it possible to ensure, using a labyrinth type seal, its tight non-contact connection with the inlet pipe of the power plant housing. Such a connection, on the “one hand”, effectively prevents liquid from entering the main line into the active zone of the housing, that is, on the outside of the rotating wheel with blades and the stator, and on the “other hand”, it is effective enough to prevent the penetration of saturated vapor pressure from the active zone of the body into the hydrodynamic flow path of the centrifugal wheel and the formation of a steam plug in it.
Замена уплотнения лабиринтного типа на манжетное сальниковое не целесообразна, так как сальниковое имеет ограниченный ресурс.Replacing the labyrinth type seal with a lip seal is not advisable, since the stuffing box has a limited life.
2. Ее колесо центробежное должно работать в корпусе, не заполненном жидкостью, то есть по концепции «сухое колесо» в «активной рабочей зоне» корпуса. Это позволит существенно уменьшить затраты энергии электродвигателя из-за отсутствия внешнего гидродинамического сопротивления, оказываемого колесу «присоединенной массой» жидкости.2. Its centrifugal wheel should work in a housing not filled with liquid, that is, according to the concept of a “dry wheel” in the “active working zone” of a housing. This will significantly reduce the energy costs of the electric motor due to the lack of external hydrodynamic resistance provided to the wheel by the "attached mass" of the liquid.
3. Радиальные каналы колеса центробежного должны быть выполнены с конфузорами на выходе, чередующимися с радиально расположенными, отходящими от периферии колеса профилированными лопатками, примыкающими бесконтактно своими концами к статору, расположенному вокруг колеса коаксиально, выполненному в виде кольца, перфорированного радиальными каналами, имеющего также специальную профилированную внутреннюю поверхность, обращенную к лопаткам колеса. При этом течение жидкости в каналах колеса центробежного должно быть стационарным.3. The radial channels of the centrifugal wheel must be made with confusers at the outlet, alternating with radially arranged profiled blades extending from the wheel periphery, contacting their ends contactlessly around the wheel coaxially, made in the form of a ring perforated by radial channels, which also has a special profiled inner surface facing the wheel blades. In this case, the fluid flow in the channels of the centrifugal wheel must be stationary.
Профилированные лопатки, создавая локальную зону разряжения для струй жидкости каждого конфузора, обеспечивают сохранение высокого кинетического импульса стационарных струй жидкости от момента выхода их из колеса, до момента удара о специальную профилированную внутреннюю поверхность статора.Profiled blades, creating a local rarefaction zone for the jets of liquid of each confuser, ensure the preservation of a high kinetic momentum of stationary jets of liquid from the moment they exit the wheel until they hit a special profiled inner surface of the stator.
Профилированные лопатки в совокупности со статором осуществляют механическое и гидродинамическое воздействие на жидкость после удара ее о профилированную внутреннюю поверхность статора, обуславливая процесс кавитации жидкости и переход ее из жидкого состояния в парообразное.Profiled blades in conjunction with the stator carry out mechanical and hydrodynamic effects on the liquid after hitting it on the profiled inner surface of the stator, causing the process of cavitation of the liquid and its transition from a liquid to a vapor state.
4. Для отвода из корпуса энергоустановки смеси жидкости и пара необходимо использовать не центробежный, тангенциально расположенный выходной патрубок в форме «улитка», а отвод с помощью шнека, через выходной патрубок, расположенный соосно шнеку.4. To drain a mixture of liquid and steam from the power plant case, it is necessary to use not a centrifugal, tangentially located outlet pipe in the form of a “snail”, but an outlet using a screw through an outlet pipe located coaxially to the screw.
Центробежный отвод жидкости из корпуса энергоустановки через тангенциально расположенный выходной патрубок типа «улитка» конструктивно очень металлоемкий, громоздкий, сложный и не позволяет достаточно эффективно удалять из корпуса смесь жидкости и пара, а при реализации концепций «сухое колесо» становится рудиментом, так как противоречит данной концепции.The centrifugal drainage of fluid from the power plant’s casing through a tangentially located outlet pipe of the “snail” type is structurally very metal-intensive, bulky, complicated and does not allow for efficient removal of the mixture of liquid and steam from the casing, and when implementing the concepts, the “dry wheel” becomes a rudiment, as it contradicts this concept.
Шнек устанавливается на валу колеса консольно, с размещением лопастей в выходном патрубке корпуса, выполненном соосно с валом.The screw is mounted on the wheel shaft cantilever, with the placement of the blades in the outlet pipe of the housing, made coaxially with the shaft.
Шнековая система очень эффективна в работе со смесью жидкости и пара, проста и гармонична конструктивно и является логичной в концепции «сухое колесо» в «активной рабочей зоне» энергоустановки вихревого типа.The screw system is very effective in working with a mixture of liquid and steam, it is simple and harmonious constructively and is logical in the concept of a “dry wheel” in the “active working area” of a vortex type power plant.
5. Входной патрубок, вал колеса центробежного со шнеком, а также выходной патрубок должны быть выполнены в корпусе энергоустановки в вертикальном положении и соосно валу.5. The inlet pipe, the shaft of the centrifugal wheel with the screw, and also the outlet pipe must be made in the power plant housing in a vertical position and aligned with the shaft.
Такая компоновка улучшает гидродинамику поступления жидкости в каналы колеса центробежного, разгружает подшипники от радиальных нагрузок, заменяя осевой, и т.д., но самое главное, и это крайне принципиально, именно такая компоновка элементов энергоустановки позволяет реализовать концепцию «сухое колесо в активной рабочей зоне» в полной мере. Конструктивно такая компоновка элементов проще, надежнее и дает ряд существенных преимуществ при изготовлении, сборке, эксплуатации и ремонте энергоустановки.Such an arrangement improves the hydrodynamics of fluid flow into the channels of the centrifugal wheel, unloads bearings from radial loads, replacing axial loads, etc., but most importantly, and this is extremely important, it is this arrangement of power plant elements that makes it possible to implement the concept of “dry wheel in the active working zone " fully. Structurally, such an arrangement of elements is simpler, more reliable and provides a number of significant advantages in the manufacture, assembly, operation and repair of a power plant.
6. Сальнико-подшипниковый узел соединения вала колеса центробежного с корпусом должен быть выполнен с дополнительной защитой посредством бесконтактного уплотнения лабиринтного типа.6. The stuffing-bearing assembly of the centrifugal wheel shaft connection with the housing must be made with additional protection by means of a non-contact labyrinth type seal.
Выполняется такое уплотнение посредством муфты, жестко закрепленной на валу и примыкающей бесконтактно своей поверхностью, представляющей собой концентрические углубления и выступы, к сальнико-подшипниковому узлу в корпусе, имеющему аналогично выполненную поверхность, что и представляет собой уплотнение лабиринтного типа.Such a seal is carried out by means of a coupling rigidly fixed to the shaft and adjacent non-contacting by its surface, which is concentric recesses and protrusions, to the stuffing-bearing assembly in the housing having a similarly made surface, which is a labyrinth type seal.
Данное бесконтактное уплотнение лабиринтного типа работает только при вращении вала, не ограничено по ресурсу и защищает сальниковое уплотнение от температурных нагрузок и давления жидкости, что позволяет повысить ресурс манжетного сальникового уплотнения до ресурса подшипников. При одновременной замене сальникового уплотнения и подшипников вала существенно упрощаются эксплуатация и ремонт, а также повышаются надежность и долговечность эксплуатации энергоустановки.This non-contact labyrinth type seal only works when the shaft rotates, is not resource-limited and protects the stuffing box seal from temperature loads and fluid pressure, which allows to increase the life of the lip seal packing to the bearing life. With the simultaneous replacement of the packing and shaft bearings, operation and repair are greatly simplified, and the reliability and durability of the power plant are increased.
Задача, решаемая предлагаемой конструкцией теплопарогенератора вихревого типа, состоит в существенном повышении интенсификации и эффективности процесса нагрева жидкости до парообразования, при одновременном уменьшении скорости вращения колеса центробежного и мощности его электродвигателя за счет повышения силы гидравлического удара и гидродинамической кавитации жидкости, а также в повышении надежности и долговечности его работы за счет дополнительной защиты сальнико-подшипникового узла соединения вал колеса центробежного с корпусом.The problem solved by the proposed design of the vortex type heat generator is to significantly increase the intensification and efficiency of the process of heating the liquid to vaporization, while reducing the speed of rotation of the centrifugal wheel and the power of its electric motor by increasing the force of hydraulic shock and hydrodynamic cavitation of the liquid, as well as increasing the reliability and the durability of its work due to the additional protection of the stuffing box bearing unit connecting the shaft of the centrifugal wheel with mustache.
Поставленная задача достигается выполнением теплопарогенератора вихревого типа,The task is achieved by performing a vortex type heat generator,
содержащего корпус с входным и выходным патрубками, расположенные внутри корпуса вал с сальнико-подшипниковым узлом и ротором в виде колеса центробежного с радиальными каналами для жидкости, имеющими конфузоры на выходе, а также статор, установленный вокруг ротора коаксиально, следующим образом:comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a shaft located inside the housing with a stuffing-bearing assembly and a rotor in the form of a centrifugal wheel with radial channels for liquids having outlet confusers, as well as a stator mounted coaxially around the rotor as follows:
его центробежное колесо выполнено однопоточным, с односторонним осевым входом, соединенным бесконтактно с соосно расположенным входным патрубком посредством уплотнения лабиринтного типа, ответные части которого в виде примыкающих бесконтактно волнообразных поверхностей, представляющих собой чередующиеся концентрические выступы и углубления, расположены как на колесе центробежном, вокруг его осевого входа, так и на входном патрубке, при этом односторонний осевой вход выполнен единым для всех радиальных каналов с конфузорами, чередующимися с профилированными лопатками, расположенными на выходе радиальных каналов и радиально отходящими от периферии колеса, а статор выполнен в виде кольца, перфорированного радиальными каналами, внутренняя сторона которого, примыкающая бесконтактно к концам профилированных лопаток колеса центробежного, представляет собой профильную волнообразную поверхность в виде зубчатого колеса, а его обратная внешняя сторона имеет выступы с отверстиями для крепления в корпусе и для образования между корпусом и статором кольцевого зазора, в который выходят радиальные каналы статора. При этом его вал выполнен с возможностью жесткого закрепления на нем муфты, примыкающей бесконтактно к корпусу в месте расположения сальнико-подшипникового узла волнообразной поверхностью в виде чередующихся концентрических углублений и выступов, образующей в совокупности с аналогично выполненной поверхностью корпусаits centrifugal wheel is single-threaded, with a one-sided axial inlet connected contactlessly with a coaxially located inlet pipe by means of a labyrinth type seal, the counterparts of which are in the form of adjacent contactless wave-like surfaces, which are alternating concentric protrusions and recesses, are located on a centrifugal wheel around its axial input, and at the input pipe, while the one-way axial input is made uniform for all radial channels with confusers, a series of connecting with profiled blades located at the exit of the radial channels and radially extending from the periphery of the wheel, and the stator is made in the form of a ring perforated by radial channels, the inner side of which adjacent contactless to the ends of the profiled blades of the centrifugal wheel is a profile wavy surface in the form of a gear wheel and its reverse outer side has protrusions with holes for mounting in the housing and for the formation between the housing and the stator of an annular gap, in tory leave radial stator channels. At the same time, its shaft is made with the possibility of rigidly fixing the coupling on it, adjacent contactlessly to the housing at the location of the stuffing-bearing assembly with a wavy surface in the form of alternating concentric recesses and protrusions, which together with the similarly made housing surface
уплотнение лабиринтного типа с целью дополнительной защиты сальнико-подшипникового узла, а также выполнен с возможностью закрепления на нем шнека консольно, в частности, с помощью резьбы, фиксирующего на валу продольно колесо центробежное, лопастями входящего в выходной патрубок, при этом входной патрубок, вал со шнеком и выходной патрубок выполнены в корпусе соосно.the labyrinth type seal for the purpose of additional protection of the gland bearing assembly, and also made with the possibility of fixing the screw on it cantilever, in particular, by means of a thread fixing the longitudinally centrifugal wheel on the shaft, with blades entering the outlet pipe, while the inlet pipe, the shaft with the screw and the outlet pipe are made coaxially in the housing.
Предпосылками решения задачи являются:Prerequisites for solving the problem are:
1. Выполнение конструкции теплопарогенератора с гидродинамическим проточным трактом, включающим входной патрубок, односторонний осевой вход колеса и его каналы с конфузорами на выходе, исключающим поступление нагреваемой жидкости в полость корпуса, на внешнюю поверхность вращающегося колеса центробежного и расположенного вокруг него коаксиально статора, а также исключающим попадание в этот проточный тракт парового пузыря или образование в нем паровой пробки.1. The design of the heat generator with a hydrodynamic flow path, including the inlet pipe, one-sided axial wheel inlet and its channels with confusers at the outlet, excluding the flow of heated fluid into the body cavity, on the outer surface of the centrifugal rotary wheel and the stator located around it, as well as excluding getting into this flow path of a steam bubble or the formation of a vapor plug in it.
Для этого колесо центробежное выполнено однопоточным, с гидродинамическим проточным трактом, имеющим односторонний осевой вход, единый для всех каналов колеса, соединенный бесконтактно с соосно расположенным фланцем входного патрубка корпуса посредством уплотнения лабиринтного типа, что позволяет обеспечить:For this, the centrifugal wheel is made single-flow, with a hydrodynamic flow path having a one-sided axial inlet, common for all wheel channels, connected non-contact with the coaxially located flange of the inlet pipe of the housing by means of a labyrinth type seal, which allows for:
- расход всей жидкости только и сразу во все каналы колеса, обуславливая равномерность их загрузки жидкостью и равномерность их функционирования, при этом колесо центробежное эффективно работает как всасывающий насос,- the flow of all the liquid only at once to all the channels of the wheel, causing the uniformity of their loading with liquid and the uniformity of their functioning, while the centrifugal wheel effectively works as a suction pump,
- не заполнение «активной рабочей зоны» корпуса вокруг колеса и статора жидкостью, обуславливая вращение колеса центробежного без внешнего гидродинамического сопротивления,- not filling the "active working area" of the housing around the wheel and the stator with liquid, causing the rotation of the centrifugal wheel without external hydrodynamic resistance,
- достаточно надежную защиту гидродинамического проточного тракта теплопарогенератора и колеса от паровых пузырей и пробок, обуславливая стабильный, управляемый, расчетный режим его работы с высокой интенсивностью и эффективностью преобразования энергии.- sufficiently reliable protection of the hydrodynamic flow path of the heat generator and the wheel from steam bubbles and plugs, causing a stable, controlled, calculated mode of operation with high intensity and energy conversion efficiency.
2. Выполнение колеса центробежного с конфузорами на выходе из каналов, чередующимися с расположенными на выходе каналов, радиально отходящими от периферии колеса лопатками, а также выполнение статора в виде кольца, перфорированного радиальными каналами, расположенного вокруг колеса центробежного коаксиально, имеющего специально профилированную внутреннюю поверхность в виде зубчатого колеса, примыкающую бесконтактно к концам лопаток колеса центробежного, максимально интенсифицирующими все гидродинамические процессы в активной рабочей зоне теплопарогенератора.2. The implementation of the centrifugal wheel with confusers at the outlet of the channels, alternating with the blades located at the exit of the channels, radially extending from the periphery of the wheel, as well as the stator in the form of a ring perforated by radial channels, located around the centrifugal wheel coaxially having a specially profiled inner surface in in the form of a gear wheel adjacent contactlessly to the ends of the centrifugal impellers, which intensify as much as possible all hydrodynamic processes in active operation whose zone of the heat generator.
При этом лопатки колеса, примыкающие бесконтактно к коаксиально расположенному вокруг колеса центробежного статору, создают локальную, по кругу своего вращения, зону разряжения в паровоздушной среде между конфузорами и статором для каждой отдельной струи жидкости, а также осуществляют в совокупности со статором механическое и гидродинамическое воздействие на жидкость в виде высокочастотных, сотни - тысячи герц, пульсаций - гидроударов, что позволяет обеспечить:In this case, the wheel blades adjacent contactlessly to the centrifugal stator coaxially located around the wheel create a local, in the circle of its rotation, zone of rarefaction in the vapor-air medium between the confusers and the stator for each individual liquid stream, and also carry out mechanical and hydrodynamic effects in conjunction with the stator liquid in the form of high-frequency, hundreds - thousands of hertz, pulsations - water hammer, which allows to provide:
- сохранение кинетического импульса стационарно движущихся струй жидкости от момента их выхода из конфузоров до момента удара о профилированную внутреннюю поверхность статора, тем самым получить максимально эффективный кинетический удар струй жидкости о статор.- preservation of the kinetic momentum of stationary moving jets of liquid from the moment they exit the confusers to the moment of impact on the profiled inner surface of the stator, thereby obtaining the most effective kinetic impact of the jets of liquid on the stator.
- кавитационные процессы в жидкости.- cavitation processes in a liquid.
3. Выполнение вала с возможностью закрепления на нем шнека консольно, в частности, с помощью резьбы, фиксирующего продольно на валу колесо центробежное, входящего лопастями в выходной патрубок, расположенный соосно с валом и обеспечивающего отвод смеси жидкости и пара из корпуса теплопарогенератора.3. The implementation of the shaft with the possibility of fixing the screw on it cantilever, in particular, with the help of a thread fixing the centrifugal wheel longitudinally on the shaft, which enters the outlet pipe by the blades, located coaxially with the shaft and allowing the mixture of liquid and steam to be removed from the heat-generator housing.
При этом положение входного патрубка, вала колеса центробежного со шнеком и выходного патрубка в корпусе выполнено вертикальным и соосно валу. Вертикальное положение входного патрубка, вала колеса центробежного со шнеком и выходного патрубка в корпусе, причем соосно, позволяет:In this case, the position of the inlet pipe, the shaft of the centrifugal wheel with the screw and the outlet pipe in the housing is vertical and aligned with the shaft. The vertical position of the inlet pipe, the shaft of the centrifugal wheel with a screw and the output pipe in the housing, and coaxially, allows you to:
- существенно упростить конструкцию теплопарогенератора, сделать ее компактной, достаточно легкой, надежной,- significantly simplify the design of the heat generator, make it compact, fairly light, reliable,
- эффективно отводить смесь жидкости и пара из корпуса теплопарогенератора, а самое главное - обеспечить режим работы по концепции «сухое колесо в активной рабочей зоне», тем самым существенно повысить все характеристики теплопарогенератора в целом.- effectively remove the mixture of liquid and steam from the body of the heat generator, and most importantly - to ensure the operating mode according to the concept of "dry wheel in the active working zone", thereby significantly improving all the characteristics of the heat generator as a whole.
4. Выполнение вала с жестко закрепленной муфтой, образующей с корпусом бесконтактное уплотнение лабиринтного типа, защищающее манжетное сальниковое уплотнение и подшипники от температурного воздействия и давления жидкости и пара, тем самым существенно увеличивающее надежность и ресурс работы теплопарогенератора.4. The implementation of the shaft with a fixed coupling, forming with the housing a non-contact labyrinth seal, protecting the lip seal and bearings from temperature effects and pressure of liquid and steam, thereby significantly increasing the reliability and service life of the heat generator.
Конструкция предлагаемого теплопарогенератора вихревого типа и его основные элементы представлены в графических материалах (Фиг.3-11), где изображены на:The design of the proposed heat-generator of a vortex type and its main elements are presented in graphic materials (Figure 3-11), which are shown in:
Фиг.3 - теплопарогенератор, аксонометрия и разрез по валу;Figure 3 - heat generator, a perspective view and a section along the shaft;
Фйг.4 - теплопарогенератор, разрез - деталировка;Fyg.4 - heat and steam generator, section - detail;
Фиг.5 - теплопарогенератор, разрез по диаметральной плоскости;Figure 5 - heat and steam generator, a cut along the diametrical plane;
Фиг.6 - теплопарогенератор, колесо центробежное, аксонометрия;6 is a heat generator, a centrifugal wheel, axonometry;
Фиг.7 - теплопарогенератор, колесо центробежное, разрез по каналам;7 is a heat and steam generator, a centrifugal wheel, a section through the channels;
Фиг.8 - теплопарогенератор, уплотнение лабиринтного типа соединения входного патрубка и осевого входа колеса центробежного, позиция 11;Fig. 8 shows a heat and steam generator, a labyrinth seal of the type of connection of the inlet pipe and the axial inlet of the centrifugal wheel,
Фиг.9 - теплопарогенератор, статор-аксонометрия;Fig.9 - heat and steam generator, stator-axonometry;
Фиг.10 - теплопарогенератор, статор-разрез;Figure 10 - heat generator, stator section;
Фиг.11 - теплопарогенератор, уплотнение лабиринтного типа сальнико-подшипникового узла, позиция 9, в которых используются следующие обозначения:11 is a heat and steam generator, the labyrinth seal of the stuffing-bearing assembly,
1 - сборно-разборный корпус;1 - collapsible housing;
2 - входной патрубок;2 - inlet pipe;
3 - выходной патрубок;3 - outlet pipe;
4 - сальнико-подшипниковый узел соединения вала и корпуса;4 - gland-bearing assembly of the shaft and housing;
5 - вал;5 - shaft;
6 - муфта;6 - coupling;
7 - колесо центробежное;7 - a centrifugal wheel;
8 - шнек;8 - auger;
9 - уплотнение лабиринтного типа сальнико-подшипникового узла;9 - seal labyrinth type gland bearing unit;
10 - осевой вход колеса центробежного;10 - axial inlet of a centrifugal wheel;
11 - уплотнение лабиринтного типа осевого входа колеса центробежного;11 - seal labyrinth type axial inlet of a centrifugal wheel;
12 - радиальные каналы колеса центробежного;12 - radial channels of the centrifugal wheel;
13 - конфузоры;13 - confusers;
14 - профилированные лопатки;14 - profiled blades;
15 - статор;15 - stator;
16 - радиальные каналы статора;16 - radial channels of the stator;
17 - профилированная волнообразная поверхность статора;17 - profiled undulating surface of the stator;
18 - выступы;18 - ledges;
19 - кольцевой зазор;19 - annular clearance;
20 - предохранительный клапан.20 - safety valve.
Теплопарогенератор вихревого типа содержит сборно-разборный корпус 1, с соосно расположенными входным патрубком 2 и выходным патрубком 3. Внутри корпуса 1 с помощью сальнико-подшипникового узла 4 вертикально закреплен вал 5 с муфтой 6, с колесом центробежным 7 и с консольно закрепленным шнеком 8, лопастями входящим соосно в выходной патрубок 3. Муфта 6 соосно и бесконтактно примыкает к фланцу сальнико-подшипникового узла 4, образуя с ним уплотнение 9 лабиринтного типа. Колесо центробежное 7 своим осевым входом 10 соосно и бесконтактно примыкает к фланцу входного патрубка 2, образуя с ним уплотнение 11 лабиринтного типа. Радиальные каналы 12 центробежного колеса 7 выполнены с конфузорами 13 на выходе, чередующимися с радиально отходящими от периферии колеса 7 профилированными лопатками 14. Вокруг колеса центробежного 7 коаксиально расположен статор 15, выполненный в виде кольца, перфорированного радиальными каналами 16, внутренняя сторона которого имеет профилированную волнообразную поверхность 17 в виде зубчатого колеса и примыкает бесконтактно к концам профилированных лопаток 14, а на его обратной стороне выполнены выступы 18 с отверстиями для крепления в корпусе 1 и с помощью которых между статором 15 и корпусом 1 образован кольцевой зазор 19, в который выходят радиальные каналы 16. В нижней части корпуса 1 на его днище расположен предохранительный клапан 20 для сброса избыточного давления пара в гидросистему объекта потребления тепловой энергии. Функционирование теплопарогенератора вихревого типа происходит следующим образом.The vortex-type heat and steam generator contains a
Включается электродвигатель теплопарогенератора.The heat generator electric motor is turned on.
Электродвигатель в графических материалах отсутствует.The electric motor in graphic materials is absent.
При включении электродвигателя вал 5 вместе с муфтой 6, колесом 7 и шнеком 8 начинает вращаться с заданной скоростью. Подается команда на клапан подачи жидкости во входной патрубок 2 теплопарогенератора, клапан подачи жидкости в графических материалах отсутствует.When the motor is turned on, the
Жидкость начинает поступать через входной патрубок 2, бесконтактно соединенный уплотнением 11 лабиринтного типа с осевым входом 10 колеса 7, в радиальные каналы 12. Под действием центробежных сил вращения в жидкости, находящейся в каналах 12, создается высокое давление, которое при истечении жидкости через конфузоры 13 трансформируется в ее высокую скорость. Профилированные лопатки 14, чередующиеся с конфузорами 13 вращающегося колеса 7, создают на выходе струй жидкости из конфузоров 13 локальную, по кругу своего вращения, зону разряжения, обеспечивающего сохранение кинетического импульса струй при их выходе из конфузоров 13 и при движении их в сторону профилированной волнообразной поверхности 17 статора 15. Ударяясь с большой скоростью, по нормали, о волнообразную поверхность 17 статора 15, струи жидкости резко тормозятся, при этом большая часть кинетической энергии струй преобразуется в тепловую энергию частичек жидкости, которые, отражаясь от волнообразной поверхности 17, попадают на лопатки 14 вращающегося колеса 7, затем, отражаясь от лопаток 14, снова движутся на волнообразную поверхность 17 статора 15, и все повторяется снова. Струям жидкости, вышедшим из каналов 12 колеса 7 через конфузоры 13, выход из «активной рабочей зоны», расположенной между лопатками 14 и волнообразной поверхность 17 статора 15, возможен только в парообразном состоянии. В процессе нескольких таких отражений частички жидкости полностью переходят в парообразное состояние и в виде пара выходят из «активной рабочей зоны» по волнообразной поверхности 17, а также и через радиальные каналы 16 статора 15 в кольцевой зазор 19, а затем в общую полость корпуса 1. В отражениях от волнообразной поверхности 17 и лопаток 14 участвует не вся масса жидкости, выходящая через конфузоры 13. Некоторая ее часть, попадая в специальные углубления волнообразной поверхности 17, также почти мгновенно переходит из жидкого состояния в парообразное под высокочастотным, в сотни-тысячи герц, воздействием со стороны вращающихся лопаток 14 и статора 15, и, двигаясь через радиальные каналы 16 статора 15 в кольцевой зазор 19, жидкость в виде пара попадает в общую полость корпуса 1, где пар частично конденсируется и в виде смеси жидкости и пара отводится с помощью шнека 8 через выходной патрубок 3 из корпуса 1 теплопарогенератора в гидросистему объекта.The liquid begins to flow through the
Давление насыщенных паров, присутствующих в корпусе 1, не в состоянии проникнуть в гидродинамический проточный тракт, образованный входным патрубком 2 и осевым входом 10 колеса центробежного 7 с помощью уплотнения 11 лабиринтного типа, так как уплотнение 11 достаточно герметично и надежно работает при вращении колеса 7. Ресурс уплотнения 11 ничем не ограничен, оно работает, пока вращается колесо 7. Через конфузоры 13 давлению насыщенных паров также не проникнуть в гидродинамический проточный тракт колеса 7 из-за высокого давления жидкости в радиальных каналах 12. Гидродинамический проточный тракт теплопарогенератора, начиная от входного патрубка 2, до выходных сечений конфузоров 13 надежно защищен от протечек жидкости на поверхность колеса 7 и от попадания в него парового пузыря, что гарантирует надежную, устойчивую и эффективную работу предлагаемого теплопарогенератора вихревого типа. Избыточное давление насыщенных паров жидкости в корпусе 1 через предохранительный клапан 20 сбрасывается в гидросистему объекта потребления тепловой энергии.The pressure of saturated vapors present in the
Муфта 6 с лабиринтным уплотнением 9 осуществляет надежную дополнительную защиту сальнико-подшипникового узла 4 от температурных нагрузок и давления жидкости, обеспечивая его требуемый ресурс работы.The clutch 6 with a
Выключение теплопарогенератора осуществляется только после подачи команды на клапан отключения подачи жидкости на входной патрубок 2, клапан отключения подачи жидкости в графических материалах отсутствует. После прекращения подачи жидкости колесо центробежное 7 останавливается. Процесс преобразования энергии электрического тока в тепловую энергию жидкости приостановлен. Изготовление предлагаемого теплопарогенератора не представляет сложности для обычного машиностроительного предприятия, так как не требует специальных материалов, технологий и оборудования, требуется только нормальная квалификация специалистов.The heat generator is turned off only after a command has been sent to the fluid shut-off valve at the
Технический результат заключается в том, что по сравнению с прототипом предлагаемая конструкция теплопарогенератора позволяет решить задачу - получить максимально высокую интенсивность преобразования энергии электрического тока в тепловую энергию жидкости с эффективностью теплового кпд 0.97-0.99, при снижении скорости вращения колеса центробежного в 2-3 раза и уменьшении требуемой мощности электродвигателя в 8-27 раз, а также существенно, более чем в три раза, повысить его надежность и долговечность работы. Интенсивность преобразования энергии электрического тока в тепловую энергию жидкости предлагаемого теплопарогенератора такова, чтоThe technical result consists in the fact that, in comparison with the prototype, the proposed design of the heat and steam generator allows us to solve the problem of obtaining the highest possible rate of conversion of electric current energy into thermal energy of a liquid with a thermal efficiency of 0.97-0.99, while reducing the speed of rotation of the centrifugal wheel by 2-3 times and reducing the required motor power by 8-27 times, as well as significantly, more than three times, increase its reliability and durability. The intensity of conversion of electric current energy into thermal energy of the liquid of the proposed heat and steam generator is such that
при оборотах вращения колеса центробежного 750-1500 об/мин он является теплогенератором,when the rotational speed of the centrifugal wheel is 750-1500 rpm, it is a heat generator,
при оборотах вращения колеса центробежного 1600-3000 об/мин и более он является парогенератором.at revolutions of rotation of a centrifugal wheel 1600-3000 rpm or more, it is a steam generator.
Источники информацииInformation sources
1. «Насос-теплогенератор» - Патент RU 2160417 С2, 10.12.2000 г. - ПРОТОТИП.1. "Pump-heat generator" - Patent RU 2160417 C2, 12/10/2000 - PROTOTYPE.
2. «Колесо центробежное энергоустановки» - Заявка РФ, RU №2006142667 А1, опубл. 27.05.2008 - аналог колеса центробежного.2. "Wheel centrifugal power plant" - Application of the Russian Federation, RU No. 2006142667 A1, publ. 05/27/2008 - an analogue of a centrifugal wheel.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008131972/06A RU2378585C1 (en) | 2008-07-25 | 2008-07-25 | Turbulent type heat-steam generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008131972/06A RU2378585C1 (en) | 2008-07-25 | 2008-07-25 | Turbulent type heat-steam generator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2378585C1 true RU2378585C1 (en) | 2010-01-10 |
Family
ID=41644285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008131972/06A RU2378585C1 (en) | 2008-07-25 | 2008-07-25 | Turbulent type heat-steam generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2378585C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2759460C1 (en) * | 2021-02-19 | 2021-11-15 | Общество с ограниченной ответственностью «ТяжПромИнжиниринг» | Method for producing steam and device for its implementation |
-
2008
- 2008-07-25 RU RU2008131972/06A patent/RU2378585C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2759460C1 (en) * | 2021-02-19 | 2021-11-15 | Общество с ограниченной ответственностью «ТяжПромИнжиниринг» | Method for producing steam and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR19990028875A (en) | Rotor | |
| US10544675B2 (en) | Turbine assembly | |
| CN106437857B (en) | The equipment of screw path type steam turbine and application screw path type steam turbine | |
| RU2378585C1 (en) | Turbulent type heat-steam generator | |
| RU2511967C1 (en) | Turbo-pump unit, and cold, hot and industrial water pumping method | |
| RU2422733C1 (en) | Heat cavitation generator | |
| KR101622537B1 (en) | Power generating apparatus having centripetal diffuser and turbine | |
| RU2746822C2 (en) | Turbogenerator device for electrical power generation, methods of its installation and operation | |
| Zhou et al. | Effect of reflux hole on the transient flow characteristics of the self-priming sewage centrifugal pump | |
| RU97813U1 (en) | CENTRIFUGAL POWER WHEEL | |
| JP6685321B2 (en) | Heat shield for pressure casing | |
| RU2235950C2 (en) | Cavitation-vortex heat generator | |
| RU181361U1 (en) | CENTRIFUGAL TURBINE | |
| WO2015145204A1 (en) | Hydromechanical heat generator | |
| RU2346213C2 (en) | Power-generating plant centrifugal wheel | |
| RU2719612C1 (en) | Heat generator | |
| RU2511983C1 (en) | Turbo-pump unit, and cold, hot and industrial water pumping method | |
| RU175269U1 (en) | Hydraulic Low Pressure Propeller Turbine | |
| RU2767433C1 (en) | Multi-flow vortex turbine | |
| RU2511963C1 (en) | Turbo-pump unit, and cold, hot and industrial water pumping method | |
| EP2016345B1 (en) | Vortex heat-generator | |
| RU2511970C1 (en) | Turbo-pump unit, and cold, hot and industrial water pumping method | |
| RU101157U1 (en) | HYDRODYNAMIC LIQUID HEATING UNIT | |
| RU2684067C1 (en) | Centrifugal turbine | |
| RU2509921C1 (en) | Horizontal chemical pump with exposed impeller |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140726 |