RU2416768C1

RU2416768C1 - Centrifugal leakproof electric pump - heat generator

Info

Publication number: RU2416768C1
Application number: RU2009136317/06A
Authority: RU
Inventors: Владислав Савельевич Медведев (RU); Владислав Савельевич Медведев; Игорь Михайлович Зюкин (RU); Игорь Михайлович Зюкин; Иван Васильевич Ломовцев (RU); Иван Васильевич Ломовцев; Владимир Игоревич Зюкин (RU); Владимир Игоревич Зюкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма ООО "Свет.Вода.Тепло"
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-20

Abstract

FIELD: power industry. ^ SUBSTANCE: centrifugal leakproof electric pump - heat generator includes inlet, impeller and outlet of pump, which are arranged in one and the same housing, as well as stator and hollow rotor of drive electric motor, which is installed in sliding bearings on hollow shaft; inside hollow rotor there is vortex stage of heat generator, and there is cavitation rotor stage of heat generator inside the inlet. ^ EFFECT: increase in temperature of pumped liquids inside electric pump, reduction of consumed power, improvement of efficiency coefficient of electric pump and improvement of its suction capacity. ^ 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области насосостроения и может найти применение в центробежных герметичных электронасосах, перекачивающих взрывопожароопасные жидкости с повышенной вязкостью (например, нефтепродукты и др.) на предприятиях нефтехимической промышленности.The present invention relates to the field of pump engineering and may find application in centrifugal sealed electric pumps that pump explosive fluids with high viscosity (for example, petroleum products and others) at the enterprises of the petrochemical industry.

В настоящем изобретении усовершенствуются известные конструкции центробежных герметичных электронасосов, содержащие в едином корпусе подвод, рабочее колесо и отвод насоса, статор и ротор приводного электродвигателя и радиальные и осевые пары трения (см., например, Васильцов Э.А., Невелич В.В. «Герметические электронасосы» М. «Машиностроение» 1968 г. Стр.234, а также герметичные центробежные электронасосы по авторским свидетельствам СССР №1038596 и №1038597, кл. F04D 13/06, лопастный насос по А.С. СССР №523196, кл. F04D 9/06 и др.)In the present invention, the known designs of centrifugal sealed electric pumps are improved, containing a supply, an impeller and a pump outlet, a stator and a rotor of a drive electric motor and radial and axial friction pairs in a single housing (see, for example, Vasiltsov E.A., Nevelich V.V. “Hermetic electric pumps” M. “Mechanical Engineering”, 1968, p. 234, as well as sealed centrifugal electric pumps according to USSR author's certificates No. 1038596 and No. 1038597, class F04D 13/06, vane pump according to AS USSR No. 523196, class F04D 9/06 et al.)

Конструкции герметичных электронасосов по А.С. №1038596 и №523196 могут быть приняты за базовые объекты.Designs of sealed electric pumps according to A.S. No. 1038596 and No. 523196 can be mistaken for basic objects.

Недостатками указанных конструкций при перекачивании жидкостей с повышенной вязкостью при обычной температуре являются:The disadvantages of these structures when pumping liquids with high viscosity at ordinary temperature are:

- снижение всасывающей способности насоса, для устранения чего требуется повышение давления жидкости на входе в насос или предварительный подогрев перекачиваемой жидкости;- reducing the suction capacity of the pump, which requires increasing the pressure of the liquid at the inlet to the pump or preheating the pumped liquid;

- снижение кпд насоса и увеличение потребляемой электронасосом мощности.- reduced pump efficiency and increased power consumed by the electric pump.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, т.е улучшение всасывающей способности электронасоса, повышение его кпд и снижение потребляемой им мощности за счет повышения температуры перекачиваемой жидкости внутри электронасоса.The aim of the present invention is to remedy these disadvantages, i.e., improving the suction capacity of the electric pump, increasing its efficiency and reducing its power consumption by increasing the temperature of the pumped liquid inside the electric pump.

Поставленная цель достигается за счет того, что внутри полого ротора электродвигателя (например, индукторного или моментного) выполнен вихревой теплогенератор в виде вихревой трубы, а внутри подвода, организующего всасываемый рабочим колесом поток (например, полуспирального подвода), выполнен резонансный кавитационный роторный теплогенератор.This goal is achieved due to the fact that inside the hollow rotor of the electric motor (for example, inductor or moment) a vortex heat generator is made in the form of a vortex tube, and inside the supply that organizes the flow that is sucked by the impeller (for example, a half-spiral supply), a resonant cavitation rotary heat generator is made.

При этом существенным отличием данной конструкции является то, что предварительный нагрев протекающей по контурам охлаждения статора и ротора электродвигателя, а также радиальных и осевой опор скольжения жидкости полезно используется в последующих ступенях встроенного теплогенератора.At the same time, a significant difference of this design is that the preliminary heating of the stator and rotor of the electric motor flowing along the cooling circuits, as well as the radial and axial bearings of the sliding fluid, is useful in the subsequent steps of the built-in heat generator.

Указанная охлаждающая (и смазывающая опоры скольжения) жидкость через полый вал попадает в вихревую трубу, выполненную во внутренней полости ротора электродвигателя, где разделяется на два потока, имеющих разные температуры: «горячую» (проходящую по внутренним стенкам ротора далее в полый вал под рабочим колесом) и «теплую» (с более высокой температурой, чем температура поступающей в вихревую трубу жидкости), которая возвращается по осевой зоне через отверстия на вход вихревой трубы, еще более подогревая поступающую в нее жидкость (см., например, патенты РФ на вихревые теплогенераторы №2045715 и №2132517 и др.The specified cooling (and lubricating sliding bearings) liquid passes through a hollow shaft into a vortex tube made in the internal cavity of the electric motor rotor, where it is divided into two flows having different temperatures: “hot” (passing along the inner walls of the rotor further into the hollow shaft under the impeller ) and “warm” (with a higher temperature than the temperature of the liquid entering the vortex tube), which returns along the axial zone through the openings to the entrance of the vortex tube, further warming the liquid entering it (see, example, patent RF eddy heat generators and №2045715 №2132517 et al.

После вихревой ступени подогретая жидкость по полому валу поступает в кавитационную роторную ступень теплогенератора, представляющую собой вращающийся ступенчатый цилиндр с равномерно распределенными сквозными радиальными цилиндрическими или ступенчатыми (конические сходящиеся насадки, переходящие в расширенные цилиндрические) отверстиями.After the vortex stage, the heated fluid flows through the hollow shaft into the cavitation rotary stage of the heat generator, which is a rotating step cylinder with evenly distributed through radial cylindrical or step (conical converging nozzles turning into expanded cylindrical) holes.

Коаксиально вращающемуся цилиндру в подводе выполнено неподвижное кольцо со сквозными радиальными отверстиями, большими по диаметру, чем выходные отверстия во вращающемся цилиндре.A stationary ring with through radial holes larger in diameter than the outlet openings in the rotating cylinder is made coaxially to the rotating cylinder in the inlet.

В начале конических насадков и при резком переходе их в цилиндрические отверстия образуются зоны пониженных давлений, способствующих образованию кавитационных пузырьков в жидкости еще во вращающемся цилиндре. В момент совмещения отверстий ротора с отверстиями в неподвижном кольце жидкость, проходя через внезапно расширяющиеся отверстия, опять образует области пониженного давления. При понижении давления ниже давления насыщенного пара жидкости, она интенсивно закипает, насыщая струи кавитационными пузырьками. После прохода этих зон давление в жидкости повышается, и кавитационные пузырьки охлопываются, образуя волну гидравлических микроударов, нагревающих перекачиваемую жидкость (см., например, патенты США №5341768, №5188090, А.С. СССР кл. F24J 3/00 №1329629, патент РФ №2054604 МПК F24J 3/00, патент РФ №2085273, МПК В01Р 7/00, патент РФ №2116583 МПК F24J 3/00, патент РФ №2142604, МПК J3/00, патент РФ №2159901, МПК P24J 3/00 и др.).At the beginning of the conical nozzles and during their sharp transition into cylindrical holes, zones of low pressures are formed, which contribute to the formation of cavitation bubbles in the liquid even in the rotating cylinder. At the moment of alignment of the rotor holes with the holes in the fixed ring, the liquid, passing through the suddenly expanding holes, again forms areas of reduced pressure. When the pressure drops below the pressure of the saturated vapor of the liquid, it intensively boils, saturating the jets with cavitation bubbles. After the passage of these zones, the pressure in the liquid increases, and the cavitation bubbles collapse, forming a wave of hydraulic micro-impacts that heat the pumped liquid (see, for example, US patents No. 5341768, No. 5188090, A.S. USSR CL F24J 3/00 No. 1329629, RF patent №2054604 IPC F24J 3/00, RF patent №2085273, IPC ВРР 7/00, RF patent №2116583 IPC F24J 3/00, RF patent №2142604, IPC J3 / 00, RF patent №2159901, IPC P24J 3 / 00 and others).

После роторной кавитационной ступени теплогенератора нагретая жидкость через кольцевые сопла попадает во всасываемую рабочим колесом жидкость, повышая ее давление и нагревая ее (тем самым, снижая ее вязкость и уменьшая энергозатраты на ее перекачивание). Кроме того, напорные струи нагретой жидкости создают дополнительный эжектирущий эффект и направленное формирование потока на входе в рабочее колесо, что повышает его гидравлический кпд и антикавитационные качества.After the rotational cavitation stage of the heat generator, the heated fluid through the annular nozzles enters the fluid absorbed by the impeller, increasing its pressure and heating it (thereby reducing its viscosity and reducing the energy consumption for pumping it). In addition, the pressure jets of the heated liquid create an additional ejection effect and directional flow formation at the entrance to the impeller, which increases its hydraulic efficiency and anti-cavitation qualities.

Использование предлагаемого герметичного электронасоса-теплогенератора существенно повышает активацию и экономичность технологических процессов и значительно уменьшает энергозатраты на их осуществление, т.к. по разным данным подобные устройства имеют коэффициент преобразования энергии (отношение вырабатываемой тепловой энергии к затрачиваемой механической) порядка 1,2-3,5 - (6). Таким образом, применение ЭЦГТ, например, в нефтехимической промышленности позволяет не только перекачивать и нагревать различные вязкие жидкости, но и использовать их как специальное технологическое оборудование (применение ЭЦГТ при одновременном создании и перекачивании высокодисперсных стойких водомазутных эмульсий из дешевых низкокачественных мазутов, обеспечивающих повышение кпд котлов и срок их службы при экономии топлива и значительном снижении вредных выбросов).Using the proposed hermetic electric pump-heat generator significantly increases the activation and efficiency of technological processes and significantly reduces energy costs for their implementation, because according to various sources, such devices have an energy conversion coefficient (the ratio of generated thermal energy to expended mechanical) of the order of 1.2-3.5 - (6). Thus, the use of ECGT, for example, in the petrochemical industry allows not only pumping and heating various viscous liquids, but also using them as special technological equipment (using ECGT while creating and pumping highly dispersed stable water-oil emulsions from cheap low-quality fuel oils, which increase the efficiency of boilers and their service life with fuel economy and a significant reduction in harmful emissions).

В конструкциях устройств по А.С. №1038596 и №523196 выполнение одновременно нескольких различных функций на основе основного предназначения не обеспечивается. Таким образом, заявляемая конструкция ЭЦГТ имеет вышеуказанные технические преимущества по сравнению с базовым объектом.In device designs according to A.S. No. 1038596 and No. 523196 the simultaneous execution of several different functions based on the main purpose is not provided. Thus, the claimed design of ECGT has the above technical advantages compared with the base object.

Данные, подтверждающие достоверность достижения цели изобретения, описаны в специальной технической литературе (см., например, Фоминский Л.П., «Роторные генераторы дарового тепла», Черкассы: «ОКО-Плюс» 2003, Фоминский Л.П. «Как работает вихревой теплогенератор Потапова», Черкассы: «ОКО-Плюс» 2001, Ю.С.Потапов, Л.П.Фоминский и др. «Энергия вращения», Б.Т.Емцев «Техническая гидромеханика» М, Машиностроение, 1978 г. (стр.192, 200, 207 и др.), Л.П.Фоминский «Сверхъединичные теплогенераторы - блеф или реальность?», Справочник промышленного оборудования» 2004 г. №2 (стр.81-93) и др.The data confirming the reliability of the achievement of the purpose of the invention are described in the special technical literature (see, for example, Fominsky L. P., “Rotary generators of free heat”, Cherkasy: “OKO-Plus” 2003, Fominsky L. P. “How does the vortex work Potapov heat generator ”, Cherkasy:“ OKO-Plus ”2001, Yu.S. Potapov, L.P. Fominsky et al.“ Rotation energy ”, B.T. Emtsev“ Technical hydromechanics ”M, Mechanical Engineering, 1978 (p. .192, 200, 207, etc.), L.P. Fominsky “Super-unit heat generators - bluff or reality?”, Industrial Equipment Handbook ”2004, No. 2 (p. 81-93) and others.

Сущность изобретения поясняется чертежом ЭЦГТ. Данный электронасос-теплогенератор включает в себя находящиеся в одном корпусе подвод 1, организующий всасываемый поток на входе в рабочее колесо 2, отвод (например, спиральный) насоса 3, экранированный статор 4 и экранированный полый ротор 5 регулируемого по скорости вращения электродвигателя (например, индукторного или моментного). Полый ротор закреплен на полом валу 6, который установлен в подшипниках скольжения 7 и зафиксирован от осевого смещения осевой опорой скольжения 8. На конце полого вала снаружи и внутри выполнена резьба, образующая совместно с резьбами на неподвижных деталях (охватывающих вал и входящий в его центральное осевое отверстие) лабиринтный насос 9. Внутри полото ротора выполнена вихревая труба 10, разделяющая проходящий через нее поток на два различных по температуре и по направлению потока - «горячий», уходящий по отверстиям 11 направителя 12 в полый вал, и «теплый», возвращающийся через осевые отверстия 13 завихрителя 14 на вход вихревой трубы - первой ступени теплогенератора.The invention is illustrated by the drawing ECGT. This electric pump-heat generator includes an inlet 1 located in one housing, which organizes the suction stream at the entrance to the impeller 2, the outlet (for example, spiral) of the pump 3, the shielded stator 4 and the shielded hollow rotor 5 of an electric motor (for example, induction) or moment). The hollow rotor is mounted on a hollow shaft 6, which is mounted in sliding bearings 7 and fixed from axial displacement by an axial sliding support 8. At the end of the hollow shaft, the threads are formed inside and outside, forming together with the threads on the stationary parts (covering the shaft and entering its central axial hole) labyrinth pump 9. Inside the rotor cavity, a vortex tube 10 is made, separating the flow passing through it into two different in temperature and in the direction of flow - “hot”, leaving through the holes 11 of the guide 12 to the floor second shaft, and a "warm", returning through the axial hole 13 of the swirler 14 to the vortex tube entry - the first stage of the heat generator.

Подвод насоса состоит из закрепленного на полом валу вращающегося обтекаемого диска-ротора 15, в котором выполнены радиальные цилиндрические отверстия 16 и ступенчатые-конические сходящиеся, резко переходящие в цилиндрические большего диаметра отверстия 17, и закрепленного на корпусе неподвижного обтекаемого статора 18 с радиальными коническими отверстиями 19 и резко расширяющимися по объему полостями 20 - для выхода жидкости из радиальных цилиндрических отверстий 16 и 21 - для выхода жидкости из статорных отверстий 19. Во вращающемся диске-роторе выполнены вращающиеся кольцевые сопла 22, а в статоре - неподвижные сопла 23. Вращающийся ротор 15 и статор 18 с выполненными в них радиальными отверстиями образуют вторую - кавитационную ступень теплогенератора.The pump inlet consists of a rotating streamlined rotor disk 15 mounted on a hollow shaft, in which radial cylindrical holes 16 and step-conical converging sharply turning into larger diameter cylindrical openings 17 are made, and a fixed streamlined stator 18 fixed on the housing with radial conical holes 19 and cavities sharply expanding in volume 20 — for the liquid to exit from the radial cylindrical holes 16 and 21 — for the liquid to exit from the stator holes 19. In a rotating disk rotor annular nozzles 22 are made in the torus, and stationary nozzles 23 are made in the stator. Rotating rotor 15 and stator 18 with radial holes made in them form the second - cavitation stage of the heat generator.

При работе электронасоса-теплогенератора ЭЦГТ часть напорной жидкости после рабочего колеса 2 проходит через его радиальное щелевое уплотнение на смазку и охлаждение радиальных опор 7, охлаждение экранированного статора 4 и ротора 5, смазку и охлаждение осевой опоры скольжения 8, подогреваясь во всех этих узлах, и затем на создание напорного потока лабиринтным насосом 9. Далее по полому валу 6 напорный поток поступает в вихревую трубу 10, где разделяется на «горячий», уходящий по отверстиям 11 направителя 12 в полый вал, и циркулирующий внутри трубы «теплый» поток, который, смешиваясь через отверстия 13 в завихрителе 14 с поступающим в вихревую трубу потоком, подогревает его.When the electric pump-heat generator ECGT is operating, part of the pressure fluid after the impeller 2 passes through its radial gap seal to lubricate and cool the radial bearings 7, cool the shielded stator 4 and rotor 5, lubricate and cool the axial sliding support 8, being heated in all these units, and then to create the pressure flow by the labyrinth pump 9. Then, along the hollow shaft 6, the pressure flow enters the vortex tube 10, where it is divided into a “hot” flowing through the holes 11 of the guide 12 into the hollow shaft and circulating inside t the “warm” stream, which, mixing through the openings 13 in the swirl 14 with the flow entering the vortex tube, heats it.

По полому валу 6 «горячий» напорный поток поступает во вращающийся ротор 15 кавитационной ступени теплогенератора.On the hollow shaft 6, the "hot" pressure stream enters the rotating rotor 15 of the cavitation stage of the heat generator.

Часть потока проходит по радиальным цилиндрическим отверстиям 16, приобретая при этом за счет центробежных сил дополнительный напор, в резко расширяющуюся полость 20 между ротором и статором, где образуется зона пониженного давления, способствующая образованию кавитационных пузырьков в жидкости, которая затем через сопла 22 попадает во всасываемый поток.Part of the flow passes through the radial cylindrical openings 16, while acquiring an additional pressure due to centrifugal forces, into the sharply expanding cavity 20 between the rotor and the stator, where a low pressure zone is formed, which contributes to the formation of cavitation bubbles in the liquid, which then passes through the nozzle 22 into the suction flow.

Другая часть потока попадает в радиальные конические сходящиеся и резко переходящие в цилиндрические большого диаметра отверстия 17, а затем в большие по диаметру отверстия 19 в статоре 18. В начале конических отверстий и при резком переходе их в цилиндрические отверстия большего диаметра 17 в роторе 15, а затем при переходе в большие по диаметру цилиндрические отверстия 19 в статоре 18 в жидкости образуются зоны пониженных давлений, способствующие образованию кавитационных пузырьков в жидкости еще во вращающемся роторе, а в момент совмещения отверстий 17 вращающегося ротора 15 с отверстиями 19 в неподвижном кольце статора 18 жидкость, проходя через внезапно расширяющиеся отверстия, опять образует области пониженного давления с образованием кавитационных пузырьков.Another part of the flow enters the radial conical holes 17, which converge sharply into large-diameter cylindrical holes, and then into the large-diameter holes 19 in the stator 18. At the beginning of the conical holes and during their sharp transition into larger cylindrical holes 17 in the rotor 15, then, when passing into large cylindrical holes 19 in the stator 18, low pressure zones are formed in the liquid, which contribute to the formation of cavitation bubbles in the liquid even in the rotating rotor, and at the moment of alignment tversty 17 rotating the rotor 15 with the holes 19 in the stationary stator ring 18 the liquid passing through the holes suddenly expanding, again forms an area of reduced pressure to form cavitation bubbles.

Затем жидкость переходит в образованную в статоре резкорасширенную по объему полость 21 с образованием зоны пониженных давлений с выделением кавитационных пузырьков.Then the liquid passes into the cavity 21 sharply expanded in volume formed in the stator with the formation of a zone of low pressures with the release of cavitation bubbles.

Разогретая жидкость с кавитационными пузырьками из полостей 20 и 21 подходит к соответствующим цилиндрическим соплам 22 и 23, на входе в которые давление в жидкости возрастает, и на выходе из них кавитационные пузырьки охлопываются с образованием гидравлических микроударов, нагревающих жидкость напорных струй, попадающих во всасываемый поток, повышающих при этом его давление, формируя поток по направлению меридианного сечения рабочего колеса, повышая при этом гидравлический кпд и антикавитационные качества насоса.The heated liquid with cavitation bubbles from the cavities 20 and 21 approaches the corresponding cylindrical nozzles 22 and 23, at the inlet of which the pressure in the liquid increases, and at the outlet of them the cavitation bubbles cools with the formation of hydraulic micro-impacts that heat the liquid of the pressure jets entering the intake stream while increasing its pressure, forming a flow in the direction of the meridian section of the impeller, while increasing hydraulic efficiency and anti-cavitation qualities of the pump.

Таким образом, предлагаемая конструкция центробежного герметичного электронасоса-теплогенератора имеет практическую ценность и может создать технический и экономический эффект при изготовлении технологического оборудования в нефтехимической и др. отраслях промышленности, т.к. способствует решению важной задачи повышения температуры перекачиваемых жидкостей (особенно вязких) внутри электронасоса, снижения потребляемой при этом мощности, повышения кпд электронасоса и улучшения его всасывающей способности.Thus, the proposed design of a centrifugal sealed electric heat pump is of practical value and can create a technical and economic effect in the manufacture of technological equipment in the petrochemical and other industries, because helps to solve the important problem of increasing the temperature of the pumped fluids (especially viscous) inside the electric pump, reducing the power consumed while doing this, increasing the efficiency of the electric pump and improving its suction capacity.

Claims

Sealed centrifugal electric pump - a heat generator containing an inlet, an impeller and a pump outlet located in one housing, as well as a stator and a hollow rotor of a drive electric motor installed in sliding bearings on a hollow shaft, characterized in that a vortex stage of the heat generator is made inside the hollow rotor, and inside the supply made cavitation rotary stage of the heat generator.