RU2422733C1 - Heat cavitation generator - Google Patents

Heat cavitation generator Download PDF

Info

Publication number
RU2422733C1
RU2422733C1 RU2010105212/06A RU2010105212A RU2422733C1 RU 2422733 C1 RU2422733 C1 RU 2422733C1 RU 2010105212/06 A RU2010105212/06 A RU 2010105212/06A RU 2010105212 A RU2010105212 A RU 2010105212A RU 2422733 C1 RU2422733 C1 RU 2422733C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cavitation
stage
wheels
cylindrical
pressure
Prior art date
Application number
RU2010105212/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Натикбек Алиевич Алиев (UA)
Натикбек Алиевич Алиев
Валерий Петрович Шулико (UA)
Валерий Петрович Шулико
Original Assignee
Натикбек Алиевич Алиев
Валерий Петрович Шулико
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Натикбек Алиевич Алиев, Валерий Петрович Шулико filed Critical Натикбек Алиевич Алиев
Priority to RU2010105212/06A priority Critical patent/RU2422733C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2422733C1 publication Critical patent/RU2422733C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: power industry. ^ SUBSTANCE: heat cavitation generator includes rotor formed by means of in-series installation of centrifugal and cavitation wheels of semi-open type, guide vanes with vaned grid, suction and delivery covers with brackets of support assemblies. Cavitation wheels are made in the form of perforated conoidal-cylindrical nozzles of disc with radial-beam blades, which are framed in circumferential direction with cylindrical perforated rim, and guide vanes of cavitation stage is provided with perforation in inter-vaned zone. At that, support on cavitation stage is created with conical nozzle head piece which is installed at the outlet of flow of treated medium from vaned diffuser of housing of pre-cavitation stage. ^ EFFECT: increased number of cavitation generation zones and hydraulic impacts on opposite flows of jets which are throttled through conoidal-cylindrical perforation nozzles, which leads to uneven growth of temperature gradient in the stage. ^ 2 cl, 4 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к альтернативным видам энергетики, в частности к агрегатам, предназначенным для создания температурных полей в автономных замкнутых системах теплоснабжения, теплофикации локальных стационарных объектов, в технологических процессах, требующих изменения реологических свойств обрабатываемых сред путем температурного воздействия на них при перекачивании, в установках для процессов смешения, диспергирования, очистки, а также гидроразрыва добычного пласта при разработке полезных ископаемых.The invention relates to alternative forms of energy, in particular, to units designed to create temperature fields in autonomous closed-loop heat supply systems, to heat local stationary facilities, in technological processes that require changes in the rheological properties of the processed media by the temperature effect on them during pumping, in process plants mixing, dispersing, cleaning, as well as hydraulic fracturing of the reservoir in the development of minerals.

Уровень техникиState of the art

Известны тепловые генераторы или устройства, в которых реализуются способы гидродинамического теплового нагрева, генерируемого в динамических турбомашинах колебательными, кавитационными или другими процессами, формирующимися в движущейся жидкости, с помощью сопутствующего механического воздействия при турбулентном перемешивания слоев, контактирования потока с поверхностями деталей проточной части и корпуса, дросселирования через щелевые и концевые уплотнения, а также возникающих в системе гидравлических ударов и т.д.Thermal generators or devices are known in which hydrodynamic thermal heating methods are generated that are generated in dynamic turbomachines by oscillatory, cavitation or other processes that are formed in a moving fluid, by means of concomitant mechanical action during turbulent mixing of the layers, contact of the flow with the surfaces of the parts of the flow part and the body, throttling through gap and end seals, as well as arising in the system of hydraulic shocks, etc.

В общем коэффициенте полезного действия (в дальнейшем КПД) динамических турбомашин указанные энергозатраты учитываются механическими и гидравлическими КПД и рассматриваются как естественные потери, сопутствующие процессам транспортирования и перекачке жидкостей.In the overall efficiency (hereinafter referred to as efficiency) of dynamic turbomachines, the indicated energy inputs are taken into account by mechanical and hydraulic efficiency and are considered as natural losses associated with the processes of transportation and pumping of liquids.

Кавитационные явления, заключающиеся в образовании в жидкости местных областей, в которых происходит выделение парогазовых каверн с последующим их разрушением, являются результатом быстротекущего процесса конденсации паров и схлопывания пузырьков, сопровождающегося высокочастотными гидравлическими микроударами и высокими забросами давления в локальной области (см. Башта Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1967. - 497 с.: ил.).Cavitation phenomena, which consist in the formation of local regions in a liquid in which vapor-gas caverns are released followed by their destruction, are the result of a fast-moving process of vapor condensation and collapse of bubbles, accompanied by high-frequency hydraulic micromolets and high pressure drops in the local region (see Bashta T.M Hydraulic drives of aircraft. - M.: Mechanical Engineering, 1967. - 497 pp., Ill.).

Кавитация обычно возникает в динамических турбомашинах, трубопроводах, а также во всех устройствах, где поток жидкости резко изменяет направление, подвергается воздействию сужений проточного тракта с последующим расширением - в кранах, клапанах, вентилях, диафрагмах.Cavitation usually occurs in dynamic turbomachines, pipelines, as well as in all devices where the fluid flow sharply changes direction, is exposed to narrowing of the flow path with subsequent expansion - in taps, valves, valves, diaphragms.

Кавитация, нарушая установившийся режим работы гидравлических машин и их систем, приводит к разрушению агрегатов, арматуры и трубопроводов, чаще всего работающих при значительных давлениях и подачах.Cavitation, violating the established operating mode of hydraulic machines and their systems, leads to the destruction of aggregates, valves and pipelines, most often operating at significant pressures and flows.

Известно, что особенно негативное действие на работу динамических насосов и турбомашин кавитация оказывает тогда, когда в процессе функционирования агрегата по тем или иным причинам происходит отрыв потока от рабочей поверхности элемента, осуществляющего транспортировку или перемещение жидкости. Возможность такого отрыва потока зависит от величины давления жидкости на всасывающем тракте, ее реологических свойств, а также конструкторско-технологического исполнения и оборотов насоса. К примеру, явление кавитации может наступить, если давление на приемном патрубке всасывающего тракта окажется недостаточным для того, чтобы обеспечить неразрывность потока жидкости в процессе изменения скорости ее движения, задаваемой изменением скорости движения всасывающего клапана насосного агрегата. Предельно допустимым числом оборотов насоса является такое число, при котором абсолютное давление жидкости на всасывающем тракте будет способно преодолеть без разрыва потока сумму потерь в нем.It is known that cavitation has a particularly negative effect on the operation of dynamic pumps and turbomachines when, for one reason or another, the unit detaches flow from the working surface of an element that carries out the transportation or movement of the liquid. The possibility of such separation of the flow depends on the magnitude of the pressure of the liquid on the suction path, its rheological properties, as well as the design and technological design and the speed of the pump. For example, cavitation can occur if the pressure at the suction pipe inlet is insufficient to ensure continuity of the fluid flow during a change in its speed, defined by a change in the speed of the suction valve of the pump unit. The maximum permissible number of revolutions of the pump is such a number at which the absolute pressure of the liquid on the suction path will be able to overcome the sum of losses in it without breaking the flow.

В случае лопастных и вихревых насосов к рассмотренным внутренним потерям на всасывании добавляются потери, обусловленные центробежной силой.In the case of vane and vortex pumps, the losses due to centrifugal force are added to the internal suction losses considered.

С появлением кавитации производительность динамических турбомашин понижается, возникает характерный шум, происходит эмульсирование жидкости, а также наблюдаются резкие частотные колебания давления в нагнетательной линии и ударные нагрузки на детали насоса, которые могут вызвать выход агрегата из строя.With the advent of cavitation, the performance of dynamic turbomachines decreases, characteristic noise occurs, emulsification of the liquid occurs, and sharp frequency fluctuations in pressure in the discharge line and shock loads on the pump parts, which can cause the unit to fail, are observed.

В зонах кавитации происходит разрушение (эрозия) деталей гидроагрегата с образованием на их поверхностях характерных повреждений (в виде каверн, раковин).In cavitation zones, destruction (erosion) of hydraulic unit parts occurs with the formation of characteristic damage (in the form of caverns, shells) on their surfaces.

О природе явления кавитации и о механизме разрушительного действия ее на гидравлические агрегаты и их элементы существует несколько гипотез, наиболее распространенная из которых сводится к следующему. При понижении давления в какой-либо точке потока жидкости до величины ниже давления насыщенных ее паров при данной температуре жидкость вскипает (происходит ее разрыв), выделившиеся же пузырьки пара увлекаются потоком и переносятся в область более высокого давления, в которой паровые пузырьки конденсируются (смыкаются). Так как процесс конденсации парового пузырька (каверны) происходит мгновенно, частицы жидкости, заполняющие его полость, перемещаются к его центру с большой скоростью. Теоретические расчеты показывают, что скорости встречи стенок смыкающегося пузырька (каверны) могут достигать величин, превышающих сотни метров в секунду. В результате кинетическая энергия соударяющихся частиц жидкости вызывает в момент завершения конденсации (в момент смыкания пузырьков) местные гидравлические удары, сопровождающиеся резкими забросами давления и температуры в центрах конденсации. Теоретические подсчеты показывают, что местный заброс давления при быстротекущем (за время, приблизительно равное 1-3 с) разрушении (смыкании) кавитационного пузырька может достигать 2000-3000 кГ/см2.There are several hypotheses about the nature of the phenomenon of cavitation and about the mechanism of its destructive effect on hydraulic units and their elements, the most common of which boils down to the following. When the pressure decreases at any point in the fluid flow to a value lower than the pressure of its saturated vapors at a given temperature, the liquid boils (it ruptures), the released vapor bubbles are entrained by the flow and transferred to the higher pressure region, in which the vapor bubbles condense (close) . Since the process of condensation of a vapor bubble (cavity) occurs instantly, fluid particles filling its cavity move to its center with great speed. Theoretical calculations show that the meeting speeds of the walls of a closing bubble (cavity) can reach values exceeding hundreds of meters per second. As a result, the kinetic energy of the colliding particles of the liquid causes local hydraulic shocks at the moment of condensation completion (at the moment of closing of the bubbles), accompanied by sharp pressure and temperature overflows in the condensation centers. Theoretical calculations show that the local pressure casting with swift (in a time of approximately from 1 -3) destruction (closing) of the cavitation bubble may reach 2,000-3,000 kg / cm 2.

Если конденсация паровых пузырьков будет происходить у стенки корпуса агрегата или канала, то она будет подвергаться непрерывным гидравлическим ударам с высокой повторяемостью со стороны частиц жидкости. В результате при длительной кавитации под действием указанных гидравлических ударов и одновременном воздействии высокой температуры, развивающейся в центрах конденсации этих ударов, на поверхности стенки за непродолжительное время образуются микроскопические раковины (углубления), рост которых связан с длительностью воздействия.If condensation of vapor bubbles occurs near the wall of the unit body or channel, then it will undergo continuous hydraulic shocks with high repeatability from the side of the liquid particles. As a result, during prolonged cavitation under the influence of the indicated hydraulic shocks and the simultaneous action of high temperature developing in the centers of condensation of these shocks, microscopic shells (depressions) are formed on the wall surface in a short time, the growth of which is associated with the duration of exposure.

Проведенные исследования показали, что наблюдаемые в практике кавитационные явления происходят в основном не в результате выделения паров жидкости, а вследствие выделения из жидкости в зонах пониженного давления растворенного воздуха, а также расширения пузырьков последнего, находящихся в механической смеси с жидкостью (см. Башта Т.М. «Гидравлические приводы летательных аппаратов», - М.: Машиностроение, 1967. - 497 с.: ил., см. также Т.М.Башта. "Машиностроительная гидравлика", M.: Машиностроение, 1971 г., - 671 c.).The studies showed that the cavitation phenomena observed in practice mainly occur not as a result of the release of liquid vapor, but as a result of the release of dissolved air from the liquid in the zones of low pressure, as well as the expansion of the latter bubbles in a mechanical mixture with the liquid (see Bashta T. M. "Hydraulic drives of aircraft," - M.: Mechanical Engineering, 1967. - 497 pp., Ill., See also T.M.Bashta. "Engineering Hydraulics", M .: Mechanical Engineering, 1971, - 671 c.).

Последнее подтверждается тем, что кавитация начинается не при давлении парообразования в жидкости, а при некотором критическом давлении, значительно превышающем давление парообразования. Длительными испытаниями различных гидравлических систем также установлено, что в реальных условиях при работе динамических турбомашин, невозможно создать такой вакуум, который соответствовал бы упругости паров жидкости. Развитию столь низких давлений (вакуума), соответствующих давлению парообразования в жидкости, препятствует в этом случае воздух, находящийся как в растворенном состоянии, так и в механической смеси с жидкостью в виде пузырьков того или иного размера, которые мгновенно расширяются при любом понижении давления.The latter is confirmed by the fact that cavitation does not begin at the vaporization pressure in the liquid, but at a certain critical pressure significantly exceeding the vaporization pressure. Long-term tests of various hydraulic systems also found that in real conditions when operating dynamic turbomachines, it is impossible to create a vacuum that would correspond to the vapor pressure of the fluid. The development of such low pressures (vacuum), corresponding to the vaporization pressure in the liquid, is hindered in this case by air, which is both in the dissolved state and in a mechanical mixture with the liquid in the form of bubbles of one size or another, which instantly expand with any decrease in pressure.

Высказанное предположение подтверждается также тем, что кавитация начинается тем раньше, чем больше воздуха содержится в жидкости, при деаэрировании же ее кавитационная стойкость повышается (начало кавитации смещается в зону более высокого вакуума).This assumption is also confirmed by the fact that cavitation begins the earlier, the more air is contained in the liquid, while deaerating, its cavitation resistance increases (the beginning of cavitation is shifted to the higher vacuum zone).

Исследования позволяют заключить, что кавитация и кавитационное разрушение поверхностей деталей гидроагрегатов происходит в результате механического воздействия на них гидравлических ударов, возникающих при смыкании воздушных кавитационных каверн (пузырьков), а также в результате нагрева этих поверхностей при этих ударах до высоких температур.Studies allow us to conclude that cavitation and cavitational destruction of the surfaces of parts of hydraulic units occurs as a result of mechanical impact of hydraulic shocks that occur when air cavitations (bubbles) are closed, and also as a result of heating of these surfaces during these shocks to high temperatures.

Механизм этого явления схематически можно представить в следующем виде. При попадании воздушных пузырьков в зону повышенного давления они с большой скоростью смыкаются (захлопываются), причем более мелкие растворяются в жидкости, а более крупные - резко уменьшаются в объеме. Во время смыкания пузырька частицы окружающей его жидкости перемещаются с большой скоростью к центру пузырька и кинетическая энергия этих частиц создает местные гидравлические удары с большими, мгновенно (ударно) нарастающими забросами давления в центре пузырька.The mechanism of this phenomenon can be schematically represented in the following form. When air bubbles enter the zone of high pressure, they close at a high speed (collapse), while smaller ones dissolve in the liquid, and larger ones sharply decrease in volume. During the closure of the bubble, the particles of the surrounding liquid move with great speed to the center of the bubble and the kinetic energy of these particles creates local hydraulic shocks with large, instantly (shock) increasing pressure overflows in the center of the bubble.

Вследствие большой скорости и высокого уровня сжатия воздушного пузырька в нем развиваются высокие температуры, которые, как показывают расчеты, могут достигать при адиабатном процессе сжатия 1000-1500°C и выше. Удары частиц жидкости при смыкании такого пузырька по поверхности детали вызывают местный нагрев ее до такой температуры, сочетание которой с ударами приводит к интенсивному эрозионному разрушению материала.Due to the high speed and high level of compression of the air bubble, high temperatures develop in it, which, according to calculations, can reach 1000-1500 ° C and above with the adiabatic compression process. Impacts of liquid particles upon the closure of such a bubble on the surface of a part cause its local heating to such a temperature, the combination of which with impacts leads to intense erosive destruction of the material.

Не исключена также возможность выделения и участия в рассматриваемом явлении пузырьков пара жидкости, образованию которых будет способствовать возмущение ее при течении с большим перепадом давления, локальный резкий рост температуры и активное выделение воздуха.The possibility of the separation and participation in the phenomenon under consideration of liquid vapor bubbles, the formation of which will be facilitated by its disturbance during a flow with a large pressure drop, a local sharp increase in temperature, and active air release, is also possible.

Под действием этих температур в присутствии кислорода воздуха происходит активное окисление (коррозия) поверхностей. Следует также отметить, что происходящие при этом окислительные процессы усугубляются тем, что растворенный в жидкости воздух содержит больше кислорода, чем атмосферный.Under the influence of these temperatures in the presence of atmospheric oxygen, active oxidation (corrosion) of surfaces occurs. It should also be noted that the oxidation processes that occur in this case are exacerbated by the fact that the air dissolved in a liquid contains more oxygen than atmospheric.

При этом интенсивность окислительных процессов повышается еще и в результате того, что под действием механических (гидравлических) микроударов разрушается окислительная пленка, которая в обычных условиях защищает металлические поверхности деталей от воздействия кислорода и замедляет их окисление. Поскольку эта пленка обладает пониженными механическими свойствами, она легко разрушается (дробится) под действием гидравлических микроударов и уносится потоком, обнажая незащищенные участки металлической поверхности.At the same time, the intensity of oxidation processes also increases as a result of the fact that under the influence of mechanical (hydraulic) micro impacts, the oxidation film is destroyed, which under normal conditions protects the metal surfaces of parts from oxygen and slows down their oxidation. Since this film has reduced mechanical properties, it is easily destroyed (crushed) under the influence of hydraulic micro-impacts and is carried away by the stream, exposing unprotected sections of the metal surface.

Наблюдения показывают, что с появлением первых изъязвлений (шероховатостей) интенсивность дальнейшего кавитационного разрушения резко повышается. В равной мере процесс кавитационного разрушения ускоряется при наличии на поверхностях деталей шероховатостей, микротрещин и прочих местных дефектов. При захлопывании в этом случае кавитационных каверн, сопровождающемся гидравлическими микроударами высокой частоты и уровня, в порах (микротрещинах) возникают высокие ударные давления, превышающие давление гидроудара при захлопывании каверны, под действием которых жидкость продавливается в поры, сжимая при этом находящийся в порах воздух, который нагревается до высоких температур.Observations show that with the appearance of the first ulceration (roughness), the intensity of further cavitation destruction increases sharply. Equally, the process of cavitation destruction is accelerated in the presence of roughnesses, microcracks and other local defects on the surfaces of parts. When cavitation cavities are collapsed in this case, accompanied by high-level and high-pressure hydraulic microflows, high shock pressures arise in the pores (microcracks) that exceed the pressure of the hydraulic shock when the cavity collapses, under the action of which the fluid is forced into the pores, compressing the air in the pores, which heats up to high temperatures.

Очевидно, что некоторую роль в усилении кавитационного разрушения при наличии шероховатости играет также и то, что шероховатость поверхности увеличивает ее площадь в сравнении с площадью такой же гладкой поверхности.Obviously, a certain role in enhancing cavitation fracture in the presence of roughness is also played by the fact that the surface roughness increases its area in comparison with the area of the same smooth surface.

Наблюдения также показывают, что кавитация наступает тем раньше, чем больше жидкость загрязнена твердыми частицами. Последнее обусловлено тем, что на поверхности загрязняющих твердых частичек адсорбируется тонкий слой воздуха, частицы которого при попадании в зону пониженного давления служат зародышевыми очагами, способствующими возникновению кавитации.Observations also show that cavitation occurs the earlier, the more the liquid is contaminated with solid particles. The latter is due to the fact that a thin layer of air is adsorbed on the surface of polluting solid particles, the particles of which, when they enter the zone of reduced pressure, serve as germinal foci that contribute to the occurrence of cavitation.

Первые конструкции гидродинамических генераторов тепла на основе кавитационных процессов появились в начале 70…80-х годов и использовались для генерирования тепловых полей:The first designs of hydrodynamic heat generators based on cavitation processes appeared in the early 70 ... 80s and were used to generate thermal fields:

- лабораторных и технологических установок, в том числе способы воспроизведения в лабораторных условиях аэродинамического нагрева и охлаждения летательных аппаратов, нагрева газа в аэродинамическом канале экспериментальных исследовательских установок и т.д. (см. Авторское Свидетельство СССР №120940, кл. G01M 9/00, F24J 3/00, опубл. 01.01.1959 г; Авторское Свидетельство СССР №354235, кл. F24J 3/00, G01M 9/00, опубл. 01.01.1972 г.; Патенты Российской Федерации: №2150055, кл. F24J 3/00, опубл. 27.05.2000; №2144627, кл. F15D 1/02, F24J 3/00, опубл. 20.01.2000; №2131094, кл. F25B 29/00, опубл. 27.05.1999);- laboratory and technological installations, including methods for reproducing in laboratory conditions aerodynamic heating and cooling of aircraft, gas heating in the aerodynamic channel of experimental research facilities, etc. (see USSR Author's Certificate No. 120940, class G01M 9/00, F24J 3/00, publ. 01/01/1959; USSR Author's Certificate No. 354235, class F24J 3/00, G01M 9/00, publ. 01.01. 1972; Patents of the Russian Federation: No. 2150055, class F24J 3/00, publ. 05/27/2000; No. 2144627, class F15D 1/02, F24J 3/00, publ. 20.01.2000; No. 2111094, class. F25B 29/00, publ. 05.27.1999);

- агрегатов пищевой и металлургической промышленности, в том числе для сушки и пастеризации сельскохозяйственных продуктов, процессов переработки отходов рыбного производства (см. Авторские Свидетельства СССР: №1685543, кл. B05B 7/10, опубл. 23.10.1991 г.; №444919, кл. F24J 3/00, B01J 1/00, опубл. 30.09.1974; Патент Российской Федерации №2063583, кл. F24H 3/02, F26B 23/00, опубл. 10.07.96; №2242683, кл. F24J 3/00, опубл. 20.05.2004);- aggregates of the food and metallurgical industries, including for drying and pasteurization of agricultural products, fish processing waste processes (see USSR Author's Certificates: No. 1685543, CL B05B 7/10, publ. 23.10.1991; No. 444919, class F24J 3/00, B01J 1/00, publ. 09/30/1974; Patent of the Russian Federation No. 2063583, class F24H 3/02, F26B 23/00, publ. 10.07.96; No. 2242683, class F24J 3 / 00, published May 20, 2004);

- установок для диспергирования, то есть для различных видов обрабатываемых и разделяемых на фракции углеводородных и кремнийорганических жидкостей, а также всевозможных растворов, эмульсий и суспензии на их основе, в широком диапазоне вязкости и других физико-химических свойств (см. Авторское Свидетельство СССР №543824, кл. F28F 13/10, B06B 1/18, 25.01.1977 г.; Патент Российской Федерации №2177824, кл. B01F 11/02, опубл. 10.01.2002 г.);- plants for dispersion, that is, for various types of hydrocarbon and organosilicon liquids processed and divided into fractions, as well as all kinds of solutions, emulsions and suspensions based on them, in a wide range of viscosity and other physicochemical properties (see USSR Author's Certificate No. 5443824 , CL F28F 13/10, B06B 1/18, 01/25/1977; Patent of the Russian Federation No. 2177824, CL B01F 11/02, publ. 10.01.2002);

- в области ветро-, гелио- и гидроэнергетике, то есть в устройствах накопления и сохранения энергии. Технический результат этой группы изобретений заключается в обеспечении процесса аккумулирования природной энергии - солнечной, ветровой, волновой - без потерь энергии во времени и увеличении объема аккумулированной природной энергии (см. Авторское Свидетельство СССР №1627790, кл. F24J 3/00, 15.02.1991; Патент СССР №1329629, кл. F24J 3/00, 07.08.1987, Патент США №3385287, кл. 126-247; Авторское Свидетельство СССР №989267, кл. F24J 3/04, 15.01.1983; Патент СССР №13701, кл. F24J 3/00, 31.03.1930; Патент Российской Федерации №2177081, кл. F03D 9/00, F24J 3/00, опубл. 20.12.2001 г.).- in the field of wind, solar, and hydropower, that is, in energy storage and storage devices. The technical result of this group of inventions is to provide the process of accumulating natural energy - solar, wind, wave - without loss of energy over time and increasing the amount of accumulated natural energy (see USSR Author's Certificate No. 1627790, class F24J 3/00, 02.15.1991; USSR Patent No. 1329629, class F24J 3/00, 08/07/1987, US Patent No. 3385287, class 126-247; USSR Copyright Certificate No. 989267, class F24J 3/04, 01/15/1983; USSR Patent No. 13701, class F24J 3/00, 03/31/1930; Patent of the Russian Federation No. 2177081, CL F03D 9/00, F24J 3/00, publ. 12/20/2001).

С 90-х годов прошлого века разработаны и запатентованы конструкции тепловых генераторов для использования их как альтернативных источников энергии. В том числе патенты агрегатов на основе кавитации и вихревого эффекта, предназначенных для систем теплоснабжения, без применения органического топлива и теплофикации отдаленных или небольших по объему коммунальных объектов. Как показали исследования коэффициент преобразования энергии (далее КПЭ) в таких агрегатах высок, так как потери электрической энергии полностью идут на нагрев рабочей среды. По заключению Ракетно-космической корпорации «Энергия» №77-6/33 от 01.12.1994 г., вихревые нагреватели жидкости (ВНЖ) имеют средний условный коэффициент преобразования энергии (КПЭ) на 23% выше по сравнению с электродными теплогенераторами и на 42% выше по сравнению с тепловыми электронагревателями.Since the 90s of the last century, designs of thermal generators have been developed and patented for use as alternative energy sources. Including patents of units based on cavitation and vortex effect, designed for heating systems, without the use of fossil fuels and heating of remote or small-sized communal facilities. As studies have shown, the energy conversion coefficient (hereinafter referred to as KPI) in such units is high, since the loss of electrical energy is completely spent on heating the working medium. According to the conclusion of the Rocket and Space Corporation Energia No. 77-6 / 33 dated 12/01/1994, vortex fluid heaters (VNZh) have an average conditional energy conversion coefficient (KPI) of 23% higher compared to electrode heat generators and 42% higher in comparison with thermal electric heaters.

Известны многочисленные технические решения тепловых генераторов, в которых реализованы способы кавитационно-вихревого воздействия для нагрева воды в системах горячего водоснабжения при теплоснабжении жилых, общественных и промышленных зданий, а также увеличения текучести технологических жидкостей большой вязкости.Numerous technical solutions of heat generators are known, in which cavitation-vortex exposure methods for heating water in hot water supply systems for heat supply of residential, public and industrial buildings, as well as increasing the fluidity of high-viscosity process liquids, are implemented.

В известном техническом решении по патенту Российской Федерации №2150055, «Способ нагревания жидкости и устройство для его осуществления», кл. F24J 3/00, автора Селиванова Н.И., опубл. 27.05.2000 (аналог) генерация тепла в нагреваемой жидкости осуществляется с помощью механического воздействия на нее вращающегося рабочего колеса с заданной линейной скоростью и наложением колебательного процесса определенной расчетной частоты.In the well-known technical solution according to the patent of the Russian Federation No. 2150055, “Method for heating a liquid and a device for its implementation”, cl. F24J 3/00, author Selivanov N.I., publ. 05/27/2000 (analogue), heat is generated in a heated fluid by mechanical action of a rotating impeller on it with a given linear speed and the application of an oscillating process of a certain calculated frequency.

Описываемое в изобретении устройство и способ осуществления нагрева жидкости заключается в нижеследующем: в полость вращающегося рабочего колеса, расположенного коаксиально статору, подается через центральное отверстие в торцевой крышке подлежащая обработке рабочая среда. Выпуск обрабатываемой жидкости в статор производится из полости рабочего колеса через ряд выходных отверстий, равномерно расположенных на его периферийной поверхности. Отвод жидкости в циркуляционный контур или расширительную емкость теплоэнергетической системы производится через отверстие, расположенное на диаметрально противоположной относительно крышке торцевой стенке статора.The apparatus and method described in the invention for heating the liquid is as follows: a working medium to be processed is fed into the cavity of a rotating impeller located coaxially with the stator, through the central hole in the end cap. The processed fluid is discharged into the stator from the impeller cavity through a series of outlet openings uniformly located on its peripheral surface. Liquid is diverted to the circulation circuit or expansion capacity of the heat power system through an opening located on the end wall of the stator diametrically opposite to the cover.

Согласно одному из предпочтительных вариантов описываемого изобретения выпуск жидкости из полости рабочего колеса осуществляют в кольцевую камеру, образованную его периферийной поверхностью и концентрической поверхностью статора.According to one of the preferred variants of the described invention, the discharge of fluid from the cavity of the impeller is carried out in an annular chamber formed by its peripheral surface and the concentric surface of the stator.

Причем радиус периферийной поверхности рабочего колеса и частоту его вращения задают в зависимости от выбранного числа оборотов и количества выходных отверстий рабочего колеса согласно эмпирическим соотношениям. При этом данные соотношения являются функциональными зависимостями между радиусом периферийной поверхности рабочего колеса, оборотами ротора и количеством выходных отверстий, сформированных на торцевой поверхности колеса.Moreover, the radius of the peripheral surface of the impeller and its frequency of rotation are set depending on the selected number of revolutions and the number of outlet openings of the impeller according to empirical relations. Moreover, these ratios are functional relationships between the radius of the peripheral surface of the impeller, the rotor speed and the number of outlet openings formed on the end surface of the wheel.

В другом предпочтительном варианте (по патенту №2150055) исполнение описываемого устройства и способ генерирования тепла с отводом обрабатываемой жидкости из кольцевой камеры, образованной периферийной поверхностью рабочего колеса и концентричной поверхностью статора, осуществляют через ряд выпускных отверстий, равномерно расположенных на концентричной поверхности статора, которые при вращении рабочего колеса последовательно располагаются против его выходных отверстий.In another preferred embodiment (according to patent No. 2150055), the execution of the described device and the method of generating heat with the removal of the treated fluid from the annular chamber formed by the peripheral surface of the impeller and the concentric surface of the stator are carried out through a series of outlet openings uniformly located on the concentric surface of the stator, which at the rotation of the impeller are sequentially located against its outlet openings.

В наиболее эффективном (по описанию патента №2150055) варианте исполнения устройства для нагревания жидкости, при соблюдении оптимальных соотношений между радиусом периферийной поверхности рабочего колеса, оборотами ротора и количеством выходных отверстий, сформированных на торцевой поверхности колеса, эффект избыточного баланса энергии проявляется наиболее сильно. При этом достигаемый эффект может быть усилен благодаря комбинированному колебательному воздействию на жидкость сначала при ее выходе через отверстия рабочего колеса в кольцевую камеру, а затем при ее выходе из кольцевой камеры через отверстия на концентричной поверхности статора.In the most effective (according to the description of patent No. 2150055) embodiment of the device for heating the liquid, subject to the optimal ratios between the radius of the peripheral surface of the impeller, the rotor speed and the number of outlet openings formed on the end surface of the wheel, the effect of excessive energy balance is most pronounced. In this case, the achieved effect can be enhanced due to the combined oscillatory effect on the liquid, first when it exits through the openings of the impeller into the annular chamber, and then when it exits the annular chamber through openings on the concentric surface of the stator.

По утверждению автора изобретения, №2150055, ротор устройства может содержать несколько рабочих колес, установленных на одном валу, которые по потоку жидкости соединены последовательно, с возможной установкой в них лопаточной решетки. Причем система может быть закольцована для обратной подачи части обработанной жидкости с выхода устройства на его вход на повторную обработку и иметь произвольную пространственную ориентацию ротора.According to the author of the invention, No. 2150055, the rotor of the device may contain several impellers mounted on one shaft, which are connected in series with the fluid flow, with the possible installation of a blade grill in them. Moreover, the system can be looped back to feed part of the treated fluid from the output of the device to its entrance for reprocessing and have an arbitrary spatial orientation of the rotor.

Анализ особенностей и кинематических параметров описываемой системы показывают, что даже при установке лопаток во внутренней полости, наблюдается несоответствие между основными рабочими характеристиками - напором, производительностью и затрачиваемой мощностью при прохождении потока через рабочее колесо, а, соответственно, минимизация КПД. Кроме того, приведенные в патенте №2150055 системы не обладают самовсасыванием и воздействие их на рабочую среду до контакта ее с рабочим колесом не производится на всем пути прохождения жидкости до встречи с внутренней поверхностью обода.An analysis of the features and kinematic parameters of the described system shows that even when the blades are installed in the internal cavity, there is a mismatch between the main performance characteristics - pressure, productivity and power spent when the flow passes through the impeller, and, accordingly, minimization of efficiency. In addition, the systems described in patent No. 2150055 do not have self-priming and their effect on the working medium until it contacts the impeller is not carried out along the entire fluid path until it meets the inner surface of the rim.

Известно, что в лопаточных турбомашинах напор представляет собой приращение гидравлической энергии, приобретаемое каждой единицей массы или объема перекачиваемой (транспортируемой) среды при прохождении ею пути от всасывающего до нагнетательного штуцера системы. Инициатором приращения энергии в колесе принято считать постоянное приращение напора на элементарном участке лопасти (гипотеза К.Пфлейдерера), что интегрально соответствует разности удельных энергий жидкости между всасывающим и нагнетательным штуцерами.It is known that in blade turbomachines the pressure is an increment of hydraulic energy acquired by each unit of mass or volume of the pumped (transported) medium when it passes the path from the suction to the discharge nozzle of the system. The initiator of the energy increment in the wheel is considered to be a constant pressure increment in the elementary section of the blade (K. Pfleiderer hypothesis), which integrally corresponds to the difference in the specific energies of the fluid between the suction and discharge nozzles.

С другой стороны, полный гидродинамический напор в лопастной турбомашине есть разность между потенциальными и скоростными (динамическими) напорами соответственно у входа и выхода из рабочего колеса. Скоростной напор формируется как разность квадратов абсолютных скоростей на выходе и входе, отнесенной к удвоенной величине ускорения свободного падения тел в околоземной атмосфере.On the other hand, the total hydrodynamic pressure in a turbomachine blade is the difference between potential and high-speed (dynamic) heads at the entrance and exit of the impeller, respectively. The velocity head is formed as the difference of the squares of the absolute velocities at the outlet and inlet, referred to the doubled value of the acceleration of gravity of bodies in the near-Earth atmosphere.

То есть скоростной (динамический) напор в полной мере зависит от разности величин абсолютных скоростей на выходе и входе - чем выше эта разность, тем выше приращение гидравлической энергии в системе. Однако при последующем движении рабочей среды к выходу из системы, в нагнетательный трубопровод, абсолютную скорость приходится резко снижать, что осуществляется в лопаточной решетке направляющего аппарата или обратном диффузоре корпуса.That is, the speed (dynamic) head fully depends on the difference in the absolute velocities at the outlet and inlet - the higher this difference, the higher the increment of hydraulic energy in the system. However, with the subsequent movement of the working medium to the outlet of the system, into the discharge pipe, the absolute speed has to be drastically reduced, which is carried out in the scapular lattice of the guide apparatus or the inverse diffuser of the housing.

Для увеличения полного потенциального напора в лопаточной машине необходимо стремиться увеличивать разность окружных скоростей рабочего колеса на внешней и внутренней кромках лопатки, то есть формировать лопатки максимально возможной длины.To increase the total potential pressure in the blade machine, it is necessary to strive to increase the difference in the peripheral speeds of the impeller on the outer and inner edges of the blade, that is, to form the blades of the maximum possible length.

Следовательно, предложенное техническое решение и способ по патенту Российской Федерации №2150055, «Способ нагревания жидкости и устройство для его осуществления», в описываемых вариантах (даже в наиболее предпочтительном варианте) реализуемо в наименее генерирующем тепловую энергию исполнении. Отсутствие лопаток приводит к минимизации возможного приращения как потенциального, так и динамического напора. Приращение гидравлической энергии в описываемых в патенте вариантах возможно только за счет центробежных сил, обусловленных угловой частотой вращения колеса. Причем основной доминирующий фактор движения среды в колесе и главную роль в процессе роста потенциального напора в устройстве будет играть подпор, создаваемый внешним источником гидравлической энергии. Им может являться насос - осевой, вихревой или объемный большой производительности, работающий по бустерной схеме, так как предложенное техническое решение согласно изобретению, трактующееся как насос, насосом не является, и к тому же свойством самовсасывания не обладает. Следовательно, одним из главных недостатков технического решения устройства по патенту Российской Федерации №2150055 «Способ нагревания жидкости и устройство для его осуществления» является необходимость применения в нем специального насосного агрегата для создания напора в системе. Причем повышенная производительность бустерного насоса на входе в систему обусловлена тем, что в кольцевой полости устройства, так называемом (согласно патенту №2150055) рабочим колесом, при перемещении обрабатываемой среды возникающая циркуляция и противотоки создают сопротивления, уменьшающие производительность и напор в системе. Тогда, в соответствии с вышеизложенным, полный гидродинамический напор на выходе из системы будет являться суммой потенциального напора, зависящего от величины окружной скорости на переферии колеса и минимизированного скоростного напора, обусловленного падением абсолютной скорости в связи с циркуляцией потока в колесе. Причем сравнение центробежного и рабочего (описанного в патенте Российской Федерации №2150055, «Способ нагревания жидкости…») колес при равенстве наружных диаметров показывает относительное преимущество первого, так как полный гидродинамический напор у центробежного выше из-за относительно высокой величины абсолютной скорости на выходе (периферийной поверхности колеса), отсутствия сопротивлений на выходе и минимизированных по величине противотоков и циркуляции, то есть относительно высокого КПД динамической центробежной машины и, соответственно, более высокого КПЭ при использовании ее как теплогенератора.Therefore, the proposed technical solution and method according to the patent of the Russian Federation No. 2150055, “Method for heating a liquid and a device for its implementation”, in the described variants (even in the most preferred embodiment) is implemented in the least heat-generating embodiment. The absence of blades minimizes the possible increment of both potential and dynamic pressure. The increment of hydraulic energy in the variants described in the patent is possible only due to centrifugal forces due to the angular frequency of rotation of the wheel. Moreover, the main dominant factor in the movement of the medium in the wheel and the main role in the growth of potential pressure in the device will play a backwater created by an external source of hydraulic energy. It can be a pump — an axial, vortex or large volume pump, operating according to the booster circuit, since the proposed technical solution according to the invention, interpreted as a pump, is not a pump, and also does not have the property of self-priming. Therefore, one of the main disadvantages of the technical solution of the device according to the patent of the Russian Federation No. 2150055 “Method for heating a liquid and a device for its implementation” is the need to use a special pump unit in it to create pressure in the system. Moreover, the increased productivity of the booster pump at the entrance to the system is due to the fact that in the annular cavity of the device, the so-called impeller (according to patent No. 2150055), when the medium is moved, the resulting circulation and countercurrents create resistances that reduce the productivity and pressure in the system. Then, in accordance with the foregoing, the total hydrodynamic head at the system outlet will be the sum of the potential head, depending on the magnitude of the peripheral velocity at the periphery of the wheel and the minimized velocity head due to a drop in absolute velocity due to the circulation of the flow in the wheel. Moreover, a comparison of the centrifugal and working wheels (described in the patent of the Russian Federation No. 2150055, “Method of heating the liquid ...”) of the wheels with equal outer diameters shows the relative advantage of the first one, since the full hydrodynamic pressure of the centrifugal is higher due to the relatively high absolute output velocity ( the peripheral surface of the wheel), the absence of resistance at the outlet and the countercurrents and circulation minimized in magnitude, that is, the relatively high efficiency of the dynamic centrifugal machine and, with tvetstvenno, higher KPI when using it as a heat source.

Все это характеризует данное устройство как не в достаточной мере соответствующим своему предназначению - генераторам тепловой энергии, требует корректировки конструктивной схемы и подбора среды для реализации решения.All this characterizes this device as not sufficiently adequate for its purpose - thermal energy generators, requires adjustment of the structural scheme and selection of the environment for the implementation of the solution.

Установка в полость рабочего колеса (по патенту №2150055) лопаточной решетки не ревизирует указанные недостатки в описываемом патенте. Количество отверстий на торце колеса значительно больше, чем число возможных лопаток в центробежных машинах (см. Степанов А.И. Центробежные и осевые насосы. М.: Машгиз, 1960. - 463 с.; см. также: Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. - М. - Л.: Машиностроение, 1966. - 364 с.; см. также: Проскура Г.Ф. Гидродинамика турбомашин. - Киев: Машгиз, 1954. - 417 с., а также Проскура Г.Ф. Вихревая теория центробежных насосов. - Харьков: Техиздат, 1931. - 40 с.). Анализ соотношений и зависимостей между радиусом периферийной поверхности рабочего колеса, оборотами ротора и количеством выходных отверстий, сформированных на торцевой поверхности колеса, показывает, что при соблюдении главных размерений для типовых центробежных турбомашин, число перемычек, формирующих отверстия в пределах одной межлопаточной зоны, может превышать число лопаток рабочего колеса в два и более раза. Следовательно, для рабочего колеса, по описываемому патенту, из-за стеснения межлопаточной зоны, имеет место падение напора и, соответственно, производительности. Данный факт также прослеживается и из основного уравнения Л.Эйлера для лопастного колеса турбомашин, связывающего напор с абсолютной и окружной скоростями на выходе из колеса (при условии безударного входа потока на колесо). В таком случае последовательное соединение рабочих колес для данной системы не эффективно и возможности создания кавитационных процессов в следующих, по порядку следования колес от входа до выхода из системы, становится проблематичным.Installation in the cavity of the impeller (according to patent No. 2150055) of the scapular lattice does not revise the indicated disadvantages in the described patent. The number of holes at the wheel end is much larger than the number of possible blades in centrifugal machines (see Stepanov A.I. Centrifugal and axial pumps. M .: Mashgiz, 1960. - 463 p .; see also: Lomakin A.A. Centrifugal and axial pumps. - M. - L.: Mechanical Engineering, 1966. - 364 p .; see also: Proskura G.F. Hydrodynamics of turbomachines. - Kiev: Mashgiz, 1954. - 417 p. and Proskura G.F. Vortex theory of centrifugal pumps. - Kharkov: Tehizdat, 1931. - 40 p.). An analysis of the relationships and dependencies between the radius of the peripheral surface of the impeller, the rotor speed and the number of outlet openings formed on the end surface of the wheel shows that, subject to the main dimensions for typical centrifugal turbomachines, the number of jumpers forming holes within the same interscapular zone may exceed the number impeller blades two or more times. Therefore, for the impeller, according to the described patent, due to the tightness of the interscapular zone, there is a drop in pressure and, accordingly, productivity. This fact can also be traced from the main equation of L. Euler for the impeller wheel of turbomachines, which connects the head with the absolute and peripheral velocities at the exit of the wheel (provided that the flow enters the wheel without impact). In this case, the serial connection of the impellers for this system is not effective and the possibility of creating cavitation processes in the following, in the order of the wheels from the entrance to the exit from the system, becomes problematic.

Кроме того, возбуждение колебаний при вращении колеса в устройстве возможно, но при этом частота колебаний будет лежать в зоне ультразвуковых волн. Это связано с тем, что данное устройство предназначено для использования как ультразвуковой активатор и может работать (как реализованная в промышленности конструкция) в воздушной среде в противовес кавитаторам, генерирующим тепловую энергию в жидкостной среде.In addition, the excitation of oscillations during rotation of the wheel in the device is possible, but the frequency of oscillations will lie in the zone of ultrasonic waves. This is due to the fact that this device is intended for use as an ultrasonic activator and can work (as a construction implemented in industry) in air as opposed to cavitators that generate thermal energy in a liquid medium.

С учетом вышесказанного ясно, что данное устройство по патенту Российской Федерации №2150055, «Способ нагревания жидкости…» не работает эффективно в кавитационном режиме и не может быть предназначено для использования в качестве генератора тепловой энергии с высоким градиентом температур между входом и выходом из системы.In view of the foregoing, it is clear that this device according to the patent of the Russian Federation No. 2150055, “The method of heating the liquid ...” does not work effectively in the cavitation mode and cannot be designed to be used as a generator of thermal energy with a high temperature gradient between the input and output of the system.

Известно также техническое решение по патенту Российской Федерации №2159901 «Роторный насос-теплогенератор» авторов: Петракова А.Д.; Санникова С.Т.; Яковлева О.П., кл. F24J 3/00, F25B 30/00, опубл. 27.11.2000 (аналог), предназначенное к использованию в качестве теплового генератора путем интенсификации процесса нагрева жидкости за счет увеличения частоты гидравлических ударов и обеспечения устойчивой гидродинамической кавитации. При этом кавитация возникает посредством торможения струй при дросселировании их через насадки, сформированных в виде сопел Вентури.There is also a technical solution according to the patent of the Russian Federation No. 2159901 "Rotary pump-heat generator" authors: Petrakova AD; Sannikova S.T .; Yakovleva O.P., class. F24J 3/00, F25B 30/00, publ. 11.27.2000 (analogue), intended for use as a heat generator by intensifying the process of heating a liquid by increasing the frequency of hydraulic shocks and ensuring stable hydrodynamic cavitation. In this case, cavitation occurs by slowing down the jets when they are throttled through nozzles formed in the form of Venturi nozzles.

Задача интенсификации нагрева рабочей среды, по описанию патента, достигается тем, что в роторном двухпоточном насосе-теплогенераторе, содержащем корпус-диффузор с патрубком для подвода и патрубком для отвода жидкости, расположено двухпоточное рабочее колесо, выходная цилиндрическая часть которого по окружности перекрыта кольцевым ротором, несущим ряд круглоцилиндрических насадок в виде сопел Вентури. На расчетном расстоянии от выходного сечения колеса коаксиально расположен кольцевой замкнутый статор, в котором также сформированы развернутые в радиальном направлении насадки в виде сопел Вентури, с резким ступенчатым расширением выходной (периферической) части цилиндра.The task of intensifying the heating of the working medium, according to the description of the patent, is achieved by the fact that in the rotary two-flow pump-heat generator containing a diffuser body with a pipe for supply and a pipe for draining liquid, there is a double-flow impeller, the output cylindrical part of which is surrounded by a circular ring rotor, bearing a number of circular cylindrical nozzles in the form of Venturi nozzles. At the calculated distance from the wheel exit section, an annular closed stator is coaxially located, in which nozzles in the form of Venturi nozzles, which are turned in the radial direction, are also formed, with a sharp stepwise expansion of the output (peripheral) part of the cylinder.

Цилиндрическая форма отверстий насадок ротора обеспечивает возникновение кавитационных процессов в пристеночной зоне сопел при входе потока в насадок и резкого снижения давления ниже давления водяных паров, приводящего к интенсивному выделению пузырьков. По мере перемещения по длине сопла Вентури транзитной струи от входа к периферии давление возрастает по сечению потока и схлопывание пузырьков приводит к первой волне заброса давлений и выделения температуры в обрабатываемой среде. При дальнейшем повороте ротора и перекрытии сопел внутренней зоны стенками статора в транзитном потоке резко возрастает давление вследствие прямого гидравлического удара, что приводит также к схлопыванию кавитационных пузырьков и дополнительному выделению тепла. При совпадении осей сопел, транзитный поток, проходя через насадок Вентури в статоре, вследствие резкого расширения поперечного сечения и местной потери напора, вызывает рост кавитации и генерирование тепла. По описанию патента Российской Федерации №2159901 «Роторный насос-теплогенератор» вариацией расхода обрабатываемой среды, а также давлением на входе и выходе из устройства может быть создан автоколебательный режим работы системы, что (по идее авторов) предполагает снижение энергозатрат в системе при возрастании скорости нагрева обрабатываемой среды.The cylindrical shape of the holes of the nozzles of the rotor ensures the occurrence of cavitation processes in the wall zone of the nozzles at the inlet of the flow into the nozzles and a sharp decrease in pressure below the pressure of water vapor, which leads to intensive release of bubbles. As the transit jet moves along the length of the Venturi nozzle from the inlet to the periphery, the pressure increases along the flow cross section and the collapse of the bubbles leads to the first wave of pressure overflow and temperature evolution in the medium being treated. With further rotation of the rotor and overlapping of the nozzles of the inner zone by the walls of the stator in the transit stream, the pressure sharply increases due to direct hydraulic shock, which also leads to the collapse of cavitation bubbles and additional heat. When the nozzle axes coincide, the transit flow passing through the venturi nozzles in the stator, due to the sharp expansion of the cross section and local pressure loss, causes an increase in cavitation and heat generation. According to the description of the patent of the Russian Federation No. 2159901 "Rotary pump-heat generator" by varying the flow rate of the processed medium, as well as by the pressure at the inlet and outlet of the device, a self-oscillating mode of operation of the system can be created, which (according to the authors) implies a decrease in energy consumption in the system with increasing heating rate processed medium.

Предложенное техническое решение и его реализация требует энергозатрат для поддержания в системе автоколебательного режима, то есть наличия дополнительных агрегатов для прокачки обрабатываемой среды и оптимизации необходимых рабочих характеристик на входе в систему. Аналогично, требование вариации давления на выходе из системы также требует наличия специальных устройств для осуществления регулирования указанным параметром, наличие которого (см. патент №2159901 «Роторный насос-теплогенератор») оговорено в описании к изобретению. В целом для поддержания и регулировки самой системы теплогенератора требуются как энергозатраты, так и наличие прямой и обратной связи системы с управляющей ЭВМ. В совокупности поставленная задача авторами изобретения патента №2159901 «Роторный насос-теплогенератор … создание более простого устройства…» не реализовывается в рамках описываемого технического решения.The proposed technical solution and its implementation requires energy to maintain a self-oscillating regime in the system, that is, the presence of additional units for pumping the medium to be processed and optimizing the necessary performance at the system entrance. Similarly, the requirement to vary the pressure at the outlet of the system also requires special devices for controlling the specified parameter, the presence of which (see patent No. 2159901 "Rotary pump-heat generator") is specified in the description of the invention. In general, to maintain and adjust the heat generator system itself, both energy consumption and the presence of direct and feedback of the system with the control computer are required. In the aggregate, the task set by the inventors of patent No. 2159901 "Rotary pump-heat generator ... creating a simpler device ..." is not implemented in the framework of the described technical solution.

Кроме того, вся система теряет работоспособность при относительном перемещении осей насадок Вентури относительно друг друга вследствие выхода ее из автоколебательного режима. Требуется автоматическая переналадка и подстройка системы к режиму, являющемуся оптимальным и наиболее экономичным для предложенного решения.In addition, the entire system loses its operability with the relative displacement of the axes of the Venturi nozzles relative to each other due to its exit from the self-oscillating regime. It requires automatic readjustment and adjustment of the system to a mode that is optimal and most economical for the proposed solution.

Известно также техническое решение по патенту РФ 2061195, «Способ тепловыделения в жидкости», кл. 6 F24J 3/00, близкое по назначению к заявляемому патенту, в котором эффективное тепловыделение в жидкости обеспечивается интенсификацией кавитационного процесса путем создания газовой подушки и автоколебательного процесса с изменением ее объема и давления жидкости. Недостатком рассматриваемого способа является сложность регулирования процесса, требующего применения ЭВМ. Использование в качестве кавитатора центробежной форсунки снижает долговременность работы устройства из-за разрушения ее кавитационной эрозией. Кроме того, к недостаткам известного аппарата также относится нестабильность характеристик процесса кавитации, трудность управления и поддержания рабочих параметров для обеспечения режимов его функционирования в рамках требования технологического задания.Also known is a technical solution according to the patent of the Russian Federation 2061195, “Method of heat dissipation in a liquid”, cl. 6 F24J 3/00, similar in purpose to the claimed patent, in which effective heat dissipation in a liquid is provided by intensification of the cavitation process by creating a gas cushion and a self-oscillating process with a change in its volume and pressure of the liquid. The disadvantage of this method is the difficulty of regulating a process that requires the use of computers. The use of a centrifugal nozzle as a cavitator reduces the durability of the device due to its destruction by cavitation erosion. In addition, the disadvantages of the known apparatus also include the instability of the characteristics of the cavitation process, the difficulty of controlling and maintaining operating parameters to ensure its functioning modes within the framework of the requirements of the technological task.

Наиболее близок по своему техническому решению к заявляемому изобретению патент Российской Федерации №2054604 «Способ получения энергии», автор Кладов А.Ф. (кл. F24J 3/00, G21B 1/00, заявка №93033524/25, дата подачи заявки - 02.07.1993, опубл. 20.02.1996, прототип), в котором процесс увеличения тепла в предлагаемом кавитационном агрегате связан с воздействием на перекачиваемое вещество переменным и постоянным давлением.Closest to its technical solution to the claimed invention, the patent of the Russian Federation No. 2054604 "Method for producing energy", author Kladov AF (CL F24J 3/00, G21B 1/00, application No. 93033524/25, application filing date - 07/02/1993, publ. 02/20/1996, prototype), in which the process of increasing heat in the proposed cavitation unit is associated with the effect on the pumped substance with variable and constant pressure.

Устройство по патенту №2054604 «Способ получения энергии» содержит две или более соединенные последовательно рабочие камеры, в каждой из которых установлены рабочие колеса центробежного насоса с закрепленными на периферии роторами в виде перфорированных колец. Коаксиально роторам в корпусах рабочих камер напротив каждого ротора закреплен статор, выполненный в виде перфорированного кольца. В совокупности, согласно изобретению, последовательное соединение рабочих камер и колес, с закрепленными на их периферии перфорированными кольцами-роторам и кольцевыми статорами с радиальными отверстиями, представляет ультразвуковой активатор. Рабочие камеры сообщены между собой посредством диффузоров. Последняя рабочая камера соединена с первой камерой циркуляционным контуром. По описанию патента обрабатываемое вещество, например воду, подают в ультразвуковой активатор, и в процессе вращения рабочее колесо центробежного насоса сообщает ей кинетическую энергию, которая частично преобразуется в статическое давление в каналах направляющего аппарата (диффузора, который в патенте не показан), а частично в переменное давление - при прохождении отверстий перфорированного кольцевого ротора отверстий перфорированного статора.The device according to patent No. 2054604 “Method for producing energy” contains two or more working chambers connected in series, in each of which impellers of a centrifugal pump with rotors fixed on the periphery in the form of perforated rings are installed. Coaxial to the rotors in the housings of the working chambers opposite each rotor is a stator made in the form of a perforated ring. In aggregate, according to the invention, the serial connection of the working chambers and wheels, with perforated rotor rings and ring stators with radial holes fixed on their periphery, represents an ultrasonic activator. The working chambers are interconnected by means of diffusers. The last working chamber is connected to the first chamber by a circulation circuit. According to the description of the patent, the processed substance, for example water, is supplied to the ultrasonic activator, and during rotation the impeller of the centrifugal pump gives it kinetic energy, which is partially converted into static pressure in the channels of the guiding apparatus (diffuser, which is not shown in the patent), and partially in alternating pressure - when passing the holes of the perforated annular rotor of the holes of the perforated stator.

В зависимости от выбранной жидкости, ее температуры и расчетных величин статического и переменного давлений, удовлетворяющих указанной выше зависимости, устанавливают и поддерживают конструктивные и технологические параметры ультразвукового активатора.Depending on the selected liquid, its temperature and the calculated values of static and variable pressures that satisfy the above dependencies, the design and technological parameters of the ultrasonic activator are established and maintained.

Согласно приведенному описанию в патенте №2054604 в течение действия на жидкость полупериода отрицательной полуволны переменного давления в жидкости, находящейся в зоне обработки, образуются кавитационные пузырьки. В течение действия на жидкость следующего полупериода положительной полуволны переменного давления кавитационные пузырьки сжимаются. К концу этого полупериода пузырьки запасают кинематическую энергию, определяемую разностью давлений, действующих на пузырьки снаружи и изнутри. Снаружи на пузырьки действует сумма переменного и статического давлений. Внутри пузырьков действует давление насыщенных паров жидкости. Кроме того, на движение пузырьков оказывают влияние и другие силы, определяемые физико-химическими свойствами жидкости, как и абсолютными значениями заявляемых выходных параметров.According to the above description, in patent No. 2054604, cavitation bubbles form during the action of a half-period of a half-period of a negative half-wave of alternating pressure on the liquid in the liquid in the treatment zone. During the action on the liquid of the next half-cycle of the positive half-wave of alternating pressure, the cavitation bubbles are compressed. By the end of this half-cycle, the bubbles store kinematic energy, which is determined by the pressure difference acting on the bubbles from the outside and from the inside. Outside, the sum of the alternating and static pressures acts on the bubbles. Inside the bubbles, the pressure of the saturated vapor of the liquid acts. In addition, other forces determined by the physicochemical properties of the liquid, as well as the absolute values of the claimed output parameters, also influence the movement of the bubbles.

В момент захлопывания пузырьков кинетическая энергия преобразуется в энергию столкновения элементарных частиц (по описанию патента №2054604). Энергия, выделяющаяся при захлопывании пузырька, на несколько порядков превышает энергию связи элементарных частиц (нуклонов) в ядре. В результате столкновения ядер в условиях заявляемого способа происходит взаимодействие между элементарными частицами, составляющими ядра. Энергия, выделяющаяся в управляемых описанным способом реакциях между элементарными частицами, преобразуется в тепловую энергию в жидкости, и ее отводят из зоны обработки с потоком рабочего вещества.At the moment of collapse of the bubbles, the kinetic energy is converted into the energy of collision of elementary particles (according to the description of patent No. 2054604). The energy released during the collapse of the bubble is several orders of magnitude higher than the binding energy of elementary particles (nucleons) in the nucleus. As a result of a collision of nuclei in the conditions of the proposed method, an interaction occurs between the elementary particles that make up the nucleus. The energy released in the reactions controlled by the described method between elementary particles is converted into thermal energy in a liquid, and it is removed from the treatment zone with a flow of the working substance.

К основным недостаткам устройства по патенту №2054604 «Способ получения энергии» является возникновение больших осевых усилий, направленных в сторону всасывающего штуцера, переменных по величине, а также отсутствие в проточной части узла разгрузки для их компенсации. Вследствие этого данное устройство, в приведенной компоновке, может применяться только как ультразвуковой активатор при работе в воздушной среде ввиду существенной разницы между гидродинамическими и аэродинамическими силами. Кроме того, как известно из многолетних исследований корусно-секционных турбомашин, не имеющих продольного разъема, их сборка должна осуществляться при проведении поэлементной балансировки деталей проточной части, детерминизма распределения на валу лопастных колес, обеспечения взаимной центровки сопрягаемых деталей (см. Алиев Н.А. Развитие научных основ создания корпусно-секционных шахтных насосов повышенной долговечности / Диссертация доктора технических наук: 05.06.06. - Д., 2006. - 375 с.; см. также: Алиев Н.А. Детерминизм распределения неуравновешенных масс ротора как основа снижения вибронагруженности корпусно-секционных насосов при сборке // Проблеми експлуатацiї обладнання шахтних стацiонарних установок: Збiрник наукових праць. - Донецк: НИИГМ им. М.М.Федорова, 2004. - Вип. 99. - С.101-117). Соответственно, работа приведенного устройства может быть обеспечена исключительно при высокой технологии изготовления и сборке только на начальной стадии (при наличии разгрузочного узла) и химико-термических методов упрочнения деталей проточной части.The main disadvantages of the device according to patent No. 2054604 “Method for energy production” is the occurrence of large axial forces directed towards the suction fitting, variable in magnitude, as well as the absence of a discharge unit in the flow part to compensate for them. As a result, this device, in the above arrangement, can only be used as an ultrasonic activator when operating in air due to the significant difference between the hydrodynamic and aerodynamic forces. In addition, as is known from long-term studies of sectional turbomachines that do not have a longitudinal connector, their assembly should be carried out by elementwise balancing of the parts of the flow part, determinism of the distribution of the impeller wheels on the shaft, and ensuring the mutual alignment of the mating parts (see Aliev N.A. The development of the scientific foundations of creating housing-sectional shaft pumps of increased durability / Dissertation of the doctor of technical sciences: 05.06.06. - D., 2006. - 375 p .; see also: Aliev N.A. oversized rotor masses as a basis for reducing vibration load of case-sectional pumps during assembly // Problems of operation of mine stationary installations: Nauchnykh Praznik Zbirnik - Donetsk: NIIIGM named after M.M. Fedorov, 2004. - Vip. 99. - S.101- 117). Accordingly, the operation of the above device can be ensured exclusively with high manufacturing technology and assembly only at the initial stage (in the presence of an unloading unit) and chemical-thermal methods of hardening the parts of the flow part.

Кроме того, компоновка рабочих колес, с закрепленными на периферии роторами, коаксиальной установкой напротив каждого из них кольцевого статора с перфорацией, нарушает условие непрерывной и последовательной транспортировки рабочей среды между ступенями агрегата вследствие нарушения функциональных соотношений уравнения неразрывности. Это, в свою очередь, делает конструкцию неработоспособной при постоянстве наружных диаметров рабочих колес, вплоть до полной потери напора и, соответственно, стабильности условий возникновения кавитационных процессов с генерацией тепла. Изменение же наружных диаметров рабочих колес в сторону увеличения требует взаимоувязки геометрии каждой лопаточной решетки колеса, лопаточной решетки направляющего аппарата и обратного лопаточного диффузора корпуса ступени собой. В свою очередь, это требует наличия в технологическом процессе сборки цикла предсборочной подготовки по позиционированию и упорядочению каждой ступени с колесом строго в определенное место на валу агрегата, дополнительных энергозатрат.In addition, the arrangement of the impellers, with the rotors fixed on the periphery, with a coaxial installation of an annular stator with perforation opposite each of them, violates the condition of continuous and sequential transportation of the working medium between the stages of the unit due to the violation of the functional relations of the continuity equation. This, in turn, makes the structure inoperative with a constant outer diameter of the impellers, up to a complete loss of pressure and, accordingly, the stability of the conditions for the occurrence of cavitation processes with heat generation. Changing the outer diameters of the impellers in the direction of increasing requires the coordination of the geometry of each vanes of the wheel, the vanes of the guide vane and the return vanes of the stage casing by themselves. In turn, this requires the presence of a pre-assembly cycle in the assembly process for positioning and ordering each stage with the wheel strictly to a specific place on the unit shaft, and additional energy consumption.

В совокупности предложенное решение по патенту №2054604 «Способ получения энергии» нетехнологично как при производстве его элементов, так и при предсборочной подготовке и сборке, громоздко при наладке и эксплуатации. Все это в целом не предполагает возможность его использования как источника генерации тепла без применения органического топлива, так и широкого внедрения в теплоэнергетическую отрасль.In the aggregate, the proposed solution for patent No. 2054604 “Method for energy production” is not technologically advanced both in the production of its elements and in pre-assembly preparation and assembly, cumbersome during commissioning and operation. All this as a whole does not imply the possibility of using it as a source of heat generation without the use of fossil fuels, as well as widespread introduction into the heat and power industry.

Анализ аналогов и основного прототипа позволяет сделать вывод о том, что в данных изобретениях не достаточно эффективно решена задача генерации тепла посредством использования кавитационных и колебательных процессов в обрабатываемой среде.Analysis of analogues and the main prototype allows us to conclude that in these inventions the problem of heat generation through the use of cavitation and oscillatory processes in the medium being processed is not quite efficiently solved.

Кроме того, применение их в качестве генераторов альтернативного тепла в циркуляционных системах отопления не целесообразно, так как они энергоемки, громоздки и сложны в эксплуатации.In addition, their use as alternative heat generators in circulating heating systems is not advisable, since they are energy-intensive, bulky and difficult to operate.

Сведения, раскрывающие сущность изобретения.Information disclosing the essence of the invention.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования работы тепловых кавитационных генераторов путем стабилизации и повышения интенсивности и энергонасыщенности кавитационных потоков обрабатываемых реологических сред, в том числе и воды. Техническим результатом предлагаемого конструктивного решения теплового генератора является высокая стабильность рабочих характеристик кавитационных процессов, повышение интенсивности процесса тепловыделения за счет увеличения количества очагов генерирования кавитации и гидравлических ударов на встречных потоках обрабатываемой среды с одновременной минимизацией энергетических затрат на привод системы и упрощением управления агрегатом.The basis of the invention is the task of improving the operation of thermal cavitation generators by stabilizing and increasing the intensity and energy saturation of cavitation flows of the processed rheological media, including water. The technical result of the proposed design solution of the heat generator is the high stability of the operating characteristics of cavitation processes, an increase in the intensity of the heat release process due to an increase in the number of cavities of generation of cavitation and hydraulic shocks on the oncoming flows of the processed medium while minimizing the energy costs of the drive system and simplifying the control of the unit.

Поставленная задача решается тем, что в тепловом кавитационном генераторе, состоящем из ротора, сформированного последовательной установкой центробежных и кавитационных колес полуоткрытого типа, направляющих аппаратов с лопаточной решеткой, корпусов с обратным лопаточным диффузором, крышек всасывания и нагнетания, кронштейнов с опорными узлами, кавитационные колеса выполнены в виде перфорированного коноидально-цилиндрическими соплами диска, с радиально-лучевыми лопатками, обрамленными с торца цилиндрическим перфорированным ободом, направляющий аппарат кавитационной ступени выполнен с перфорацией в межлопаточной зоне, а подпор на кавитационную ступень создается конической сопловой насадкой, установленной на выходе потока обрабатываемой среды из обратного лопаточного диффузора корпуса предкавитационной ступени. При этом суммарный прирост температур обрабатываемой среды в заданном временном интервале и давление в циркуляционном контуре системы формируется групповым сочетанием центробежных и кавитационных колес на роторе в блоке преобразования энергии.The problem is solved in that in the thermal cavitation generator, consisting of a rotor formed by the sequential installation of centrifugal and cavitation wheels half-open type, guide vanes with a spatula grill, housings with a return vanes diffuser, suction and discharge covers, brackets with support units, cavitation wheels are made in the form of a disk perforated with conoid-cylindrical nozzles, with radial-radial blades framed at the end by a cylindrical perforated rim m, the guiding apparatus of the cavitation stage is made with perforation in the interscapular zone, and the support on the cavitation stage is created by a conical nozzle nozzle installed at the outlet of the medium to be processed from the return vaned diffuser of the precavitation stage body. In this case, the total increase in the temperature of the medium to be treated in a given time interval and the pressure in the circulation circuit of the system is formed by a group combination of centrifugal and cavitation wheels on the rotor in the energy conversion unit.

Такое техническое решение теплового кавитационного генератора, сформированного посредством установки центробежного колеса на всасывание обрабатываемой среды из ресивера (подающего трубопровода циркуляционного контура или кавитационного бака), преобразующего энергию вращения вала в гидродинамический напор, части кинетического напора в потенциальный в направляющем аппарате ступени и диффузоре корпуса, закрутки потока посредством конической сопловой насадки, встроенной в лопаточный диффузор корпуса и подачей его на лопаточную (осевую) решетку кавитационного колеса с перфорированным коренным диском, позволяет получить увеличение количества очагов генерирования кавитации и гидравлических ударов на встречных потоках струй, дросселирующихся через коноидально-цилиндрические сопла перфорации, что приводит к скачкообразному росту температурного градиента в ступени.This technical solution of the thermal cavitation generator, formed by installing a centrifugal wheel to suction the medium from the receiver (the supply pipe of the circulation circuit or the cavitation tank), converts the energy of rotation of the shaft into a hydrodynamic pressure, part of the kinetic pressure into a potential stage in the guiding apparatus and the body diffuser, swirl flow through a conical nozzle nozzle integrated into the scapular diffuser of the casing and feeding it to the scapular (axle th) lattice cavitation wheel with perforated radically disk, allows to obtain an increase in number of foci generating cavitation and pressure shocks in colliding jet flows throttled through conoid-cylindrical perforation nozzles, which leads to an abrupt increase of the temperature gradient in the stage.

Кроме того, такое техническое решение теплового кавитационного генератора в зависимости от требуемого уровня теплового градиента и относительной скорости роста температуры в заданном временном интервале позволяет формировать его последовательным сочетанием центробежных и кавитационных колес в ступени, их группировкой в блоке преобразования энергии, а также вариацией количества таких блоков, с осуществлением эффективного и целенаправленного преобразования механической энергии в тепловую в соответствие, с требованием и функциональным назначением потребителя.In addition, this technical solution of the thermal cavitation generator, depending on the required level of the thermal gradient and the relative rate of temperature increase in a given time interval, allows it to be formed by a sequential combination of centrifugal and cavitation wheels in a stage, their grouping in the energy conversion unit, and also by varying the number of such blocks , with the implementation of efficient and targeted conversion of mechanical energy into heat in accordance with the requirement and functionality nym appointment consumer.

В зависимости от указанных требований на валу ротора теплового кавитационного генератора могут быть установлены один, две (или несколько) блоков центробежных и кавитационных колес, последовательно или с группировкой их по рабочим функциям, в том числе кавитационный блок между центробежными колесами - всасывающим и нагнетательным, или центробежный блок, состоящий из двух или нескольких рабочих колес на всасывании, с кавитационными колесами, состоящими из нескольких таких колес на нагнетании.Depending on the specified requirements, one, two (or several) blocks of centrifugal and cavitation wheels can be installed on the rotor shaft of a heat cavitation generator, sequentially or with a grouping of them by working functions, including a cavitation block between centrifugal wheels - suction and discharge, or a centrifugal unit consisting of two or more impellers at the suction, with cavitation wheels consisting of several such impellers at the discharge.

При необходимости для увеличения температуры циркуляционного контура набор из двух и более кавитационных колес, расположенных в блоке на валу агрегата последовательно, позволяет создавать совокупный прирост температур обрабатываемой среды, пропорциональный градиенту температуры каждого из колес.If necessary, to increase the temperature of the circulation circuit, a set of two or more cavitation wheels located in a block on the unit shaft in series allows you to create a cumulative increase in the temperature of the medium being processed, proportional to the temperature gradient of each of the wheels.

Необходимость увеличения давления в системе, посредством которой осуществляется теплоснабжение объекта в предложенном тепловом генераторе, может быть реализована путем установки двух или более центробежных колес последовательно после блока кавитационных колес, что позволяет преодолевать сопротивление циркуляционной системы с необходимым приростом давления.The need to increase the pressure in the system by which the object is supplied with heat in the proposed heat generator can be realized by installing two or more centrifugal wheels in series after the block of cavitation wheels, which allows overcoming the resistance of the circulation system with the necessary pressure increase.

Вариация температуры или градиента температурных полей по секциям в тепловом генераторе может быть осуществлена путем изменения диаметра цилиндрического канала коноидально-цилиндрических сопел, формообразующих перфорацию кавитационного колеса, а также вариацией числа колес или толщины диска колеса и, соответственно, длины пути дросселирования обрабатываемой среды. Вариацией диаметра цилиндрического канала сопла перфорации направляющего аппарата кавитационной ступени, как и раствором его коноидальных частей также можно осуществлять изменение интенсивности процесса тепловыделения в узле кавитатора. При соответствующем перепаде между входным и выходным раструбами, формирующими сопла, удается добиться активизации процесса кавитации, которая напрямую зависит от скорости потока жидкой среды через тепловой генератор, а также от наличия в нем зон с пониженным давлением, то есть от геометрии отверстий перфорации, при наличии в них внезапно расширяющихся участков.The variation of the temperature or the gradient of temperature fields in sections in a heat generator can be carried out by changing the diameter of the cylindrical channel of the conoid-cylindrical nozzles, forming the perforation of the cavitation wheel, as well as by varying the number of wheels or the thickness of the wheel disk and, accordingly, the path length of the throttled medium. By varying the diameter of the cylindrical channel of the nozzle of perforation of the guiding apparatus of the cavitation stage, as well as by the solution of its conoidal parts, it is also possible to change the intensity of the heat release process in the cavitator assembly. With a corresponding difference between the inlet and outlet nozzles forming the nozzles, it is possible to activate the cavitation process, which directly depends on the flow rate of the liquid medium through the heat generator, as well as on the presence of zones with reduced pressure in it, that is, on the geometry of the perforation holes, if any in them suddenly expanding sections.

Приведенные признаки, характеризующие изобретение, являются существенными, так как в совокупности достаточны для обеспечения работоспособности и достижения решаемой технической задачи, а каждый в отдельности необходим для идентификации и отличия заявляемого теплового кавитационного генератора от известных в технике аналогичных решений.The above characteristics characterizing the invention are essential, since in the aggregate they are sufficient to ensure operability and achieve the technical problem being solved, and each separately is necessary to identify and distinguish the claimed thermal cavitation generator from similar solutions known in the art.

Таким образом, новая совокупность общих (известных) и отличительных (новых) от прототипа существенных признаков, которыми характеризуется тепловой кавитационный генератор, является достаточной во всех случаях, на которые распространяется объем правовой защиты, так как решает поставленную задачу.Thus, a new set of common (known) and distinctive (new) from the prototype of the essential features that characterize the thermal cavitation generator is sufficient in all cases to which the scope of legal protection applies, since it solves the problem.

Обозначенные признаки, характеризующие изобретение, не являются обязательными, но, по мнению заявителя, являются лучшими и не исключают возможности иного конкретного эквивалентного выполнения теплового генератора в пределах указанной сущности изобретения.The indicated features characterizing the invention are not mandatory, but, according to the applicant, are the best and do not exclude the possibility of another specific equivalent implementation of the heat generator within the specified essence of the invention.

Причинно-следственная связь отличительных (новых) признаков при их взаимодействии с известными (общими) признаками в обеспечении новых свойств объекта изобретения, обусловленных поставленной технической задачей, заключается в следующем.The causal relationship of the distinctive (new) features in their interaction with the known (common) features in providing new properties of the subject of the invention, due to the technical task, is as follows.

В связи с тем, что в тепловом кавитационном генераторе проточная часть сформирована путем последовательной установки центробежных и кавитационных перфорированных колес на роторе агрегата, с радиально-лучевыми (осевыми) лопатками, обрамленных по торцу цилиндрическим перфорированным ободом, а направляющий аппарат кавитационной ступени выполнен с перфорацией в межлопаточной зоне, с созданием подпора на кавитационную ступень конической сопловой насадкой из лопаточного диффузора корпуса предкавитационной ступени, то созданы условия роста числа очагов генерирования кавитации и гидравлических ударов с обеспечением скачкообразного увеличения температурного градиента в ступени, создания условий интенсивного роста температуры обрабатываемой среды с одновременной циркуляцией ее в контуре.Due to the fact that in the heat cavitation generator the flow part is formed by sequential installation of centrifugal and cavitation perforated wheels on the rotor of the unit, with radial beam (axial) blades framed at the end with a cylindrical perforated rim, and the guiding apparatus of the cavitation stage is made with perforation in the interscapular zone, with the creation of a backwater to the cavitation stage with a conical nozzle nozzle from the scapular diffuser of the precavitation stage body, conditions are created is the number of foci of generating cavitation and pressure shocks secured abrupt increase of the temperature gradient in the stage, creating conditions of intensive growth of the treated fluid temperature with simultaneous circulation in its circuit.

Кроме того, такое техническое решение теплового кавитационного генератора позволяет варьировать температурой, давлением и скоростью перемещения обрабатываемой среды как путем изменения геометрии сопел колес и направляющих аппаратов, так и последовательным сочетанием блоков центробежных и кавитационных колес, а также их места расположения на роторе. Такой уровень мобильного изменения рабочих параметров теплового генератора посредством смены колес, их количества и места установки на роторе агрегата характеризует предложенное решение легко адаптируемым к требуемым условиям работы циркуляционного контура, а также характеризует систему удобной в управлении и эксплуатации.In addition, this technical solution of the thermal cavitation generator allows you to vary the temperature, pressure and velocity of the medium being processed, both by changing the geometry of the nozzles of the wheels and guide vanes, and by a sequential combination of centrifugal and cavitation wheels, as well as their location on the rotor. This level of mobile change in the operating parameters of the heat generator by changing the wheels, their number and installation location on the rotor of the unit characterizes the proposed solution that is easily adaptable to the required operating conditions of the circulation circuit, and also characterizes a system that is convenient to operate and operate.

Для снижения эрозионного воздействия кавитации на проточную часть агрегата кавитационные процессы организованы в центральной части агрегата с созданием вихревого потока жидкости на периферии от корпусных элементов агрегата.To reduce the erosive effect of cavitation on the flow part of the unit, cavitation processes are organized in the central part of the unit with the creation of a vortex fluid flow at the periphery from the body elements of the unit.

Использование предлагаемого кавитационного теплового генератора позволяет обеспечить горячей водой и тепловой энергией объекты, удаленные от магистральных трубопроводов, при этом окружающая среда не загрязняется продуктами сгорания органического топлива в местах выработки тепловой энергии.Using the proposed cavitation heat generator allows you to provide hot water and thermal energy to objects remote from the main pipelines, while the environment is not polluted by the combustion products of fossil fuels in places of heat energy production.

В дальнейшем изобретение поясняется подробным описанием примера конкретного выполнения его лучшего варианта со ссылками на прилагаемые чертежи.The invention is further explained in the detailed description of an example of a specific implementation of its best option with reference to the accompanying drawings.

Перечень чертежей изобретенияThe list of drawings of the invention

На фиг.1 изображен тепловой кавитационный генератор, общий вид, поперечный разрез; ротор генератора сформирован последовательной установкой на валу центробежных колес на всасывании и нагнетании, при размещении кавитационного перфорированного колеса между ними. Монтаж колес с направляющими аппаратами и их лопаточной решеткой произведен в цилиндрическом корпусе с обратным лопаточным диффузором, а силовое замыкание конструкции выполнено посредством крышек всасывания и нагнетания, стянутых анкерными шпильками, и вынесенными за зону термического воздействия кронштейнов с опорными узлами.Figure 1 shows a thermal cavitation generator, a General view, a cross section; the rotor of the generator is formed by the sequential installation on the shaft of centrifugal wheels for suction and discharge, when placing a cavitation perforated wheel between them. The wheels with guide vanes and their spatula grill were mounted in a cylindrical casing with a return vaned diffuser, and the structure was closed by means of suction and discharge covers, tightened by anchor rods, and placed outside the heat-affected zone of the brackets with support nodes.

На фиг.2 изображен тепловой кавитационный генератор, вид на кавитационный блок, поперечный разрез; элементы кавитационной ступени выполнены в виде перфорированного диска с коноидально-цилиндрическими соплами и радиально-лучевыми (осевыми) лопатками, обрамленными по торцу цилиндрическим перфорированным ободом; при этом направляющий аппарат кавитационной ступени выполнен с перфорацией в межлопаточной зоне, а подпор на кавитационное колесо создается конической сопловой насадкой, установленной на выходе потока обрабатываемой среды из обратного лопаточного диффузора корпуса предкавитационной, центробежной ступени.Figure 2 shows a thermal cavitation generator, a view of the cavitation block, a cross section; elements of the cavitation stage are made in the form of a perforated disk with conoidally cylindrical nozzles and radial beam (axial) blades framed at the end by a cylindrical perforated rim; in this case, the guiding apparatus of the cavitation stage is made with perforation in the interscapular zone, and the support on the cavitation wheel is created by a conical nozzle nozzle installed at the outlet of the medium to be processed from the return vaned diffuser of the precavitation, centrifugal stage housing.

На фиг.3 изображен тепловой кавитационный генератор, вид на кавитационный блок с увеличенным температурным полем; вид на проточную часть агрегата, при этом кавитационный блок скомпонован из двух или более кавитационных колес с перфорированными направляющими аппаратами, расположенными между центробежными ступенями с колесами на всасывании и нагнетании в циркуляционный контур.Figure 3 shows a thermal cavitation generator, a view of a cavitation block with an increased temperature field; view of the flowing part of the unit, while the cavitation unit is composed of two or more cavitation wheels with perforated guide devices located between the centrifugal steps with the wheels on the suction and discharge into the circulation circuit.

На фиг.4 изображен тепловой кавитационный генератор, вид на кавитационный блок и центробежную ступень с увеличенным давлением на нагнетании в циркуляционном контуре; при этом кавитационный блок скомпонован из двух (или более) кавитационных колес с перфорированными направляющими аппаратами, расположенными между центробежными ступенями с двумя (или большим числом) колес на всасывании и нагнетании в циркуляционный контур.Figure 4 shows a thermal cavitation generator, a view of the cavitation block and centrifugal stage with increased pressure on the discharge in the circulation circuit; while the cavitation block is composed of two (or more) cavitation wheels with perforated guide vanes located between the centrifugal steps with two (or a large number) of wheels on the suction and discharge into the circulation circuit.

Перечень обозначений и наименований элементов изобретенияThe list of symbols and names of elements of the invention

1. Вал1. Val

2. Крышка всасывания2. Suction cover

3. Крышка нагнетания3. Discharge cover

4. Корпус ступени генератора4. Generator stage housing

5. Диффузор лопаточный, корпуса ступени5. Spatula diffuser, stage housings

6. Цилиндрический участок сопряжения корпусов6. The cylindrical section of the interface of the housing

7. Уплотнение межступенное7. Interstage seal

8. Направляющий аппарат центробежной ступени8. The directing device of a centrifugal step

9. Лопаточная решетка направляющего аппарата центробежной ступени9. Spatial lattice of the directing device of centrifugal step

10. Колесо центробежное, радиальное, на всасывании10. Wheel centrifugal, radial, suction

11. Колесо центробежное, радиальное, обрезное, на нагнетании11. Wheel centrifugal, radial, edged, forcing

12. Колесо кавитационное, перфорированное12. Cavitation wheel, perforated

13. Лопатка колеса кавитационного13. The blade of the wheel cavitation

14. Сопло коноидально-цилиндрическое, перфорации колеса кавитационного14. The nozzle is conoidal-cylindrical, the perforation of the cavitation wheel

15. Раструб коноидальный, входной, сопла перфорации колеса кавитационного15. The bell is conoidal, inlet, cavitation wheel perforation nozzle

16. Раструб коноидальный, выходной, сопла перфорации колеса кавитационного16. A bell conoidal, output, a nozzle of perforation of a wheel of cavitation

17. Канал цилиндрический сопла, перфорации колеса кавитационного17. Channel cylindrical nozzle perforation wheel cavitation

18. Коническая сопловая насадка18. Conical nozzle nozzle

19. Кронштейн передний19. Front bracket

20. Кронштейн задний20. Rear bracket

21. Направляющий аппарат кавитационной ступени с перфорацией21. The guiding apparatus of the cavitation stage with perforation

22. Обод цилиндрический перфорированный.22. Perforated cylindrical rim.

Сведения, которые подтверждают возможность осуществления изобретенияInformation that confirms the possibility of carrying out the invention

Описанное выше техническое решение теплового кавитационного генератора позволяет формировать стабильную и постоянную по величине генерацию тепловыделения в агрегате за счет развития многочисленных кавитационных очагов и гидравлических ударов в обрабатываемой среде, дросселирующуюся через коноидально-цилиндрические сопла, что приводит к скачкообразному росту температурного градиента в ступени, повышению интенсивности, а также энергонасыщенности кавитационных потоков с минимизацией энергозатрат на привод системы и поддержание рабочих характеристик процесса.The technical solution of the heat cavitation generator described above allows the formation of a stable and constant heat generation in the unit due to the development of numerous cavitation centers and hydraulic shocks in the medium being throttled through conoid-cylindrical nozzles, which leads to an abrupt increase in the temperature gradient in the stage and an increase in intensity , as well as the energy saturation of cavitation flows with minimizing the energy consumption for the drive system and maintaining p bochih process characteristics.

Тепловой кавитационный генератор (фиг.1) содержит вал 1, крышки всасывания 2 и нагнетания 3, цилиндрические корпуса 4, формирующие ступени генератора и несущие на внутренней торцевой поверхности стенки лопатки диффузора 5, с центровкой и посадкой каждой секции между собой посредством цилиндрических расточек 6, с герметизацией внутренней полости теплогенератора уплотнениями 7.The thermal cavitation generator (Fig. 1) contains a shaft 1, suction and discharge covers 3, cylindrical bodies 4, forming generator steps and supporting diffuser vanes 5 on the inner end surface of the wall, with each section centered and planted together by means of cylindrical bores 6, with sealing the inner cavity of the heat generator with seals 7.

Внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса 4 является опорой внешнего цилиндра направляющего аппарата 8 с лопаточной решеткой 9, посредством которой поток обрабатываемой среды передается на диффузор корпуса 5 и далее в следующую ступень теплового генератора.The inner cylindrical surface of the housing 4 is a support of the outer cylinder of the guide apparatus 8 with a blade grill 9, by which the flow of the processed medium is transmitted to the diffuser of the housing 5 and then to the next stage of the heat generator.

Ротор теплового кавитационного генератора сформирован путем последовательной установкой центробежных, радиальных рабочих колес 10 на всасывании, а на нагнетании - обрезного колеса 11 (фиг.1), проточная часть и лопаточная решетка которых соответствует расчетным параметрам и условиям работы циркуляционного контура обогреваемой системы, а также перфорированного кавитационного (кавитационных) колеса 12.The rotor of the thermal cavitation generator is formed by sequentially installing centrifugal, radial impellers 10 at the suction, and at the discharge, the edging wheel 11 (Fig. 1), the flow part and the blade of which corresponds to the design parameters and operating conditions of the circulation circuit of the heated system, as well as perforated cavitation (cavitation) wheels 12.

Кавитационное перфорированное колесо 12 представляет собой диск с радиально-лучевыми лопатками 13 - осевое колесо полуоткрытого типа (фиг.2), коренная часть которого в межлопаточной зоне сформирована коноидально-цилиндрическими соплами 14 с максимально возможным количеством их в межлопаточной зоне. Собственно коноидально-цилиндрическое сопло образовано входным 15 и выходным 16 - коноидальными раструбами, соединенными между собой цилиндрическим каналом 17. Работоспособность теплового кавитационного генератора, как и его КПЭ, напрямую зависит от общего числа сопел 14 на кавитационном колесе 12, а также жесткостных параметров системы и стабильности геометрических зазоров в процессе эксплуатации агрегата. Организующим фактором, обеспечивающим эффективную работу теплового генератора по жесткостным показателям и стабилизацию зазоров в процессе работы агрегата является минимизация отклонения действительной оси вала 1 агрегата от его геометрического прототипа и продольно-поперечных вибросмещения элементов проточной части. Учитывая, что конструктивно-технологическое исполнение теплового генератора в виде последовательно сопряженных корпусов 4 предопределяет секционную гибкость сборочной системы, важным фактором работы теплового генератора является организация равновеликости и концентричности радиальных зазоров по концевым уплотнениям, торцевых зазоров между лопатками колеса и торцем конической сопловой насадки 18 (фиг.2), создающего подпор на кавитационном колесе 12. Такие требования по равновеликости и постоянстве зазоров для теплового генератора предопределяют вынос опорных узлов за пределы рабочего поля агрегата, специальные технологические мероприятия при организации инструментальной обработки кронштейнов переднего 19 и заднего 20, а также особенности конструктивного исполнения подшипниковых узлов для исключения влияния на них температурного режима машины. Кроме того, выносные опорные узлы, размещенные в цилиндрических консолях кронштейнов 19 и 20, позиционирующие вал 1 при сборке агрегата в горизонтальной и вертикальной плоскостях, должны обеспечивать строгую соосность осей подшипников, что также является гарантией равновеликости зазоров и постоянства расстояния между встречными потоками струй, проходящих через сопла. При этом для таких динамических турбомашин - тепловых кавитационных генераторов равновеликость зазоров на весь срок эксплуатации, минимизация технологических несовершенств и вибронагруженности гарантируется при динамической балансировке колес и элементов проточной части агрегата на эксплуатационных оборотах с детерминированной сборкой (см. Алиев Н.А. Исследование вынужденных колебаний роторов корпусно-секционных машин динамического действия // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сборник научных трудов. - Донецк, 2004. - Вып. 27. - С.3-11; см. также: Алиев Н.А. Вибродиагностика корпусно-секционных насосов с прогнозируемым распределением неуравновешенных масс ротора / Науковi працi Донецького Нацiонального Технiчного Унiверситету. - Донецьк, 2004. - Вип. 83. - С.225-235; см. также: Алиев Н.А. Детерминизм распределения неуравновешенных масс ротора как основа снижения вибронагруженности корпусно-секционных насосов при сборке // Проблеми експлуатацiї обладнання шахтних стацiонарних установок: Збiрник наукових праць. - Донецк: НИИГМ им. М.М.Федорова, 2004. - Вип. 99. - С.101-117).Cavitation perforated wheel 12 is a disk with radial beam blades 13 — an axial wheel of a semi-open type (Fig. 2), the main part of which in the interscapular region is formed by conoid-cylindrical nozzles 14 with the maximum possible number of them in the interscapular region. The conoidal-cylindrical nozzle itself is formed by the inlet 15 and outlet 16 — conoidal sockets connected to each other by a cylindrical channel 17. The operability of the thermal cavitation generator, as well as its KPI, directly depends on the total number of nozzles 14 on the cavitation wheel 12, as well as the stiffness of the system and stability of geometric clearances during operation of the unit. The organizing factor that ensures the efficient operation of the heat generator in terms of stiffness and stabilization of the gaps during operation of the unit is to minimize the deviation of the real axis of the shaft 1 of the unit from its geometric prototype and the longitudinally-transverse vibration displacement of the elements of the flow part. Considering that the design and construction of the heat generator in the form of series-conjugated housings 4 predetermines the sectional flexibility of the assembly system, an important factor in the operation of the heat generator is the organization of uniformity and concentricity of radial clearances along the end seals, end clearances between the wheel blades and the end face of the conical nozzle nozzle 18 (Fig. .2), which creates a backwater on the cavitation wheel 12. Such requirements for uniformity and constancy of gaps for a heat generator, etc. predetermines removal of the support units outside the working area of the unit, special technological activities in the organization of tooling brackets front 19 and rear 20, and the model features the bearing assemblies to eliminate the influence on them of the temperature of the machine mode. In addition, remote support units located in the cylindrical consoles of the brackets 19 and 20, positioning the shaft 1 when assembling the unit in horizontal and vertical planes, must ensure strict alignment of the axes of the bearings, which is also a guarantee of equal gaps and a constant distance between the opposing streams of jets passing through the nozzle. At the same time, for such dynamic turbomachines - heat cavitation generators, equal gaps for the entire service life, minimization of technological imperfections and vibration loads are guaranteed when the wheels and elements of the flow part of the unit are dynamically balanced at operational speeds with a deterministic assembly (see Aliev N.A. Investigation of forced oscillations of rotors sectional machines of dynamic action // Progressive technologies and engineering systems: International collection of scientific papers c. - Donetsk, 2004. - Issue 27. - C.3-11; see also: Aliev N.A. Vibrodiagnostics of casing-sectional pumps with the predicted distribution of unbalanced rotor masses / Science of the Donetsk National Technical University. - Donetsk, 2004. - Vip. 83. - P.225-235; see also: Aliev N.A. Determinism of the distribution of unbalanced rotor masses as a basis for reducing the vibration load of casing-sectional pumps during assembly // Problems of operation of mine stationary installations: Zernik naukovyh prats . - Donetsk: NIIIGM them. M.M. Fedorova, 2004 .-- Vip. 99. - S.101-117).

Количество лопаток 13 на кавитационном колесе 12 напрямую зависит от технических требований по производительности системы и связано с выполнением условия неразрывности потока при прохождении его через диффузор корпуса 4 предкавитационной ступени. Учитывая, что на радиально-лучевой (осевой) лопаточной системе напор в два, а в некоторых случаях и в три раза превышает напор относительно центробежной ступени с цилиндрическими лопатками, при равенстве наружных диаметров колес, то часть потока, не прошедшая через систему коноидально-цилиндрических сопел 14 на кавитационном перфорированном колесе 12, транспортируется через направляющий перфорированный аппарат 21 навстречу струям, прошедшим через систему перфорации кавитационного колеса 12. Такое исполнение кавитационной ступени приводит к возникновению на встречных струях гидравлических ударов и автоколебательного режима работы узла, что также вызывает дополнительную турбулентность между кавитационным колесом 12 и направляющим аппаратом 21 с увеличением генерации тепла.The number of blades 13 on the cavitation wheel 12 directly depends on the technical requirements for system performance and is associated with the fulfillment of the continuity of the flow when it passes through the diffuser of the casing 4 precavitation stage. Considering that on a radial-beam (axial) scapular system, the pressure is two, and in some cases three times higher than the pressure relative to the centrifugal stage with cylindrical vanes, if the outer diameters of the wheels are equal, then the part of the flow that has not passed through the conoid-cylindrical system nozzles 14 on a cavitation perforated wheel 12, is transported through a guide perforated apparatus 21 to meet the jets passing through the system of perforation of the cavitation wheel 12. This embodiment of the cavitation stage drives rise in colliding streams of hydraulic shocks and self-oscillatory mode site work, which also causes additional turbulence between cavitation wheel 12 and guide vanes 21 with an increase in heat generation.

На фиг.2 изображен тепловой кавитационный генератор, вид на кавитационное перфорированное колесо 12, состоящее из перфорированного диска с радиально-лучевыми (осевыми) лопатками 13, обрамленными по периферии цилиндрическим перфорированным ободом 22. Направляющий аппарат 21 кавитационной ступени выполнен с перфорацией в межлопаточной зоне, а подпор на кавитационом колесе создается сопловой конической насадкой 18, смонтированной на выходе потока обрабатываемой среды из лопаточного диффузора корпуса 4 предкавитационной центробежной ступени. Перфорацию кавитационного колеса 12 образуют коноидально-цилиндрические сопла 14, сформированные входным 15 и выходным 16 - коноидальными раструбами, диаметры которых выбраны из условия неразрывности потока по сечению сопла, но с расширением выходного участка относительно входного и соединенных между собой цилиндрическим каналом 17.Figure 2 shows a thermal cavitation generator, a view of a cavitation perforated wheel 12, consisting of a perforated disk with radial beam (axial) blades 13, framed around the periphery of a cylindrical perforated rim 22. The guiding apparatus 21 of the cavitation stage is made with perforation in the interscapular zone, and the support on the cavitation wheel is created by a nozzle conical nozzle 18 mounted at the outlet of the medium flow from the scapular diffuser of the casing 4 of the precavitation centrifugal stage . The perforation of the cavitation wheel 12 is formed by conoid-cylindrical nozzles 14 formed by the inlet 15 and outlet 16 — conoidal bells, the diameters of which are selected from the condition of continuity of the flow over the nozzle section, but with the expansion of the outlet section relative to the inlet and interconnected by a cylindrical channel 17.

На фиг.3 изображен тепловой кавитационный генератор, разрез по проточной части агрегата, при возможном исполнении агрегата с повышенным температурным полем на выходе из системы.Figure 3 shows a thermal cavitation generator, a section along the flow part of the unit, with the possible implementation of the unit with a high temperature field at the outlet of the system.

С этой целью кавитационный блок скомпонован из двух кавитационных перфорированных колес 12, с перфорированными направляющими аппаратами 21, расположенными между центробежными ступенями с колесами - на всасывании 2 и нагнетании 3 в циркуляционный контур.For this purpose, the cavitation block is composed of two cavitation perforated wheels 12, with perforated guide vanes 21 located between the centrifugal steps with wheels - on suction 2 and forcing 3 into the circulation circuit.

На фиг.4 приведено сечение по проточной части теплового кавитационного генератора, скомпонованный из двух кавитационных перфорированных колес 13, образующих тепловой блок, и центробежной ступени с увеличенным давлением на нагнетании в циркуляционный контур. Для реализации требования повышения давления в системе на нагнетании установлены два центробежных рабочих колеса 3, что приводит к росту давления при входе в циркуляционный контур.Figure 4 shows a cross-section along the flowing part of a thermal cavitation generator, composed of two cavitation perforated wheels 13 forming a heat block, and a centrifugal stage with increased pressure on the discharge into the circulation circuit. To implement the requirement of increasing the pressure in the system, two centrifugal impellers 3 are installed on the discharge, which leads to an increase in pressure at the entrance to the circulation circuit.

Такое техническое решение теплового кавитационного генератора позволяет формировать проточную часть агрегата в зависимости от требований режима рабочей установки по термонагруженности и давлению путем вариации числа кавитационных и центробежных ступений на всасывании и нагнетании. При этом температурный градиент и изменение интенсивности процесса тепловыделения в кавитационной ступени (при прочих равных условиях) варьируется изменением диаметров цилиндрической части сопел, толщины диска кавитационного колеса, разницей раструбов коноидальных входного и выходного участков, а также посредством изменения диаметра цилиндрического канала сопел перфорации направляющего аппарата кавитационной ступени. При этом перепад или сужение между входным и выходным раструбами, формирующими сопла, активизирует процесс кавитации и приводит к росту температурного градиента в кавитационной ступени.This technical solution of the thermal cavitation generator allows you to form the flow part of the unit, depending on the requirements of the operating mode of the installation for thermal loading and pressure by varying the number of cavitation and centrifugal stages on the suction and discharge. In this case, the temperature gradient and the change in the intensity of the heat release process in the cavitation stage (ceteris paribus) varies by changing the diameters of the cylindrical part of the nozzles, the thickness of the disk of the cavitation wheel, the difference in the sockets of the conoidal inlet and outlet sections, and also by changing the diameter of the cylindrical channel of the nozzles of the perforation of the guiding apparatus of the cavitation steps. In this case, the difference or narrowing between the inlet and outlet sockets forming the nozzles activates the cavitation process and leads to an increase in the temperature gradient in the cavitation stage.

Универсальность заявляемого технического решения теплового генератора, его адаптация к внешнему источнику-потребителю, оперативность управления, а также оптимизация работы и надежность агрегата, как динамической системы, напрямую связана с возможностью формировать его ротор последовательно, из центробежных и кавитационных перфорированных колес в ступени, перегруппировке их в блоке преобразования энергии с вариацией общего количества блоков агрегата в зависимости от технических требований рабочего потребителя.The universality of the claimed technical solution of the heat generator, its adaptation to an external source-consumer, control efficiency, as well as optimization of operation and reliability of the unit as a dynamic system, is directly related to the ability to form its rotor in series, from centrifugal and cavitation perforated wheels in a stage, rearranging them in the energy conversion unit with variation of the total number of units of the unit depending on the technical requirements of the working consumer.

Тепловой кавитационный генератор, предназначенный в качестве автономной системы, осуществляющей преобразование механической энергии в тепловую в локально-замкнутых системах теплоснабжения, без применения органического топлива или с использованием в технологических процессах, требующих нагревания обрабатываемых сред, работает следующим образом.Thermal cavitation generator, designed as an autonomous system, converting mechanical energy into heat in locally closed heat supply systems, without the use of fossil fuels or using in technological processes requiring heating of the processed media, works as follows.

Тепловой кавитационный генератор посредством всасывающего штуцера, приемного патрубка и клапана встраивается в циркуляционный контур или ресивер для забора обрабатываемой среды и подачи ее в проточную часть агрегата. Проточная часть теплового генератора сформирована из центробежной ступени с радиальным колесом, направляющего аппарата, в котором скоростной напор переводится в статическое давление и обратного лопаточного диффузора корпуса ступени, на выходе которого установлена сопловая коническая насадка. При прохождении потока обрабатываемой среды через сопловую коническую насадку, за счет изменения площади ее сечения резко увеличивается скоростной напор на выходе из насадки, и поток, попадая на диск кавитационного колеса, дросселируется через коноидально-цилиндрические сопла, расположенные в межлопаточной зоне и организующие перфорацию кавитационного колеса. На диске кавитационного колеса сформированы радиальные (осевые) лопатки, которые выполняют роль элементов, сообщающих дополнительную кинетическую энергию потоку, не прошедшему через коноидально-цилиндрические сопла, и направляет его в аппарат кавитационной ступени. Торцы радиальных (осевых) лопаток обрамлены по периферии цилиндрическим перфорированным ободом, создающим сопротивление потоку, не прошедшему через диск колеса.Thermal cavitation generator through a suction fitting, a receiving pipe and a valve is integrated into the circulation circuit or receiver to collect the medium to be processed and supply it to the flow part of the unit. The flow part of the heat generator is formed of a centrifugal stage with a radial wheel, a guiding apparatus in which the high-speed pressure is converted to static pressure and a return vaned diffuser of the stage casing, at the outlet of which a nozzle conical nozzle is installed. When the flow of the medium is processed through the nozzle conical nozzle, due to a change in the cross-sectional area, the velocity head at the nozzle exit sharply increases, and the stream, entering the cavitation wheel disk, is throttled through the conoid-cylindrical nozzles located in the interscapular zone and organizing the cavitation wheel perforation . Radial (axial) blades are formed on the disk of the cavitation wheel, which act as elements that communicate additional kinetic energy to the flow that has not passed through the conoid-cylindrical nozzle and directs it to the cavitation stage apparatus. The ends of the radial (axial) blades are framed around the periphery with a cylindrical perforated rim that creates resistance to flow that has not passed through the wheel disk.

Скорость истечения струй из коноидально-цилиндрических сопел и возникновение кавитационных процессов связана с перепадом между цилиндрическим каналом и выходным коноидальным раструбом сопла. При этом генерация тепловых точечных источников тепла прямо пропорциональна количеству таких сопел и разнице в диаметрах между цилиндрическим каналом и коноидальным раструбом сопла. При вращении кавитационного колеса избыточный поток, проходя через перфорированную решетку обрамляющего лопатки обода и попадая в напраляющий аппарат кавитационной ступени, создает на встречных струях, дросселирующихся из сопел колеса, циркуляционные, вихревые потоки, которые также вызывают возникновение кавитационных пузырьков, и генерируют тепловыделение в ступени.The velocity of the outflow of jets from conoidally cylindrical nozzles and the occurrence of cavitation processes are associated with the difference between the cylindrical channel and the outlet conoidal nozzle socket. Moreover, the generation of thermal point heat sources is directly proportional to the number of such nozzles and the difference in diameters between the cylindrical channel and the conoidal nozzle socket. When the cavitation wheel rotates, the excess flow passing through the perforated grating of the rim vanes framing and falling into the guiding apparatus of the cavitation stage creates circulating vortex flows on the oncoming jets throttling from the nozzles of the wheel, which also cause the formation of cavitation bubbles and generate heat in the stage.

Перемещение соплового дросселирующегося потока из кавитационного колеса и совпадение перемычек перфорации на направляющем аппарате кавитационной ступени формируют гидроудары в пространстве между вращающимся колесом и аппаратом, а также колебания, пропорциональные числу сопел на колесе и оборотам его вращения.The movement of the nozzle throttling flow from the cavitation wheel and the coincidence of the perforation jumpers on the guiding device of the cavitation stage form water hammer in the space between the rotating wheel and the device, as well as fluctuations proportional to the number of nozzles on the wheel and its rotation speed.

Совокупное воздействие колебания системы, гидроудары и кавитационные процессы, возникающие в коноидально-цилиндрических соплах, приводит к возникновению и генерированию очагов тепловыделения с возможностью получения постоянного температурного градиента в ступени. Уровень аномального тепловыделения в генераторе может варьироваться изменением диаметра цилиндрического канала коноидально-цилиндрических сопел, диаметром коноидальных раструбов, вариацией числа колес, толщиной диска и длиной пути дросселирования обрабатываемой среды, а также углом конуса сопловой насадки.The combined effect of system oscillations, water hammering and cavitation processes that occur in conoidally cylindrical nozzles leads to the generation and generation of foci of heat generation with the possibility of obtaining a constant temperature gradient in the stage. The level of abnormal heat generation in the generator can vary by changing the diameter of the cylindrical channel of the conoidal-cylindrical nozzles, the diameter of the conoidal sockets, the variation in the number of wheels, the thickness of the disk and the path length of the throttling of the medium to be treated, as well as the cone angle of the nozzle nozzle.

Изобретение не ограничивается описанными и показанными на чертежах вариантами реализации, но может быть изменено, модифицировано и дополнено в рамках объема, определенного формулой изобретения.The invention is not limited to the embodiments described and shown in the drawings, but can be changed, modified and supplemented within the scope defined by the claims.

Изобретение проверено в процессе стендовых и эксплуатационных испытаний и результаты испытаний полностью подтвердили его техническую и экономическую эффективность, а также целесообразность широкого использования. Заявляемый тепловой кавитационный генератор может быть поставлен в серийное производство в заводских условиях и найдет широкое применение в системах теплоснабжения без использования органического топлива, теплофикации локальных стационарных объектов, а также технологических процессах, требующих прогрева рабочей среды, при гидроразрыве пласта.The invention was tested during bench and operational tests and the test results fully confirmed its technical and economic efficiency, as well as the feasibility of widespread use. The inventive heat cavitation generator can be put into serial production in the factory and will be widely used in heat supply systems without the use of fossil fuels, heating of stationary stationary objects, as well as technological processes that require heating of the working environment during hydraulic fracturing.

Claims (2)

1. Тепловой кавитационный генератор, состоящий из ротора, сформированного последовательной установкой центробежных и кавитационных колес полуоткрытого типа, направляющих аппаратов с лопаточной решеткой, корпусами с обратным лопаточным диффузором, крышками всасывания и нагнетания, кронштейнами с опорными узлами, отличающийся тем, что кавитационные колеса выполнены в виде перфорированного коноидально-цилиндрическими соплами диска, с радиально-лучевыми лопатками, обрамленными с торца цилиндрическим перфорированным ободом, направляющий аппарат кавитационной ступени выполнен с перфорацией в межлопаточной зоне, а подпор на кавитационную ступень создается конической сопловой насадкой, установленной на выходе потока обрабатываемой среды из обратного лопаточного диффузора корпуса предкавитационной ступени.1. Thermal cavitation generator, consisting of a rotor formed by the sequential installation of centrifugal and cavitation wheels half-open type, guiding devices with a spatula grill, housings with a return vanes diffuser, suction and discharge covers, brackets with support units, characterized in that the cavitation wheels are made in in the form of a disk perforated with conoid-cylindrical nozzles, with radial-radial blades framed from the end by a cylindrical perforated rim, directing The cavitation stage apparatus is perforated in the interscapular zone, and the support on the cavitation stage is created by a conical nozzle nozzle installed at the outlet of the medium to be processed from the return vaned diffuser of the precavitation stage body. 2. Тепловой кавитационный генератор по п.1, отличающийся тем, что суммарный прирост температур обрабатываемой среды в заданном временном интервале и давление в циркуляционном контуре системы формируется групповым сочетанием центробежных и кавитационных колес на роторе в блоке преобразования энергии. 2. The thermal cavitation generator according to claim 1, characterized in that the total temperature increase of the medium to be treated in a given time interval and the pressure in the circulation circuit of the system is formed by a group combination of centrifugal and cavitation wheels on the rotor in the energy conversion unit.
RU2010105212/06A 2010-02-16 2010-02-16 Heat cavitation generator RU2422733C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010105212/06A RU2422733C1 (en) 2010-02-16 2010-02-16 Heat cavitation generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010105212/06A RU2422733C1 (en) 2010-02-16 2010-02-16 Heat cavitation generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2422733C1 true RU2422733C1 (en) 2011-06-27

Family

ID=44739296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010105212/06A RU2422733C1 (en) 2010-02-16 2010-02-16 Heat cavitation generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2422733C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2551723C2 (en) * 2013-03-21 2015-05-27 Александр Евсеевич Кузмак Removal of scale-corrosion
RU2588298C1 (en) * 2015-02-12 2016-06-27 Евгений Геннадьевич Иванов Hydrodynamic cavitator
RU2606293C2 (en) * 2015-02-12 2017-01-10 Евгений Геннадьевич Иванов Vortex cavitator
CN108946848A (en) * 2018-09-06 2018-12-07 南通富莱克流体装备有限公司 Thermal energy pump feed system
RU2752504C2 (en) * 2017-01-13 2021-07-28 Юнитед Кавитатион Интегратед Технолоджис Method and device for heating and purifying liquids

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2551723C2 (en) * 2013-03-21 2015-05-27 Александр Евсеевич Кузмак Removal of scale-corrosion
RU2588298C1 (en) * 2015-02-12 2016-06-27 Евгений Геннадьевич Иванов Hydrodynamic cavitator
RU2606293C2 (en) * 2015-02-12 2017-01-10 Евгений Геннадьевич Иванов Vortex cavitator
RU2752504C2 (en) * 2017-01-13 2021-07-28 Юнитед Кавитатион Интегратед Технолоджис Method and device for heating and purifying liquids
CN108946848A (en) * 2018-09-06 2018-12-07 南通富莱克流体装备有限公司 Thermal energy pump feed system
CN108946848B (en) * 2018-09-06 2024-05-24 南通富莱克流体装备有限公司 Water supply system of heat energy pump

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20170041197A (en) An apparatus, system and method for utilizing thermal energy
EP3072579B1 (en) Cavitation device
RU2422733C1 (en) Heat cavitation generator
Sedlar et al. CFD analysis of cavitation phenomena in mixed-flow pump
US3758223A (en) Reaction rotor turbine
Zhang et al. Analysis of pressure pulsation induced by rotor‐stator interaction in nuclear reactor coolant pump
Rode et al. A review on development in design of multistage centrifugal pump
KR100990927B1 (en) Disc type fluid heating device
Zhou et al. Effect of reflux hole on the transient flow characteristics of the self-priming sewage centrifugal pump
RU2142604C1 (en) Heat energy production process and resonant heat pump/generator unit
Myaing et al. Design and analysis of impeller for centrifugal blower using solid works
Moloshnyi et al. Influence of an inlet rotating axial device on the cavitation processes in a low specific speed centrifugal pump
RU2495337C2 (en) Electrically driven pump-sealed rotary heat generator
RU2534198C9 (en) Heat energy generation method and device
Salunkhe et al. A Review on Improvement of Efficiency of Centrifugal Pump Through Modifications in Suction Manifold
RU2658448C1 (en) Multistage cavitation heat generator (embodiments)
Sentyabov et al. Numerical investigation of the influence of special structures on suppression of pressure pulsations in the draft tube of a high-head hydraulic turbine
Moloshnyi et al. Influence of Rotational Wall of Axial Inlet Device on Velocity Distribution at Impeller Inlet
RU2235950C2 (en) Cavitation-vortex heat generator
Moloshnyi et al. Cavitation in centrifugal pump with rotating walls of axial inlet device
RU2346213C2 (en) Power-generating plant centrifugal wheel
RU2269075C1 (en) Cavitation-turbulent heat generator
RU2335705C2 (en) Method of operating steam boilers and hydrodynamic generator to this effect
Mannar INDUSTRIAL APPLICATION OF TURBOMACHINERY PROCESS
RU2231004C1 (en) Rotary cavitation pump-heat generator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130217