RU2428587C1

RU2428587C1 - Heat-pipe centrifugal blower

Info

Publication number: RU2428587C1
Application number: RU2010113031/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Ежов (RU); Владимир Сергеевич Ежов
Priority date: 2010-04-05
Filing date: 2010-04-05
Publication date: 2011-09-10

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: blower contains cylindrical housing 1 inside which there located is evaporation, working and condensing chambers 8, 10, 15. End walls 2, 3 are connected by means of central wick 4 covered with shell 5 so that gaps 6, 7 are formed at walls 2, 3 and passing along central axis. In evaporation and condensing chambers 8, 15 the inner surface of side wall and end walls 2, 3 are covered with grid 16 made from thin layer of porous material and connected in the centre of end walls 2, 3 with central wick 4. Inside working chamber 10 there are power turbines 11,12 which are coaxially located one after another, rigidly attached to inner surface of its wall and outer surface of shell. On outer surface of working chamber 10 there is impeller 13. Outer housing 17 covering impeller 13 is helical.

EFFECT: increasing efficiency of heat-pipe centrifugal blower.

2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для утилизации вторичных тепловых энергоресурсов и низкопотенциальной тепловой энергии природных источников, а именно для трансформации тепловой энергии в механическую путем перемещения и нагнетания жидкостей.The invention relates to a power system and can be used for the disposal of secondary thermal energy and low-potential thermal energy of natural sources, namely, for the transformation of thermal energy into mechanical energy by moving and pumping liquids.

Известно устройство центробежный насос, содержащий улиткообразный корпус с всасывающим и нагнетательным патрубками и размещенное в корпусе рабочее колесо (SU 931972 А, М кл. F04D 3/00, 1982).A device is known to be a centrifugal pump, comprising a coiled housing with suction and discharge nozzles and an impeller located in the housing (SU 931972 A, M class. F04D 3/00, 1982).

Основными недостатками известного устройства являются невозможность утилизации низкопотенциальных вторичных тепловых энергоресурсов, тепловых ресурсов природных источников, что сужает область применения и снижает его эффективность.The main disadvantages of the known device are the inability to utilize low-potential secondary thermal energy, heat resources of natural sources, which narrows the scope and reduces its effectiveness.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является теплотрубный нагнетатель, который содержит цилиндрический корпус, внутри которого расположены испарительная, рабочая и конденсационная камеры, а торцевые стенки соединены центральным фитилем, покрытым обечайкой с образованием зазоров у них и проходящим по центральной оси, в испарительной и конденсационной камерах внутренняя поверхность боковых стенок и торцевых стенок покрыта решеткой, выполненной из тонкого слоя пористого материала, соединенной в центре торцевых стенок с центральным фитилем, внутри рабочей камеры устроены коаксиально друг за другом силовые турбины, жестко закрепленные к внутренней поверхности ее стенки и наружной поверхности обечайки, на ее наружной поверхности устроен шнек, обойму (наружный корпус), покрывающую шнек, соединенную с цилиндрическим корпусом через кольцевые уплотнения и снабженную всасывающим и нагнетательным патрубками. [Заявка РФ №2009107403/06 (09914), М кл. F01K 17/00, F04D 3/00, 02.03.2009.]Closest to the proposed invention is a heat pipe supercharger, which contains a cylindrical body, inside which are the evaporation, working and condensation chambers, and the end walls are connected by a central wick, covered by a shell with the formation of gaps in them and passing along the central axis, in the evaporation and condensation chambers the surface of the side walls and end walls is covered with a lattice made of a thin layer of porous material connected to the center of the end walls With a wick, inside the working chamber, power turbines are arranged coaxially one after another, rigidly fixed to the inner surface of its wall and the outer surface of the shell, on its outer surface there is a screw, a holder (outer case) covering the screw connected to the cylindrical body through ring seals and equipped with suction and discharge nozzles. [RF Application No. 2009107403/06 (09914), M cl. F01K 17/00, F04D 3/00, 03/02/2009.]

Основными недостатками известного устройства являются невозможность создания в нем напора, необходимого для перекачки и жидкостей, и газов на значительные расстояния, что сужает область его применения и, в конечном счете, снижает его эффективность.The main disadvantages of the known device are the inability to create the pressure necessary for pumping both liquids and gases over considerable distances, which narrows the scope of its application and, ultimately, reduces its effectiveness.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности теплотрубного центробежного нагнетателя.The problem to which the invention is directed, is to increase the efficiency of a heat pipe centrifugal supercharger.

Технический результат достигается тем, что в теплотрубном центробежном нагнетателе, содержащем цилиндрический корпус, внутри которого расположены испарительная, рабочая и конденсационная камеры, а торцевые стенки соединены центральным фитилем, покрытым обечайкой с образованием зазоров у них и проходящим по центральной оси, в испарительной и конденсационной камерах внутренняя поверхность боковых стенок и торцевых стенок покрыта решеткой, выполненной из тонкого слоя пористого материала, соединенной в центре торцевых стенок с центральным фитилем, внутри рабочей камеры устроены коаксиально друг за другом силовые турбины, жестко закрепленные к внутренней поверхности ее стенки и наружной поверхности обечайки, наружный корпус, соединенный с цилиндрическим корпусом через кольцевые уплотнения и снабженный всасывающим и нагнетательным патрубками, согласно изобретению на наружной поверхности рабочей камеры устроено рабочее колесо, а наружный корпус, покрывающий рабочее колесо, выполнен улиткообразным.The technical result is achieved by the fact that in a heat pipe centrifugal blower containing a cylindrical body, inside which there is an evaporation, working and condensation chamber, and the end walls are connected by a central wick, covered by a shell with the formation of gaps in them and passing along the central axis, in the evaporation and condensation chambers the inner surface of the side walls and end walls is covered with a lattice made of a thin layer of porous material connected to the center of the end walls a power wick, power turbines are coaxially arranged one after another inside the working chamber, rigidly fixed to the inner surface of its wall and the outer surface of the shell, the outer casing connected to the cylindrical casing through ring seals and equipped with suction and discharge nozzles according to the invention on the outer surface of the working chamber the impeller is arranged, and the outer casing covering the impeller is made coiled.

На фиг.1 представлен общий вид предлагаемого теплотрубного центробежного нагнетателя (ТТЦН), на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.Figure 1 presents a General view of the proposed heat pipe centrifugal blower (TTSC), figure 2 - section aa in figure 1.

ТТЦН содержит цилиндрический корпус 1, в котором внутренние поверхности верхней и нижней торцевых стенок 2 и 3 соединены центральным фитилем 4, проходящим по оси корпуса 1 и покрытым обечайкой 5 с образованием зазоров 6, 7 у верхней и нижней торцевых стенок 2 и 3, по ходу движения пара расположены: испарительная камера 8, внутренняя поверхность боковых стенок и верхней торцевой стенки 2 которой покрыта решеткой 9, выполненной из тонкого слоя пористого материала, соединенная в центре верхней торцевой стенки 2 с центральным фитилем 4, рабочая камера 10, внутри которой устроены коаксиально друг за другом силовые турбины 11, 12, жестко закрепленные периферийными и внутренними кромками лопастей к внутренней поверхности стенки рабочей камеры 10 и наружной поверхности обечайки 5 по нормали к ним, рабочее колесо 13 с лопатками 14, жестко закрепленное к наружной поверхности рабочей камеры, конденсационная камера 15, внутренняя поверхность боковых стенок и нижней торцевой стенки 3 которой покрыта решеткой 16, выполненной из тонкого слоя пористого материала и соединенной в центре нижней торцевой стенки 3 с центральным фитилем 4, улиткообразный наружный корпус 17, покрывающий рабочее колесо 14, прикрепленное к наружной поверхности рабочей камеры 10, соединенный с цилиндрическим корпусом 1 через кольцевые уплотнения 18 и снабженный всасывающим 19 и нагнетательным 20 патрубками.TTsN contains a cylindrical housing 1, in which the inner surfaces of the upper and lower end walls 2 and 3 are connected by a central wick 4, passing along the axis of the housing 1 and covered by a shell 5 with the formation of gaps 6, 7 at the upper and lower end walls 2 and 3, along steam movements are located: the evaporation chamber 8, the inner surface of the side walls and the upper end wall 2 of which is covered with a grill 9 made of a thin layer of porous material, connected in the center of the upper end wall 2 with the central wick 4, the working chamber 10, inside of which power turbines 11, 12 are arranged coaxially one after another, rigidly fixed by the peripheral and inner edges of the blades to the inner surface of the wall of the working chamber 10 and the outer surface of the shell 5 normal to them, the impeller 13 with blades 14, rigidly fixed to the outer the surface of the working chamber, a condensation chamber 15, the inner surface of the side walls and the lower end wall 3 of which is covered with a lattice 16 made of a thin layer of porous material and connected in the center of the lower end wall 3 with a central wick 4, a coiled outer casing 17 covering the impeller 14, attached to the outer surface of the working chamber 10, connected to the cylindrical casing 1 through O-rings 18 and equipped with a suction 19 and a discharge pipe 20.

Предлагаемый ТТЦН работает следующим образом. Перед началом работы из камер 8, 10, 15 ТТЦН удаляют воздух и заполняют центральный фитиль 4, пористый материал решеток 9, 16 рабочей жидкостью, которую выбирают в зависимости от температурного потенциала холодной и горячей сред (штуцера для удаления воздуха и подачи рабочей жидкости на фиг.1-2 не показаны), после чего ТТЦН устанавливают таким образом, чтобы испарительная камера 8 контактировала с горячей средой, а конденсационная камера 15 с холодной средой и жестко фиксируют корпус 17. В результате нагрева испарительной камеры 8 (теплообменная поверхность которой увеличена по сравнению с известным устройством за счет использования в процессе теплообмена, наряду с поверхностью верхнего торца 2 верхней части поверхности цилиндрической стенки корпуса 1) происходит интенсивное испарение рабочей жидкости с ее внутренней поверхности, причем пористый материал решетки 9 предотвращает образование паровой пленки на внутренней поверхности камеры 8 и, таким образом, интенсифицирует процесс испарения [Тепловые трубы и теплообменники: от науки к практике. Сборник научн. тр. - М.: 1990, с.22], образуется пар, который в результате вращения цилиндрического корпуса 1 за счет центробежной силы освобождается от уносимых капель рабочей жидкости, поглощаемых пористым материалом решетки 9 на боковой стенке камеры 8, которая снова транспортирует их в зону испарения. Очищенный пар поступает в рабочую камеру 10 на лопатки последовательно расположенных силовых турбин 11, 12, вращает цилиндрический корпус 1 и, соответственно, сообщает вращательное движение рабочему колесу 13. В результате вращения рабочего колеса 14 в полость между лопатками 13 и корпусами 1 и 17 из всасывающего патрубка 19 поступает перемещаемая жидкость, в которой за счет центробежной силы создается требуемое давление и через нагнетательный патрубок 20 подается в напорный трубопровод (не показан) и далее к потребителю. В рабочей камере 10 происходит изоэнтропное теплопадение пара с одновременным снижением его температуры и давления [И.Н. Сушкин. Теплотехника. - М.: Металлургия, 1973, с.331], после чего отработавший мятый пар поступает в конденсационную камеру 15, конденсируется там за счет контакта наружной поверхности камеры 15 с холодной средой, после чего образовавшийся конденсат рабочей жидкости всасывается пористым материалом решетки 16, которая увеличивает скорость движения конденсата к фитилю 4 и под воздействием капиллярных сил [В.В. Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. - Минск: Выш. школа, 1988, с.106] по фитилю 4 поступает в испарительную камеру 8. В камере 8 рабочая жидкость по решетке 9 распределяется по ее внутренней поверхности, происходит вышеописанный процесс испарения, после чего образовавшийся пар освобождается от капель рабочей жидкости и далее цикл повторяется.The proposed TTZN works as follows. Before starting work, air is removed from the chambers 8, 10, 15 of the ТТЦН and the central wick 4 is filled, the porous material of the gratings 9, 16 is filled with a working fluid, which is selected depending on the temperature potential of cold and hot media (fitting for removing air and supplying working fluid in FIG. .1-2 are not shown), after which the TTZN is installed so that the evaporation chamber 8 is in contact with the hot medium, and the condensation chamber 15 is in contact with the cold medium and the housing 17 is rigidly fixed. As a result of heating the evaporation chamber 8 (heat exchange The surface of which is increased in comparison with the known device due to the use in the heat transfer process, along with the surface of the upper end 2 of the upper part of the surface of the cylindrical wall of the housing 1) intense evaporation of the working fluid from its inner surface occurs, and the porous material of the grating 9 prevents the formation of a vapor film on the inner the surface of the chamber 8 and, thus, intensifies the evaporation process [Heat pipes and heat exchangers: from science to practice. Collection of scientific tr - M .: 1990, p.22], steam is formed which, as a result of rotation of the cylindrical body 1, is freed from the entrained drops of the working fluid absorbed by the porous material of the grating 9 on the side wall of the chamber 8, which again transports them to the evaporation zone due to centrifugal force . The cleaned steam enters the working chamber 10 on the blades of successive power turbines 11, 12, rotates the cylindrical body 1 and, accordingly, gives a rotational movement to the impeller 13. As a result of the rotation of the impeller 14 into the cavity between the blades 13 and the bodies 1 and 17 from the suction the nozzle 19 receives a movable fluid, in which the required pressure is created due to centrifugal force and is supplied through the discharge nozzle 20 to a pressure pipe (not shown) and then to the consumer. In the working chamber 10 is isentropic heat loss of steam occurs with a simultaneous decrease in its temperature and pressure [I.N. Sushkin. Heat engineering. - M .: Metallurgy, 1973, p.331], after which the spent crushed steam enters the condensation chamber 15, condenses there by contacting the outer surface of the chamber 15 with a cold medium, after which the formed condensate of the working fluid is absorbed by the porous material of the lattice 16, which increases the speed of condensate to wick 4 and under the influence of capillary forces [V.V. Kharitonov et al. Secondary heat and energy resources and environmental protection. - Minsk: Ab. school, 1988, p.106] through wick 4 enters the evaporation chamber 8. In chamber 8, the working fluid is distributed along the grate 9 along its inner surface, the above-described evaporation process takes place, after which the resulting vapor is freed from the droplets of the working fluid, and then the cycle repeats.

Таким образом, предлагаемый ТТЦН обеспечивает возможность транспортировки жидкостей (газов) и создания в них давления за счет утилизации вторичных тепловых энергоресурсов различного потенциала (энергии сбросных вод, отходящих газов и т.д.), тепловых ресурсов природных источников (энергии солнца, воды и т.д.), что обеспечивает его высокую эффективность.Thus, the proposed TTSP provides the ability to transport liquids (gases) and create pressure in them by utilizing secondary thermal energy resources of various potentials (waste water energy, exhaust gases, etc.), heat resources of natural sources (solar energy, water, etc.) .d.), which ensures its high efficiency.

Claims

A heatpipe centrifugal supercharger containing a cylindrical body, inside which there is an evaporation, working and condensation chamber, and the end walls are connected by a central wick, covered by a shell with the formation of gaps in them and passing along the central axis, in the evaporation and condensation chambers, the inner surface of the side walls and end walls covered with a lattice made of a thin layer of porous material connected to the center of the end walls with a central wick, arranged inside the working chamber oaxially one after the other, power turbines rigidly fixed to the inner surface of its wall and the outer surface of the shell, the outer casing connected to the cylindrical casing through ring seals and equipped with suction and discharge nozzles, characterized in that the impeller is arranged on the outer surface of the working chamber, and the outer casing covering the impeller is made coiled.