RU2457407C1

RU2457407C1 - Heat energy obtaining device

Info

Publication number: RU2457407C1
Application number: RU2011109875/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Федорович Манаенков (RU); Михаил Федорович Манаенков
Original assignee: Михаил Федорович Манаенков
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2012-07-27

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: device for obtaining heat energy includes housing in which there installed is at least one impeller kinematically connected to electric motor connected to electric motor control unit. At that, housing includes two inlet branch pipes, and at least one outlet branch pipe. In wheel disk there are through holes which are interconnected by means of slots made on surface of wheel rim, and two more through holes are made on edges of wheel rim.

EFFECT: increasing heating efficiency of liquid medium due to two-sided cavitation forming through holes on the rim of impeller; reduction of operating noise of bearings by releasing simultaneous pressure on them at two-sided heat delivery of heat carrier to side surfaces of impeller; rejection to use purge pump at design feature in impeller rotation energy device.

5 cl, 1 dwg

Description

Устройство относится к теплотехнике и предназначено для нагрева жидкости, например воды, антифризов для систем водяного отопления в сельском хозяйстве, транспорте, коммунальной отрасли, промышленности, для отопления зданий и ГВС.The device relates to heat engineering and is intended for heating liquids, for example water, antifreezes for water heating systems in agriculture, transport, utilities, industry, for heating buildings and hot water.

Из уровня техники известно устройство для получения тепловой энергии RU 2375648 C2, 10.12.2009, которое является наиболее близким аналогом. Указанное устройство содержит полый цилиндрический корпус, в полости которого установлено, по крайней мере, одно рабочее колесо, кинематически связанное с подключенным к блоку управления приводом вращения, входной и выходной патрубки. Указанная конструкция имеет невысокий КПД, достаточно высокий уровень шума при работе, необходимость прокачивающего насоса через нее, постоянное одностороннее давление на подшипники по оси рабочего вала, вызываемое подпором давления прокачивающего насоса на одну из боковых поверхностей рабочего колеса.The prior art device for producing thermal energy RU 2375648 C2, 12/10/2009, which is the closest analogue. The specified device contains a hollow cylindrical body, in the cavity of which at least one impeller is installed, kinematically connected with the rotation drive connected to the control unit, the input and output nozzles. The specified design has a low efficiency, a sufficiently high noise level during operation, the need for a pump to be pumped through it, constant one-way pressure on the bearings along the axis of the working shaft, caused by pressure back up of the pump on one of the side surfaces of the impeller.

Указанные выше недостатки известного устройства связаны с тем, что в нем не учитываются конструктивные особенности геометрии рабочего колеса и рациональное распределение гидравлических потоков жидкости.The above disadvantages of the known device are related to the fact that it does not take into account the structural features of the geometry of the impeller and the rational distribution of hydraulic fluid flows.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в повышении эффективности нагрева жидкой среды за счет двустороннего расположения кавитационно-образующих сквозных отверстий на ободе рабочего колеса, снижение рабочего шума подшипников путем снятия одностороннего давления на них при двухсторонней подаче теплоносителя на боковые поверхности рабочего колеса, а также отказ от прокачивающего насоса при конструктивном использовании в устройстве энергии вращения рабочего колеса.The problem to which the present invention is directed is to increase the efficiency of heating a liquid medium due to the two-sided arrangement of cavitation-forming through holes on the impeller rim, reducing the working noise of the bearings by relieving one-way pressure on them with two-way supply of coolant to the side surfaces of the impeller, as well as the rejection of the priming pump when the rotational energy of the impeller is used constructively.

Указанное достигается за счет устройства для получения тепловой энергии, содержащего корпус, в котором установлено, по крайней, мере одно рабочее колесо, кинематически связанное с подключенным к блоку управления электродвигателем. При этом корпус содержит два входных патрубка и, по крайней мере, один выходной патрубок, в диске колеса выполнены сквозные отверстия, которые сообщаются с щелевыми пазами, выполненными на поверхности обода колеса, а по краям обода колеса дополнительно выполнено два ряда сквозных отверстий.This is achieved by means of a device for generating thermal energy, comprising a housing in which at least one impeller is mounted kinematically connected to an electric motor connected to the control unit. In this case, the housing contains two inlet pipes and at least one outlet pipe, through holes are made in the wheel disc, which communicate with slotted grooves made on the surface of the wheel rim, and two rows of through holes are additionally made along the edges of the wheel rim.

Также корпус заявленного устройства дополнительно содержит рабочий барабан, установленный таким образом, чтобы разделить корпус на две части, причем одна из указанных частей содержит, по крайней мере, одно рабочее колесо. Причем в указанном барабане напротив колеса выполнены щелевые пазы со сквозными отверстиями.Also, the housing of the claimed device further comprises a working drum installed in such a way as to divide the housing into two parts, one of these parts containing at least one impeller. Moreover, in the indicated drum opposite the wheel, slotted grooves with through holes are made.

В указанном барабане дополнительно выполнены отверстия для внутренней кавитационной очистки поверхностей колеса и корпуса.In the specified drum, additional holes are made for internal cavitation cleaning of the surfaces of the wheel and the housing.

Два входных патрубка выполнены в корпусе так, чтобы обеспечить уравнивающее давление на рабочее колеса.Two inlet nozzles are made in the housing so as to provide equalizing pressure on the impeller.

Заявленное изобретение представлено на чертеже.The claimed invention is presented in the drawing.

Устройство для получения тепловой энергии состоит из корпуса, содержащего рубашку 2, рабочий барабан 1 и боковые стенки 4, причем диаметр рабочего барабана меньше диаметра рубашки настолько, чтобы образовывался зазор между ними; рабочих колес 3, установленных в корпусе между боковыми стенками корпуса, диаметр указанных рабочих колес меньше диаметра барабана; в указанных стенках установлены опоры 5 под подшипники 7, на которые опирается вал 6, на котором закреплены ступицы указанных рабочих колес; двух сальниковых уплотнений 8; двух входных патрубков 9; одного выходного патрубка 10; отверстий стяжных шпилек 11. В ободе рабочего колеса выполнены два ряда сквозных отверстий 12. В диске рабочего колеса выполнены сквозные отверстия 14, каждое из которых сообщается при помощи отверстия 13 с соответствующим щелевым пазом 15, выполненным на поверхности обода колеса. Рабочий барабан содержит выполненные напротив обода колеса щелевые пазы 16 с соответствующими каждому из них сквозными отверстиями 19. Также по краям рабочего барабана выполнены сквозные отверстия 18.A device for generating thermal energy consists of a housing containing a jacket 2, a working drum 1 and side walls 4, the diameter of the working drum being less than the diameter of the jacket so that a gap is formed between them; impellers 3 installed in the housing between the side walls of the housing, the diameter of said impellers is less than the diameter of the drum; in these walls, bearings 5 are mounted under bearings 7, on which a shaft 6 is supported, on which the hubs of said impellers are fixed; two stuffing box seals 8; two inlet pipes 9; one output pipe 10; the holes of the tie rods 11. In the rim of the impeller there are two rows of through holes 12. In the disk of the impeller, through holes 14 are made, each of which communicates by means of the hole 13 with a corresponding slot groove 15 made on the surface of the wheel rim. The working drum contains slotted grooves 16 made opposite the wheel rim with through holes corresponding to each of them 19. Also, through holes 18 are made along the edges of the working drum.

Заявленное устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.

В исходном состоянии теплоноситель заполняет всю полость корпуса. В результате вращения, по крайней мере, одного рабочего колеса 3, теплоноситель за счет всасывающего эффекта, полученного при отбрасывании к периферийным зонам основного потока теплоносителя с обода вращающегося колеса, через сквозные отверстия 14 и соответствующее каждому из них отверстие 13, через соответствующие щелевые пазы 15 рабочего колеса и через щелевые пазы 16 по отверстиям 19 рабочего барабана 1 поступает в полость корпуса 17. Далее теплоноситель через патрубок 10 поступает в магистраль. Из магистрали теплоноситель поступает в полость корпуса через входные патрубки 9, установленные в боковых стенках корпуса 4. Вращение, по крайней мере, одного рабочего колеса 3 обеспечивается при помощи вала 6, кинематически связанного с электродвигателем (не показаны).In the initial state, the coolant fills the entire cavity of the housing. As a result of rotation of at least one impeller 3, the coolant due to the suction effect obtained when discarded to the peripheral zones of the main flow of coolant from the rim of the rotating wheel, through the through holes 14 and the corresponding hole 13 for each of them, through the corresponding slot grooves 15 the impeller and through the slotted grooves 16 through the holes 19 of the working drum 1 enters the cavity of the housing 17. Next, the coolant through the pipe 10 enters the highway. From the main, the coolant enters the cavity of the housing through the inlet pipes 9 installed in the side walls of the housing 4. The rotation of at least one impeller 3 is provided by means of a shaft 6 kinematically connected to an electric motor (not shown).

Также на ободе рабочего колеса, толщиной 8-10 мм, по его краям, с двух сторон указанных щелевых пазов 15 расположены два ряда дополнительных сквозных отверстий 12, (30-40 шт в ряду диаметром - 3-5 мм). Ряды отверстий относительно друг друга смещены на размер в половину расстояния между отверстиями. Края отверстий острые. При вращении рабочих колес 3 на наружных краях отверстий 12, в зазоре 0.5-1.5 мм между рабочей поверхностью колеса 3 и рабочим барабаном 1, возникают устойчивые кавитационные «вихри». Устойчивость кавитационных вихрей поддерживается за счет отрицательного давления внутри сквозных отверстий 12, создаваемого вращательным движением рабочего колеса 3. В силу левого и правого расположения рядов отверстий на ободе рабочего колеса при его вращении кавитационные вихри одного ряда закручиваются влево, а другого - вправо. На плоскости обода рабочего колеса вихри двух рядов выглядят как попарно «сцепленные шестеренки», захватывающие внутрь обоюдо-направленного вращения и проталкивающие через себя порции жидкости, создавая при этом дополнительную «насосную тягу» при быстром вращении колес 3. В полости корпуса 17, образованной поверхностями рубашки 2, рабочего барабана 1 и боковыми стенками 4, происходит основное схлопывание кавитационных парогазовых пузырьков, гидравлическое выравнивание давления потока.Also on the rim of the impeller, 8-10 mm thick, along its edges, on two sides of these slotted grooves 15 there are two rows of additional through holes 12, (30-40 pieces in a row with a diameter of 3-5 mm). The rows of holes relative to each other are offset by half the distance between the holes. The edges of the holes are sharp. When the impellers 3 rotate on the outer edges of the holes 12, in the gap of 0.5-1.5 mm between the working surface of the wheel 3 and the working drum 1, stable cavitation “vortices” arise. The stability of cavitation vortices is maintained due to the negative pressure inside the through holes 12 created by the rotational movement of the impeller 3. Due to the left and right rows of holes on the rim of the impeller, it rotates the cavitation vortices of one row to the left and the other to the right. On the plane of the impeller rim, the vortices of two rows look like pairwise “coupled gears”, capturing inwardly bi-directional rotation and pushing through themselves portions of liquid, creating an additional “pump traction” during rapid rotation of the wheels 3. In the cavity of the housing 17 formed by the surfaces shirt 2, the working drum 1 and the side walls 4, the main collapse of the cavitation vapor-gas bubbles, the hydraulic pressure flow is equalized.

Для кавитационной очистки внутренних поверхностей корпуса и рабочих колес от накипи в стенке барабана выполнены отверстия 18, выпускающие часть «вспененной» воды из полости корпуса, образованной поверхностями рубашки 2, рабочего барабана 1 и боковыми стенками 4, в полость корпуса, которая образована поверхностями боковых стенок 4 и рабочего барабана 1.For cavitation cleaning of the inner surfaces of the housing and impellers from scale in the drum wall, holes 18 are made, releasing part of the “foamed” water from the cavity of the housing, formed by the surfaces of the jacket 2, the working drum 1 and side walls 4, into the cavity of the housing, which is formed by the surfaces of the side walls 4 and the working drum 1.

При достаточно быстром вращении рабочих колес происходит периодическое сжатие и расширение кавитационных парогазовых пузырьков, что в соответствии с законами термодинамики трансформирует механическую энергию в тепловую. Кроме того, происходит постоянное схлопывание кавитационных пузырьков, ведущее к локальному нагреву их парогазовой смеси.With sufficiently fast rotation of the impellers, periodic compression and expansion of cavitation vapor-gas bubbles occurs, which, in accordance with the laws of thermodynamics, transforms mechanical energy into thermal energy. In addition, there is a constant collapse of cavitation bubbles, leading to local heating of their vapor-gas mixture.

Образующиеся кавитационные пузырьки в множественных вихрях на краях отверстий рабочего колеса отрываются и уносятся потоком откачиваемой жидкости в полость рубашки барабана и далее, через выходной патрубок, в тепловую схему.The cavitation bubbles formed in multiple vortices at the edges of the impeller openings come off and are carried away by the flow of pumped liquid into the cavity of the drum jacket and then, through the outlet pipe, into the thermal circuit.

Предлагаемое устройство может быть использовано, в частности, для автономного водяного отопления взамен централизованного.The proposed device can be used, in particular, for autonomous water heating instead of centralized.

Claims

1. A device for generating thermal energy, comprising a housing in which at least one impeller is mounted kinematically connected to an electric motor connected to a control unit, characterized in that the housing comprises two inlet nozzles and at least one outlet nozzle , through holes are made in the wheel disk, which communicate with slotted grooves made on the surface of the wheel rim, and two rows of through holes are additionally made along the edges of the wheel rim.

2. The device according to claim 1, characterized in that the housing further comprises a working drum mounted in such a way as to divide the housing into two parts, and one of these parts contains at least one impeller.

3. The device according to claim 2, characterized in that in the specified drum opposite the wheel there are slotted grooves with through holes.

4. The device according to claim 3, characterized in that the holes in the specified drum are additionally made for internal cavitation cleaning of the surfaces of the wheel and the housing.

5. The device according to claim 1, characterized in that the two inlet nozzles are made in the housing so as to provide equalizing pressure to at least one impeller.