RU2503896C2 - Device for heating liquids - Google Patents
Device for heating liquids Download PDFInfo
- Publication number
- RU2503896C2 RU2503896C2 RU2012103079/06A RU2012103079A RU2503896C2 RU 2503896 C2 RU2503896 C2 RU 2503896C2 RU 2012103079/06 A RU2012103079/06 A RU 2012103079/06A RU 2012103079 A RU2012103079 A RU 2012103079A RU 2503896 C2 RU2503896 C2 RU 2503896C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- insert
- cyclone
- pump
- injection nozzle
- pipe
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Cyclones (AREA)
- Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплогенераторам кавитационного типа для разогрева жидкостей в гидросистемах различного назначения, а также может быть использовано в качестве смесителей различных жидкостей, диспергирования, разрушения молекулярных связей в сложных жидкостях, изменения физико-механических свойств жидкостей.The invention relates to cavitation-type heat generators for heating liquids in hydraulic systems for various purposes, and can also be used as mixers for various liquids, dispersing, breaking molecular bonds in complex liquids, changing the physicomechanical properties of liquids.
Известен теплогенератор для нагрева жидкостей (патент RU 2173432, кл. F 25 B 29/00), имеющий цилиндрический корпус с циклоном-ускорителем потока жидкости в его нижней части, тормозное устройство в верхней части корпуса, выпускной патрубок, соединённый с циклоном с помощью перепускного патрубка, причём соединение выполнено на торце циклона сосно ему, торец циклона установлен под углом 10° к его радиальному сечению, а внешняя стенка инжекционного патрубка на входе в корпус снабжена направляющей лопастью, прикреплённой к торцу циклона. При этом внешняя стенка инжекционного патрубка и направляющая лопасть выполнены по логарифмической спирали с длиной направляющей лопасти более πR//2, где R - внутренний радиус корпуса, а циклон и цилиндрический корпус выполнены с одинаковым радиусом.Known heat generator for heating liquids (patent RU 2173432, class F 25 B 29/00), having a cylindrical body with a cyclone-accelerator for fluid flow in its lower part, a brake device in the upper part of the body, an exhaust pipe connected to the cyclone using a bypass pipe, and the connection is made at the end of the cyclone pine to him, the end of the cyclone is set at an angle of 10 ° to its radial section, and the outer wall of the injection pipe at the entrance to the housing is equipped with a guide blade attached to the end of the cyclone. In this case, the outer wall of the injection nozzle and the guide vane are made in a logarithmic spiral with a guide vane longer than πR // 2, where R is the inner radius of the casing, and the cyclone and cylindrical casing are made with the same radius.
Недостатком этого технического решения является то, что предложенное устройство имеет недостаточно высокую эффективность работы (нагрева воды). Теплогенераторы рассматриваемого класса являются жидкостными свистками, которые создают звуковое поле в своём внутреннем объёме, через который проходит жидкость. При этом в фазе разрежения звуковой волны в жидкости на зародышах образуются и растут кавитационные полости, а в фазе избыточного давления они мнгновенно схлопываются осуществляя уплотнение энергии как в пространстве, так и во времени с ростом температуры в точке схлопывания до 6000 К.The disadvantage of this technical solution is that the proposed device does not have a high efficiency (water heating). The heat generators of this class are liquid whistles that create a sound field in their internal volume through which the liquid passes. In this case, in the rarefaction phase of the sound wave in the liquid, cavitation cavities form and grow on the embryos, and in the overpressure phase they instantly collapse performing energy compaction both in space and in time with increasing temperature at the collapse point to 6000 K.
Механизм образования звуковых волн сводится к процессу схода потока, вышедшего из инжекционного патрубка, с направляющей лопасти, прикрепленной к торцу циклона. В этом случае имеет место два источника образования колебаний. Во-первых, стекание потока с направляющей лопасти вызывает её колебание под действием гидродинамического воздействия. Причём, разные участки лопасти имеют разную жесткость, поэтому они совершают сложные колебания с разными частотами. Во-вторых, сам процесс истечения затопленной струи из инжекционного патрубка в циклон является источником звука. Так выход струи в затопленное пространство является местным сопротивлением, обуславливающим на конечном участке подводящего канала избыточное по отношению к этому пространству давление, пропорциональное скоростному напору. Следовательно, при выходе потока из отверстия с него снимается экранирующее действие стенок подводящей трубы, и он за счёт упругих сил расширяется. Далее, по мере продвижения потока сначала также за счёт действия упругих сил, внешнего давления и позднее инерционных сил, он обжимается, а далее, за счёт упругих сил снова расширяется и т.д.. Таким образом, струя представляет собой свободный поток с чередующимися по его длине областями сжатий и разрежений (Е.Г. Иванов, О радиальной составляющей струйного течения в затопленном пространстве. Сборник научных трудов 6-й Международной научно-технической конференции «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика. Современное состояние и перспективы развития». - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. - с.76-83.) Поэтому, все затопленные струи шумят с основной частотой, определяемой скоростью потока и диаметром сопла. Однако, выход струи из отверстия с краями сложной конфигурации, обусловленной наличием лопасти и равенством диаметров циклона и цилиндрического корпуса, определяет асимметричную деформацию вышерассмотренных периодических областей, снижение амплитуд основных частот, и появление широкого спектра частот иных значений. То есть, в силу несовершенства конструкции рассматриваемое устройство производит довольно обширный спектр частот, что вызывает следующие следствия:The mechanism of formation of sound waves is reduced to the process of descent of the stream emerging from the injection pipe, with a guide blade attached to the end of the cyclone. In this case, there are two sources of oscillation. Firstly, the draining of the flow from the guide blade causes it to oscillate under the influence of hydrodynamic effects. Moreover, different sections of the blade have different stiffness, so they make complex vibrations with different frequencies. Secondly, the process of outflow of a flooded jet from an injection pipe into a cyclone itself is a sound source. So the exit of the jet into the flooded space is a local resistance, causing in the final section of the supply channel an excess pressure relative to this space, proportional to the pressure head. Therefore, when the stream exits the hole, the screening effect of the walls of the supply pipe is removed from it, and it expands due to elastic forces. Further, as the flow advances, first also due to the action of elastic forces, external pressure and later inertial forces, it is crimped, and then, due to the elastic forces, it expands again, and so on. Thus, the jet is a free flow with alternating its length in areas of compression and rarefaction (EG Ivanov, On the radial component of the jet stream in flooded space. Collection of scientific papers of the 6th International Scientific and Technical Conference "Hydraulic Machines, Hydraulic Drives and Hydropneumatic Automation. Modern Composition charm and development prospects. ”- SPb .: Publishing house of the Polytechnic University, 2010. - p. 76-83.) Therefore, all flooded jets make noise with a fundamental frequency determined by the flow velocity and nozzle diameter. However, the exit of the jet from the hole with the edges of a complex configuration, due to the presence of the blade and the equality of the diameters of the cyclone and the cylindrical body, determines the asymmetric deformation of the above-considered periodic regions, a decrease in the amplitudes of the fundamental frequencies, and the appearance of a wide range of frequencies of other values. That is, due to imperfections in the design, the device in question produces a fairly wide range of frequencies, which causes the following consequences:
- чрезмерно высокая частота колебаний (более 10 кГц) не позволяет кавитационному пузырьку приобрести необходимый запас упругой энергии и в результате процесс схлопывания не повышает температуры жидкости;- an excessively high oscillation frequency (more than 10 kHz) does not allow the cavitation bubble to acquire the necessary reserve of elastic energy and, as a result, the collapse process does not increase the temperature of the liquid;
- при низкой частоте увеличенная в размерах кавитационная каверна (пузырёк) в короткую фазу схлопывания не успевает полностью исчезнуть, а только пульсирует. Отсутствие же удара при схлопывании также исключает следствия, в результате которых вода должна нагреваться.- at a low frequency, the increased cavitation cavity (bubble) in the short phase of collapse does not have time to completely disappear, but only pulsates. The absence of a blow during the collapse also excludes the consequences, as a result of which the water should be heated.
Для повышения эффективности следует привести частоты колебаний в диапазон полезных значений, а амплитудам упругих волн придать наибольшие значения.To increase the efficiency, one should bring the oscillation frequencies into the range of useful values, and give the amplitudes of elastic waves the greatest values.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для нагрева жидкости содержащее теплогенератор, состоящий из корпуса, имеющего цилиндрическую часть, и ускорителя движения жидкости, выполненного в виде циклона, насос, соединённый с теплогенератором посредством инжекционного патрубка, в котором установлена по крайней мере одна вставка, выполненная в виде перфорированной перегородки, и систему теплообмена, подключённую к выходному патрубку теплогенератора и к насосу (патент RU 2162571, кл. F 25 B 29/00).The closest in technical essence to the claimed is a device for heating a fluid containing a heat generator, consisting of a housing having a cylindrical part, and a fluid accelerator made in the form of a cyclone, a pump connected to the heat generator through an injection pipe in which at least one insert is installed made in the form of a perforated partition and a heat exchange system connected to the outlet pipe of the heat generator and to the pump (patent RU 2162571, class F 25 B 29/00).
Введение в известном устройстве для нагрева жидкости перфорированных перегородок частично исключает выше рассматриваемые недостатки - в этом случае каждая струйка излучает звук узкого диапазона частот, однако амплитуды этих колебаний в каждой струйке уменьшаются по сравнению с моноструёй пропорционально уменьшению их диаметров, а результат сложения действий всех струй- излучателей не является арифметической суммой.The introduction of perforated partitions in a known device for heating liquid partially eliminates the above-considered disadvantages - in this case, each trickle emits a sound of a narrow frequency range, however, the amplitudes of these vibrations in each trickle are reduced in comparison with a single jet in proportion to a decrease in their diameters, and the result of the addition of all the jets emitters is not an arithmetic sum.
Решающим обстоятельством истечения затопленной моноструи является то, что максимальный уровень амплитуды при заданной частоте ограничен спецификой механизма истечения такой струи. Так для увеличения амплитуды поперечного растекания потока при его выходе из сопла следует увеличить давление в канале перед выходным отверстием, что невозможно без увеличения скорости струи, а значит и частоты её звучания. Увеличение амплитуды колебаний струи путём увеличения её поперечных размеров приводит к возрастанию габаритов устройства и мощности привода.The decisive circumstance of the outflow of a flooded monostream is that the maximum amplitude level at a given frequency is limited by the specifics of the outflow mechanism of such a jet. So in order to increase the amplitude of the transverse spreading of the flow when it leaves the nozzle, it is necessary to increase the pressure in the channel in front of the outlet, which is impossible without increasing the speed of the jet, and hence its sound frequency. An increase in the amplitude of the oscillations of the jet by increasing its transverse dimensions leads to an increase in the dimensions of the device and drive power.
Другой особенностью этого технического решения является то, что в этом случае реализуется ещё один источник акустического излучения - перед отверстиями и за ними от трения о проходящий поток образуются торообразные области отрывных течений, в которых за счёт действия центробежных сил от вращения создается вакуумметрическое давление. При достижении в такой области пороговой величины вакуума её герметичность нарушается, в неё устремляется приток жидкости из окружающего пространства, что сопровождается гидравлическим ударом и акустическим излучением, но уже других частот. Цена такого излучения - значительные затраты мощности на поддержание множества этих интенсивных течений и расширение спектра частот производимых колебаний.Another feature of this technical solution is that in this case another source of acoustic radiation is realized - toroidal regions of separated flows are formed in front of the holes and behind them from friction against the passing stream, in which vacuum pressure is created due to the action of centrifugal forces from rotation. When the threshold value of vacuum is reached in such an area, its tightness is violated, the flow of liquid from the surrounding space rushes into it, which is accompanied by a hydraulic shock and acoustic radiation, but of other frequencies. The price of such radiation is a significant expenditure of power to maintain many of these intense flows and expand the frequency spectrum of the produced oscillations.
То есть, кроме пользы наличие перфорированных перегородок в инжекционном патрубке обуславливает увеличение количества неэффективных частот, значительные гидравлические сопротивления, а значит, и большие потери мощности, и кроме того, снижение надёжности работы устройства для нагрева жидкости вследствие высокой вероятности забивания мелких отверстий твёрдыми и волокнистыми включениями (окалина, лён, герметик со стыков, чешуйки накипи, ржавчины и т. д.) в период эксплуатации.That is, in addition to the benefit, the presence of perforated partitions in the injection nozzle leads to an increase in the number of ineffective frequencies, significant hydraulic resistance, and therefore large power losses, and in addition, a decrease in the reliability of the device for heating the liquid due to the high probability of clogging of small holes with solid and fibrous inclusions (scale, flax, joint sealant, scale, rust, etc.) during operation.
Недостатком известного устройства является недостаточно высокая эффективность нагрева, а так же низкая надёжность работы устройства, особенно на неоднородных средах.A disadvantage of the known device is the insufficiently high heating efficiency, as well as the low reliability of the device, especially in heterogeneous environments.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности нагрева жидкости и надёжности работы устройства.The objective of the proposed technical solution is to increase the efficiency of heating the liquid and the reliability of the device.
Поставленная задача решается следующим образом. В устройстве для нагрева жидкости, содержащем теплогенератор, состоящий из корпуса, имеющего цилиндрическую часть, и ускорителя движения жидкости, выполненного в виде циклона, насос, соединённый с теплогенератором посредством инжекционного патрубка, в который введена по крайней мере одна вставка, и систему теплообмена, подключённую к выходному патрубку теплогенератора и к насосу, вставка выполнена в виде сплошной пластины, ориентированной вдоль инжекционного патрубка перпендикулярно торцам циклона. При этом вставка в продольном сечении может быть выполнена треугольной формы с ориентацией острым концом в сторону насоса, тупой торец вставки посредством каналов с запорно-регулирующей аппаратурой может быть сообщён с пополняющей ёмкостью, с напорным или со всасывающим патрубками насоса, с обтекателем, а также вставка может быть выполнена в виде упругой пластины равной толщины с заострёнными входным и выходным, а также входным или выходным по отношению к инжекционному патрубку концами, установленной с зазором на шарнирных опорах, которые выполнены в виде шипов на боковых торцах пластины, размещённых в глухих отверстиях стенок инжекционного патрубка. Кроме того, вставка может быть выполнена в виде упругой пластины равной толщины и закреплена консольно одной боковой стороной к внутренней стенке инжекционного патрубка.The problem is solved as follows. In a device for heating a fluid containing a heat generator, consisting of a body having a cylindrical part, and a fluid accelerator made in the form of a cyclone, a pump connected to the heat generator through an injection pipe into which at least one insert is inserted, and a heat exchange system connected to the outlet pipe of the heat generator and to the pump, the insert is made in the form of a continuous plate oriented along the injection pipe perpendicular to the ends of the cyclone. In this case, the insert in the longitudinal section can be made triangular in shape with the sharp end oriented towards the pump, the obtuse end of the insert through channels with shut-off and control equipment can be communicated with a replenishing tank, with pressure or suction nozzles of the pump, with a cowl, as well as an insert can be made in the form of an elastic plate of equal thickness with pointed inlet and outlet, as well as inlet or outlet ends with respect to the injection nozzle, mounted with a gap on the hinged supports, which s are in the form of studs on the sides of the plate, placed in blind holes of the injection nozzle walls. In addition, the insert can be made in the form of an elastic plate of equal thickness and is fixed cantilever with one side to the inner wall of the injection pipe.
Выполнение вставки в виде сплошной пластины и ориентация её вдоль инжекционного патрубка перпендикулярно торцам циклона принудительно расширяет струю в месте входа её в циклон до больших размеров в поперечном сечении при том же массовом расходе, что и в сплошном течении. Это обстоятельство приводит к тому, что за тупым торцем каждой вставки создается значительная величина вакуума, определяющая при дальнейшем течении потока амплитуду колебательных процессов, поскольку по мере дальнейшего движения разреженного участка происходит его обжатие и последующие циклы с интенсивностью пропорциональной исходной величине вакуума (Е.Г. Иванов, А.В. Согин. Результаты исследования компьютерной модели кольцевых сопел эжекторов. Труды Международной научно-технической конференции «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика». СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008, с.61-64.).The implementation of the insert in the form of a continuous plate and its orientation along the injection nozzle perpendicular to the ends of the cyclone forcibly expands the jet at its entry into the cyclone to large sizes in the cross section at the same mass flow rate as in the continuous flow. This circumstance leads to the fact that a significant amount of vacuum is created behind the blunt end of each insert, which determines the amplitude of the oscillatory processes during the further flow of the stream, since with the further movement of the rarefied section it undergoes compression and subsequent cycles with an intensity proportional to the initial value of the vacuum (E.G. Ivanov, AV Sogin, Results of a study of a computer model of annular nozzles of ejectors, Proceedings of the International scientific and technical conference "Hydraulic machines, hydraulic drive s and hydropneumatic automation. ”St. Petersburg: Publishing House of the Polytechnic University, 2008, p. 61-64.).
Амплитуда колебания давления должна обеспечивать максимальный запас упругой энергии при образовании и относительно медленном росте кавитационного пузырька и возможность полного его исчезновения в относительно короткой фазе схлопывания. Наличие каналов с запорно-регулирующей аппаратурой, сообщающих область за тупым торцем вставки с пополняющей емкостью, а так же с напорным или со всасывающим патрубками насоса позволяет регулировать величину вакуума в месте входа струи в циклон, а значит и подстраивать величину амплитуды колебаний давления до требуемых значений, и кроме того использовать их для технологических нужд (Иванов Е.Г., Параметры истечения комплекта коаксиальных струй. Материалы Всероссийской научно технической конференции. - Саранск: Изд-во Мордов. Ун-та, 2009. с .255-258).The amplitude of the pressure fluctuation should provide the maximum supply of elastic energy during the formation and relatively slow growth of the cavitation bubble and the possibility of its complete disappearance in a relatively short phase of collapse. The presence of channels with locking and regulating equipment, communicating the area behind the blunt end of the insert with a replenishing capacity, as well as with pressure or with suction nozzles of the pump, allows you to adjust the vacuum at the point of entry of the jet into the cyclone, and therefore adjust the amplitude of the pressure fluctuations to the required values , and in addition to use them for technological needs (Ivanov EG, Parameters of the expiration of a set of coaxial jets. Materials of the All-Russian Scientific and Technical Conference. - Saransk: Publishing House of Mordov. Un-that, 2009. p. 2 55-258).
Следует также отметить, что область за тупым торцем каждой из вставок является также источником колебаний. Механизм этих колебаний сводится к образованию этой области, росту её размеров и глубины вакуума, нарушению герметичности за счет разрушения обтекающего её потока от возросшей разности давлений, заполнению этой области жидкостью с последующим гидравлическим ударом и далее вновь образованием области отрыва и т. д.. Этот процесс, во-первых, создает колебания нерегламентированных частот, на что затрачивается мощность. Во-вторых, в каждой из этих областей отрыва от трения с обтекающим потоком имеет место возвратное течение, на поддержание которого также затрачивается дополнительная непроизводительная энергия, что в совокупности снижает эффективность рабочего процесса устройства. Для снижения уровня указанных негативных явлений следует либо постоянно заполнять каждую из этих областей рабочей жидкостью по указанным ранее каналам, либо уменьшить объём областей путём заполнения их твердым материалом, в виде обтекателей. В первом случае исчезнут паразитные колебания, во втором - уменьшатся объёмы циркулирующей жидкости, что снизит непроизводительные затраты мощности, а также амплитуду ударов. Частота схлопываний увеличится на несколько порядков, что снизит поглощение полезных колебаний паразитными.It should also be noted that the area behind the blunt end of each of the inserts is also a source of oscillations. The mechanism of these oscillations is reduced to the formation of this region, the growth of its size and depth of vacuum, the violation of tightness due to the destruction of the flow around it from the increased pressure difference, the filling of this region with liquid, followed by hydraulic shock and then again the formation of the separation region, etc. the process, firstly, creates fluctuations in unregulated frequencies, which takes power. Secondly, in each of these areas of separation from friction with a flowing stream, a return flow takes place, the maintenance of which also uses additional unproductive energy, which together reduces the efficiency of the device’s working process. To reduce the level of these negative phenomena, you should either constantly fill each of these areas with a working fluid through the channels indicated earlier, or reduce the volume of the areas by filling them with solid material, in the form of fairings. In the first case, parasitic oscillations will disappear, in the second - the volume of circulating fluid will decrease, which will reduce the unproductive power costs, as well as the amplitude of the shocks. The frequency of collapses will increase by several orders of magnitude, which will reduce the absorption of beneficial vibrations by parasitic ones.
Выполнение вставки в виде упругой пластины равной толщины с заостренными входным и выходным, а также входным или выходным по отношению к инжекционному патрубку концами, установленной с зазором на шарнирных опорах, которые выполнены в виде шипов на боковых торцах пластины, размещённых в глухих отверстиях стенок инжекционного патрубка обуславливает пластине дополнительную способность - при натекании на неё потока жидкости в пластине возбуждаются изгибные колебания в направлении, перпендикулярном её плоскости, с максимумом посередине опор. Дополнительным условием протекания указанного процесса является необходимость размещения крепежных шипов в узловых точках пластины с учётом частот собственных колебаний (Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Глав. ред. И.П. Голямина. М.:» Советская энциклопедия», 1979. - с. 79-80).The implementation of the insert in the form of an elastic plate of equal thickness with pointed inlet and outlet, as well as inlet or outlet with respect to the injection pipe ends, mounted with a gap on the hinge supports, which are made in the form of spikes on the side ends of the plate, placed in blind holes of the walls of the injection pipe causes the plate an additional ability - when a fluid stream flows in it, bending vibrations are excited in the plate in the direction perpendicular to its plane, with a maximum in the middle of Op. An additional condition for the course of this process is the need to place the mounting studs at the nodal points of the plate taking into account the frequencies of natural vibrations (Ultrasound. Small Encyclopedia. Chief ed. IP Golyamin. M .: "Soviet Encyclopedia", 1979. - p. 79- 80).
Закрепление этой же упругой пластины равной толщины консольно одной боковой стороной к внутренней стенке инжекционного патрубка также обуславливает создание пластиной при обтекании её потоком жидкости поперечных колебаний, и кроме того обеспечивает удобство при выполнении сборочных работ.The fastening of the same elastic plate of equal thickness to the cantilever with one side to the inner wall of the injection nozzle also causes the plate to create lateral vibrations when it flows around the fluid stream, and also provides convenience during assembly work.
Кроме того, ориентация вставки вдоль инжекционного патрубка увеличивает проходные сечения канала патрубка, вследствие чего снижаются гидравлические сопротивления и бо′льшая мощность насоса участвует в создании полезного действия.In addition, the orientation of the insert along the injection nozzle increases the bore sections of the nozzle channel, as a result of which the hydraulic resistances are reduced and the greater pump power is involved in creating a beneficial effect.
Предлагаемое изобретение пояснено чертежами:The invention is illustrated by drawings:
Фиг.1 - общий вид заявленного устройства для нагрева жидкости;Figure 1 is a General view of the claimed device for heating the liquid;
Фиг.2 - продольный разрез инжекционного патрубка, в котором установлены две вставки с тупым выходным торцем и внутренними каналами;Figure 2 is a longitudinal section of the injection pipe, in which two inserts are installed with a blunt output end and internal channels;
Фиг.3 - продольный разрез инжекционного патрубка, в котором установлены две вставки, тупые выходные торцы которых снабжены обтекателями;Figure 3 is a longitudinal section of the injection pipe, in which two inserts are installed, the blunt output ends of which are equipped with fairings;
Фиг.4 - продольный разрез инжекционного патрубка, в котором упругая вставка закреплена с зазором на шарнирных опорах;Figure 4 is a longitudinal section of an injection pipe, in which the elastic insert is fixed with a gap on the hinged supports;
Фиг.5 - поперечный разрез инжекционного патрубка, в котором упругая вставка закреплена консольно.5 is a cross section of an injection pipe, in which the elastic insert is fixed cantilever.
Устройство для нагрева жидкости содержит теплогенератор, состоящий из корпуса, имеющего цилиндрическую часть 1 и ускорителя движения жидкости, выполненного в виде циклона 2, на входе в который установлен инжекционный патрубок 3, кроме того, в состав теплогенератора входят первая тормозная система 4, установленная в выходном участке цилиндрической части корпуса, вторая тормозная система 5, расположенная на выходе из циклона, выходной патрубок 6, перепускной патрубок 7, вставка 8, выполненная в виде сплошной пластины, содержащая полые каналы 9, которые могут быть соединены запорно-регулирующей аппаратурой 10 с пополняющей ёмкостью 11, со всасывающим 12, или нагнетательным 13 патрубками насоса 14 и систему теплообмена 15. Ускоритель движения жидкости 2 имеет по контуру вид спирали или окружности и стыкуется с насосом 14 при помощи инжекционного патрубка 3, в котором установлены одна или несколько вставок 8. Устанавливаемые в инжекционном патрубке 3 пластины 8 размещаются вдоль патрубка 3 перпендикулярно торцам циклона 2 и могут либо запрессовываться, либо поджиматься общим торцовым фланцем 16 инжекционного патрубка 3 и циклона 2, либо крепиться неразъемным с одной стороны способом (сварка, пайка, клей и т. д.), либо фиксироваться при помощи шипов 17, размещенных в глухих отверстиях 18 торцовых стенок патрубка 3. При этом тупой торец вставки 8 может быть дополнен обтекателем 19, заострённым в сторону циклона и размещённым в нём за обрезом сопла. Система теплообмена 15 включает в себя магистрали, запорные вентили, радиаторы, датчики температуры, и другие блоки. К входу системы теплообмена 15 присоединён выходной патрубок 6 теплогенератора, а выход системы теплообмена подключён к насосу 14.A device for heating a fluid contains a heat generator, consisting of a housing having a cylindrical part 1 and a fluid accelerator, made in the form of a
Устройство для нагрева жидкости работает следующим образом. Насос 14 под избыточным давлением (4-6 атмосфер) нагнетает воду в инжекционный патрубок 3 теплогенератора (Фиг.1). По мере прохождения инжекционного патрубка поток воды обжимается и поэтому ускоряется, а также разделяется на несколько составляющих частей вследствие наличия вставок 8 в виде сплошных пластин увеличивающихся в сечении по ходу продвижения его к циклону (Фиг.2). При выходе из сопла между образовавшимися элементами потока за торцами пластин 8 образуются зоны отрыва. Из этих областей за счёт эжекции производится унос частиц жидкости с потоком, что вызывает глубокое падение давления в них до вакуумметрических значений. В этом случае вставки принудительно расширяют струю в месте входа её в циклон до больших размеров в поперечном сечении при том же массовом расходе, что и в сплошном течении, и тем самым обуславливают глубокий вакуум на этом участке струйного течения.A device for heating a liquid works as follows. The
Другим обстоятельством этого процесса является то, что зоны отрыва обуславливают искривление траекторий элементов потока по направлению возможного притока жидкости, а также градиента давления, то есть на периферию, в сторону обечайки циклона 2. Следствием этого факта является соударение плоских щелевых струй со значительным повышением давления в месте их встречи и далее, за счёт рикошета друг об друга последующее расширение итогового струйного течения, далее - обжатие, снова - расширение и т.д. При этом, по мере продвижения каждого элемента струи по чередующимся областям вакуумметрического и манометрического давлений, в нём образуются и схлопываются кавитационные каверны, обеспечивая нагрев воды, или другой технологической жидкости. Управляющими факторами этого процесса могут являться:Another circumstance of this process is that the separation zones determine the curvature of the trajectories of the flow elements in the direction of a possible fluid flow, as well as the pressure gradient, that is, to the periphery, towards the side of the
- максимальная толщина и количество вставок 8, определяющие степень расширения струи;- the maximum thickness and number of
- толщина плоских элементов струй, определяемая местоположением вставок 8;- the thickness of the flat elements of the jets, determined by the location of the
- величина вакуума в зонах отрыва, управляемая каналами 9 с запорной арматурой 10, соединёнными как с источником вакуума 12, так и с источниками давления 11, 13.- the magnitude of the vacuum in the separation zones, controlled by
Значение вакуума в каждой области отрыва величина переменная. Она может расти от номинального уровня, соответствующего давлению в струе, до максимального (пропорционального скоростному напору) за счёт эжекции. Поскольку при достижении порогового значения вакуума происходит нарушение герметичности зоны отрыва за счёт разрушения плоского элемента струи под действием разности давлений. Разгерметизация же сопровождается пополнением области отрыва жидкостью из окружающего пространства и гидравлическим ударом. Частота этого периодического процесса определяется:The vacuum value in each separation region is a variable. It can grow from the nominal level corresponding to the pressure in the jet to the maximum (proportional to the pressure head) due to ejection. Since when the threshold value of the vacuum is reached, there is a violation of the tightness of the separation zone due to the destruction of the flat element of the jet under the influence of the pressure difference. Depressurization is accompanied by replenishment of the separation area with liquid from the surrounding space and water hammer. The frequency of this periodic process is determined by:
- скоростью струйного потока;- the speed of the jet stream;
- толщиной плоского струйного элемента;- the thickness of the flat inkjet element;
степенью коррекции вакуума в области отрыва запорно-регулирующей аппаратурой 10 через каналы 9.the degree of correction of vacuum in the area of separation of the locking and regulating
Причём периодический процесс роста и разрушения зоны отрыва происходит в противофазе с процессом расширения и обжатия струи и в данном случае его последствия вредны. Кроме того, в объёме областей отрыва за счёт трения об обтекаемый поток имеет место интенсивное возвратное течение, на поддержание которого затрачивается энергия. Чтобы снизить негативное влияние областей отрыва следует:Moreover, the periodic process of growth and destruction of the separation zone occurs in antiphase with the process of expansion and compression of the jet, and in this case its consequences are harmful. In addition, in the volume of separation regions due to friction against the streamlined stream, an intensive return flow takes place, the maintenance of which expends energy. To reduce the negative impact of separation areas:
- либо увеличить толщины плоских элементов потока;- either increase the thickness of the flat flow elements;
- либо снизить максимальную величину вакуума за счёт притока жидкости через каналы 9 из пополняющей ёмкости 11, или напорного патрубка 13 насоса 12;- either reduce the maximum value of the vacuum due to the flow of fluid through the
- либо заполнить всю или часть области отрыва твёрдым объёмом в виде обтекателя 19, заострённого в сторону циклона 2 и размещённого в нём за обрезом сопла (Фиг. 3).- either fill all or part of the separation region with a solid volume in the form of a
Вставка 8 также может быть изготовлена в виде упругой пластины равной толщины с заострёнными входным и выходным по отношению к инжекционному патрубку концами и установлена с зазором по боковым сторонам на шарнирных опорах, выполненных в виде шипов 17 на боковых торцах пластины и размещённых в глухих отверстиях 18 стенок инжекционного патрубка 3 (Фиг. 4).The
В этом случае ускоряющийся в инжекционном патрубке поток, обтекая пластину, вызывает в ней изгибные колебания относительно узловых точек закрепления 17. Частота этих колебаний определяется упругими свойствами жидкости и материала пластины, расстоянием между точками закрепления, толщиной и шириной пластины, скоростью потока. При соответствии скорости потока собственной частоте колебаний пластины наступает резонансный режим, обуславливающий колебания поверхностного слоя струйного потока вышедшего из затопленного отверстия в циклон. При движении поверхностного слоя во внешнем направлении в прилегающей области потока создаётся вакуумметрическое давление, при движении поверхностного слоя внутрь потока - повышенное давление. То есть по пути следования потока чередуются зоны высокого и вакуумметрического давлений, в которых зарождаются и схлопываются кавитационные каверны, обеспечивающие нагрев воды. Заострённые окончания входного и выходного окончания пластины снижают гидродинамическое сопротивление при её колебательном процессе в набегающем потоке.In this case, the flow accelerating in the injection pipe, flowing around the plate, causes bending vibrations in it relative to the nodal fixing points 17. The frequency of these vibrations is determined by the elastic properties of the liquid and the plate material, the distance between the fixing points, the thickness and width of the plate, and the flow rate. When the flow rate corresponds to the natural oscillation frequency of the plate, a resonant mode sets in, which causes the surface layer of the jet stream to oscillate from the flooded hole into the cyclone. When the surface layer moves in the external direction, a vacuum pressure is created in the adjacent region of the flow, and when the surface layer moves inward, an increased pressure is created. That is, along the flow path, zones of high and vacuum pressure alternate, in which cavitation cavities, which provide heating of water, arise and collapse. The pointed ends of the input and output ends of the plate reduce the hydrodynamic resistance during its oscillatory process in the oncoming flow.
Закрепление пластины 8 консольно (Фиг. 5) одной боковой стороной к внутренней стороне стенки инжекционного патрубка 3 предполагает аналогичные колебательные процессы, только колебания производятся относительно линии закрепления, а их частота определяется геометрическими параметрами уже продольного сечения пластины. При этом, для проявления действия вакуумметрических областей отрыва пластина не должна колебаться, т. е. её жесткость должна быть значительной, для вибрационного воздействия на поверхностный слой струи её жесткость должна обеспечивать требуемое значение частоты собственных колебаний.The fixing of the
В результате предлагаемых мероприятий проходящий через циклон 2 вихревой поток в разных секторах подвергается воздействию глубоких перепадов давления, что вызывает образование и схлопывание на зародышах (инородные включения, неоднородности жидкости и т.д.) кавитационных каверн. При росте каждой такой каверны происходит накопление упругой энергии, а при схлопывании - её уплотнение, как в пространстве, так и во времени, в результате чего в точке схлопывания жидкость разогревается до 6000 градусов. As a result of the proposed measures, the vortex flow passing through
По мере дальнейшего движения вихревой поток устремляется в цилиндрическую часть корпуса 1, проходя который взаимодействует с первой тормозной системой 4, выполненной, например, в виде системы стержней. Каждый из стержней от действия набегающего вихревого потока колеблется с частотой собственных колебаний и передаёт эти колебания жидкости, в которой вновь образуются и схлопываются кавитационные каверны с выделением тепловой энергии.With further movement, the vortex flow rushes into the cylindrical part of the housing 1, passing through which interacts with the
Сама цилиндрическая часть корпуса 1 является резонатором упругих колебаний, производимых по её торцам в циклоне 2 и первой тормозной системой 4. При длине цилиндрической части корпуса 1 кратной целому числу полудлин волн в ней наступает резонанс с образованием стоячей волны. В пучностях такой волны (середина цилиндрической части корпуса 1) в результате этого процесса имеет место глубокие перепады давлений во времени, что является следующим источником образования теплоты.The cylindrical part of the housing 1 itself is a resonator of elastic vibrations produced at its ends in the
После выхода из патрубка 6 нагретая жидкость проходит через элементы системы отопления 15 и попадает во всасывающий патрубок 12 насоса 14 для участия в следующем цикле рабочего процесса выработки тепловой энергии.After exiting the
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012103079/06A RU2503896C2 (en) | 2012-01-30 | 2012-01-30 | Device for heating liquids |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012103079/06A RU2503896C2 (en) | 2012-01-30 | 2012-01-30 | Device for heating liquids |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012103079A RU2012103079A (en) | 2013-08-10 |
| RU2503896C2 true RU2503896C2 (en) | 2014-01-10 |
Family
ID=49159113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012103079/06A RU2503896C2 (en) | 2012-01-30 | 2012-01-30 | Device for heating liquids |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2503896C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2564730C1 (en) * | 2014-05-13 | 2015-10-10 | Евгений Геннадьевич Иванов | Fluid heating device |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR940007037B1 (en) * | 1992-02-29 | 1994-08-03 | 박석재 | Electric boiler |
| RU2162571C1 (en) * | 2000-06-09 | 2001-01-27 | Юрий Семенович Потапов | Liquid heating device |
| RU32868U1 (en) * | 2003-06-10 | 2003-09-27 | Шкель Николай Иванович | HYDRAULIC CAVITATION HEAT GENERATOR |
| EA005535B1 (en) * | 2002-11-01 | 2005-04-28 | Александр Эдуардович Пшонь | Device for heating liquid heat carrier |
-
2012
- 2012-01-30 RU RU2012103079/06A patent/RU2503896C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR940007037B1 (en) * | 1992-02-29 | 1994-08-03 | 박석재 | Electric boiler |
| RU2162571C1 (en) * | 2000-06-09 | 2001-01-27 | Юрий Семенович Потапов | Liquid heating device |
| EA005535B1 (en) * | 2002-11-01 | 2005-04-28 | Александр Эдуардович Пшонь | Device for heating liquid heat carrier |
| RU32868U1 (en) * | 2003-06-10 | 2003-09-27 | Шкель Николай Иванович | HYDRAULIC CAVITATION HEAT GENERATOR |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2564730C1 (en) * | 2014-05-13 | 2015-10-10 | Евгений Геннадьевич Иванов | Fluid heating device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012103079A (en) | 2013-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9011698B2 (en) | Method and devices for sonicating liquids with low-frequency high energy ultrasound | |
| US9932246B2 (en) | Pulse cavitation processor and method of using same | |
| WO2007040423A1 (en) | Method for realising energy by means o a reciprocating motion and a device for converting and releasing energy in liquid media | |
| RU2376193C1 (en) | Method of hydrodynamic underwater cleaning of surfaces and related device | |
| RU2503896C2 (en) | Device for heating liquids | |
| RU2422733C1 (en) | Heat cavitation generator | |
| RU77176U1 (en) | HYDRODYNAMIC ULTRASONIC DEPARAFFINIZER OF PUMP AND COMPRESSOR PIPES | |
| RU2392046C2 (en) | Hydrocarbon destruction device and application thereof | |
| RU2478438C2 (en) | Method of combined device to generate pressure oscillation in fluid flow | |
| WO2009041854A1 (en) | Fluid media heat-mass-and-energy exchange method and device for carrying out said method | |
| RU2572250C2 (en) | Method and device with ring for generation of pressure waves at bottom of well | |
| RU2517986C2 (en) | Fluid heating device | |
| US10233097B2 (en) | Liquid treatment apparatus with ring vortex processor and method of using same | |
| RU2267364C1 (en) | Method of generation of oscillations of a fluid flow and a hydrodynamic generator of the oscillations | |
| RU2430796C1 (en) | Method of cleaning inner surfaces of parts | |
| RU2680030C1 (en) | Device for ultrasound cleaning of products | |
| RU8407U1 (en) | PRODUCTIVE LAYER DEVICE | |
| RU2789492C1 (en) | Method for generating and modulating pressure waves in an injection wellbore and a device for its implementation | |
| RU2231004C1 (en) | Rotary cavitation pump-heat generator | |
| RU2476261C1 (en) | Method of exciting acoustic vibrations in fluid medium and apparatus (versions) for realising said method | |
| RU2135736C1 (en) | Gear to treat productive stratum | |
| RU2805343C1 (en) | Hydrodynamic cavitator | |
| RU2785232C1 (en) | Device and method for hydrodynamic purification of surfaces of equipment, parts, and intervals in perforation in well | |
| RU149486U1 (en) | HEAT GENERATOR | |
| RU85838U1 (en) | EJECTOR WITH GAS-JET ULTRASONIC GENERATORS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160131 |