RU97813U1

RU97813U1 - CENTRIFUGAL POWER WHEEL

Info

Publication number: RU97813U1
Application number: RU2008127142/22U
Authority: RU
Inventors: Сергей Константинович Исаев; Петр Сергеевич Исаев
Original assignee: Сергей Константинович Исаев; Петр Сергеевич Исаев
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2010-09-20

Abstract

Колесо центробежное энергоустановки, выполненное в виде диска, в котором выполнены центральное отверстие для вала, радиальные каналы с конфузорами на выходе, чередующимися с лопатками, установленными по периметру колеса, и осевой вход в радиальные каналы, отличающееся тем, что оно выполнено однопоточным, с односторонним осевым входом, единым для всех радиальных каналов, при этом осевой вход выполнен с возможностью образования с корпусом энергоустановки уплотнения лабиринтного типа, для чего на поверхности колеса вокруг осевого входа выполнены чередующиеся между собой концентрические выступы и углубления. A centrifugal wheel of a power plant, made in the form of a disk, in which a central hole for the shaft, radial channels with confusers at the outlet, alternating with vanes mounted around the perimeter of the wheel, and an axial inlet to the radial channels, characterized in that it is single-threaded, with one-sided, are made an axial inlet, common to all radial channels, while the axial inlet is configured to form a labyrinth type seal with the power plant housing, for which purpose on the surface of the wheel around the axial inlet you alternating concentric protrusions and indentations are filled with each other.

Description

К заявке № 2008127142/06By application No. 2008127142/06

Колесо центробежное энергоустановкиWheel centrifugal power plant

Полезная модель относится к области гидронасосов или других устройств, содержащих в качестве основного рабочего элемента центробежное колесо. Более конкретно, предлагаемая полезная модель относится к энергоустановкам вихревого типа, преобразующим механическим способом, с помощью центробежного колеса энергию электрического тока в тепловую энергию жидкости.The invention relates to the field of hydraulic pumps or other devices containing a centrifugal wheel as the main working element. More specifically, the proposed utility model relates to vortex-type power plants that transform mechanically, using a centrifugal wheel, the energy of an electric current into the thermal energy of a liquid.

Такие энергоустановки применяются в закрытых автономных системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения объектов, в том числе на транспорте, а так же в технологических процессах нагрева жидкости и воздуха.Such power plants are used in closed autonomous heating, ventilation and hot water supply systems of facilities, including transport, as well as in technological processes of heating liquid and air.

Известен ряд энергоустановок с колесом центробежным для преобразования энергии электрического тока в тепловую энергию жидкости: RU 2094711, RU 2160417 С2, RU 2197688, RU 2201562, RU 2258875, RU 2257514, RU 2270965, и другие.A number of power plants with a centrifugal wheel for converting electric current energy into thermal energy of a liquid are known: RU 2094711, RU 2160417 C2, RU 2197688, RU 2201562, RU 2258875, RU 2257514, RU 2270965, and others.

Наиболее близким к полезной модели является колесо центробежное, выполненное двухпоточным, в виде диска, в котором выполнено центральное отверстие для вала, радиальные каналы с конфузорами на выходе, чередующимися с лопатками, расположенными по периметру колеса, и двухсторонний осевой вход в радиальные каналы (RU 2006142667 А1, Исаев С.К., Исаев П.С., опубл. 27.05.2008, представленное на фиг.1-2).The closest to the utility model is a double-flow centrifugal wheel in the form of a disk in which a central hole for the shaft is made, radial channels with outlet confusers alternating with vanes located around the perimeter of the wheel, and a two-way axial inlet to the radial channels (RU 2006142667 A1, Isaev S.K., Isaev P.S., published on May 27, 2008, shown in Figs. 1-2).

Это колесо центробежное было разработано и изготовлено авторами с целью повышения эффективности процесса нагрева жидкости до температуры 90-95°С.This centrifugal wheel was designed and manufactured by the authors in order to increase the efficiency of the process of heating the liquid to a temperature of 90-95 ° C.

Проведенные испытания этого колеса в специальной экспериментальной стендовой энергоустановке вихревого типа показали, по сравнению с колесами аналогами, достаточно высокую эффективность преобразования энергии электрического тока в тепловую энергию жидкости. Значения теплового коэффициента полезного действия в зависимости от частоты вращения колеса составили 0.93-0.95The tests of this wheel in a special experimental bench-top power plant of a vortex type showed, in comparison with analogous wheels, a rather high efficiency of converting electric current energy into thermal energy of a liquid. The values of the thermal efficiency, depending on the frequency of rotation of the wheel, amounted to 0.93-0.95

Это колесо достаточно эффективно работает в энергоустановке с невысокими скоростями вращения, примерно до 750 до 1500 об/мин. Попытки интенсифицировать этим колесом процесс нагрева жидкости до парообразования, за счет дальнейшего увеличения скорости его вращения, выявили два существенных недостатка данного колеса центробежного.This wheel works quite effectively in a power plant with low rotation speeds, up to about 750 to 1500 rpm. Attempts to intensify the process of heating the liquid to vaporization with this wheel, due to a further increase in its rotation speed, revealed two significant drawbacks of this centrifugal wheel.

Первый недостаток обусловлен наличием лопаток, создающих вместе с корпусом колеса и конфузорами дополнительное внешнее гидродинамическое сопротивление вращению колеса центробежного.The first drawback is due to the presence of blades, which together with the wheel casing and confusers create additional external hydrodynamic resistance to the rotation of the centrifugal wheel.

Второй недостаток обусловлен гидродинамическим проточным трактом колеса центробежного, выполненным двухпоточным, с двухсторонним осевым входом в радиальные каналы.The second drawback is due to the hydrodynamic flow path of the centrifugal wheel, made double-flow, with two-sided axial entry into the radial channels.

Принимая колесо центробежное по RU 2006142667 А1 в качестве прототипа, рассмотрим эти недостатки на примере конкретных исследований работы данного колеса, проведенных авторами данной Заявки на экспериментальной стендовой энергоустановке вихревого типа.Taking the centrifugal wheel according to RU 2006142667 A1 as a prototype, we consider these shortcomings as an example of specific studies of the operation of this wheel, carried out by the authors of this Application on an experimental vortex type bench power plant.

Анализ различных режимов работы колеса-прототипа показал, что нагрев жидкости в энергоустановке происходит вследствие воздействия на жидкость трех факторов.An analysis of the various modes of operation of the prototype wheel showed that heating of the liquid in the power plant occurs due to the influence of three factors on the liquid.

Фактор первый - механическое трение жидкости, находящейся в энергоустановке: между слоями жидкости, при ее интенсивном перемешивании внутри корпуса, а также трение о стенки корпуса, и о вращающееся колесо с конфузорами и лопатками.The first factor is the mechanical friction of the fluid in the power plant: between the fluid layers, when it is intensively mixed inside the casing, as well as friction against the casing walls, and on the rotating wheel with confusers and vanes.

Фактор второй - кинетический удар струй жидкости, выходящих из каналов колеса через конфузоры о специально спрофилированную стенку статора. Фактор третий - кавитационные процессы в жидкости, обусловленные механическим и гидродинамическим воздействием на жидкость лопаток колеса и статора одновременно.The second factor is the kinetic impact of jets of fluid leaving the wheel channels through the confusers on a specially profiled stator wall. The third factor is the cavitation processes in the fluid, due to the mechanical and hydrodynamic effects on the fluid of the wheel blades and the stator at the same time.

Основные вклады в процесс нагрева жидкости дают второй и третий факторы, и обусловлены эти два вклада процессами, происходящими внутри колеса и снаружи.The second and third factors make the main contributions to the process of heating the liquid, and these two contributions are due to the processes occurring inside the wheel and outside.

Первый фактор в незначительной степени зависит от гидродинамических процессов внутри колеса, и его положительный вклад в преобразование энергии очень мал, не более 1%. Этим можно было бы пренебречь, но результаты испытаний колеса по RU 2006142667 А1 позволили посмотреть на этот фактор совсем иначе.The first factor slightly depends on the hydrodynamic processes inside the wheel, and its positive contribution to energy conversion is very small, not more than 1%. This could be neglected, but the test results of the wheel according to RU 2006142667 A1 allowed us to look at this factor in a completely different way.

Очевидно, что имеющиеся в конструкции этого колеса радиально расположенные лопатки, окруженные жидкостью, с увеличением скорости его вращения создают существенное гидродинамическое сопротивление. На практике это проявляется следующим образом.Obviously, the radially located blades in the construction of this wheel, surrounded by a liquid, with an increase in the speed of its rotation create significant hydrodynamic resistance. In practice, this is manifested as follows.

При включении электродвигателя энергоустановки, колесо, полностью погруженное в жидкость, начинает вращаться. Возникающее при этом большое внешнее гидродинамическое сопротивление, обусловленное в первую очередь лопатками колеса, приводит к резкому и значительному нарастанию тока на обмотках электродвигателя, в несколько раз большему допустимого. Электродвигатель начинает сильно нагреваться и отключается автоматикой управления по причине перегрева, так и не выйдя на требуемый режим работы. В таком случае колесо приходится разгонять, начиная с небольших, примерно 1000-1500 оборотов в минуту, постепенно наращивая их до необходимого значения, или использовать электродвигатель с большим запасом, в разы, по мощности, что также сопряжено с неоправданным увеличением затрат энергии.When you turn on the electric motor of the power plant, the wheel, completely immersed in the liquid, begins to rotate. The large external hydrodynamic resistance that arises in this case, primarily due to the blades of the wheel, leads to a sharp and significant increase in current on the motor windings, several times greater than the permissible value. The electric motor starts to heat up very much and is turned off by the automatic control due to overheating, without having reached the required operating mode. In this case, the wheel has to be accelerated, starting from small, about 1000-1500 rpm, gradually increasing them to the required value, or using an electric motor with a large margin, at times, in power, which is also associated with an unjustified increase in energy costs.

Кроме преодоления гидродинамического сопротивления лопаток, существенная доля энергии электродвигателя расходуется на преодоление сил трения корпуса колеса и конфузоров с жидкостью, поступающей в энергоустановку и находящейся вокруг колеса, а также на сопутствующую, ничем неоправданную раскрутку этой «присоединенной массы» жидкости внутри корпуса энергоустановки.In addition to overcoming the hydrodynamic resistance of the blades, a significant proportion of the electric motor energy is spent on overcoming the friction forces of the wheel casing and confusers with the fluid entering the power plant and located around the wheel, as well as on the concomitant, unjustified spin-up of this “connected mass” of fluid inside the power plant casing.

Учитывая, что энергоустановка такого типа, как правило, постоянно не работает, а включается и выключается в сканирующем режиме, отслеживая температуру подогреваемой жидкости, то становится очевидным, что все затраты энергии на преодоление сопротивления жидкости, находящейся в энергоустановке вокруг колеса существенно снижают ее эффективность, и лопатки колеса центробежного в этом доминируют.Given that a power plant of this type, as a rule, does not constantly work, but turns on and off in scanning mode, monitoring the temperature of the heated fluid, it becomes obvious that all the energy costs to overcome the resistance of the fluid located in the power plant around the wheel significantly reduce its efficiency, and centrifugal wheel vanes dominate this.

С другой стороны, эти лопатки выполняют крайне важную функцию для второго и третьего факторов:On the other hand, these blades perform an extremely important function for the second and third factors:

- создают локальное разрежение в зоне выхода струй жидкости из конфузоров, что устраняет противодавление окружающей среды, обеспечивая тем самым сохранение кинетического импульса струй до момента встречи их со стенкой статора;- create a local rarefaction in the zone of exit of the liquid jets from the confusers, which eliminates backpressure of the environment, thereby ensuring the preservation of the kinetic momentum of the jets until they meet the stator wall;

- освобождают поверхность стенки статора в зоне удара струй жидкости, от жидкости, уже находящейся в корпусе энергоустановки, что делает удар струй жидкости более упругим и эффективным, а не погашенным в толще слоя вращающейся массы жидкости;- release the surface of the stator wall in the zone of impact of the jets of liquid, from the liquid already in the power plant housing, which makes the impact of the jets of liquid more elastic and efficient, and not extinguished in the thickness of the layer of rotating mass of liquid;

- создают в совокупности со статором, выполненным специальным образом, высокочастотную гидродинамическую пульсацию, гидроудары в жидкости.- create in conjunction with the stator, made in a special way, high-frequency hydrodynamic pulsation, water hammer in the liquid.

Обобщая последнее, можно сказать, что лопатки колеса в совокупности со статором, создают в процессе вращения колеса в корпусе энергоустановки особую, локальную «активную рабочую зону», и имеют исключительно важное значение для реализации второго и третьего факторов, определяющих эффективность процесса преобразования энергии, и вместе с тем, существенно ухудшают гидродинамические характеристики колеса и энергоустановки в целом.Summarizing the latter, we can say that the wheel blades, together with the stator, create a special, local “active working zone” in the process of wheel rotation in the power plant housing, and they are extremely important for the implementation of the second and third factors determining the efficiency of the energy conversion process, and at the same time, the hydrodynamic characteristics of the wheel and the power plant as a whole are significantly impaired.

Выход очевиден - жидкость, поступающая в энергоустановку вихревого типа не должна попадать в корпус и заполнять его. Проходя только по гидродинамическому проточному тракту внутри центробежного колеса, и выходя из него через конфузоры, после удара о стенку статора, не скапливаясь вокруг колеса, и не создавая дополнительное внешнее гидродинамическое сопротивление колесу, жидкость должна вся отводиться из корпуса.The solution is obvious - the fluid entering the vortex type power plant should not enter the housing and fill it. Passing only along the hydrodynamic flow path inside the centrifugal wheel, and leaving it through the confusers, after hitting the stator wall, not accumulating around the wheel, and not creating additional external hydrodynamic resistance to the wheel, the liquid should be completely discharged from the housing.

Так, из практики эксперимента возникла концепция, определяющая условия работы колеса центробежного. Концепция - «сухое колесо».So, from the practice of the experiment, a concept arose that determines the working conditions of the centrifugal wheel. The concept is a dry wheel.

Попытки промоделировать работу рассматриваемого колеса по концепции «сухое колесо» на экспериментальной стендовой энергоустановке выявили его второй конструктивный недостаток, заключающийся в выполнении его гидродинамического проточного тракта двухпоточным, с двухсторонним осевым входом в радиальные каналы.Attempts to simulate the work of the wheel in question on the concept of a “dry wheel” in an experimental bench power plant revealed its second design flaw, consisting in the implementation of its hydrodynamic flow path two-threaded, with two-sided axial inlet to the radial channels.

В процессе испытаний этого колеса было обнаружено следующее. При частоте вращения 2000 об/мин, и более процесс нагрева жидкости становился настолько интенсивным, что с первых секунд работы энергоустановки, вокруг колеса образовывался паровой пузырь, который быстро попадал в гидродинамический проточный тракт колеса, создавая в нем паровую пробку, что приводило к нарушению режима работы и колеса, и энергоустановки.In the process of testing this wheel, the following was discovered. At a rotational speed of 2000 rpm and more, the process of heating the liquid became so intense that from the first seconds of the power plant operation, a steam bubble formed around the wheel, which quickly fell into the hydrodynamic flow path of the wheel, creating a steam plug in it, which led to a violation of the regime work and wheels, and power plants.

Известно, что с воздушными пробками борются с помощью продувки или прокачки гидромагистралей установки непосредственно перед ее запуском. С паровой пробкой бороться значительно сложнее, а если она образовалась в гидродинамическом тракте колеса в процессе его работы, то и бесполезно. Образуется она в процессе работы установки в зависимости от интенсивности работы колеса, непредсказуема по времени и месту возникновения, и месту «базирования». Сложность конфигурации проточного тракта всей энергоустановки, включая и колесо центробежное, не позволяет эффективно решать проблему паровой пробки с помощью клапанов и компенсаторов давления.It is known that air traffic jams are fought by blowing or pumping the plant’s hydraulic lines just before it starts. It is much more difficult to deal with the steam plug, and if it was formed in the hydrodynamic path of the wheel during its operation, then it is useless. It is formed during the operation of the installation, depending on the intensity of the wheel, is unpredictable in time and place of occurrence, and the place of "basing". The complexity of the flow path configuration of the entire power plant, including the centrifugal wheel, does not allow to effectively solve the problem of steam plugs using valves and pressure compensators.

Практика разработки колеса центробежного для интенсивного преобразования энергии показывает, что решение этой проблемы должно быть комплексным, как по конструкции колеса, так и по условиям его функционирования.The practice of developing a centrifugal wheel for intensive energy conversion shows that the solution to this problem should be comprehensive, both in the design of the wheel and in terms of its functioning.

Для получения высокой интенсивности преобразования энергии при высоких скоростях вращения колеса центробежного, оно должно быть выполнено однопоточным, с гидродинамическим проточным трактом, имеющим односторонний осевой вход, единый для всех радиальных каналов колеса. Единый осевой вход позволяет обеспечить его достаточно герметичное, бесконтактное соединение с входным патрубком энергоустановки посредством уплотнения лабиринтного типа.To obtain a high intensity of energy conversion at high rotational speeds of the centrifugal wheel, it must be single-flow, with a hydrodynamic flow path having a one-sided axial inlet, common to all radial channels of the wheel. A single axial inlet makes it possible to provide a sufficiently tight, non-contact connection to the inlet pipe of the power plant by means of a labyrinth type seal.

Такое соединение, с одной стороны, достаточно эффективно препятствует попаданию жидкости из входной магистрали энергоустановки на внешнюю сторону вращающегося колеса с лопатками и на статор, а с другой стороны, достаточно эффективно препятствуют проникновению давления насыщенных паров жидкости из корпуса энергоустановки в гидродинамический проточный тракт колеса центробежного, и образованию в нем паровой пробки. При этом, колесо работает в корпусе, не заполненном жидкостью, то есть, по концепции «сухое колесо», что позволит существенно уменьшить затраты энергии электродвигателя из-за отсутствия внешнего гидродинамического сопротивления, оказываемого колесу «присоединенной массой» жидкости.Such a connection, on the one hand, effectively prevents liquid from the input line of the power plant from getting to the outside of the rotating wheel with blades and the stator, and on the other hand, it is quite effective to prevent the penetration of saturated vapor pressure of the liquid from the power plant into the hydrodynamic flow path of the centrifugal wheel, and the formation of a steam plug in it. At the same time, the wheel works in a housing that is not filled with liquid, that is, according to the “dry wheel” concept, which will significantly reduce the energy costs of the electric motor due to the lack of external hydrodynamic resistance exerted by the wheel with an “attached mass” of liquid.

Замена уплотнения лабиринтного типа на сальниковое не целесообразна, так как сальниковое уплотнение контактное и имеет ограниченный ресурс со всеми последствиями.Replacing the labyrinth type seal with a stuffing box is not advisable, since the stuffing box packing is contact and has a limited life with all the consequences.

Испытывая колесо центробежное, доработанное с учетом вышеприведенных замечаний и требований, удалось реализовать режим его работы по концепции «сухое колесо», который показал, что преобразование энергии электрического тока в тепловую энергию жидкости происходит с максимально высокой интенсивностью и эффективностью, если колесо снаружи не соприкасается с жидкостью. Жидкость проходила только по гидродинамическому проточному тракту внутри колеса, через односторонний осевой вход, каналы с конфузорами, а затем в виде смеси жидкости и пара в гидросистему энергоустановки, не касаясь колеса. В этом случае, даже на относительно небольших оборотах вращения колеса, чуть более 2000 об/мин., было получено преобразование жидкости в пар за один ее проход через радиальные каналы колеса.While testing the centrifugal wheel, modified taking into account the above remarks and requirements, it was possible to implement its mode of operation according to the “dry wheel” concept, which showed that the conversion of electric current energy into thermal energy of a liquid occurs with the highest possible intensity and efficiency if the wheel is not in contact with the outside liquid. The fluid passed only through the hydrodynamic flow path inside the wheel, through a one-way axial inlet, channels with confusers, and then in the form of a mixture of liquid and steam into the hydraulic system of the power plant, without touching the wheel. In this case, even at relatively small revolutions of the wheel rotation, a little more than 2000 rpm, the liquid was converted into steam in one pass through the radial channels of the wheel.

Технический результат от использования предложенной конструкции колеса центробежного энергоустановки состоит в существенном повышении интенсификации процесса нагрева жидкости за счет повышения силы гидравлического удара и гидродинамической кавитации жидкости при увеличении скорости вращения колеса до 2000-3000 об/мин, и более, а также в уменьшении затрат энергии для вращения колеса за счет устранения действующего на колесо внешнего гидродинамического сопротивления жидкости.The technical result from the use of the proposed wheel design of a centrifugal power plant consists in a significant increase in the intensification of the process of heating the fluid by increasing the force of hydraulic shock and hydrodynamic cavitation of the fluid while increasing the speed of rotation of the wheel to 2000-3000 rpm, and more, as well as reducing energy costs for rotation of the wheel by eliminating the external hydrodynamic resistance of the liquid acting on the wheel.

Указанный технический результат достигается выполнением колеса центробежного однопоточным, с односторонним осевым входом, единым для всех радиальных каналов, а также выполнением вокруг осевого входа чередующихся между собой концентрических выступов и углублений, образующих уплотнение лабиринтного типа для бесконтактного соединения осевого входа колеса с корпусом энергоустановки.The specified technical result is achieved by making the centrifugal wheel single-threaded, with a one-sided axial inlet, common for all radial channels, as well as by performing concentric protrusions and recesses around the axial inlet, forming a labyrinth type seal for non-contact connection of the axial inlet of the wheel with the power plant housing.

Выполнение одностороннего осевого входа, бесконтактно соединенного посредством уплотнения лабиринтного типа с корпусом энергоустановки позволяет обеспечить:The execution of a one-sided axial input, contactlessly connected by means of a labyrinth type seal to the power plant housing, allows to ensure:

- расход всей жидкости только, и сразу во все каналы колеса, обуславливая равномерность их загрузки жидкостью и равномерность их функционирования;- the flow rate of all the liquid only, and immediately to all the channels of the wheel, causing the uniformity of their loading with liquid and the uniformity of their functioning;

- не заполнение корпуса энергоустановки жидкостью вокруг колеса и статора, обуславливая вращение колеса центробежного без внешнего гидродинамического сопротивления;- not filling the power plant housing with liquid around the wheel and the stator, causing the rotation of the centrifugal wheel without external hydrodynamic resistance;

- достаточно надежную защиту гидродинамического проточного тракта колеса от паровых пузырей и пробок, обуславливая стабильный, управляемый, расчетный режим его работы с высокой интенсивностью и эффективностью преобразования энергии при больших скоростях вращения.- sufficiently reliable protection of the hydrodynamic flow path of the wheel from steam bubbles and traffic jams, providing a stable, controlled, calculated mode of its operation with high intensity and energy conversion efficiency at high speeds of rotation.

Конструкция предлагаемого колеса центробежного энергоустановки поясняется графическими материалами, на которых изображены:The design of the proposed centrifugal power plant wheels is illustrated by graphic materials, which depict:

На фиг.1 колесо центробежное энергоустановки по RU 2006142667 А1, прототип.Figure 1 wheel centrifugal power plant according to RU 2006142667 A1, prototype.

На фиг.2 - продольное сечение фиг.1.Figure 2 is a longitudinal section of figure 1.

На фиг.3 - предлагаемое колесо центробежное со стороны осевого входа в аксонометрии;Figure 3 - the proposed centrifugal wheel from the side of the axial inlet in a perspective view;

На фиг.4 - то же, с обратной стороны;Figure 4 is the same, from the reverse side;

На фиг.5 - вид на колесо центробежное со стороны осевого входа;Figure 5 is a view of the centrifugal wheel from the side of the axial inlet;

На фиг.6 - сечение А-А на фиг.5;Fig.6 is a section aa in Fig.5;

На фиг.7 - колесо центробежное в аксонометрии с разрезом по каналам.In Fig.7 - a centrifugal wheel in a perspective view with a cut along the channels.

Колесо центробежное выполнено однопоточным в виде диска-корпуса 1, в центре которого, с одной стороны выполнен осевой вход 2 и расположенные вокруг него, чередующиеся между собой концентрические выступы и углубления, образующие уплотнение 3 лабиринтного типа, а также выполнены радиальные каналы 4 с конфузорами 5, чередующимися с лопатками 6. С обратной стороны колеса выполнено глухое днище 7 с муфтой 8, имеющей отверстие 9 для вала.The centrifugal wheel is made single-threaded in the form of a disk-case 1, in the center of which, on the one hand, an axial inlet 2 and concentric protrusions and recesses located around it, alternating between each other, forming a labyrinth type seal 3 are made, as well as radial channels 4 with confusers 5 alternating with the blades 6. On the reverse side of the wheel there is a blind bottom 7 with a coupling 8 having an opening 9 for the shaft.

Функционирование колеса центробежного энергоустановки происходит следующим образом.The functioning of the centrifugal power plant wheels is as follows.

Колесо центробежное с помощью отверстия 9 жестко закреплено на валу и целиком находится в корпусе энергоустановки, не заполненной жидкостью. При этом осевой вход 2, бесконтактно соединен посредством уплотнения 3 лабиринтного типа с входным патрубком энергоустановки.The centrifugal wheel with the help of the hole 9 is rigidly fixed to the shaft and is entirely located in the power plant housing, which is not filled with liquid. In this case, the axial inlet 2 is contactlessly connected by means of a seal 3 of the labyrinth type to the inlet pipe of the power plant.

При включении электродвигателя энергоустановки колесо начинает вращаться на валу с большой скоростью, при этом, из входного патрубка жидкость начинает поступать только в его гидродинамический проточный тракт через осевой вход 2 с уплотнением 3 в радиальные каналы 4 с конфузорами 5. Проходя по каналам 4, масса жидкости всю аккомулированную под действием центробежных сил потенциальную энергию силы давления преобразует с помощью конфузоров 5 в кинетическую энергию струй жидкости. Лопатки 6, чередующиеся с конфузорами 5, примыкающие бесконтактно своими концами к статору энергоустановки, расположенному вокруг колеса коаксиально, создают между конфузорами 5 и статором, по кругу своего вращения, зону разрежения, позволяющую струям жидкости, выходящим с большой скоростью из конфузоров 5, беспрепятственно, без потери импульса скорости долететь до статора энергоустановки и с максимальной эффективностью осуществить преобразование кинетической энергии струй жидкости в тепловую энергию этой жидкости.When you turn on the electric motor of the power plant, the wheel starts to rotate on the shaft at a high speed, while from the inlet pipe the liquid starts to flow only into its hydrodynamic flow path through the axial inlet 2 with seal 3 into the radial channels 4 with confusers 5. Passing through the channels 4, the mass of liquid with the help of confusers 5, the entire potential energy of the pressure force that is accumulated under the action of centrifugal forces is converted into the kinetic energy of the liquid jets. Blades 6, alternating with confusers 5, contacting their ends contactlessly with a power plant stator located around the wheel coaxially, create a rarefaction zone between the confusers 5 and the stator in a circle of their rotation, allowing liquid jets exiting at high speed from the confusers 5, unhindered, without losing the impulse of speed, fly to the stator of the power plant and with maximum efficiency, convert the kinetic energy of the liquid jets into the thermal energy of this liquid.

При этом, вращающиеся с большой скоростью лопатки 6, в совокупности со статором, осуществляют механическое и гидродинамическое воздействие на жидкость, вышедшую из каналов колеса, обуславливая процесс кавитации в этой массе жидкости, доводя ее до парообразного состояния.At the same time, the blades 6 rotating at a high speed, together with the stator, carry out mechanical and hydrodynamic effects on the liquid exiting the wheel channels, causing the cavitation process in this mass of liquid, bringing it to a vapor state.

В процессе вращения колеса центробежного бесконтактное уплотнение 3 лабиринтного типа выполняет две функции.During the rotation of the centrifugal wheel, the non-contact seal 3 of the labyrinth type performs two functions.

С одной стороны, внутренней, оно не позволяет жидкости, поступающей из входного патрубка энергоустановки в гидродинамический проточный тракт колеса, попасть на внешнюю поверхность его корпуса 1 с конфузорами 5 и лопатками 6, и создать, тем самым, значительное гидродинамическое сопротивление вращению колеса центробежного, а с другой стороны, не позволяет проникнуть давлению насыщенных паров жидкости из корпуса энергоустановки в гидродинамический проточный тракт колеса центробежного, и образовать в нем паровую пробку.On the one hand, the internal one, it does not allow the fluid coming from the inlet of the power plant to the hydrodynamic flow path of the wheel to get to the outer surface of its casing 1 with confusers 5 and blades 6, and thereby create significant hydrodynamic resistance to the rotation of the centrifugal wheel, and on the other hand, it does not allow the pressure of saturated vapor of the liquid from the power unit to penetrate into the hydrodynamic flow path of the centrifugal wheel, and to form a vapor plug in it.

Через конфузоры 5 радиальных каналов 4 паровому пузырю из корпуса энергоустановки так же не проникнуть в гидродинамический проточный тракт колеса центробежного, из-за наличия в радиальных каналах 4 жидкости с высоким давлением.Through the confusers 5 of the radial channels 4, the steam bubble from the power plant casing also does not penetrate the centrifugal wheel hydrodynamic flow path, due to the presence of high pressure fluid in the radial channels 4.

Такая надежная защита однопоточного гидродинамического проточного тракта колеса с односторонним осевым входом, выполненным с возможностью герметичного надежного бесконтактного соединения с корпусом энергоустановки посредством уплотнения лабиринтного типа, позволяет колесу центробежному работать в энергоустановке в большом диапазоне частот вращения и без гидродинамического сопротивления жидкости на корпусе и лопатках, что обеспечивает существенную интенсификацию процесса преобразования энергии, до парообразования, с высокой эффективностью и при значительном уменьшении энергозатрат электропривода колеса центробежного.Such reliable protection of the single-flow hydrodynamic flow path of the wheel with a one-sided axial inlet, made with the possibility of tight reliable non-contact connection with the power plant housing by means of a labyrinth type seal, allows the centrifugal wheel to work in a power plant in a wide range of rotation frequencies and without hydrodynamic fluid resistance on the body and blades, which provides a significant intensification of the energy conversion process, before vaporization, with high eff efficiency and with a significant reduction in energy consumption of the electric centrifugal wheel.

Применение предложенной конструкции колеса центробежного обеспечивает максимально высокую, с парообразованием, интенсивность преобразования энергии электрического тока в тепловую энергию жидкости при скоростях вращения колеса центробежного более 1500 об/мин., с уменьшением требуемой мощности электродвигателя по отношению к прототипу в 2.5-3 раза.The application of the proposed design of the centrifugal wheel provides the highest possible rate, with steam formation, of the conversion of electric current energy into thermal energy of the liquid at rotational speeds of the centrifugal wheel of more than 1500 rpm, with a decrease in the required electric motor power in relation to the prototype by 2.5-3 times.

Интенсивность преобразования энергии электрического тока в тепловую энергию жидкости предлагаемым колесом центробежным такова, что при оборотах вращения 750-1500 об/мин, оно работает в режиме теплогенератора, при оборотах вращения более 1500 об/мин, оно работает в режиме парогенератора.The intensity of the conversion of electric current energy into thermal energy of a liquid by the centrifugal wheel proposed is such that at a rotation speed of 750-1500 rpm, it operates in a heat generator mode, at a rotation speed of more than 1500 rpm, it operates in a steam generator mode.

Изготовление предлагаемого колеса центробежного не представляет сложности для обычного машиностроительного предприятия, так как не требует специальных материалов, технологий и оборудования, требуется только нормальная квалификация специалистов.The manufacture of the proposed centrifugal wheel is not difficult for a conventional machine-building enterprise, since it does not require special materials, technologies and equipment, only the normal qualification of specialists is required.

Claims

A centrifugal wheel of a power plant, made in the form of a disk, in which a central hole for the shaft, radial channels with confusers at the outlet, alternating with vanes mounted around the perimeter of the wheel, and an axial inlet into the radial channels, characterized in that it is single-threaded, with one-sided, are made an axial inlet, common to all radial channels, while the axial inlet is configured to form a labyrinth type seal with the power plant housing, for which purpose on the surface of the wheel around the axial inlet you alternating concentric protrusions and indentations are filled with each other.