WO2017200414A1 - Способ и устройство для получения пара - Google Patents

Способ и устройство для получения пара Download PDF

Info

Publication number
WO2017200414A1
WO2017200414A1 PCT/RU2016/000300 RU2016000300W WO2017200414A1 WO 2017200414 A1 WO2017200414 A1 WO 2017200414A1 RU 2016000300 W RU2016000300 W RU 2016000300W WO 2017200414 A1 WO2017200414 A1 WO 2017200414A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
steam
steam generator
liquid
pressure
working cavity
Prior art date
Application number
PCT/RU2016/000300
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Александр Петрович АРХИПОВ
Владимир Николаевич ГОРЯКИН
Original Assignee
Александр Петрович АРХИПОВ
Владимир Николаевич ГОРЯКИН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Петрович АРХИПОВ, Владимир Николаевич ГОРЯКИН filed Critical Александр Петрович АРХИПОВ
Priority to PCT/RU2016/000300 priority Critical patent/WO2017200414A1/ru
Publication of WO2017200414A1 publication Critical patent/WO2017200414A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B3/00—Other methods of steam generation; Steam boilers not provided for in other groups of this subclass
    • F22B3/06—Other methods of steam generation; Steam boilers not provided for in other groups of this subclass by transformation of mechanical, e.g. kinetic, energy into heat energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B27/00—Instantaneous or flash steam boilers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24V—COLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F24V99/00—Subject matter not provided for in other main groups of this subclass

Definitions

  • the group of inventions relates to heat engineering, and can be used to quickly obtain saturated steam with any initial water temperature and without water treatment, with parameters that allow it to be used for industrial applications in various industries in heat treatment processes, heating technologies, as well as washing and cleaning from hard-to-remove fat and oil contaminants during the repair of components and assemblies of various technological equipment, steaming containers, container sterilization and food sanitation Wow equipment by ferry.
  • construction steaming concrete; heating sand and gravel, cleaning reinforcement from ice and snow; blowing formwork under the foundation from snow, ice and dust before pouring concrete.
  • humidification with heating moistening of raw materials - preparation of animal feed in animal husbandry, as well as in brewing, light, pharmaceutical, woodworking industries, Ministry of Emergencies and Housing.
  • a known method of generating heat including pre-heating the liquid coolant and then raising its temperature to the temperature of its gas-liquid state by accelerating the pre-formed stream of the liquid coolant to a directed vortex state with subsequent selection of the received heat energy from the effluent of the coolant to the consumer.
  • Acceleration of the liquid coolant flow is carried out in two stages. At the first stage, they act on the coolant flow in a limited space by the surface of a movable disk-shaped working body. The working body has swirls. The exposure is carried out until the flow of the liquid coolant reaches a velocity V of 8-12 m / s, corresponding to the temperature of its transition into a gas-liquid mixture.
  • the mixture is exposed to the torus swirl until the gas-liquid mixture reaches the tangential velocity of 12 or more m / s, at which the degree of its heating exceeds the vaporization temperature of the liquid coolant (see patent for the invention of the Russian Federation ⁇ ° 2242684, IPC F24J3 / 00 , 2004).
  • the preliminary heating of the liquid coolant is carried out in a closed mode of its circulation without heat removal to the consumer.
  • the disadvantage of this technical solution is the low efficiency of converting rotational energy into thermal energy, the constant destructive effect of cavitation on the working elements of the heat generator, its fragility, long exit to the steam generation mode and the instability of steam parameters, as well as the low efficiency of the torus swirl having a small size.
  • the method includes preheating water to a temperature of at least + 62 ° at the inlet of the rotary vortex a heat generator driven by an electric motor in a preheating chamber, starting heated water into the working cavity of the heat generator with the creation of a cavitation vortex flow, removal of heat to the body of the rotary vortex heat generator.
  • the process is accompanied by the combination of water molecules in clusters and the friction of water on the surface of the rotor and stator.
  • the heat generator operates in a "dense" liquid medium - which necessarily entails wear of the rotor and stator elements from cavitation.
  • a device for a vortex cavitation heat generator, consisting of a detachable body having an inlet pipe for cold water inlet, an annular pipe for collecting water and steam, a passive disk located in the upper part of the casing and driven in high-speed rotation, an active disk mounted on the shaft. Water is supplied to the center of the device at the inlet of the rotating disk and is radially discarded to the periphery of the disk, and then discharged from the outlet in the annular pipe.
  • the disadvantage of the described device is that the steam production process requires 8000-13000 rpm., Which is technically difficult to execute and unsafe in case of destruction of the device.
  • a heat generator device contains a sealed container filled with a liquid coolant, in which opposedly stationary dish-shaped working bodies are placed and a movable disk-shaped working body mounted on the drive shaft located between them and having a guaranteed shaft, having inclined uniformly spaced relative to one another on their end surfaces other swirlers, and nozzles for supplying and withdrawing liquid coolant (see patent for the invention of the Russian Federation 2242684, IPC F24J 3/00, 2004).
  • a device for a heat driven steam cavitation heat generator comprising a working body consisting of a housing, covers, working disks of a heat steam generator, first and second impellers, dividing walls, two check valves, a third thermal valve, an expansion unit for forming a steam-water mixture and a jet turbine.
  • the heat generator’s disks are made with recesses in the form of spherical segments and guide channels deposited on the ends of the disks, forming three vortex spiral channels on each side of the disk, and guide channels are also applied along the cylindrical surface of the disks at an angle of 15 ° to guide the steam-water mixture along the axis of the heat generator towards the second impeller (see RF patent for utility model J 961852, IPC F24J 3/00, 2006).
  • the disadvantage of this design is the difficulty in manufacturing, operation and the lack of steam.
  • the closest solution to the claimed device is a rotary cavitation steam generator containing a housing consisting of a stator ring, front and rear side covers having an inlet and an outlet for connecting nozzles for supplying a heated fluid and steam extraction, at least one rotor in the form of a disk mounted on the shaft and having a radial clearance between it and the stator and axial clearances between it and the side covers of the housing, swirlers.
  • the inlet for the fluid supply pipe is located on the peripheral part of the disk in the zone of the radial clearance, and the outlet for the steam pipe is made in the central part of the front cover (see RF patent for utility model M> 52976, IPC F24J3 / 00, 2006).
  • this device occurs, as a rule, in a pulsating mode, which does not allow to obtain dry saturated steam and does not provide stable steam parameters.
  • the technical task of the claimed invention is the creation of a quick and effective method of producing steam and thermal energy from water from any initial temperature, without water treatment, in one pass, with wide limits on the performance and parameters of steam at the outlet of the steam generator, with the possibility of a long operation mode.
  • the technical result is the provision of a stable process for generating steam with predetermined parameters that are widely adjustable, from any initial temperature of the water, without water treatment for industrial use.
  • the problem is solved in that in a method for producing steam and thermal energy, including supplying a fluid to a working cavity of a hydrodynamic steam generator, forming a high-speed flow of a rotating fluid, heating the fluid through mechanical cavitation processes in a rotating hydrodynamic fluid flow in a working cavity of a hydrodynamic steam generator to a vaporization temperature, steam selection, according to the solution, create a two-phase steam-water superheated rotating hydrodynamic medium reduced densely in the peripheral part of the working cavity of the hydrodynamic steam generator in the cavitation zone by supplying liquid without preheating with a dosed flow rate under overpressure, which ensures overheating of the medium above 100 ° C; stop the water supply when when the temperature of the medium creates a pressure in the working cavity of the steam generator that exceeds the excess pressure of the water supply, steam is taken from the low pressure zone in the central part of the working cavity when the medium is heated to a temperature at which the steam pressure exceeds the centrifugal force acting on the rotating fluid flow, selection steam is carried out at
  • the liquid is supplied at a pressure exceeding the set steam extraction pressure by at least 1 kg / cm 2 .
  • the fluid flow rate exceeds 50 m / s.
  • the liquid is metered into the unfilled steam generator.
  • the supplied liquid for producing steam may be a mixture of various components, the flash point of which is higher than the temperature achieved during the process of vaporization in the working cavity of the steam generator.
  • the device comprises a hydrodynamic steam generator with a working cavity, comprising a housing of a stator ring, front and rear side covers having openings for connecting nozzles, at least one disk-shaped rotor mounted on the shaft and having a radial clearance between it and the stator and axial the gaps between it and the side covers of the housing, cavitators located on the cylindrical and end surfaces of the disk, covers and housing, respectively, the fluid supply and drain system, a unit for connecting to a mechanical drive, atrubok for steam extraction.
  • the device further comprises a fluid supply control unit (BLC) operating in a pulsed mode; providing a dosing-pulsating fluid supply to the working cavity of the steam generator, an electromagnetic valve that provides through the feedback control system the productivity of the steam generator and is installed in the fluid supply system to the steam generator between BUPZH and the steam generator, a steam parameter adjustment system installed on the steam extraction pipe, an overheated water accumulator formed by pipes connecting the holes in the rear and front covers, forming a closed loop located in the zone avitatorov, an intermediate chamber with an air gap and the drainage holes, separating the working chamber from the steam generator assembly for connection to a mechanical actuator, an inlet for supplying fluid to the working chamber of the steam generator is located in the central portion of the rear cover in the mechanical seal area.
  • BLC fluid supply control unit
  • FIG. 1 shows a General view of the design of the steam generator; figure 2 - control unit for fluid supply (BUPZH); in FIG. 3 general view of the device of the steam generator; in FIG. 4 - part of the working cavity of the steam generator (active zone). Positions marked: 1. Support bracket. 2. wound drain. 3. Case. 4. The back cover. 5. The rear disc. 6. Front disc 7. Front cover 8. Outlet cone. 9. Bearing assembly. 10. The drive shaft. 1 1. Collar seals. 12. End ceramic seal. 13. The cooling chamber and the lubrication of the mechanical seal. 14. Water supply channel (water supply - A). 15. The intermediate air chamber. 16. Cavitators of the 2nd type 17. Cavitators of the 1st type. 18. Hydro-accumulator of superheated water.
  • BUPZH fluid supply
  • Low pressure zone (steam output - B). 20. The input manifold. 21. Water pressure gauge. 22. The jet. 23. Crane control. 24. The output collector. 25. Check valve. 26. The electromagnetic valve. 27. Water inlet from the feed pump. 28. Water outlet for supply to the steam generator. 29. The fluid inlet to the pump. 30. Liquid outlet from the pump under overpressure. 31. The valve for adjusting the fluid pressure. 32. The control unit fluid supply. 33. Pipeline for supplying fluid to a hydrodynamic steam generator. 34. Steam pressure gauge 35. Crane for adjusting steam parameters 36. Steam output. 37. Current control device. 38. The feed pump. 39. Electrical control cabinet hydrodynamic steam generator. 40. Electric motor drive hydrodynamic steam generator. 41. Hydrodynamic steam generator.
  • steam is produced without using an external heat source generated by burning traditional fuels or using various electric heaters and heat transfer through a heat exchange surface.
  • the mechanical (hydrodynamic) effect on the liquid is directly converted into heat inside the liquid, and the external mechanical effect is carried out in order to create conditions for the cavitation mode to occur in a fluid moving at a high speed, which contributes to over intensive heating of the liquid during multiple successive high-frequency phase transitions of the liquid to various aggregate states (evaporation, condensation).
  • the high speed of the rotating fluid flow allows you to almost completely avoid salt deposits (scale) on the inner surface of the device. Salts and impurities remain in the liquid and are thrown out, which makes it possible to use virtually any liquid or water without chemical preparation to produce steam, as well as to obtain steam or a steam-water mixture with various chemical additives and reagents.
  • the proposed method provides a significant increase in the effect of the impact of high-speed mechanical cavitation on the liquid with the aim of heating it, using the mechanism of additional, artificial formation of the maximum number of cavitation bubbles and the mechanism of their forced collapse in the stream.
  • the feed fluid may be a mixture of various components.
  • the fluid in the working cavity of the hydrodynamic steam generator is carried out under excess pressure in a strictly dosed amount.
  • the liquid is fed into an unfilled steam generator, starting to supply it simultaneously with the start-up of the steam generator.
  • the liquid due to rotation, is formed in an increasing size, the rotating ring gradually fills the entire “active zone” of the working cavity of the steam generator 42, 43.
  • cavitators of the 1st type 17 located on a cylindrical surface come into operation disks that provide loading of the steam generator by power by about 30-40%, which allows you to quickly warm up the steam generator and form a working rotating stream from a low-density steam-water mixture.
  • a strictly defined ring of reduced density rotating liquid ring 45 is formed, slightly exceeding the location zone of type 2 cavitators 16, which enter into operation and load the steam generator by 100% power.
  • This method of supplying water to an unfilled steam generator allows you to quickly heat a metered amount of liquid with any initial inlet temperature to the vaporization temperature, mixing it with newly incoming water, forming a steam-water mixture, and getting a gradually increasing volume of a rotating ring in the “active zone” of the steam generator working cavity low-density two-phase vapor-liquid medium with a temperature above 100 C °, while avoiding the destructive effect of a dense single-phase liquid medium on the inner surface of the working cavity of the steam generator.
  • the steam generator is intensively heated up with the formation of superheated water and the accumulator is filled with superheated water.
  • the steam generator enters the operating mode of steam generation.
  • a high-speed flow of rotating fluid is formed, in which, when a speed of more than 50 m / s is reached, the process of intensive mechanical cavitation begins and, as a result, rapid heating of the fluid
  • the cavitation intensity, and, consequently, the heating increases significantly with the formation of a two-phase a stream consisting of liquid and liquid vapor.
  • the valve 25 closes and the water supply stops. Further heat supply to the liquid goes to the process of intensive vaporization - increasing the proportion of the vapor phase in the two-phase vapor-liquid mixture, with its release into the saturated steam zone of the working cavity of the steam generator and the selection of steam. This process causes a reduction in the size of the rotating ring of liquid to line 44 in the “active zone” of the working cavity of the steam generator and the removal of type 2 cavitators 16, a decrease in cavitation, heating and steam formation, and a decrease in pressure in the saturated steam zone of the working cavity of the steam generator.
  • the check valve 25 opens and the water supply resumes.
  • a new, strictly dosed, portion of the liquid supplied under excess pressure restores the size of the liquid ring to line 45, creating conditions for the full operation of cavitators of the second type 16, the resumption of intense heating of the liquid, and the increase in vapor pressure. The process is repeated.
  • hydrodynamic, “internal” heating of the fluid occurs due to the occurrence of stable processes of high-speed mechanical cavitation causing intense heat.
  • a pulsating-dosed, according to a strictly defined algorithm, fluid supply to the hydrodynamic steam generator of the proposed design, using the inverse relationship between the power consumption of the mechanical drive electric motor and the pressure created in the cavity of the steam generator, provides conditions for the implementation of a method for producing steam from a liquid in the absence of an external temperature effects on the liquid, and, consequently, the absence of a heat exchange surface.
  • a device for generating steam and thermal energy consists of the following units and assemblies: hydrodynamic steam generator 41 - flowing, without a boiler, disk type is designed to receive steam, the drive motor of the hydrodynamic steam generator 40 - is designed to mechanically drive a hydrodynamic steam generator, the feed pump (38) - serves fluid to the fluid supply control unit and then to the steam generator under pressure, depending on the operation mode of the hydrodynamic steam generator, the fluid supply control unit Ti 32 - carries out a dosed-pulsating fluid supply to the hydrodynamic steam generator according to a strictly defined algorithm, the electric control cabinet of the hydrodynamic steam generator 39 - is designed to control and monitor the operation of the electric motor and control the operation of the hydrodynamic steam generator, control and monitoring devices 21, 23, 31, 34, 35, 37 - control the operating modes of the hydrodynamic steam generator and steam parameters.
  • the difference of the proposed solution from the known ones is that the water is hydrodynamically
  • the first steam generator is supplied with any initial temperature, using the control unit for water supply under a strictly defined pressure and flow rate, depending on the parameters of the steam at the outlet of the steam generator, and the parameters of the steam and the capacity of the steam generator are maintained automatically with great accuracy.
  • Hydrodynamic steam generator 41 (figure 1) consists of a housing 3 made in the form of a ring, front 7 and rear 4 side covers having holes for connecting the accumulator pipes of superheated water 18, at least one or two rotors in the form of disks 5 and 6 mounted on the shaft 10 and having a radial clearance between them and the stator, and axial gaps between them and the side covers of the housing, on the cylindrical and end surfaces of the disks, covers and the housing there are special structural elements - cavitators of the first type 17 and type 2 16, sis topic of supply 14 and discharge of liquid 2, bearing assembly 9 for connecting a hydrodynamic steam generator to a mechanical drive, an intermediate air chamber 15 with drainage holes, an output cone 8 for steam output.
  • the intermediate (technical) chamber 15 with drainage holes acts as a guaranteed air gap between the steam generator and the bearing assembly and serves as an air heat insulator between the hot wall of the steam generator and the wall of the bearing assembly.
  • a collar seal is installed on one side of this chamber to prevent oil from entering the bearing assembly into the steam generator. Oil will be drained out through the drain hole.
  • a ceramic end seal is installed on the other side of the chamber to prevent steam or water from entering the bearing assembly - condensate will drain out through the drain hole.
  • the working cavity of the steam generator is conditionally divided into two parts (figure 4)
  • active zone a region of high pressure in the working cavity of the steam generator, which is filled with a rotating liquid ring, which includes an annular radial clearance between the housing and rotating disks, where type 1 cavitators are located, and an area including gaps between the peripheral parts of the end surfaces of the rotating disks and fixed surfaces of the case and covers, where cavitators of type 2 are located.
  • Feed pump 38 - delivers fluid to the steam generator under pressure and in the quantities specified by the fluid control unit.
  • the fluid supply control unit (Fig. 2) consists of an inlet manifold 20 for supplying liquid 27 to it, the pressure of which is set by a valve 31 and controlled by a pressure gauge 21, three nozzles 22 of various diameters, each of which has a control valve 23, of an output manifold 24 with installed on it with a check valve 25 and a solenoid valve 26, which provide a dosing-pulsating fluid supply to the steam generator.
  • An electric control cabinet for a hydrodynamic steam generator 39 with a current control device 37 performs start-up, shutdown of the drive motor of the hydrodynamic steam generator and controls its operation.
  • the implementation of the method is shown by the example of the operation of the device.
  • the method is implemented using the inventive device as follows.
  • the fluid enters the inlet pipe 29 of the feed pump 38 and is fed through a pipe 30 under pressure controlled by a valve 31 to the inlet manifold of the fluid supply control unit 20.
  • the pressure of the fluid to be supplied is controlled by a pressure gauge of the water flow 21.
  • the excess pressure of the fluid must be at 1.0-2.0 kg / cm more than the pressure of the steam leaving the steam generator.
  • the parameters of the selected steam are set by the crane 35 and are controlled by the steam pressure gauge 34 mounted on the steam outlet pipe 36.
  • the electric motor 40, the feed pump 38 are started, and the liquid is supplied to the steam generator using the BUPV 32 through one of the nozzles 22 opened by one of the taps 23, which has a calibrated hole (20% of total flow rate), which provides a fluid supply for the start-up mode of the steam generator, then, close the valve to drain the liquid from the steam generator 2.
  • Liquid under pressure is supplied through a pipe 33 to the cooling chamber and azki mechanical seal 13 and by centrifugal force is dropped to the periphery of rotating disks 5.6, wherein the annular gap between the disks and the housing, in cavitators location area 16, 17, the process of heating it.
  • Dosed liquid supply ensures quick heating of the steam generator to operating temperature (over 100 ° C) and filling of the accumulator with superheated liquid 18.
  • the mode of supplying liquid to the empty steam generator ensures that the cavitators of the first type 17 and then the second type 16 are sequentially turned on .
  • smooth hydrodynamic start-up is provided by a soft-start device of an electric motor located in the electric cabinet for controlling the steam generator 39.
  • the operating mode of the steam generator (increase in fluid supply, full load of the steam generator by power, output to the set steam parameters).
  • the steam generator is stopped by pressing the “Stop” button located on the electric cabinet for controlling the steam generator 39.
  • the drive motor 40 and the feed pump 38 are turned off, the liquid is shut off to the steam generator and the liquid drain valve is opened from the steam generator 2.
  • the excess liquid is removed from excess steam pressure steam generator. This is necessary in order to exclude the possibility of the formation of "scale” on the stationary hot surfaces of the working cavity of the steam generator, which does not form during operation, due to the high flow rate of the liquid.
  • Optimum operating modes metered fluid injection: with a drive power of kW, only 1 gram of water with any initial temperature is injected per 1 revolution of the disk. The process of boiling the liquid occurs after 45-60 seconds, then stable steam generation is provided with the specified parameters at a productivity of 180 kg of steam per hour.
  • a dosed fluid supply to an unfilled steam generator is necessary to quickly achieve the operating mode with the formation of a low-density steam-water mixture and to avoid destructive wear of the structural elements of the steam generator.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам нагрева жидкости и получения пара с помощью устройства без сжигания топлива, источника внешнего тепла и поверхности теплопередачи. В способе и устройстве для получения пара и тепловой энергии используется гидродинамическое воздействие на жидкость в результате формирования в устройстве высокоскоростного вращающегося гидродинамического потока, в котором создаются условия для многочисленных локальных разрывов потока жидкости и возникновения в ней микрополостей с происходящими в них интенсивными процессами скоростной механической кавитации для интенсивного нагрева жидкости. Жидкость, находясь под определенным избыточным давлением, вызванном центробежной силой, возникающей при вращении, значительно перегревается и, при определенных условиях превращается в пар.

Description

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПАРА
Область техники
Группа изобретений относится к теплотехнике, и может быть использована для быстрого получения насыщенного пара с любой начальной температурой воды и без водоподготовки, с параметрами, позволяющими использовать его для промышленного применения в различных отраслях в процессах тепловой обработки, технологиях нагрева, а также мойки и очистки от трудноудаляемых жировых и нефтяных загрязнений, при ремонте деталей узлов и агрегатов различного технологического оборудования, пропарки ёмкостей, стерилизации тары и санитарной обработки пищевого оборудования паром. В строительстве: пропарка бетона; отогрев песка и щебня, очистка арматуры ото льда и снега; продувка опалубки под фундамент от снега, льда и пыли перед заливкой бетона. В нефтедобывающей отрасли: очистка парафиновых отложений в трубах нефте- и газопроводов, в т.ч. при ремонтных работах «в поле»; размораживание и отогрев трубопроводов, вентилей, задвижек. В сельском хозяйстве: увлажнение воздуха с нагревом (теплицы), увлажнение сырья - приготовления комбикормов в животноводстве, а также в пивоварении, легкой, фармацевтической, деревообрабатывающей отраслях, МЧС и ЖКХ.
Предшествующий уровень техники.
Известно несколько принципиально различных способов и конструкций парогенераторов для получения пара, в частности, паровые котлы на твёрдом, жидком и газообразном топливе, электрические парогенераторы (электродные, ТЭНовые) и др..
Общими недостатками всех этих вышеназванных устройств являются тепловые потери при нагреве и теплообмене и, вследствие этого, - низкий КПД, а также необходимость делать водоподготовку, т.е. очистку воды от содержащихся в ней солей. Начальная жесткость воды во многом определяет ресурс парогенератора и стоимость пара.
Известен способ получения тепла, включающий предварительный подогрев жидкого теплоносителя и последующий подъем его температуры до температуры его газожидкостного состояния путем разгона предварительного сформированного потока жидкого теплоносителя до направленного вихревого состояния с последующим отбором получаемой тепловой энергии от выходящего потока жидкого теплоносителя к потребителю. Разгон потока жидкого теплоносителя ведут в два этапа. На первом этапе воздействуют на поток теплоносителя в ограниченном пространстве поверхностью подвижного дискообразного рабочего органа. Рабочий орган имеет завихрители. Воздействие осуществляют до достижения потоком жидкого теплоносителя скорости V, равной 8-12 м/с, соответствующей температуре его перехода в газожидкостную смесь. На втором этапе на смесь воздействуют торовым завихрителем до достижения потоком газожидкостной смеси жидкого теплоносителя тангенциальной скорости в 12 и более м/с, при которой степень ее разогрева превышает температуру парообразования жидкого теплоносителя (см. патент на изобретение РФ Ν°2242684, МПК F24J3/00, 2004). Предварительный разогрев жидкого теплоносителя осуществляют в замкнутом режиме его циркуляции без отвода тепла потребителю.
Недостатком этого технического решения являются низкая эффективность преобразования энергии вращения в тепловую энергию, постоянное разрушающее действие кавитации на рабочие органы теплогенератора, его недолговечность, длительный выход в режим генерации пара и нестабильность параметров пара, а также низкая эффективность торового завихрителя, имеющего небольшой размер.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ для получения пара и тепловой энергии, описанный в заявке на изобретение WO2013006080, МПК F24J3/00, 2013. Способ включает предварительный подогрев воды до температуры, по меньшей мере, равной +62° на входе в роторный вихревой теплогенератор с приводом от электродвигателя, в камере предварительного нагрева, запуск подогретой воды в рабочую полость теплогенератора с созданием кавитационного вихревого потока, отвод получаемого тепла на корпус роторного вихревого теплогенератора. Процесс сопровождается соединением молекул воды в кластеры и трением воды о поверхности ротора и статора.
Недостатками вышеописанного способа являются:
- обязательный предварительный подогрев воды до температуры, по меньшей мере, равной +62° на входе в роторный вихревой теплогенератор;
наличие отдельного водяного контура (водяной рубашки) для предварительного подогрева воды до +62, что вызывает охлаждение рабочей полости теплогенератора и ведёт к нестабильному процессу парообразования;
- отсутствие системы регулировки подачи воды, производительности и параметров пара;
- теплогенератор работает в «плотной» жидкой среде - что обязательно влечёт за собой износ элементов ротора и статора от кавитации.
Известно устройство вихревого кавитационного теплогенератора, состоящего из разъемного корпуса, имеющего входной патрубок для входа холодной воды, кольцевого патрубка для сбора воды и пара, пассивного диска, расположенного в верхней части корпуса и приводящегося в высокооборотное вращение, закрепленный на валу активный диск. Вода подается на вход устройства в центр на вращающийся диск и отбрасывается по радиусу на периферию диска, а затем отводится из выходного отверстия в кольцеобразном патрубке. При прохождении воды через незамкнутую полость с последующим выходом ее через круговое отверстие в кольцевой патрубок со скоростью до 95 метров в секунду, до 110 метров в секунду и свыше ПО метров в секунду производится соответственно горячая вода температурой до 100°С, пар и перегретый пар (см. патент РФ на изобретение 2233408, МПК F24J 3/00, 2003).
Недостатком описанного устройства является то, что процесс получения пара требует 8000-13000 об/мин., что технически трудно исполнимо и небезопасно в случае разрушения устройства.
Известно устройство теплогенератора, содержащее герметичную емкость, заполненную жидким теплоносителем, в которой размещены оппозитно неподвижные тарельчатые рабочие органы и расположенный между ними с гарантированным зазором S, закрепленный на приводном валу подвижный дискообразный рабочий орган, имеющий на своих торцевых поверхностях равномерно расположенные по окружности наклонные относительно друг друга завихрители, и патрубки подачи и отбора жидкого теплоносителя (см. патент на изобретение РФ 2242684, МПК F24J 3/00, 2004).
Недостатком данного устройства является то, что процесс парообразования требует предварительного подогрева воды до необходимой температуры на входе и длительного периода выхода воды и пароводяной смеси вместо пара, а также существуют технические проблемы изготовления завихрителей очень сложного профиля (запятая, ромб, треугольник и т.д.).
Известно устройство теплопарогенератора приводного кавитационного, содержащего рабочий орган, состоящий из корпуса, крышек, рабочих дисков теплопарогенератора, первой и второй крыльчаток, разделительных стенок, двух обратных клапанов, третьего термоклапана, расширительного блока для формирования пароводяной смеси и реактивной турбины. Диски теплопарогенератора выполнены с выемками в виде шаровых сегментов и нанесенными на торцы дисков направляющими каналами, образующими по три вихревых спиральных канала с каждой стороны диска, также по цилиндрической поверхности дисков под углом 15° к их образующей нанесены направляющие каналы для направления пароводяной смеси вдоль оси теплопарогенератора в сторону второй крыльчатки (см. патент на РФ на полезную модель J 961852, МПК F24J 3/00, 2006). Недостатком данной конструкции является сложность в изготовлении, эксплуатации и отсутствие возможности получения пара.
Наиболее близким решением к заявляемому устройству является роторный кавитационный парогенератор, содержащий корпус, состоящей из кольца-статора, передней и задней боковых крышек, имеющих входное и выходное отверстия для подключения патрубков подвода нагреваемой жидкости и отбора пара, по крайней мере, один ротор в виде диска, установленный на валу и имеющий радиальный зазор между ним и статором и осевые зазоры между ним и боковыми крышками корпуса, завихрители. Входное отверстие для патрубка подвода жидкости расположено на периферийной части диска в зоне радиального зазора, а выходное отверстие для патрубка отбора пара выполнено в центральной части передней крышки (см. патент РФ на полезную модель М>52976, МПК F24J3/00, 2006).
Однако работа данного устройства происходит, как правило, в пульсирующем режиме, что не позволяет получать сухой насыщенный пар и не обеспечивает стабильные параметры пара.
Раскрытие изобретения.
Технической задачей заявляемого изобретения является создание быстрого и эффективного способа получения пара и тепловой энергии из воды с любой начальной температуры, без водоподготовки, за один проход, с регулировкой в широких пределах производительности и параметров пара на выходе из парогенератора, с возможностью длительного режима работы.
Технический результат - обеспечение стабильного процесса генерации пара с заданными параметрами, регулируемыми в широких пределах, с любой начальной температуры воды, без водоподготовки для целей промышленного применения.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения пара и тепловой энергии, включающем подачу жидкости в рабочую полость гидродинамического парогенератора, формирование скоростного потока вращающейся жидкости, нагрев жидкости за счет процессов механической кавитации во вращающемся гидродинамическом потоке жидкости в рабочей полости гидродинамического парогенератора до температуры парообразования, отбор пара, согласно решению, создают двухфазную пароводяную перегретую вращающуюся гидродинамическую среду пониженной плотности в периферийной части рабочей полости гидродинамического парогенератора в зоне кавитации путем подачи жидкости без предварительного подогрева с дозированным расходом под избыточным давлением, обеспечивающим перегрев среды свыше 100°С; прекращают подачу воды при достижении температуры среды, создающей давление в рабочей полости парогенератора, превышающее величину избыточного давления подачи воды, отбирают пар из зоны низкого давления в центральной части рабочей полости при нагреве среды до температуры, при которой давление пара превышает центробежную силу, воздействующую на вращающийся поток жидкости, отбор пара осуществляют при установленном давлении в зависимости от требуемых параметров выхода пара, возобновляют подачу воды при снижении давления в полости парогенератора ниже давления подачи воды. Жидкость подают под давлением превышающем установленное давление отбора пара, на величину не менее 1 кг/см2. Скорость потока жидкости превышает величину 50 м/сек. Жидкость дозированно подают в незаполненный парогенератор. Подаваемая жидкость для получения пара может представлять собой смесь из различных компонентов, температура вспышки которых больше температуры, достигаемой в процессе парообразования в рабочей полости парогенератора.
Предложено также устройство для реализации способа. Устройство содержит гидродинамический парогенератор с рабочей полостью, включающий корпус из кольца-статора, передней и задней боковых крышек, имеющих отверстия для подключения патрубков, по крайней мере, один ротор в виде диска, установленный на валу и имеющий радиальный зазор между ним и статором и осевые зазоры между ним и боковыми крышками корпуса, кавитаторы, расположенные на цилиндрической и торцевой поверхностях диска, крышек и корпуса соответственно, систему подачи и слива жидкости, узел для подключения к механическому приводу, патрубок для отбора пара. Согласно изобретению устройство дополнительно содержит блок управления подачей жидкости (БУПЖ), работающий в импульсном режиме; обеспечивающий дозировано-пульсирующую подачу жидкости в рабочую полость парогенератора, электромагнитный клапан, обеспечивающий через систему обратной связи управление производительностью парогенератора и установленный в системе подачи жидкости в парогенератор между БУПЖ и парогенератором, систему регулировки параметров пара, установленную на патрубке для отбора пара, гидроаккумулятор перегретой воды образованный патрубками, соединяющими отверстия в задней и передней крышках, образующими замкнутый контур, расположенный в зоне кавитаторов, промежуточную камеру с воздушным зазором и дренажными отверстиями, отделяющую рабочую полость парогенератора от узла для подключения к механическому приводу, входное отверстие для подачи жидкости в рабочую полость парогенератора расположено в центральной части задней крышки в зоне торцевого уплотнения. Изобретения поясняются чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид конструкции парогенератора; на фиг.2 - блок управления подачей жидкости (БУПЖ); на фиг. 3 общий вид устройства парогенератора; на фиг. 4 - часть рабочей полости парогенератора (активная зона). Позициями обозначены: 1. Кронштейн-опора. 2. ран слива. 3. Корпус. 4. Задняя крышка. 5. Задний диск. 6. Передний диск 7. Передняя крышка 8. Выходной конус. 9. Подшипниковый узел. 10. Вал привода. 1 1. Воротниковые уплотнения. 12. Торцевое керамическое уплотнение. 13. Камера охлаждения и смазки торцевого уплотнения. 14. Канал подачи воды (подача воды - А). 15. Промежуточная воздушная камера. 16. Кавитаторы 2-го типа 17. Кавитаторы 1-го типа. 18. Гидро-аккумулятор перегретой воды. 19. Зона низкого давления (выход пара - Б). 20. Входной коллектор. 21. Манометр давления подачи воды. 22. Жиклёр. 23. Кран управления. 24. Выходной коллектор. 25. Обратный клапан. 26. Электромагнитный клапан. 27. Вход воды от питательного насоса. 28. Выход воды для подачи в парогенератор. 29. Вход жидкости в насос. 30. Выход жидкости из насоса под избыточным давлением. 31. Кран регулировки давления жидкости. 32. Блок управления подачей жидкости. 33. Трубопровод подачи жидкости в гидродинамический парогенератор. 34. Манометр давления пара 35. Кран регулировки параметров пара 36. Выход пара. 37. Прибор контроля тока. 38. Питательный насос. 39. Электрический шкаф управления гидродинамическим парогенератором. 40. Электродвигатель привода гидродинамического парогенератора. 41. Гидродинамический парогенератор. 42. Линия внешней границы вращающегося кольца жидкости. 43. Линия внутренней границы вращающегося кольца жидкости. 44. Линия минимального размера вращающегося кольца жидкости до «срыва» кавитации 45. Линия максимального размера вращающегося кольца жидкости.
В заявляемых способе и устройстве получение пара происходит без использования внешнего источника тепла, образующегося при сжигании традиционных видов топлива или применения различных электрических нагревателей и теплопередачи через теплообменную поверхность.
При этом способе механическое (гидродинамическое) воздействие на жидкость непосредственно преобразуется в тепло внутри жидкости, причём внешнее механическое воздействие производится с целью создания условий для возникновения режима кавитации в движущейся с большой скоростью жидкости, способствующей сверх интенсивному нагреву жидкости в процессе многократных последовательных высокочастотных фазовых переходов жидкости в различные агрегатные состояния (испарение, конденсация). Большая скорость вращающегося потока жидкости позволяет почти полностью избежать соляных отложений (накипи) на внутренней поверхности устройства. Соли и примеси остаются в жидкости и выбрасываются наружу, что даёт возможность использовать для получения пара практически любую жидкость или воду без химической подготовки, а также получать пар или пароводяную смесь с различными химическими добавками и реагентами.
Предлагаемый способ предусматривает значительное усиление эффекта воздействия скоростной механической кавитации на жидкость с целью её нагрева, с помощью реализации механизма дополнительного, искусственного образования максимального количества кавитационных пузырьков и механизма их принудительного схлопывания в потоке.
Подаваемая жидкость может представлять собой смесь из различных компонентов. Подачу жидкости в рабочую полость гидродинамического парогенератора осуществляют под избыточным давлением в строго дозируемом количестве. Причём, для предотвращения износа рабочих поверхностей кавитаторов при работе в плотной жидкостной среде, на стадии разогрева парогенератора, до образования пароводяной смеси, жидкость подают в незаполненный парогенератор, начиная подавать её одновременно с пуском парогенератора. Жидкость, вследствие вращения, формируется в увеличивающемся в размере, вращающееся кольцо, постепенно заполняет всю «активную зону» рабочей полости парогенератора 42, 43. Сначала, в полости радиального кольцевого зазора, вступают в работу кавитаторы 1 -го типа 17, расположенные на цилиндрической поверхности дисков, которые обеспечивают загрузку парогенератора по мощности примерно на 30-40%, что позволяет быстро прогреть парогенератор и сформировать рабочий вращающийся поток из пароводяной смеси пониженной плотности. По мере заполнения парогенератора пароводяной смесью, формируется строго определённый размер кольца вращающейся жидкости пониженной плотности 45, незначительно превышающий зону расположения кавитаторов 2-го типа 16, которые вступают в работу и загружают парогенератор по мощности на 100%.
Такой способ подачи воды в незаполненный парогенератор позволяет быстро нагревать дозированное количество жидкости с любой начальной температурой на входе, до температуры парообразования, смешивая её со вновь поступающей водой, образуя пароводяную смесь, и получать в «активной зоне» рабочей полости парогенератора постепенно увеличивающийся объем вращающегося кольца двухфазной парожидкостной среды пониженной плотности с температурой, выше 100 C°, избегая при этом разрушительного воздействия плотной однофазной жидкостной среды на внутреннюю поверхность рабочей полости парогенератора.
В это время происходит интенсивный разогрев парогенератора с образованием перегретой воды и заполнением гидроаккумулятора перегретой воды. Парогенератор выходит в рабочий режим парообразования. В рабочей полости парогенератора, формируется высокоскоростной поток вращающейся жидкости, в котором, при достижении скорости более 50 м/с, начинается процесс интенсивной механической кавитации и, как следствие, быстрый нагрев жидкости Интенсивность кавитации, а, следовательно, и нагрев значительно возрастает с образованием двухфазного потока, состоящего из жидкости и паров жидкости.
В процессе продолжающегося нагрева вращающегося кольца жидкости, в «активной зоне» рабочей полости парогенератора, при превышении давления насыщенного пара, во вращающемся кольце жидкости, величины давления создаваемого центробежной силой (Рцб), воздействующей на этот вращающийся поток, пар (паровая фаза) начинает выходить из вращающегося кольца жидкости, в зону насыщенного пара рабочей полости парогенератора и поднимать давление в этой зоне.
При превышении величины давления в зоне насыщенного пара рабочей полости парогенератора величины равной избыточному давлению подачи воды, клапан 25 закрывается и подача воды прекращается. Дальнейшее подведение к жидкости тепла идёт на процесс интенсивного парообразования - увеличения доли паровой фазы в двухфазной парожидкостной смеси, с выходом её в зону насыщенного пара рабочей полости парогенератора и отбором пара. Этот процесс вызывает сокращение размера вращающегося кольца жидкости до линии 44 в «активной зоне» рабочей полости парогенератора и выведения из работы кавитаторов 2-ого типа 16, снижение интенсивности кавитации, нагрева и процесса парообразования и снижение давления зоне насыщенного пара рабочей полости парогенератора.
При снижении давления в зоне насыщенного пара рабочей полости парогенератора ниже давления подачи жидкости, открывается обратный клапан 25 и подача воды возобновляется. Новая, строго дозированная, порция подаваемой под избыточным давлением жидкости, восстанавливает размер кольца жидкости до линии 45, создавая условия для полноценной работы кавитаторов 2-ого типа 16, возобновления интенсивного нагрева жидкости и роста давления пара. Процесс повторяется.
Таким образом, гидродинамический, «внутренний» нагрев жидкости происходит вследствие возникновения в ней устойчивых процессов скоростной механической кавитации, вызывающих интенсивное выделение тепла. Пульсирующе-дозированная, по строго определённому алгоритму, подача жидкости в гидродинамический парогенератор предлагаемой конструкции, с использованием обратной зависимости между потребляемой мощностью электродвигателя механического привода и давлением, создаваемым в полости парогенератора, обеспечивает создание условий для реализации способа получения пара из жидкости, при отсутствии внешнего температурного воздействия на жидкость, а, следовательно, и отсутствии теплообменной поверхности.
Устройство для получения пара и тепловой энергии состоит из следующих узлов и агрегатов: гидродинамический парогенератор 41 - проточный, без котла, дискового типа предназначен для получения пара, электродвигатель привода гидродинамического парогенератора 40 - предназначен для механического привода гидродинамического парогенератора, питательный насос (38) - подаёт жидкость в блок управления подачей жидкости и далее в парогенератор под давлением, зависящим от режима работы гидродинамического парогенератора, блок управления подачей жидкости 32 - осуществляет дозировано-пульсирующую подачу жидкости в гидродинамический парогенератор по строго определённому алгоритму, электрический шкаф управления гидродинамическим парогенератором 39 - предназначен для управления и контроля за работой электродвигателя и управления работой гидродинамического парогенератора, приборы управления и контроля 21 , 23, 31 , 34, 35, 37 - управляют режимами работы гидродинамического парогенератора и параметрами пара Отличие предлагаемого решения от известных заключается в том, что вода в гидродинамический парогенератор подается с любой начальной температурой, с помощью блока управления подачей воды под строго определённым давлением и расходом, зависящим от параметров пара на выходе из парогенератора, причём параметры пара и производительности парогенератора поддерживаются автоматически с большой точностью.
Гидродинамический парогенератор 41 (фиг.1) состоит из корпуса 3, выполненного в форме кольца, передней 7 и задней 4 боковых крышек, имеющих отверстия для подключения патрубков гидроаккумулятора перегретой воды 18, по крайней мере, один или два ротора в виде дисков 5 и 6, установленных на валу 10 и имеющих радиальный зазор между ними и статором, и осевые зазоры между ними и боковыми крышками корпуса, на цилиндрических и торцевых поверхностях дисков, крышек и корпусе имеются специальные конструктивные элементы - кавитаторы 1-го типа 17 и 2-го типа 16, систему подачи 14 и слива жидкости 2, подшипниковый узел 9 для подключения гидродинамического парогенератора к механическому приводу, промежуточную воздушную камеру 15 с дренажными отверстиями, выходной конус 8 для выхода пара.
Промежуточная (техническая) камера 15 с дренажными отверстиями выполняет роль гарантированного воздушного зазора между парогенератором и подшипниковым узлом и служит как воздушный теплоизолятор между горячей стенкой парогенератора и стенкой подшипникового узла. С одной стороны этой камеры установлено воротниковое уплотнение для исключения попадания масла из подшипникового узла внутрь парогенератора. Масло будет удаляться через дренажное отверстие наружу. С другой стороны камеры установлено торцевое керамическое уплотнение для исключения попадания пара или воды внутрь подшипникового узла - конденсат будет стекать через дренажное отверстие наружу. Таким образом, даже в случае в случае одновременного частичного выхода из строя уплотнений - утечка масла или прорыв пара или воды - парогенератор не потеряет свою работоспособность и "доработает" до планового ремонта.
Рабочая полость парогенератора условно делиться на две части (фиг.4)
- «активная зона» - область высокого давления в рабочей полости парогенератора, которую заполняет вращающееся кольцо жидкости, включающая в себя кольцевой радиальный зазор между корпусом и вращающимися дисками, где расположены кавитаторы 1 типа и область, включающая в себя зазоры между периферийными частями торцевых поверхностей вращающихся дисков и неподвижными поверхностями корпуса и крышек, где расположены кавитаторы 2 типа.
- «зона насыщенного пара» - область низкого давления в рабочей полости парогенератора, расположенную центральнее «активной зоны», включая выходной конус, в которую происходит выход пара из «активной зоны» вращающегося кольца перегретой жидкости, при превышении давления насыщенного пара во вращающемся кольце жидкости, величины давления создаваемого центробежной силой, воздействующей на этот вращающийся поток.
Питательный насос 38 - подаёт в парогенератор жидкость под давлением и в количествах, задаваемых блоком управления подачей жидкости.
Блок управления подачей жидкости (фиг.2) состоит из входного коллектора 20 для подачи в него жидкости 27, давление которой устанавливается краном 31 и контролируется манометром 21, трёх жиклёров 22 различного диаметра, каждый из которых имеет кран управления 23, выходного коллектора 24 с установленным на нём обратным клапаном 25 и электромагнитным клапаном 26, осуществляющими дозировано-пульсирующую подачу жидкости в парогенератор. Электрический шкаф управления гидродинамическим парогенератором 39 с прибором контроля тока 37 осуществляет пуск, остановку электродвигателя привода гидродинамического парогенератора и контроль за его работой.
Реализация способа показана на примере работы устройства. Способ реализуется с помощью заявляемого устройства следующим образом.
Жидкость поступает во входной патрубок 29 питательного насоса 38 и подаётся по трубопроводу 30 под давлением, регулируемым с помощью крана 31 во входной коллектор блока управления подачей жидкости 20. Давление подаваемой жидкости контролируют с помощью манометра давления подачи воды 21. Избыточное давление подаваемой жидкости должно быть на 1,0-2,0 кг/см больше, чем давление пара, выходящего из парогенератора. Параметры отбираемого пара устанавливаются краном 35 и контролируются по манометру давления пара 34, установленному на патрубке выхода пара 36.
При этом существует 3 режима работы:
1. Запуск парогенератора (разгон жидкости до рабочей скорости, создание высокоскоростного вращающегося потока жидкости и прогрев парогенератора до рабочей температуры свыше 100 С0, время запуска - 45-60 секунд.) Перед запуском парогенератора, открывают кран слива жидкости из парогенератора 2, чтобы обеспечить гарантированный пуск незаполненного парогенератора, для обеспечения «лёгкого» пуска, снижения нагрузки на привод, обеспечения быстрого разогрева парогенератора и выхода на рабочий режим. Пуск парогенератора производится кнопкой, расположенной на шкафу управления парогенератором 39. Одновременно запускается электродвигатель 40, питательный насос 38, и начинается подача жидкости в парогенератор с помощью БУПВ 32 через один из жиклёров 22, открываемых одним из кранов 23, имеющий калиброванное отверстие (20% от полного расхода), который обеспечивает подачу жидкости для режима запуска парогенератора, далее, закрывают кран слива жидкости из парогенератора 2. Жидкость под давлением подаётся через трубопровод 33 в камеру охлаждения и смазки торцевого уплотнения 13 и под действием центробежных сил отбрасывается на периферию вращающихся дисков 5,6, где в кольцевом зазоре между дисками и корпусом, в зоне расположения кавитаторов 16, 17, происходит процесс её нагрева. Дозированное поступление жидкости обеспечивает быстрый прогрев парогенератора до рабочей температуры (свыше 100 С0) и заполнение перегретой жидкостью гидроаккумулятора 18. Режим подачи жидкости в незаполненный парогенератор обеспечивает последовательное включение в работу сначала кавитаторов 1-го типа 17, а затем и 2-го типа 16. Дополнительно, плавный гидродинамический пуск обеспечивается устройством плавного пуска электродвигателя, расположенного в электрическом шкафу управления парогенератором 39.
2. Рабочий режим парогенератора (увеличение подачи жидкости, полная загрузка парогенератора по мощности, выход на установленные параметры пара).
После прогрева парогенератора, создаются условия для образования из жидкости пара «на проток», поэтому, при снижении токовой нагрузки по показаниям прибора контроля 37 до 30% от номинала, открывается 2-й 22 (35% расхода), а затем и 3-й жиклёр 22 (45%) расхода) - привод парогенератора загружается на полную мощность, обеспечивая стабильный выход пара. Параметры пара устанавливаются краном 35 по показаниям манометра (34), а производительность - кранами (23) БУПЖ. Образующийся пар отбирается из выходного конуса через патрубок выхода пара 36 в магистраль паропровода, идущего к потребителю пара.
3. Остановка парогенератора (необходимо выполнить условия быстрого удаления жидкости и пара из парогенератора с целью не допустить отложения
«накипи» в рабочей полости парогенератора после остановки дисков):
Остановка парогенератора производиться нажатием кнопки «Стоп» расположенной на электрическом шкафе управления парогенератором 39. При этом одновременно происходит выключение приводного электродвигателя 40 и питательного насоса 38, прекращение подачи жидкости в парогенератор и открытие крана слива жидкости из парогенератора 2. Избыточным давлением пара остатки жидкости удаляются из парогенератора. Это необходимо для того, чтобы исключить возможность образования «накипи» на неподвижных горячих поверхностях рабочей полости парогенератора, которая не образуется в процессе работы, из-за высокой скорости потока жидкости.
Предлагаемый способ и устройство были реализованы. Оптимальные режимы работы: дозированный впрыск жидкости: при мощности привода ПО квт, за 1 оборот диска впрыскивается всего 1 грамм воды с любой начальной температурой. Процесс закипания жидкости происходит через 45-60 секунд, далее обеспечивается стабильная генерация пара с заданными параметрами при производительности 180 кг пара в час.
Применение дозированно-пульсирующего режима подпитки парогенератора, позволяющего, за счёт регулируемых малых доз впрыска и использования аккумулятора перегретой воды, гарантированно поддерживать равновесную температурную точку процесса парообразования в активной зоне рабочей полости парогенератора значительно выше 100 град. С, обеспечивает стабильный процесс парообразования с регулируемыми параметрами и при подаче в парогенератор жидкость с любой начальной температурой , исключая при этом процесс конденсации пара с созданием вакуума в рабочей полости парогенератора.
Дозированная подача жидкости в незаполненный парогенератор необходима для быстрого достижения рабочего режима с образованием пароводяной смеси пониженной плотности и исключения разрушительного износа элементов конструкции парогенератора.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ получения пара и тепловой энергии, включающий подачу жидкости в рабочую полость гидродинамического парогенератора, формирование скоростного потока вращающейся жидкости, нагрев жидкости за счет процессов механической кавитации во вращающемся гидродинамическом потоке жидкости в рабочей полости гидродинамического парогенератора до температуры парообразования, отбор пара, отличающийся тем, что создают двухфазную пароводяную перегретую вращающуюся гидродинамическую среду пониженной плотности в периферийной части рабочей полости гидродинамического парогенератора в зоне кавитации путем подачи жидкости без предварительного подогрева с дозированным расходом под избыточным давлением, обеспечивающим перегрев среды свыше 100°С; прекращают подачу воды при достижении температуры среды, создающей давление в рабочей полости парогенератора, превышающее величину избыточного давления подачи воды, отбирают пар из зоны низкого давления в центральной части рабочей полости при нагреве среды до температуры, при которой давление пара превышает центробежную силу, воздействующую на вращающийся поток жидкости, отбор пара осуществляют при установленном давлении в зависимости от требуемых параметров выхода пара, возобновляют подачу воды при снижении давления в полости парогенератора ниже давления подачи воды.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидкость подают при давлении превышающем установленное давление отбора пара, на величину не менее 1 кг/см .
3. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что скорость потока жидкости превышает величину 50 м/сек.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидкость дозированно подают в незаполненный парогенератор.
5. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что подаваемая жидкость для получения пара может представлять собой смесь из различных компонентов, температура вспышки которых больше температуры в достигаемой в процессе парообразования в рабочей полости парогенератора.
6. Устройство для получения пара и тепловой энергии для реализации способа по п. 1 , содержащее гидродинамический парогенератор с рабочей полостью, включающий корпус из кольца-статора, передней и задней боковых крышек, имеющих отверстия для подключения патрубков, по крайней мере, один ротор в виде диска, установленный на валу и имеющий радиальный зазор между ним и статором и осевые зазоры между ним и боковыми крышками корпуса, кавитаторы, расположенные на цилиндрической и торцевой поверхностях диска, крышек и корпуса соответственно, систему подачи и слива жидкости, узел для подключения к механическому приводу, патрубок для отбора пара, отличающийся тем, что оно дополнительно содержит блок управления подачей жидкости (БУПЖ), работающий в импульсном режиме; обеспечивающий дозировано-пульсирующую подачу жидкости в рабочую полость парогенератора, электромагнитный клапан, обеспечивающий через систему обратной связи управление производительностью парогенератора и установленный в системе подачи жидкости в парогенератор между БУПЖ и парогенератором, систему регулировки параметров пара, установленную на патрубке для отбора пара, гидроаккумулятор перегретой воды образованный патрубками, соединяющими отверстия в задней и передней крышках, образующими замкнутый контур, промежуточную камеру с воздушным зазором и дренажными отверстиями, разделяющую рабочую полость парогенератора от узла для подключения к механическому приводу, входное отверстие для подачи жидкости в рабочую полость парогенератора расположено в центральной части задней крышки в зоне торцевого уплотнения.
PCT/RU2016/000300 2016-05-20 2016-05-20 Способ и устройство для получения пара WO2017200414A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2016/000300 WO2017200414A1 (ru) 2016-05-20 2016-05-20 Способ и устройство для получения пара

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2016/000300 WO2017200414A1 (ru) 2016-05-20 2016-05-20 Способ и устройство для получения пара

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017200414A1 true WO2017200414A1 (ru) 2017-11-23

Family

ID=60325984

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000300 WO2017200414A1 (ru) 2016-05-20 2016-05-20 Способ и устройство для получения пара

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2017200414A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114427677A (zh) * 2022-01-27 2022-05-03 嵊州一元环保技术有限公司 一种用于产生蒸汽或热水的空化系统
CN116906878A (zh) * 2023-08-15 2023-10-20 海南巨澜新能源股份有限公司 磁流体空化蒸汽发生器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU52976U1 (ru) * 2005-12-23 2006-04-27 Александр Петович Архипов Роторный кавитационный парогенератор
RU2428624C1 (ru) * 2009-12-10 2011-09-10 Виктор Михайлович Лятхер Энергетическая кавитационная установка и кавитационный парогенератор (варианты)
US20150176836A1 (en) * 2011-05-19 2015-06-25 James L. Griggs Apparatus for Heating Fluids

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU52976U1 (ru) * 2005-12-23 2006-04-27 Александр Петович Архипов Роторный кавитационный парогенератор
RU2428624C1 (ru) * 2009-12-10 2011-09-10 Виктор Михайлович Лятхер Энергетическая кавитационная установка и кавитационный парогенератор (варианты)
US20150176836A1 (en) * 2011-05-19 2015-06-25 James L. Griggs Apparatus for Heating Fluids

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114427677A (zh) * 2022-01-27 2022-05-03 嵊州一元环保技术有限公司 一种用于产生蒸汽或热水的空化系统
CN116906878A (zh) * 2023-08-15 2023-10-20 海南巨澜新能源股份有限公司 磁流体空化蒸汽发生器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20170041197A (ko) 열 에너지를 사용하기 위한 장치, 시스템 및 방법
TW201224376A (en) Apparatus and method for utilizing thermal energy
RU2633725C1 (ru) Способ и устройство для получения пара
WO2017200414A1 (ru) Способ и устройство для получения пара
RU52976U1 (ru) Роторный кавитационный парогенератор
WO2013006080A1 (ru) Способ и вихревой теплогенератор для получения пара и тепловой энергии
RU2142604C1 (ru) Способ получения энергии и резонансный насос-теплогенератор
RU2534198C2 (ru) Способ и устройство для получения тепловой энергии
RU2527545C1 (ru) Многофункциональный вихревой теплогенератор (варианты)
RU61015U1 (ru) Кавитационно-вихревой теплогенератор
RU2719612C1 (ru) Теплогенератор
RU2242684C1 (ru) Способ получения тепла и устройство для его осуществления
RU2257514C1 (ru) Устройство для нагрева воды
RU2347155C1 (ru) Проточный нагреватель роторного типа
CN108691818B (zh) 一种快速启动浮动加热旋转喷射的扩散泵
RU55104U1 (ru) Тепловой насос (варианты)
RU2307988C1 (ru) Теплогенератор
RU2235950C2 (ru) Кавитационно-вихревой теплогенератор
RU2632021C2 (ru) Проточный нагреватель роторного типа
CN203586179U (zh) 一种蒸汽发生装置
RU2775981C1 (ru) Напорный центробежно-вихревой деаэратор (2 варианта)
RU2378585C1 (ru) Теплопарогенератор вихревого типа
RU2377475C2 (ru) Кавитационный реактор
RU2197688C1 (ru) Теплогенератор для нагрева жидкостей
UA135816U (uk) Роторний гідродинамічний пристрій

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16902549

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16902549

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1