ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2231004
РОТОРНЫЙ КАВИТАЦИОННЫЙ НАСОС-ТЕПЛОГЕНЕРАТОР
Имя изобретателя: Петраков Александр Дмитриевич (RU); Радченко Сергей Михайлович (RU); Яковлев Олег Павлович
Имя патентообладателя: Петраков Александр Дмитриевич (RU); Радченко Сергей Михайлович (RU); Яковлев Олег Павлович (RU)
Адрес для переписки: 656037, г.Барнаул, ул. Карагандинская, 6а, С.М. Радченко
Дата начала действия патента: 2002.10.23
Изобретение относится к
конструкциям насосов-теплогенераторов для
использования в локальных системах
отопления и горячего водоснабжения и
нагрева жидкостей в различных
технологических системах. Насос-теплогенератор
содержит полый корпус с патрубками подвода
нагреваемой жидкости и отвода нагретой
жидкости, ротор с кольцом ротора, имеющим
цилиндрические отверстия, кольцо статора с
внезапно расширяющимися отверстиями и
стержневые излучатели. Входной и выходной
диаметры отверстий в кольце статора, а
также длина расширенной части указанных
отверстий находятся в определенных
зависимостях. Изобретение направлено на
повышение эффективности преобразования
механической энергии в тепловую за счет
более полного использования кинетической
энергии струй жидкости и упрощение
конструкции насоса.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к
конструкциям насосов-теплогенераторов,
которые могут быть использованы
преимущественно в локальных системах
теплоснабжения промышленных зданий, цехов,
общественных и жилых помещений, а также для
нагрева жидкостей в различных
технологических системах.
Известна конструкция насоса-теплогенератора
(патент Российской Федерации RU №2160417), в
котором имеется полый корпус со
всасывающим патрубком для подвода
нагреваемой жидкости и нагнетательным
патрубком для отвода нагретой жидкости.
Внутри корпуса расположены: ротор в виде
центробежного колеса с отверстиями по
периферии и статор с отверстиями. Статор
установлен коаксиально ротору. Отверстия
ротора выполнены в виде коноидальных
насадков, сужающихся в сторону статора.
Отверстия статора выполнены в виде
внезапно расширяющихся насадков с
переходом в конические расходящиеся
насадки с углом расширения  .
Недостатками известного устройства
являются:
- отсутствие зон кавитации в отверстиях
ротора,
- форма отверстий статора недостаточно
использует энергию транзитной струи
жидкости в целях расширения зон кавитации,
являющихся основными источниками
тепловыделения.
Известен наиболее близкий к изобретению
роторный насос-теплогенератор (патент
Российской Федерации RU №2159901), в котором
имеется полый корпус со всасывающим
патрубком для подвода нагреваемой жидкости
и нагнетательным патрубком для отвода
жидкости. Внутри корпуса концентрично друг
другу расположены ротор и статор. В
периферийной части ротора, в кольцевой
насадке, отверстия выполнены в виде внешних
цилиндрических насадков Вентури, а
отверстия в статоре выполнены
расширяющимися в сторону корпуса и
имеющими форму внезапно расширяющихся
насадков.
Недостатками известного устройства
являются:
- недостаточное использование энергии
транзитной струи жидкости в отверстиях
статора в целях образования
гидродинамической кавитации,
- не проработано соотношение диаметров
отверстий в кольцах статора (начальный
диаметр и диаметр расширенного участка) в
целях максимального развития кавитации в
водоворотных зонах;
- не определена оптимальная длина
расширенного участка отверстий статора по
отношению к высоте уступа K=(D/2 - d/2), где D –
выходной диаметр отверстий; d – входной
диаметр отверстий.
Задача изобретения - создание устройства,
позволяющего более полно использовать
кинетическую энергию транзитной части
струи жидкости в отверстиях статора для
нагрева жидкости за счет оптимального
соотношения диаметров и длины расширенной
части отверстий, размещения стержневых
излучателей и кавитационных эффектов
преобразования кинетической энергии в
тепловую.
Поставленная задача достигается тем, что в
роторном кавитационном насосе-теплогенераторе,
содержащем полый корпус со всасывающим
патрубком для подвода нагреваемой жидкости
и нагнетательным патрубком для отвода
нагретой жидкости, внутри которого
расположены: ротор с кольцом ротора,
имеющим цилиндрические отверстия, и статор
с кольцом статора, имеющим внезапно
расширяющиеся отверстия, согласно
изобретению отверстия в кольце статора
выполнены внезапно расширяющимися с
соотношением входного и выходного
диаметров отверстий d/D=0,6, а длина
расширенной части отверстий находится в
зависимости L=5(D/2 - d/2). По оси отверстий
кольца статора могут быть установлены
стержневые излучатели, имеющие острые
кромки с углом заточки до 30° и расширенные
части.
На фиг.1 изображен поперечный разрез
роторного кавитационного насоса-теплогенератора,
состоящего из следующих основных деталей: 1
- полый корпус; 2 - вал ротора; 3 - кольцо
ротора; 4 - кольцо статора; 5 - отверстия в
кольце статора в виде внезапно
расширяющихся насадков; 6 - стержневые
излучатели.
На фиг.2 изображено положение колец 3, 4
ротора и статора при совмещении отверстий.
В данном положении происходит образование
зон кавитации в кольце ротора - зона А, в
кольце статора - зона Б, на стержневом
излучателе 6 - зона С.
На фиг.3 изображено положение колец 3, 4
ротора и статора при смещении, несовпадении
отверстий. В момент перекрытия отверстий в
зоне А возникает гидравлический удар,
способствующий исчезновению (схлопыванию)
кавитационных пузырьков, а в зонах Б и С
кавитационные пузырьки охлопываются под
действием давления жидкости Р2 в корпусе 1
насоса-теплогенератора.
Насос-теплогенератор содержит корпус 1 (фиг.1)
с патрубками для подвода и отвода
нагреваемой жидкости, внутри которого
расположены стержневые излучатели 6, и
кольцо 4 статора (фиг.1, 2, 3). Внутри корпуса 1
концентричного кольцу 4 статора расположен
ротор с кольцом 3 ротора, закрепленные на
валу 2.
В периферийной части ротора отверстия
выполнены цилиндрическими, а отверстия 5 в
кольце 4 статора выполнены внезапно
расширяющимися с отношением диаметров d/D=0,6,
где d – входной диаметр отверстий; D –
выходной диаметр отверстий.
Длина расширенной части отверстий 5
определяется как L=5(D/2 - d/2).
По оси отверстий 5 кольца 4 статора
расположены стержневые излучатели 6,
предназначенные для образования
водоворотных зон С и ультразвуковой
кавитации, возникающей на острых кромках
излучателей 6 - “клиновой тон”.
Работает описанный роторный кавитационный
насос-теплогенератор следующим образом.
Нагреваемая жидкость по всасывающему
патрубку полого корпуса 1 поступает в ротор
с кольцом 3 ротора. Ротор, вращаемый валом 2,
лопатками воздействует на жидкость,
сообщая ей кинетическую энергию и
направляя ее в отверстия кольца 3 ротора.
Жидкость, проходя через отверстия кольца 3
ротора, образует водоворотные зоны А с
пониженным давлением и образованием в ней
кавитационных пузырьков. Транзитная струя
жидкости в пределах зоны А также насыщается
кавитационными пузырьками.
В момент совмещения отверстий кольца 3
ротора и отверстий 5 кольца 4 статора (фиг.2)
жидкость, проходящая через отверстия
ротора, образующая водоворотные зоны А и
обладающая большой кинетической энергией,
попадая во внезапно расширяющиеся
отверстия 5 кольца 4 статора, образует
водоворотные зоны Б. Транзитные же части
струй, огибая стержневые излучатели 6,
образуют водоворотные зоны С, которые
являются центрами образования
кавитационных пузырьков (зоны А, Б, С).
Наиболее выгодны, с точки зрения
образования кавитационных пузырьков,
соотношение диметров отверстий 5 кольца 4
статора d/D=0,6 (фиг.3) и длины отверстий 5
расширенной части L=5(D/2 - d/2) (фиг 2).
Кроме того, при натекании транзитных струек
жидкости, проходящих через внезапно
расширяющиеся отверстия 5 кольца 4 статора,
на клиновидные края стержневых излучателей
6 появляется “клиновой тон”, это
ультразвук, возникающий при угле заточки
кромки около 30°. Транзитная часть струек
жидкости, попадая на острые края
излучателей 6, разбивается этими краями так,
что с обеих сторон появляются вихри.
В момент перекрытия отверстий кольца 3
ротора боковыми стенками (перегородками)
кольца 4 статора (фиг.3) происходит резкое
повышение давления в отверстиях кольца 3
ротора (гидравлические удары),
способствующие захлопыванию кавитационных
пузырьков в зонах А, а статическим
давлением Р2, поддерживаемым в корпусе
теплогенератора, обеспечивается
захлопывание кавитационных пузырьков в
зонах Б и С и в вихрях, расходящихся от
острых кромок стержневых излучателей 6.
Выделившаяся в результате захлопывания
кавитационных пузырьков энергия
передается нагреваемой жидкости.
Варьируя расход протекающей жидкости,
изменяют соотношение давлений Р1 и Р2,
которые при наложении колебаний от
гидравлических ударов в роторе и
стержневых излучателей 6, при известной
скорости вращения ротора, способствуют
возникновению автоколебательного режима в
гидравлической системе.
С момента установления режима
автоколебаний скорость нагрева жидкости
возрастает, а потребление энергии на
приводе теплогенератора снижается.
Указанный насос-теплогенератор можно
применять для отопления и горячего
водоснабжения жилых зданий и промышленных
помещений, а также для нагрева жидкостей в
технологических процессах.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Роторный кавитационный насос-теплогенератор,
имеющий полый корпус со всасывающим
патрубком для подвода нагреваемой жидкости
и нагнетательным патрубком для отвода
нагретой жидкости, внутри которого
расположены ротор с кольцом ротора, имеющим
цилиндрические отверстия, и статор с
кольцом статора, имеющим внезапно
расширяющиеся отверстия, и стержневыми
излучателями, отличающийся тем, что
отверстия в кольце статора выполнены
внезапно расширяющимися с соотношением
входного и выходного диаметров отверстий d/D=0,6,
а длина расширенной части отверстий
находится в зависимости L=5(D/2 - d/2). Роторный кавитационный насос-теплогенератор
по п.1, отличающийся тем, что по оси
отверстий кольца статора установлены
стержневые излучатели, имеющие острые
кромки с углом заточки до 30° и расширенные
части.
Версия для печати
Дата публикации 06.12.2006гг
вверх
|
