ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2160417
НАСОС-ТЕПЛОГЕНЕРАТОР ДЛЯ АВТОНОМНЫХ
ЗАМКНУТЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Имя изобретателя: Петраков Александр Дмитриевич; Маспанов Геннадий Павлович
Имя патентообладателя: Петраков Александр Дмитриевич; Маспанов Геннадий Павлович
Адрес для переписки: 658224, Алтайский край, г. Рубцовск, пр. Ленина 64, кв.116, Петракову А.Д.
Дата начала действия патента: 1998.05.29
Изобретение относится к
конструкциям насосов-теплогенераторов,
которые могут быть использованы в
автономных замкнутых системах
теплоснабжения и нагрева жидкости в
технологических системах без сгорания
органического топлива. Роторный насос-теплогенератор
содержит полый корпус со всасывающим
патрубком для подвода нагреваемой жидкости
и нагнетательным патрубком для отвода
нагретой жидкости. Внутри расположены
ротор в виде центробежного колеса с
отверстиями по периферии и статор с
отверстиями. Статор установлен коаксиально
ротору. Центробежное колесо выполнено
двухпоточным. Отверстия ротора - 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  =90°.
Такая форма отверстий статора позволяет
устранить эффект Коанда (прилипания)
пограничного слоя жидкости к прилегающей
стенке и увеличить зоны гидродинамической
кавитации. Изобретение направлено на
создание более простого устройства, а также
интенсификацию нагрева жидкости за счет
повышения силы гидравлического удара и
гидродинамической кавитации.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к
конструкциям насосов-теплогенераторов,
которые могут быть использованы
преимущественно в автономных замкнутых
системах теплоснабжения жилых,
общественных и промышленных зданий, а также
для нагрева жидкостей в технологических
системах.
Ближайшим технологическим решением
является ультразвуковой активатор (патент
RU N 2054604 C1 от 20.02.1996), содержащий две или более
соединенные последовательно рабочие
камеры, в каждой из которых установлены
рабочие колеса центробежного насоса,
скрепленные на периферии роторами в виде
перфорированных колец. Коаксиально роторам
в корпусах рабочих камер напротив каждого
ротора закреплен статор, выполненный в виде
перфорированного кольца. Рабочие камеры
сообщены между собой посредством
диффузоров. Последняя рабочая камера
соединена с первой камерой циркуляционным
контуром.
Недостатками известного устройства
являются:
-
большие осевые нагрузки на подшипники;
-
нетехнологичность сборки, так как
требуется поэлементная единовременная
сборка ротора, деталей корпуса, статора;
-
трудность обеспечения взаимной центровки
спрягаемых деталей;
-
сложность обеспечения высокой плотности
корпуса устройства при колебаниях давления
и температуры.
Задача изобретения - создание более
простого устройства, а также
интенсификация нагрева жидкости за счет
повышения силы гидравлического удара и
гидродинамической кавитации.
Поставленная задача достигается тем, что в
роторном гидроударном насосе-теплогенераторе,
содержащем корпус с патрубками для подвода
и отвода жидкости, внутри корпуса
концентрично друг другу расположены ротор
и статор. В периферийной части ротора
выполнены отверстия в виде коноидальных
насадков, расширяющиеся части которых
расположены к центру ротора. В статоре
отверстия выполнены расширяющимися в
сторону корпуса и имеющими форму внезапно
расширяющегося насадка с переходом в
конический расходящийся насадок с углом
расширения
=90o.
Такая форма отверстий статора позволяет
устранить эффект Коанда - прилипания
пограничного слоя жидкости к прилегающей
стенке и в большей степени способствует
возникновению гидродинамической кавитации,
чем, например, отверстия статора,
выполненные в виде конического
расходящегося насадка.
Ротор оснащен лопатками, как центробежный
насос, предназначенными для сообщения
центробежной силы нагреваемой жидкости.
 |
На фиг. 1 изображен продольный разрез насоса-теплогенератора,
состоящего из следующих основных деталей:
1 - полый корпус (статор);
2 - кольцо статора с отверстиями;
3 - ротор, выполненный в виде двухпоточного
центробежного колеса;
4 - вал ротора;
5 - кольцо ротора с отверстиями;
6 - всасывающие патрубки корпуса насоса-теплогенератора;
|
|
 |
На фиг. 2 изображен поперечный разрез насоса-теплогенератора:
7 - патрубок для отвода нагреваемой жидкости;
8 - всасывающие полости ротора.
|
На фиг. 3 изображено положение колец ротора
и статора при совмещении отверстий. В этом
положении в зонах II возникает
гидродинамическая кавитация.
На фиг. 4 изображено положение колец ротора
и статора при несовпадении (перекрытии)
отверстий. В этот момент в зонах I ротора
возникают гидравлические удары, а в зонах II
исчезают кавитационные пузырьки под
действием гидростатического давления в
нагнетательной полости.
РАБОТАЕТ ОПИСАННЫЙ НАСОС-ТЕПЛОГЕНЕРАТОР
СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ
Нагреваемая жидкость по всасывающему
патрубку 6 полого корпуса 1 фиг. 1 поступает
во всасывающую полость 8 и, разделившись на
два потока, направляется в ротор 3,
выполненный в форме двухпоточного рабочего
колеса центробежного насоса.
Ротор 3, вращаясь, воздействует лопатками на
жидкость, отбрасывая ее к периферийной
части и сообщая потоку жидкости
кинетическую энергию.
Жидкость, проходя через коноидальные
отверстия, разделяется на струи с
максимальной удельной кинетической
энергией и максимальной скоростью по
сравнению с другими формами насадок.
В момент перекрытия отверстий ротора 5
боковыми стенками статора 2 фиг. 4
происходит резкое повышение давления (в
зоне I фиг. 4) - прямой гидравлический удар.
Так как количество отверстий в роторе и
статоре одинаковое, то радиальные
направления гидравлических ударов струек
равномерно распределены по окружности
статора. В момент совмещения отверстий
ротора и статора происходит резкое
снижение давления и часть энергии жидкости
переходит в тепловую энергию, которую можно
определить по формуле:
В момент совмещения отверстий ротора 5 и
статора 6 жидкость, получившая высокую
кинетическую энергию, попадает в
расходящиеся отверстия статора, где
происходит резкое повышение давления и
падение скорости жидкости, а из-за
внезапного расширения отверстий в статоре
и из-за большого угла расширения стенок
отверстий - фиг. 3 - происходит отрыв струи
жидкости от стенок. В зоне II фиг. 3
происходит резкое понижение давления ниже
давления водяных паров, жидкость вскипает,
возникает гидродинамическая кавитация. В
момент следующего перекрытия отверстий
ротора стенками статора в отверстиях
статора, в зонах II, давление повышается, и
кавитационные пузырьки "схлопываются",
вызывая местные гидравлические микроудары,
сопровождающиеся высокими забросами
давления до 1500-2000 кг/см2 и температуры
1000-1500oC.
Колебания гидравлической системы,
вызванные гидравлическими ударами и
гидродинамической кавитацией, налагаясь,
способствуют возникновению режима
автоколебаний. С момента установления
режима автоколебаний скорость нагрева
жидкости резко возрастает.
Жидкость, нагретая в результате выделения
энергии, вытесняется к выпускному патрубку
7 фиг. 2 и направляется в систему
теплопотребления.
Указанный насос-теплогенератор можно
применять для отопления и горячего
водоснабжения коттеджей, сельских,
гражданских и промышленных объектов, а
также для нагрева жидкостей в
технологических процессах.
Использование предлагаемого насоса-теплогенератора
позволяет обеспечить горячей водой и
тепловой энергией объекты, удаленные от
магистральных трубопроводов, а окружающая
среда не загрязняется продуктами сгорания
топлива в местах выработки тепловой
энергии.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Т.М. Башта. Машиностроительная гидравлика.
- М.: Машиностроение, 1971 г., стр. 44-49, 118, 349, 375,
379-381, 509-512.
2. Л. М. Курганов, Н.Ф. Федоров. Справочник по
гидравлическим расчетам систем
водоснабжения и канализации. - Ленинград:
Стройиздат, 1973 г., стр. 56-67, 185-194.
3. Л.И. Богомолов, К.А. Михайлов. Гидравлика. -
М.: Стройиздат, 1972 г., стр. 87-92, 142-150, 398-405.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Роторный насос-теплогенератор,
содержащий полый корпус со всасывающим
патрубком для подвода нагреваемой жидкости
и нагнетательным патрубком для отвода
нагретой жидкости и расположенные внутри
корпуса ротор в виде центробежного колеса с
отверстиями по периферии и статор с
отверстиями, установленный коаксиально
ротору, отличающийся тем, что центробежное
колесо выполнено двухпоточным, отверстия в
роторе - в виде коноидальных насадок,
сужающихся в сторону статора, а отверстия
последнего - в виде внезапно расширяющихся
насадков с переходом в конические
расходящиеся насадки с углом расширения
= 90o.
Версия для печати
Дата публикации 08.12.2006гг
вверх
|
