Вихревой теплогенератор

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Республиканское государственно-общественное объединение Белорусское добровольное пожарное общество(72) Авторы Астапов Валерий Петрович Жидович Анатолий Иосифович Михальченя Станислав Францевич(73) Патентообладатель Республиканское государственно-общественное объединение Белорусское добровольное пожарное общество(57) Вихревой теплогенератор для нагрева жидкости, содержащий корпус с установленным в нем центробежным рабочим колесом с покрывными дисками, отличающийся тем, что в корпусе образована кольцевая полость, ограниченная торцовыми поверхностями корпуса,а также наружным диаметром рабочего колеса и внутренним диаметром корпуса, на боковой поверхности покрывных дисков закреплены упругие элементы, между которыми установлено кольцо разделения и разворота жидкости в осевом направлении и в противоположные стороны, а площадь заполнения диаметрального сечения кольцевой полости упругими элементами составляет 10-60 . 14571 1 2011.06.30 Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в теплоснабжении при обогреве зданий и сооружений, а также в производстве горячей воды. Известно устройство для нагрева жидкости патент 2270965 1, МПК 24 3/00,содержащее корпус, имеющий входные и выходные отверстия для подачи и отвода жидкости, а также ротор, выполненный в виде диска с глухими отверстиями, расположенными на его торцовых поверхностях. Ротор установлен на валу в полости корпуса. Входные отверстия расположены на торцовых поверхностях корпуса вблизи вала. Выходные отверстия размещены на цилиндрической части корпуса. На внутренних торцовых поверхностях корпуса также выполнены глухие отверстия. Работает устройство следующим образом. Через входные отверстия жидкость подается в полость корпуса. При включении электродвигателя ротор приводит в движение жидкость. Под действием центробежной силы она движется в зазоре между торцовыми стенками ротора и корпуса, заходя в отверстия как ротора, так и корпуса. Возникающее трение приводит к нагреву жидкости, которая выводится из устройства через выходные отверстия. Недостатки устройства связаны с низкой эффективностью нагрева жидкости. Установка на входе в устройство дроссельных шайб вызывает потери давления и требует увеличения напора, а значит, и мощности электродвигателя насоса, подающего жидкость в теплогенератор. Указанное обстоятельство приводит к дополнительным энергозатратам на единицу массы жидкости, подвергаемой нагреву. Известно устройство нагрева жидкости патент 2279 018 1, МПК 24 3/00,принятое в качестве прототипа. Этот вихревой теплогенератор нагрева жидкости имеет корпус с установленным в нем рабочим колесом центробежного насоса с покрывными дисками. Рабочее колесо перекрыто ободом, в котором расположены форсунки подачи жидкости в сопловой конусообразный аппарат. При этом форсунки могут быть выполнены в виде кольцевой профилированной щели. Теплогенератор работает следующим образом. После заполнения корпуса и соплового конического аппарата жидкостью приводится во вращение рабочее колесо. В полости рабочего колеса возникает давление, и жидкость через кольцевую форсунку поступает в сопловой конический аппарат, в котором происходит непрерывное тепловыделение за счет вихревых и кавитационных процессов. Тепловыделение дополнительно интенсифицируется за счет действия акустических резонаторов, установленных в конечной части конусообразного аппарата или электромагнитного воздействия токами высокой частоты. Недостатки устройства связаны с низкой эффективностью преобразования механической энергии приводного электродвигателя в тепловую. Низкая эффективность обусловлена прежде всего недостаточно развитой кавитацией, которая вносит основной вклад в преобразование механической энергии в тепловую. Для работы кольцевой форсунки в полости рабочего колеса создается область высокого давления, на что затрачивается механическая энергия. Далее жидкость из этой области дросселируется, что вызывает дополнительные потери энергии. В узкой части конусообразного аппарата установлены устройства, предназначенные для повышения эффективности работы аппарата (акустические или электромагнитные). Однако эффективность их применения низкая, поскольку процесс кавитации в этой области ослабевает. Кроме того, процесс кавитации и акустическая или электромагнитная обработка жидкости разорваны во времени и пространстве. Все это позволяет сделать вывод о невысокой эффективности преобразования механической энергии в тепловую. Целью изобретения является повышение эффективности преобразования механической энергии в тепловую в вихревом теплогенераторе для нагрева жидкости. Поставленная цель достигается тем, что в вихревом теплогенераторе для нагрева жидкости, содержащем корпус с установленным в нем центробежным рабочим колесом 2 14571 1 2011.06.30 с покрывными дисками, образована кольцевая полость, ограниченная торцовыми поверхностями корпуса, а также наружным диаметром рабочего колеса и внутренним диаметром корпуса, на боковой поверхности покрывных дисков закреплены упругие элементы, между которыми установлено кольцо разделения и разворота жидкости в осевом направлении и в противоположные стороны, а площадь заполнения диаметрального сечения кольцевой полости упругими элементами составляет 10-60 . На фиг. 1 приведен разрез вихревого теплогенератора, на фиг. 2 - фрагмент крепления упругого элемента. Теплогенератор содержит корпус 1, в котором размещено рабочее колесо 2, закрытое с двух сторон покрывными дисками 3. Между внутренней поверхностью корпуса и наружным диаметром колеса образована кольцевая полость 4, в которой размещены упругие элементы 5, закрепленные в покрывных дисках рабочего колеса. В качестве упругих элементов могут быть использованы пучки стальной проволоки или отрезки стальных тросов. В корпусе между упругими элементами закреплено кольцо 6 разделения и разворота жидкости в осевом направлении и в противоположные стороны. Это кольцо, развернув поток жидкости на два, направляет потоки через упругие элементы в кольцевую камеру 4. Осевой вход жидкости обозначен цифрой 7, выход жидкости - цифрой 8. Рабочее колесо 2 закреплено на валу 9 электродвигателя 10. Фрагмент крепления упругого элемента в покрывном диске показан на фиг. 2. Из фиг. 2 видно, что упругий элемент устанавливается, например, в отверстие и фиксируется болтом 11. Работает устройство следующим образом. После заполнения корпуса водой включается электропривод рабочего колеса 2. Лопатки рабочего колеса сообщают жидкости кинетическую энергию и обеспечивают ей движение. Жидкость на выходе из рабочего колеса разделяется кольцом 6 на две части, каждая из которых проходит через упругие элементы 5 и попадает в кольцевую полость 4, из которой удаляется через отверстия 8. При быстром вращении рабочего колеса на его лопатках возникает начальная или предварительная кавитация. Вода с пузырьками пара, воздуха или их смеси попадает далее в кольцевую зону (полость), где взаимодействие с упругими элементами приводит к разрыву сплошности среды и интенсивной кавитации. За каждым упругим элементом образуется зона пониженного давления, в которой возникает кавитация. Кроме того, каждый упругий элемент при движении в потоке совершает возвратно-поступательные и колебательные движения с большой частотой. Упругие элементы колеблются с различными частотами. В целом при вращении упругие элементы генерируют широкий спектр частот от звуковых до ультразвуковых. Колебания упругих элементов также вносят свой вклад в развитие интенсивной кавитации. Возникает кавитационное кипение жидкости, при котором энергия, запасенная в кавитационных пузырях, выделяется, переходя в тепло и повышая температуру жидкости. В предлагаемом устройстве в отличие от прототипа жидкость одномоментно подвергается воздействию гидродинамической и акустической кавитации, приводящей к интенсивному нагреву. Рабочее колесо с упругими элементами обеспечивает образование кавитации и одновременно является генератором звуковых и ультразвуковых волн. Такое функциональное совмещение в одной детали нескольких повышает эффективность нагрева за счет снижения теплопотерь. Эффективность нагрева жидкости также зависит от количества упругих элементов, закрепленных на роторе. Экспериментально зарегистрирована пороговая площадь заполнения кольцевого зазора полости упругими элементами, при которой устройство начинает работать. Она составляет 10 . Увеличение площади заполнения более 60 повышает гидравлическое сопротивление кольцевого зазора и снижает эффективность нагрева. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4