| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2257514
ПРИСТРІЙ ДЛЯ НАГРІВУ ВОДИ
Ім'я винахідника: Адаменко Микола Васильович (RU); Касаткін Володимир Миколайович (RU); Ківа Анатолій Іванович
Ім'я патентовласника: Адаменко Микола Васильович (RU); Касаткін Володимир Миколайович (RU); Ківа Анатолій Іванович (RU)
Адреса для листування: 123103, Москва, наб. Новикова-Прибоя, 10, корп.2, кв.51, А.І. Ківі
Дата початку дії патенту: 2003.10.22
Винахід відноситься до області теплоенергетики і може бути використано в компактних, в тому числі перевозяться, автономних системах опалення та гарячого водопостачання.
Пристрій для нагріву рідини містить теплогенератор насосного типу, що складається з корпусу, що має циліндричну частину, і розташовані в корпусі, щонайменше, один засіб для прискорення руху рідини, виконане у вигляді робочого колеса, що складається з двох дисків заданого профілю з можливістю обертання його під дією приводу, і диска у вигляді плоского кільця, закріпленого всередині циліндричної частини корпусу в зоні обертання робочого колеса, коаксиально йому, один засіб для гальмування руху рідини у вигляді конусного спрямляющего апарату з розташованими вертикально до стінок конуса пластинами, і систему теплообміну, підключену до нагнетательному патрубку і до насоса. Диски робочого колеса при їх з'єднанні бічними поверхнями утворюють сопла, розташовані ближче до його торця. Робоче колесо і нерухомий диск прилеглими між собою торцевими канавками-спіралями, розташованими опозитно, під кутом до радіусу кола, що обмежує зовнішні торці канавок, утворюють щілину змінного перерізу для всмоктування через сопла і подачі споживачам підігрітою рідини. В окремому випадку реалізації винаходу робоче колесо може бути встановлено з можливістю регулювання зазорів між його боковими поверхнями і кришками входу і виходу теплогенератора. Винахід дозволяє підвищити ефективність, стабільність і керованість процесу нагріву рідини, ККД і коефіцієнт використання потужності приводу.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до області теплоенергетики і може бути використано в автономних системах опалення та гарячого водопостачання. Відомі пристрої-аналоги, які використовують зміни фізико-механічних параметрів робочого середовища, наприклад тиску, обсягу і швидкості течії, для отримання теплової енергії: ультразвуковий активатор (патент PФ №2054604 від 20.02.1996 р), пристрій для нагріву рідини (патент РФ № 2162571 від 27.01.2001 р).
Пристрій (патент №2054604) містить дві або більше з'єднані послідовно робочі камери, в кожній з яких встановлені робочі колеса відцентрового насоса, скріплені на периферії роторами у вигляді перфорованих кілець, коаксиально яким в корпусах робочих камер напроти кожного ротора закріплений статор. Робочі камери повідомлені між собою за допомогою дифузорів. Остання робоча камера з'єднана з першою камерою циркуляційним контуром, забезпеченим дросельним елементом.
Недоліки відомого пристрою: нетехнологічність одноразової збірки ротора, деталей корпусу, статора; труднощі забезпечення взаємної центрування сполучених деталей. Установка нерухомого робочого органу на виході рухомого робочого органу призводить до передачі всього напору робочого колеса на невеликій ділянці нерухомого робочого органу, що викликає підвищений його знос.
Пристрій для нагріву рідини (патент №2162571) містить теплогенератор, що складається з корпусу, що має циліндричну частину з двома вбудованими гальмівними системами, і прискорювача руху рідини, виконаного у вигляді циклону (камери закрутки), насос, з'єднаний з теплогенератором допомогою інжекційного патрубка, і систему теплообміну.
Недоліками відомого пристрою є: нестабільна теплопродуктивність теплогенератора; недоотримання потенційно досяжного тепла на його виході через наявність двох послідовно з'єднаних гальмівних систем, значні габарити, металоємність і вартість, викликані великою довжиною циліндричного корпусу теплогенератора.
В якості найбільш близького до винаходу за сукупністю суттєвих ознак технічного рішення - прототипу прийнятий теплогенератор приводний кавітаційний, що включає корпус, в якому розташовані відносно рухомі органи, вхід і вихід яких гідравлічно повідомлені за допомогою циркуляційного каналу з дросселирующим елементом. Робочі органи, щонайменше, один з яких пов'язаний з приводним двигуном, виконані у вигляді опозитно розташованих дисків, встановлених з гарантованим зазором між їх торцями (патент РФ №2201562, кл. F 24 J 3/00 від 27.03.2003 р) .
В даному теплогенераторі рухливий диск закріплений на торці вала електроприводу, утворюючи консольную конструкцію, що при обертанні вала і диска з великою швидкістю для формування інтенсивних вихорів в порожнині з опозитно закріпленим диском викликає великі осьові навантаження і биття підшипників, що, в свою чергу, змінює необхідний зазор між торцями рухомого ( "консольного") і нерухомого дисків, призводить до порушення дросселирующего і циркуляційного ефекту, особливо при великих теплових потужностях, до зниження теплової потужності і надійності теплогенератора.
Необхідний технічний результат винаходу полягає в забезпеченні стабільної теплопроизводительности за рахунок створення умов виникнення стійкої гідродинамічної кавітації при спрощення конструкції теплогенератора і технології його виготовлення до рівня, що забезпечує ефективність його застосування з приводними двигунами від 7,5 до 160 кВт при одночасному підвищенні ККД, коефіцієнта перетворення енергії приводу, надійності, поліпшення умов експлуатації та ремонту, зниження масогабаритних розмірів, обмежених, наприклад, розмірами перевезеного причепа, кунга, контейнера.
Необхідний технічний результат винаходу досягається новим пристроєм нагріву води, що містить теплогенератор насосного типу, що складається з корпусу з всмоктуючим (вхідним) патрубком для тангенціального підведення і нагнітальним (вихідним) патрубком для горизонтального відводу рідини до споживачів і розташовані в корпусі, щонайменше, один засіб для прискорення руху рідини, виконані у вигляді робочого колеса, встановленого з можливістю обертання під дією приводу, і один засіб для гальмування руху рідини, виконане у вигляді конусного спрямляющего апарату з пластинами, розташованими паралельно стінок конуса.
Робоче колесо відцентрового типу складається з двох постійно скріплених поперечними стяжками дисків, перший з яких на вертикальній осі обертання площини, ближче до його торця, містить прискорюють рідина рівномірно розподілені по окружності ребра, нижче яких, паралельно осі обертання, виконані наскрізні отвори для повідомлення робочих порожнин теплогенератора. Другий диск виконаний у вигляді плоского по вертикалі кільця, що має можливість його накладки на ребра першого диска. Для цього його площину, прилегла до ребер першого диска, виконана під деяким кутом до вертикальної площини.
Шляхом технологічного з'єднання бічними прилеглими внутрішніми площинами двох дисків в робоче колесо, майже на одному радіусі з його наскрізними отворами, утворюються під деяким кутом до бічної поверхні робочого колеса сопла з перетином, уменьшающемся до його периферії, є прискорювачами руху рідини, біля виходу яких знаходяться зони різкого підвищення швидкості і тиску рідини.
На торцевій окружності робочого колеса виконано кілька зовнішніх каналів-спіралей з канавками, розташованих під деяким кутом до вертикальної осі колеса, що забезпечують максимальну швидкість закручування і руху води до периферії корпусу.
У внутрішню поверхню корпусу в зоні обертання робочого колеса, коаксиально йому, впресовано диск у вигляді плоского до осі обертання кільця з розташованими на його внутрішній поверхні такими ж спіралями з канавками, утворюючи з канавками спіралей робочого колеса вузьку щілину змінного перерізу для проходу виштовхується з сопел рідини , її стиснення, прискорення і нагрівання. Робоче колесо встановлено на валу приводного електродвигуна з можливістю регулювання зазорів "а" і "б" між його боковими поверхнями і кришками входу і виходу теплогенератора за рахунок переміщення робочого колеса уздовж вала (Фиг.1). Обертається робоче колеса зі спіралями на торці, нерухомий диск зі спіралями, виконаними опозитно спіралям робочого колеса, їх канавки і щілину між ними виконують роль кавітатора, що забезпечує інтенсифікацію процесу освіти тепла при схлопуванні кавітаційних каверн обертається рідини.
Діаметр робочого колеса, відстані його від торцевих кришок входу і виходу корпусу, розміри пазів і щілини визначаються тепловою потужністю пристрою.
На вході в корпус немає гальмівного пристрою, чим забезпечується швидке підвищення окружної швидкості тангенциально подається через всмоктуючий патрубок рідини у напрямку обертання робочого колеса для закручування і подальшого прискорення шляхом всмоктування з порожнин корпусу води через сопла обертових дисків і різкого нагріву при додатковому стисканні при проходженні через щілину .
Підвищенню ефективності нагріву рідини сприяє гальмівний пристрій, встановлений на виході теплогенератора, пов'язане через постачання патрубок магістраллю з теплообмінником.
Для прискорення розігріву системи теплообміну і економії електроенергії до магістралі теплообмінника приєднаний тепловий акумулятор, що вміщає необхідний обсяг води, що нагрівається теплогенератором в нічний час при низькому тарифі на електроенергію. Пристрій для нагріву рідини може працювати в автоматичному режимі, для чого оснащується мікропроцесорним програмованим вимірником-регулятором тиску спільно з вхідним термоперетворювачем для вимірювання температури, тиску і витрати води за допомогою стандартних датчиків.
Заявляється технічне рішення відрізняється від аналогів і прототипу наявністю нових елементів: робочого колеса з двох дисків спеціального профілю, що містить на торці спіралі з канавками і сопла, нерухомого диска зі спіралями з канавками тангенціональний всмоктуючий патрубок, одне гальмівний пристрій на виході і їх зв'язку з іншими елементами пристрою. На вході теплогенератора відсутня гальмівний пристрій.
Ці відмінності дозволяють зробити висновок про відповідність заявляється критерієм "новизна".
Порівняння заявляється, із іншими аналогічними рішеннями показує, що робочі колеса з лопатями, лопатевими елементами і пазами (канавками) між ними відомі, наприклад в теплогенераторі для нагріву рідини (патент №2197688 від 27.01.2003 р). Однак ці елементи не мають на робочих колесах спіралей з канавками і сопел, що втягують, закручують і прискорюють рух рідини, щоб досягти необхідний технічний результат. Таким чином, заявляється технічне пристрій відповідає критерію "винахідницький рівень".
Заявляється пристрій містить в своєму складі стандартні блоки теплотехніки, гідравліки, електротехніки та автоматики. Отже, винахід відповідає критерію "промислова придатність".
На Фіг.1-6 наведено приклади виконання описуваного пристрою і його робочих органів і фото 1, 2, 3 (довідкові).
На Фиг.1 і 2 зображені поздовжній і поперечний розрізи теплогенератора, що складається з наступних деталей:
корпус, який має циліндричну частину;
кришка входу;
кришка виходу;
робоче колесо;
диск-кільце;
конусний спрямляющій апарат;
пластини;
всмоктуючий (вхідний) патрубок;
отвір всмоктуючого патрубка;
усмоктувальна порожнину;
отвір фасолевідних;
нагнітальний патрубок;
вал.
 |
 |
|
На Фіг.3 показаний поперечний розріз робочого колеса, що складається з деталей: 20 - диск з ребрами; На фіг.4 зображено робоче колесо в зборі з видом а) торця зі спіралями 26 і б) плану. | |
 |
 |
На Фіг.5 показаний поперечний розріз нерухомого диска 5, впрессована у внутрішню поверхню циліндричної частини корпусу 1, з пазами 27.
На Фіг.6 зображені умови виникнення тертя рідини в зонах В і Г обертання робочого колеса.
Теплогенератор з'єднаний через вал 13 з електродвигуном 28 і з системою теплообміну, що включає в себе магістралі, запірно-регулювальні клапани 14, 15, 29, теплообмінник 16, розширювальний бак 17, насос 18, тепловий акумулятор 30.
ПРАЦЮЄ ПРИСТРІЙ ДЛЯ НАГРІВУ РІДИНИ наступним чином
При включенні насоса 18 рідина, наприклад вода, через що всмоктує патрубок 8, вхідний отвір 9 корпусу 1 під тиском 5-6 атм подається у всмоктувальну порожнину 10 тангенциально до горизонтальної осі теплогенератора (Фиг.1 і 2). При включенні двигуна 28 за рахунок обертання робочого колеса 4 через вал 13 виникає циркуляція води від порожнини 10 через наскрізні отвори 24 (Фіг.3 і 4) робочого колеса, отвори 11 кришки виходу 3 теплогенератора, конусний спрямляющій апарат 6, постачання патрубок 12 до теплообмінника 16. Одночасно за рахунок закрутки води ребрами 22 і спіралями 26 робочого колеса (Фіг.3) в його периферійній зоні здійснюється циркуляція води через щілину 19, утворену канавками 25 спіралей 26 обертових дисків 20 і 21 і канавками 27 нерухомого диска 5 (Фіг.5 ), збільшуючи силу тертя потоку води по бічних площинах робочого колеса в зонах в і Г (Фіг.6). При цьому частки води, прилеглі до робочого колеса, під дією розвивається їм відцентрової сили за рахунок ребер 22 диска 20, прагнуть до периферії внутрішньої частини корпусу 1, а частки, що прилягають до його кришок входу 2 і виходу 3, рухаються від периферії до центру ( фіг.6). Цим забезпечуються необхідний тиск на вході в сопла 23, що сприяє всмоктуванню ними води з запасеної кінетичної енергією, подальше виштовхування її в щілину 19 і далі через отвори 11, нагнітальний патрубок 12 в систему теплообміну 16. При зустрічі частинок води настає розрив суцільності середовища, що веде до утворення гідродинамічної кавітації води з подальшим подкіпаніем рідини і виділенням тепла на кордоні обертового робочого колеса 4 і нерухомого диска 5 без застосування спеціального кавітатора. Цьому режиму відповідають розрахункові значення швидкості обертання робочого колеса, напору води і внутрішнього обсягу циліндричного корпусу теплогенератора. Потужність тертя робочого колеса про рідину можна визначити наступним чином (см.Фіг.6).
Елементарна сила тертя dR, діюча на елемент поверхні робочого колеса dF, що обертається зі швидкістю U в середовищі з щільністю 
, Дорівнює [1]
де 
- коефіцієнт тертя.
Елементарна потужність тертя обох сторін робочого колеса dN g дорівнює
Інтегрування (2) по всій поверхні робочого колеса з урахуванням формули (1) дозволяє отримати потужність тертя в зонах обертового робочого колеса
де D - діаметр робочого колеса.
Визначена за виразом (3) потужність тертя робочого колеса рідини еквівалентна теплової енергії на виході теплогенератора. Механізм отримання теплової енергії є так званий фазовий перехід вищого роду [2, 3], тобто взаємодія з атомами води вільних електронів, що з'являються при деструкції води в процесі кавітації, виривають з атома позитивно заряджені частинки - електріно, перетворюються на фотони, що несуть тепло.
Попередньо нагріта вода через отвори кришки виходу 3 (Фиг.2) надходить в гальмівний пристрій, що містить конусний спрямляющій апарат з пластинами 7, яке забезпечує створення при гальмуванні рідини закручує моменту і зони гідрокавітаціі для подальшої інтенсифікації нагріву води за рахунок підвищення сили її гідравлічного удару об внутрішню поверхню конусного спрямляющего апарату і пластини. Потім відбувається подальше витіснення води до нагрівального патрубку 12, яка, долаючи опір регулятора тиску в клапані 15, направляється в теплообмінник 16 і далі в розширювальний бак 17 і до насоса 18, котра забезпечує обігрівання і гаряче водопостачання споживачів, а через клапан 29 при необхідності надходить в тепловий акумулятор 30. при цьому насос 18 необхідний тільки для короткочасного використання при первинному заповненні системи теплообміну водою і поповнення її часткових втрат.
Після зупинки теплогенератора, а значить, і робочого колеса необхідна температурна розвантаження внутрішньої порожнини пристрою для запобігання підгоряння його торцевих ущільнень забезпечується перетіканням рідини через наскрізні отвори 24 робочого колеса.
Проведені на дослідних зразках ІНФІКО заявляється пристрою експерименти і математичне (комп'ютерне) моделювання елементів теплогенератора [4] дозволили встановити їх оптимальні параметри. Так, для теплогенератора тепловою потужністю 75 кВт максимальні розміри корпусу разом зі спрямляются апаратом становлять 560 мм, діаметр робочого колеса 300 мм, відстань робочого колеса від кришок входу і виходу з 62 мм, діаметр його наскрізних отворів 20 мм, розподілених по колу колеса через 36 °, конус спрямляющего апарату 30 °. Кожна спіраль робочого колеса і нерухомого диска виконана під кутом 12 ° до горизонтальної осі теплогенератора і містить 95 і 96 канавок з радіусом 2,2 мм в колесі і диску-кільці відповідно, рівномірно розподілених по довжині спіралі.
При змінах окремих, вказаних вище параметрів, в процесі експериментів спостерігалися нестійкі завихрення в корпусі теплогенератора, які несуться в нагнітальний патрубок, що призводить до руйнування стійкості гідрокавітаціі рідини і зниження температури нагріву води.
На підприємстві ВАТ Истринский дослідний завод "Вуглемаш" виготовлений дослідний зразок заявляється пристрою з використанням можливостей промислового виробництва елементів теплогенератора типу ТС-1 з наведеними вище параметрами елементів.
В даному теплогенераторі об'єднані дві функції: нагрів і інтенсифікований подача рідини в систему теплообміну, а роль кавітатора виконують обертається робоче колесо, нерухомий диск-кільце, їх спіралі з канавками, що утворюють між колесом і диском щілину змінного перерізу.
Проведені випробування цього зразка показали, що ефективність нагріву води зросла в 1,8 рази при тій же потужності насоса, електродвигуна і теплопродуктивності в порівнянні з аналогами і прототипом.
Крім того, експлуатаційна надійність заявляється пристрою збереглася на високому рівні, оскільки в ньому використана лише одна гальмівна система на виході теплогенератора і відсутня кавітатор, що дозволило знизити його массoгабарітние розміри.
ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ
1. Абіанц В.Х. Теорія газових турбін реактивних двигунів. - М: Машинобудування, 1965, сс. 219.
2. Андрєєв О.А., Смирнов О.П., Давиденко Р.А., Ключеров О.А. Природна енергетика. - СПб: Нестор, 2000, с. 27-32.
3. Андрєєв О.А., Андрєєв С.Є., Глазирін Е.С. Природна енергетика-2. - СПб: Невська перлина, 2002, с. 25-30.
4. Науково-технічний звіт з НДДКР "Розробка пристрою для нагрівання рідини". - М .: ЗАТ "ІНФІКО", 2002.
5. Аналоги винаходу:
- RU 2045715 С1, RU 2054604 C1, 20.02.1996 р .;
- RU 2162571 С1, 27.01.2001 р, RU 2160417 С2, 10.12.2000 р .;
- RU 2201562 С2, 27.03.2003 р
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Пристрій для нагріву рідини, що містить теплогенератор насосного типу, що складається з корпусу, що має циліндричну частину і розташовані в корпусі, щонайменше, один засіб для прискорення руху рідини, виконане у вигляді робочого колеса, що складається з одного диска з ребрами і одного диска -накладки з утвореними ними соплами по периферії внутрішніх бічних поверхонь з можливістю обертання його під дією приводу і диска у вигляді плоского кільця, розташованого усередині циліндричної частини корпусу в зоні обертання робочого колеса коаксиально йому, з утворенням щілини змінного перерізу, яка утворена прилеглими між собою радіальними канавками у вигляді спіралей торцевої поверхні робочого колеса і внутрішньої поверхні диска, один засіб для гальмування руху рідини, виконане у вигляді конусного спрямляющего апарату з розташованими вертикально до стінок конуса пластинами, і систему теплообміну, підключену до нагнітального патрубка і до насоса, що відрізняється тим, що диск-кільце встановлено нерухомо, а радіальні канавки у вигляді спіралей, виконані на торцевій поверхні робочого колеса і внутрішньої поверхні нерухомого диска-кільця, розташовані опозитно під кутами до радіусу кола, що обмежує зовнішні кінці канавок.
2. Пристрій за п.1, що відрізняється тим, що диск з ребрами робочого колеса має круглі наскрізні отвори, рівномірно розподілені по всьому колу диска з ребрами.
3. Пристрій за п.1, що відрізняється тим, що робоче колесо встановлено з можливістю регулювання зазорів а й б між його боковими поверхнями і кришками входу і виходу теплогенератора відповідно.
4. Пристрій за пп.1 і 2, що відрізняється тим, що обертаються диски робочого колеса містять сопла для всмоктування і подачі рідини в щілину.
Версія для друку
Дата публікації 08.12.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.