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)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2247906

ГІДРОДИНАМІЧНИЙ ТЕПЛОГЕНЕРАТОР

Ім'я винахідника: Бритвин Л.Н. (RU)
Ім'я патентовласника: Товариство з обмеженою відповідальністю "Науково-виробнича фірма ТГМ" (RU)
Адреса для листування: 111673, Москва, а / с 60, ТОВ "НВФ ТГМ"
Дата початку дії патенту: 2002.12.30

Винахід відноситься до кавітаційно-вихровим теплогенератора і може бути використано для розігріву рідини в гідросистемах різного призначення, а й для активації процесів змішання, диспергування, хімічної взаємодії речовин і т.п. Суть винаходу в тому, що гідродинамічний теплогенератор виконаний з прискорювачем рідини у вигляді лопатевого приводного робочого колеса з гарантованим малим зазором, встановленим в кільцевої втулки, що містить периферійно розташовані у напрямку виходу рідини з робочого колеса тангенціальні канали, що зв'язують периферійну вихідну поверхню колеса з виконаними у втулці навколо колеса циліндричними вихровими камерами через поздовжні прорізи в їх бічних поверхнях. При цьому на виході з циліндричних вихрових камер встановлені прискорювальні насадки, що виходять в камеру гальмування, в якій можуть бути виконані навпроти виходів з вихрових камер об'ємні резонатори. Можуть бути різні виконання лопатевих коліс: відцентрові колеса відкритого або закритого типу з кутом виходу, переважно великим 90 °, відцентрово-вихрові колеса, а й різні виконання вихрових камер і камер гальмування. Запропонований генератор має мінімальні втрати енергії при організації робочого процесу вихреобразования, забезпечує істотно малі і стабільні за обсягом вихрові і кавитационні каверни, на які впливає заданий змінне високочастотне обурення щодо тиску, що в цілому істотно підвищує його ефективність.

ОПИС ВИНАХОДИ

Пропозиція відноситься до кавітаційно-вихровим теплогенератора для розігріву рідини в гідросистемах різного призначення, а й може бути використано в якості змішувачів різних рідин, диспергування, руйнування молекулярних зв'язків в складних рідинах, зміни фізико-хімічних властивостей рідин і т.п.

Відомий спосіб отримання теплової енергії за допомогою кавітаційно-вихрового впливу на рідину в умовах періодично змінюється тиску, см. Патент №2054604 - аналог. Це завдання вирішувалася пристроєм, що містить щонайменше два послідовно встановлених відцентрових робочих колеса з закріпленими на них радіально перфорованими кільцевими пластинами, взаємодіючими з аналогічними пластинами, закріпленими в корпусі, тобто - Застосуванням широко відомого пристрою за типом сирени.

При такому впливі на рідину значна частка гідравлічної енергії втрачається на малоефективне неорганізоване вихреобразование в основній масі рідини (це істотно знижує середню швидкість обертання вихрових каверн за рахунок включення в них в процесі вихреобразования значних приєднаних мас відносно нерухомої рідини, що оточує простір на виході з перфорованих корпусних пластин ) в просторі на виході ультразвукового генератора - сирени, має місце досить швидкий знос радіально перфорованих пластин цього генератора.

Відомий і теплогенератор Потапова Ю.С., який виконаний у вигляді циліндричної камери, закрутка потоку в якій здійснюється прискорювачем рідини, що забезпечує тангенціальний підведення подається відцентровим насосом рідини в цю камеру з боку її торцевого входу. На виході з іншого торця вихровий камери встановлена камера гальмування потоку, см. Патент №2045715 - прототип.

Цей пристрій забезпечує захист поверхонь вихровий камери і каналів прискорювача рідини від кавитационного руйнування за рахунок досить строго організованого вихреобразования, виключаючи, однак, елементи лопатевої камери гальмування. З іншого боку, при такій конструкції неможливо домогтися інтенсивного вихрового руху в камері через великі гідравлічних опорів тангенціального каналу, який повинен перетворити весь витрата і натиск насоса в швидкісний напір потоку, що надходить у вихрову камеру, а й - і за рахунок втрат енергії в самому насосі. Крім того, відносно великі розміри всього однієї вихровий камери, перетворюючої всю енергію робочого лопастного колеса насоса, підключеного до прискорювача рідини, не дозволяє отримати в рідини ультразвукові коливання високої частоти, оптимально впливає на утворюються у великій за обсягом камері істотно різні за величиною вихрові освіти і кавитационні розриви суцільності рідини, що в цілому ускладнює подальше підвищення ефективності теплогенератора.

У зв'язку з цим метою даного пропозицію є зниження втрат енергії в процесі забезпечення вихреобразования в робочих вихрових камерах при одночасному захисті елементів конструкції, включаючи камеру гальмування, від кавитационного руйнування, а й - забезпечення істотно більшої швидкості обертання рідини в вихрових камерах при рівномірній структурі вихрових утворень в малих обсягах рідини і підвищення тим самим активізації кавітаційної обробки рідини в умовах накладення на вихрові освіти високочастотних коливань тиску. Тобто метою пропозиції є підвищення енергетичних та інших експлуатаційних характеристик пристрою, розширення сфери його можливого застосування.

Дане завдання вирішується тим, що:

• в гідродинамічному теплогенераторі, що складається щонайменше з однієї циліндричної вихровий камери, повідомленої з прискорювачем рідини, що забезпечує її тангенціальний введення в циліндричну вихревую камеру і далі в камеру гальмування, прискорювач рідини виконаний у вигляді приводного лопастного колеса, по периферії якого з гарантованим малим зазором встановлена кільцева втулка з виконаними навколо колеса тангенціальними каналами, які гідравлічно повідомлені з виконаними навколо колеса циліндричними вихровими камерами через бічні прорізи на їх циліндричних поверхнях;
• виходи з циліндричних вихрових камер виконані щонайменше з одного їх торця в загальну для них камеру гальмування;
• вихід з циліндричної вихровий камери в камеру гальмування виконаний радіальним в її середній частині;
• довжина циліндричних вихрових камер і тангенціальних каналів виконані сумірними, наприклад рівними, ширині лопастного робочого колеса на його периферії;
• на виходах з циліндричних вихрових камер встановлені насадки змінного перерізу;
• щонайменше одна камера гальмування виконана у вигляді кільцевого каналу-колектора округлого поперечного перерізу, входи в який з вихрових камер розташовані тангенціально вказаною перетину;
• в камері гальмування навпаки щонайменше однієї вихровий камери встановлено об'ємний резонатор;
• тангенціальні канали в кільцевої втулки виконані з можливістю односпрямованої закрутки потоку в усіх вихрових камерах;
• тангенціальні канали в кільцевої втулки виконані з можливістю різноспрямованого напрямку обертання в прилеглих один до одного вихрових камерах;
• приводное лопатеве колесо виконане як робоче колесо відцентрового насоса переважно з кутом виходу лопаток, виконаним більшим, ніж 90 °;
• лопатеве робоче колесо виконання з двостороннім входом, відкритого типу;
• лопатеве колесо виконано відцентрово-вихрового типу з лопатками на обох його торцях і встановлено між корпусними стінками, забезпеченими віхреобразующімі канавками, причому зазначені лопатки колеса виконані переходять на його периферійну циліндричну поверхню, що взаємодіє з тангенціальними каналами;
• ширина лопаток по колу на виході з робочого колеса виконана рівною або більшою ширини тангенціального каналу в його вхідному перетині,
• вхідний канал в робоче колесо і вихідний канал теплогенератора виконані шунтуватися допомогою щонайменше одного дросселирующего каналу,
• камера гальмування виконана у вигляді спірального відводу відцентрового насоса.

На фіг.1 і 4 наведено приклади виконання запропонованого пристрою.

Гідродинамічний теплогенератор складається з прискорювача рідини, виконаного у вигляді приводного лопастного робочого колеса 1, см. Фіг.1, встановленого з гарантованим малим зазором в кільцевої втулки 2 з виконаними навколо колеса 1 тангенціальними каналами 3, см. Фіг.2, які гідравлічно повідомлені з виконаними навколо колеса циліндричними вихровими камерами 4 через бічні прорізи на циліндричній поверхні цих камер.

Поверхня взаємодії кільцевої втулки 2 з периферійної поверхнею лопастного колеса 1 може бути виконана циліндричної або конічної. В останньому випадку легко забезпечується регулювання зазору між зазначеними поверхнями установкою прокладок 6 між корпусом 7 і торцем втулки 2. Робоча приводное лопатеве колесо може бути відкритим, що спрощує конструкцію, або закритим, як показано на фіг.1 і 3, тобто - З покривними дисками 8 і 8 *, що знижує втрати в колесі і підвищує його напірний.

Вихід рідини з вихрових камер 1 гідравлічно здійснений в камеру гальмування 9 і може бути виконаний щонайменше з одного їх торця, см. Фіг.1. На Фіг.3 показано виконання теплогенератора з двома розташованими один проти одного камерами гальмування 9 і 9 * для прийому вихрових потоків рідини з обох торців вихрових камер 4.

Довжина (протяжність) вихрових камер виконана сумірною з шириною робочого колеса 1, см. Фіг.1 і 3, тобто їх довжина співмірна з конструктивними параметрами вихідної частини робочого колеса Зокрема, у варіанті виконання по фіг.3 протяжність циліндричних вихрових камер дорівнює висоті лопаток на периферії колеса 1. У загальному випадку раціонально, щоб довжина вихрових камер 4 не перевищувала висоти лопаток колеса 1 більш, ніж в 2-3 рази. Довжина бокової прорізи в циліндричній поверхні вихрової камери 4, тобто вихідного перетину тангенціального каналу 3, переважно дорівнює висоті лопаток робочого колеса на його периферії.

Камера гальмування 9 гідравлічно повідомлена з зовнішньої гідросистемою за допомогою вихідного каналу 10 теплогенератора, а й з вхідним каналом 11 в лопатеве колесо 1 через шунтирующий, наприклад, регульований дросель 12, а й через дросселирующие канали 13 між торцевими поверхнями лопастного колеса 1 і корпусом теплогенератора.

Між камерою гальмування 9 (9 *) і вихровими камерами 3 можуть бути встановлені осесиметричні прискорювальні насадки змінного перерізу, наприклад, 14 і 14 *, см. Фіг.3. Ці насадки можуть бути виконані і зацело з кільцевої втулкою 2 і камерами 4.

Камеру гальмування 9 і / або 9 * раціонально виконати у вигляді кільцевого каналу-колектора округлого поперечного перерізу, см. Фіг.1, входи в який з вихрових камер 4 розташовані тангенціально вказаною перетину, що істотно перешкоджає кавітаційного руйнування поверхні камери гальмування.

Кільцевій канал-колектор камери гальмування 9 може бути виконаний зі змінною площею поперечного перерізу по довжині каналу, наприклад, у вигляді спірального відводу відцентрового насоса з лопатевим колесом відкритого типу і двостороннім входом рідини (вхідний ділянку колеса на кресленні не показаний), см. Фіг. 4. На фіг.4 і показаний варіант виконання кільцевої втулки 2 з каналами відведення рідини з вихрових камер 4, виконаними в середній їх частині, наприклад у вигляді кільцевої радіальної прорізи 15, на виході якої і може бути встановлений кільцевої щілинний насадок, см. Фіг.4 . Можливо і індивідуальне повідомлення кожної вихровий камери 4 з камерою 9 через радіальні отвори, в тому числі забезпечені насадками по типу насадок 14, 14 *, см. Фіг.3.

Щонайменше в одній камері гальмування 9 навпроти щонайменше однієї вихровий камери 4 може бути встановлений об'ємний резонатор 17, см. Фіг.3. Раціонально ці резонатори виконувати симетрично по колу навпаки всіх або тільки частини вихрових камер 4. На фіг.5 резонатори 17 * виконані у вигляді кільцевих щілинних тупикових прорізів в корпусі теплогенератора, які об'єднують вихрові потоки, що виходять з усіх вихрових камер 4, що спрощує конструкцію і раціонально для активізації, наприклад, хімічних процесів в рідинах складних складів, а й - захищає корпусні поверхню камери гальмування від кавитационного руйнування.

Залежно від розв'язуваних пристроєм завдань тангенціальні канали 3 в кільцевої втулки 2 виконані з можливістю односпрямованої закрутки потоку в усіх вихрових камерах 4, см. Фіг.2, сектор, позначений кутом q, або з можливістю різноспрямованого напрямку обертання в прилеглих один до одного вихрових камерах , см. сектор, позначений кутом z.

Для підвищення інтенсивності закрутки потоку в вихрових камерах кут виходу потоку з лопаток 16 колеса прискорювача рідини раціонально виконувати великим 90 °, що дозволяє збільшити швидкість потоку на вході тангенціального каналу при одночасному збігу напрямку виходить з колеса потоку з напрямком тангенціального каналу. Однак можливе використання лопастного колеса і з кутами меншими 90 °, як це прийнято в більшості робочих коліс відцентрових насосів.

Для додаткової активізації енерговиделяющіх процесів в рідині можливе виконання ширини лопаток на периферійній окружності колеса рівною або більшою ширини тангенціального каналу 3 в його вхідному перетині, що забезпечує періодичне перекриття тангенціальних каналів і періодичний розрив суцільності вихрового потоку в вихрових камерах 4, з наступним, при відкритті тангенціального каналу, ударним підвищенням тиску по осі вихровий камери.

Цією ж завданню може служити виконання робочого колеса з перфорованої пластиною, яка виступає за зовнішній його діаметр і періодично за рахунок обертання колеса перекриває вихідні канали з вихрових камер 4, що конструктивно легко виконати в варіанті з фіг.1. Однак зазначена перфорована пластина буде швидко зруйнована і тому її використання практично не раціонально.

Для підвищення інтенсифікації кавітаційно-вихрового впливу на структуру робочої рідини лопатеве колесо 1 раціонально виконати з відцентрово-вихрових з підвищеним числом лопаток 16 малої висоти з обох торцевих сторін колеса 1 *, см. Фіг.5. Це колесо встановлено між торцевими корпусними стінками, забезпеченими віхреобразующімі канавками 18. Зазначені лопатки приводного колеса 1 * виконані переходять на його периферійну циліндричну поверхню 19, що взаємодіє з тангенціальними каналами 3. Спільна дія лопастного колеса відцентрово-вихрового типу та вихрових камер 4 додатково підвищує вплив на структуру рідини і питомий енерговиділення в ній.

ПРАЦЮЄ описуваного пристрою наступним чином

При обертанні лопатевого колеса 1 прискорювача рідини рідина, безпосередньо виходить з каналу колеса з високою швидкістю і заданим лопатками 16 напрямом (тобто без зміни напрямку вектора швидкості), безпосередньо надходить (при мінімальних втратах енергії) в тангенціальні канали 3 і 3 * та через бічні щілинні прорізи камер 4 всередину цих циліндричних камер, забезпечуючи в них інтенсивну закрутку рідини, що призводить до розриву рідини по осі камер 4. Наприклад, на периферії цих камер діаметром 7-10 мм швидкість обертання рідини може становити 200000 об / хв і більше при звичайних параметрах лопатевих коліс. Швидкість обертання багаторазово збільшується при виході рідини через осесиметричних конічні (сходяться) або конфузорно-діффузорного насадки 14 (14 *), що утворює в камері (ах) гальмування вихрові каверни малого і стабільного обсягу з високими середніми швидкостями обертання рідини. У процесі гальмування в камері 9 вихрових каверн при накладенні на них пульсуючого високочастотного тиску, що генерується резонаторами, перериванням надходить в вихрові камери 4 потоку, а й - ударними хвилями, що мають місце при кавітаційних процесах, відбувається інтенсивний вплив на структуру рідини і енерговиділення в потоці рідини . Важливо, що в даному пристрої камера гальмування може не містити спеціальні легко зношуються лопатки (як в прототипі) для впливу на вихрові потоки, оскільки за рахунок малих обсягів вихрових каверн і надзвичайно високій швидкості обертання рідини в них відбувається інтенсивний енергообмін з навколишнім ці каверни потоком рідини за рахунок молекулярних сил зчеплення.

Перевагами даного технічного рішення є його довговічність і конструктивна простота, мінімальні внутрішні втрати енергії в процесі передачі рідини механічної енергії від приводного двигуна, можливість виконання теплогенератора, в тому числі додатково з функціями: змішувача, хімічного реактора, диспергатора, гомогенезатора і т.п., на базі серійно випускаються відцентрових насосів в широкому діапазоні потужностей приводних двигунів.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Гідродинамічний теплогенератор, що складається щонайменше з однієї циліндричної вихровий камери, повідомленої з прискорювачем рідини, що забезпечує її тангенціальний введення в циліндричну вихревую камеру, на виході з якої встановлена ​​камера гальмування, гідравлічно повідомлена з вихідним каналом теплогенератора, що відрізняється тим, що прискорювач рідини виконаний у вигляді приводного лопастного колеса, по периферії якого з гарантованим малим зазором встановлена ​​кільцева втулка з виконаними навколо колеса тангенціальними каналами, які гідравлічно повідомлені з виконаними навколо колеса циліндричними вихровими камерами через бічні прорізи на їх циліндричної поверхні.

2. Гідродинамічний теплогенератор по п.1, що відрізняється тим, що виходи з циліндричних вихрових камер в камеру гальмування виконані щонайменше з одного їх торця в загальну для них камеру гальмування.

3. Гідродинамічний теплогенератор по п.1, що відрізняється тим, що вихід з циліндричної вихровий камери виконаний радіальним в її середній частині.

4. Гідродинамічний теплогенератор за допомогою одного з пп. 1 і 3, що відрізняється тим, що довжина циліндричних вихрових камер і тангенціальних підводних каналів виконані сумірними, наприклад, рівними ширині робочого колеса на його периферії.

5. Гідродинамічний теплогенератор за допомогою одного з пп. 1-4, який відрізняється тим, що на виходах з циліндричних вихрових камер встановлені насадки змінного перерізу.

6. Гідродинамічний теплогенератор за допомогою одного з пп. 2-5, який відрізняється тим, що щонайменше одна камера гальмування виконана у вигляді кільцевого каналу-колектора округлого поперечного перерізу, входи в який з вихрових камер розташовані тангенціально вказаною перетину.

7. Гідродинамічний теплогенератор за допомогою одного з пп. 2-6, який відрізняється тим, що в камері гальмування навпаки вихідного каналу щонайменше однієї вихровий камери встановлено об'ємний резонатор.

8. Гідродинамічний теплогенератор за допомогою одного з пп. 1-7, який відрізняється тим, що тангенціальні канали в кільцевої втулки виконані з можливістю односпрямованої закрутки потоку в усіх вихрових камерах.

9. Гідродинамічний теплогенератор за допомогою одного з пп. 1-7, який відрізняється тим, що тангенціальні канали в кільцевої втулки виконані з можливістю різноспрямованого напрямку обертання в прилеглих один до одного вихрових камерах.

10. Гідродинамічний теплогенератор за допомогою одного з пп. 1-9, який відрізняється тим, що приводний лопатеве колесо виконане як робоче колесо відцентрового насоса переважно з кутом виходу лопаток, виконаним великим 90 °.

11. Гідродинамічний теплогенератор за допомогою одного з пп. 1-9, який відрізняється тим, що лопатеве колесо виконане з двостороннім входом, відкритого типу.

12. Гідродинамічний теплогенератор за допомогою одного з пп. 1-9, який відрізняється тим, що лопатеве колесо виконано відцентрово-вихрового типу з лопатками на обох його торцях і встановлено між корпусними стінками, забезпеченими віхреобразующімі канавками, причому зазначені лопатки колеса виконані переходять на його периферійну циліндричну поверхню, що взаємодіє з тангенціальними каналами.

13. Гідродинамічний теплогенератор за допомогою одного з пп. 1-12, який відрізняється тим, що ширина лопаток на периферійній окружності на виході з робочого колеса виконана рівною або більшою ширини тангенціального каналу в його вхідному перетині.

14. Гідродинамічний теплогенератор за допомогою одного з пп. 1-13, який відрізняється тим, що вхідний канал в робоче колесо і вихідний канал теплогенератора виконані шунтуватися допомогою щонайменше одного дросселирующего каналу.

15. Гідродинамічний теплогенератор за допомогою одного з пп. 1-14, який відрізняється тим, що камера гальмування виконана у вигляді спірального відводу відцентрового насоса.

Версія для друку
Дата публікації 30.12.2006гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів