ТЕПЛОГЕНЕРАТОР РОТОРНО-КАВИТАЦИОННОГО ТИПА
ROTARY-CAVITATION TYPE HEAT GENERATOR

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам, содержащим вращающиеся элементы для нагревания текучих сред, и может быть использовано для тепло- и горячего водоснабжения объектов промышленного и бытового назначения, нагрева технологических жидкостей.
Известен кавитационно-роторный теплогенератор (F24J 3/00, №2258875, опубл. 20.08.05 г.), принятый за прототип. Кавитационно-роторный теплогенератор состоит из корпуса со входом и выходом для нагреваемой жидкости, имеющего цилиндрическую полость, и размещенных в ней два коаксиальных кольца, одно из которых закреплено неподвижно относительно корпуса, а другое приводится во вращение от приводного вала, соосного с кольцами. Кольца снабжены радиальными отверстиями, расположенными в плоскости, перпендикулярной оси вращения. Внешнее коаксиальное кольцо выполнено с возможностью вращения, а внутреннее - неподвижным относительно корпуса.
Недостатком прототипа является недостаточная теплопроизводительность, низкая способность к прокачиванию нагреваемой жидкости при отсутствии внешнего давления, сложность конструкции, низкая коррозионная стойкость.
Предлагаемым изобретением решается задача - сокращение энергозатрат при отоплении, упрощение конструкции и увеличение долговечности устройства.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности устройства, сокращении затрат при его изготовлении и в увеличении коррозионной и кавитационной стойкости основных узлов устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом теплогенераторе роторно-кавитационного типа, состоящем из корпуса со входом и выходом для нагреваемой жидкости, имеющего цилиндрическую полость, в которой размещены два коаксиальных кольца, одно из которых закреплено неподвижно относительно корпуса, а другое установлено с возможностью вращения на приводном валу, соосном с кольцами, снабженными радиальными отверстиями, новым является то, что внутреннее кольцо выполнено цельнометаллическим и с возможностью вращения относительно корпуса теплогенератора и снабжено крыльчаткой, размещенной на торцевой стороне кольца оппозитно входу теплогенератора, наружное кольцо выполнено в виде неподвижно установленной в корпусе гильзы, гильза установлена в корпусе на посадочных поверхностях с переменным зазором от 1 мм ближе к торцевым поверхностям корпуса до 5 мм в центре относительно внутренней поверхности корпуса, вход теплогенератора размещен соосно с приводным валом, а выход - по центру корпуса в месте наибольшего зазора между корпусом и гильзой, радиальные отверстия в гильзе и внутреннем вращающемся диске выполнены конусными с увеличением диаметра конуса по направлению к выходу теплогенератора. все элементы теплогенератора, имеющие контакт с нагреваемой жидкостью, выполнены из коррозионностойких сталей.
Выполнение внутреннего кольца цельнометаллическим с крыльчаткой, размещенной на торцевой стороне кольца оппозитно входу теплогенератора с возможностью вращения относительно корпуса обусловлено следующими факторами:
- необходимостью получения за счет работы крыльчатки полноценного потока нагреваемой жидкости, движущегося от входа к выходу, т.е.придания теплогенератору функции насоса, что позволяет ему функционировать без дополнительного насоса на входе;
- необходимостью разделения целостного потока нагреваемой жидкости в радиальных отверстиях внутреннего вращающегося кольца и формирование множественных потоков, протекающих через отверстия с высокой скоростью за счет действия центробежных сил и перемещающихся в направлении аналогичных отверстий в неподвижном кольце (гильзе);
- размещение крыльчатки оппозитно входу теплогенератора позволяет осуществить свободный доступ поступающей на вход теплогенератора жидкости;
- цельнометаллическое исполнение позволяет упростить конструкцию внутреннего вращающегося кольца, облегчить его балансировку, увеличить срок службы за счет исключения необходимости сборки нескольких деталей, отсутствия крепежных деталей, интенсивно подвергающихся коррозионному износу, закоксовыванию солевыми отложениями, что сказывается на эффективности работы теплогенератора и усложняет проведение профилактических мероприятий в процессе эксплуатации.
Выполнение наружного кольца в виде гильзы, неподвижно установленной на посадочных поверхностях в корпусе с переменным зазором от 1 мм ближе к торцевым поверхностям корпуса до 5 мм по центру относительно корпуса, позволяет решить следующие задачи:
- осуществить продвижение потоков нагреваемой жидкости, поступающих из радиальных отверстий внутреннего вращающегося кольца за счет действия центробежных сил и давления, созданного крыльчаткой, через радиальные отверстия в гильзе и осуществить их торможение о внутреннюю поверхность корпуса с эффективным выделением тепловой энергии;
- получить в зонах радиальных отверстий гильзы и внутреннего вращающегося кольца постоянно образующиеся кавитационные каверны, приводящие к дополнительному нагреву жидкости;
- получить за счет таким образом выполненного зазора устойчивый поток нагреваемой жидкости, движущийся после торможения о внутреннюю поверхность корпуса к выходу теплогенератора.
Размещение входа теплогенератора соосно с приводным валом, а выхода - по центру корпуса в месте наибольшего зазора между корпусом и гильзой обусловлено следующими факторами:
- подача нагреваемой жидкости в зону приводного вала позволяет осуществить процесс ее поступления внутрь теплогенератора наиболее эффективно, т.к. эта зона обладает пониженным давлением, создающимся за счет действия центробежных сил, что позволяет полностью загрузить крыльчатку внутреннего вращающегося кольца и поддерживать массу прокачиваемой через теплогенератор жидкости на стабильно высоком уровне;
- отвод нагретой рабочей жидкости осуществляется из зоны повышенного давления, т.е. с наибольшей эффективностью;
- направление действия центробежных сил не препятствует, а способствует продвижению жидкости к рабочим органам теплогенератора и его выходу.
Выполнение радиальных отверстий в гильзе и внутреннем вращающемся диске конусными с увеличением диаметра конуса по направлению к выходу теплогенератора позволяет осуществить функционирование отверстий в режиме множественных диффузоров, преобразующих кинетическую энергию потока нагреваемой жидкости в энергию давления, что позволяет поддерживать высокое давление на выходе теплогенератора и пониженное на его входе.
Все элементы теплогенератора, имеющие контакт с нагреваемой жидкостью, выполнены из коррозионостойких (нержавеющих) сталей, что позволяет увеличить срок службы составных частей и всего теплогенератора в целом. При использовании вышеуказанных материалов, как показал опыт эксплуатации установок данного типа, не требуется специальной химической подготовки нагреваемой жидкости, так как солевые отложения отсутствуют и снижения теплопроизводительности с течением времени не происходит.
Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана общая схема теплогенератора роторно-кавитационного типа; на фиг.2 - вариант исполнения конусных радиальных отверстий на гильзе и внутреннем вращающемся кольце.
Теплогенератор роторно-кавитационного типа состоит из опорного узла 1, жестко прикрепленного к корпусу 2 с крышкой 3. В опорном узле 1 размещены подшипники 4, в которых установлены приводной вал 5 и уплотнение 6. Внутри корпуса 2 на посадочных поверхностях 7 размещена гильза 8, между наружной поверхностью которой и обработанной поверхностью корпуса образован переменный по длине корпуса зазор 9. Наибольшая величина зазора располагается по центру корпуса 2. Приводной вал 5 одним концом связан с приводом (не показан), а на другом его конце внутри корпуса 2 с крышкой 3 и гильзой 8 с возможностью вращения установлено внутреннее кольцо 10, имеющее торцевое углубление цилиндрической формы, где размещена крыльчатка 11, выполненная заодно с внутренним кольцом 10. На торцевой поверхности кольца 10 ближе к приводному валу 5 имеются сквозные отверстия 12, предназначенные для обеспечения прохода нагреваемой жидкости в зазор между стенкой опорного узла 1 и кольца 10. Внутреннее кольцо 10 и гильза 8 имеют ряды сквозных отверстий 13, расположенные строго друг напротив друга. Вход 14 теплогенератора расположен соосно с приводным валом на крышке 3, а выход 15 - по центру корпуса 2. Отверстия 13 на гильзе 8 и внутреннем кольце 10 выполнены конусными.
Теплогенератор роторно-кавитационного типа работает следующим образом. После заполнения через вход 14 нагреваемой жидкостью внутренней полости теплогенератора включается привод (не показан), который приводит во вращение приводной вал 5 с внутренним кольцом 10, установленный в подшипниках 4 и уплотненный уплотнением 6. Нагреваемая жидкость подхватывается крыльчаткой 11, а также под действием центробежных сил устремляется к радиальным отверстиям 13, при их перекрытии она попадает в зазор 9, нагреваясь за счет сил трения, торможения о внутреннюю поверхность корпуса 2 и кавитации, возникающей в зоне отверстий 13. Часть нагреваемой жидкости перемещается через сквозные отверстия 12 и движется между торцевой поверхностью внутреннего кольца 10 и стенкой опорного узла 1. Отвод нагретой жидкости осуществляется через выход 15. Центробежные силы, действующие на нагреваемую жидкость, способствуют ее эффективному прохождению и нагреву через внутреннюю полость теплогенератора.