ЦЕНТРОБЕЖНО-ВИХРЕВОЙ ДЕАЭРАТОР

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована для удаления газов из питательной воды систем отопления и горячего водоснабжения.
Известно устройство для деаэрации воды, содержащее цилиндрический дегазатор с емкостью для накопления деаэрированной воды, патрубок подачи исходной воды с разбрызгивателем, патрубок отвода парогаза с вакуумным насосом и патрубок отвода воды из емкости накопления, при этом разбрызгиватель выполнен в виде многофорсуночной головки, размещенной в нижней части корпуса дегазатора, устройство снабжено отражателем с крыльчаткой, установленным в подшипниковых узлах в верхней части корпуса с возможностью вращения, коллектором, расположенным коаксиально корпусу, и перфорированной винтовой плоскостью, установленной в коллекторе. Устройство может быть снабжено завихрителями потока, установленными на внутренней поверхности корпуса дегазатора и коллектора в зоне отражателя и выполненными из пластин, расположенных по винтовой линии или под углом 10-15° к плоскости сечения корпуса. (Патент РФ №2076768, МПК 6В01D 19/00, С02F 1/20, 1997 (аналог)).
Известен вихревой деаэратор, включающий цилиндрический корпус с торцевыми крышками, одна из которых имеет осевое отверстие и/или патрубок, при этом на боковой поверхности корпуса рядом с крышкой, имеющей осевое отверстие, расположено выходное отверстие (отверстия) и/или патрубок, около противоположной крышки, к боковой поверхности корпуса тангенциально присоединен входной патрубок, а между ними, ближе к выходному отверстию расположена перегородка, содержащая, как минимум, одно отверстие, выполненное рядом с боковой поверхностью цилиндрического корпуса. Вихревой деаэратор может быть снабжен завихрителем потока, выполненным в виде улитки. (Патент РФ на полезную модель №76017, МПК 6С02F 1/20, 2008 (аналог)).
Известен струйный вихревой деаэратор, содержащий вертикально размещенный корпус с боковым патрубком подвода нагретой воды, завихритель со спиральными каналами, имеющими переменное сечение, сужающееся от входа к выходу, укрепленный соосно в верхней части корпуса, и обтекатель, укрепленный соосно в нижней его части, при этом между нижним краем завихрителя и верхним краем обтекателя образована цилиндрическая камера вращения с профилированной внутренней поверхностью. (Патент РФ №2392230, МПК 6С02F 1/20, 2010 (аналог)).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является вихревой деаэратор, содержащий цилиндрический корпус с расположенными в нем центробежным завихрителем и обтекателем, при этом корпус имеет патрубок подачи исходной воды, патрубок отвода деаэрированной воды и патрубок отвода водопаровоздушной смеси, соединяющий полость между завихрителем и обтекателем с эжектором, и включенный в трубопровод водопаровоздушной смеси регулирующий орган. (Реферат описания к заявке №2008120170 на выдачу патента РФ, МПК 6С02F 1/20, 2009 (прототип)).
Недостатком известного решения является то, что вода поступает в деаэратор с недостаточно большим запасом кинетической энергии для обеспечения более полного отделения растворенных в исходной воде газов без дополнительного нагревания исходной воды.
При создании полезной модели решалась задача как расширения арсенала устройств деаэрации воды, так и повышения эффективности деаэрирования исходной воды без ее подогрева.
Технический результат заключается в обеспечении возможности многократного скачкообразного изменения скорости движения исходной воды.
Указанный технический результат достигается благодаря тому, что центробежно-вихревой деаэратор, содержащий цилиндрический корпус с центробежным завихрителем, патрубок подачи исходной воды, патрубок отвода деаэрированной воды и патрубок отвода паровоздушной смеси, согласно полезной модели, он снабжен приводом с выходным валом, при этом центробежный завихритель деаэратора выполнен составленным из жестко закрепленной на цилиндрическом корпусе деаэратора неподвижной части, выполненной в виде перевернутого стакана с фланцем, и приводного диска, при этом привод жестко закреплен на наружной поверхности дна стакана, в дне стакана выполнено отверстие для прохода выходного вала привода, на конце которого жестко закреплен приводной диск с жестко закрепленными на его поверхности со стороны фланца стакана по крайней мере двумя концентрическими кольцами, причем на поверхности фланца стакана со стороны приводного диска имеется, по крайней мере, один кольцевой ряд жестко закрепленных направляющих лопаток, а на поверхности каждого из концентрических колец приводного диска имеется кольцевой ряд жестко закрепленных завихряющих лопаток, при этом патрубок подачи исходной воды размещен в стенке стакана центробежного завихрителя, концентрические кольца с соответствующим кольцевым рядом завихряющих лопаток приводного диска расположены относительно друг друга с обеспечением возможности свободного размещения между ними ряда направляющих лопаток фланца стакана, а приводной диск установлен с обеспечением возможности последовательного прохода исходной воды из полости стакана центробежного завихрителя к внутренним стенкам корпуса деаэратора.
При этом согласно полезной модели, патрубок отвода деаэрированной воды расположен в донной части деаэратора, а патрубок отвода паровоздушной смеси размещен внутри корпуса деаэратора и выведен наружу через его дно, при этом заборная часть патрубка отвода паровоздушной смеси расположена в верхней части корпуса деаэратора.
При этом согласно полезной модели, привод выполнен в виде электродвигателя с редуктором, на выходном валу которого жестко закреплен приводной диск.
При этом согласно полезной модели, каждое из концентрических колец выполнено выступающим над поверхностью приводного диска на высоту, большую величины зазора между поверхностью приводного диска и нижним торцом направляющих лопаток фланца стакана.
При этом согласно полезной модели, каждая из завихряющих лопаток выполнена в виде плоской или изогнутой пластины, размещенной под углом к радиусу, проведенному к ней от оси вращения с обеспечением возможности быстрого увеличения скорости движения поступающей на них исходной воды.
При этом согласно полезной модели, каждая из направляющих лопаток фланца стакана выполнена в виде плоской или изогнутой пластины, размещенной под углом к радиусу, проведенному к ней от оси вращения с обеспечением возможности быстрой остановки струй воды, поступающих от завихряющих лопаток приводного диска центробежного завихрителя.
Отличительным признаком заявленного устройства является то, что центробежно-вихревой деаэратор деаэратор снабжен приводом с выходным валом, при этом центробежный завихритель выполнен составленным из жестко закрепленной на цилиндрическом корпусе деаэратора неподвижной части, выполненной в виде перевернутого стакана с фланцем, на поверхности которого имеется, по крайней мере, один кольцевой ряд жестко закрепленных направляющих лопаток, перекрывающих струи воды, и приводного диска, жестко закрепленного на выходном валу привода, с разгоняющими струю завихряющими лопатками на концентрических кольцах, при этом приводной диск выполнен с обеспечением возможности последовательного прохода исходной воды из полости стакана центробежного завихрителя к внутренним стенкам корпуса деаэратора только путем взаимодействия, как с завихряющими лопатками приводного диска, так и с направляющими лопатками неподвижного фланца стакана.
Кроме того, отличительными особенностями заявляемого центробежно-вихревого деаэратора являются также и конструктивные особенности расположения направляющих лопаток фланца стакана центробежного завихрителя и завихряющих лопаток его приводного диска, что позволило образовать ряд последовательно соединенных полостей, концентрично размещенных друг за другом от полости стакана к внутренним стенкам корпуса деаэратора, патрубок подачи исходной воды размещен в стенке стакана центробежного завихрителя, что в свою очередь смогло обеспечить подачу исходной воды непосредственно на первый кольцевой ряд завихряющих лопаток приводного диска.
В результате обеспечено достижение указанного технического результата: обеспечение возможности многократного скачкообразного изменения скорости движения исходной воды, что в свою очередь и приводит к повышению эффективности деаэрирования исходной воды без ее дополнительного подогрева.
Полезная модель поясняется описанием конкретного примера ее выполнения и прилагаемыми чертежами, где на:
фиг.1 изображен центробежно-вихревой деаэратор (общий вид);
фиг.2 - сечение А-А фиг.1 (вид на направляющие лопатки фланца стакана со стороны приводного диска (условно завихряющие лопатки приводного диска не показаны);
фиг.3 - сечение Б-Б фиг.1 (вид на завихряющие лопатки приводного диска со стороны фланца стакана (условно направляющие лопатки фланца стакана не показаны).
Центробежно-вихревой деаэратор содержит цилиндрический корпус 1 с центробежным завихрителем 2, патрубок подачи исходной воды 3, патрубок отвода деаэрированной воды 4 и патрубок отвода водовоз душной смеси 5 (фиг.1).
Центробежный завихритель 2 выполнен составленным из жестко закрепленной, например, посредством болтовых соединений традиционной конструкции, на цилиндрическом корпусе 1 вихревого деаэратора неподвижной части, выполненной в виде перевернутого стакана 6 с фланцем 7, и приводного диска 8.
Центробежно-вихревой деаэратор снабжен приводом 9, который может быть выполнен в виде традиционной конструкции, например, типового электродвигателя с редуктором или без редуктора, как это показано в нашем примере, с выходным валом, который и является выходным валом 10 привода 9.
Привод 9 жестко закреплен на наружной поверхности 11 дна 12 стакана 6 неподвижной части центробежного завихрителя 2.
Для прохода выходного вала 10 привода 9 в дне 12 стакана 6 выполнено отверстие 13.
На конце выходного вала 10 привода 9 жестко закреплен, например, посредством стандартного резьбового соединения, приводной диск 8 центробежного завихрителя 2.
На фланце 7 стакана 6 неподвижной части центробежного завихрителя 2 со стороны его приводного диска 8 имеется, по крайней мере, один кольцевой ряд жестко закрепленных направляющих лопаток 14. В нашем примере, как это показано на фиг.1, имеется два кольцевых ряда жестко закрепленных направляющих лопаток 14: малый ряд 15 и большой ряд 16 (фиг 3).
Каждая из направляющих лопаток 14 (фиг.2) выполнена в виде, например, пластины, размещенной под углом к радиусу, проведенному к ней от оси вращения, так, что они полностью перекрывают струю воды, поступающую от завихряющих лопаток 17 приводного диска 8 центробежного завихрителя 2, т.е. каждая из направляющих лопаток 14 фланца 7 стакана 6 выполнена в виде плоской или изогнутой пластины, размещенной под углом к радиусу, проведенному к ней от оси вращения, с обеспечением возможности быстрой остановки струй воды, поступающих от завихряющих лопаток 17 приводного диска 8 центробежного завихрителя 2.
Лопатки 14 могут быть изготовлены в виде, например, металлических пластин и жестко закреплены на фланце 7, например, сваркой.
На приводном диске 8 центробежного завихрителя 2 со стороны фланца 7 стакана 6 имеется, по крайней мере, два концентрических кольца, которые могут быть изготовлены, например, выточены заодно при изготовлении приводного диска 8. Концентрические кольца изготовлены выступающими над поверхностью приводного диска 8 на высоту, большую величины зазора между поверхностью приводного диска 8 и нижним торцом направляющих лопаток 14 фланца 7 стакана 6 завихрителя 2. На поверхности каждого из концентрических колец жестко закреплен, например, сваркой ряд завихряющих лопаток 17.
В нашем примере, как это показано на фиг.1 и фиг.3, имеется три концентрических кольца, а потому и три кольцевых ряда жестко закрепленных на них, например, сваркой, завихряющих лопаток 17: малый ряд 18, средний ряд 19 и большой ряд 20 (фиг.3).
Каждая из завихряющих лопаток 17, как и направляющих лопаток 14, выполнена в виде, например, плоской или изогнутой пластины, размещенной под углом к радиусу, проведенному к ней от оси вращения, так, что они разгоняют воду, поступающую на них из патрубка 3 подачи исходной воды и/или от направляющих лопаток 14 фланца 7 центробежного завихрителя 2, т.е. каждая из завихряющих лопаток 17 выполнена в виде плоской или изогнутой пластины, размещенной под углом к радиусу, проведенному к ней от оси вращения, с обеспечением возможности быстрого увеличения скорости вращения поступающей на них исходной воды.
Лопатки 17 могут быть изготовлены в виде, например, металлических пластин и жестко закреплены на соответствующем концентрическом кольце, например, сваркой.
Следует отметить, что большой ряд 16 направляющих лопаток 14 фланца 7 стакана 6 отстоит от малого ряда 15 направляющих лопаток 14 фланца 7 на расстоянии, достаточном для свободного прохода между ними завихряющих лопаток 17 соответствующего ряда приводного диска 8. Как показано на фиг.1, между малым рядом 15 направляющих лопаток 14 фланца 7 и большим рядом 16 направляющих лопаток 14 фланца 7 расположен средний ряд 19 завихряющих лопаток 17 приводного диска 8 центробежного завихрителя 2.
Средний ряд 19 завихряющих лопаток 17 приводного диска 8 отстоит от малого ряда 18 завихряющих лопаток 17 приводного диска 8 на расстоянии, достаточном для свободного размещения между ними направляющих лопаток 14 фланца 7 соответствующего ряда, т.е. как показано на фиг.1, между малым рядом 18 завихряющих лопаток 17 приводного диска 8 и средним рядом 19 завихряющих лопаток 17 приводного диска 8 размещен малый ряд 15 направляющих лопаток 14 фланца 7, между средним рядом 19 завихряющих лопаток 17 приводного диска 8 и большим рядом 20 завихряющих лопаток 17 приводного диска 8 размещен большой ряд 16 направляющих лопаток 14 фланца 7.
Таким образом, можно сказать, что кольцевые ряды 15 и 16 направляющих лопаток 14 фланца 7 расположены относительно друг друга с обеспечением возможности свободного прохода между ними соответствующего ряда завихряющих лопаток 17 приводного диска 8, а концентрические кольца 18, 19 и 20 с соответствующим кольцевым рядом завихряющих лопаток 17 приводного диска 8 расположены относительно друг друга с обеспечением возможности свободного размещения между ними соответствующего ряда направляющих лопаток 14 фланца 7 стакана 6.
Кроме того, для обеспечением возможности последовательного прохода исходной воды из полости стакана 6 центробежного завихрителя 2 к внутренним стенкам корпуса 1 деаэратора приводной диск 8 установлен так по отношению к фланцу 7 стакана 6, что между нижними торцами 21 направляющих лопаток 14 фланца 7 и дном 22 канавок между концентрическими кольцами 18, 19 и 20 с кольцевыми рядами завихряющих лопаток 17 приводного диска 8 имеется зазор, а в виду того, что высота каждой из направляющих лопаток 14 и общая высота концентрического кольца с каждой из завихряющих лопаток 17 одинаковы, то такой же зазор имеется между верхними торцами 23 завихряющих лопаток 17 приводного диска 8 и дном 24 канавок между кольцевыми рядами 15 и 16 направляющих лопаток 14 фланца 7, при этом нижние торцы направляющих лопаток 14 фланца 7 расположены ниже уровня поверхности соответствующего концентрического кольца 18, 19 или 20 для предотвращения проскока деаэрируемой исходной воды по поверхности приводного диска 8, минуя кольцевые ряды направляющих лопаток 14.
Таким образом, можно сказать, что приводной диск 8 установлен с обеспечением возможности последовательного прохода исходной воды из полости стакана 6 центробежного завихрителя 2 к внутренним стенкам 25 корпуса 1 вихревого деаэратора только путем взаимодействия с завихряющими лопатками 17 и с направляющими лопатками.
Патрубок отвода деаэрированной воды 4, имеющий традиционную конструкцию, выполненный, например, в виде отрезка трубы, например, металлической с фланцем, закреплен в дне 26 корпуса 1 вихревого деаэратора.
Патрубок отвода паровоздушной смеси 5, выполненный в виде отрезка трубы, размещен внутри корпуса 1 деаэратора и выведен наружу через дно 26, в которое он, например, вварен, при этом заборная часть 27 патрубка отвода паровоздушной смеси 5 расположена в верхней части корпуса 1 вихревого деаэратора.
Центробежно-вихревой деаэратор воды работает следующим образом.
Включают электродвигатель привода 9. Приводной диск 8, жестко закрепленный на конце выходного вала 10, раскручивается. Исходная вода, поступающая через патрубок подачи исходной воды 3, захватывается малым рядом 18 пришедших в движение завихряющих лопаток 17 и разгоняется до скорости, зависящей от радиуса малого ряда18, скорости вращения электродвигателя и профиля лопаток 17. Воде сообщается значительная кинетическая энергия. Высокоскоростные струи исходной воды после завихряющих лопаток 19 попадают на неподвижные направляющие лопатки 14 малого кольцевого ряда 15, где разбиваются и резко снижают скорость, испытывая значительные кавитационные явления и перегрузки, в результате которых происходит выделение парогазовой фракции и ее отделение от воды. Остановившиеся струи воды стекают вниз под действием силы тяжести и попадают на дно 22 соответствующей канавки между концентрическими кольцами 18, 19 или 20 с кольцевыми рядами завихряющих лопаток 17 приводного диска 8. За счет центробежной силы исходная вода поднимается по кольцевой канавке выше уровня соответствующего концентрического кольца 18 и захватывается вращающимися завихряющими лопатками 19, где разгоняется до еще более высокой скорости, т.к. радиус концентрического кольца 19 больше, чем у кольца 18. С еще большей кинетической энергией вода ударяется о неподвижный ряд направляющих лопаток 14 ряда 16. При этом происходит выделение из воды оставшихся газов. Низкоскоростные струи воды стекают на дно 22 кольцевой канавки между кольцевыми рядами завихряющих лопаток 17 рядов 19 и 20, где начинает вновь раскручиваться. Раскрученная вода захватывается кольцевым рядом 20 завихряющих лопаток 17 и, разогнавшись до максимальной скорости, определяемой частотой вращения электродвигателя, радиусом кольцевого ряда завихряющих лопаток кольцевого ряда 20 и профилем лопаток 17, попадает на внутреннюю наклонную часть корпуса 1, где происходит окончательное отделение пены и оставшихся пузырьков газов от воды. Стекая по спирали по внутренней стенке 25 корпуса 1, деаэрированная вода снижает скорость и по патрубку 4 покидает деаэратор. Выделившиеся газы и пар удаляются через патрубок отвода паровоздушной смеси 5.
Таким образом обеспечивается возможность многократного скачкообразного изменения скорости движения исходной воды, что в свою очередь приводит к значительному повышению интенсивности выделения растворенных газов без подогрева воды за счет подвода значительной механической энергии исходной воде непосредственно перед моментом кавитационно-вихревого воздействия и неоднократного повторения этого воздействия при необходимости глубокой деаэрации воды.