ВИХРЕВАЯ ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА
VORTEX HEAT-GENERATING UNIT

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам, где кинетическая энергия движущейся текучей среды преобразуется в тепловую энергию, и может быть использовано для тепло- и горячего водоснабжения объектов промышленного и бытового назначения, для подогрева технологических жидкостей.
Известен теплогенератор для нагрева жидкой среды (см. патент RU N2223452, публ. 10.02.2004 г., бюл. №4), принятый за прототип. Теплогенератор содержит насос, подключенный нагнетательной стороной к устройству для ускорения движения жидкой среды, которое на выходе сообщено с улиткой, а последняя подключена соосно к цилиндрической трубе, а на выходном участке цилиндрической трубы размещено тормозное устройство, выполненное в виде установленного на ребрах полого стакана.
Недостатком прототипа является недостаточная теплопроизводительность при недостаточной оптимизации конструкции.
Предлагаемым изобретением решается задача: сокращение энергозатрат при решении вопросов отопления и горячего водоснабжения.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности работы устройства за счет оптимизации конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой вихревой теплогенерирующей установке, состоящей из насоса, подключенного нагнетательной стороной к устройству для ускорения движения жидкой среды, которое на выходе сообщено с улиткой, а последняя подключена соосно к цилиндрической трубе, при этом на выходном участке цилиндрической трубы размещено тормозное устройство, новым является то, что устройство для ускорения движения потока жидкости выполнено в виде конического сходящегося насадка с углом конусности в диапазоне от 5 до 24°, отношение диаметра входного отверстия конуса к диаметру выходного отверстия составляет от 1,2 до 1,9, диаметр выходного отверстия конуса (диаметр входного отверстия улитки) больше диаметра выходного отверстия улитки на 0,5-3,5 мм, отношение внутреннего диаметра цилиндрической трубы к диаметру выходного отверстия улитки составляет от 1,5 до 2,1. Для установок с мощностью до 22 кВт включительно роль тормозного устройства может выполнять конструктивный изгиб цилиндрической трубы на угол не менее 90°.
Выполнение устройства для ускорения движения потока жидкости в виде конического сходящегося насадка с углом конусности в диапазоне от 5 до 24° и отношением диаметра входного отверстия конуса к диаметру выходного отверстия 1,2-1,9 обусловлено следующими факторами:
- конический сходящийся насадок с углом конусности 5-24°, имеющий незначительные отличия по коэффициентам расхода, скорости и сжатия (ε≈0,98, φ≈0,96, µ≈0,94) от сопла или коноидального насадка (ε≈1,0, φ≈0,97, µ≈0,97), является наиболее предпочтительным для использования в промышленном образце как более технологичный в изготовлении. Причем на практике при испытании как опытных, так и промышленных образцов подтверждено, что значения теплопроизводительности при использовании конического сходящегося насадка с данным углом конусности поддерживаются на высоком уровне;
- отношение диаметра входного отверстия к диаметру выходного отверстия конуса от 1,2 до 1,9 практически позволяет получать наиболее высокие результаты по тепловой эффективности за счет придания максимально возможной скорости поступления жидкости в улитку.
Выполнение диаметра выходного отверстия конуса (диаметра входного отверстия улитки) на 0,5-3,5 мм больше диаметра выходного отверстия улитки позволяет осуществить постоянный подпор по давлению в спиралеобразных каналах улитки, что способствует эффективному закручиванию потока жидкости, поддерживанию высокой скоростной составляющей на выходе улитки, а следовательно, поддерживать высокий уровень теплообразования. Причем разница в диаметрах возрастает с увеличением мощности вихревой теплогенерирующей установки.
При соотношении внутреннего диаметра цилиндрической трубы к диаметру выходного отверстия от 1,5 до 2,1 происходит резкое изменение давления вращающегося потока жидкости, которое сопровождается повышением температуры. При соотношении, превышающем данное значение, эффективность нагрева снижается из-за того, что поток жидкости разрывается, не успевая заполнить пространство цилиндрической трубы. При соотношении, меньшим, чем данное значение, эффективность нагрева снижается из-за того, что изменение давления не носит лавинообразного характера.
При невысоких мощностях вихревой теплогенерирующей установки (≈ до 22 кВт), при более низких давлениях внутри устройства (до 0,3 МПа) роль тормозного устройства может выполнять конструктивный изгиб цилиндрической трубы на угол не менее 90°, что позволяет упростить конструкцию без снижения эффективности теплообразования.
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 вихревой теплогенерирующей установки; на фиг.2 - схема теплогенератора с тормозным устройством в виде конструктивного изгиба цилиндрической трубы.
Вихревая теплогенерирующая установка состоит из насоса 1, подключенного нагнетательной стороной к устройству для ускорения движения жидкой среды в виде сходящегося конического насадка 2 с углом конусности в диапазоне от 5 до 24°, который своим выходом соединен с входным отверстием улитки 3, последняя своим выходным отверстием соосно соединена с цилиндрической трубой 4. На выходном участке цилиндрической трубы 4 размещено тормозное устройство 5, выполненное в виде установленного на ребрах 6 полого стакана 7. В варианте исполнения (для мощностей вихревой теплогенерирующей установки ≈ до 22 кВт) роль тормозного устройства может выполнять конструктивный изгиб цилиндрической трубы, выполненный в виде стандартного приварного отвода 8 с углом 90°.
вх.к
вых.к
вх.ул
вых.к
вх.ул
вых.ул
вн.цт
вых.ул
Отношение диаметра входного отверстия конического насадка Dк диаметру выходного отверстия D составляет от 1,2 до 1,9, причем выходное отверстие конического насадка является входным отверстием улитки с диаметром D=D. Диаметр входного отверстия улитки D больше диаметра выходного отверстия улитки D  на 0,5-3,5 мм. Отношение внутреннего диаметра цилиндрической трубы В к диаметру выходного отверстия улитки D  составляет от 1,5 до 2,1.
Вихревая теплогенерирующая установка работает следующим образом. Рабочая жидкость, в большинстве случаев вода под давлением, которое создается насосом 1, подается через конический насадок 2 в улитку 3, где ее движение приобретает вращательно-вихревой характер. Из улитки 3 рабочая жидкость поступает в цилиндрическую трубу 4 и спиралеобразно, с выделением тепловой энергии движется к тормозному устройству 5. Торможение потока рабочей жидкости о ребра и стакан 7 тормозного устройства 5 также приводит к его нагреву. В варианте исполнения теплогенерирующей установки с конструктивным изгибом цилиндрической трубы в виде стандартного приварного отвода 8 с углом 90° торможение вращающегося потока жидкости происходит за счет резкого изменения направления его движения.