РАЗОГРЕВАТЕЛЬ ТУРБУЛЕНТНЫЙ ЖИДКОСТЕЙ С НИЗКОЙ ВЯЗКОСТЬЮ
LOW VISCOSITY TURBULENT HEATER

Изобретение относится к конструкции винтоканавочных насосов, предназначенных для эффективного нагрева прокачиваемых с малым напором жидкостей с малой вязкостью, бензина, керосина, воды в отопительных системах и емкостях.
Известны, и применяются в промышленности, лабиринтно-винтовые насосы, состоящие из корпуса, ротора с винтовыми канавками для перекачки вязких жидкостей, а также подшипников ротора, подводящих и отводящих жидкость патрубков, и электродвигателя, для приведения во вращение ротора (см. Голубев А.С. Лабиринтно-винтовые насосы и уплотнения для агрессивных сред. М.: Машиностроение, 1981, с. 4, рис. 2).
Недостатком описанной конструкции является низкая эффективность разогрева вязких жидкостей.
Этот недостаток устраняется в винтоканавочном насосе (прототип), включающем корпус, ротор с нагнетающими канавками и обратными канавками, ротор, установленный в подшипниках, при этом корпус снабжен патрубком, подводящими холодную вязкую жидкость и патрубком, отводящими нагретую жидкость, и электродвигателем, приводящим ротор во вращение (см. RU 2468306, МПК F24J 3/00 "Разогреватель турбулентный" Гринавцев В.Н., Гринавцев О.В. Черногиль В.Б., Ганул А.О., опубл. 27.11.2012, бюл. 33).
Недостаток этой конструкции заключается в том, что при пересечении нагнетающих канавок и обратных канавок ротора образуются зоны разрыва между стенками нагнетающих и обратных канавок, что снижает турбулентность жидкости с низкой вязкостью воды, бензина, керосина, а, следовательно, и снижает интенсивность разогрева.
Из теории гидродинамики известно, что повышение турбулентности потока, а, следовательно, повышение выделения тепла в жидкости, происходит при появлении на пути потока препятствия (см. Чугаев P.P., Гидравлика. Учебник для ВУЗов, 4-е издание, Энергоиздат. 1982 г., 672 с.). Препятствие может быть выступающим в русло потока, как показано на рис. 4-28 (см. Чугаев P.P., Гидравлика., Энергоиздат. 1982 г., стр. 182., рис. 4-28), или утопленным ниже уровня потока (см. Чугаев P.P., Гидравлика. Учебник для ВУЗов, 4-е издание, Энергоиздат. 1982 г., 672 с., рис. 4-16), являясь выемкой.
Техническая задача настоящего изобретения заключается в создании устройства, обеспечивающего более интенсивный турбулентный поток жидкости с низкой вязкостью, и, за счет этого, ее более эффективный разогрев.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что разогреватель турбулентной жидкости с низкой вязкостью воды, бензина, керосина, включающего корпус, ротор с нагнетающими канавками и обратными канавками, причем ротор, установленный в подшипниках, при этом корпус снабжен патрубком, позволяющим холодную жидкость с низкой вязкостью воду, бензин, керосин и патрубок, отводящий нагретую жидкость с низкой вязкостью воду, бензин, керосин, электродвигатель, ротор выполнен из разогревателя, имеющего одинаковое число нагнетающих канавок и обратных канавок и нагнетателя, имеющего только нагнетающие канавки, при этом на нагревателе при пересечении нагнетающих канавок и обратных канавок в зоне разрыва между стенками нагнетающих канавок и обратных канавок выполнены отверстия диаметром от 1,2 до 1,6 ширины канавки и глубиной от 1,1 до 1,4 диаметра отверстий, а нагнетающие канавки и обратные канавки имеют одинаковую ширину и глубину, кроме того, число нагнетающих канавок и число обратных канавок нагревателя одинаково.
Отверстия изготавливаются концевой фрезой (в некоторых источниках именуется пальцевой), имеющей цилиндрическую форму (см. "Краткий справочник металлиста" под ред. А.Н. Малова и др. М.: "Машиностроение". 1965, стр. 707).
Изобретение поясняется рисунком, на котором:
Фиг. 1 - Схематическое изображение разогревателя турбулентного.
Фиг. 2 - Разрез ротора разогревателя по отверстию.
отв
Разогреватель турбулентный разогрева жидкости с низкой вязкостью воды, бензина, керосина состоит (Фиг. 1) из корпуса 1, закрытой крышками 2 с помощью винтов 3. В крышках 2 установлены подшипники 4, в которых вращается ротор 5, который приводится во вращение электродвигателем 6 через муфту 7. Ротор 5 имеет нагреватель 8 с нагнетающими канавками 9, и обратные канавки 10, и нагнетатель 11 с нагнетающими канавками 12, при этом, нагнетающие канавки 12 нагревателя 8 являются продолжением нагнетающих канавок 9 нагревателя 8, и имеют одинаковую ширину B1 и глубину h1. Ширина B1 нагнетающих канавок 9 нагревателя 8 одинакова с шириной В2 и глубиной h2 обратных канавок 10. Нагреватель 8 имеет зоны 13 между стенками 14 нагнетающих канавок 9 и стенками 15 обратных канавок 10, выполнены (Фиг. 2) отверстия 16, диаметр которых d равен от 1,2 до 1,6 ширины канавок и глубиной от 1,1 до 1,4 диаметра отверстий. При проведении экспериментальных исследований опытным путем установлено, что при диаметре отверстий, равном менее 1,1 ширины B1 нагнетающей канавки снижается эффективность разогрева жидкости с низкой вязкостью водой, бензином, керосином. При диаметре отверстия более 1,6 ширины B1 нагнетающих канавок снижается интенсивность прокачки жидкости низкой вязкости воды, бензина, керосина. Также, при проведении экспериментов, установлено, что при глубине отверстия менее 1,1 B1 нагнетающих канавок наблюдается снижение интенсивности роста температуры прокачиваемой жидкости с низкой вязкостью воды, бензина, керосина. При глубине отверстия более 1,4 ширины B1 нагнетающей канавки увеличивается расход электроэнергии на нагрев прокачиваемой жидкости с низкой вязкостью воды, бензина, керосина.
Корпус 1 имеет патрубки 17 для подачи холодной жидкости с низкой вязкостью воды, бензина, керосина и патрубок 18 для отвода горячей жидкости с низкой вязкостью воды, бензина, керосина.
Предложенный разогреватель турбулентный жидкости с низкой вязкостью воды, бензина, керосина работает следующим образом.
отв
При подаче электроэнергии электродвигатель 6 через муфту 7 приводит во вращение ротор 5, нагнетающие канавки 9 захватывают через патрубок 17 жидкость с низкой вязкостью вода, бензин, керосин создают поток, а обратные канавки 10 создают встречный поток. В результате их столкновения развивается высокая турбулентности, как следствие, интенсивное выделение тепла, за счет внутреннего трения. Но при пересечении нагнетающих канавок 9 и обратных канавок 10 образуются зоны 13, разрывы ограниченные стенками 14 нагнетающей канавки 9 и стенками 15 обратных канавок 10 (это связано с технологией производства ротора 5), что вызывает потерю турбулентности. Чтобы восстановить интенсивность турбулентности, в зонах 13 выполнены отверстия 16 диаметром d, которые являются препятствием, утопленным ниже русла потока, которое в соответствии с теорией гидродинамики (см. Чугуев P.P., Гидравлика, учебник для вузов, 4-е издание, Энергоиздат, 1982, 672 с., рис. 4-16) повышает турбулентность потока, а, следовательно, внутреннее трение и разогрев жидкости. Нагнетатель 11 обеспечивает за счет нагнетающих канавок 12 заданный напор горячей жидкости с низкой вязкостью вода, бензин, керосин на выходе в патрубке 18. Ротор 5 вращается в подшипниках 4 установленных в крышках 2, прикрепленных к корпусу 1 винтами 3.
дв
В соответствии с изобретением, разработана и изготовлена установка, включающая разогреватель турбулентный для нагрева воды: → емкость объемом 5 кг воды, электродвигатель 4А71УЗ мощностью 0,74 кВт, с числом оборотов П=3000 об/мин, ременной передачей, ведущий шкив которой имеет диаметр 140 мм, а ведомый имеет диаметр 70 мм. Для определения влияния отверстий на разогрев воды были изготовлены два ротора:
- первичный вариант ротора имел нагнетающие канавки и обратные канавки;
- второй вариант имел нагнетающие канавки и обратные канавки с одинаковым числом заходов, одинаковым шагом с первым ротором, но в зонах пересечения нагнетающих канавок и обратных канавок, выполненных сверлением отверстий, в соответствии с изобретением.
Разогреватель турбулентный соединен турбопроводами с емкостью, заполненной пятью килограммами воды. Температура в емкости измерялась полупроводниковыми датчиками D8181B20, запись текущей температуры осуществлялась на жесткий диск с мощностью микроконтроллера типа ATiny45, потребляемая мощность электродвигателя записывалась с помощью анализатора качества электроэнергии СА8335.
Параметры роторов первого и второго варианта следующие:
- диаметр ротора 80 мм;
- длина ротора 80 мм;
- ширина нагнетающих канавок и обратных канавок 5 мм;
- глубина нагнетающих канавок и обратных канавок 3,8 мм;
р
- частота вращения ротора П=6000 об/мин.
Второй вариант ротора имеет отверстия, в соответствии с формулировкой изобретения:
- диаметр отверстия 7,0 мм;
- глубина отверстия 8,4 мм.
При проведении разогрева 5 кг воды, при наличии ротора первого варианта, без отверстий, получены результаты, которые приведены в таблице 1. После смены ротора в зоне пересечения нагнетающих канавок проведен разогрев 5 кг воды, результаты приведены в таблице 2.
Анализ приведенных в таблице 1 и таблице 2 показывает, что при выполнении отверстий в зонах пересечения нагнетающих канавок и обратных канавок, в соответствии с формулой изобретения показало получение положительного эффекта по экономии электроэнергии при разогреве воды.
Внедрение предложенного изобретения в промышленности для обогрева жилых и промышленных помещений разогрева нефтепродуктов в автотранспорте позволяет получить существенный экономический эффект.