ТЕПЛОТРУБНЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАГНЕТАТЕЛЬ
HEAT-PIPE CENTRIFUGAL BLOWER

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для утилизации вторичных тепловых энергоресурсов и низкопотенциальной тепловой энергии природных источников, а именно для трансформации тепловой энергии в механическую путем перемещения и нагнетания жидкостей.
Известно устройство центробежный насос, содержащий улиткообразный корпус с всасывающим и нагнетательным патрубками и размещенное в корпусе рабочее колесо (SU 931972 А, М кл. F04D 3/00, 1982).
Основными недостатками известного устройства являются невозможность утилизации низкопотенциальных вторичных тепловых энергоресурсов, тепловых ресурсов природных источников, что сужает область применения и снижает его эффективность.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является теплотрубный нагнетатель, который содержит цилиндрический корпус, внутри которого расположены испарительная, рабочая и конденсационная камеры, а торцевые стенки соединены центральным фитилем, покрытым обечайкой с образованием зазоров у них и проходящим по центральной оси, в испарительной и конденсационной камерах внутренняя поверхность боковых стенок и торцевых стенок покрыта решеткой, выполненной из тонкого слоя пористого материала, соединенной в центре торцевых стенок с центральным фитилем, внутри рабочей камеры устроены коаксиально друг за другом силовые турбины, жестко закрепленные к внутренней поверхности ее стенки и наружной поверхности обечайки, на ее наружной поверхности устроен шнек, обойму (наружный корпус), покрывающую шнек, соединенную с цилиндрическим корпусом через кольцевые уплотнения и снабженную всасывающим и нагнетательным патрубками. [Заявка РФ №2009107403/06 (09914), М кл. F01K 17/00, F04D 3/00, 02.03.2009.]
Основными недостатками известного устройства являются невозможность создания в нем напора, необходимого для перекачки и жидкостей, и газов на значительные расстояния, что сужает область его применения и, в конечном счете, снижает его эффективность.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности теплотрубного центробежного нагнетателя.
Технический результат достигается тем, что в теплотрубном центробежном нагнетателе, содержащем цилиндрический корпус, внутри которого расположены испарительная, рабочая и конденсационная камеры, а торцевые стенки соединены центральным фитилем, покрытым обечайкой с образованием зазоров у них и проходящим по центральной оси, в испарительной и конденсационной камерах внутренняя поверхность боковых стенок и торцевых стенок покрыта решеткой, выполненной из тонкого слоя пористого материала, соединенной в центре торцевых стенок с центральным фитилем, внутри рабочей камеры устроены коаксиально друг за другом силовые турбины, жестко закрепленные к внутренней поверхности ее стенки и наружной поверхности обечайки, наружный корпус, соединенный с цилиндрическим корпусом через кольцевые уплотнения и снабженный всасывающим и нагнетательным патрубками, согласно изобретению на наружной поверхности рабочей камеры устроено рабочее колесо, а наружный корпус, покрывающий рабочее колесо, выполнен улиткообразным.
На фиг.1 представлен общий вид предлагаемого теплотрубного центробежного нагнетателя (ТТЦН), на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.
ТТЦН содержит цилиндрический корпус 1, в котором внутренние поверхности верхней и нижней торцевых стенок 2 и 3 соединены центральным фитилем 4, проходящим по оси корпуса 1 и покрытым обечайкой 5 с образованием зазоров 6, 7 у верхней и нижней торцевых стенок 2 и 3, по ходу движения пара расположены: испарительная камера 8, внутренняя поверхность боковых стенок и верхней торцевой стенки 2 которой покрыта решеткой 9, выполненной из тонкого слоя пористого материала, соединенная в центре верхней торцевой стенки 2 с центральным фитилем 4, рабочая камера 10, внутри которой устроены коаксиально друг за другом силовые турбины 11, 12, жестко закрепленные периферийными и внутренними кромками лопастей к внутренней поверхности стенки рабочей камеры 10 и наружной поверхности обечайки 5 по нормали к ним, рабочее колесо 13 с лопатками 14, жестко закрепленное к наружной поверхности рабочей камеры, конденсационная камера 15, внутренняя поверхность боковых стенок и нижней торцевой стенки 3 которой покрыта решеткой 16, выполненной из тонкого слоя пористого материала и соединенной в центре нижней торцевой стенки 3 с центральным фитилем 4, улиткообразный наружный корпус 17, покрывающий рабочее колесо 14, прикрепленное к наружной поверхности рабочей камеры 10, соединенный с цилиндрическим корпусом 1 через кольцевые уплотнения 18 и снабженный всасывающим 19 и нагнетательным 20 патрубками.
Предлагаемый ТТЦН работает следующим образом. Перед началом работы из камер 8, 10, 15 ТТЦН удаляют воздух и заполняют центральный фитиль 4, пористый материал решеток 9, 16 рабочей жидкостью, которую выбирают в зависимости от температурного потенциала холодной и горячей сред (штуцера для удаления воздуха и подачи рабочей жидкости на фиг.1-2 не показаны), после чего ТТЦН устанавливают таким образом, чтобы испарительная камера 8 контактировала с горячей средой, а конденсационная камера 15 с холодной средой и жестко фиксируют корпус 17. В результате нагрева испарительной камеры 8 (теплообменная поверхность которой увеличена по сравнению с известным устройством за счет использования в процессе теплообмена, наряду с поверхностью верхнего торца 2 верхней части поверхности цилиндрической стенки корпуса 1) происходит интенсивное испарение рабочей жидкости с ее внутренней поверхности, причем пористый материал решетки 9 предотвращает образование паровой пленки на внутренней поверхности камеры 8 и, таким образом, интенсифицирует процесс испарения [Тепловые трубы и теплообменники: от науки к практике. Сборник научн. тр. - М.: 1990, с.22], образуется пар, который в результате вращения цилиндрического корпуса 1 за счет центробежной силы освобождается от уносимых капель рабочей жидкости, поглощаемых пористым материалом решетки 9 на боковой стенке камеры 8, которая снова транспортирует их в зону испарения. Очищенный пар поступает в рабочую камеру 10 на лопатки последовательно расположенных силовых турбин 11, 12, вращает цилиндрический корпус 1 и, соответственно, сообщает вращательное движение рабочему колесу 13. В результате вращения рабочего колеса 14 в полость между лопатками 13 и корпусами 1 и 17 из всасывающего патрубка 19 поступает перемещаемая жидкость, в которой за счет центробежной силы создается требуемое давление и через нагнетательный патрубок 20 подается в напорный трубопровод (не показан) и далее к потребителю. В рабочей камере 10 происходит изоэнтропное теплопадение пара с одновременным снижением его температуры и давления [И.Н. Сушкин. Теплотехника. - М.: Металлургия, 1973, с.331], после чего отработавший мятый пар поступает в конденсационную камеру 15, конденсируется там за счет контакта наружной поверхности камеры 15 с холодной средой, после чего образовавшийся конденсат рабочей жидкости всасывается пористым материалом решетки 16, которая увеличивает скорость движения конденсата к фитилю 4 и под воздействием капиллярных сил [В.В. Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. - Минск: Выш. школа, 1988, с.106] по фитилю 4 поступает в испарительную камеру 8. В камере 8 рабочая жидкость по решетке 9 распределяется по ее внутренней поверхности, происходит вышеописанный процесс испарения, после чего образовавшийся пар освобождается от капель рабочей жидкости и далее цикл повторяется.
Таким образом, предлагаемый ТТЦН обеспечивает возможность транспортировки жидкостей (газов) и создания в них давления за счет утилизации вторичных тепловых энергоресурсов различного потенциала (энергии сбросных вод, отходящих газов и т.д.), тепловых ресурсов природных источников (энергии солнца, воды и т.д.), что обеспечивает его высокую эффективность.