ЭЛЕКТРОНАСОС ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ГЕРМЕТИЧНЫЙ - ТЕПЛОГЕНЕРАТОР
CENTRIFUGAL LEAKPROOF ELECTRIC PUMP - HEAT GENERATOR

Предлагаемое изобретение относится к области насосостроения и может найти применение в центробежных герметичных электронасосах, перекачивающих взрывопожароопасные жидкости с повышенной вязкостью (например, нефтепродукты и др.) на предприятиях нефтехимической промышленности.
В настоящем изобретении усовершенствуются известные конструкции центробежных герметичных электронасосов, содержащие в едином корпусе подвод, рабочее колесо и отвод насоса, статор и ротор приводного электродвигателя и радиальные и осевые пары трения (см., например, Васильцов Э.А., Невелич В.В. «Герметические электронасосы» М. «Машиностроение» 1968 г. Стр.234, а также герметичные центробежные электронасосы по авторским свидетельствам СССР  №1038596 и №1038597, кл. F04D 13/06, лопастный насос по А.С. СССР  №523196, кл. F04D 9/06 и др.)
Конструкции герметичных электронасосов по А.С. №1038596 и №523196 могут быть приняты за базовые объекты.
Недостатками указанных конструкций при перекачивании жидкостей с повышенной вязкостью при обычной температуре являются:
- снижение всасывающей способности насоса, для устранения чего требуется повышение давления жидкости на входе в насос или предварительный подогрев перекачиваемой жидкости;
- снижение кпд насоса и увеличение потребляемой электронасосом мощности.
Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, т.е улучшение всасывающей способности электронасоса, повышение его кпд и снижение потребляемой им мощности за счет повышения температуры перекачиваемой жидкости внутри электронасоса.
Поставленная цель достигается за счет того, что внутри полого ротора электродвигателя (например, индукторного или моментного) выполнен вихревой теплогенератор в виде вихревой трубы, а внутри подвода, организующего всасываемый рабочим колесом поток (например, полуспирального подвода), выполнен резонансный кавитационный роторный теплогенератор.
При этом существенным отличием данной конструкции является то, что предварительный нагрев протекающей по контурам охлаждения статора и ротора электродвигателя, а также радиальных и осевой опор скольжения жидкости полезно используется в последующих ступенях встроенного теплогенератора.
Указанная охлаждающая (и смазывающая опоры скольжения) жидкость через полый вал попадает в вихревую трубу, выполненную во внутренней полости ротора электродвигателя, где разделяется на два потока, имеющих разные температуры: «горячую» (проходящую по внутренним стенкам ротора далее в полый вал под рабочим колесом) и «теплую» (с более высокой температурой, чем температура поступающей в вихревую трубу жидкости), которая возвращается по осевой зоне через отверстия на вход вихревой трубы, еще более подогревая поступающую в нее жидкость (см., например, патенты РФ на вихревые теплогенераторы №2045715 и №2132517 и др.
После вихревой ступени подогретая жидкость по полому валу поступает в кавитационную роторную ступень теплогенератора, представляющую собой вращающийся ступенчатый цилиндр с равномерно распределенными сквозными радиальными цилиндрическими или ступенчатыми (конические сходящиеся насадки, переходящие в расширенные цилиндрические) отверстиями.
Коаксиально вращающемуся цилиндру в подводе выполнено неподвижное кольцо со сквозными радиальными отверстиями, большими по диаметру, чем выходные отверстия во вращающемся цилиндре.
В начале конических насадков и при резком переходе их в цилиндрические отверстия образуются зоны пониженных давлений, способствующих образованию кавитационных пузырьков в жидкости еще во вращающемся цилиндре. В момент совмещения отверстий ротора с отверстиями в неподвижном кольце жидкость, проходя через внезапно расширяющиеся отверстия, опять образует области пониженного давления. При понижении давления ниже давления насыщенного пара жидкости, она интенсивно закипает, насыщая струи кавитационными пузырьками. После прохода этих зон давление в жидкости повышается, и кавитационные пузырьки охлопываются, образуя волну гидравлических микроударов, нагревающих перекачиваемую жидкость (см., например, патенты США №5341768, №5188090, А.С. СССР кл. F24J 3/00 №1329629, патент РФ №2054604 МПК F24J 3/00, патент РФ №2085273, МПК В01Р 7/00, патент РФ №2116583 МПК F24J 3/00, патент РФ №2142604, МПК J3/00, патент РФ №2159901, МПК P24J 3/00 и др.).
После роторной кавитационной ступени теплогенератора нагретая жидкость через кольцевые сопла попадает во всасываемую рабочим колесом жидкость, повышая ее давление и нагревая ее (тем самым, снижая ее вязкость и уменьшая энергозатраты на ее перекачивание). Кроме того, напорные струи нагретой жидкости создают дополнительный эжектирущий эффект и направленное формирование потока на входе в рабочее колесо, что повышает его гидравлический кпд и антикавитационные качества.
Использование предлагаемого герметичного электронасоса-теплогенератора существенно повышает активацию и экономичность технологических процессов и значительно уменьшает энергозатраты на их осуществление, т.к. по разным данным подобные устройства имеют коэффициент преобразования энергии (отношение вырабатываемой тепловой энергии к затрачиваемой механической) порядка 1,2-3,5 - (6). Таким образом, применение ЭЦГТ, например, в нефтехимической промышленности позволяет не только перекачивать и нагревать различные вязкие жидкости, но и использовать их как специальное технологическое оборудование (применение ЭЦГТ при одновременном создании и перекачивании высокодисперсных стойких водомазутных эмульсий из дешевых низкокачественных мазутов, обеспечивающих повышение кпд котлов и срок их службы при экономии топлива и значительном снижении вредных выбросов).
В конструкциях устройств по А.С. №1038596 и №523196 выполнение одновременно нескольких различных функций на основе основного предназначения не обеспечивается. Таким образом, заявляемая конструкция ЭЦГТ имеет вышеуказанные технические преимущества по сравнению с базовым объектом.
Данные, подтверждающие достоверность достижения цели изобретения, описаны в специальной технической литературе (см., например, Фоминский Л.П., «Роторные генераторы дарового тепла», Черкассы: «ОКО-Плюс» 2003, Фоминский Л.П. «Как работает вихревой теплогенератор Потапова», Черкассы: «ОКО-Плюс» 2001, Ю.С.Потапов, Л.П.Фоминский и др. «Энергия вращения», Б.Т.Емцев «Техническая гидромеханика» М, Машиностроение, 1978 г. (стр.192, 200, 207 и др.), Л.П.Фоминский «Сверхъединичные теплогенераторы - блеф или реальность?», Справочник промышленного оборудования» 2004 г. №2 (стр.81-93) и др.
Сущность изобретения поясняется чертежом ЭЦГТ. Данный электронасос-теплогенератор включает в себя находящиеся в одном корпусе подвод 1, организующий всасываемый поток на входе в рабочее колесо 2, отвод (например, спиральный) насоса 3, экранированный статор 4 и экранированный полый ротор 5 регулируемого по скорости вращения электродвигателя (например, индукторного или моментного). Полый ротор закреплен на полом валу 6, который установлен в подшипниках скольжения 7 и зафиксирован от осевого смещения осевой опорой скольжения 8. На конце полого вала снаружи и внутри выполнена резьба, образующая совместно с резьбами на неподвижных деталях (охватывающих вал и входящий в его центральное осевое отверстие) лабиринтный насос 9. Внутри полото ротора выполнена вихревая труба 10, разделяющая проходящий через нее поток на два различных по температуре и по направлению потока - «горячий», уходящий по отверстиям 11 направителя 12 в полый вал, и «теплый», возвращающийся через осевые отверстия 13 завихрителя 14 на вход вихревой трубы - первой ступени теплогенератора.
Подвод насоса состоит из закрепленного на полом валу вращающегося обтекаемого диска-ротора 15, в котором выполнены радиальные цилиндрические отверстия 16 и ступенчатые-конические сходящиеся, резко переходящие в цилиндрические большего диаметра отверстия 17, и закрепленного на корпусе неподвижного обтекаемого статора 18 с радиальными коническими отверстиями 19 и резко расширяющимися по объему полостями 20 - для выхода жидкости из радиальных цилиндрических отверстий 16 и 21 - для выхода жидкости из статорных отверстий 19. Во вращающемся диске-роторе выполнены вращающиеся кольцевые сопла 22, а в статоре - неподвижные сопла 23. Вращающийся ротор 15 и статор 18 с выполненными в них радиальными отверстиями образуют вторую - кавитационную ступень теплогенератора.
При работе электронасоса-теплогенератора ЭЦГТ часть напорной жидкости после рабочего колеса 2 проходит через его радиальное щелевое уплотнение на смазку и охлаждение радиальных опор 7, охлаждение экранированного статора 4 и ротора 5, смазку и охлаждение осевой опоры скольжения 8, подогреваясь во всех этих узлах, и затем на создание напорного потока лабиринтным насосом 9. Далее по полому валу 6 напорный поток поступает в вихревую трубу 10, где разделяется на «горячий», уходящий по отверстиям 11 направителя 12 в полый вал, и циркулирующий внутри трубы «теплый» поток, который, смешиваясь через отверстия 13 в завихрителе 14 с поступающим в вихревую трубу потоком, подогревает его.
По полому валу 6 «горячий» напорный поток поступает во вращающийся ротор 15 кавитационной ступени теплогенератора.
Часть потока проходит по радиальным цилиндрическим отверстиям 16, приобретая при этом за счет центробежных сил дополнительный напор, в резко расширяющуюся полость 20 между ротором и статором, где образуется зона пониженного давления, способствующая образованию кавитационных пузырьков в жидкости, которая затем через сопла 22 попадает во всасываемый поток.
Другая часть потока попадает в радиальные конические сходящиеся и резко переходящие в цилиндрические большого диаметра отверстия 17, а затем в большие по диаметру отверстия 19 в статоре 18. В начале конических отверстий и при резком переходе их в цилиндрические отверстия большего диаметра 17 в роторе 15, а затем при переходе в большие по диаметру цилиндрические отверстия 19 в статоре 18 в жидкости образуются зоны пониженных давлений, способствующие образованию кавитационных пузырьков в жидкости еще во вращающемся роторе, а в момент совмещения отверстий 17 вращающегося ротора 15 с отверстиями 19 в неподвижном кольце статора 18 жидкость, проходя через внезапно расширяющиеся отверстия, опять образует области пониженного давления с образованием кавитационных пузырьков.
Затем жидкость переходит в образованную в статоре резкорасширенную по объему полость 21 с образованием зоны пониженных давлений с выделением кавитационных пузырьков.
Разогретая жидкость с кавитационными пузырьками из полостей 20 и 21 подходит к соответствующим цилиндрическим соплам 22 и 23, на входе в которые давление в жидкости возрастает, и на выходе из них кавитационные пузырьки охлопываются с образованием гидравлических микроударов, нагревающих жидкость напорных струй, попадающих во всасываемый поток, повышающих при этом его давление, формируя поток по направлению меридианного сечения рабочего колеса, повышая при этом гидравлический кпд и антикавитационные качества насоса.
Таким образом, предлагаемая конструкция центробежного герметичного электронасоса-теплогенератора имеет практическую ценность и может создать технический и экономический эффект при изготовлении технологического оборудования в нефтехимической и др. отраслях промышленности, т.к. способствует решению важной задачи повышения температуры перекачиваемых жидкостей (особенно вязких) внутри электронасоса, снижения потребляемой при этом мощности, повышения кпд электронасоса и улучшения его всасывающей способности.