Импульсные парогенераторы серии Торнадо

УДК 621.18

ИМПУЛЬСНЫЕ ПАРОГЕНЕРАТОРЫ СЕРИИ “ТОРНАДО”

Б.М. Посметный, инженер, производственное предприятие «Весоизмеритель», Ю.И. Горпинко, к.т.н., преподаватель, ХУВС

Аннотация. Разработаны генераторы водяного пара роторных конструкций, с использованием явления кавитации, которые обеспечивают производство пара с температурой до 140 С. Время запуска холодного агрегата не превышает 300 секунд. Парогенераторы способны испарять различные жидкости, включая многокомпонентные смеси. С помощью разработанных технологий получены сгораемые смеси воды и нефтепродуктов.

Ключевые слова: сверхединичный, парогенератор, ротор, кавитация, смеси, углеводороды.

Введение

Стремительно развивающийся научно-технический прогресс обусловливает активные поиски новых подходов к производству пара. Одним из них стало применение преобразование кинетической энергии в теплоту пара. Его главным преимуществом является отсутствие необходимости подвода к жидкости внешней энергии в форме теплоты, существенно более высокого потенциала, чем температура кипения при рабочем давлении этого процесса. Системы такого класса потенциально способны производить энергию для реализации многочисленных технологических процессов без сжигания органического топлива, минуя преобразование энергии в электрическую форму.

Достоверные сведения о создании роторнокавитационных генераторов пара отсутствуют. Достижение в таких агрегатах полезной эффективности их аналогов - нагревателей жидкости, на уровне 200%, способно резко улучшить потребительские характеристики технологий преобразования кинетической энергии в теплоту.

Анализ публикаций

Наиболее активно технологии парогенераторов, использующих преобразование кинетической энергии, развивается в США. Первые патенты закрепляют использование как щелевых [1], так и роторных [2, 3] устройств. С 1997 года в США выдается, в среднем, по пять патентов в год по получению пара преобразованием кинетической энергии. Указанные решения авторы, чаще всего, называют фрикционными нагревателями. Единичные патенты стран СНГ, например [4], имеют в качестве прототипов устройства, запатентованные в США.

Реальным средством улучшения потребительских характеристик фрикционных парогенераторов является использования кавитационного разогрева. В жидкости, над которой совершается механическая робота, выделяется теплота. При определенных условиях, сопряженных с вращением жидкости и ее кавитацией, процесс тепловыделения может стать весьма эффективным за счет активизации дополнительных энергий [5, 6]. Литературные сведения о производстве пара в подобных системах нами не обнаружены.

Цель и постановка задачи

Разработка роторнокавитационных технологий получения пара, исследование их возможностей.

Характеристики парогенераторов серии «Торнадо»

Специалистами Харьковской ассоциации приборостроителей «МЕРА» разработаны роторнокавитационные технологии получения паров различных жидкостей, включая смеси. Конструктивной основой для них послужили оригинальные роторные нагреватели жидкости [7]. На рис. 1 представлена фотография сверхединичного парогенератора продуктивностью 25 килограмм водяного пара в час. Данный образец демонстрировался на выставке научно-технологических достижений Харькова в 2004 году. Производство подобных парогенераторов, обеспечивающих различную продуктивность, налажено на 1111 «Весоизмеритель». Они составляют серию «Торнадо». В состав любого кавитационно-роторного агрегата входит технологический блок с ротором формы тела вращения и приводной электродвигатель, обмотки которого соединены по схеме «звезда».

Рис. 1. Технологический блок кавитационно-роторного парогенератора ГТУ 15/22 из серии «Торнадо»

Все агрегаты при испарении воды имеют эффективность преобразования подведенной энергии в теплоту, превышающую 100%. Потребительские характеристики теплогенераторов при производстве водяного пара представлены в табл. 1. В силу того, что любой из агрегатов может быть использован также и для нагрева жидкости в их название вынесена аббревиатура ГТУ - генератор тепла универсальный. Цифровые характеристики имеют размерность киловатт. Числитель показывает номинальную потребляемую мощность агрегата, знаменатель обозначает эквивалент мощности, отдаваемой в виде тепла;

Таблица 1 Технические характеристики импульсных парогенераторов серии «Торнадо»

Кроме их высокой эффективности, парогенераторы отличаются важным потребительским преимуществом - малым временем выхода на режим. Запуск парогенератора занимает максимум 300 секунд. Парогенераторы с такими характеристиками пуска мы называем импульсными, и это название вынесли в заглавие статьи. Насколько оно удачно - вопрос, который можно обсудить отдельно. По нашему мнению, представляемые агрегаты с электроприводом наиболее конкурен-

тоспособны в ситуациях потребности в периодической подаче пара.

Методика определения эффективности

Эффективность парогенераторов во всех испытаниях определялась сопоставлением теплоты конденсации измеренного веса продукционного пара и потребляемой электроэнергии в процессе его выработки. Для электрических измерений использовался трехфазный счетчик электроэнергии и дополнительный однофазный ваттметр. При определении эффективности парогенератор дополнялся внешним конденсатором в виде пучка наклонных труб, размещенных в едином кожухе, заполненном водой.

Производительность по пару определялась взвешиванием полного количества конденсата, выработанного за фиксированное время. Теплота, теряемая с проскоком пара, а также рассеиваемая в пространство от нагретых поверхностей теплогенератора, включая электродвигатель привода, не учитывалась.

С целью повышения точности измерений, подача пара в конденсатор производилась через сухопарник. В более поздней конструкции испытательного стенда использован противоточный водяной конденсатор пара, позволяющий производить измерение выделенной парогенератором теплоты по нагреву водопроводной воды в отдельном контуре конденсатора.

Кавитационное смешение

Кавитация успешно применяется для создания водных растворов нефтепродуктов. Такая возможность была проверена. Смешение воды и нефтепродуктов при помощи роторнокавитационных агрегатов позволяет, в зависимости от выбранной технологии, получать и устойчивые растворы компонент, и медленно расслаивающиеся их смеси. Смеси являются полностью сгораемыми на время порядка нескольких часов, растворы - не менее месяца. При выпаривании смесей жидкостей сверхединичная эффективность генерации тепла не наблюдалась.

Возможности технологий

получения водяного пара

Из сегодняшнего понимания физического механизма работы парогенераторов не видно причин, препятствующих применению иных, чем электрических, систем привода. Использование дефицитной и дорогой электроэнергии для решения задачи выработки тепла явно не является самым рациональным вариантом. Наибольшие экономичным представляется применение для привода кавитационно-роторных систем производства пара, энергий движения природных потоков [7].

Наименова- ние Производительность, кг пара / час Температура продукционного пара, °С Эффективность, % Цена, тис. грн.

ГТУ 15/22 25 97-140 150 9

ГТУ 30/45 50 97-140 150 18

ГТУ* 45/90 110 97-180 - 28

*Примечание. Находится в разработке, есть технические проблемы в реализации полного цикла испытаний.

Пар имеет существенные преимущества, по сравнению с жидким теплоносителем. Основные из них - снижение весовых расходов, необходимых для передачи одного и того же количества тепла на порядок, отсутствие уменьшения потенциала тепла при его передаче, малое гидростатическое давление столба теплоносителя.

Повышение потенциала вырабатываемого тепла до 150 градусов позволяет, кроме решения задач отопления, обеспечивать энергией множество технологических процессов. Таковыми могут быть, например, сушка и консервация сельскохозяйственных продуктов, дистилляция или ректификация этилового спирта, производство бетонных материалов, обеспечение энергоснабжения банно-прачечных комплексов и бассейнов и так далее. Прогнозная оценка удешевления водяного пара составляет 500-1000%, по сравнению с современными котлами, при условии обеспечения ресурса работы парогенераторных систем, аналогов водяных мельниц, на протяжении около десяти лет.

Значительны и валовые возможности технологий. Предположим худший случай, что предлагаемое направление ограничиться в своем развитии уже достигнутыми характеристиками по производительности и использованием вырабатываемых паров исключительно в качестве теплоносителя. В том случае, если на территории Украины появиться сто тысяч агрегатов, средней производительностью 100 кг водяного пара в час, экономия метана составит около четырех миллионов тонн за год. Для достижения такого результата необходимо, чтобы один из двухсот трудоспособных жителей Украины организовал свой бизнес на основе использования предлагаемых источников энергии.

Сопутствующие возможности технологий

Первыми испытаниями, результаты которых описаны выше, практически открыто направление, связанное с изучением влияния новых энергий на характеристики жидких органических топлив. Прогнозировать его возможности затруднительно, но методичная проверка обязательна. Для получения горючей смеси из воды и нефтепродуктов, необходимы затраты на уровне одного процента от стоимости топлива. Если теплота сгорания полученной смеси даст выигрыш в 5%, то рентабельность технологии может составить несколько сотен процентов. Перспективным представляется применение технологий для уменьшения потерь продуктов нефтехимии, в настоящее время не утилизируемых (остатки в сосудах, цистернах и т.п.). Предлагаем сотрудни-

чество всем заинтересовавшимся применением нового способа производства паров жидкостей.

Наш адрес: Украина, г. Харьков, ул. Мироносицкая, д. 70, «Весоизмеритель». Контактный телефон ПП «Весоизмеритель»: 8-057-7140611, факс - 714-08-11.

Контактные телефоны авторов:

8-057-3703-726, 8-0572-54-86-95.

Выводы

Разработаны роторнокавитационные технологии производства паров жидких веществ, включая смеси. Полезная эффективность по производству водяного пара составляет не менее 150%; с применением указанных технологий получены полностью сгораемые смеси воды и нефтепродуктов, включая длительно устойчивые растворы.

Литература

1. Патент США № 4489678, МПК Б 22В 3/06, Б

24С 9/00. Устройство преобразования энергии // Публикация 84.12.25 Т. 1049 №4.

2. Патент США № 4501231, МПК Б 22В 3/06.

Отопительная система с подогревом жидкого теплоносителя // Публикация 85.02.26 Т. 1051 №4.

3. Международный патент. WO № 08901114 А1,

МПК Б 22В3/06 Аппарат для фрикционного нагрева жидкости // Публикация 89.02.09

4. Авторское свидетельство. 8и 1636622 А1,

МПК Б 22В3/06. Парогенератор. / И.Ф.Чере-мис. Г. А. Крюков // Бюл. №11. - 1991.

5. Потапов Ю.С, Фоминский Л.П., Вихревая энер-

гетика и холодный ядерный синтез с позиций теории движения. Кишинев - Черкассы: «ОКО-Плюс». - 2000. - 387 с.

6. Посметный Б.М, Горпинко Ю.И. Активизация

дополнительных энерговыделений в вихревых генераторах тепла на основе трубы Ранка // Вестник ХНАДУ / Сб. научн. тр. -Харьков: Изд-во ХНАДУ. - 2005.

7. Посметный Б.М., Горпинко Ю.И. Проблемы

повышения конкурентоспособности роторнокавитационных нагревателей жидкостей. // Вестник ХНАДУ / Сб. научн. тр. - Харьков: Изд-во ХНАДУ. - 2005.

Рецензент: М.А. Подригало, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 7 января 2005 г.