ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА И ТЕПЛОГЕНЕРАТОР
HEAT-RADIATING PLANT AND HEAT GENERATOR

Изобретение относится к теплогенерирующим установкам кавитационного гидравлического типа и может быть использовано для нагревания жидкости или получения пара различной температуры для бытовых и производственных нужд, также может быть использовано в системах отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и в технологическом оборудовании. Используемый в установке гидромеханический теплогенератор является устройством, предназначенным для преобразования энергии турбулентного потока жидкостей и водных растворов в тепловую. Конструкция данного гидромеханического теплогенератора позволяет воздействовать на жидкую среду кавитацией кумулятивно-ударным способом.
Наиболее близкой к теплогенератору по технической сущности является мобильная многофункциональная тепловая станция, содержащая теплогенерирующий блок, состоящий из корпуса-статора с двумя камерами, внутри которых с возможностью вращения на валах жестко закреплены диски, валы установлены в подшипниковых опорах и уплотнены торцевыми уплотнениями, размещенными в камерах, на внутренних торцевых поверхностях корпуса-статора и торцевых и цилиндрических поверхностях дисков выполнены ряды несквозных отверстий, на дисках в непосредственной близости от валов выполнены сквозные отверстия. В перегородке корпуса-статора соосно валам размещено сквозное отверстие (патент №2331823, кл. F24J 3/00, 12.11.2006).
Недостатками данного теплогенерирующего блока является невозможность получения пара, так как жидкость в указанном теплогенерирующем блоке может быть нагрета только до температуры насыщения, которая ограничивается давлением жидкости в замкнутом циркуляционном контуре.
Известна теплогенерирующая установка, содержащая теплообменный аппарат и последовательно сообщенные насос- и гидротеплогенератор. Между выходом гидротеплогенератора и входом насоса установлена вихревая камера, периферийная область которой сообщена с входом в насос посредством направленного навстречу потоку в вихревой камере заборника (патент №2201560, кл. F24J 3/00, 10.04.2001).
Недостатками данной теплогенерирующей установки является необходимость удаления пузырьков и сложность конструкции.
Наиболее близким к теплогенерирующей установке по технической сущности является мобильный тепловой пункт, содержащий теплогенератор, входная магистраль которого снабжена гидродинамическим излучателем и фильтром, и выходную магистраль, сообщенную через трехпозиционный переключатель с насосом, подключенный выходом к баку-аккумулятору. Мобильный тепловой пункт содержит измерительную систему, включающую в себя датчики давления и температуры, установленные на баке-аккумуляторе, входной магистрали и на калорифере. В устройстве установлены задвижки вентили, а также заливочные и сливные воронки (патент №75459, кл. F24J 3/00, 02.04.2008).
Недостатками данного устройства является узкий диапазон функциональных возможностей, низкая надежность системы из-за содержания под давлением теплоносителя в баке-аккумуляторе и, как следствие, необходимость контроля температуры и давления внутри бака-аккумулятора, что значительно усложняет конструкцию мобильного теплового пункта.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение диапазона функциональных возможностей, повышение эффективности и надежности.
Техническим результатом от использования настоящего изобретения являются увеличение режимов работы устройства, расширение температурного диапазона и возможность получения пара, а также отключение устройства при отклонении измеряемых параметров от номинальных.
Задача решается, а технический результат достигается в теплогенераторе, содержащем корпус-статор и ротор с несквозными отверстиями на рабочих поверхностях, отверстие для подачи теплоносителя, привод ротора, отверстия для вывода нагретого теплоносителя, в корпусе-статоре, состоящем из передней и задней крышек, имеющих ступенчатое изменение сечения, установлен соосно ротор, выполненный в виде двух ступенчатых конусов, соединенных основаниями, таким образом, что зазоры между горизонтальными стенками ступеней равны зазорам между вертикальными стенками соответствующих ступеней корпуса-статора и ротора, а в центральной части задней крышки выполнено дополнительное отверстие для вывода пара.
При этом ступени на задней крышке корпуса-статора и соответствующие ступени ротора выполняют роль лабиринтного уплотнения и препятствуют движению подаваемого под давлением теплоносителя, количество ступеней ротора и корпуса-статора равно и выполнено в количестве не менее одной, несквозные отверстия расположены на каждой горизонтальной стенке ступеней ротора и корпуса-статора и равноудалены от центральной оси, с торца корпуса-статора два отверстия для вывода теплоносителя расположены с диаметрально противоположных сторон.
Задача решается также в теплогенерирующей установке, содержащей бак, фильтр, входную магистраль, теплогенератор, выходную магистраль, соединенную с трехпозиционным краном, датчик давления, датчик температуры, задвижки, краны, заливочные и сливные воронки, входная магистраль снабжена электронасосом, выход которого подключен к линии управления, содержащей трехходовой кран, подключенный к задвижке и дросселю, выходы которых подключены к входу теплогенератора, первый выход которого предназначен для подачи горячего теплоносителя, второй выход предназначен для подачи потребителю пара, а третий для аккумуляции горячего теплоносителя в баке. При этом третий выход теплогенератора управляется электромагнитным клапаном, входная магистраль дополнительно содержит обратный клапан, выход которого подключен к входу теплогенератора, а вход к выходу линии управления, к входу линии управления подключен дроссель, соединенный с баком-аккумулятором, к входу управляющей линии подключен электроконтактный манометр, подача нагретого теплоносителя может осуществляться потребителю через сливную воронку бака, подача нагретого теплоносителя может осуществляться потребителю под давлением, через электронасос и сливную воронку входной магистрали.
На фиг.1 представлен продольный разрез теплогенератора.
На фиг.2 представлена общая схема теплогенерирующей установки.
Теплогенератор содержит корпус-статор, состоящий из передней 1 и задней 2 крышек. В корпусе-статоре внутренние рабочие поверхности выполнены со ступенчатым сечением, соосно размещен ротор 3, выполненный в виде двух ступенчатых усеченных конусов, соединенных основаниями, таким образом, что зазоры между горизонтальными стенками ступеней равны зазорам между вертикальными стенками соответствующих ступеней корпуса-статора и ротора, и жестко закреплен на валу привода 4. На каждой вертикальной стенке ступени ротора 3 и вертикальных ступенях корпуса-статора выполнены несквозные отверстия 5, образующие рабочие зоны 6 между передней крышкой 1 и ротором 3 и рабочие зоны 7 между задней крышкой 2 и ротором 3, равноудаленные от центральной оси вала привода 4.
Кольцевое уплотнение 8 установлено между передней 1 и задней крышкой 2. В передней крышке 1 выполнено отверстие для подачи теплоносителя 9 и камера приема теплоносителя 10. Задняя крышка 2 имеет сквозное отверстие 11 для вывода пара, а в торцевой части корпуса-статора в кольцевом уплотнении 8 выполнены диаметрально расположенные отверстия вывода нагретого теплоносителя 12, 13. Устройство работает следующим образом.
Теплоноситель под давлением через отверстие подачи теплоносителя 9 поступает и через камеру приема теплоносителя 10 поступает в зазор между корпусом-статором и ротором 3. При вращении ротора 3 в рабочих зонах 6 возникают вихревые образования и между несквозными отверстиями 5 происходят процессы тепловыделения. При открытом одном из выходных отверстий 12 или 13 и закрытом выходном отверстии 11 обработанный в рабочих зонах 6, между верхней крышкой 1 и статором 3, теплоноситель уходит потребителю или в бак установки.
Для получения пара выходные отверстия 12, 13 перекрыты и нагретый в рабочих зонах 6 теплоноситель поступает в рабочие зоны 7, расположенные между рабочими поверхностями задней крышки 2 и ротором 3, которые выполнены в виде ступеней, что позволяет задерживать теплоноситель в каждой из трех ступеней, причем каждая последующая ступень имеет больший радиус, большую скорость и большую мощность воздействия на нагреваемый теплоноситель. Ступени на задней крышке 2 и роторе 3 выполняют функцию лабиринтного уплотнения и препятствуют движению подаваемого под давлением теплоносителя за счет встречного движения теплоносителя под действием центробежной силы, что позволяет максимально долго задерживать теплоноситель в рабочих зонах 7 и нагреть теплоноситель до необходимой температуры фазового перехода, и получить пар необходимой температуры на выходе сквозного отверстия 11.
На теплоноситель в рабочей зоне 7 действует центробежная сила, создаваемая вращающимся ротором 3, что позволяет увеличить избыточное давление в зонах обработки теплоносителя и при относительно небольшом давлении напора подающего насоса 0,3-0,4 МПа получать стабильный процесс парообразования с температурой до 150°С.
Количество несквозных отверстий 5 на каждой ступени корпуса-статора и ротора определено опытным путем и выполнено в количестве, позволяющем получить максимальную эффективную резонансную частоту обработки теплоносителя кумулятивно-ударным кавитационным способом.
Теплогенерирующая установка содержит бак 14, соединенный с входной магистралью 15, содержащей кран 16, фильтр тонкой очистки 17, насос 18, связанный с линией управления 19. Линия управления 19 содержит трехходовой кран 20, дроссель 21, задвижку 22. Линия управления 19 через расходомер 23 и обратный клапан 24 соединена с входом теплогенератора 25. К входу линии управления 19 подключен дроссель 45, выход которого подключен к баку 14.
Первый и второй выходы теплогенератора 25 соединены с трехходовым краном 26, подключенным к задвижке 27. Третий выход теплогенератора 25 соединен с электромагнитным клапаном 28, выход которого подключен к баку 14.
Теплогенерирующая установка содержит фильтр-отстойник 29, установленный в баке 14, входную горловину 30, входной трубопровод 31, включающий в себя кран 32, поплавковый клапан 33 и сливные воронки 34, 35, 36, снабженные кранами 37, 38, 39.
Устройство содержит измерительную систему, включающую в себя термодатчики 40 и 41, уровнемер 42 и манометры 43, 44. Теплогенерирующая установка работает следующим образом.
Теплоноситель по входному трубопроводу 31 через открытый кран 32 поступает в бак 14. Объем заполнения бака ограничивает поплавковый клапан 33. Уровень заполнения контролируется уровнемером 42. При отсутствии линии сетевой теплоноситель заливается в бак 14 через горловину 30.
Через фильтр-отстойник 29, кран 16 и фильтр тонкой очистки 17, под давлением, создаваемым электронасосом 18, теплоноситель подается в линию управления 19. Для регулировки давления в линии управления 19 часть подаваемого теплоносителя сбрасывается через дроссель 45 в бак 14.
Трехходовой кран 20 линии управления 19 имеет три положения, при первом перекрывает поступление теплоносителя в линию управления 19, при втором теплоноситель поступает через задвижку 21, при третьем через дроссель 22.
С выхода линии управления 19 теплоноситель поступает через обратный клапан 24, исключающий обратный гидроудар на запорную аппаратуру линии управления 19, на вход теплогенератора 25, имеющего три выхода. Первый выход предназначен для подачи потребителю нагретого теплоносителя, второй для подачи пара, третий для режима аккумуляции горячего теплоносителя в баке 14. Расход теплоносителя определяется расходомером 23, включенным между линией управления 19 и обратным клапаном 24.
При подаче потребителю нагретого теплоносителя трехпозиционный кран 20 переключает подачу теплоносителя в рабочую зону теплогенератора 25 через задвижку 21, далее нагретый до необходимой температуры теплоноситель через первый выход теплогенератора 25, трехпозиционный кран 26 и задвижку 27 поступает потребителю.
При подаче потребителю пара трехпозиционный кран 20 переключает подачу теплоносителя в рабочую зону теплогенератора 25 через дроссель 22, далее нагретый до необходимой температуры пар через второй выход теплогенератора 25, трехпозиционный кран 26 и задвижку 27 поступает потребителю. Контроль давления в линии подачи осуществляется манометром 43, контроль температуры - термодатчиком 41.
Задвижка 27 в режиме накопления горячего теплоносителя закрыта и электромагнитный клапан 28 в открытом состоянии отводит горячий теплоноситель в бак установки. Контроль температуры в баке 14 осуществляется термодатчиком 40.
Подача нагретого теплоносителя из бака 14, без включения теплогенерирующей установки, осуществляется через сливную воронку 34 и регулируется краном 37, причем кран 16 закрыт.
Подача нагретого теплоносителя из бака 14 под давлением, без включения теплогенератора 25, осуществляется через сливную воронку 35, при включенном электронасосе 18, причем трехпозиционный кран 20 перекрывает поступления теплоносителя в линию управления 19.
Перед ремонтом, консервацией или перевозкой оборудования слив теплоносителя осуществляется через сливные воронки 34, 35, и 36.
Контроль и аварийное отключение установки при отклонении давления теплоносителя в трубопроводах установки от номинальных значений осуществляется электроконтактным манометром 44.