ТЕПЛОТРУБНЫЙ ШНЕКОВЫЙ НАСОС
HEAT TUBE SCREW PUMP

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 - шнековый насос, содержащий корпус с впускным (всасывающим) и выпускным (нагнетательным) каналами (патрубками), размещенный в корпусе вал и установленные на валу шнеки (SU 1631200 А1, 28.02.1991).
Основными недостатками известного устройства являются невозможность утилизации низкопотенциальных вторичных тепловых энергоресурсов, тепловых ресурсов природных источников, громоздкость конструкции, что сужает область применения и снижает его эффективность.
Наиболее близким к изобретению является теплотрубный шнековый насос, включающий испарительную и конденсационную камеры, снабженные фитилем, частично покрытым обечайкой, внутренняя поверхность торцевых стенок которых покрыта решеткой, выполненной из пористого материала и находящихся в контакте с горячей и холодной средами, рабочую камеру, внутри которой устроены коаксиально друг за другом силовые турбины, жестко закрепленные периферийными кромками лопастей к внутренней поверхности ее стенки по нормали к ней, обойму (RU 2320878 С1, 27.03.2008).
Известный насос входит в состав коаксиального теплотрубного двигателя, который содержит последовательно расположенные испарительную камеру, находящуюся в контакте с горячей средой, рабочую камеру, конденсационную камеру, находящуюся в контакте с холодной средой, соединенные между собой кольцевым уплотнением, при этом испарительная и конденсационная камеры выполнены в форме цилиндрических колпаков, внутренние боковые стенки которых покрыты фитилем, соединенным с решеткой, выполненной из тонкого слоя пористого материала, покрывающей внутреннюю поверхность торцевых стенок, рабочая камера выполнена в форме цилиндрической трубы с кольцевым буртиком, внутри ее устроены коаксиально друг за другом силовые турбины, жестко закрепленные периферийными кромками лопастей к внутренней поверхности стенки рабочей камеры по нормали к ней, конденсационная состоит из обоймы, закрывающей винтовую поверхность рабочей камеры, образуя питательный насос и конденсационной зоны.
Основными недостатками известного устройства являются соединение испарительной, рабочей и конденсационной камер через кольцевые уплотнения, что снижает его прочность и герметичность, использование для теплообмена только торцевых стенок, что снижает его производительность, невозможность его использования непосредственно для перекачки и нагнетания жидкостей, что сужает область его применения и, в конечном счете, снижает его эффективность.
Задачей изобретения является повышение эффективности теплотрубного шнекового насоса.
Технический результат достигается тем, что в теплотрубном шнековом насосе (ТТШН), включающем испарительную и конденсационную камеры, снабженные фитилем, частично покрытым обечайкой, внутренняя поверхность торцевых стенок которых покрыта решеткой, выполненной из пористого материала и находящихся в контакте с горячей и холодной средами, рабочую камеру, внутри которой устроены коаксиально друг за другом силовые турбины, жестко закрепленные периферийными кромками лопастей к внутренней поверхности ее стенки по нормали к ней, обойму, согласно изобретению испарительная, рабочая и конденсационная камеры расположены в одном цилиндрическом корпусе, внутренние поверхности верхней и нижней торцевых стенок которого соединены фитилем, проходящим по центральной оси корпуса, покрытым обечайкой с образованием зазоров у верхней и нижней торцевых стенок, в испарительной и конденсационной камерах внутренняя поверхность боковых стенок покрыта решеткой, выполненной из тонкого слоя пористого материала, соединенной с решетками верхней и нижней торцевых стенок, в свою очередь, соединенных в центре с фитилем, силовые турбины в рабочей камере жестко закреплены внутренними кромками лопастей к наружной поверхности обечайки фитиля по нормали к ней, а на наружной поверхности рабочей камеры устроен шнек, покрытый обоймой, соединенной с корпусом через кольцевые уплотнения и снабженной всасывающим и нагнетательным патрубками.
Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг.1 представлен теплотрубный шнековый насос (ТТШН),
на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.
ТТШН содержит цилиндрический корпус 1, в котором внутренние поверхности верхней и нижней торцевых стенок 2 и 3 соединены фитилем 4, проходящим по центральной 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 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, шнеком 13 на ее наружной поверхности, конденсационная камера 14, внутренняя поверхность боковых стенок и нижней торцевой стенки 3 которой покрыта решеткой 15, выполненной из тонкого слоя пористого материала и соединенной в центре нижней торцевой стенки 3 с фитилем 4. Обойма 16, покрывающая шнек 13 рабочей камеры 10, соединена с корпусом 1 через кольцевые уплотнения 17 и снабжена всасывающим и нагнетательным патрубками 18, 19.
ТТШН работает следующим образом.
Перед началом работы из камер 8, 10, 14 ТТШН удаляют воздух и заполняют фитиль 4 и пористый материал решеток 9, 15 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 ТТШН устанавливают таким образом, чтобы испарительная камера 8 контактировала с горячей средой, а конденсационная камера 14 - с холодной, и жестко фиксируют обойму 16.
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. 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., Москва, 1990, с.22). Образуется пар, который в результате вращения 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 корпус 1 и, соответственно, сообщает вращательное движение шнеку 13. В результате вращения корпуса 1 в полость между шнеком 13 и обоймой 16 из всасывающего патрубка 18 поступает перемещаемая жидкость, в которой создается требуемое давление, и она через нагнетательный патрубок 19 подается в напорный трубопровод (на фиг.1-2 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. Москва, Металлургия, 1973, с.331). После чего отработавший мятый пар поступает в конденсационную камеру 14, конденсируется там за счет контакта наружной поверхности камеры 14 с холодной средой. Затем образовавшийся конденсат рабочей жидкости всасывается пористым материалом решетки 15, 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, Высш. 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 ТТШН обеспечивает возможность транспортировки жидкостей 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.