Термокавітаційний перетворювач енергії шуліко-алієва

1. Тепловий кавітаційний перетворювач, що містить блок перетворення енергії, який складається з ротора, сформованого послідовною установкою відцентрових коліс закритого типу і кавітаційних коліс напіввідкритого типу, напрямних апаратів з лопатевими ґратами, корпусів зі зворо C2 1 3 Кавітація, порушуючи установлений режим роботи гідравлічних машин і їх систем, призводить до руйнування агрегатів, арматури і трубопроводів, що найчастіше працюють при значному тиску і подачах. Відомо, що особливо негативну дію на роботу динамічних насосів і турбомашин кавітація чинить тоді, коли в процесі функціонування агрегату по тих або інших причинах відбувається відрив потоку від робочої поверхні елемента, що здійснює транспортування або переміщення рідини. Можливість такого відриву потоку залежить від величини тиску рідини на всмоктувальному тракті, її реологічних властивостей, а також конструкторськотехнологічного виконання і обертів насоса. Наприклад, явище кавітації може наступити, якщо тиск на приймальному патрубку всмоктувального тракту виявиться недостатнім для того, щоб забезпечити нерозривність потоку рідини в процесі зміни швидкості її руху, що задається зміною швидкості руху всмоктувального клапана насосного агрегату. Гранично допустимим числом обертів насоса є таке число, при якому абсолютний тиск рідини на всмоктувальному тракті буде здатний подолати без розриву потоку суму втрат в ньому. У разі лопатевих і вихрових насосів до розглянутих внутрішніх втрат на всмоктуванні додаються втрати, обумовлені відцентровою силою. З появою кавітації продуктивність динамічних турбомашин знижується, виникає характерний шум, відбувається емульсування рідини, а також спостерігаються різкі частотні коливання тиску в нагнітальній лінії і ударні навантаження на деталі насоса, які можуть викликати вихід агрегату з ладу. У зонах кавітації відбувається руйнування (ерозія) деталей гідроагрегату з появою на їх поверхнях характерних пошкоджень (у вигляді каверн, раковин). Про природу явища кавітації і про механізм руйнівної дії її на гідравлічні агрегати і їх елементи існує декілька гіпотез, найбільш поширена з яких зводиться до наступного. При зниженні тиску в якій-небудь точці потоку рідини до величини, нижче за тиск насиченої її пари при даній температурі, рідина скипає (відбувається її розрив), бульбашки пари, що виділилися, захоплюються потоком і переносяться в область більш високого тиску, в якій парові бульбашки конденсуються (змикаються). Оскільки процес конденсації парової бульбашки (каверни) відбувається миттєво, частинки рідини, що заповнюють його порожнину, переміщуються до його центру з великою швидкістю. Теоретичні розрахунки показують, що швидкості зустрічі стінок бульбашки (каверни), що змикається, можуть досягати величин, що перевищують сотні метрів за секунду. В результаті кінетична енергія частинок рідини, що ударяються, викликає у момент завершення конденсації (у момент зімкнення бульбашок) місцеві гідравлічні удари, що супроводжуються різким стрибком тиску і температури в центрах конденсації. Теоретичні підрахунки показують, що місцевий стрибок тиску при швидкоплинному (за час, приблизно рівний 1-3 сек.) руйнуванні (зімк 94849 4 ненні) кавітаційної бульбашки може досягати 20002 3000 кГ/см . Якщо конденсація парових бульбашок відбуватиметься біля стінки корпусу агрегату або каналу, то вона піддаватиметься безперервним гідравлічним ударам з високою повторюваністю з боку частинок рідини. В результаті при тривалій кавітації під дією вказаних гідравлічних ударів і одночасній дії високої температури, що виникає в центрах конденсації цих ударів, на поверхні стінки за нетривалий час утворюються мікроскопічні раковини (поглиблення), зростання яких пов'язане з тривалістю дії. Проведені дослідження показали, що кавітаційні явища, які ми спостерігаємо в практиці, відбуваються в основному не через виділення пари рідини, а унаслідок виділення з рідини в зонах зниженого тиску розчиненого повітря, а також розширення бульбашок останнього, що знаходяться в механічній суміші з рідиною (див. Башта Т.М. Гідравлічні приводи літальних апаратів. - М.: Машинобудування, 1967. - 497с., див. також Т.М. Башта Машинобудівна гідравліка. - М.: Машинобудування, 1971. - 671с.). Останнє підтверджується тим, що кавітація починається не при тиску паротворення в рідині, а при деякому критичному тиску, що значно перевищує тиск паротворення. Тривалими випробуваннями різних гідравлічних систем також встановлено, що в реальних умовах при роботі динамічних турбомашин, неможливо створити такий вакуум, який відповідав би пружності пари рідини. Розвитку такого низького тиску (вакууму), відповідного тиску паротворення в рідині, перешкоджає в цьому випадку повітря, що знаходиться як в розчиненому стані, так і в механічній суміші з рідиною у вигляді бульбашок того або іншого розміру, які миттєво розширюються при будь-якому зниженні тиску. Висловлене припущення підтверджується також тим, що кавітація починається тим раніше, чим більше повітря міститься в рідині, при дегазації її стійкість кавітації підвищується (початок кавітації зміщується в зону вищого вакууму). Дослідження дозволяють зробити висновки, що кавітація і кавітаційне руйнування поверхонь деталей гідроагрегатів відбувається в результаті механічної дії на них гідравлічних ударів, що виникають при зімкненні повітряних кавітаційних каверн (бульбашок), а також в результаті нагріву цих поверхонь при ударах до високих температур. Механізм цього явища схематично можна представити в наступному вигляді. При попаданні повітряних бульбашок в зону підвищеного тиску вони з великою швидкістю змикаються (закриваються), причому дрібніші розчиняються в рідині, а більші - різко зменшуються в об'ємі. Під час зімкнення бульбашки частинки рідини, що оточують її, переміщуються з великою швидкістю до центру бульбашки і кінетична енергія цих частинок створює місцеві гідравлічні удари з великим, миттєво (ударно) наростаючим стрибком тиску в центрі бульбашки. Унаслідок великої швидкості і високого рівня стиснення повітряної бульбашки в ній розвивають 5 ся високі температури, які, як показують розрахунки, можуть сягати при адіабатному процесі стиснення 1000-1500°С і вище. Удари частинок рідини при зімкненні такої бульбашки по поверхні деталі викликають місцевий нагрів її до такої температури, поєднання якої з ударами приводить до інтенсивного ерозійного руйнування матеріалу. Не виключена також можливість виділення і участі в даному явищі бульбашок пари рідини, утворенню яких сприятиме інтенсивність її при течії з великим перепадом тиску, локальне різке зростання температури і активне виділення повітря. Під дією цих температур у присутності кисню повітря відбувається активне окислення (корозія) поверхонь. Слід також відзначити, що окислювальні процеси, що відбуваються при цьому, посилюються тим, що розчинене в рідині повітря містить більше кисню чим атмосферне. При цьому інтенсивність окислювальних процесів підвищується ще і в результаті того, що під дією механічних (гідравлічних) мікроударів руйнується окислювальна плівка, яка в звичайних умовах захищає металеві поверхні деталей від дії кисню і уповільнює їх окислення. Оскільки ця плівка має знижені механічні властивості, вона легко руйнується (дробиться) під дією гідравлічних мікроударів і зноситься потоком, оголяючи незахищені ділянки металевої поверхні. Спостереження показують, що з появою перших виразок (шорсткостей) інтенсивність подальшого руйнування кавітації різко підвищується. У рівній мірі процес руйнування кавітації прискорюється за наявності на поверхнях деталей шорсткостей, мікротріщин і інших місцевих дефектів. При закритті в цьому випадку кавітаційних каверн, що супроводжується гідравлічними мікроударами високої частоти і рівня, в порах (мікротріщинах) виникає високий ударний тиск, що перевищує тиск гідроудару при закритті каверни, під дією яких рідина продавлюється в пори, стискаючи повітря, що при цьому знаходиться в порах, яке нагрівається до високих температур. Очевидно, що деяку роль в посиленні руйнування кавітації за наявності шорсткості грає також і те, що шорсткість поверхні збільшує її площу порівняно з площею такої ж гладкої поверхні. Спостереження також показують, що кавітація наступає тим раніше, чим більше рідина забруднена твердими частинками. Останнє обумовлене тим, що на поверхні забруднюючих твердих частинок адсорбується тонкий шар повітря, частинки якого при попаданні в зону зниженого тиску служать зародковими центрами, що сприяють виникненню кавітації. Перші конструкції гідродинамічних генераторів тепла на основі кавітаційних процесів з'явилися на початку 70...80-х років і використовувалися для генерування теплових полів: - лабораторних і технологічних установок, зокрема способи відтворення в лабораторних умовах аеродинамічного нагріву і охолоджування літальних апаратів, нагріву газу в аеродинамічному каналі експериментальних дослідницьких установок тощо (див. Авторське Свідоцтво СРСР №120940, 94849 6 кл. G01M 9/00, F24J 3/00, опубл. 01.01.1959р; Авторське Свідоцтво СРСР №354235, кл. F24J 3/00, G01M 9/00, опубл. 01.01.1972р.; Патенти Російської Федерації: №2150055, кл. F24J 3/00, опубл. 27.05.2000; №2144627 кл. F15D 1/02, F24J 3/00, опубл. 20.01.2000; №2131094, кл.F25B 29/00, опубл. 27.05.1999); - агрегатів харчової і металургійної промисловості, в тому числі сушіння та пастеризації сільхозпродуктів (див. Авторські Свідоцтва СРСР: №1685543, кл. В05В7/10, опубл. 23.10.1991г.; №444919, F24J 3/00, B01J 1/00, опубл. 30.09.1974; Патент Російської Федерації №2063583, F24H 3/02, F26B 23/00 опубл. 10.07.96; №2242683, кл. F24J 3/00, опубл. 20.05.2004); - установок для диспергування, тобто для різних видів оброблюваних і таких, що розділяються на фракції вуглеводневих і кремнієорганічних рідин, а також будь-яких розчинів, емульсій і суспензій на їх основі, в широкому діапазоні в'язкості і інших фізико-хімічних властивостей (див. Авторське Свідоцтво СРСР №543824, кл. F28F 13/10, В06В 1/18, 25.01.1977p.; Патент Російської Федерації №2177824, кл. B01F 11/02, опубл. 10.01.2002р.). - в області вітро-, геліо- і гідроенергетиці, тобто в пристроях накопичення і збереження енергії. Технічний результат цієї групи винаходів полягає в забезпеченні процесу акумуляції природної енергії - сонячної, вітрової, хвильової - без втрат енергії в часі і збільшенні об'єму акумульованої природної енергії і т.і. (див. Авторське Свідоцтво СРСР №1627790, кл. F24J 3/00, 15.021991; Патент СРСР №1329629, кл. F24J 3/00, 07.08.1987, Патент США №3385287, кл. 126-247; Авторське Свідоцтво СРСР №989267, кл. F24J 3/04, 15.01.1983; Патент СРСР №13701, кл. F24J 3/00, 31.03.1930; Патент Російської Федерації №2177081, кл. F03D 9/00, F24J 3/00, опубл. 20.12.2001р.). З 90-х років минулого століття розроблені і запатентовані конструкції термокавітаційних перетворювачів енергії для використання їх як альтернативних джерел енергії. Зокрема патенти агрегатів на основі кавітації і вихрового ефекту, призначених для систем теплопостачання, без застосування органічного палива і теплофікації віддалених або невеликих за об'ємом комунальних об'єктів. Як показали дослідження коефіцієнт перетворення енергії (далі КПЕ) в таких агрегатах високий, оскільки втрати електричної енергії повністю йдуть на нагрів робочого середовища. По висновку ракетно-космічної корпорації "Енергія" №77-6/33 від 01.12.1994p., вихрові нагрівачі рідини (ВНР) мають середній умовний коефіцієнт перетворення енергії (КПЕ) на 23% вищий в порівнянні з електродними теплогенераторами і на 42% вищий в порівнянні з тепловими електронагрівачами. Відомі численні технічні рішення термокавітаційних перетворювачів енергії, в яких реалізовані способи вихрової кавітації для нагріву води в системах гарячого водопостачання при теплопостачанні житлових, громадських і промислових будівель, а також збільшення текучості технологічних рідин великої в'язкості. 7 У відомому технічному рішенні по патенту Російської Федерації №2150055, "Спосіб нагрівання рідини" і пристрій для його здійснення, кл. F24J 3/00, автора Селіванова М.І., опубл. 27.05.2000 (аналог) генерація тепла в рідині, що нагрівається, здійснюється за допомогою механічної дії на неї робочого колеса, що обертається із заданою лінійною швидкістю, і накладенням коливального процесу певної розрахункової частоти. Описаний у винаході пристрій і спосіб здійснення нагріву рідини полягає в нижченаведеному: у порожнину робочого колеса, що обертається, розташованого співвісно статору, подається через центральний отвір в торцевій кришці, що підлягає обробці, робоче середовище. Випуск обробленої рідини в статор проводиться з порожнини робочого колеса через ряд вихідних отворів, рівномірно розташованих на його периферійній поверхні. Відведення рідини в циркуляційний контур або розширювальну ємність теплоенергетичної системи проводиться через отвір, розташований на діаметрально протилежній відносно кришки торцевій стінці статора. Згідно з одним з переважних варіантів описуваного винаходу, випуск рідини з порожнини робочого колеса здійснюють в кільцеву камеру, утворену його периферійною поверхнею і концентричною поверхнею статора. Причому радіус периферійної поверхні робочого колеса і частоту його обертання задають залежно від вибраного числа обертів і кількості вихідних отворів робочого колеса, згідно з емпіричним співвідношенням. При цьому дані співвідношення є функціональними залежностями між радіусом периферійної поверхні робочого колеса, обертами ротора і кількістю вихідних отворів, сформованих на торцевій поверхні колеса. У іншому переважному варіанті (по патенту №2150055) виконання цього пристрою і способу генерування тепла з відведенням обробленої рідини з кільцевої камери, що виконана периферійною поверхнею робочого колеса і концентричною поверхнею статора, здійснюють через ряд випускних отворів, рівномірно розташованих на концентричній поверхні статора, які при обертанні робочого колеса послідовно розташовуються проти його вихідних отворів. У найбільш ефективному (по опису патенту №2150055) варіанті виконання пристрою для нагрівання рідини, при дотриманні оптимальних співвідношень між радіусом периферійної поверхні робочого колеса, обертами ротора і кількістю вихідних отворів, сформованих на торцевій поверхні колеса, ефект надмірного балансу енергії виявляється найсильнішим. При цьому ефект, що досягається, може бути підсилений завдяки комбінованій коливальній дії на рідину спочатку при її виході через отвори робочого колеса в кільцеву камеру, а потім при її виході з кільцевої камери через отвори на концентричній поверхні статора. За твердженням автора винаходу №2150055, ротор пристрою може містити декілька робочих коліс, встановлених на одному валу, які по потоку рідини сполучені послідовно, з можливою установкою в них ґрат лопатей. Причому система може 94849 8 бути закільцьована для зворотної подачі частини обробленої рідини з виходу пристрою на його вхід на повторну обробку і мати довільну просторову орієнтацію ротора. Аналіз особливостей і кінематичних параметрів цієї системи показує, що навіть при установці лопаток у внутрішній порожнині, спостерігається невідповідність між основними робочими характеристиками - натиском, продуктивністю і потужністю, що витрачається при проходженні потоку через робоче колесо, а відповідно мінімізація ККД. Крім того, приведені в патенті №2150055 системи не мають самовсмоктування і дія їх на робоче середовище до контакту його з робочим колесом не проводиться на всьому шляху проходження рідини до зустрічі з внутрішньою поверхнею обода. Відомо, що в лопатевих турбомашинах натиск є приріст гідравлічної енергії, що набуває кожною одиницею маси або об'єму перекачуваного (що транспортується) середовища при проходженні ним шляху від всмоктувального до нагнітального штуцера системи. Ініціатором приросту енергії в колесі прийнято вважати постійний приріст натиску на елементарній ділянці лопатей (гіпотеза К. Пфлейдерера), що інтегрально відповідає різниці питомих енергій рідини між всмоктувальним і нагнітальним штуцерами. З іншого боку, повний гідродинамічний натиск в лопатевій турбомашині є різниця між потенційними і швидкісними (динамічними) натисками відповідно біля входу і виходу з робочого колеса. Швидкісний натиск формується як різниця квадратів абсолютних швидкостей на виході і вході, віднесеною до подвоєної величини прискорення вільного падіння тіл в навколоземній атмосфері. Тобто швидкісний (динамічний) натиск повною мірою залежить від різниці величин абсолютних швидкостей на виході і вході - чим вище ця різниця, тим вище приріст гідравлічної енергії в системі. Проте при подальшому русі робочого середовища до виходу з системи, в нагнітальний трубопровід, абсолютну швидкість доводиться різко знижувати, що здійснюється в гратах лопатей напрямного апарата або зворотному дифузорі корпусу. Для збільшення повного потенційного натиску в машині необхідно прагнути збільшувати різницю окружних швидкостей робочого колеса на зовнішній і внутрішній кромках лопатей, тобто формувати лопаті максимально можливої довжини. Отже, запропоноване технічне рішення і спосіб по патенту Російської Федерації №2150055 "Спосіб нагрівання рідини і пристрій для його здійснення" в описуваних варіантах (навіть у найбільш переважному варіанті) реалізовується в виконанні, що найменше генерує теплову енергію. Відсутність лопатей приводить до мінімізації можливого приросту як потенційного, так і динамічного натиску. Приріст гідравлічної енергії в описуваних в патенті варіантах можливий тільки за рахунок відцентрових сил, обумовлених кутовою частотою обертання колеса. Причому основний домінуючий чинник руху середовища в колесі і головну роль в процесі зростання потенційного натиску в пристрої гратиме підпір, що створюється зовнішнім джерелом гідравлічної енергії. Їм може бути насос - осьовий, 9 вихровий або об'ємний великої продуктивності, що працює за бустерною схемою, оскільки запропоноване технічне рішення, згідно з винаходом, що трактується як насос, насосом не є і до того ж не має самовсмоктування. Отже, одним з головних недоліків технічного рішення пристрою по патенту Російської Федерації №2150055 "Спосіб нагрівання рідини і пристрій для його здійснення" є необхідність застосування в ньому спеціального насосного агрегату для створення натиску в системі. При цьому підвищена продуктивність бустерного насоса на вході в систему обумовлена тим, що в кільцевій порожнині пристрою, так званому (згідно з патентом №2150055) робочим колесом при переміщенні оброблюваного середовища виникаюча циркуляція і протитечії створюють опір, який зменшує продуктивність і натиск в системі. Тоді, відповідно до вищевикладеного, повний гідродинамічний натиск на виході з системи буде сумою потенційного натиску, залежного від величини окружної швидкості на периферії колеса і мінімізованого швидкісного натиску, обумовленого падінням абсолютної швидкості у зв'язку з циркуляцією потоку в колесі. При цьому, порівняння відцентрового і робочого (описаного в патенті Російської Федерації №2150055 "Спосіб нагрівання рідини...") коліс при рівності зовнішніх діаметрів показує відносну перевагу першого, оскільки повний гідродинамічний натиск у відцентрового колеса вище через високу величину абсолютної швидкості на виході (периферійній поверхні колеса), відсутність опору на виході і мінімізованих по величині протитечій і циркуляції, тобто високого ККД динамічної відцентрової машини і, відповідно, вищого КПЕ при використанні її як теплогенератора. Все це характеризує даний пристрій як не в достатній мірі відповідним своєму призначенню генератору теплової енергії, вимагає коректування конструктивної схеми і підбору середовища для реалізації рішення. Установка в порожнину робочого колеса (по патенту №2150055) ґрат лопатей не ревізує вказані недоліки в описуваному патенті. Кількість отворів на торці колеса значно більше, чим число можливих лопатей у відцентрових машинах (див. Степанов A.I. Відцентрові і осьові насоси. М.: Машгіз, 1960. - 463с.; див. також: Ломакін А.А. Відцентрові і осьові насоси. - М. - Л.: Машинобудування, 1966. - 364с.; див. також: Проскура Г.Ф. Гідродинаміка турбомашин. - К.: Машгіз, 1954. - 417с., а також Проскура Г.Ф. Віхрова теорія відцентрових насосів. - Харків: Техіздат, 1931. - 40с.). Аналіз співвідношень і залежностей між радіусом периферійної поверхні робочого колеса, обертами ротора і кількістю вихідних отворів, сформованих на торцевій поверхні колеса, показує, що при дотриманні головних розмірів для типових відцентрових турбомашин, число перемичок, що формують отвори в межах однієї міжлопатевої зони, може перевищувати число лопатей робочого колеса в два і більше рази. Отже, для робочого колеса, по описуваному патенту, із-за утруднення міжлопатевої зони має місце падіння натиску і, відповідно, продуктивності. Даний факт також простежується і з основного рівняння Л. Эйлера для лопатевого 94849 10 колеса турбомашин, що пов'язує натиск з абсолютною і окружною швидкостями на виході з колеса (за умови безударного входу потоку на колесо). У такому разі послідовне з'єднання робочих коліс для даної системи не ефективне і можливості створення кавітаційних процесів в наступних по порядку проходження коліс від входу до виходу з системи стає проблематичним. Крім того, збудження коливань при обертанні колеса в пристрої можливо, але при цьому частота коливань лежатиме в зоні ультразвукових хвиль. Це пов'язано з тим, що даний пристрій, призначений для використання як ультразвуковий активатор, і може працювати (як реалізована в промисловості конструкція) в повітряному середовищі на противагу кавітаторам, що генерують теплову енергію в рідинному середовищі. З урахуванням вищесказаного ясно, що даний пристрій по патенту Російської Федерації №2150055 "Спосіб нагрівання рідини..." не працює ефективно в режимі кавітації і не може бути призначеним для використання як генератор теплової енергії з високим градієнтом температур між входом і виходом з системи. Відоме також технічне рішення по патенту Російської Федерації №2159901 "Роторний насостеплогенератор" авторів: Петракова А.Д.; Санникова С.Т.; Яковлева О.П., кл. F24J3/00, F25B30/00, опубл. 27.11.2000 (аналог), призначене до використання як тепловий генератор шляхом інтенсифікації процесу нагріву рідини за рахунок збільшення частоти гідравлічних ударів і забезпечення стійкої гідродинамічної кавітації. При цьому кавітація виникає за допомогою гальмування струмин при тому, що дроселює їх через насадки, сформовані у вигляді сопел Вентурі. Завдання інтенсифікації нагріву робочого середовища по опису патенту досягається тим, що в роторному двопотоковому насосі-теплогенераторі, що містить корпус-дифузор з патрубком для підведення і патрубком для відведення рідини, розташовано двопотокове робоче колесо, вихідна циліндрична частина якого по колу перекрита кільцевим ротором, що несе ряд круглоциліндричних насадок у вигляді сопел Вентурі. На розрахунковій відстані від вихідного перерізу колеса співвісно розташований кільцевий замкнутий статор, в якому також сформовані розгорнені в радіальному напрямі насадки у вигляді сопел Вентурі з різким ступінчастим розширенням вихідної (периферичною) частини циліндра. Циліндрична форма отворів насадок ротора забезпечує виникнення процесів кавітацій в пристіночній зоні сопел при вході потоку в насадок і різкого зниження тиску нижче тиску водяної пари, що приводить до інтенсивного виділення бульбашок. У міру переміщення по довжині сопла Вентурі транзитного струменя від входу до периферії тиск зростає по перерізу потоку і схлопування бульбашок призводить до першої хвилі стрибка тиску і виділення температури в оброблюваному середовищі. При подальшому повороті ротора і перекритті сопел внутрішньої зони стінками статора в транзитному потоці різко зростає тиск унаслідок прямого гідравлічного удару, що призводить також 11 до схлопування бульбашок кавітацій і додаткового виділення тепла. При збігу осей сопел, транзитний потік, проходячи через насадок Вентурі в статорі, унаслідок різкого розширення поперечного перерізу і місцевої втрати натиску, викликає зростання кавітації і генерування тепла. По опису патента Російської Федерації №2159901 "Роторний насостеплогенератор" варіацією витрати оброблюваного середовища, а також тиском на вході і виході з пристрою може бути створений автоколивальний режим роботи системи, що (по ідеї авторів) припускає зниження енерговитрат в системі при зростанні швидкості нагріву оброблюваного середовища. Запропоноване технічне рішення і його реалізація вимагає енерговитрат для підтримки в системі автоколивального режиму, тобто наявність в додаткових агрегатах для прокачування оброблюваного середовища і оптимізації необхідних робочих характеристик на вході в систему. Аналогічно, вимога варіації тиску на виході з системи також вимагає наявності спеціальних пристроїв для здійснення регулювання вказаним параметром, наявність якого (див. патент №2159901 "Роторный насос-теплогенератор") обговорена в описі до винаходу. В цілому для підтримки і регулювання самої системи теплогенератора потрібні як енерговитрати, так і наявність прямого і зворотного зв'язку системи з ЕОМ, що управляє. У сукупності поставлена задача авторами винаходу патенту №2159901 "Роторний насос-теплогенератор" "...створення простішого пристрою" не реалізується в рамках описуваного технічного рішення. Крім того, вся система втрачає працездатність при відносному переміщенні осей насадок Вентурі щодо один одного унаслідок виходу її з автоколивального режиму. Потрібне автоматичне переналагодження і підстроювання системи до режиму, що є оптимальним і найбільш економічним для запропонованого вирішення. Відоме також технічне рішення по патенту РФ 2061195 "Спосіб тепловиділення в рідині", кл. 6F24J 3/00 близьке за призначенням до патенту, що заявляється, в якому ефективне тепловиділення в рідині забезпечується інтенсифікацією процесу кавітації шляхом створення газової подушки і автоколивального процесу із зміною її об'єму і тиску рідини. Недоліком даного способу є складність регулювання процесу, що вимагає застосування ЕОМ. Використання як кавітатора відцентрової форсунки знижує ресурс роботи пристрою через руйнування її кавітаційною ерозією. Крім того, до недоліків відомого апарата також належить нестабільність характеристик процесу кавітації, труднощі управління і підтримки робочих параметрів для забезпечення режимів його функціонування в рамках вимоги технологічного завдання. Найбільш близький по своєму технічному рішенню до винаходу, що заявляється, патент Російської Федерації №2054604 "Спосіб отримання енергії", автор Кладов А.Ф. (кл. F24 J 3/00, G21B 1/00, заявка №93033524/25, дата подачі заявки 02.07.1993, опубл. 20.02.1996, прототип), в якому процес збільшення тепла в запропонованому агре 94849 12 гаті кавітації пов'язаний з дією на перекачувану речовину змінним і постійним тиском. Пристрій по патенту №2054604 "Спосіб отримання енергії" містить дві або більш сполучені послідовно робочі камери, в кожній з яких встановлені робочі колеса відцентрового насоса із закріпленими на периферії роторами у вигляді перфорованих кілець. Співвісно роторам в корпусах робочих камер напроти кожного ротора закріплений статор, виконаний у вигляді перфорованого кільця. У сукупності, згідно з винаходом, послідовне з'єднання робочих камер і коліс, із закріпленими на їх периферії перфорованими кільцямироторами і кільцевими статорами з радіальними отворами, представляє ультразвуковий активатор. Робочі камери з'єднані між собою за допомогою дифузорів. Остання робоча камера сполучена з першою камерою циркуляційним контуром. По опису патенту оброблювану речовину, наприклад воду, подають в ультразвуковий активатор, і в процесі обертання робоче колесо відцентрового насоса передає їй кінетичну енергію, яка частково перетворюється в статичний тиск в каналах напрямного апарата (дифузора, який в патенті не показаний), а частково в змінний тиск - при проходженні отворів перфорованого кільцевого ротора отворів перфорованого статора. Залежно від вибраної рідини, її температури і розрахункових величин статичного і змінного тиску, що задовольняє вказану вище залежність, встановлюють і підтримують конструктивні і технологічні параметри ультразвукового активатора. Згідно з приведеним описом, в патенті №2054604 протягом дії на рідину напівперіоду негативної напівхвилі змінного тиску, в рідині, що знаходиться в зоні обробки, утворюються бульбашки кавітацій. Протягом дії на рідину наступного напівперіоду позитивної напівхвилі змінного тиску бульбашки кавітацій стискаються. До кінця цього напівперіоду бульбашки запасають кінетичну енергію, що визначається різницею тиску, яка діє на бульбашки зовні і зсередини. Зовні на бульбашки діє сума змінного і статичного тиску. Усередині бульбашок діє тиск насиченої пари рідини. Крім того, на рух бульбашок роблять вплив і інші сили, що визначені фізико-хімічними властивостями рідини, як і абсолютними значеннями вихідних параметрів, що заявляються. У момент закриття бульбашок кінетична енергія перетворюється в енергію зіткнення елементарних частинок (по опису патенту №2054604). Енергія, що виділяється при закритті бульбашки, на декілька порядків перевищує енергію зв'язку елементарних частинок (нуклонів) в ядрі. В результаті зіткнення ядер в умовах способу, що заявляється, відбувається взаємодія між елементарними частинками, складовими ядра. Енергія, що виділяється в керованих описаним способом реакціях між елементарними частинками, перетворюється в теплову енергію в рідині, і її відводять із зони обробки з потоком робочої речовини. До основних недоліків пристрою по патенту №2054604 "Спосіб отримання енергії" є виникнення великих осьових зусиль, направлених у бік всмоктувального штуцера, змінних по величині, а 13 також відсутність в проточній частині вузла розвантаження для їх компенсації. Внаслідок цього даний пристрій в приведеній компоновці може застосовуватися тільки як ультразвуковий активатор при роботі в повітряному середовищі, зважаючи на істотній різниці між гідродинамічними і аеродинамічними силами. Крім того, як відомо з багаторічних досліджень корпусно-секційних турбомашин, що не мають подовжнього роз'єму, їх збирання повинно здійснюватися при проведенні поелементного балансування деталей проточної частини, детермінізму розподілу на валу лопатевих коліс, забезпечення взаємного центрування деталей, що сполучаються (див. Алієв Н.А. Розвиток наукових основ створення корпусно-секційних шахтних насосів підвищеної довговічності / Дисертація доктора технічних наук: 05.06.06. - Донецьк., 2006. 375с.; див. також: Алієв Н.А. Детермінізм розподілу неврівноважених мас ротора, як основа зниження вібронавантаженості корпусно-секційних насосів при збиранні // Проблеми експлуатації обладнання шахтних стаціонарних установок: Збірник наукових праць. - Донецьк: НДІГМ ім. М.М. Федорова, 2004. - Вип. 99. - С. 101-117). Відповідно, робота приведеного пристрою може бути забезпечена виключно при високій технології виготовлення і збирання тільки на початковій стадії (за наявності розвантажувального вузла) і хіміко-термічних методів зміцнення деталей проточної частини. Крім того, компоновка робочих коліс із закріпленими на периферії роторами, співвісною установкою напроти кожного з них кільцевого статора з перфорацією порушує умову безперервного і послідовного транспортування робочого середовища між ступенями агрегату унаслідок порушення функціональних співвідношень рівняння нерозривності. Це у свою чергу робить конструкцію непрацездатною при постійності зовнішніх діаметрів робочих коліс, аж до повної втрати натиску і відповідно стабільності умов виникнення процесів кавітацій з генерацією тепла. Зміна ж зовнішніх діаметрів робочих коліс у бік збільшення вимагає взаємоув'язки геометрії кожних ґрат лопатей колеса, ґрат лопатей напрямного апарата і зворотного дифузора лопатей корпусу ступеня між собою. У свою чергу це вимагає наявність в технологічному процесі збирання циклу передскладальної підготовки по позиціонуванню і впорядкуванню кожного ступеня з колесом строго в певне місце на валу агрегату, додаткових енерговитрат. У сукупності запропоноване рішення по патенту №2054604 "Спосіб отримання енергії" нетехнологічне як при виробництві його елементів, так і при передскладальній підготовці і збиранні, громіздке при наладці і експлуатації. Все це в цілому не припускає можливості його використання як джерела генерації тепла без застосування органічного палива, так і широкого впровадження в теплоенергетичну галузь. Аналіз аналогів і основного прототипу дозволяє зробити висновок про те, що в даних винаходах не достатньо ефективно вирішено завдання генерації тепла за допомогою використання кавітаційних і коливальних процесів в оброблюваному середовищі. 94849 14 Крім того, застосування їх як генераторів альтернативного тепла в циркуляційних системах опалювання не доцільно, оскільки вони енергоємні громіздкі і складні в експлуатації. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення роботи теплових кавітаційних генераторів шляхом стабілізації і підвищення інтенсивності і енергонасиченості кавітаційних потоків оброблюваних середовищ реологій, у тому числі і води. Технічним результатом пропонованого конструктивного рішення теплового генератора є висока стабільність робочих характеристик кавітаційних процесів, підвищення інтенсивності процесу тепловиділення за рахунок збільшення кількості центрів генерування кавітації і гідравлічних ударів на зустрічних потоках оброблюваного середовища з одночасною мінімізацією енергетичних витрат на привід системи і спрощенням управління агрегатом. Поставлена задача вирішується тим, що в термокавітаційному перетворювачі енергії ШулікоАлієва, що складається з ротора корпусносекційного турбоагрегату, сформованого за допомогою послідовної установки відцентрових і кавітаційних коліс напіввідкритого типу, напрямних апаратів з гратами лопатей, корпусами секцій, кришками всмоктування і нагнітання, кронштейнами з опорними вузлами, кавітаційні колеса, згідно з винаходом, виконані у вигляді перфорованого диска з радіальними (осьовими) лопатями, охопленими по периферії циліндричним перфорованим ободом, напрямний апарат кавітаційного ступеня виконаний з перфорацією в міжлопатевій зоні, а підпір на кавітаційний ступінь створюється конусною сопловою насадкою, встановленою на виході потоку оброблюваного середовища з лопатевого дифузора корпусу передкавітаційного ступеня. Таке технічне рішення термокавітаційного перетворювача енергії Шуліко-Алієва, сформованого за допомогою установки відцентрового колеса на всмоктування оброблюваного середовища з ресивера (подавального трубопроводу циркуляційного контуру або бака кавітації), що перетворює енергію обертання вала в гідродинамічний натиск частини кінетичного натиску в потенційний в напрямному апараті ступеня і дифузорі корпусу, закручування потоку за допомогою конусної соплової насадки, вбудованої в дифузор лопатей корпусу і подачею його на грати лопатей кавітаційного колеса з перфорованим корінним диском, дозволяє отримати збільшення кількості центрів генерування кавітації і гідравлічних ударів на зустрічних потоках струменів, що дроселюють через конусноциліндричні сопла перфорації, які приводять до стрибкоподібного зростання температурного градієнта в ступені. Крім того, таке технічне рішення термокавітаційного перетворювача енергії Шуліко-Алієва залежно від необхідного рівня теплового градієнта і відносної швидкості росту температури в заданому тимчасовому інтервалі дозволяє формувати його послідовним поєднанням відцентрових і кавітаційних коліс в ступені, їх угрупуванням в блоці перетворення енергії, а також варіацією кількості таких блоків, із здійсненням ефективного і цілеспрямо 15 ваного перетворення механічної енергії в теплову у відповідності з вимогою і функціональним призначенням споживача. Залежно від вказаних вимог на валу ротора термокавітаційного перетворювача енергії ШулікоАлієва можуть бути встановлені один, два (або декілька) блоків відцентрових і кавітаційних коліс, послідовно або з угрупуванням їх по робочих функціях, зокрема кавітаційний блок між відцентровими колесами - всмоктувальним і нагнітаючим, або відцентровий блок, що складається з двох або декількох робочих коліс на всмоктуванні, з кавітаційними колесами, що складаються з декількох таких коліс на нагнітанні. При необхідності для збільшення температури циркуляційного контуру набір з двох і більше кавітаційних коліс, розташованих в блоці на валу агрегату послідовно, дозволяє створювати сукупний приріст температур оброблюваного середовища, пропорційний градієнту температури кожного з коліс. Необхідність збільшення тиску в системі, за допомогою якої здійснюється теплопостачання об'єкта в запропонованому термокавітаційному перетворювачі енергії, може бути реалізована шляхом установки двох або більш відцентрових коліс послідовно після блока кавітаційних коліс, що дозволяє долати опір циркуляційної системи з необхідним приростом тиску. Варіація температури або градієнта температурних полів по секціях в термокавітаційному перетворювачі енергії може бути здійснена шляхом зміни діаметра циліндричного каналу конусноциліндричних сопел, формоутворювальних перфорацією кавітаційного колеса, а також варіацією числа коліс або товщини диска колеса і, відповідно, довжини шляху дроселювання оброблюваного середовища. Варіацією діаметра циліндричного каналу сопла перфорації напрямного апарата кавітаційного ступеня, як і розміром його конусних частин також можна здійснювати зміну інтенсивності процесу тепловиділення у вузлі кавітатора. При відповідному перепаді між вхідним і вихідним розтрубами, що формують сопла, вдається добитися активізації кавітаційного процесу, яка безпосередньо залежить від швидкості потоку рідкого середовища через термокавітаційний перетворювач енергії, а також від наявності в ньому зон зі зниженим тиском, тобто від геометрії отворів перфорації, за наявності в них ділянок, що раптово розширюються. Приведені ознаки, що характеризують винахід, є істотними, оскільки в сукупності достатні для забезпечення працездатності і досягнення вирішуваної технічної задачі, а кожен окремо необхідний для ідентифікації і відмінності термокавітаційного перетворювача енергії, що заявляється, від відомих в техніці аналогічних рішень. Таким чином, нова сукупність загальних (відомих) і тих, що відрізняються (нових) від прототипу істотних ознак, якими характеризується термокавітаційний перетворювач енергії Шуліко-Алієва, є достатньою у всіх випадках, на які розповсюджується об'єм правового захисту, оскільки вирішує поставлену задачу. 94849 16 Позначені ознаки, що характеризують винахід, не є обов'язковими, але, на думку заявника, є кращими і не виключають можливості іншого конкретного еквівалентного виконання термокавітаційного перетворювача енергії в межах вказаної суті винаходу. Причинно-наслідковий зв'язок тих, що відрізняються (нових) ознак при їх взаємодії з відомими (загальними) ознаками в забезпеченні нових властивостей об'єкта винаходу, обумовлених поставленою технічною задачею, полягає в наступному. У зв'язку з тим, що в термокавітаційному перетворювачі енергії Шуліко-Алієва проточна частина сформована шляхом послідовної установки відцентрових і кавітаційних перфорованих коліс на роторі агрегату з радіальними (осьовими) лопатями, охоплених по торцю циліндричним перфорованим ободом, а напрямний апарат кавітаційного ступеня виконаний з перфорацією в міжлопатевій зоні із створенням підпору на кавітаційний ступінь конусною сопловою насадкою з дифузора лопатей корпусу передкавітаційного ступеня, то створені умови зростання числа центрів генерування кавітації і гідравлічних ударів із забезпеченням стрибкоподібного збільшення температурного градієнта в ступені, створення умов інтенсивного зростання температури оброблюваного середовища з одночасною циркуляцією її в контурі. Крім того, таке технічне рішення термокавітаційного перетворювача енергії Шуліко-Алієва дозволяє варіювати температурою, тиском і швидкістю переміщення оброблюваного середовища як шляхом зміни геометрії сопел коліс і напрямних апаратів, так і послідовним поєднанням блоків відцентрових і кавітаційних коліс, а також їх місця розташування на роторі. Такий рівень мобільної зміни робочих параметрів термокавітаційного перетворювача енергії за допомогою зміни коліс, їх кількості і місця установки на роторі агрегату характеризує запропоноване рішення таким, що легко адаптується до відповідних умов роботи циркуляційного контуру, а також характеризує систему зручною в управлінні і експлуатації. Для зниження ерозійної дії кавітації на проточну частину агрегату кавітаційні процеси організовані в центральній частині агрегату із створенням вихрового потоку рідини на периферії від корпусних елементів агрегату. Використання пропонованого термокавітаційного перетворювача енергії дозволяє забезпечити гарячою водою і тепловою енергією об'єкти, віддалені від магістральних трубопроводів, при цьому навколишнє середовище не забруднюється продуктами згорання органічного палива в місцях вироблення теплової енергії. Надалі винахід пояснюється докладним описом прикладу конкретного виконання його кращого варіанта з посиланнями на креслення, що додаються. Перелік фігур винаходу. На фіг.1 зображений термокавітаційний перетворювач енергії Шуліко-Алієва, загальний вигляд, поперечний розріз; ротор генератора, сформований послідовною установкою на валу відцентрових коліс на всмоктуванні і нагнітанні, при розміщенні 17 перфорованого колеса кавітації між ними. Монтаж коліс з напрямними апаратами і їх гратами лопатей вироблений в циліндричному корпусі із зворотним лопатевим дифузором, а силове замикання конструкції виконане за допомогою кришок всмоктування і нагнітання, стягнутих анкерними шпильками, і винесеними за зону термічної дії кронштейнів з опорними вузлами. На фіг.2 зображений термокавітаційний перетворювач енергії Шуліко-Алієва, вигляд на кавітаційний блок, поперечний розріз; елементи кавітаційного ступеня виконані у вигляді перфорованого диска з конусно-циліндричними соплами і радіальними (осьовими) лопатями, охопленими по торцю циліндричним перфорованим ободом; при цьому напрямний апарат кавітаційного ступеня виконаний з перфорацією в міжлопатевій зоні, а підпір на кавітаційне колесо створюється конусною сопловою насадкою, встановленою на виході потоку оброблюваного середовища із зворотного лопатевого дифузора корпусу передкавітаційного ступеня, відцентрового ступеня. На фіг.3 зображений термокавітаційний перетворювач енергії Шуліко-Алієва, вигляд на кавітаційний блок із збільшеним температурним полем; розріз проточної частини агрегату, при цьому кавітаційний блок скомпонований з двох або більше кавітаційних коліс з перфорованими напрямними апаратами, розташованими між відцентровими ступенями з колесами на всмоктуванні і нагнітанні в циркуляційний контур. На фіг.4 зображений термокавітаційний перетворювач енергії Шуліко-Алієва, розріз кавітаційного блока і відцентрового ступеня із збільшеним тиском на нагнітанні в циркуляційному контурі; при цьому кавітаційний блок скомпонований з двох (або більш) кавітаційних коліс з перфорованими напрямними апаратами, розташованими між відцентровими ступенями з двома (або більшим числом) колесами на всмоктуванні і нагнітанні в циркуляційний контур. Перелік позначень і найменувань елементів винаходу 1. Вал 2. Кришка всмоктування 3. Кришка нагнітання 4. Корпус ступеня генератора 5. Дифузор лопатевий корпуса ступеня 6. Циліндрична ділянка сполучення корпусів 7. Ущільнення міжступеневе 8. Напрямний апарат відцентрового ступеня 9. Ґрати лопатей напрямного апарата відцентрового ступеня 10. Колесо відцентрове радіальне, на всмоктуванні 11. Колесо відцентрове радіальне, обрізне, на нагнітанні 12. Колесо кавітаційне, перфороване 13. Лопата колеса кавітаційного 14. Сопло, конусно-циліндричне, перфорації колеса кавітаційного 15. Розтруб конусний вхідний сопла перфорації колеса кавітаційного 16. Розтруб конусний вихідний сопла перфорації колеса кавітаційного 94849 18 17. Канал циліндричний сопла перфорації колеса кавітаційного 18. Конусна соплова насадка 19. Кронштейн передній 20. Кронштейн задній 21. Напрямний апарат кавітаційного ступеня з перфорацією 22. Обід циліндричний перфорований. Описане вище технічне рішення термокавітаційного перетворювача енергії Шуліко-Алієва дозволяє формувати стабільну і постійну по величині генерацію тепловиділення в агрегаті за рахунок розвитку численних центрів кавітацій і гідравлічних ударів в оброблюваному середовищі, що дроселює через конусно-циліндрічні сопла, яка приводить до стрибкоподібного зростання температурного градієнта в ступені, підвищення інтенсивності, а також енергонасиченості потоків кавітацій з мінімізацією енерговитрат на привід системи і підтримку робочих характеристик процесу. Термокавітаційний перетворювач енергії Шуліко-Алієва (фіг.1), містить вал 1, кришки всмоктування 2 і нагнітання 3, циліндричні корпуси 4, що формують ступені агрегату і лопатей дифузора, що несуть на внутрішній торцевій поверхні стінки 5, з центрівкою і посадкою кожної секції між собою за допомогою циліндричних розточувань 6, з герметизацією внутрішньої порожнини теплового перетворювача енергії ущільненнями 7. Внутрішня циліндрична поверхня корпусу 4 є опорою зовнішнього циліндра напрямного апарата 8 з гратами лопатей 9, за допомогою якої потік оброблюваного середовища передається на дифузор корпусу 5 і далі в наступний ступінь термокавітаційного перетворювача енергії. Ротор термокавітаційного перетворювача енергії Шуліко-Алієва сформований шляхом послідовної установки відцентрових радіальних робочих коліс 10 на всмоктуванні, а на нагнітанні - обрізного колеса 11 (фіг.1), проточна частина і грати лопатей яких відповідають розрахунковим параметрам і умовам роботи циркуляційного контуру системи, що обігрівається, а також перфорованого кавітаційного (кавітаційних) колеса 12. Перфороване кавітаційне колесо 12 є диском з радіальними лопатями, 13 - осьове колесо напіввідкритого типу (фіг.2), корінна частина якого в міжлопатевій зоні сформована конусноциліндричними соплами 14 з максимально можливою кількістю їх в міжлопатевій зоні. Власне конусно-циліндричне сопло утворено вхідним 15 і вихідним 16 - конусними розтрубами, сполученими між собою циліндричним каналом 17. Працездатність теплового кавітаційного генератора, як і його КПЕ безпосередньо залежить від загального числа сопел 14 на кавітаційному колесі 12, а також жорсткості системи і стабільності геометричних зазорів в процесі експлуатації агрегату. Організуючим ефективну роботу перетворювача енергії за показниками жорсткості із стабілізацією зазорів в процесі роботи агрегату є мінімізація відхилення дійсної осі вала 1 агрегату від його геометричного прототипу і подовжньо-поперечних віброзміщень елементів проточної частини. Враховуючи, що конструктивно-технологічне виконання теплового 19 перетворювача у вигляді послідовних зв'язаних корпусів 4 зумовлює секційну гнучкість складальної системи, важливим чинником роботи агрегату є організація рівновеликості і концентричності радіальних зазорів по кінцевих ущільненнях, торцевих зазорів між лопатями колеса і торцем конусної соплової насадки 18 (фіг.2), що створює підпір на кавітаційному колесі 12. Такі вимоги по рівновеликості і постійності зазорів для термокавітаційного перетворювача енергії зумовлює винесення опорних вузлів за межі робочого поля агрегату, спеціальні технологічні заходи при організації інструментальної обробки кронштейнів переднього 19 і заднього 20, а також особливості конструктивного виконання підшипникових вузлів для виключення впливу на них температурного режиму машини. Крім того, виносні опорні вузли, розміщені в циліндричних консолях кронштейнів 19 і 20, позиціонують вал 1 при збиранні агрегату в горизонтальній і вертикальній площинах, повинні забезпечувати строгу співвісність осей підшипників, що також є гарантією рівновеликості зазорів і постійності відстані між зустрічними потоками струменів, що проходять через сопла. При цьому для таких динамічних турбомашин термокавітаційних перетворювачів енергії рівновеликість зазорів на весь термін експлуатації, мінімізація технологічної недосконалості і вібронавантаженості гарантується при динамічному балансуванні коліс і елементів проточної частини агрегату на експлуатаційних обертах з детермінованим збиранням (див. Алієв Н.А. Дослідження вимушених коливань роторів корпусно-секційних машин динамічної дії // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнародна збірка наукових праць. - Донецьк, 2004. - Вип. 27. - С. 3-11; див. також: Алієв Н.А. Вібродіагностика корпусно-секційних насосів з прогнозованим розподілом неврівноважених мас ротора / Наукові праці Донецького Національного Технічного Університету. - Донецьк, 2004. - Вип. 83. - С. 225-235; див. також: Алієв Н.А. Детермінізм розподілу неврівноважених мас ротора як основа зниження вібронавантаженості корпусно-секційних насосів при збиранні // Проблеми експлуатації обладнання шахтних стаціонарних установок: Збірник наукових праць. - Донецьк: НДІГМ ім. М.М. Федорова, 2004. - Вип. 99. - С. 101-117). Кількість лопатів 13 на колесі кавітації 12 безпосередньо залежить від технічних вимог по продуктивності системи і пов'язаної з виконанням умови нерозривності потоку при проходженні його через дифузор корпусу 4 передкавітаційного ступеня. Враховуючи, що на радіальній (осьовій) системі лопатей натиск в два, а в деяких випадках і в три рази перевищує натиск щодо відцентрового ступеня з циліндричними лопатями, при рівності зовнішніх діаметрів коліс, то частина потоку, що не пройшла через систему конусно-циліндричних сопел 14 на перфорованому кавітаційному колесі 12, транспортується через напрямний перфорований апарат 21 назустріч струменям, що пройшли через систему перфорації кавітаційного колеса 12. Таке виконання кавітаційного ступеня приводить до виникнення на зустрічних струменях гідравлічних ударів і автоколивального режиму роботи вуз 94849 20 ла, що також викликає додаткову турбулентність між кавітаційним колесом 12 і напрямним апаратом 21 із збільшенням генерації тепла. На фіг.2 зображений термокавітаційний перетворювач енергії Шуліко-Алієва, вигляд на перфороване кавітаційне колесо 12, що складається з перфорованого диска з радіальними (осьовими) лопатями 13, охопленими по периферії циліндричним перфорованим ободом 22. Напрямний апарат 21 кавітаційного ступеня виконаний з перфорацією в міжлопатеій зоні, а підпір на кавітаційному колесі створює соплова конусна насадка 18, змонтована на виході потоку оброблюваного середовища з дифузора лопатей корпусу 4 передкавітаційної відцентрового ступеня. Перфорацію кавітаційного колеса 12 утворюють конусно-циліндричні сопла 14, сформовані вхідним 15 і вихідним 16 - конусними розтрубами, діаметри яких вибрані з умови нерозривності потоку по перерізу сопла, але з розширенням вихідної ділянки щодо вхідного і з'єднанням їх між собою циліндричним каналом 17. На фіг.3 зображений термокавітаційний перетворювач енергії Шуліко-Алієва, розріз проточної частини агрегату, при можливому виконанні агрегату з підвищеним температурним полем на виході з системи. З цією метою кавітаційний блок скомпонований з двох перфорованих кавітаційних коліс 12, з перфорованими напрямними апаратами 21, розташованими між відцентровими ступенями з колесами - на всмоктуванні 10 і нагнітанні 11 в циркуляційний контур. На фіг.4 приведений розріз термокавітаційного перетворювача енергії Шуліко-Алієва, скомпонований з перфорованого кавітаційного колеса 12, утворюючого тепловий блок в відцентровому ступені із збільшеним тиском на нагнітанні в циркуляційний контур. Для реалізації вимоги підвищення тиску в системі на нагнітанні встановлені два відцентрових робочих колеса 10, що приводить до зростання тиску при вході в циркуляційний контур. Таке технічне рішення термокавітаційного перетворювача енергії Шуліко-Алієва дозволяє формувати проточну частину агрегату залежно від вимог режиму робочої установки з термонавантаженості і тиску шляхом варіації числа кавітаційних і відцентрових ступенів на всмоктуванні і нагнітанні. При цьому температурний градієнт і зміна інтенсивності процесу тепловиділення в кавітаційному ступені (при інших рівних умовах) варіюється зміною діаметрів циліндричної частини сопел, товщиною диска кавітаційного колеса, різницею розміру конусних вхідної і вихідної ділянок, а також за допомогою зміни діаметра циліндричного каналу сопел перфорації напрямного апарата кавітаційного ступеня. Слід зазначити, що перепад або звуження між вхідним і вихідним розтрубами, що формують сопла, активізує кавітаційний процес і приводить до зростання температурного градієнта в кавітаційному ступені. Універсальність заявлюваного технічного рішення термокавітаційного перетворювача енергії, його адаптація до зовнішнього джереласпоживача, оперативність управління, а також оптимізація роботи і надійність агрегату як динаміч 21 ної системи безпосередньо пов'язана з можливістю формувати його ротор послідовно, з відцентрових і кавітаційних перфорованих коліс в ступені, перегруповуванню їх в блоці перетворення енергії, з варіацією загальної кількості блоків агрегату, залежно від технічних вимог робочого споживача. Термокавітаційний перетворювач енергії Шуліко-Алієва, призначений як автономна система, що здійснює перетворення механічної енергії в теплову в локально замкнутих системах теплопостачання, без застосування органічного палива або з використанням в технологічних процесах, що вимагають нагрівання оброблюваних середовищ, працює таким чином. Термокавітаційний перетворювач енергії Шуліко-Алієва за допомогою всмоктувального штуцера, приймального патрубка і клапана вбудовується в циркуляційний контур або ресивер для забору оброблюваного середовища і подачі його в проточну частину агрегату. Проточна частина перетворювача сформована з відцентрового ступеня з радіальним колесом, напрямного апарата, в якому швидкісний натиск переводиться в статичний тиск, і зворотного дифузора лопатей корпусу ступеня, на виході якого установлена соплова конусна насадка. При проходженні потоку оброблюваного середовища через соплову конусну насадку за рахунок зміни площі її перерізу різко збільшується швидкісний натиск на виході з насадки, і потік, потрапляючи на диск кавітаційного колеса, дроселює через конусно-циліндричні сопла, розташовані в міжлопатевій зоні, що організують перфорацію кавітаційного колеса. На диску кавітаційного колеса сформовані радіальні (осьові) лопатей, які виконують роль елементів, що передають додаткову кінетичну енергію потоку, що не пройшов через конусно-циліндричні сопла, і направляє його в апарат кавітаційного ступеня. Торці радіальних (осьових) лопаток охоплені по периферії циліндричним перфорованим ободом, який створює опір потоку, що не пройшов через диск колеса. Швидкість витоку струменів з конусноциліндричних сопел і виникнення процесів кавітацій пов'язані з перепадом між циліндричним каналом і вихідним конусним розтрубом сопла. При цьому генерація теплових точкових джерел тепла 94849 22 прямо пропорційна кількості таких сопел і різниці в діаметрах між циліндричним каналом і конусним розтрубом сопла. При обертанні кавітаційного колеса надмірний потік, проходячи через перфоровані грати обода, що обрамляє лопаті, і потрапляючи в напрямний апарат кавітаційного ступеня, створює на зустрічних струменях, що дроселюють з сопел колеса, циркуляційні вихрові потоки, які також викликають виникнення кавітаційних бульбашок і генерують тепловиділення в ступені. Переміщення соплового дроселюючого потоку з кавітаційного колеса і збіг перемичок перфорації на напрямному апараті кавітаційного ступеня формують гідроудари в просторі між колесом, що обертається, і апаратом, а також коливання, пропорційні числу сопел на колесі і обертами його обертання. Сукупна дія коливання системи, гідроудари і кавітаційні процеси, що виникають в конусноциліндричних соплах, приводять до виникнення і генеруванню центрів тепловиділення з можливістю отримання постійного температурного градієнта в ступені. Рівень аномального тепловиділення в генераторі може варіюватися зміною діаметра циліндричного каналу конусно-циліндричних сопел, діаметрів конусних розтрубів, варіацією числа коліс, товщиною диска і довжиною шляху дроселювання оброблюваного середовища, а також кутом конуса соплової насадки. Винахід не обмежується описаними і показаними на кресленнях варіантами реалізації, але може бути змінене, модифіковане і доповнене в рамках об'єму, визначеного формулою винаходу. Винахід перевірений в процесі стендових і експлуатаційних випробувань і результати випробувань повністю підтвердили його технічну і економічну ефективність, а також доцільність широкого використання. Термокавітаційний перетворювач енергії Шуліко-Алієва, що заявляється, може бути поставлений в серійне виробництво в заводських умовах і знайде широке застосування в системах теплопостачання без використання органічного палива, теплофікації локальних стаціонарних об'єктів, а також технологічних процесах, що вимагають прогрівання робочого середовища, при гідророзриві пласта. 23 94849 24 25 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 94849 Підписне 26 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601