Спосіб виробництва надлишкової енергії та кавітаційний теплогенератор для його здійснення

1. Спосіб виробництва надлишкової енергії, , заснований на використанні ультразвукової кавітації, який відрізняється тим, що, крім ультразвукової кавітації, для його реалізації залучаються особливі режими гідродинамічної кавітації - щілинна, вихрова, струминна, соплова, при яких обов'язково виключають створення великих каверн з подальшим їх розпадом на кавітаційні бульбашки і забезпечують зародження кавітаційних бульбашок безпосередньо у потоці рідини, для щілинної кавітації це досягається при величині товщини шару потоку меншим за 0,15 мм, при вихровій кавітації при швидкості обертання вихору рідини в трубі понад 16-18 м/с, при струминній - при швидкості витікання затопленого струменя рідини понад 16 м/с, при сопловій - при швидкості рідини у звуженій частині потоку понад 18 м/с та при куті розширення потоку на виході більшим 15*. одноразово з цим розділяють потік на холодний та гарячий з одночасним виробленням тепла та холоду, залучають енергію навколишнього середовища нагріванням холодного потоку, для підсилений та поглиблення процесів, що відбуваються у воді при кавітації, в ній розчиняють солі, магнітні окисли заліза та використовують електроліти і одноразово з кавітацією вживають зовнішні магнітні та статичні або обертаючі електричні поля. 2. Кавітаційний теплогенератор для обробки рідинних середовищ та вироблення теплової енергії, що включає в себе корпус, патрубки входу й виходу циркулюючої рідини, насос, нагнітальний патрубок, прискорювач - завихрювач потоку, вихрову трубу, який відрізняється тим, що крім вихрової труби першого ступеня має вихрову трубу другого ступеня, оздоблену, крім гарячого кінця, ще й холодним кінцем меншого діаметра, на кінці якого встановлено регулюючий клапан. 3. Кавітаційний теплогенератор по п. 2, який відрізняється тим, що прискорювач -завихрювач потоку, встановлений посередині між гарячим і холодним кінцями вихрової труби, має РИГПЯД спіралі Архімеда, а в нижній частині гарячого кінця вихрової труби встановлено глушник завихрювань, що являє собою коаксіальне встановлену трубу, меншого за трубу гарячого кінця діаметра, з'єднану з внутрішньою поверхнею труби гарячого кінця радіальними перетинками у кількості (6+8 шт.), довжина глушника завихрювань становить 2+3 внутрішніх діаметрів гарячого кінця вихрової труби. 4. Кавітаційний теплогенератор за пп 2 та З, який відрізняється тим, що в кінці гарячого кінця вихрової труби розміщено камеру відбиття хвиль, яка розташована між глушником завихрювань і діафрагмою, встановленою за ним 5 Кавітаційний теплогенератор за пп. 2 - 4, який відрізняється тим, що за діафрагмою на виході з гарячого кінця вихрової труби встановлено гніздо клапана генератора гідроударів. яКе періодично перекривається клапаном, який розташований на штоці, кінець якого обладнаний розгалуженням (хрестовиною) із роликами, що пружиною притискується до торцевої поверхні торцевого кулачка, яка має виїмку по діаметру, а кулачок приєднаний до електродвигуна через двоступен• евий конічний редуктор. 6. Кавітаційний теплогенератор за пп. 2 - 5. який відрізняється тим, що на виході з гарячого кінця вихрової труби встановлено інжектор з підсосом рідини з бака, всередині якого розміщено насос, електродвигун і всі вищезазначені вузли і деталі теплогенератора. 7. Кавітаційний теплогенератор за пп 2 - в, який відрізняється тим, що після інжектора перед входом в насос встановлено дегазатор газонасиченої рідини, який являє собою циліндричний корпус з верхньою і нижньою кришками та перегородкою всередині, яка має розміщений по центру отвір значного діаметру і тангенціальний підвід над перегородкою і тангенціальний відвід під перегородкою, спрямований на розміщений перед входом насоса равлик закручування потоку, а на верхній кришці дегазатора встановлено патрубок, який з'єднано всмоктувальним трубопроводом з інжектором, нагнітальний трубопровід якого обладнаний на кінці ковпачком і розташований всередині вакуумної колонки, що являє собою циліндричну судину з водомірним склом, встановленим ю in со < 35514 зовні на верхній кришці теплогенератора, а сопло Інжектора з'єднано з нагнітальним патрубком насоса або э відводом одного з його нагнітальних ступенів 8. Кавітаційний теплогенератор за пп. 2 - 7, який відрізняється тим, що на всмоктуванні насосу встановлено равлик, до якого тангенціальне підведене тангенціальний відвід від дегазатора. 9. Кавітаційний теплогенератор за пп 2 - 8, який відрізняється тим, що холодний кінець вихрової труби, розташованої зверху прискорювачазавихрювача, обладнаний на кінці регулюючим клапаном і розташований всередині посудини, встановленої на верхній кришці теплогенератора і з'єднаної з входом до холодильної системи холодильного агрегату, вихід з якої спрямовано в бак теплогенератора. 10. Кавітаційний теплогенератор за пп. 2 - 9 , який відрізняється тим, що його холодильник оснащено зовнішнім теплообмінником, розташованим в навколишньому середовищі. 11. Кавітаційний теплогенератор за пп. 2 - 10 який відрізняється тим, що на виході з вихрової труби другого ступеня підключено блок кавітаційного магнітотрону, що включає в себе автономний насосний агрегат, всмоктувальний патрубок якого з'єднано з виходом із вихрової труби, а нагнітальний - приєднано до циліндричного корпусу, всередині якого розміщено по осі шток з циліндричними кавітаторами, які мають загострені проти потоку кінці і гвинтові канавки на бокових поверхнях. їх розміщено з зазором всередині сегментів з сегнетомагнетиків, в яких магнітні полюси чергуються, лри цьому перед кожним блоком сегнетомагнетиків з зазорами до їх торцевої поверхні розміщено дископодібні набори радіальних пружинних пластинок, закріплених одним кінцем в маточинах, що посаджені на шток, який встановлено з можливістю осьового пересування, вхід до циліндричного корпусу з'єднано з нагнітаючим патрубком автоматичного насосного агрегату, вихід з цього корпусу з'єднано з всмоктувальним патрубком основного насосного агрегати. 12. Кавітаційний теплогенератор за пп. 2 - 1 1 , який відрізняється тим, що регулюючий клапан розподілу часток гарячого і холодного потоку в вихровій трубі з гарячим і холодним кінцем встановлений незалежно від клапана генератора гідроударів на холодному кінці труби, а клапан генератора гідроударів незалежно від регулюючого клапану встановлений на нагнітальному трубопроводі багатоступеневого основного насоса, в якому через одну напірну ступінь розміщено кавітуючу ступінь з кавітуючими крильчатками або перфорованими кільцями, натягненими на турбінку і встановленими в статорі з зазорами між ними, меншими 0,15 мм. 13. Кавітаційний теплогенератор за лл. 2 - 1 2 , який відрізняється тим, що кришка корпусу генератора гідроударів оздоблена сальником з заглушкою, яка має циліндричну частину з прорізом, в якому вільно встановлено шпильку, міцно зв'язану зі штоком клапана і не допускаючу його обертання, корпус генератора гідроударів .оснащено додане-, овою кришкою, зв'язаною з основною кришкою циліндричної обичайки, яка виконує роль корпусу механізму приводу клапана, шток клапана проходить через основну кришку корпусу і сальник і оздоблений виготовленою на його кінці хрестовиною з маточиною І роликами, установленими на кінцях хрестовини, між торцем заглушки і маточиною хрестовини встановлена пружина з можливістю притискування хрестовини до контактної робочої поверхні кулачка, вал якого проходить через додаткову кришку і встановлений на підшипнику та зафіксований від осьового пересування дистанційною втулкою і додатковою кришкою, контактна робоча поверхня кулачка виготовлена з виїмками під ролики для захлопування клапана і має вікна зі сферичними поверхнями, в яких розміщено дві симетричні висувні площадки, притиснуті плоскими пружинами, встановленими зі сторони контактної робочої поверхні кулачка, причому поверхня кулачка, протилежна його контактній робочій поверхні, контактує з додатковими роликами, встановленими на стояках в додатковій кришці з можливістю пересування в осьовому напрямі за допомогою гайок, бокові поверхні вікон на контактній робочій поверхні кулачка і бокові поверхні висувних площадок виконано по концентричним сферичним поверхням, осі обертання площадок розміщені по радіусу твірних концентричних сферичних поверхонь, висувні площадки оздоблені виїмками, виконаними з сторони плоскої пружини для демпфування ударів роликів хрестовини, і виступом, контактуючим з додатковими роликами, при цьому ролики хрестовини зсунуті на кутову віддаль, рівну протяжності виступу висувної площадки, а профілі стояків додаткових роликів в місцях проходу їх через додаткову кришку, мають, наприклад, квадратний або трикутний переріз. Винахід відноситься до способів виробництва надлишкової енергії, при якому енергії виробляється більше, ніж витрачається та до кавітаційних теплогенераторів, що його здійснюють, і може бути використаний в енергетиці, комунальному господарстві, транспорті, агропромисловому комплексі, в районах півночі для опалення та одержання холоду. Надлишкова енергія виділяється за рахунок внутрішньої енергії рідкого середовища за умови концентрації енергії великої густини в точці, при використанні спеціальних видів кавітації. Надлишкова енергія також утворюється при спільній дії явищ різної фізичної природи, при сполученні різних фізичних ефектів під дією гідравлічних ударів та пульсацій потоку. Винахід також може служити для створення принципово нових видів тепло- та епектрогенеруючих станцій. На сьогодні широко відомо багато способів отримання енергії, наприклад спосіб отримання теплової енергії випромінювання Сонця, кінетичної енергії води, вітру, теплової енергії, що виділяється при горінні, що виділяється при діленні важких ядер хімічних елементів, енергії, що виділяється при злитті речовини та антиречовини. [ 4,37] 35514 Однак, енергія випромінювання Сонця та енергія вітру мають низьку питому інтенсивність, енергія, що виробляється на гідро і теплових станціях обмежена місцевими умовами, атомна енергія має свої проблеми, пов'язані з безпекою та захоронениям відходів. Всі вказані вади цих видів енергії загальновідомі. [ 4,37] Відомий спосіб отримання енергії, який за сукупністю істотних признаків є найбільш близьким до винаходу. Цей спосіб полягає у тому, що в зону обробки подають рідкий літій, який піддають дії періодичних акустичних сил для утворення в ньому кавітаційному пухирців, внаслідок чого виникає реакція термоядерного синтезу f 37,4] Відомі способи кавітаційної обробки рідинних середовищ (води) [1, З, 4, 5, 6, 32], які грунтуються нагідродинамічнійкавітації І полягають в створенні в потоці рідини поля кавітаційних пухирців при обтіканні тіла (кавітатора) і їх подальшого схлопування з вивертанням в тор і утворенням кумулятивних струминок, при цьому кавітаційні пухирці утворюються також внаслідок розпаду каверн, що виникають за обтічним тілом. Ці способи не приводять до виникнення надлишкової енергії. В основу винаходу поставлено задачу створення способу вироблення надлишкової енергії, який дозволив би виключити витрати на видобування, підготовку та транспортування енергоносіїв, а також дозволив би використовувати в якості робочого середовища будь яку речовину, що знаходиться в рідкому стані: а також вироблення великої кількості теплової надлишкової енергії за допомогоюгідродинамічноїкавітації. Пропонується спосіб створення кавітаційних пухирців без утворення значних каверн при обтіканні тіл у потоці і без коливань з ультразвуковою частотою випромінювачів та генераторів ультразвуку, а за ультразвуковим типом, що реалізується гідродинамічним шляхом в усьому об'ємі оброблюваної рідини, а не на поверхні робочих органів. Такий спосіб може бути реалізований за допомогою таких видів кавітації: відцентрової, щілинної, струминної, соплової та вихрової [1,3, б]. Таким чином заявляється спосіб виробництва надлишкової енергії, заснований на використанні ультразвукової кавітації, який відрізняється тим, що крім ультразвукової кавітації для Його реалізації залучають особливі режими гідродинамічної кавітації - щілинну, вихрову, струминну, соплову, при яких обов'язково виключаються створення великих каверн з подальшим їх розпадом на кавітаційні пухирці і забезпечуються зародження кавітаційних пухирців безпосередньо у потоці рідини, для щілинної кавітації це досягається при величині товщини шару потоку меншим за 0,15 мм, при вихровій кавітації - при швидкості обертання виходу рідини в трубі понад 16-18 м/с, при струменній - при швидкості витікання затопленого струменя рідини понад 16м/с - при швидкості витікання затопленого струменя рідини понад 16м/с, при сопловій - при сопловій при швидкості рідини у звуженій частині потоку понад 18 м/с при куті розширення потоку на виході більшим 15*. одноразово з одночасним виробленням тепла та холоду, залучають енергію навколишнього середовища нагріванням холодного потоку, для підсилення та поглиблення процесів, що відбуваються у воді при кавітації, в ній роз чиняють солі, магнітні окисли заліза та використовують електроліти і однарозово з кавітацією вживають зовнішнє магнітні га статичні або обертаючі електричні поля. Кавітаційні апарати, які призначаються для здійснення способу виробництва надлишкової енергії, пояснюють реалізацію цього ефективного способу. Відомі кавітаційні реактори, в яких реалізується спосіб гідродинамічної кавітації з утворенням каверн за обтічним тілом (кавітатором) з подальшим природним або примусовим (пульсаціями потоку) їх розпадом на мілкі кавітаційні пухирці, що схлолуються переважно з вивертанням в тор і утворенням кумулятивної струминки, виділяючи при цьому енергію, що перетворюється в кінетичну енергію струминки [11,12. 13, 14,16, 20J. В реакторі {11] перед кавітатором, за яким виникає каверна, встановлено переривник потоку у вигляді заслінки з отворами, що обертається. Цей переривник потоку створює пульсації потоку, що сприяють розпаду каверни на мілкі кавітаційні пухирці. У реакторі [12] конічний кавітатор, що обтікасться потоком, має радіальні канали з входами, спрямованими назустріч потоку і виходом у зазор між кавітатором і корпусом. Такий пристрій утворює вихорі за рахунок вдування рідини в зазор, зароджує мілкі пухирці, а гостра крайка на краю кавітатора розпилює рідину на границі каверни. Вдув рідини в прикордонний шар на кавітаторі являє собою один із методів інтенсифікації кавітації [І]. У реакторі [13] конічний кавітатор з вершиною, спрямованою назустріч потоку, розміщено в середині камери, стінки якої виконані у формі конічної поверхні. Кавітатор встановлено на штанзі з можливістю подовжнього пересування, чим досягається зміна ступені загромадження потоку та регуляція величини утворюваної каверни. У реакторі {14} довжина каверни регулюється зміною кута закрутки обтічних лопатей кавітатора. У реакторі (16] подрібнення каверни здійснюється примусово від пневматичного імпульсного пристрою, що приводить в коливання мембрани, закріплені на утворюючих каверни обтічних лопатях. Багато подібних конструкції наведено в [1,3.6, 7]. Всі ці конструкції реалізують спосіб гідродинамічної кавітації з утворенням каверн та їх подальшим розпадом. До кавітаційних реакторів, які реалізують заявочний спосіб без посереднього утворення кавітаційних пухирців у потоці, без генерації каверн і їх подальшого розпаду, відносяться кавітаційні апарати фірми "Візор" типу "Юсмар", описані в [і], які виготовлені на основі вихрової труби, та ротаційні апарати, описані в [3] та представлені патентом РФ [4] В заявочний кавітаційний реактор входять окремі елементи конструкції вказаних апаратів фірми "Візор", Сумського машзаводу, фірми "Екрес" [1] та апаратів з (1, 3,4], проте ці елементи значно удосконалені та доповнені новими пристроями, що підвищують ефективність дії кавітації. Кавітаційний теплогенератор представлено на фіг. 1-19. 35514 На відміну від наведених прототипів [ 1 , 3, 4] кавітаційний реактор має додаткові пристрої, що значно посилюють дію кавітації 1) тенератор гідроударів [1, 8, 9]. який створює зовнішні імпульси тиску до ЮОатм., чим посилює кумулятивний ефект кавітації, а також створює ударні хвилі та генерує коливання; 2) інжекторно-дегазаційний пристрій, що дегазує циркулюючу рідину і усуває демпфування газа ми схпопування парогазових пухирців; 3) вихрова труба, крім гарячого має холодний кінець що дає можливість розділяти потоки і, крім тепла, виробляти холод, підвищуючи коефіцієнт перетворення енергії; 4) у багатоступеневому насосі через одну ступень встановлюється, крім насосних, кавітуючі ступені, що дозволяє подавати до вихрової труби вже підготовлену мілкодисперсну пухирцеву суміш, чим відразу переводить вихрову трубу на роботу зі стискуваною рідиною і забезпечує виникнення вихрового ефекту Ранка, 5) щілинне сопло з перепоною і стабілізатором потоку для генерації інтенсивних акустичних коливань; 6) блок кавітаційного магнітотрону, в якому одночасно з виробленням мілкопухирцевої водної' суміші за допомогою вібраційної кавітації здійснюється її обробка магнітним полем. У різних варіантах конструкцій кавітаційних теплогенераторів можуть бути відсутні будь-які з вказаних блоків, обов'язковим для одержання ефекту є лише наявність однієї або двох вихрових труб з насосним агрегатом Повна же комплектація всіма блоками дозволяє одержати найбільший ефект Кавітаційний теплогенератор (фіг. 1) має циліндричний корпус 1, в якому розміщені його основні вузли Реактор комплектується заглибним багатоступеневим насоссМ* 2 з електромотором З В якості такого насосу може бути, наприклад, використано насос типу 1ЭЦВ-610 80 з такими характеристиками: - продуктивність - 10м; - натиск - 160мв.ст.; - число обертів - 2900 об./хв.; - діаметр турбінки (колеса) - 80мм; - число ступенів -12; - потужність електродвигуна - 6кВт. Можуть бути і інші варіанти подібних типів насосів різної потужності. В насосі кожна друга насосна ступень 4 замінюється на осьову кавітаційну ступінь 5 (фіг. 2, З, 4) або реконструюється з насосної ступені шляхом натягу на периметр колеса насосної ступені кільця, перфорованого отворами (фіг. 5),»встановлена ня такого ж кільця в статор направляючого апарату ступені, причому зазор між обертаючимся з колесом і нерухомим в статорі кільцями повинен бути меншим за 0,15мм. В цьому випадку в реконструйованій насосній ступені виникне щілинна, відцентрова та соплова кавітації з ультразвуковою частотою, яка визначається кутовою швидкістю ю, радіусом кілець - R, шагом між отворами в кільцях -1 та їх розміром - всЬ або діаметром - d, тобто числом отворів - г (фіг.5). Період коливань: 2п toR 2z