Пароутворювач

1. Пароутворювач, що містить корпус, у якому є зона теплообміну, систему подачі холодної води, систему паровідводу і плазмотрон, який відрізняється тим, що корпус пароутворювача виконаний з утворенням послідовно розташованих на одній осі камери змішування, конфузора і дифузора, причому камера змішування виконана у вигляді зрізаного конуса, більшою основою оберненого у бік плазмотрона, а конфузор виконаний у вигляді циліндра діаметром, що дорівнює діаметру меншої основи камери змішування, при цьому плазмотрон забезпечений регулювальним елементом і установлений на одній осі з камерою змішування з утворенням плазмової зони конфузора і з забезпеченням кільцевого зазору між конусоподібною поверхнею камери змішування і зовнішньою поверхнею регулювального елемента голівки плазмотрона, причому система подачі холодної води виконана примусовою з боку корпуса плазмотрона через кільцевий зазор між конусоподібною поверхнею камери змішування і зовнішньою поверхнею регулювального елемента, зона теплообміну утворена в камері змішування і конфузорі, а система паровідводу приєднана до дифузора, при U 2 18100 1 3 пароутворювача виконаний з утворенням послідовно розташованих на одній осі камери зміщування, конфузора і дифузора, причому камера змішування виконана у вигляді зрізаного конуса, більшою основою оберненого у бік плазмотрона, а конфузор виконаний у вигляді циліндра діаметром, що дорівнює діаметру меншої основи камери змішування, при цьому плазмотрон забезпечений регулювальним елементом і установлений на одній осі з камерою змішування з утворенням плазмової зони конфузора і з забезпеченням кільцевого зазору між конусоподібною поверхнею камери змішування і зовнішньою поверхнею регулювального елемента головки плазмотрона, причому система подачі холодної води виконана примусовою з боку корпуса плазмотрона через кільцевий зазор між конусоподібною поверхнею камери змішування і зовнішньою поверхнею регулювального елемента, зона теплообміну утворена в камері змішування і конфузорі, а система паровідводу приєднана до дифузора, при цьому камера змішування виконана відповідно до співвідношення: Lк.с. L, де: Lк.с. - довжина камери змішування, L - довжина плазмового стовпа плазмотрона, а діаметр конфузора - відповідно до співвідношення: 3 Dконф. / Dс.плазм. 20, де: Dконф. - діаметр конфузора, Dc.плазм. - діаметр сопла плазмотрона, крім цього плазмотрон виконаний із забезпеченням плазмового стовпа відповідно до співвідношення: 15Dс.плазм. L 30Dс.плазм. і встановлений із забезпеченням плазмової зони конфузора довжиною відповідно до співвідношення: 0,01L 1/3L,де: - довжина плазмової зони конфузора. Крім цього, регулювальний елемент на плазмотроні виконаний у вигляді шайби, що встановлена на голівці плазмотрона з забезпеченням співвідношення: SВ=0,8...0,975Sк.з., де: SВ - площа перерізу підвідного патрубка води, Sк.з. - площа перерізу кільцевого зазору між конусоподібною поверхнею камери змішування і зовнішньою поверхнею регулювального елемента головки плазмотрона. Виконання корпуса пароутворювача з утворенням послідовно розташованих на одній осі камери змішування, конфузора і дифузора, причому виконання камери змішування у вигляді зрізаного конуса, більшою основою оберненого у бік плазмотрона, а конфузора - у вигляді циліндра діаметром, що дорівнює діаметру меншої основи камери змішування, дозволяє знімати тепло з плазмового стовпа за рахунок високого ступеня гомогенізації створюваного однорідного двофазного потоку, що прискорюється за рахунок звуження камери змішування в результаті віджимання води парою, що утворилася від контакту з плазменим стовпом, що забезпечує мінімальну інерційність пароутворювача, підвищення його ККД у цілому з одночасним 18100 4 досягненням ефекту значного тиску пари на виході. Забезпечення плазмотрона регулювальним елементом і установка на одній осі з камерою змішування з утворенням плазмової зони конфузора і з забезпеченням кільцевого зазору між конусоподібною поверхнею камери змішування і зовнішньою поверхнею регулювального елемента головки плазмотрона, дозволяє регулювати подачу води в камеру змішування й уникнути явища перекидання (виходу нагрітого гомогенізованого однорідного двофазного середовища, що віджимається, в патрубок подачі холодної води за рахунок явного перепаду тиску подачі холодної води SB=0,75...0,975Sк.з. і інжекторного ефекту в зоні конфузора), що забезпечує працездатність пароутворювача з одночасним досягненням ефекту значного тиску пари навиході. Виконання системи подачі холодної води примусовою з боку корпуса плазмотрона через кільцевий зазор між конусоподібною поверхнею камери зміщування і зовнішньою поверхнею регулювального елемента, утворення зони теплообміну в камері змішування і конфузорі, і приєднання системи паровідводу до дифузора дозволяє забезпечити працездатність пароутворювача з одночасним досягненням ефекту значного тиску пари на виході і широкого регульованого температурного діапазону на виході. Виконання камери змішування відповідно до співвідношення: Lк.с. L, де: Lк.с. - довжина камери змішування, L - довжина плазмового стовпа плазмотрона, а діаметр конфузора - відповідно до співвідношення: 3 Dконф. / Dс.плазм. 20, де: Dконф. - діаметр конфузора, Dc.плазм. - діаметр сопла плазмотрона, крім цього плазмотрон виконаний із забезпеченням плазмового стовпа відповідно до співвідношення: 15Dс.плазм. L 30Dс.плазм. і установка з забезпеченням плазмової зони конфузора довжиною відповідно до співвідношення: 0,01L 1/3L, де: - довжина плазмової зони конфузора, дозволяє забезпечити працездатність пароутворювача з одночасним досягненням ефекту значного тиску пари на виході, виготовляти пароутворювач у широкому діапазоні типорозмірів, розрахованих під конкретно поставлені завдання у всьому діапазоні необхідних технологічних навантажень, при використанні в системах паропостачання, опалення і гарячого водопостачання. Викладене вище дозволяє забезпечити: - мінімальну інерційність пароутворювача; - підвищення ККД пароутворювача за рахунок зниження втрат тепла в навколишнє середовище; - зниження собівартості виробництва одиниці ваги технологічної пари; - значний тиск пари на виході пароутворювача, що виключає необхідність використання насосів у системі споживання пари; 5 18100 - мінімальні габарити пароутворювача на одиницю потужності; - простоту конструкції і низьку металоємність; - широкий регульований температурний діапазон пари на виході; - низькі капітальні витрати при переобладнанні існуючих систем паро-, теплопостачання; - екологічність. На кресленні представлений пароутворювач, що пропонується, загальний вигляд. Пароутворювач містить корпус 1, виконаний з утворенням камери змішування 2, конфузора 3 і дифузора 4, розташованих послідовно один за одним на одній осі, плазмотрон 5, також установлений на останній, систему подачі холодної води 6 і систему паровідводу 7. Камера змішування 2 виконана у вигляді зрізаного конуса з конічною поверхнею 8 і звернена великою основою у бік плазмотрона 5, а меншою основою у бік конфузора 3. Плазмотрон 5 містить електрод 9 і сопло 10, установлений з можливістю осьового переміщення і забезпечений регулювальним елементом 11 у вигляді шайби. Між зовнішньою поверхнею останнього і конічною поверхнею 8 камери змішування 2 утворений кільцевий зазор 12 (показаний умовно), а сам плазмотрон 5 установлений таким чином, що при горінні плазмового стовпа 13 (показаний умовно) у конфузорі 3 утвориться плазменна зона 14. Пароутворювач працює таким чином. Рідина, що нагрівається, подається під тиском через систему подачі холодної води 6. При цьому холодна вода заповнює вільний простір корпуса 1 і рухається, минаючи зовнішню поверхню регулювального елемента 11, у камеру змішування 2 через кільцевий зазор 12. Величину витрати холодної води регулюють збільшенням чи зменшенням тиску в системі подачі холодної води 6 і шляхом зміни величини кільцевого зазору 12 за рахунок осьового переміщення плазмотрона 5. При горінні плазмового стовпа 13, що виходить із сопла 10 плазмотрона, холодна вода, що надходить через Комп’ютерна верстка М. Ломалова 6 кільцевий зазор 12, миттєво нагрівається і змішується з утвореною парою, причому в плазмової зоні 14 конфузора 3 проводиться догрівання пари, що утворюється, тиск якої змушує рухатися пароводяну суміш конфузором 3 і далі дифузором 4 у систему паровідводу 7. Величину догрівання пари в плазменій зоні 14 конфузора 3 регулюють за рахунок зміни сили струму, що пропускається через електрод 9 плазмотрона 5. Через систему паровідводу 7 пару направляють споживачу. Причому слід зазначити, що в камері змішування 2 відбуваються складні термодинамічні процеси. При контакті з плазменим стовпом 13 вода, що одержала тепловий імпульс від плазми, переходить у парову фазу і відбувається явище віджимання води парою від плазмового стовпа 13, але одночасно у камері змішання 2, що звужується, вода перемішується з парою і створюється гомогенізований однорідний двофазний потік, що дозволяє ефективно знімати температуру з плазмового стовпа, подальша робота відбувається на основі феномена підвищеної стисливості однорідного двофазного потоку для процесів енерго-, масо-, і теплоперенесення. У результаті тиск води на виході з апарата значно перевищує тиск води на вході. Регулювання подачі води і величини плазмового стовпа дозволяє досягати широкого температурного діапазону води, що нагрівається, на виході, до температури насиченої пари, готової до прямого застосування в парових машинах. Якщо дотримувати співвідношення: 3 Dконф. / Dс.плазм. 10, тоді пристрій працює як пароутворювач, якщо: 10 Dконф. / Dс.плазм. 20, тоді пристрій працює як нагрівач води. Апарат можна використовувати в широкому діапазоні типорозмірів розрахованих під конкретно поставлені завдання в усьому діапазоні навантажень, при використанні в системах парозабезпечення, опалення і гарячого водопостачання. Підписне Тираж 26 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