Гідродинамічний кавітаційний тепловий реактор

Реферат: Гідродинамічний кавітаційний тепловий реактор, який містить камеру гальмування потоків рідини, форсунки, встановлені назустріч одна одній, які забезпечують обертово-поступальний рух рідини, вхідний і вихідний патрубки, причому форсунки виконані у вигляді ежекторів, вакуумна порожнина яких з'єднана з камерою гальмування потоків рідини. UA 74009 U (12) UA 74009 U UA 74009 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до пристроїв перетворення потенційної енергії тиску рідини в кінетичну і потім в теплову шляхом сумісного кавітаційно-акустичного впливу. Гідродинамічний кавітатор може бути використаний як джерело теплозабезпечення в енергетиці, для інтенсифікації технологічних процесів в дисперсних системах (емульгація, гомогенізація, диспергація, стерилізація), а також для оброблення промислової і побутової води. Відомий рідинний теплогенератор містить корпус з вхідним і вихідним патрубками та вбудованими в нього концентричними внутрішньою та зовнішньою камерами закрутки, кожною із своїм соплом. Закрутка потоку здійснюється у протилежні сторони, обидва потоки рухаються в одному напрямку (патент RU 2148754). Недоліком пристрою є низька ефективність, так як в ньому не забезпечується інтенсивне кавітаційне дроблення потоку рідини, яке супроводжується додатковим нагрівом оброблюваної рідини, зниження тиску в камері гальмування, збільшення швидкості руху рідини, збудження її гідравлічної пульсації, інтенсифікація пароутворення. Відомий гідродинамічний теплогенератор, що містить корпус, в якому розміщені камери резонатора та гальмування струменів, з'єднані порожниною вхідні сопла, насадки, що розширюються, завихрювачі потоку, на вихідній частині сопла ущільнююча прокладка з гострою кромкою та зливний канал нагрітої води. Гідродинамічний теплогенератор перетворює механічну енергію рідини в тепло шляхом ступінчастої кавітації середовища. Потік рідини розганяється в конічних співвісних, зустрічно спрямованих соплах до швидкості 30…40 м/с завертанням струменя та зниженням тиску нижче тиску пароутворення з наступним зниженням тиску в дифузорній насадці та ударному гальмуванні при їхній зустрічній взаємодії. В результаті взаємодії потік розгортається в межах 90° та по з'єднувальній кільцевій порожнині, що звужується, подається в тороподібний резонатор, де проходить додаткову обробку ультразвуком. Як гідродинамічне випромінювання використовується гостра кромка прокладки ущільнюючої половини тороподібного резонатора [патент РФ № 2166155]. Найближчим до корисної моделі, що заявляється, є гідродинамічний кавітатор, який містить корпус з камерою гальмування потоків рідини і каналом відведення підігрітої рідини, форсунки, установлені назустріч одна одній, він забезпечений вхідним патрубком, а канал відведення підігрітої рідини виконаний у вигляді вихідного патрубка, при цьому форсунки, які забезпечують обертово-поступальний рух рідини, виконані відцентровими або відцентрово-струминними та установлені в камері гальмування потоків рідини з можливістю осьового переміщення, а камера гальмування потоків рідини закріплена на вихідному патрубку [патент України на винахід № 95707, F22B 3/00, 25.08.2011, Бюл. № 16, 2011 p.]. Гідродинамічний кавітатор працює наступним чином. Вхідна рідина подається насосом у вхідний патрубок, а далі надходить у форсунки через впускні вікна. Всередині кожної форсунки рідинний потік набуває обертально-поступального руху. Внаслідок радіального градієнта тиску, який утворюється по осі потоку, формується парогазова фаза. Далі зустрічно направлені і протилежно закручені потоки рідини, що обертаються з великою швидкістю, зустрічаються в камері гальмування потоків рідини і зіштовхуються, що приводить до їх різкого взаємного гальмування і, як наслідок, до підвищення статичного тиску середовища і до сплескування парогазової фази. Внаслідок цього, відбувається підвищення температури рідинного середовища. Підігріта рідина видаляється з кавітатора через вихідний патрубок. Недоліком пристрою є низька ефективність, так як в ньому не забезпечується інтенсивне кавітаційне дроблення потоку рідини, яке супроводжується додатковим нагрівом оброблюваної рідини, зниження тиску в камері гальмування, збільшення швидкості руху рідини, збудження її гідравлічної пульсації, інтенсифікація пароутворення. В основу корисної моделі поставлена задача, розробити такий гідродинамічний кавітаційний тепловий реактор, в якому виконання форсунок у вигляді ежекторів, вакуумна порожнина яких з'єднана з камерою гальмування потоків рідини, з її верхньою частиною за допомогою трубок споряджених засувкою, дозволяє інтенсифікувати кавітаційне дроблення потоку рідини, яке супроводжується додатковим нагрівом оброблюваної рідини, знизити тиск в камері гальмування, збільшити швидкість руху рідини, збуджувати її гідравлічну пульсацію, інтенсифікувати пароутворення, і за рахунок цього підвищити його ефективність. Поставлена задача вирішується тим, що в гідродинамічному кавітаційному тепловому реакторі, який містить камеру гальмування потоків рідини, форсунки, встановлені назустріч одна одній, які забезпечують обертово-поступальний рух рідини, вхідний і вихідний патрубки, форсунки виконані у вигляді ежекторів, вакуумна порожнина яких з'єднана з камерою гальмування потоків рідини, з її верхньою частиною за допомогою трубок, споряджених засувкою. 1 UA 74009 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Виконання форсунок у вигляді ежекторів, вакуумна порожнина яких з'єднана з камерою гальмування потоків рідини, забезпечує пульсацію потоку рідини в них і сприяє виникненню в негативній напівхвилі цих пульсацій кавітаційних явищ у вигляді утворення кавітаційних бульбашок, які захлопуються з виділенням теплової енергії в позитивній напівхвилі цих пульсацій, а також за рахунок одержання додаткового тепла при конденсації пари в результаті "схлопування" бульбашок пари при попаданні їх у потік рідини. Крім того, це сприяє збільшенню швидкості руху рідини і підвищенню турбулізації потоку рідини з утворюванням більшої кількості кавітаційних бульбашок. Відсмоктування парогазової суміші з камери гальмування потоків рідини, веде до зниження тиску цієї рідини всередині неї. А це веде до інтенсифікації кавітаційних процесів у реакторі, тому що останні йдуть тим інтенсивніше, чим менше статичний тиск рідини і чим більше перепад тисків між входом і виходом ежекторів, з відповідним додатковим підвищенням тепловиділення в рідині. Все це збільшує ефективність реактора. На кресленні зображений гідродинамічний кавітаційний тепловий реактор, загальний вигляд. Реактор включає камеру 1 гальмування потоків рідини з форсунками, які встановлені співвісно назустріч одна одній і виконані у вигляді ежекторів 2 з вхідними циліндричними камерами 3. До них тангенційно під'єднані вхідні патрубки 4, для забезпечення обертовопоступального руху рідини в ежекторах 2. В ежекторах вакуумні порожнини з'єднані трубками 5 з верхньою частиною камери 1 гальмування потоків рідини. Трубки 5 споряджені засувкою 6. Камера 1 має вихідний патрубок 7. Гідродинамічний кавітаційний тепловий реактор працює наступним чином. Вхідна рідина подається насосом (на кресленні не показано) через вхідні патрубки 4, в камери 3, де потоки рідини набувають обертально-поступального руху і через ежектори 2, де вона нагрівається за рахунок тертя, потрапляють в камеру 1 гальмування потоків рідини. В ежекторах 2 утворюються вакуумні порожнини, куди відсмоктується парогазова суміш з камери 1 гальмування потоків рідини, що веде до зниження тиску рідини всередині цієї камери. Парогазова суміш потрапляє через трубки 5 у вакуумні порожнини ежекторів 2, де відбувається утворення і захлопування кавітаційних бульбашок при конденсації пари в результаті "схлопування" бульбашок пари при попаданні їх у потік рідини. Гази, потрапляючи в потоки рідини, сприяють її додатковому подрібненню, створюють пульсацію потоків рідини і збільшують швидкість руху рідини. Потоки рідини, розігнані в зустрічних ежекторах 2 до швидкості 35…50 м/с, розгортаються із різким зниженням тиску, нижче тиску пароутворення. Далі зустрічно направлені і протилежно закручені потоки рідини, що обертаються з великою швидкістю, зіштовхуються. В результаті дії гідроудару відбувається інтенсивна гідродинамічна кавітація, яка супроводжується акустичними (ультразвуковими) коливаннями, різко зменшуються швидкості потоків рідини, зростає тиск, відповідно підвищується температура рідини і проходить сплескування парогазової фази. Відбувається процес утворення нових кавітаційних бульбашок і подальшого захлопування їх з виділенням додаткової теплової енергії з нагрівом потоків рідини. Регулюючи засувкою 6 надходження парогазової суміші в ежектори 2, добиваються створення необхідної частоти власних коливань молекул рідини, що дає можливість впливати резонансною частотою на будь--який її компонент, послаблюючи і руйнуючи міжмолекулярні зв'язки. З'єднання в ежекторах 2 вакуумної порожнини з верхньою частиною камери 1 гальмування потоків рідини, створює безперервне відсмоктування парогазової суміші. Підігріта рідина видаляється з камери 1 гальмування потоків рідини через вихідний патрубок 7. її можна подавати в тепломережу, або в акумулюючу ємність для подальшого використання. Використання заявленої корисної моделі має ряд переваг. До них необхідно віднести можливість інтенсифікувати кавітаційне дроблення потоку рідини, яке супроводжується додатковим нагрівом оброблюваної рідини, знизити тиск у камері гальмування, збільшити швидкість руху рідини, збуджувати її гідравлічну пульсацію, інтенсифікувати пароутворення, і за рахунок цього підвищити її ефективність. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 1. Гідродинамічний кавітаційний тепловий реактор, який містить камеру гальмування потоків рідини, форсунки, встановлені назустріч одна одній, які забезпечують обертово-поступальний рух рідини, вхідний і вихідний патрубки, який відрізняється тим, що форсунки виконані у вигляді ежекторів, вакуумна порожнина яких з'єднана з камерою гальмування потоків рідини. 2. Гідродинамічний кавітаційний тепловий реактор за п. 1, який відрізняється тим, що в ежекторах вакуумна порожнина з'єднана з верхньою частиною камери гальмування потоків рідини. 2 UA 74009 U 3. Гідродинамічний кавітаційний тепловий реактор за п. 2, який відрізняється тим, що в ежекторах вакуумна порожнина з'єднана з верхньою частиною камери гальмування потоків рідини за допомогою трубок, споряджених засувкою. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3