Кавітаційно-роторний теплогенератор

1. Кавітаційно-роторний теплогенератор, що містить корпус з входом і виходом для рідини, що нагрівається, який має циліндричну порожнину, в якій розміщені два коаксіальних кільця, одне з яких закріплене нерухомо щодо корпуса, а інше приводиться в обертання від привідного вала, співвісного з кільцями, і з радіальними отворами в кільцях, розташованими в площині, перпендикулярній осі обертання, який відрізняється тим, що зовнішнє коаксіальне кільце виконано обертовим, а внутрішнє - нерухомим щодо корпуса теплогенератора, при цьому зазор між обертовим зовнішнім кільцем і внутрішньою циліндричною поверхнею корпуса складає від 0,5 до 3мм. 2. Теплогенератор за п.1, який відрізняється тим, що на нарізний кінець привідного вала на 2 U 1 3 3961 4 ра і статора складає ~0,5мм. Вал в отворах статонті RU №2116583 (МКВ F24J3/00), автора Порсева ра і його кришки ущільнено торцевими ущільненЕ.Г. Цей пристрій складається з циліндричного нями, які запобігають витіканню рідини, що нагріпорожняного корпуса, усередині якого закріплена вається, з пристрою і влученню її у підшипники. В нерухома зовнішня каблучка з радіальними отвоторцевих кришках статора є отвори для подачі в рами в ньому, а коаксиально йому встановлена пристрій рідини, що нагрівається з однієї його стообертова внутрішня каблучка, закріплена на валі, рони і відводу її з іншої сторони. приводимому в обертання електродвигуном. В Описаний пристрій працює таким чином. внутрішній каблучці є такі ж радіальні отвори, як і в Через вхідний отвір у порожнину статора позовнішній каблучці і розташовані вони в одній дають воду, що підлягає нагріванню. Вона протікає площині, перпендикулярної осі обертання вала. в зазорі між статором і ротором і виходить із проПри обертанні внутрішньої каблучки відцентрові тилежної сторони через отвір у торцевій кришці сили притискають воду в радіальних отворах цієї пристрою, до котрого приєднано трубопровід для каблучки до внутрішньої поверхні зовнішньої кабвідводу нагрітої води до споживача. Ротор прилучки, і коли отвори в каблучках сполучаються і строю призводять в обертання за допомогою елестають співвісними при їхньому руху щодо один ктродвигуна, що приєднується до вала ротора. одного, вода кинеться в отвори зовнішньої каблучПри швидкому обертанні ротора відбувається заки. А потім цей потік води різко переривається, вихрення води в поглибленнях на його поверхні. коли отвори в каблучках при обертанні ротора При цьому в поглибленнях ротора й у зазорі між зміщаються далі і перестають бути співвісними. У його циліндричною поверхнею і статором виникає результаті в описаному пристрої виникають сильні кавітація, що веде до нагрівання води. пульсації рідини, що супроводжуються кавітацією. Крім завихрення робочої рідини в зазначених Найбільше ефективно вода в такому пристрої напоглибленнях, при швидкому обертанні ротора грівається при частотах п ульсацій 3,8-4,8кГц. відцентрові сили пориваються викинути воду з цих У такому пристрої вода затікає в радіальні отпоглиблень на поверхні ротора (назвемо їх чар унвори вже не проти напрямку відцентрових сил, як ками Гріггса). Але стовп води в чар унці Гріггса це було в описаній вище гідросонній помпі Гріггса, утримується за рахунок сил змочування водою а по напрямку дії цих сил, і вони не перешкоджаметалевої поверхні чарунки. Протиборство цих ють воді затікати, а навпаки, допомагають. двох сил призводять до розрідження в рідині у Хибою описаного відомого пристрою є те, що денець чарунок Гріггса. При цьому біля денець кавітаційні процеси в ньому не дуже потужні, тому чарунок виникають кавітаційні пухирці, які виклищо стовп робочої рідини в радіальних отворах кають розірвання стовпа води в ци х чар унках. Під каблучок не розривається, а відсікається при зсуві дією відцентрових сил стовп води, що відірвався отворів під час обертання внутрішньої каблучки. від дна чарунки, який був до того в напруженому Це не дозволяє досягати в що переривається стані як пружина, викидається з поглиблення і з струміні води високого ступеня розрідження, необвеликою швидкістю вдаряється в сполучену з рохідного для народження кавітаційних пухирців, і не тором внутрішню циліндричну поверхню статора. дозволяє розвити високу ефективність нагрівання У результаті виникає ударна хвиля, що посилює робочої рідини і досягати високих температур її кавітаційні процеси в зазорі між ротором і станагрівання за один прохід рідини через теплотором. генератор. При швидких періодичних стисках і розширенНайбільше близьким до що заявляється відонях кавітаційних пухирців у воді відбувається симим технічним рішенням (прототипом) є "роторний льний нагрів парогазової суміші в них, а потім і насос - теплогенератор", описаний у патенті RU усієї води в цьому робочому зазорі. Докладніше №2159901 (МКВ F24J3/00), авторів Петракова процеси, що ведуть до нагрівання робочої рідини в А.Д., Саннікова С.Т. і Яковлева О.П., опубліковатеплогенераторі Гріггса, описані в книзі [Фоминсному в Бюл. №33 за 2000р. Цей пристрій складакий Л.П.Роторные генераторы дарового тепла. ється з корпуса з циліндричною порожниною в Сделай сам. - Черкассы: ОКО-Плюс, 2003, 346с.]. ньому, у якій розміщені дві коаксиально встановАвтор вищевказаного патенту США Гріггс стверлених каблучки. Зовнішня каблучка закріплена джує, що ефективність нагрівання води в його принерухомо щодо корпуса, а внутрішня закріплена строї (відношення теплової енергії, уносимої з на валі, приводимому в обертання від електродвипристрою рідиною, до електричної енергії, спожигуна. В обох каблучках є радіальні отвори, розтаваної електродвигуном, що призводить вал пришовані в площині, перпендикулярній осі обертанстрою в обертання), складає 1,17-1,7. ня. При цьому отвори в зовнішній каблучці мають Хибою описаного пристрою є те, що ефективбільший діаметр, чим співвісні з ними отвори у ність нагрівання рідини в ньому не дуже висока. внутрішній каблучці. Це забезпечує "раптове" Це обумовлено тим, що після викидання порції розширення потоку рідини, що проходить через води з чарунки Гріггса чарунка повинна заповниобидва отвори, і посилює кавітацію за рахунок тися новою порцією води з робочого зазору між того, що при розширенні потоку рідини тиск у ньоротором і статором. А відцентрові сили при оберму різко падає і народжуються кавітаційні пухирці. танні ротора перешкоджають їй затікати в ці чаруУ результаті робоча рідина нагрівається більш нки - поглиблення на поверхні ротора. У результаефективно, чим в пристрої з однаковими отті "скорострільність" чарунок (число "пострілів" ворами. цівкою води в одиницю часу) не висока. Треба відзначити, що якщо зазор між обертоЗазначена хиба усунута в іншому відомому вим і нерухомим каблучками в описаному відомопристрої для нагрівання рідини, описаному в патему пристрої-прототипі намагаються робити як мо 5 3961 6 жна меншим, то зазор між зовнішньою нерухомою гаються викинути з цих отворів стовп робочої рікаблучкою і внутрішньою циліндричною поверхнею дини. А коли ці отвори перекриті зсередини поверкорпуса в цьому пристрої, як і в описаних вище хнею внутрішньої нерухомої каблучки, то, завдяки пристроях-аналогах, дуже великий і приблизно наявності сил змочуваємості між робочою рідиною дорівнює товщині каблучки. Так зроблено для тоі цією поверхнею, тут виникають великі напруги го, щоб робоча рідина, що виходить із радіальних розтягу в рідині і розрідження в ній. При цьому в отворів нерухомої зовнішньої каблучки, не відчурідині народжуються кавітаційні пухирці, які зливала істотного опору її потокові. ваються в кавітаційну каверну, що забезпечує роХибою описаного відомого пристрою є те, що зірвання стовпа рідини в радіальному отворі оберкавітаційні процеси в ньому недостатньо потужні, тової каблучки, як у вищеописаній чарунці Гріггса. тому що стовп робочої рідини в радіальних отвоУ результаті робоча рідина із силою викидається з рах не розривається, а відсікається при зсуві отворадіального отвору в обертовій каблучці і вдарярів під час обертання внутрішньої каблучки. Це не ється в циліндричну поверхню нерухомого корпуса веде при обертанні ротора до виникнення великотеплогенератора, викликаючи в результаті сутички го розрідження в площині відсікання стовпа рідини з ній появу ударної хвилі, що посилює наступний в радіальних отворах, що не створює умов для стиск кавітаційних пухирців у робочій рідині. Для виникнення сильної кавітації і не дозволяє розвити того, щоб енергія струменю рідини, що викидаєтьдуже високу ефективність нагрівання робочої ріся з радіального отвору в обертовій зовнішній кабдини. лучці, не губилася даром на шляху від цього отвоУ основу корисної моделі поставлена задача в ру до поверхні корпуса теплогенератора, зазор між пристрої для нагрівання рідини, шляхом зміні пообертовою зовнішньою каблучкою і внутрішньою рядку розташування обертової і нерухомої коаксіциліндричною поверхнею корпуса пропонується альних каблучок і зміни послідовності розташузменшити до величини від 0,5 до 3мм. Нижня мевання в них радіальних отворів більшого і меншого жа 0,5мм тут обумовлена необхідністю забезпедіаметра, підвищити ефективність нагрівання рочення вільного протікання що нагрівається робочої бочої рідини за рахунок посилення кавітаційних рідини по цьому зазорі після виходу її з радіальних процесів. отворів обертової каблучки, а верхня межа - 3мм Поставлена задача вирішується тим, що в каобумовлена тим, що при великих розмірах зазору вітаційно-роторному теплогенераторі, що складазначна частина кінетичної енергії струменю робоється з корпуса с входом і виходом для що нагрічої рідини, що викидається з радіального отвору в вається рідини, який має циліндричну порожнину, обертовій каблучці, губиться на подолання сил у якій розміщені дві коаксіальні каблучки, одна з тертя об навколишню рідину в цьому зазорі. яких закріплена нерухомо щодо корпуса, а друга Якщо в гідросонній помпі Гріггса, описаній виприводиться в обертання від приводного вала, ще, заповнення чарунки новою порцією робочої співвісного з каблучками, і з радіальними отворарідини після кожного "постріла" цівкою робочої ми в цих каблучках, розташованими в площині, рідини здійснювалося зовні в напрямку, протилежперпендикулярній осі обертання, зовнішня коаксіному напрямку дії відцентрових сил, що уповільальна каблучка виконана обертовою, а внутрішня нювали процес заповнення, то в запропонованому каблучка нерухомою щодо корпуса теплогенерапристрої заповнення робочою рідиною радіальнотора, при цьому зазор між обертовою зовнішньою го отвору в зовнішній обертовій каблучці після кокаблучкою і внутрішньою циліндричною поверхнею жного "постріла" із нього здійснюється зсередини корпуса складає від 0,5 до 3мм. (у напрямку від осі обертання) через отвори у внуПоставлена задача вирішується також тим, що трішній нерухомій каблучці, коли ці отвори надав теплогенераторі по п.1 на різьбовий кінець приються сполученими с радіальними отворами в водного вала нагвинчено сталевий диск з обідом, зовнішній обертовій каблучці. При цьому відцентна який нагвинчена зовнішня обертова каблучка. рові сили вже не перешкоджають процесу заповПоставлена задача вирішується ще і тим, що в нення, а навпаки, прискорюють його. теплогенераторі по п.1 на приводному валі закріпДіаметр отворів у внутрішній нерухомій каблулена ступиця, у яку уставлені спиці, що утримують чці повинен бути в 1,5-3 разу більшим, чим діазовнішню обертову каблучк у. метр отворів у зовнішній обертовій каблучці. Це Поставлена задача вирішується також тим, що обумовлено необхідністю забезпечити повне зав теплогенераторі по п.1 на різьбовий кінець приповнення радіального отвору в обертовій зовнішводного вала нагвинчена металева насадка, до ній каблучці до моменту перекриття його стінкою якої прикріплено текстолітовий диск з обідом, на внутрішньої нерухомої каблучки, що дозволяє відякому закріплена обертова зовнішня каблучка. центровим силам здійснювати процес заповнення Поставлена задача вирішується ще і тим, що в до кінця і тим самим підвищувати е фективність теплогенераторі по п.1 діаметр отворів у внутріроботи теплогенератора. шній нерухомій каблучці в 1,5-3 рази більше, чим Коли кількість радіальних отворів у зовнішній діаметр отворів у зовнішній обертовій каблучці. обертовій і у внутрішній нерухомій каблучках одПоставлена задача вирішується також тим, що наково, те усе "постріли" цівками робочої рідини з в теплогенераторі по п.1 кількість отворів у зовніусі х цих отворів відбуваються одночасно в момент шній обертовій каблучці не дорівнює кількості перекриття отворів в обертовій зовнішній каблучці отворів у вн утрішній нерухомій каблучці. суцільною стінкою внутрішньої каблучки. Це схоже Приведення в обертання зовнішньої каблучки на стрілянину залпами з гарматної батареї, що в теплогенератора веде до виникнення в радіальних теплогенераторі веде до непотрібного посилення отворах цієї каблучки відцентрових сил, які намавібрацій, які руйнують його конструкцію. Тому в 7 3961 8 запропонованому пристрої кількість отворів у зовА поверх неї покладене сталеве днище 15 теплонішній обертовій каблучці пропонується робити не генератора з привареним у його центрі штуцером рівним кількості отворів у вн утрішній нерухомій 16 для виходу нагрітої рідини. До цього ж днищу каблучці. У результаті при обертанні зовнішньої 15 приварена тонкостінна сталева каблучкакаблучки з'являється розсинхронізація моментів перегородка 17 із шайбою 18, що своїм зовнішнім збігу його радіальних отворів з отворами у внутрікраєм майже стикується з нерухомою кабшній каблучці, "постріли" цівками рідини йдуть не лучкою 10. одночасно, і зменшуються вібрації конструкції. У цій каблучці 10 є така ж кількість рядів радіПерелік фігур креслень альних отворів 17, як і в каблучці 9, причому діаФіг.1 зображує в розтині запропонований тепметр отворів у каблучці 10 у 1,5-3 рази більше, логенератор. чим діаметр отворів у каблучці 9. Фіг.2 зображує частковий вирив із розтину, зоЗазор між зовнішньою поверхнею обертової браженого на фіг.1. каблучки 9 і внутрішньою циліндричною поверхФіг.3 зображує схему взаємного розташування нею корпуса 13 складає від 0,5 до 3мм. внутрішньої і зовнішньої коаксіальних каблучок Шпильки 12 проходять не через всі отвори в при парній кількості радіальних отворів у зовнішній циліндричному корпусі 13, а через одне. Вільні каблучці і непарній у вн утрішній. отвори (див. Фіг.2) служать для проходу через них Фіг.4 зображує в розтині інший варіант викощо нагрівається рідини, прямування якої на креснання запропонованого теплогенератора, у якому леннях умовно показано стрілками. кріплення зовнішньої каблучки до обертового вала Кількість радіальних отворів в обертовій кабздійснюється спицями. лучці 9 рекомендується робити не рівним кількості Фіг.5 зображує в розтині третій варіант викоотворів у нерухомій каблучці 10. На Фіг.3 показана, нання запропонованого теплогенератора, у якому як один із варіантів виконання, схема взаємного кріплення зовнішньої каблучки до обертового вала розташування коаксіальних каблучок, при якому в здійснюється за допомогою проміжного текстоліобертовій каблучці 9 є парна кількість радіальних тового диска. отворів, а в нерухомій каблучці 10 - непарна кільВідомості, які підтверджують можливість здійкість отворів. снення корисної моделі Запропонований теплогеУ звареному опорному вузлі 2 (див. Фіг.1) є панератор, зображений на Фіг.1, складається зі зватрубок 19 для підводу що нагрівається рідини, а в реного сталевого опорного вузла 1, прикріпленого диску 8 є отвори 20 для проходу що нагрівається шпильками 2 до чавунного корпуса 3 уніфікованої рідини. Між опорним вузлом 1 і чавунним корпусом опорної стійки відцентрового насоса. Ця уніфіко4 установлена каблучка21, що теплоізолює, і прована стійка має стандартний чепцевий вузол 4, кладка 22. Під гайки шпильок 2 покладені шайби установлений на валі 5, до протилежного кінця 23, що теплоізолюють. якого приєднаний електродвигун, що призводить Запропонований теплогенератор, зображений вал в обертання (на Фіг.1 не показаний). Під сальна Фіг.4, відрізняється від теплогенератора, зониками чепцевого вузла на вал 5 надягнуто змінбраженого на Фіг.1 і 2, тим, що замість монолітного ний чіп 6 з абразивно-стійкою бронзи. Зазор між диска 8, що передає обертання від вала 5 до зоввалом 5 і чопом 6 ущільнено тефлоновим ущільнішньої каблучки 9, у ньому установлені сталеві ненням, що притискається сталевим чопом 7. На спиці 24 (типу велосипедних), які вставлені в отворізьбляний кінець вала 5 нагвинчено сталевий ри ступиці 25 і натягнуті за допомогою натяжних диск 8, на обід якого нагвинчена зовнішня (обергайок 26, вставлених у поглиблення, висвердлені в това) сталева каблучка 9 теплогенератора. Каблузовнішній каблучці 9. Таке виконання зменшує чка 9 має один або декілька рядів радіальних масу обертової частини теплогенератора (його отворів, розташованих у площині, перпендикулярротора), що призводить до зменшення пускових ній осі обертання. Діаметр цих отворів приблизно токів електродвигуна, що призводить його в обердорівнює товщині каблучки 9. Кількість рядів отвотання. рів у каблучці 9 може бути будь-яким, починаючи з Запропонований теплогенератор, зображений одного. Чим більше рядів, тим потужніше теплогена фіг.5, відрізняється від теплогенератора, зонератор. браженого на Фіг.1 і 2, тим, що замість монолітного Коаксиально каблучці 9 розташована внутрідиска 8, що передає обертання від вала 5 до зовшня нерухома сталева каблучка 10, у якій є така ж нішньої каблучки 9, у ньому установлено більш кількість рядів радіальних отворів, а їхні осі розскладний вузол, що складається з обіду 27, викоташовані в одних площинах з осями радіальних наного з дюралюмінію і нагвинченого на текстоліотворів каблучки 9, перпендикулярних осі вала 5. товий диск 28, приклепаний заклепками до метаРадіальні отвори в каблучці 10 можна робити одлевої насадки 29, нагвинченої на різьблений накового діаметра з отворами в каблучці 9, але кінець вала 5. Введення в конструкцію текстолітокраще робити їх у 2-3 рази більшими, ніж отвори в вого диска 28 дозволяє зменшити відхід (і втрати) каблучці 9. тепла від каблучки 9 на вал 5, тому що у текстолиВнутрішня каблучка 10 угвинчена своїм різьта теплопровідність у сотні разів менша, ніж у мебовим кінцем у сталевий диск 11. А він притягнуталу. тий стягуючими шпильками 12 до сталевого цилінОписаний пристрій працює таким чином. В дричного корпуса 13 теплогенератора, у порожнині вхідний патрубок 19 подають по трубопроводі рокотрого і розташовані каблучки 9 і 10. Поверх дисбочу рідину, що підлягає нагріванню (воду, транска 11 покладена проміжна каблучка 14 з отворами форматорну олію, нафту, тосол або ін.). Вона рув ній для шпильок 12 і для проходу робочої рідини. хається усередині теплогенератора в напрямках, 9 3961 10 зазначених на Фіг. стрілками, і випливає через пухирців температура в них підвищується до тисяч вихідний патрубок 16. Після цього включають елеградусів по Цельсію, отчого пухирці світяться в ктродвигун, що призводить в обертання вал 5. У темноті. (Це давно відоме явище називається сорезультаті зовнішня каблучка 9 починає обертатинолюмінесценцією.) ся, а в її радіальних отворах починають діяти відПісля викиду порції рідини з радіального отвоцентрові сили, що намагаються викинути рідину з ру в обертовій каблучці 9 відбувається заповнення цих отворів до внутрішньої поверхні корпуса 13 цього отвору новою порцією робочої рідини через теплогенератора. Але сили змочуваємості рідиною радіальний отвір у внутрішній нерухомій каблучці поверхні внутрішньої нерухомої каблучки 10 пе10, коли при обертанні каблучки 9 радіальний решкоджають розірванню стовпа рідини в радіотвір у ньому сполучається з радіальним отвором альному отворі каблучки 9, коли цей отвір переу каблучці 10. Після заповнення радіального отвокритий зсередини суцільною поверхнею каблучки ру в каблучці 9 робочою рідиною цей отвір знову 10. У результаті в стовпі рідини в отворі виникає перекривається зсередини суцільною поверхнею розрідження, найбільш сильне в дна отвору, і тут каблучки 10 при обертанні каблучки 9, і вищеопинароджуються кавітаційні пухирці, які об'єднуються саний процес повторюється. У результаті того, що в кавітаційну каверну. Вона порушує єдність стовзаповнення радіальних отворів у каблучці 9 відбупа рідини, і він відривається вблиз дна чарунки (у вається зсередини (від осі обертання каблучки), а поверхні внутрішньої нерухомої каблучки 10). У не зовні, як це було в гідросонній помпі Гріггса, результаті рідина із силою викидається з радіальвідцентрові сили не заважають заповненню, а доного отвору до внутрішньої поверхні корпуса 13 помагають йому, і заповнення відбувається швидтеплогенератора. При сутичці з нею цівки рідини ко. Цим досягається підвищення частоти викидів народжується ударна хвиля, що сприяє швидкому порцій робочої рідини з радіальних отворів і підстиску кавітаційних пухирців у рідині, які знаховищення теплопродуктивності та ефективності диться в зазорі між циліндричними поверхнями теплогенератора. корпуса 13 і каблучки 9. При стиску кавітаційних 11 3961 12 13 Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 3961 Підписне 14 Тираж 37 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601