Гідродинамічний теплогенератор

Реферат: Гідродинамічний теплогенератор містить корпусні елементи із статорною частиною, виконаною циліндричної форми, закріплений на привідному валу дисковий ротор та вхідний і вихідний патрубки. Додатково до його складу введені два накладні диски, жорстко закріплені з двох сторін на дисковому роторі концентрично його осі. В дисках виконані отвори, на торцевих поверхнях дискового ротора сформовані серпоподібні виїмки (у формі ″банана″), що мають початкову частину напівсферичної форми, розташовану поблизу привідного вала, та поєднану з нею продовжну частину гладкої жолобоподібної форми, глибина і ширина якої плавно зменшуються у міру наближення до периферії ротора. На циліндричній частині дискового ротора виконані розташовані у шаховому порядку циліндричні комірки, діаметри яких перевищують висоту у 1,2-1,4 разу. UA 105097 U (12) UA 105097 U UA 105097 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до сфери теплотехніки, а саме до теплових генераторів гідродинамічного типу. Вона може бути використана у теплотехнічних системах, що призначені для нагрівання води або підтримання необхідної температури у промислових та жилих приміщеннях. Відомий гідродинамічний теплогенератор, що містить корпус з порожниною, виконаною у вигляді зрізаного конуса, до меншої основи якого примикає циліндрична вихрова камера з відбивачем потоку, лопатеве робоче колесо відцентрового типу, встановлене в порожнині корпусу на валу з можливістю обертання під дією приводу, осьовий всмоктуючий вхідний патрубок для підведення початкового робочого середовища і подавальний вихідний патрубок для відведення нагрітого робочого середовища, відбивач потоку, виконаний у вигляді дросельної шайби, встановленої усередині циліндричної вихрової камери з кільцевим зазором "S1" для перепускання периферійного потоку нагрітої рідини в заспокійливу камеру, виконану в корпусі і розташовану в торці вихрової камери, а подавальний вихідний патрубок сполучений із згаданою заспокійливою камерою [1]. Суттєвими недоліками цього гідродинамічного теплогенератора є: 1. Складність конструкції, обумовлена наявністю елементів, що забезпечують зворотні зв'язки потоків робочих тіл (рідин), що призводить до пониження надійності агрегату в цілому. 2. Недостатня теплогенеративна ефективність внаслідок неможливості роботи на резонансних частотах, пов'язаних з кавітаційними перетвореннями робочих тіл (рідин). Відомий також гідродинамічний теплогенератор, який має у своєму складі корпусні елементи із статорною частиною, виконаною циліндричної форми, закріплений на привідному валу дисковий ротор та вхідний і вихідний патрубки. Цей гідродинамічний теплогенератор має простішу конструкцію з підвищеною надійністю. Разом з цим, його суттєвим недоліком, як і попереднього агрегату, є недостатня теплогенеративна ефективність внаслідок неможливості роботи на оптимальних (резонансних) частотах, пов'язаних з кавітаційними перетвореннями робочих тіл (рідин). Задачею корисної моделі є підвищення теплогенеративної ефективності агрегату при збереженні спрощеної конструкції, що забезпечує підвищену надійність. Суть корисної моделі полягає в тому, щоб у конструкції гідродинамічного теплогенератори поєднати два додаткових ефекти: зниження потрібної вхідної механічної енергії за рахунок організації реактивної дії потоку рідини та підвищення інтенсивності теплогенерації за рахунок забезпечення роботи на оптимальних (резонансних) режимах. Задача корисної моделі вирішується тим, що до складу теплогенератора додатково введені два накладні диски, жорстко закріплені з двох сторін на дисковому роторі концентрично його осі, в дисках виконані отвори, на торцевих поверхнях дискового ротора сформовані серпоподібні виїмки (у формі "банана"), що мають початкову частину напівсферичної форми, розташовану поблизу привідного вала, та поєднану з нею продовжну частину гладкої жолобоподібної форми, глибина і ширина якої плавно зменшуються у міру наближення до периферії ротора, а на циліндричній частині дискового ротора виконані розташовані у шаховому порядку циліндричні комірки, діаметри яких перевищують висоту у 1,2-1,4 разу. Кількість серпоподібних виїмок на кожній торцевій поверхні ротора може дорівнювати двом, а їх розташування - бути взаємно перпендикулярним. Діаметри циліндричних комірок можуть дорівнювати 8 мм, в висота - 5,73 мм. Корисна модель пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показаний загальний вигляд гідродинамічного теплогенератора, на фіг. 2 - вигляд циліндричного ротора, а на фіг. 3 - вигляд дисків. Гідродинамічний теплогенератор має у своєму складі корпусні елементи 1 із статорною частиною, виконаною циліндричної форми (на фіг. 1 елементи об'єднані в цілісний корпус 1, що виконує функції їх скріплення і статора). У корпусі розміщений (крім хвостовика) привідний вал 2 із жорстко закріпленим на ньому дисковим ротором 3. До складу теплогенератора введені два накладні диски 4 і 5, жорстко закріплені з двох сторін на дисковому роторі 3 концентрично його осі. На торцевих поверхнях дискового ротора сформовані серпоподібні виїмки 6 (у формі "банана"), що мають початкову частину напівсферичної форми, розташовану поблизу привідного вала, та поєднану з нею продовжну частину гладкої жолобоподібної форми, глибина і ширина якої плавно зменшуються у міру наближення до периферії ротора 3. В накладних дисках 4 і 5 виконані отвори 7, призначені для подачі робочої рідини (наприклад, води) в серповидні виїмки 6. В корпусних елементах виконані вхідний 8 та вихідний 9 патрубки. Вхідний патрубок розташований поблизу привідного вала 2, а вихідний - на периферійній частині корпуса 1 - циліндричній частині статора. 1 UA 105097 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Привідний вал 2, який несе ротор 3, має ущільнення 10 і 11, що входять у виточки, виконані у корпусних елементах 1. Вал 2 установлений з можливістю обертання навколо осі статора на підшипниках 12 і 13. На циліндричній частині дискового ротора 3 виконані розташовані рівномірно по периферії диска у шаховому порядку циліндричні комірки 14, діаметри яких перевищують висоту у 1,2-1,4 разу. Кількість серпоподібних виїмок на кожній торцевій поверхні ротора може дорівнювати двом, а їх розташування - бути взаємно перпендикулярним. Діаметри циліндричних комірок можуть дорівнювати 8 мм, в висота - 5,73 мм. Гідродинамічний теплогенератор у межах нагрівальної системи працює наступним чином. Система заповнюється робочою рідиною (наприклад, водою) і під мінімальним тиском, що створюється у системі, ця рідина подається у вхідний патрубок 8, заповнюючи внутрішні об'ємні порожнини теплогенератора. Вмикається привід, який забезпечує обертання привідного вала 2 та ротора 3, оскільки останній жорстко закріплений на валу. При обертанні дискового ротора 3 робоча рідина відцентровими силами стискується у периферійній частині у зазорах між статором і ротором, заповнює циліндричні комірки 14, маючи можливість виходу у систему через вихідний патрубок 9. Маючи підвищений тиск у циліндричних комірках 14, коли ті знаходяться поза межами вихідного патрубка 9, та понижений тиск у зоні вихідного патрубка, за рахунок тертя та періодичної зміни тиску робоча рідина нагрівається і нагрітою подається у систему. При цьому частота пульсації (періодичної зміни) тиску пропорційна частоті обертання ротора 3, помноженій на подвоєну кількість комірок 14 у одному ряді. Це дозволяє наблизити режим пульсації до оптимального (резонансного). Внаслідок зміни тиску утворюються кавітаційні пухирці (тиск при схлопуванні пухирців за формулою Жуковського сягає до 40000 атм.), в яких з'являються атоми та молекули водню (Н), кисню (О) і які взаємодіють між собою у вигляді окисно-відновній реакції (ОВР), утворюють нові молекули води та одержують додаткове тепло у вигляді: Η+Η+О=Н2О+Q1; 2H2+O2=2H2O+Q2, де Q1 та Q2 - виділене додаткове тепло при взаємодії між атомарними та молекулярними воднем та киснем відповідно. Оскільки на торцевих поверхнях дискового ротора 3 сформовані серпоподібні виїмки 6, що мають початкову частину напівсферичної форми, розташовану поблизу привідного вала 2, та поєднану з нею продовжну частину гладкої жолобоподібної форми, глибина і ширина якої плавно зменшуються у міру наближення до периферії ротора 3, які частково перекриті поверхнями накладних дисків 4 і 5, спільно утворюючи форсунки, на які через виконані в дисках 4 і 5 отвори 7 подається робоча рідина, реалізуються два ефекти: 1-й - часткове розвантаження привідного вала 2 від крутного моменту внаслідок утворення реактивного моменту від виходу потоків робочої рідини під тиском через серпоподібні виїмки 6 у напрямку, протилежному напрямку вектора швидкості від обертання привідного вала 2; 2-й - додатковий нагрів робочої рідини від її проходження через гладку жолобоподібну форму (подібну "банану") з площею перерізу, яка поступово зменшується у міру наближення до периферії ротора 3. При цьому у зв'язку з тим, що початкова частина серпоподібної виїмки 6 (у формі "банана") має напівсферичну форму та поєднану з нею продовжну частину гладкої жолобоподібної форми, глибина і ширина якої плавно зменшуються у міру наближення до периферії ротора 3, мінімізується гідравлічний опір руху робочої рідини. Розташування на циліндричній частині дискового ротора 3 у шахматному порядку циліндричних комірок 14, діаметри яких перевищують висоту у 1,2-1,4 разу, дозволяє, з одного боку, максимально збільшити їх кількість, і з другого - забезпечити оптимальне співвідношення параметрів у відповідності з вимогами кавітаційного процесу. Підбором кількості комірок та діаметра ротора забезпечується вихід на резонансний режим кавітації. Експериментально встановлено, що інтенсивність нагріву рідини є максимальною, коли діаметри циліндричних комірок дорівнюють 8 мм, в висота -5,73 мм. Коли кількість серпоподібних виїмок (у формі "банана") на кожній торцевій поверхні ротора дорівнює 2-м, а їх розташування взаємно перпендикулярне - ротор має статичну і динамічну урівноваженість, які забезпечують підвищені надійність та коефіцієнт корисної дії теплогенератора. 2 UA 105097 U 5 10 Цим вирішується задача корисної моделі, а саме - підвищення теплогенеративної ефективності агрегату при збереженні спрощеної конструкції, що забезпечує підвищену надійність. Корисна модель може знайти широке застосування у житлово-комунальній сфері, у промисловості та інших галузях для підігріву води та екологічно чистого нагріву приміщень. Джерела інформації: 1. Подолян С.Ф. Гідродинамічний теплогенератор. Патент України на корисну модель, № 47920. Опубліковано 25.02.2010, Бюл. № 4, 2010 р. 2. Глотов Е.А., Сердюк О.Д. та інші. Кавітатор. Патент України на корисну модель, № 78879, Опубліковано 25/04/2007/Бюл. № 5, 2007 р. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 1. Гідродинамічний теплогенератор, який містить корпусні елементи із статорною частиною, виконаною циліндричної форми, закріплений на привідному валу дисковий ротор та вхідний і вихідний патрубки, який відрізняється тим, що до його складу введені два накладні диски, жорстко закріплені з двох сторін на дисковому роторі концентрично його осі, в дисках виконані отвори, на торцевих поверхнях дискового ротора сформовані серпоподібні виїмки (у формі ″банана″), що мають початкову частину напівсферичної форми, розташовану поблизу привідного вала, та поєднану з нею продовжну частину гладкої жолобоподібної форми, глибина і ширина якої плавно зменшуються у міру наближення до периферії ротора, а на циліндричній частині дискового ротора виконані розташовані у шаховому порядку циліндричні комірки, діаметри яких перевищують висоту у 1,2-1,4 разу. 2. Гідродинамічний теплогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що кількість серпоподібних комірок на кожній торцевій поверхні ротора дорівнює 2, а їх розташування - взаємно перпендикулярне. 3. Гідродинамічний теплогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що діаметри циліндричних виїмок дорівнюють 8 мм, висота - 5,73 мм. 3 UA 105097 U 4 UA 105097 U 5 UA 105097 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6