Резонансний генератор теплової енергії

Реферат: Резонансний генератор теплової енергії, який має у своєму складі корпусні елементи, закріплений на них виконаний у вигляді тіла обертання статор з периферійною і торцевими поверхнями, встановлений на привідному валу дисковий ротор з такими ж поверхнями та вхідний і вихідний патрубки, причому на периферійних поверхнях статора і ротора виконані періодично повторені виступи і впадини, форма яких утворена зрізаними циліндрами, осі яких паралельні твірним периферійних поверхонь ротора і статора, на торцевих поверхнях ротора виконані серповидні канавки, а на торцевих поверхнях статора - радіальні канавки, глибини UA 105195 U (12) UA 105195 U яких зменшуються при наближенні від центра до периферії, поперечні профілі є круговими, центри і діаметри яких на перетині торцевих і периферійних поверхонь ротора і статора співпадають з центрами і діаметрами зрізаних циліндрів відповідно, периферійні поверхні статора і ротора виконані двосторонньо конічними з різними кутами на різних сторонах, при цьому кути нахилу твірних конусів до їх спільної осі на периферії статора перевищують спряжені з ними кути нахилу твірних конусів на периферії ротора, центр обертання ротора зміщений відносно геометричного центра статора у бік вихідного патрубка. UA 105195 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до сфери теплотехніки, а саме до теплових генераторів гідродинамічного типу. Він може бути використаним 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 циліндрова 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, згідно корисної моделі, відбивач потоку виконаний у вигляді дросельної шайби, встановленої усередині циліндрової 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, закріплений на них виконаний у вигляді тіла обертання статор з периферійною і торцевими поверхнями, встановлений на привідному валу дисковий ротор з такими ж поверхнями та вхідний і вихідний патрубки. Цей резонансний генератор теплової енергії має простішу конструкцію з підвищеною надійністю. Разом з цим, його суттєвим недоліком, як і попереднього агрегату, є недостатня теплогенеративна ефективність внаслідок неможливості роботи на множині близьких до резонансу частотах, пов'язаних з кавітаційними перетвореннями робочих тіл (рідин), які суттєво залежать від множини ячників, частина з яких є неконтрольованою. Задача корисної моделі досягається тим, що на периферійних поверхнях статора і ротора виконані періодично повторені виступи і впадини, форма яких утворена зрізаними циліндрами, осі яких паралельні твірним периферійних поверхонь ротора і статора, на торцевих поверхнях ротора виконані серповидні канавки, а на торцевих поверхнях статора - радіальні канавки, глибини яких зменшуються при наближенні від центра до периферії, поперечні профілі є круговими, центри і діаметри яких на перетині торцевих і периферійних поверхонь ротора і статора співпадають з центрами і діаметрами зрізаних циліндрів відповідно, периферійні поверхні статора і ротора виконані двосторонньо конічними з різними кутами на різних сторонах, при цьому кути нахилу твірних конусів до їх спільної осі на периферії статора перевищують спряжені з ними кути нахилу твірних конусів на периферії ротора, центр обертання ротора зміщений відносно геометричного центра статора у бік вихідного патрубка, а величина діаметрів зрізаних циліндрів і кількість впадин на периферійних поверхнях статора та ротора вибрані із залежностей; dзц>D·sin(π/z); z=(90000÷270000)/n, де: dзц - величина діаметрів зрізаних циліндрів, мм; D - діаметр циліндричної частини ротора, мм; π - 3,1415; z - кількість впадин на периферії ротора; n - розрахункове число обертів ротора, об/хв. Кути нахилу твірних конусів до їх спільної осі на периферії статора можуть перевищувати спряжені з ними кути нахилу твірних конусів на периферії ротора на величину 0,01-0,03 рад. Величина зміщення центра обертання ротора відносно геометричного центра статора у бік вихідного патрубка може бути 0,5-3 мм. Корисна модель пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показаний загальний вигляд гідродинамічного теплогенератора, на фіг. 2 - вигляд на внутрішні поверхні статора, на фіг. 3 вигляд на торцеву поверхню ротора, на фіг. 4 фрагмент вигляду периферійної частини статора і ротора, а на фіг. 5 - вигляд по стрілці А, на періодично повторені виступи і впадини, форма яких утворена зрізаними циліндрами, осі яких паралельні твірним периферійних поверхонь ротора і статора. Резонансний генератор теплової енергії має у своєму складі корпусні елементи 1, закріплений на них виконаний у вигляді тіла обертання статор 2 (який може бути складеним) з 1 UA 105195 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 периферійною 3 і торцевими 4 поверхнями, встановлений на привідному валу 5 дисковий ротор 6, який також має периферійні 7 і торцеві 8 поверхні. На статорі наявні вхідний 9 і вихідний 10 патрубки. На периферійних поверхнях статора 2 і ротора 6 виконані періодично повторені виступи 11 і впадини 12, форма яких утворена зрізаними циліндрами, осі яких паралельні твірним 13 та 14 ротора 6 і статора 2. В свою чергу, на торцевих поверхнях 4 статора 2 виконані радіальні канавки 15, а на торцевих поверхнях 8 ротора 6 - серповидні канавки 16, глибини яких зменшуються при наближенні від центра до периферії. Поперечні профілі канавок 15 і 16 є круговими, центри і діаметри d яких на перетині торцевих і периферійних поверхонь ротора 6 і статора 2 співпадають з центрами і діаметрами поверхонь зрізаних циліндрів впадин 12 відповідно. Периферійні поверхні 3 і 7 статора 2 і ротора 6 виконані двосторонньо конічними з різними кутами αсл, αсп, αрл і αрп відповідно на різних сторонах. Кути α сл, αсп нахилу твірних конусів до їх спільної осі на периферії статора перевищують спряжені з ними кути α рл, αрп нахилу твірних конусів на периферії ротора. Центр обертання ротора 6 зміщений відносно геометричного центра статора 2 у бік вихідного патрубка 10 на величину е. Величина діаметрів d зрізаних циліндрів і кількість z впадин 12 на периферійних поверхнях статора 2 та ротора 6 вибрані із залежностей; d>D·sin(π/z); z=(90000÷270000)/n. Кути αсл, αсп нахилу твірних конусів до їх спільної осі на периферії статора можуть перевищувати спряжені з ними кути αрл, αрп нахилу твірних конусів на периферії ротора на величину 0,01-0,03 рад. Величина є зміщення центра обертання ротора 6 відносно геометричного центра статора 2 у бік вихідного патрубка 10 може бути 0,5-3 мм. Резонансний генератор теплової енергії 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 9, заповнюючи внутрішні об'ємні порожнини теплогенератора. Вмикається привід, який забезпечує обертання привідного вала 5 та ротора 6, оскільки останній жорстко закріплений на валу. При обертанні дискового ротора 6 робоча рідина відцентровими силами по радіальних канавках 15 статора 2 і серповидних канавках 16 ротора 6 подається та стискується у периферійній частині у зазорах між статором і ротором, заповнює впадини 12, форма яких утворена зрізаними циліндрами, осі яких паралельні твірним 13 та 14 периферійних частин 7 та 3 ротора 6 і статора 2, маючи можливість виходу у систему через вихідний патрубок 10. У зв'язку з тим, що вибрана радіальна та серповидна поздовжні форми канавок 15 та 16 відповідно, при обертанні ротора 6 робоча рідина додатково спрямовується (витісняється) у периферійну частину генератора, реалізуючи при цьому ефект реактивного потоку, сила якого при дії на ротор 6 складається з крутним моментом вала 5. Оскільки на периферійних поверхнях статора 2 і ротора 6 виконані періодично повторені виступи 11 і впадини 12, форма яких утворена зрізаними циліндрами, осі яких паралельні твірним 13 та 14 ротора 6 і статора 2, а величина діаметрів d зрізаних циліндрів і кількість z впадин 12 на периферійних поверхнях статора 2 та ротора 6 вибрані із залежностей: d>D·sin(π/z); z=(90000÷270000)/n, відбувається періодичне повне перекриття та відкриття впадин 12, заповнених робочою рідиною, що призводить до пульсації тиску робочої рідини з базовою частотою, яка дорівнює добутку приведеного до секундного виміру числа n обертів ротора і числа z впадин. Оскільки z=(9000÷270000)/n, то частота буде (n/60)×(90000÷270000)/n=1500+4500 Гц=15÷4,5 кГц. Це відповідає спектру резонансних частот. Цим самим у периферійній частині генератора створюються умови для інтенсивних резонансних кавітаційних процесів. Зміщення центра обертання ротора 6 відносно геометричного центра статора 2 у бік вихідного патрубка 10 на величину e та процеси тертя забезпечать додаткові низькочастотні та високочастотні коливання тиску, а значить, і посилення інтенсивності кавітації. Тобто, процес буде мати підвищену інтенсивність теплогенерації за рахунок забезпечення роботи на режимах з множиною (замість однієї) близьких до резонансу частот. Збільшення тепловиділення буде мати місце також за рахунок підвищення амплітуди пульсацій тиску при кавітаційних процесах, що досягається взаємоузгодженою зміною виступів і впадин ротора 6і статора 2 при обертанні ротора, тобто за рахунок зміни градієнтів поля тиску (пульсації) у просторі порожнини статора при вказаному виборі поздовжньої форми канавок 15 і 16 та оптимізації параметрів виступів і впадин таким чином, що, по-перше, забезпечується 2 UA 105195 U 5 10 15 20 25 повне перекриття і відкриття впадин при русі ротора, якщо величина діаметрів d зрізаних циліндрів впадин 12 на периферійних поверхнях статора 2 та ротора 6 вибрана із залежності d>D·sin(π/z), і, по-друге, збільшується об'єм пульсуючої робочої рідини у впадинах вказаного діаметру за рахунок використання внутрішніх просторів статора 2 і ротора 6. Зниження опору потоку рідини при проходженні нею через резонансний генератор теплової енергії за рахунок оптимізації геометрії просторів по траєкторії її руху сприяє підвищення гідравлічного коефіцієнта корисної дії генератора. Це зумовлене тим, що на торцевих поверхнях 4 статора і 8 ротора сформовані радіальні 15 та серповидні 16 канавки, що мають початкову частину півсферичної форми, розташовану поблизу привідного вала 5, та поєднану з нею продовжну частину гладкої жолобоподібної форми, глибина і ширина якої плавно зменшуються по мірі наближення до периферії ротора 6. Цій же меті служить і те, що кути α сл, αсп нахилу твірних конусів до їх спільної осі на периферії статора 2 перевищують спряжені з ними кути αрл, αрп нахилу твірних конусів на периферії ротора 6. Процес оптимізується, якщо має місце перевищення на величину 0,01-0,03 рад., а величина є зміщення центра обертання ротора 6 відносно геометричного центра статора 2 у бік вихідного патрубка 10 знаходиться у діапазоні 0,5-3 мм. Вказаним досягається задача корисної моделі, а саме - підвищення теплогенеративної ефективності генератора за рахунок інтенсивних полірезонансних режимів кавітаційних процесів, зменшення гідравлічного опору та часткової компенсації крутного моменту (від реактивного моменту струменів, діючих на ротор) при збереженні спрощеної конструкції, що забезпечую 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 p. 2. Глотов Е.А., Сердюк О.Д. та інші. Кавітатор. Патент України на корисну модель, № 78879, Опубліковано 25/04/2007, Бюл. № 5, 2007 р. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 55 1. Резонансний генератор теплової енергії, який має у своєму складі корпусні елементи, закріплений на них виконаний у вигляді тіла обертання статор з периферійною і торцевими поверхнями, встановлений на привідному валу дисковий ротор з такими ж поверхнями та вхідний і вихідний патрубки, який відрізняється тим, що на периферійних поверхнях статора і ротора виконані періодично повторені виступи і впадини, форма яких утворена зрізаними циліндрами, осі яких паралельні твірним периферійних поверхонь ротора і статора, на торцевих поверхнях ротора виконані серповидні канавки, а на торцевих поверхнях статора - радіальні канавки, глибини яких зменшуються при наближенні від центра до периферії, поперечні профілі є круговими, центри і діаметри яких на перетині торцевих і периферійних поверхонь ротора і статора співпадають з центрами і діаметрами зрізаних циліндрів відповідно, периферійні поверхні статора і ротора виконані двосторонньо конічними з різними кутами на різних сторонах, при цьому кути нахилу твірних конусів до їх спільної осі на периферії статора перевищують спряжені з ними кути нахилу твірних конусів на периферії ротора, центр обертання ротора зміщений відносно геометричного центра статора у бік вихідного патрубка, а величина діаметрів зрізаних циліндрів і кількість впадин на периферійних поверхнях статора та ротора вибрані із залежностей: dзц>D·sin(/z); z=(90000-270000)/n, де: dзц - величина діаметрів зрізаних циліндрів, мм; D - діаметр циліндричної частини ротора, мм;  - 3,1415; z - кількість впадин на периферії ротора; n - розрахункове число обертів ротора, об/хв. 2. Резонансний генератор теплової енергії за п. 1, який відрізняється тим, що кути нахилу твірних конусів до їх спільної осі на периферії статора можуть перевищувати спряжені з ними кути нахилу твірних конусів на периферії ротора на величину 0,01-0,03 рад. 3 UA 105195 U 3. Резонансний генератор теплової енергії за п. 1, який відрізняється тим, що величина зміщення центра обертання ротора відносно геометричного центра статора у бік вихідного патрубка може бути 0,5-3 мм. 4 UA 105195 U 5 UA 105195 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