Двоступеневий генератор теплової енергії

Реферат: Генератор теплової енергії, який складається з корпусу, патрубків входу та виходу робочої рідини, статора та двох поєднаних з приводом, встановлених на валах, не менше ніж один з яких є привідним, роторів, причому ньому рівномірно по колу між роторами встановлені каскадні блоки циліндричних шестерень, діаметри яких збільшуються від центру ротора до периферії, а осі перпендикулярні осям роторів, на внутрішніх торцевих поверхнях концентрично між собою і роторам закріплені блоки торцевих зубчастих коліс, зубці яких введені у зчеплення з зубцями каскадних блоків циліндричних шестерень, на статорі для кожної циліндричної UA 105192 U (12) UA 105192 U шестірні виконані циліндричні одностороннє відкриті з прорізами по боках, поєднані між собою каналами, порожнини, геометричні осі яких співпадають з осями блоків циліндричних шестерень, біля порожнин виконані вирізи, у яких встановлені форсунки з двома або більше соплами, осі яких розташовані у площинах, паралельних осям прилягаючих шестерень і спрямовані у зони зчеплення, а у центральній частині статора виконана замкнена порожнина, поєднана трубчастими каналами з патрубками входу і виходу робочої рідини та блоками форсунок, при цьому відношення чисел зубців попарно введених у зчеплення циліндричних шестерень і торцевих зубчастих коліс на усіх каскадах рівні між собою. UA 105192 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель має відношення до пристроїв, що забезпечують перетворення електричної енергії в теплову за рахунок гідродинамічних кавітаційних ефектів, що створюються за допомогою каскаду гідрооб'ємних пристроїв. Він може бути використаний у системах підігріву води та водяного опалення жилих і промислових приміщень у всіх галузях народного господарства. Відомий кавітаційно-роторний теплогенератор (генератор теплової енергії), що містить корпус з входом і виходом для рідини, що нагрівається, який має циліндричну порожнину, в якій розміщені два коаксіальних кільця - зовнішнє і внутрішнє, останнє з яких закріплене нерухомо з корпусом, а інше приводиться в обертання від привідного вала, співвісного з кільцями, і з радіальними отворами в кільцях, розташованими в площині, перпендикулярній осі обертання [1]. Суттєвими недоліками цього теплогенератора є: низька продуктивність; недостатня теплогенеративна здатність. Перший недолік зумовлений наявністю лише одного теплогенеруючого елемента, а другий спрощеною конфігурацією цих елементів. Відомий також генератор теплової енергії (кавітатор), який складається з корпусу, патрубків входу та виходу робочої рідини, статора та двох поєднаних з приводом, встановлених на валах, не менше ніж один з яких є привідним, роторів [2]. Цей генератор теплової енергії має підвищену відносно зазначеного вище пристрою продуктивність внаслідок наявності двох роторів, взаємодіючих із статором. Але, як і попередній пристрій, він має недостатню теплогенеративну здатність внаслідок спрощеної конструкції, яка не дозволяю мати значний рівень пульсації тиску. Задачею корисної моделі є підвищення теплогенеративної здатності генератора теплової енергії. Суть корисної моделі полягає в тому, щоб: одночасно із збільшенням кількості теплогенеруючих центрів у генераторі за рахунок розміщення їх по периметрах роторів надати додаткову функцію роторам, а саме, функцію створення значної по різниці тиску пульсації рідини у резонансному діапазоні частот (1-5 кГц); забезпечити каскадну теплогенерацію з забезпеченням оптимальних діапазонів вхідної та вихідної температури робочої рідини на кожному щаблі каскаду. Поставлена задача корисної моделі вирішується тим, що у генераторі рівномірно по колу між роторами встановлені каскадні блоки циліндричних шестерень, діаметри яких збільшуються від центра ротора до периферії, а осі перпендикулярні осям роторів, на внутрішніх торцевих поверхнях концентрично між собою і роторам закріплені блоки торцевих зубчастих коліс, зубці яких введені у зчеплення з зубцями каскадних блоків циліндричних шестерень, на статорі для кожної циліндричної шестірні виконані циліндричні односторонньо відкриті з прорізами по боках, поєднані між собою каналами, порожнини, геометричні осі яких співпадають з осями блоків циліндричних шестерень, біля порожнин виконані вирізи, у яких встановлені форсунки з двома або більше соплами, осі яких розташовані у площинах, паралельних осям прилягаючих шестерень і спрямовані у зони зчеплення, а у центральній частині статора виконана замкнена порожнина, поєднана трубчастими каналами з патрубками входу і виходу робочої рідини та блоками форсунок, при цьому відношення чисел зубців попарно введених у зчеплення циліндричних шестерень і торцевих зубчастих коліс на усіх каскадах рівні між собою. Непривідний блок торцевих зубчастих коліс може бути закріплений на роторі з допомогою еластичних прокладок. Частина або усі шестерні каскадні блоки циліндричних зубчастих шестерень, крім одного, можуть бути закріплені на еластичних втулках з двохсторонніми шліцьовими поверхнями. Корисна модель пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображено загальний вигляд генератора теплової енергії, на фіг. 2 - його центральний переріз вертикальною площиною, на фіг. 3 - фрагмент вигляду зверху на внутрішню будову по напряму осі каскадного блока циліндричних шестерень, а на фіг. 4 - варіант торцевого перерізу однієї із циліндричних шестерень, яка закріплена на еластичній втулці з двохсторонніми шліцьовими поверхнями. Генератор теплової енергії складається з корпусу 1, патрубків входу 2 та виходу 3 робочої рідини, статора 4 та двох поєднаних з приводом 5, встановлених на валах 6, не менше ніж один з яких (на фіг.1 - лівий) є привідним, роторів 7 і 8. У генераторі рівномірно по колу між роторами 7 і 8 встановлені каскадні блоки 9 циліндричних шестерень, діаметри яких збільшуються від центра ротора до периферії, а осі перпендикулярні осям роторів. На внутрішніх торцевих поверхнях роторів 7 і 8 концентрично 1 UA 105192 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 між собою і роторам закріплені блоки 10 і 11 торцевих зубчастих коліс, зубці яких введені у зчеплення з зубцями каскадних блоків циліндричних шестерень. На статорі 4 для кожної циліндричної шестірні виконані циліндричні односторонньо відкриті з прорізами по боках, поєднані між собою каналами, порожнини 12, геометричні осі яких співпадають з осями блоків 9 циліндричних шестерень. Останнє дозволяє забезпечити кінематично точне зчеплення зубців циліндричних шестерень і торцевих зубчастих коліс. Біля порожнин 12 виконані вирізи 13, у яких встановлені блоки форсунок 14 з двома або більше соплами, осі яких розташовані у площинах, паралельних осям прилягаючих шестерень і спрямовані у зони зчеплення. У центральній частині статора 4 виконана замкнена порожнина 15, поєднана трубчастими каналами 16 з патрубками входу 2 і виходу 3 робочої рідини та блоками форсунок 14. Непривідний блок 11 торцевих зубчастих коліс може бути закріплений на роторі з допомогою еластичних прокладок 17. Частина або усі шестірні каскадних блоків циліндричних зубчастих шестерень, крім одного, можуть бути закріплені на еластичних втулках 18 з двохсторонніми шліцьовими поверхнями. Для виконання умов складання генератора і забезпечення оптимальних геометричних характеристик генератора у статорі 4, де для кожної циліндричної шестерні виконані циліндричні односторонньо відкриті з прорізами по боках, поєднані між собою каналами, порожнини 12, між суміжними каскадами можуть установлюватись технологічні перегородки 19 з необхідними каналами. Генератор теплової енергії працює наступним чином. Генератор попередньо приєднується до системи нагріву рідини (наприклад, води). Через закріплені на корпусі 1, жорстко поєднаному із статором 4, патрубки входу 2, канали 16 та блоки форсунок 14, встановлені у вирізах 13, робоча рідина прокачується насосами системи нагріву у центральну замкнену порожнину 15 та заповнює усі пустоти генератора. Після цього вмикається привід 5. Оскільки він поєднаний з встановленим на валу 6 ротором 7, на внутрішній торцевій поверхні якого закріплений блок 10 торцевих зубчастих коліс, зубці яких введені у зчеплення з зубцями каскадних блоків циліндричних шестерень 9, а ті, у свою чергу, з зубцями відповідних торцевих зубчастих коліс блока 11, закріпленого на роторі 8, при відношенні чисел зубців попарно введених у зчеплення циліндричних шестерень і торцевих зубчастих коліс на усіх каскадах рівних між собою має місце кінематично точне зчеплення утворених циліндрично-конічних передач і робота відповідних шестеренчастих насосів, які забезпечують пульсацію тиску робочої рідини. При поєднанні швидкості обертання роторів (20 м/сек і більше) з пульсацією тисків у шестеренчастих насосах відбувається інтенсивний кавітаційний процес, який нагріває робочу рідину. Остання під тиском насосів подається у систему нагріву, наприклад у систему опалення, через патрубок виходу 3. У зв'язку з тим, що має місце множина (на фіг. 2, як приклад, показано чотири) установлених рівномірно по колу між роторами 7 і 8 каскадних блоків 9 циліндричних шестерень, діаметри яких збільшуються від центра ротора до периферії, а осі перпендикулярні осям, роторів, забезпечується, по-перше, підвищена продуктивність теплогенерації, і, по-друге, каскадна зміна температури. Внаслідок полігармонічної пульсації тиску забезпечується нагрівання робочої рідини до температури, що визначається по залежності: Тк = Тп + К (Рмах-Рмін), (1) де: Тк, Тп - кінцева та початкова температура відповідно на кожному циклі стискання; К - постійний коефіцієнт; Рмах, Рмін - максимальне та мінімальне значення тиску відповідно. Встановленням необхідних значень параметрів зачеплення циліндрично-конічних передач (модуль, числа зубців, ширину і висоту зубців, зазори, максимальний діаметр та ін.) забезпечується потрібний рівень пульсації тиску Р мах - Рмін, а значить, згідно залежності (1), і температури Тк. Якщо швидкість обертання роторів буде достатньою (понад 25 м/сек по максимальному діаметру) і процес полігармонічної пульсації тиску буде мати частоти в діапазоні 1-5 кГц, будуть мати місце кавітаційні явища, що забезпечить значний коефіцієнт ефективності (1,4-5,5). При цьому вищий коефіцієнт ефективності буде, коли вхідна температура робочої рідини у зоні стискання буде на рівні 65-80 °C [3]. Підбором параметрів деталей можна досягти, щоб після першого каскаду робоча рідина мала вихідну температуру саме у такому діапазоні. Це на другому каскаді (і, при необхідності, на послідуючих каскадах) зможе забезпечити найвищу ефективність теплогенерації. 2 UA 105192 U 5 10 15 20 Оскільки діаметри шестерень збільшуються від центра ротора до периферії (це досягається за рахунок вибору модулів зубців), збільшується різниця тиску Р мах - Рмін при пульсації, що, знову ж таки, призводить до підвищення інтенсивності теплогенерації. Для забезпечення більшої щільності зачеплення зубців циліндричних шестерень і торцевих коліс при паралельній роботі множини спряжених пар, з метою компенсації похибок виготовлення і монтажу цих деталей, а також у зв'язку з різними тепловими деформаціями шестерень і коліс різних діаметрів, доцільно ввести одну або кілька компенсуючи ланок. Такими ланками можуть бути еластична прокладка 17 та еластичні втулки 18 з двосторонніми шліцьовими поверхнями (для посилення міцності скріплення). Встановлення між роторами рівномірно по колу циліндричних зубчастих коліс (шестерень), осі яких перпендикулярні осям роторів, дозволяє забезпечити, крім умов утворення кінематично точних циліндрично-конічних передач, симетричне навантаження роторів генератора, що сприяє його механічному коефіцієнту корисної дії. Цим забезпечується вирішення задачі корисної моделі. Корисна модель може бути використана у системах нагріву води, системах опалення та інших теплотехнічних системах у всіх галузях національного господарства. Джерела інформації: 1. Фомінський Л.П. Кавітаційно-роторний теплогенератор. Деклараційний патент UA 3961, МПК F24 J 3/00, опублікований 15.12.2004 г. Бюл. № 12, 2004 p. 2. Глотов Є.А., Сердюк О.Д. та інші. Кавітатор. Патент України на корисну модель, № 78879, Опубліковано 25/04/2007, Бюл. №5. 2007 р. 3. Потапов Н.Ф., Фомінський Л.П. Спосіб одержання тепла. Патент України на винахід № 47535, МПК F24 J 3/00. Опублікований 15.07. 2002. Бюл. № 7, 2002 р. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 45 1. Генератор теплової енергії, який складається з корпусу, патрубків входу та виходу робочої рідини, статора та двох поєднаних з приводом, встановлених на валах, не менше ніж один з яких є привідним, роторів, який відрізняється тим, що у ньому рівномірно по колу між роторами встановлені каскадні блоки циліндричних шестерень, діаметри яких збільшуються від центру ротора до периферії, а осі перпендикулярні осям роторів, на внутрішніх торцевих поверхнях концентрично між собою і роторам закріплені блоки торцевих зубчастих коліс, зубці яких введені у зчеплення з зубцями каскадних блоків циліндричних шестерень, на статорі для кожної циліндричної шестірні виконані циліндричні односторонньо відкриті з прорізами по боках, поєднані між собою каналами, порожнини, геометричні осі яких співпадають з осями блоків циліндричних шестерень, біля порожнин виконані вирізи, у яких встановлені форсунки з двома або більше соплами, осі яких розташовані у площинах, паралельних осям прилягаючих шестерень і спрямовані у зони зчеплення, а у центральній частині статора виконана замкнена порожнина, поєднана трубчастими каналами з патрубками входу і виходу робочої рідини та блоками форсунок, при цьому відношення чисел зубців попарно введених у зчеплення циліндричних шестерень і торцевих зубчастих коліс на усіх каскадах рівні між собою. 2. Генератор теплової енергії за п. 1, який відрізняється тим, що непривідний блок торцевих зубчастих коліс може бути закріплений на роторі за допомогою еластичних прокладок. 3. Генератор теплової енергії за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що частина або усі шестерні каскадних блоків циліндричних зубчастих шестерень, крім одного, можуть бути закріплені на еластичних втулках з двохсторонніми шліцьовими поверхнями. 3 UA 105192 U 4 UA 105192 U 5 UA 105192 U 6 UA 105192 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль 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 7