Гідродинамічний роторний теплогенератор “грт-01″

Реферат: Гідродинамічний роторний теплогенератор містить порожнистий корпус з кришкою, осьовим вхідним патрубком і щонайменше з одним вихідним патрубком, а також ротор з диском, встановлений в порожнині корпусу, і привідний вал, який сполучений з диском ротора, пропущений через отвір в корпусі, розташований співвісно і протилежно вхідному патрубку, і встановлений на підшипниках, змонтованих в підшипниковому корпусі, закріпленому на корпусі теплогенератора. Ротор додатково містить робочу форкамеру, виконану у вигляді перевернутого стакана, сполученого з диском ротора, при цьому робоча форкамера виконана з осьовим вхідним отвором в її денці, в яке введений вхідний патрубок корпусу, і містить декілька трубчастих прискорювачів, вхідні кінці яких закріплені на бічній стінці робочої форкамери, напроти вихідних отворів в ній, а вихідні кінці забезпечені соплами і закріплені на периферії диска ротора. UA 81827 U (12) UA 81827 U UA 81827 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до теплотехніки, зокрема до нагрівальних пристроїв, що працюють на принципі нагріву рідини за рахунок вихрових і кавітацій процесів, що відбуваються в ній, і може бути використана в системах опалювання і гарячого водопостачання будівель і споруд. Відомо, що застосування механічної дії на робоче середовище, що нагрівається, дозволяє понизити витрати на отримання теплової енергії швидкісного потоку рідини в порівнянні з традиційними системами його нагріву при використанні електроенергії або спалюванні вуглецьвмісного палива. З рівня техніки широко відомі гідродинамічні роторні нагрівачі робочих середовищ, засновані на зміні їх фізико-механічних параметрів, що супроводжуються виділенням тепловій енергії, які, наприклад, знайшли застосування в теплогенераторах для нагріву рідких робочих середовищ в системах споживання: "Теплогенератор", SU1163102 (А), (Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт "Теплопроект"), F24H 3/02, 23.06.1985 [1]; "Теплогенератор "Рязань", SU1703924 (А1), (Мельниченко В.А.), F24H 3/02, 07.01.1992 [2]; "Гідродинамічний нагрівник текучих середовищ", UA1423 (U), (Осипеко С.Б.) F25B 29/00, F24D 3/04, 15.10.2002 [3]; "Насос-теплогенератор" RU2084773 (С1), (Лесничий С.А.), F24J 3/00, 20.07.1997 [4]; "Насос-теплогенератор" RU23098 (U1), (Коровин В.В., Востриков В.В.) F24J 3/00, F25B 30/00, 20.05.2002 [5]; "Теплогенератор механический" RU2188365 (С1), (Назырова Н.И., Леонов М.П.) F24J3/00, 27.08.2002 [6]; "Вихревой теплогенератор гидросистемы" RU2279018 (С1), (Бритвин Л.Н.), F24J 3/00, 27.06.2006 [7]; "Кавитационно-вихревой нагреватель" RU2283460 (С2), (Космыкин В.И.), F24J 3/00, 10.09.2006 [8]. Застосування механічної дії на робоче середовище, що нагрівається, дозволяє понизити витрати на отримання теплової енергії. Недоліками відомих гідродинамічних роторних теплогенераторів [1-8] є значна складність і металоємність конструкції, а також низька продуктивність і ефективність в роботі, викликаних тим, що приведені конструкції гідродинамічних роторних теплогенераторів не дозволяють істотно інтенсифікувати процес перетворення кінетичної енергії вихрового потоку в теплову енергію робочого середовища в системах споживання. З рівня техніки відомий найбільш близький до того, що заявляється, за призначенням, сукупністю загальних ознак і технічному результату, що досягається, гідродинамічний роторний теплогенератор, що містить порожнистий корпус з кришкою, осьовим вхідним патрубком і, щонайменше, з одним вихідним патрубком, а також ротор з диском, встановлений в порожнині корпусу, і привідний вал, який сполучений з диском ротора, пропущений через отвір в корпусі, розташований співвісно і протилежно вхідному патрубку, і встановлений на підшипниках, змонтованих в підшипниковому корпусі, закріпленому на корпусі теплогенератора ["Гідродинамічний теплогенератор", UA47920 (U), (Подолян С.Ф.), F24J 3/00, 25.02.2010, найбільш близький аналог - прототип] [9]. Ротор виконаний у вигляді лопатевого колеса, а теплогенератор додатково містить відбивач потоку, який виконаний у вигляді дросельної шайби, встановленої усередині циліндричної вихрової камери з кільцевим зазором для перепускання периферійного потоку нагрітої рідини в заспокійливу камеру, виконану в корпусі і розташовану в торці вихрової камери. Недоліками відомого гідродинамічного роторного теплогенератора [9] є низька продуктивність і ефективність нагріву рідини при його роботі. Викликано це недосконалістю його конструкції, обумовленої відсутністю у складі ротора засобів, що забезпечують формування оптимального стартового тиску рідини, а також організованого прискореного перетікання швидкісного потоку рідини, внаслідок чого не забезпечується висока ефективність перетворення кінетичної енергії швидкісного потоку, сил тертя і процесів кавітацій в рідині в теплову енергію. Технічною задачею, на вирішення якої направлена корисна модель полягає в удосконаленні конструкції гідродинамічного роторного теплогенератора шляхом введення до складу ротора простих у виготовленні засобів, що забезпечують формування оптимального стартового тиску рідини і організованого прискореного перетікання швидкісного потоку рідини, за рахунок чого забезпечується висока ефективність перетворення кінетичної енергії швидкісного потоку, сил тертя і процесів кавітацій в рідині в теплову енергію. 1 UA 81827 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Технічний результат, який досягається при вирішенні поставленої технічної задачі і використанні вдосконаленого гідродинамічного роторного теплогенератора, полягає в підвищенні його продуктивності і ефективності нагріву рідини в процесі роботи. Поставлена технічна задача вирішується, а технічний результат досягається тим, що в гідродинамічному роторному теплогенераторі, що містить порожнистий корпус з кришкою, осьовим вхідним патрубком і, щонайменше, з одним вихідним патрубком, а також ротор з диском, встановлений в порожнині корпусу, і привідний вал, який сполучений з диском ротора, пропущений через отвір в корпусі, розташований співвісно і протилежно вхідному патрубку, і встановлений на підшипниках, змонтованих в підшипниковому корпусі, закріпленому на корпусі теплогенератора, згідно з корисною моделлю, ротор додатково містить робочу форкамеру, виконану у вигляді перевернутого стакана, сполученого з диском ротора, при цьому робоча форкамера виконана з осьовим вхідним отвором в її денці, в яке введений вхідний патрубок корпусу, і містить декілька трубчастих прискорювачів, вхідні кінці яких закріплені на бічній стінці робочої форкамери, напроти вихідних отворів в ній, а вихідні кінці забезпечені соплами і закріплені на периферії диска ротора. У зв'язку з тим, що ротор теплогенератора додатково містить робочу форкамеру, виконану у вигляді перевернутого стакана, сполученого з диском ротора, а робоча форкамера виконана з осьовим вхідним отвором в її денці, в яке введений вхідний патрубок корпусу, забезпечується формування малогабаритної камери для накопичення у її стінки рідини і створення оптимального стартового тиску в рідині, що підлягає дії відцентрових сил при обертанні ротора під час роботи теплогенератора, що підвищує ефективність перетворення кінетичної енергії згаданого швидкісного потоку рідини в теплову енергію в нім. За рахунок того, що ротор теплогенератора містить декілька трубчастих прискорювачів, вхідні кінці яких закріплені на бічній стінці робочої форкамери напроти вихідних отворів в ній, а вихідні кінці забезпечені соплами і закріплені на периферії диска ротора, забезпечується створення високих перевантажень і сил тертя одночасно із створенням високого тиску в потоках рідини, рухомих усередині трубчастих прискорювачів, що приводить до розриву суцільності згаданих потоків рідини, розриву міжмолекулярних зв'язків молекул води і до аномального виділення тепловій енергії. В результаті згаданих удосконалень в гідродинамічному, що заявляється, роторному теплогенераторі забезпечується, як накопичення і формування оптимального стартового об'єму і тиску рідини в малогабаритній робочій форкамері, так і формування в трубчастих прискорювачах організованого прискореного перетікання швидкісного потоку рідини під впливом інерційних сил ротора, що обертається. За рахунок цього в гідродинамічному роторному теплогенераторі відбувається розрив суцільності згаданих потоків рідини в трубчастих прискорювачах, а також раптове розширення потоків рідини на виході з сопел. Це забезпечує високу ефективність перетворення кінетичної енергії швидкісного потоку, сил тертя і процесів кавітації в рідині в теплову енергію, що підвищує продуктивність і ефективність її нагріву в процесі роботи теплогенератора. Вдосконалений гідродинамічний роторний теплогенератор має і інші відмінності, які характеризують його в окремих випадках виконання і забезпечують додатковий технічний результат. Дослідним шляхом встановлено, що в гідродинамічному роторному теплогенераторі процес перетворення кінетичної енергії швидкісного потоку, сил тертя і процесів кавітацій в рідині в теплову енергію найефективніше здійснюється при наступних геометричних параметрах складових частин гідродинамічного роторного теплогенератора: - коли відношення внутрішнього діаметра D1 робочої форкамери до діаметра D2 диска ротора складає D1/D2=0,6-0,7; - коли сопла виконані з критичними перетинами на вході, і з різко розширеними за ним циліндричними вихідними каналами так, що відношення їх внутрішніх діаметрів D 3 до критичних діаметрів Dкр складає D3/Dкр=1,5-3,0, а відношення їх внутрішніх діаметрів D3 до довжини L складає D3/L=2-3; - коли трубчасті прискорювачі розташовані по траєкторії спіралі, що розширюється, і симетрично по площині ротора так, що їх вихідні кінці, забезпечені соплами, розташовані по осях, а напрями виходу сопел співпадають з напрямом ω обертання ротора; - коли трубчасті прискорювачі, розташовані по траєкторії спіралі, що розширюється, і симетрично по площині ротора так, що кут α розгортання від точки входу на робочій форкамері до точки виходу з сопел трубчастих прискорювачів складає α=10-150°; 2 UA 81827 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - коли трубчасті прискорювачі, розташовані по траєкторії спіралі, що розширюється, і симетрично по площині ротора так, що вісь сопла розташована до вектора V швидкості обертання ротора під кутом β, який складає β=10-60°. Вибрані співвідношення геометричних параметрів складових частин гідродинамічного роторного теплогенератора (D1/D2=0,6-0,7; D3/Dкр=1,5-3,0; α=10-150°; β=10-60°), розташування трубчастих прискорювачів по спіралі, що розширюється, і вибір розташування виходу сопел напрями, яких співпадають з напрямом ω обертання ротора, визначені дослідним шляхом, є оптимальними і забезпечують досягнення максимальної продуктивності і ефективності нагріву рідини в процесі його роботи. Вибір згаданих співвідношень геометричних параметрів складових частин гідродинамічного роторного теплогенератора менше нижньої межі і більше верхньої межі недоцільний, оскільки при цьому порушується процес оптимального перетворення кінетичної енергії швидкісного потоку рідини в його теплову енергію, внаслідок чого знижується продуктивність і/або ефективність нагріву рідини в трубчастих прискорювачах і в соплах ротора. Надалі корисна модель пояснюється прикладом її здійснення і роботи з посиланням на креслення, що додаються. На фіг. 1 зображений гідродинамічний роторний теплогенератор, подовжній розріз. На фіг. 2 зображений ротор гідродинамічного роторного теплогенератора, схема, вигляд зверху. На фіг. 3 зображена робоча форкамера ротора гідродинамічного роторного теплогенератора, подовжній розріз. На фіг. 4 зображено сопло трубчастого прискорювача ротора гідродинамічного роторного теплогенератора, подовжній розріз. Гідродинамічний роторний теплогенератор (фіг. 1-4) містить (фіг. 1) порожнистий корпус 1 з кришкою 2, осьовим вхідним патрубком 3 і, щонайменше, з одним вихідним патрубком 4, а також ротор 5 з диском 6, встановлений в порожнині корпусу 1, і приводний вал 7, який сполучений з диском 6 ротора 5, пропущений через отвір 8 в корпусі 1, розташований співвісно і протилежно вхідному патрубку 3, і встановлений на підшипниках 9, змонтованих в підшипниковому корпусі 10, закріпленому на корпусі 1 теплогенератора. Головними відмінностями гідродинамічного роторного теплогенератора є наступні особливості його конструкції. Ротор 5 додатково містить робочу форкамеру 11, виконану у вигляді перевернутого стакана, сполученого з диском 6 ротора 5. При цьому робоча форкамера 11 виконана з осьовим вхідним отвором 12 в її (11) денці 13, в яке введений вхідний патрубок 3 корпусу 1, і містить декілька трубчастих прискорювачів 14, вхідні кінці яких закріплені на бічній стінці 15 робочої форкамери 11, напроти вихідних отворів 16 в ній (11), а вихідні кінці забезпечені соплами 17 і закріплені на периферії диска 6 ротора 5, наприклад, за допомогою кронштейнів (на фіг. 1 кронштейни показані, але не позначені) або інших кріпильних елементів. Додатковими відмінностями гідродинамічного роторного теплогенератора є наступні особливості його конструкції. Відношення внутрішнього діаметра D1 робочої форкамери 11 до діаметра D2 диска 6 ротора 5 складає D1/D2=0,6-0,7 (фіг. 1). Сопла 17 виконані з критичними перетинами 18 на вході, і з різко розширеними за ними (18) циліндричними вихідними каналом 19 так, що відношення їх внутрішніх діаметрів D 3 до критичних діаметрів Dкр складає D3/Dкр=1,5-3,0, а відношення їх внутрішніх діаметрів D3 до довжини L складає D3/L=2-3 (фіг. 4). Трубчасті прискорювачі 14 розташовані по траєкторії спіралі, що розширюється, і симетрично по площині ротора 5 так, що їх 14 вихідні кінці, забезпечені соплами 17, розташовані по осях, а напрями виходу сопел 17 співпадають з напрямом ω обертання ротора 5 (фіг. 2). Трубчасті прискорювачі 14, розташовані по траєкторії спіралі, що розширюється, і симетрично по площині ротора 5 так, що кут α розгортання від точки входу на робочій форкамері 11 до точки виходу з сопел 17 трубчастих прискорювачів 14 складає α=10-150° (фіг. 2). Трубчасті прискорювачі 14, розташовані по траєкторії спіралі, що розширюється, і симетрично по площині ротора 5 так, що вісь сопла 17 розташована до вектора V швидкості обертання ротора 5 під кутом β, який складає β=10-60° (фіг. 2). Обертання ротора 5 здійснюється від електродвигуна, наприклад через ведений шків клиноремінної передачі, який встановлюють на приводному валу 7. 3 UA 81827 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Працює гідродинамічний роторний теплогенератор таким чином. При включенні електродвигуна обертання його вала через клиноремінну передачу і ведений шків передається приводному валу 7 (фіг. 1), диска 6 і безпосередньо ротора 5. Рідина, наприклад вода, з системи її подачі або оборотної циркуляції, надходить для нагріву через вхідний патрубок 3 в порожнину робочої форкамери 5, де під дією відцентрових сил відкидається до стінки 15 робочої форкамери 5, акумулюється біля неї (15) і через вихідні отвори 16 робочої форкамери 5 під тиском, створеним відцентровими силами ротора, що обертається, 5, дискретними потоками рідини надходить всередину трубчастих прискорювачів 14 і далі викидається у всередину полого корпусу 1 через критичні перерізи 18 сопел 17, де відбувається раптове розширення потоків в різко розширених за ними (18) циліндричних вихідних каналах 19. На всьому шляху руху рідини усередині трубчастих прискорювачів 14 від вихідних отворів 16 робочої форкамери 5 на вході до сопел 17 на виході, на потоки рідини впливають надвисокі перевантаження і сили тертя між рідиною і стінками трубчастих прискорювачів 14, які роблять істотний вплив на структуру рідини. Причому інтенсивність цієї дії на структуру протікаючої рідини збільшується у міру збільшення радіусу ротора 5 і кривизни траєкторії спіралей трубчастих прискорювачів, що розширюються, 14. Унаслідок такої дії порушується суцільність потоків рідини по всій довжині каналів трубчастих прискорювачів 14. В результаті дії інерційних сил і сил тертя потоки рідини в каналах трубчастих прискорювачів 14 розриваються. При цьому в рідині відбуваються інтенсивні процеси кавітацій і процеси руйнування міжмолекулярних зв'язків молекул води, які супроводжуються аномальним виділенням тепловій енергії. Нагріта вода з порожнистого корпусу 1 через вихідний патрубок 4 надходить в систему споживання або систему оборотної циркуляції для використання споживачем. В процесі випробувань дослідного гідродинамічного роторного теплогенератора з 3-х фазним електродвигуном, потужністю 2,4 кВт, числом обертів 2900 об/хв при споживаному струмі 5,2 ампер, за 1 годину роботи було здійснено нагрівання води на 50 °C в процесі оборотної циркуляції від температури +20 °C до температури +70 °С. За цей період часу сам дослідний гідродинамічний роторний теплогенератор нагрівся на 35 °C від температури +20 °C до температури +55 °C. Сумарна вага дослідного гідродинамічного роторного теплогенератора складала 55 кг. Витрати води через дослідний гідродинамічний роторний теплогенератор складали 20 літрів за хвилину. Таким чином, в результаті згаданих удосконалень в гідродинамічному роторному теплогенераторі, що заявляється, забезпечується, як накопичення і формування оптимального стартового об'єму і тиску рідини в малогабаритній робочій форкамері 5, так і формування в трубчастих прискорювачах 14 організованого прискореного перетікання швидкісного потоку рідини під впливом інерційних сил ротора 5, що обертається. За рахунок цього в гідродинамічному роторному теплогенераторі відбувається розрив суцільності згаданих потоків рідини в трубчастих прискорювачах 14, а також раптове розширення потоків рідини на виході з сопел 17. Це забезпечує високу ефективність перетворення кінетичної енергії швидкісного потоку, сил тертя і процесів кавітації в рідині в теплову енергію, що істотно підвищує продуктивність і ефективність нагріву рідини в процесі його роботи гідродинамічного роторного теплогенератора. Приведені відомості підтверджують можливість промислової придатності вдосконаленого гідродинамічного роторного теплогенератора, який може знайти широке застосування в теплотехніці, зокрема в нагрівальних пристроях, що працюють на принципі нагріву рідини за рахунок вихрових і кавітацій процесів, що відбуваються в ній, і може бути використаний в системах опалювання і гарячого водопостачання будівель і споруд. Перелік позначень: 1) порожнистий корпус теплогенератора 2) кришка корпусу 3) вхідний патрубок 4) вихідний патрубок 5) ротор 6) диск ротора 4 UA 81827 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 7) приводний вал 8) отвір в корпусі для розміщення приводного вала 9) підшипник 10) підшипниковий корпус 11) робоча форкамера 12) осьовий вхідний отвір в денці форкамери 13) денце форкамери 14) трубчасті прискорювачі 15) стінка форкамери 16) вихідні отвори в стінці форкамери 17) сопла 18) критичні перетини сопел 19) циліндричні вихідні канали сопел. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Гідродинамічний роторний теплогенератор, що містить порожнистий корпус (1) з кришкою (2), осьовим вхідним патрубком (3) і щонайменше з одним вихідним патрубком (4), а також ротор (5) з диском (6), встановлений в порожнині корпусу (1), і привідний вал (7), який сполучений з диском (6) ротора (5), пропущений через отвір (8) в корпусі (1), розташований співвісно і протилежно вхідному патрубку (3), і встановлений на підшипниках (9), змонтованих в підшипниковому корпусі (10), закріпленому на корпусі (1) теплогенератора, який відрізняється тим, що ротор (5) додатково містить робочу форкамеру (11), виконану у вигляді перевернутого стакана, сполученого з диском (6) ротора (5), при цьому робоча форкамера (11) виконана з осьовим вхідним отвором (12) в її (11) денці (13), в яке введений вхідний патрубок (3) корпусу (1), і містить декілька трубчастих прискорювачів (14), вхідні кінці яких закріплені на бічній стінці (15) робочої форкамери (11), напроти вихідних отворів (16) в ній (11), а вихідні кінці забезпечені соплами (17) і закріплені на периферії диска (6) ротора (5). 2. Гідродинамічний роторний теплогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що відношення внутрішнього діаметра D1 робочої форкамери (11) до діаметра D2 диска (6) ротора (5) складає D1/D2=0,6-0,7. 3. Гідродинамічний роторний теплогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що сопла (17) виконані з критичними перетинами (18) на вході, і з різко розширеними за ним (18) циліндричними вихідними каналами (19) так, що відношення їх внутрішніх діаметрів D3 до критичних діаметрів Dкр складає D3/Dкр=1,5-3,0, а відношення їх внутрішніх діаметрів D3 до довжини L складає D3/L=2-3. 4. Гідродинамічний роторний теплогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що трубчасті прискорювачі (14) розташовані по траєкторії спіралі, що розширюється, і симетрично по площині ротора (5) так, що їх (14) вихідні кінці, забезпечені соплами (17), розташовані по осях, а напрями виходу сопел (17) співпадають з напрямом  обертання ротора (5). 5. Гідродинамічний роторний теплогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що трубчасті прискорювачі (14), розташовані по траєкторії спіралі, що розширюється, і симетрично по площині ротора (5) так, що кут  розгортання від точки входу на робочій форкамері (11) до точки виходу з сопел (17) трубчастих прискорювачів (14) складає =10-150°. 6. Гідродинамічний роторний теплогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що трубчасті прискорювачі (14), розташовані по траєкторії спіралі, що розширюється, і симетрично по площині ротора (5) так, що вісь сопла (17) розташована до вектора V швидкості обертання ротора (5) під кутом , який складає =10-60°. 5 UA 81827 U 6 UA 81827 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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 7