Кинетический насос-теплообменник

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в качестве парового кинетического насоса для подачи жидкости без использования механического насоса при повышении давления жидкости за счет использования кинетической энергии теплоносителя (пара) при одновременном использовании его в качестве парового контактного теплообменника. Кинетический насос-теплообменник содержит корпус с торцевыми крышками, подводящие патрубки жидкости и рабочего пара, тангенциальные сопла, соединенные с внутренней частью корпуса через торцевые крышки и (или) стенку корпуса и с подводящим патрубком пара непосредственно или через промежуточную камеру, отводящий патрубок жидкости, подсоединенный к корпусу тангенциально, при этом подводящий патрубок жидкости соединен с внутренней частью корпуса через центральную часть торцевой крышки или установлено два подводящих патрубка, соединенных с внутренней частью корпуса через обе торцевые крышки, а кинетический насос-теплообменник может быть выполнен как одноступенчатым, так и двух- и более ступенчатым, где отводящий патрубок предыдущего соединен с подводящим патрубком. Изобретение позволяет нагревать жидкость и транспортировать ее к месту потребления без применения каких-либо насосов. 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в качестве парового кинетического насоса (инжектора или эжектора), например, для подачи жидкости без использования механического насоса при повышении давления жидкости за счет использования кинетической энергии теплоносителя (пара), при одновременном использовании его в качестве парового контактного теплообменника.

Известны и нашли применение струйные тепломассообменники, в которых нагрев воды происходит при непосредственном контакте ее с паром. Пар достигает звуковой скорости, смешивается с водой, образуя гомогенную двухфазную смесь. Затем пар конденсируется. Давление воды на выходе из аппарата может быть выше давления пара и давления воды на входе в аппарат.

Таков аппарат, называемый "Транссоник" (см. патент России 2016261). Недостатком этого аппарата является недостаточная глубина регулирования нагрузок по расходу пара и воды, особенно при невысоких давлениях пара. Например, нагревать воду паром в системе отопления или горячего водоснабжения без применения сетевого насоса можно только в очень узком диапазоне нагрузок. Он имеет недостаточно большую производительность, поэтому на одну систему отопления приходится ставить несколько аппаратов. У этих аппаратов небольшой КПД использования энергии пара (не более 8%).

Более эффективными являются центробежно-вихревые тепломассообменники. Таков тепломассообменник по патенту РФ 2146227. Однако в нем при увеличении давления воды на выходе из аппарата возрастает противодавление на входе воды в аппарат, что затрудняет использовать его для транспортировки воды с низким давлением (для эжектирования воды, не находящейся под давлением). Предварительная закрутка воды перед контактом с паром является излишней. Энергию давления воды перед аппаратом лучше использовать как энергию давления, а не как кинетическую энергию вращающегося потока.

В качестве прототипа выбран "Деаэратор" (см. авт. св. СССР 1134842), в котором автору удавалось нагревать за счет прямого контакта с паром 250 т/ч холодной воды и деаэрировать ее. Причем после аппарата происходило частичное восстановление давления воды за счет кинетической энергии вращения воды, приобретенной от поданной тангенциально вращающемуся потоку, греющей среды, но давление было ниже, чем давление воды на входе в аппарат.

Недостатком этого аппарата является то, что кинетическая энергия пара (греющей среды), передаваясь потоку вращающейся воды, передается также и на подающий трубопровод воды, подсоединенный тангенциально корпусу, увеличивая противодавление. Греющий пар, поданный через сопла тангенциально потоку вращающейся воды, передает свою кинетическую энергию воде внутри корпуса, скорости вращения воды возрастают, возрастает и давление на стенки корпуса, включая и подающий патрубок воды.

Аппарат, выбранный в качестве прототипа, имеет цилиндрический корпус (корпус в виде обечайки) с торцевыми крышками (днищами), патрубки подвода жидкости (воды или другой) и подвода греющего агента (пара) через сопла, соединенные с внутренней частью корпуса посредством подсоединения к корпусу и (или) к крышке. Причем патрубок подвода жидкости присоединен к корпусу тангенциально, и сопла греющего агента (пара) также присоединены к корпусу или (и) к крышкам тангенциально радиусу. К нижней части корпуса (верх и низ аппарата как прототипа, так и предлагаемого, названы условно, так как прототип и предлагаемый аппарат могут работать как в нормальном, так и в перевернутом и в горизонтальном положениях) тангенциально присоединен отводящий патрубок жидкости: круглого, прямоугольного или другого сечения.

В этом аппарате вода нагревается без гидроударов. Однако давление воды на выходе из аппарата не превышает давления на входе воды в аппарат. То есть кинетическая энергия пара используется недостаточно с целью транспортировки жидкости. Аппарат не может подсосать воду с нулевым давлением и транспортировать ее по трубопроводу далее.

Целью настоящего изобретения является следующее.

1. Обеспечение возможности использования аппарата (КНТ) в качестве парового кинетического насоса для перекачки жидкостей вместо центробежных электронасосов, паровых поршневых насосов, турбонасосов при одновременном нагреве жидкости паром за счет прямого контакта его с жидкостью, упрощение схемы котельной за счет избавления от громоздких поверхностных подогревателей.

2. Обеспечение возможности откачивать аппаратом КНТ жидкость из резервуаров, находящихся при атмосферном давлении и даже при вакууме.

3. Обеспечение возможности создавать на нагнетательном патрубке аппарата большое давление жидкости, чтобы использовать аппарат в качестве высоконапорных насосов, чтобы подавать воду в паровые котлы без использования электронасосов, турбонасосов и поршневых паровых насосов (упрощение тепловой схемы котельной).

Указанная цель достигается тем, что в известном тепломассообменном аппарате, имеющем цилиндрический корпус (в виде обечайки) с торцевыми крышками (днищами), подводящие патрубки жидкости (всасывающие патрубки), отводящие патрубки жидкости (нагнетательные), паровые сопла, установленные тангенциально радиусу (присоединенные тангенциально к корпусу и (или) к крышкам тангенциально радиусу и под острым углом к плоскости крышки), проходящие через стенку корпуса или через одну или обе крышки, подводящий патрубок жидкости соединен с внутренней частью корпуса, через одну из торцевых крышек (симметрично оси), внутри этого патрубка установлено тормозное устройство, препятствующее вращательному движению воды, например крестовина, или устанавливается два подводящих патрубка на обеих торцевых крышках, а цилиндрический корпус, выполненный из одной обечайки, или из двух и более обечаек разного диаметра, соединенных между собой переходными кольцами (плоскими или в виде усеченного с двух сторон конуса), может быть один (состоять из одной ступени) или их может быть два или несколько и состоять из двух и более ступеней аналогичного принципа действия, соединенных между собой посредством устройства, для перепуска жидкости с наибольшего радиуса сечения корпуса (с периферии корпуса), предыдущей ступени в центр круга сечения корпуса последующей ступени. Например (см. фиг.9), это может быть труба (или фигурный патрубок), присоединенная одним концом к тангенциальному отводящему (нагнетательному) патрубку предыдущей ступени и вторым концом - к подводящему (всасывающему) патрубку последующей ступени, причем в устье всасывающего патрубка каждой ступени устанавливают тормозное устройство, аналогичное подводящему патрубку воды первой ступени. Устройство для перепуска жидкости может быть выполнено также в виде диска, установленного внутри корпуса, параллельного крышкам, концентричного корпусу с установкой между ним и условно нижней крышкой (задней) направляющих лопаток, направляющих поток вращающейся жидкости в патрубок, установленный по оси условно верхней крышки (передней) корпуса последующей ступени (от периферии к центру).

Кроме того, для повышения давления жидкости на выходе из аппарата ПНД он может быть выполнен двух и более ступенчатым (двух и более корпусным) где каждая последующая ступень соединена с предыдущей трубопроводом или специальным устройством для перепуска жидкости, что повышает КПД использования механической энергии за счет обеспечения оптимальных скоростей вращения жидкости. В одноступенчатом однокорпусном аппарате можно добиться высоких скоростей вращения жидкости, но это приведет к излишним потерям энергии на трение). Многоступенчатый КНТ, как и одноступенчатый, может быть выполнен аппаратом как одностороннего, так и двухстороннего всасывания (с двумя всасывающими патрубками на противоположных концах агрегата). Многоступенчатый аппарат двухстороннего всасывания должен состоять из четного количества корпусов, объединенных в две группы (в каждой группе половина от всего количества корпусов, со всасывающими патрубками на противоположных крышках, например, двухступенчатым может быть четырехкорпусной и шестикорпусной КНТ) с направлением потока жидкости в каждой группе навстречу друг другу. Отводящие (нагнетательные) патрубки жидкости двух последних по ходу жидкости корпусов должны быть объединены в один общий нагнетательный патрубок. Такое выполнение КНТ позволяет обеспечить большую производительность при максимальном КПД.

Паровые сопла, тангенциально подсоединенные к стенке корпуса или тангенциально радиусу корпуса, под острым углом к плоскости крышки (в качестве паровыпускных сопел используются сопла Лаваля - сначала сужающееся, потом расширяющееся, или простые конические сопла. Сопла могут быть и другого сечения, например прямоугольного) могут иметь свой собственный подводящий патрубок паропровода с запорной арматурой или (и) эти сопла могут быть установлены группами в общей камере и иметь общий на группу подводящий патрубок паропровода с запорной арматурой, причем общая камера может быть кольцевой с тангенциальным подводящим патрубком или кольцевой, разделенной на отдельные сектора, каждый из которых имеет отдельный, радиально подсоединенный, подводящий патрубок паропровода с запорной арматурой. Если корпус составной (например, из двух обечаек 1 и 1а, соединенных переходным кольцом 2а, то сопла устанавливают тангенциально на условно верхней части корпуса, имеющей меньший диаметр.

Подсоединение подводящего патрубка жидкости по центру крышки аппарата при наличии тангенциальных разгонных паровых сопел позволяет превратить аппарат в кинетический насос - теплообменник для перекачки жидкостей, не только находящихся под избыточным давлением, но и при атмосферном давлении и даже при вакууме, при одновременном нагреве жидкости. Например, откачивать конденсат из конденсаторов турбин и транспортировать его в деаэратор.

Подсоединение подводящего патрубка жидкости к внутренней части корпуса каждой ступени через отверстие по центру крышек позволяет иметь в центре вращающегося потока жидкости давление, равное давлению в подводящем трубопроводе, и уже от этого давления начинать увеличивать кинетическую энергию вращения жидкости и превращать ее в дополнительное давление жидкости на выходе из аппарата.

Установка в подводящем патрубке жидкости (в устье или на некотором расстоянии от устья) тормозного устройства (крестовины, шестилопастной звезды или т. п.), препятствует раскручиванию жидкости и передачи энергии вращения жидкости из корпуса в подводящий патрубок.

Установка на условно верхней (передней) и (или) нижней крышке корпуса, на радиусе от центра, меньшем, чем радиус стенки корпуса, тангенциально радиусу паровых конических сопел или сопел Лаваля, устья которых выведены внутрь корпуса, обеспечивающих критические (звуковые) и сверхкритические (сверхзвуковые) скорости пара, позволяет увеличивать скорость вращения воды внутри корпуса, что влечет за собой увеличение давления воды на стенки корпуса и в выходном патрубке аппарата (при этом давление воды на радиусе установки сопел будет меньше, чем давление воды у стенки корпуса, поэтому и давление пара может быть ниже давления жидкости на выходе из аппарата).

Выполнение корпуса ступенчатым из двух обечаек разного диаметра и установка тангенциальных сопел на обечайке меньшего диаметра позволяет иметь наибольшую тангенциальность выходящего потока пара к вращающемуся потоку жидкости в середине вращающегося потока жидкости, где меньшее давление жидкости, а не на периферии, где давление больше.

Выполнение аппарата АНТ двух- и более ступенчатым (двух- и более корпусным) позволяет повысить КПД использования пара для транспортировки жидкости. При одноступенчатой схеме аппарата для получения более высокого давления жидкости на выходе из аппарата потребуется увеличивать скорость вращения жидкости сверх оптимальной величины (прирост давления жидкости на стенки аппарата пропорционально квадрату скорости жидкости и обратно пропорционально радиусу закрутки жидкости. Однако большие скорости вращения жидкости приводят к увеличению потерь энергии на трение, также пропорциональных квадрату скорости вращения жидкости и к снижению КПД аппарата). При двух и более ступенях, в каждой ступени можно обеспечивать оптимальные скорости вращения жидкости и оптимальные потери энергии на трение.

Выполнением КНТ с двумя всасывающими патрубками (двухстороннего всасывания) можно добиться увеличения производительности без увеличения размеров. За счет уменьшения диаметра всасывающих патрубков (против диаметра одного патрубка при одностороннем подводе жидкости) при увеличенном расходе жидкости можно обеспечить лучшие условия раскрутки жидкости и уменьшения потерь на трение при крутке жидкости, улучшить компактность и дизайн аппарата.

На фиг.1 изображен продольный разрез кинетического насоса-теплообменника (КНТ), выполненного в одноступенчатом (однокорпусном) варианте; на фиг.2 - вид сверху того же аппарата по фиг.1; на фиг. 3 - продольный разрез варианта одноступенчатого КНТ с двухсторонним всасыванием (с двухсторонним подводом жидкости); на фиг.4 - вариант продольного разреза двухступенчатого (двухкорпусного) аппарата (на вырыве разреза показано сечение по А-А на фиг.8 - установка парового сопла Лаваля на одной из крышек корпуса); на фиг.5 - поперечный разрез по А-А на фиг.3 и 4 (вид сверху); на фиг.6 - поперечное сечение по Б-Б на фиг.4; на фиг.7 - поперечное сечение по В-В на фиг.4; на фиг.8 - поперечное сечение по Г-Г на фиг.4 и 3 (вид снизу вверх); на фиг. 9 - схема трехступенчатого КНТ, в котором каждая ступень имеет паровую камеру с паровыми соплами и устройство для перепуска жидкости из нагнетательного патрубка предыдущей ступени во всасывающий патрубок последующей ступени выполнено в виде соединительной трубы и КНТ расположен горизонтально; на фиг.10 - схема трехступенчатого КНТ, у которого устройство для перепуска жидкости из нагнетательного патрубка предыдущей ступени во всасывающий патрубок последующей ступени выполнено в виде диска и направляющих лопаток, а отводящий (нагнетательный) патрубок расположен на условно нижней (последней) крышке последнего корпуса;
на фиг.11 - схема четырехкорпусного двухступенчатого КНТ двухстороннего всасывания;
на фиг. 12 - продольный разрез одноступенчатого кинетического насоса с корпусом, выполненным из двух обечаек (отрезков труб) различного диаметра, соединенных между собой переходным кольцом в виде шайбы.

Однокорпусной аппарат КНТ (фиг.1, 2, 3) имеет пустотелый цилиндрический корпус 1 в виде обечайки, верхнюю (переднюю) 2 и нижнюю (заднюю) торцевые крышки (фактически аппарат не имеет верха и низа, он может работать также в перевернутом состоянии и в горизонтальном положении, верх и низ приняты условно), патрубок подвода воды 4 (всасывающий патрубок), установленный по оси условно верхней крышки (на фиг.3 - два всасывающих патрубка 4 и 17, установленные на обеих крышках), паровые тангенциальные сопла 5, выходящие устьем во внутреннюю часть корпуса через торцевые крышки (одну или обе, на радиусе между стенкой корпуса и всасывающим патрубком) или через боковую стенку корпуса (на торцевых крышках сопла устанавливаются под острым углом, тангенциально радиусу крышки) с подводящим паровым патрубком 6 и запорной арматурой 7 (на фиг.3 тангенциальные сопла расположены на обеих крышках в паровой камере 14 и 14а, которые соединены с паровым патрубком 6 и имеют запорно-регулирующий орган 7, причем радиус установки устья сопла меньше внутреннего радиуса корпуса и больше наружного радиуса всасывающего патрубка), тормозное устройство 8, установленное в патрубках 4 и 17, выполненное, например, в виде крестовины, отводящий (нагнетательный) тангенциальный патрубок 9, вместо тангенциального отводящего патрубка 9 одноступенчатый аппарат или последняя ступень многокорпусного аппарата одностороннего всасывания может иметь в качестве отводящего, патрубок, присоединенный к торцевой крышке 3 (вместо 17) через устройство в виде диска 12 и лопаток 13 (смотри верхнюю часть аппарата на фиг.4 и последнюю ступень фиг. 10), в устье патрубка 4 может быть установлена (но необязательно) шайба 10, уменьшающая выходное сечение патрубка 4.

Двухступенчатый КНТ ( см.фиг.4) имеет дополнительно корпус 1а, соединенный с корпусом 1 патрубком 4а, установленным по оси крышки 3 (условно верхнего корпуса) и крышки 2а (условно нижнего корпуса). Внутри патрубка 4а имеется тормозное устройство 8а, аналогичное 8, имеется устройство для перепуска жидкости с наибольшего радиуса сечения корпуса (с периферии корпуса), предыдущей ступени в центр круга сечения корпуса последующей ступени. В многоступенчатом (двух и более) КНТ этим устройством может быть труба (см. фиг. 9) (или фигурный патрубок), присоединенная одним концом тангенциально к корпусу первой ступени (на место патрубка 9 фиг.1, 2) и вторым концом - к центру крышки корпуса второй ступени (к патрубку 4а), или это устройство может быть выполнено (см. фиг.4, 6 и 7, 10, 11) в виде диска 12 меньшего диаметра, чем внутренний диаметр корпуса 1, но большего, чем диаметр патрубка 4а, установленного внутри корпуса 1, параллельного крышкам 2 и 3, концентричного корпусу с установкой между ним и условно нижней крышкой направляющих лопаток 13, направляющих поток вращающейся жидкости в патрубок 4а (или в патрубок 9 на фиг.10), установленный по оси условно верхней крышки 2а корпуса второй ступени (от периферии к центру).

В однокорпусном аппарате КНТ одностороннего всасывания и многоступенчатом аппарате (см.фиг.10) устройство в виде диска 12 и лопаток 13, и патрубка 4а может быть применено и выполнено вместо тангенциального отводящего патрубка 9 (в этом случае подвод и отвод жидкости соответственно будут осуществляться через торцевые крышки 2 и 3, что улучшает дизайн аппарата и его компактность).

На фиг. 4 отвод жидкости осуществляется через патрубок 9, аналогичный патрубку 9 на фиг.1, 2, 3. Однако отвод воды можно выполнить и через условно нижнюю (заднюю) торцевую крышку последней ступени 3а с применением диска 12а и лопаток 13а, на чертеже не показанных. Такой же отвод жидкости можно выполнить из ступени 2 в ступень 3 при трехкорпусном исполнении аппарата.

На аппарате КНТ могут быть установлены индивидуальные сопла, каждый с подводящим паропроводом (патрубком) 6 или так, как показано на фиг.3, 4, 5, 8, где группы сопел помещены в кольцевые камеры 14, 14а, (камеры 14б по сечению Г-Г на фиг.3 и 4 - не кольцевые, а в виде круга). Причем эти камеры могут иметь перегородки 15 (см.фиг.5), разделяющие камеры на сектора, а могут и не иметь (см. фиг.8). Если перегородки нет, то вся группа сопел получает пар от одного патрубка 6, а если есть, то от нескольких патрубков 6. Кольцевая паровая камера 14 (14б) может быть выполнена за счет продления корпуса 1а и присоединения днища 16.

Аппарат КНТ может быть двухстороннего всасывания, как у насосов НДВ. В одноступенчатом аппарате второй всасывающий патрубок 4 с крестовиной 8 присоединяется к крышке 3. Многоступенчатый КНТ двухстороннего всасывания изготавливается из четного количества корпусов (не менее четырех), каждая половина из которых, объединена в последовательную группу, например так, как показано на фиг.4. Группы объединяются таким образом, что их нагнетательные патрубки последних по ходу жидкости корпусов объединены в один нагнетательный патрубок (см.фиг.11). При двухстороннем всасывании можно добиться уменьшения диаметра всасывающих патрубков (добиться повышения производительности КНТ при относительно малых диаметрах) и обеспечить лучшие условия раскрутки жидкости.

Работа одноступенчатого аппарата осуществляется следующим образом.

В одноступенчатом аппарате перекачиваемая, нагреваемая жидкость (как правило вода) подается внутрь корпуса через патрубок 4. Вода заполняет весь объем корпуса. Пар давлением, выше атмосферного и выше давления воды в патрубке 4, по паропроводу подается в патрубки 6 и тангенциальные сопла 5 (в одно или несколько, в зависимости от предполагаемого расхода жидкости), расход пара постоянный, определяемый только давлением пара и сечением сопел (сечение сопел подбирается таким, чтобы расход пара при критических и сверхкритических скоростях не превышал определенной величины, чтобы не перегреть воду). Пар передает свою кинетическую энергию жидкости (воде). Кинетическая энергия вращения жидкости переходит в энергию давления на стенки корпуса и в патрубке 9. За счет этого происходит транспортировка жидкости к потребителю. Внутри корпуса скорость вращения воды увеличивается от периферии к центру и падает от центра к периферии. Давление же жидкости наоборот возрастает от центра к периферии и падает от периферии к центру. Установка тангенциальных сопел на части составного корпуса меньшего диаметра (см. фиг. 12) позволяет, при наибольшей тангенциальности потока пара к потоку жидкости, иметь давление пара меньшим, чем давление жидкости на выходе из КНТ. Наличие нескольких сопел или групп сопел, имеющих отдельный патрубок паропровода с запорной арматурой, позволяет изменять ступенчато расход пара без изменения скорости истечения пара из оставшихся в работе сопел (регулирование расхода пара при помощи запорно-регулирующей арматуры, при неизменном количестве включенных в работу сопел, приводит к уменьшению скорости истечения пара из сопел и к уменьшению их энергии пропорционально квадрату скорости). Регулировку работы сопел можно организовать так, что часть сопел будет работать в базовом режиме (без изменения расхода пара через них), а другую часть - в переменном режиме со ступенчатым (количественным) или плавным регулированием расхода пара через них. Первые сопла обеспечивают необходимую скорость вращения жидкости (давление жидкости на выходе из аппарата), а вторые служат для обеспечения необходимого нагрева жидкости. В аппарате на фиг.3, если камеры 14 перегорожены и имеют несколько подводящих патрубков пара, один сектор камеры 14 с соплами можно заставить работать в базисном режиме, второй - в регулируемом. Можно заставить работать в базисном режиме все сопла камеры 14 (см. фиг.8, где вся камера 14б работает в базисном режиме). Работа аппарата по фиг.3 отличается от аппарата на фиг.1, 2 тем, что подвод воды (всасывание) осуществляется с двух сторон.

Рассмотрим работу аппарата, изображенного на фиг.4
Транспортируемая, нагреваемая вода, попадая в корпус 1, через патрубок 4 нагревается и приобретает вращательное движение за счет кинетической энергии пара, выходящего из сопел 5 с дозвуковой, звуковой или сверхзвуковой скоростью приобретает вращательное движение и наращивает давление по мере увеличения радиуса закрутки жидкости. Энергия вращения жидкости почти не передается в патрубок 4 из-за наличия в нем тормозного устройства 8 (чем меньше диаметр патрубка 4, тем меньше общее сопротивление вращению жидкости из-за меньшей площади крестовины 8). Из корпуса 1 жидкость поступает в корпус 2 при помощи устройства для перепуска жидкости из одного корпуса в другой, пройдя между лопаток 13, под диском 12. Скорость движения жидкости между лопатками значительно меньше скорости вращения жидкости внутри корпуса и определяется расходом жидкости и проходным сечением между лопатками. Попадая в патрубок 4а и крестовину 8а, жидкость перестает вращаться и попадает во внутреннее пространство корпуса 1а с давлением, равным давлению, приобретенному в корпусе 1. За счет энергии пара, подаваемого через сопла 5 внутрь корпуса 1а, жидкость снова приобретает вращательное движение до оптимальной величины и снова повышает давление на стенку корпуса и в выходном патрубке 9. Двухступенчатый четырехкорпусной аппарат КНТ двухстороннего всасывания (см.фиг.11), работает так же как и двухступенчатый двухкорпусной, показанный на фиг. 4. (Это два двухкорпусных двухступенчатых аппарата, объединенных в один агрегат). Жидкость, выходящая из нагнетательных патрубков каждого двухкорпусного КНТ, собирается в общем патрубке 9.

Подсоединение подводящего патрубка жидкости по центру крышки аппарата, при наличии тангенциальных разгонных паровых сопел, позволяет превратить аппарат в кинетический насос - теплообменник КНТ для перекачки жидкостей, не только находящихся под избыточным давлением, но и при атмосферном давлении и даже при вакууме, при одновременном нагреве жидкости. Например, откачивать конденсат из конденсаторов турбин и транспортировать его в деаэратор, при этом использовать аппарат для нагрева жидкости вместо поверхностных подогревателей.

Применение кинетического насоса-теплообменника КНТ на ТЭЦ позволяет значительно сократить расход электроэнергии на собственные нужды за счет использования энергии пара для перекачки воды вместо электроэнергии (максимальный КПД выработки электроэнергии на тепловых станциях всего 40%, КПД электродвигателя 90%, КПД насоса - 70%, общий КПД равен их произведению, т.е. 25%, КПД использования пара в КНТ значительно больше).

Очень эффективно применение КНТ в котельных, имеющих паровые котлы. Муниципальным котельным стало невыгодно покупать электроэнергию для сетевых и питательных насосов. В последнее время в таких котельных стали устанавливать для собственных нужд примитивные паровые машины с электрогенераторами мощностью 200 кВт, использующие пар низкого давления для привода паровой машины и для нагрева воды в бойлерах отработанным в машине паром. Применение КНТ более эффективно, чем таких электрогенераторов.

Установка в каждой ступени подводящего патрубка жидкости (в устье или на некотором расстоянии от устья) тормозного устройства (крестовины, шестилопастной звезды или т.п.) препятствует раскручиванию жидкости и передачи энергии вращения жидкости из корпуса в подводящий патрубок, что увеличивает давление на выходе из аппарата.

Выполнение аппарата КНТ двух- и более ступенчатым (двух- и более корпусным) позволяет повысить давление жидкости на выходе из аппарата, снизить потери энергии на трение и повысить КПД использования пара для транспортировки жидкости.

Выполнение однокорпусного АНТ с двумя всасывающими патрубками (двухстороннего всасывания) позволяет увеличить производительность по жидкости, добиться уменьшения диаметра всасывающих патрубков при увеличенном расходе жидкости и обеспечить лучшие условия раскрутки жидкости и больший КПД.

Соединение каждой последующей ступени корпуса с предыдущей за счет устройства в виде диска и направляющих лопаток, вместо соединения ступеней трубами позволяет уменьшить длину аппарата (габариты) и улучшить дизайн.

Разделение паровых камер с установленными в них соплами на отдельные секции позволяет лучше организовать регулирование расхода пара без снижения давления пара и без снижения скорости истечения пара из сопел (полнее использовать энергию пара).

Выполнение многокорпусных КНТ с двумя всасывающими патрубками (объединение двух многоступенчатых КНТ в один агрегат) позволяет увеличить производительность одного агрегата при большей компактности.

Формула изобретения

1. Кинетический насос-теплообменник (КНТ), содержащий корпус в виде обечайки (отрезка трубы), с торцевыми крышками (условно верхней и условно нижней или условно передней и задней), подводящие патрубки жидкости и рабочего пара, тангенциальные сопла, соединенные с внутренней частью корпуса через торцевые крышки и (или) стенку корпуса и с подводящим патрубком пара непосредственно или через промежуточную камеру, отводящий (нагнетательный) патрубок жидкости, подсоединенный к корпусу тангенциально, отличающийся тем, что подводящий (всасывающий) патрубок жидкости соединен с внутренней частью корпуса через центральную часть торцевой крышки или установлено два подводящих патрубка, соединенных с внутренней частью корпуса через обе торцевые крышки, кроме того, кинетический насос-теплообменник (КНТ) может быть выполнен как одноступенчатым (однокорпусным), так и двух- и более ступенчатым, каждый последующий корпус которого соединен с предыдущим таким образом, что отводящий (нагнетательный) патрубок предыдущего соединен с подводящим (всасывающим) патрубком последующего (или сам является подводящим) или они соединены между собой при помощи устройства для перепуска жидкости с наибольшего радиуса сечения корпуса (с периферии корпуса) предыдущей ступени в центр круга сечения корпуса последующей ступени, а при установке этого устройства в последней по ходу жидкости ступени отводящий патрубок жидкости (нагнетательный патрубок) устанавливается на последней по ходу жидкости крышке.

2. Кинетический насос-теплообменник по п.1, отличающийся тем, что каждый последующий корпус (последующая ступень) также, как и предыдущий, имеет торцевые крышки, центральный подводящий патрубок жидкости, тангенциальные паровые сопла (конические сопла или сопла Лаваля), присоединенные к корпусу и(или) к крышкам индивидуально или группами через промежуточную паровую камеру и отводящий нагнетательный патрубок жидкости, присоединенный тангенциально к корпусу или установленный на условно нижней крышке и соединенный с внутренней частью корпуса при помощи устройства для перепуска жидкости с большего радиуса вращения на меньший.

3. Кинетический насос-теплообменник по п.1, отличающийся тем, что устройство для перепуска жидкости с большего радиуса закрутки на меньший выполнено в виде диска, соосного и параллельного крышкам, в промежутке между которым и условно нижней крышкой установлены направляющие лопатки, а к условно нижней крышке присоединен отводящий патрубок жидкости.

4. Кинетический насос-теплообменник по п.1, отличающийся тем, что в подводящем (всасывающем) патрубке (патрубках) жидкости установлено устройство, тормозящее вращение жидкости, например, крестовина.

5. Кинетический насос-теплообменник по п.1, отличающийся тем, что промежуточная камера, через которую поступает пар в сопла, разделена на отдельные секции, каждая из которых имеет свой подводящий патрубок пара.

6. Кинетический насос-теплообменник по п.1, отличающийся тем, что имеет четное количество корпусов, разделенных на две параллельные группы с половинным количеством корпусов в каждой, в которых корпуса соединены последовательно по ходу жидкости, а нагнетательные (выходные) патрубки последних корпусов каждой группы объединены в один патрубок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12