Вихревой нагреватель

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к устройствам нагрева теплоносителей для отопления или нагрева технологических потоков, и может быть использовано в системах теплоснабжения и технологиях подготовки углеводородного сырья в газовой, нефтехимической и других отраслях промышленности. Вихревой нагреватель содержит цилиндрический корпус с охватывающей оболочкой и заглушкой входного торца, ускоритель жидкости, тормозное устройство, патрубки выхода жидкости, причем входная часть цилиндрического корпуса с заглушкой эксцентрически расположена в охватывающей оболочке, сопрягаясь с ней, и снабжена вырезом по дуге, а патрубок входа жидкости расположен на охватывающей оболочке, к тому же заглушка в корпусе выполнена подвижной, перекрывает часть выреза корпуса и снабжена тягой, выведенной за пределы оболочки, тормозное устройство выполнено аналогично входной части цилиндрического корпуса при зеркальном расположении выреза по дуге, а сопряжение цилиндрического корпуса и охватывающей оболочки проведено сегментным элементом, соединенным с продольной кромкой выреза корпуса и внутренней стенкой охватывающей оболочки, причем последняя снабжена глухой заглушкой при радиальном расположении патрубка входа жидкости или полуглухой - при осевом расположении патрубка. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах теплоснабжения различных сфер народного хозяйства и технологиях подготовки углеводородного сырья в газовой, нефтехимической и других отраслях промышленности. В частности, изобретение относится к устройствам нагрева теплоносителей для нагрева помещений или технологических потоков.

Известен вихревой нагреватель - теплогенератор по патенту РФ №2045715, кл. F 25 В 29/00, содержащий: цилиндрический корпус; ускоритель движения жидкости, выполненный в виде циклона торцевая сторона которого соединена с корпусом, на выходе которого размещено тормозное устройство, соединенное с выходным патрубком, который в свою очередь соединен с циклоном посредством перепускного патрубка.

Недостатком этого нагревателя является сложность конструкции: ускорителя движения жидкости - циклона, ограниченного по давлению; перепускного патрубка с тормозным устройством; обвязка с насосом - источником давления, т.к. не компонуется установка на вертикальном патрубке выхода насоса; а также, значительные гидравлические потери устройства на ускорителе жидкости и за ним, что снижает эффективность вихревого нагревателя.

Известен, вихревой нагреватель - теплогенератор по патенту РФ №2129689, кл. 6 F 25 В 29/00 (прототип), содержащий корпус, с одной стороны которого установлен ускоритель движения жидкости, выполненный в виде циклона, входной патрубок которого подключаются к насосу, а выходной патрубок снабжен охватывающей оболочкой со спиральным каналом, а выходной патрубок расположен на охватывающей оболочке. В указанной конструкции частично устранены вышеуказанные недостатки в части упрощения обвязки перепускным патрубком. Недостатки в части компоновки и повышенного гидравлического сопротивления на ускорителе жидкости и за ним остаются, т.к. переходы от патрубка входа к ускорителю движения жидкости и от него к корпусу, и с последнего к тормозному устройству и охватывающей оболочке выполнены не плавными. Наличие завихрителей в виде шнека в корпусе и спиралей между корпусом и охватывающей оболочкой, и тангенциальных вводов и выводов также усложняют конструкцию. При увеличении скорости жидкости в межтрубном пространстве плотность жидкости, вращающейся вокруг стенки корпуса, уменьшается; при уменьшении скорости уровень жидкости на спирали также уменьшается. Увеличение или уменьшение скорости снижает поверхность теплообмена и эффективность теплопередачи между жидкостями в корпусе и в охватывающей оболочке.

Целью изобретения является устранение вышеуказанных недостатков:

упрощение конструкции, упрощение обвязки вихревого нагревателя, повышение его эффективности, снижение его гидравлического сопротивления.

Поставленная цель достигается тем, что в вихревом нагревателе, содержащем цилиндрический корпус с охватывающей оболочкой и заглушкой входного торца, ускоритель жидкости, тормозное устройство, патрубки выхода жидкости, входная часть цилиндрического корпуса с заглушкой эксцентрически расположена в охватывающей оболочке, сопрягаясь с ней, и снабжена вырезом по дуге, а патрубок входа жидкости расположен на охватывающейся оболочке. Заглушка в корпусе на входе может быть выполнена подвижной с перекрытием части выреза и снабжена тягой, выведенной за пределы оболочки, а тормозное устройство выполнено аналогично входной части цилиндрического корпуса при зеркальном расположении выреза по дуге. Сопряжение цилиндрического корпуса и охватывающей оболочки проведено сегментным элементом, соединенным с кромкой выреза и внутренней стенкой охватывающей оболочки, при этом заглушка охватывающей оболочки выполнена глухой при радиальном расположении патрубка входа жидкости и полуглухой при осевом расположении патрубка.

Выполнение вихревого нагревателя предложенным образом позволило:

- исключить выносной циклон, шнековые и спиральные завихрители;

- выполнить ускоритель движения жидкости с плавным расширяющимся входом и с эффективным использованием пространства между цилиндрическим корпусом и охватывающей оболочкой;

- выполнить тормозное устройство в виде плавно сужающего тупикового канала, образованного в межтрубном пространстве между корпусом и охватывающей оболочкой;

- выполнить вход жидкости по оси охватывающей оболочки и обеспечить возможность расположения вихревого нагревателя непосредственно на выходном штуцере насоса;

- выполнить вихревой нагреватель с двумя охватывающими оболочками, на входе с эксцентрическим расположением, а на выходе с аксиальным расположением.

Заявителю не известно из существующего уровня техники выполнение вихревого нагревателя предложенным образом.

На фиг.1 изображен общий вид вихревого нагревателя с регулируемым сечением ускорителя жидкости и цилиндрическим корпусом с эксцентрично (коаксиально) расположенной охватывающей оболочке.

На фиг.2 дано поперечное сечение вихревого нагревателя по входному каналу (дуговому вырезу) цилиндрического корпуса.

На фиг.3 дано поперечное сечение вихревого нагревателя по выходному каналу цилиндрического корпуса - тормозному устройству.

На фиг.4 дан общий вид вихревого нагревателя с осевым входом жидкости и постоянным, (не регулируемым) каналом ускорителя жидкости.

На фиг.5 дано поперечное сечение вихревого нагревателя по осевому входу.

На фиг.6 показан общий вид вихревого нагревателя с эксцентрически расположенной охватывающей оболочкой, относительно входа корпуса, и соосно расположенной охватывающей оболочкой относительно выхода корпуса.

На фиг.7 дано сечение по дуговому вырезу корпуса на выходе жидкости из него.

Вихревой нагреватель содержит наружную охватывающую цилиндрическую оболочку 1, (фиг.1), в которой помещен цилиндрический корпус 2 с аксиальным смещением до касания наружной стенки корпуса с внутренней стенкой охватывающей оболочки. Охватывающая оболочка 1 со стороны выхода жидкости из корпуса 2 снабжена заглушкой 3. Корпус 2 со стороны входа жидкости снабжен вырезом 4, а со стороны выхода жидкости вырезом 5. Внутренняя стенка охватывающей оболочки 1, наружная стенка корпуса 2 с вырезом 4 образуют плавно сужающийся входной канал ускорителя жидкости, а с вырезом 5 - плавно расширяющийся выходной канал тормозного устройства. Для подачи высоконапорной жидкости, например, от насоса в вихревой нагреватель охватывающая оболочка 1 снабжена штуцером подачи жидкости 6, а для отбора этой жидкости - штуцером 7, при этом торец охватывающей оболочки 1 со стороны штуцера подачи жидкости 6 перекрыт заглушкой 8. Корпус 2 на входе перекрыт подвижной заглушкой 9, снабженной тягой 10, при осевом перемещении которой перекрывается часть сечения выреза 4, т.е. регулируется сечение ускорителя жидкости при изменении расхода. Для разделения межтрубных полостей входа и выхода жидкости установлена перегородка 11. При постоянном расходе жидкости в вихревом нагревателе вместо подвижной заглушки 9 корпус 2 перекрыт на входе неподвижной заглушкой 12 (фиг.2). Для плавного сопряжения внутренних стенок корпуса 2 и охватывающей оболочки 1, образующих ускоритель жидкости, и защиты внутренней стенки охватывающей оболочки от эрозии, продольная кромка выреза 4 состыкована с сегментным элементом 13 толщиной, равной толщине стенки корпуса и прилегающего к внутренней стенке охватывающей оболочки 1. Аналогично выполняется узел выхода жидкости: для сопряжения внутренних стенок корпуса 2 и охватывающей оболочки 1 кромка выреза 5 состыкована с сегментным элементом 14 (фиг.3). Для возможности отбора части нагретого потока непосредственно из вихревого нагревателя на заглушке 3 установлен патрубок 15, при этом торец корпуса 2 перекрыт заглушкой 16.

При вертикальной компоновке вихревого нагревателя (фиг.4) охватывающая оболочка 1 с фланцем 17 образуют штуцер входа жидкости, при этом торец входа корпуса 2, кроме кольцевой заглушки, перекрыт сегментной заглушкой 18 (фиг.4, фиг.5).

На фиг.6 изображен вихревой нагреватель с коаксиально расположенной входной охватывающей оболочкой 20 и с аксиально расположенной выходной охватывающей оболочкой 1.

На фиг.7 изображен разрез этого вихревого нагревателя по сечению D-D, где изображено сопряжение выходного канала через сегментный элемент 19 с внутренней стенкой корпуса.

Вихревой нагреватель работает следующим образом.

Жидкость от источника давления, например насоса, подают через штуцер 6 (или 17) в полость между охватывающей оболочкой 1 и корпусом 2, образующие с вырезом 4 плавно сужающий завихритель, на котором поток жидкости закручивают с возрастанием ее скорости, после чего подают внутрь корпуса 2. Сечение выреза 4 регулируют (изменяют) в зависимости от расхода жидкости. Вихревой поток при вращательно-поступательном движении нарушает равновесие жидкости и генерирует волновые колебания, давление в системе стремится вернуть жидкость в равновесие, нагревая ее. Нагретую жидкость отбирают со стороны выхода корпуса 2 через вырез 5, который образует с межтрубным пространством охватывающей оболочки 1 и корпусом 2 плавно расширяющийся тупиковый канал, в конце которого жидкость затормаживается. Заторможенную и дополнительно нагретую при этом жидкость отбирается через штуцер 7. При необходимости получения на выходе штуцера 7 максимального давления, например, для продавливания жидкости через отопительную систему без насоса, охватывающую оболочку 1 устанавливают соосно с корпусом 2 (фиг.6), при этом вихревые потоки в корпусе 2 и межтрубном пространстве движутся в перекрестном противотоке. Жидкость, отбираемую со штуцера 7, возвращают на прием источника давления, например насоса, а жидкость, потерявшую равновесие (скавитированную) и с меньшей плотностью, отбирают по оси закрученного потока через патрубок 15 (фиг.1, фиг.4, фиг.6) в систему потребления тепла. Охлажденный в системе потребления тепла жидкостной поток возвращают на прием источника давления (насоса, эжектора).

Упрощенная конструкция вихревого нагревателя, выполненная из эксцентрически установленных цилиндрических труб с минимальным диаметром (без овалов, улиток, циклонов, тангенциальных врезок штуцеров, работающих под давлением), позволяет увеличить в нем давление и температуру, т.е. расширить область его применения. При этом естественное сопряжение труб обеспечивает получение плавных входных и выходных каналов для закрутки жидкости и ее отбора после закрутки, обеспечивающих минимальные потери гидравлического сопротивления. Образование тупикового расширяющегося канала на выходе из корпуса позволило исключить специальные тормозные устройства. Выполнение входного патрубка непосредственно на охватывающей оболочке упрощает обвязку вихревого нагревателя.

1. Вихревой нагреватель, содержащий цилиндрический корпус с охватывающей оболочкой и заглушкой входного торца, ускоритель жидкости, тормозное устройство, патрубки выхода жидкости, отличающийся тем, что входная часть цилиндрического корпуса с заглушкой эксцентрически расположена в охватывающей оболочке, сопрягаясь с ней, и снабжена вырезом по дуге, а патрубок входа жидкости расположен на охватывающей оболочке.

2. Вихревой нагреватель по п.1, отличающийся тем, что заглушка в корпусе выполнена подвижной, перекрывает часть выреза корпуса и снабжена тягой, выведенной за пределы оболочки.

3. Вихревой нагреватель по п.1, отличающийся тем, что тормозное устройство выполнено аналогично входной части цилиндрического корпуса при зеркальном расположении выреза по дуге.

4. Вихревой нагреватель по п.1, отличающийся тем, что сопряжение цилиндрического корпуса и охватывающей оболочки проведено сегментным элементом, соединенным с продольной кромкой выреза корпуса и внутренней стенкой охватывающей оболочки, причем последняя снабжена глухой заглушкой при радиальном расположении патрубка входа жидкости и снабжена полуглухой заглушкой при осевом расположении патрубка.