Мобильная многофункциональная тепловая станция

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к теплогенераторам. Мобильная многофункциональная тепловая станция (ММТС) содержит корпус-статор, имеющий патрубки для подвода нагреваемой жидкости и отвода нагретой жидкости, ротор, выполненный в виде двух соосных дисков, нагнетательный насос, привод ротора. Корпус-статор выполнен двухкамерным, один из дисков размещен в первой камере и выполнен с возможностью вращения электродвигателем, а другой размещен во второй камере с возможностью вращения силовой установкой (дизельным или бензиновым двигателем), соединенной с электрогенератором, обеспечивающим работу вспомогательных агрегатов и электрооборудования ММТС при отсутствии электроэнергии. Выходные патрубки рабочих камер соединены с теплоизолированнными бойлерами-аккумуляторами, которые связаны с блоком подключения к системе потребления, а система охлаждения силовой установки связана с теплообменником, размещенным в бойлере-аккумуляторе, причем все элементы станции жестко установлены в контейнере мобильной транспортировки. Регулирование теплопроизводительности выполнено за счет возможности изменения числа оборотов электродвигателя, связанного с преобразователем частоты или за счет изменения числа оборотов силовой установки. Станция снабжена теплоутилизатором и нейтрализатором выхлопных газов. Изобретение позволяет снизить тепловые потери при эксплуатации. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к теплогенераторам, и может быть использовано для основного и резервного отопления помещений любого назначения, для оперативного восстановления условий жизнеобеспечения в аварийных ситуациях при отсутствии всех видов энергообеспечения.

Известен кавитационно-вихревой теплогенератор (см. заявку RU №2002119773 от 22.07.2002 г., МПК F24J 3/00, публ. БИПМ №9, 27.03.03 г.), принятый за прототип. Теплогенератор содержит корпус, имеющий патрубки для подвода нагреваемой жидкости и отвода нагретой жидкости, расположенные внутри корпуса, перфорированные статор, состоящий из одного или нескольких кольцевых дисков, и ротор, выполненный в виде двух соосных дисков, установленных с зазором относительно друг друга, нагнетательный насос, привод ротора. При этом диски ротора смонтированы на независимых валах, имеющих самостоятельные независимые приводы, и вращаются навстречу друг другу.

Недостатками прототипа являются необходимость стационарного монтажа теплогенератора при его эксплуатации, его узкие функциональные возможности, что ограничивает сферы применения устройства, большие тепловые потери при эксплуатации.

Предлагаемым изобретением решается задача: обеспечение мобильности, автономности, экологичности, повышение эффективности теплогенерирующих устройств кавитационно-вихревого типа.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в многофункциональности, в снижении тепловых потерь при эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в мобильной многофункциональной тепловой станции (ММТС), содержащей корпус-статор, имеющий патрубки для подвода нагреваемой жидкости и отвода нагретой жидкости, ротор, выполненный в виде двух соосных дисков, нагнетательный насос, привод ротора, новым является то, что корпус-статор выполнен двухкамерным, один из дисков размещен в первой камере с возможностью вращения электродвигателем, а другой размещен во второй камере с возможностью вращения силовой установкой (дизельным или бензиновым двигателем), соединенной с электрогенератором, обеспечивающим работу вспомогательных агрегатов и электрооборудования ММТС при отсутствии электроэнергии. Выходные патрубки рабочих камер соединены с теплоизолированными бойлерами-аккумуляторами, которые связаны с блоком подключения к системе потребления, а система охлаждения силовой установки связана с теплообменником, размещенным в бойлере-аккумуляторе, причем все элементы станции жестко установлены в контейнере мобильной транспортировки. Регулирование теплопроизводительности выполнено за счет возможности изменения числа оборотов электродвигателя, связанного с преобразователем частоты, или за счет изменения числа оборотов силовой установки. ММТС снабжена теплоутилизатором и нейтрализатором выхлопных газов.

Выполнение корпуса-статора теплогенерирующего блока двухкамерным обусловлено необходимостью обеспечения как раздельного, так и совместного функционирования двух независимых приводов, работающих от различных энергетических источников, что позволяет организовать эксплуатацию мобильной многофункциональной тепловой станции при различных условиях энергоснабжения в период возникающих аварийных ситуаций в системах тепло- и горячего водоснабжения, а также для обеспечения тепловой энергией сооружений в период строительных работ.

Диск, размещенный в первой камере на вале, приводится во вращение электродвигателем, связанным с этим валом посредством муфты. При прокачивании жидкости под давлением от нагнетательного насоса через камеру с вращающимся внутри диском происходит ее нагревание. Работа первой камеры с приводом от электродвигателя осуществляется при наличии на объекте электрической энергии. В данном случае возможно быстрое развертывание ММТС, ее подключение к системе потребления тепла и оперативное начало эксплуатации.

Диск, размещенный во второй камере, приводится во вращение от вала отбора мощности силовой установки (дизельного или бензинового двигателя). Процессы теплообразования во второй камере аналогичны процессам, протекающим в первой камере. Работа второй камеры с приводом от силовой установки осуществляется при отсутствии на объекте электрической энергии или при необходимости получения максимального количества тепловой энергии за счет задействования обоих приводов. В любом случае обеспечивается оперативное развертывание ММТС.

При необходимости силовая установка в совокупности с электрогенератором может обеспечить функционирование вспомогательных агрегатов, необходимых при проведении аварийных и строительных работ, таких как помпа для аварийной откачки воды, дрель, отбойный молоток и т.п. Электрогенератор используется также для резервного питания электрооборудования ММТС при отсутствии на объекте электроэнергии.

С целью утилизации тепловой энергии системы охлаждения и системы удаления выхлопных газов силовой установки в полезную работу система охлаждения через теплоутилизатор выхлопных газов связана с теплообменником, размещенным в бойлере-аккумуляторе, что позволяет свести к минимуму тепловые потери.

Все элементы ММТС: теплогенерирующий блок, электродвигатель, силовая установка, электрогенератор, бойлеры-аккумуляторы, которые связаны с блоком подключения к системе потребления, шкаф управления, смонтированная при необходимости система принудительной вентиляции жестко установлены в контейнере мобильной транспортировки. Это позволяет осуществлять оперативную доставку ММТС к месту развертывания, в кратчайшие сроки произвести ее подключение к теплотехническим системам объекта. Эксплуатация ММТС происходит автономно в автоматическом режиме.

Регулирование теплопроизводительности за счет изменения числа оборотов электродвигателя с помощью преобразователя частоты, размещенного в шкафе управления, а также за счет изменения числа оборотов силовой установки обусловлено необходимостью оптимизации режима теплоотдачи в системе теплопотребления.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана общая схема мобильной многофункциональной тепловой станции; на фиг.2 - общая схема теплогенерирующего блока.

Мобильная многофункциональная тепловая станция состоит из контейнера 1 мобильной транспортировки (автомобильный прицеп типа "кунг" и т.п.), на основании которого на единой раме 2 установлены теплогенерирующий блок 3, электродвигатель 4, силовая установка 5 (дизельный или бензиновый двигатель), электрогенератор 6, нагнетательный насос 7. Силовая установка 5 и электрогенератор 6 могут быть выполнены как единое изделие - бензоэлектрический или дизель-электрический агрегат.

Теплогенерирующий блок 3 состоит из корпуса-статора 8 с двумя камерами 9, 10, внутри которых с возможностью вращения на валах 11 жестко закреплены диски 12. Валы 11 установлены в подшипниковых опорах 13 и уплотнены торцевыми уплотнениями 14, размещенными в камерах 15. На внутренних торцевых поверхностях корпуса-статора 8 и торцевых, и цилиндрических поверхностях дисков 12 выполнены ряды несквозных отверстий 16. На дисках 12 в непосредственной близости от валов 11 выполнены сквозные отверстия 17. В перегородке корпуса-статора 8 соосно валам 11 размещено сквозное отверстие 18. Патрубки для подвода нагреваемой жидкости 19 через камеры 15 для установки торцевых уплотнений 14 связаны с камерами 9, 10, а патрубки для отвода нагретой жидкости 20 установлены на цилиндрической поверхности корпуса-статора 8.

Вал электродвигателя 4 и вал отбора мощности силовой установки 5 соединены с валами 11 теплогенерирующего блока 3 муфтами 21, 22. Патрубки для подвода нагреваемой жидкости 19 и патрубки для отвода нагретой жидкости 20 связаны с бойлерами-аккумуляторами 23, жестко установленными на основании контейнера 1, рукавами высокого давления 24. Бойлеры-аккумуляторы 23, в свою очередь, аналогичными рукавами 24 связаны с блоком подключения 25 к системе потребления. Вход нагнетательного насоса 7 через коллектор 26 соединен с отводящими патрубками бойлеров-аккумуляторов 23. Выход нагнетательного насоса 7 через коллектор 26 связан с патрубками для подвода нагреваемой жидкости 19 теплогенерирующего блока 3. Управление работой ММТС производится посредством шкафа управления 27. Блок подключения 25 к системе теплопотребления и шкаф управления 27 жестко установлены в контейнере 1.

Система охлаждения силовой установки 5 через теплоутилизатор 28 связана с теплообменником 29, размещенным в бойлере-аккумуляторе 23. Выхлопные газы, охлажденные в теплоутилизаторе 28, поступают в нейтрализатор 30 (систему очистки) выхлопных газов.

При необходимости в контейнере 1 мобильной транспортировки может быть установлена система принудительной вентиляции 31.

Мобильная многофункциональная тепловая станция работает следующим образом. После оперативной доставки к месту эксплуатации прямой и обратный трубопроводы системы теплопотребления или горячего водоснабжения необходимо подключить к блоку подключения 25. При наличии на объекте источника электроэнергии необходимо подключить шкаф управления 27. После заполнения системы теплопотребления, бойлеров-аккумуляторов 23, теплогенерирующего блока 3 жидкостью необходимо запустить нагнетательный насос 7. Доступ жидкости в систему теплопотребления в блоке подключения 25 перекрыт. При достижении нормальной циркуляции жидкости между теплогенерирующим блоком 3 и бойлерами-аккумуляторами 21 включается электродвигатель 4, а затем при необходимости запускается силовая установка 5. Возможен запуск как в обратном порядке, так и только одного из приводов. После достижения температуры жидкости 60-80°С включается циркуляционный насос системы теплопотребления и происходит процесс теплоотдачи у потребителя.

В процессе работы силовой установки выработанную электрогенератором 6 электроэнергию при необходимости можно использовать для подключения необходимых в процессе работ вспомогательных устройств, а также для питания электрооборудования ММТС при отсутствии электроэнергии на объекте.

Работа теплогенерирующего блока 3 происходит следующим образом. Жидкость от нагнетательного насоса 7 под давлением подается через коллектор 26 к патрубкам подвода нагреваемой жидкости 19 и далее через камеры 15 попадает внутрь камер 9, 10. За счет сил трения между внутренними поверхностями корпуса-статора 8 и торцевыми и цилиндрическими поверхностями дисков 12, за счет разрыва сплошного потока жидкой среды в зонах вихревых образований в областях несквозных отверстий 16 происходят процессы тепловыделения. Сквозные отверстия 17 служат для обеспечения поступления потока нагреваемой жидкости в зазор между перегородкой корпуса-статора 8 и торцевой поверхностью диска 12. Отверстие 18 служит для перераспределения жидкости в камерах 9, 10 при их одновременном использовании. Через патрубки для отвода нагретой жидкости 20 и рукава 24 нагретая жидкость попадает в бойлеры-аккумуляторы 23 и возвращается ко входу нагнетательного насоса 7.

Система отвода выхлопных газов силовой установки 5 через независимый от системы охлаждения контур в теплоутилизаторе 28 связана с нейтрализатором 30. Далее очищенные выхлопные газы поступают в атмосферу. Жидкость системы охлаждения, дополнительно нагретая выхлопными газами в теплоутилизаторе 28, отдает свою тепловую энергию в теплообменнике 29 бойлера-аккумулятора 23.

1. Мобильная многофункциональная тепловая станция, содержащая корпус-статор, имеющий патрубки для подвода нагреваемой жидкости и отвода нагретой жидкости, ротор, выполненный в виде двух соосных дисков, нагнетательный насос, привод ротора, отличающаяся тем, что корпус-статор выполнен двухкамерным, один из дисков размещен в первой камере и выполнен с возможностью вращения электродвигателем, а другой размещен во второй камере с возможностью вращения силовой установкой (дизельным или бензиновым двигателем), соединенной с электрогенератором, обеспечивающим работу вспомогательных агрегатов и электрооборудования ММТС при отсутствии электроэнергии.

2. Мобильная многофункциональная тепловая станция по п.1, отличающаяся тем, что выходные патрубки рабочих камер соединены с теплоизолированными бойлерами-аккумуляторами, которые связаны с блоком подключения к системе потребления, а система охлаждения силовой установки связана с теплообменником, размещенным в бойлере-аккумуляторе, причем все элементы станции жестко установлены в контейнере мобильной транспортировки.

3. Мобильная многофункциональная тепловая станция по п.1, отличающаяся тем, что регулирование теплопроизводительности выполнено за счет возможности изменения числа оборотов электродвигателя, связанного с преобразователем частоты, или за счет изменения числа оборотов силовой установки.

4. Мобильная многофунциональная тепловая станция по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена теплоутилизатором и нейтрализатором выхлопных газов.