Гидротеплогенератор роторного типа

Гидротеплогенератор роторного типа относится к теплотехнике, а именно к устройствам для нагревания текучих сред, и предназначен для тепло- и горячего водоснабжения объектов бытового и промышленного назначения, нагрева технологических жидкостей при наличии естественных или технологических потоков жидкости, перемещающихся с перепадом по высоте или с избыточным магистральным давлением. Гидротеплогенератор состоит из неподвижного цилиндрического корпуса, имеющего отверстия для входного и выходного каналов, цилиндрическую полость, внутри которой с зазором установлен с возможностью вращения закрепленный на валу ротор в виде диска с глухими отверстиями, расположенными по периферии в его торцах по окружности, и углублениями, выполненными на цилиндрической поверхности диска. Гидротеплогенератор не имеет привода, использующего напрямую невосполнимые источники энергии, он дополнительно снабжен вторым неподвижным цилиндрическим корпусом, в цилиндрической полости которого выполнен ротор в виде лопастного турбинного колеса, цилиндрические полости неподвижных корпусов гидравлически не связаны между собой, впускной патрубок первого корпуса выполнен в виде струйной форсунки и размещен тангенциально относительно его цилиндрической поверхности. Оба ротора установлены на независимых валах, связанных между собой и валом электрогенератора муфтами сцепления. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам, содержащим вращающиеся элементы для нагревания текучих сред, и может быть использовано для тепло- и горячего водоснабжения объектов бытового и промышленного назначения, нагрева технологических жидкостей при наличии естественных или технологических потоков жидкости, перемещающихся с перепадом по высоте или с избыточным магистральным давлением.

Известно устройство для нагрева жидкости (см. патент №2270965, МПК F25В 29/00, F24J 3/00 от 03.08.04 г.), принятое за прототип. Устройство для нагрева жидкости содержит неподвижный цилиндрический корпус, имеющий отверстие входного канала, отверстие выходного канала, цилиндрическую полость, внутри которой с зазором установлен с возможностью вращения закрепленный на валу ротор в виде диска с глухими отверстиями, расположенными по периферии в его торцах по окружности, и углублениями, выполненными на цилиндрической поверхности диска.

Недостатком прототипа является необходимость использования в качестве привода электрического, бензинового, дизельного или иного двигателя, что неизбежно предполагает использование невосполнимых источников энергии.

Предлагаемым изобретением решается задача: высокоэффективная выработка тепловой энергии или иного вида энергии за счет использования нетрадиционных источников энергии.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании гидротеплогенератора, не требующего использования силового привода, потребляющего невосполнимые источники энергии и работающего за счет использования естественных (природных) условий или постоянно (длительно) действующих сопутствующих технологических факторов.

Указанный технический результат достигается тем, что в гидротеплогенераторе роторного типа, состоящего из неподвижного цилиндрического корпуса, имеющего отверстие входного канала, отверстие выходного канала, цилиндрическую полость, внутри которой с зазором установлен с возможностью вращения закрепленный на валу ротор в виде диска с глухими отверстиями, расположенными по периферии в его торцах по окружности, и углублениями, выполненными на цилиндрической поверхности диска, новым является то, что гидротеплогенератор не имеет привода, использующего напрямую невосполнимые источники энергии, он дополнительно снабжен вторым неподвижным цилиндрическим корпусом, в цилиндрической полости которого выполнен ротор в виде лопастного турбинного колеса, причем оба ротора установлены на независимых валах, связанных между собой муфтами сцепления, цилиндрические полости неподвижных корпусов гидравлически не связаны между собой, впускной патрубок первого корпуса выполнен в виде струйной форсунки и размещен тангенциально относительно внутренней цилиндрической поверхности первой полости, регулирование теплопроизводительности осуществляется за счет дросселя, установленного перед впускным патрубком первого корпуса, между первым и вторым корпусом, а также между первым корпусом и электрогенератором расположена дополнительная передача, обеспечивающая необходимое число оборотов.

Гидротеплогенератор данного типа не имеет привода, использующего напрямую невосполнимые источники энергии. Крутящий момент от лопастного турбинного колеса передается на ротор с глухими отверстиями на торцевых и цилиндрических поверхностях, расположенный внутри второй полости. Процесс вращения ротора сопровождается в условиях повышенного давления от действия центробежных сил выделением тепловой энергии за счет действия сил трения, резкого изменения направления движения жидкости и кавитационных процессов в зонах глухих отверстий. Подвод жидкости к впускному патрубку первой камеры, где расположено лопастное турбинное колесо, может осуществляться от различных источников.

Во-первых, возможен подвод жидкости от естественного или искусственного источника (реки, канала, водопровода) с перепадом высоты, обеспечивающей необходимое давление столба жидкости, достаточное для раскручивания лопастного турбинного колеса. В данном случае выработанное тепло образуется без затрат электроэнергии, твердого или жидкого топлива.

Во-вторых, функционирование гидротеплогенератора может осуществляться за счет использования избыточного магистрального давления систем централизованного теплоснабжения. В данном случае решается задача по обеспечению энергоресурсами локальных объектов и в целом повышается эффективность систем централизованного теплоснабжения, т.к. в ряде случаев производится невосполнимый сброс теплоносителя.

В-третьих, возможен подвод жидкости с напором, создающимся при движении различных самодвижущихся плавучих средств.

При соответствующем подборе источника, приводящего во вращение лопастное турбинное колесо, гидротеплогенератор обеспечивает эффективный нагрев жидкости и (или) выработку электрической энергии.

Выполнение гидротеплогенератора в виде двух раздельных неподвижных корпусов с цилиндрическими полостями обусловлено необходимостью раздельного размещения лопастного турбинного колеса и диска с глухими отверстиями. Потоки жидкости, перемещающиеся внутри цилиндрических полостей, являются независимыми: лопастное турбинное колесо приводится в движение потоком жидкости под давлением, а диск вращается в полости, через которую перемещается жидкость, циркулирующая по системе отбора тепловой энергии.

Выполнение ротора в первой полости в виде лопастного турбинного колеса обусловлено необходимостью обеспечения вращения жестко закрепленного на валу ротора за счет поступающего под давлением потока жидкости из впускного патрубка в виде струйной форсунки. Лопастное турбинное колесо отбирает энергию от потока жидкости и передает ее на вал.

Выполнение ротора во второй полости в виде диска с глухими отверстиями обусловлено необходимостью обеспечения максимально возможной эффективности нагрева потока жидкости, связанного с системой отбора тепловой энергии. Оба ротора жестко закреплены на независимых валах. Крутящий момент от лопастного турбинного колеса передается на диск с глухими отверстиями при помощи валов, соединенных муфтой сцепления. Таким образом, первую полость можно назвать приводной, а вторую - тепловой.

Муфта сцепления обеспечивает при необходимости прекращение вращения вала второго корпуса, т.е. тепловая полость бездействует. Аналогичная муфта сцепления соединяет вторую сторону вала первого корпуса с валом электрогенератора. Исходя из этого, возможно обеспечение нескольких режимов функционирования гидротеплогенератора:

- к валу первого корпуса (приводная полость) при помощи муфты сцепления присоединен вал второго корпуса (тепловая полость) и вал электрогенератора. Происходит выработка тепловой и электрической энергии;

- при отключении одного из агрегатов производится выработка тепловой или электрической энергии;

- при профилактических работах и ремонте могут быть отключены обе муфты сцепления.

Впускной патрубок первой камеры выполнен в виде струйной форсунки, придающей потоку жидкости значительное ускорение, и размещен тангенциально относительно внутренней поверхности первой цилиндрической полости. Увеличение скоростной составляющей и придание потоку поступающей жидкости окружной составляющей повышает эффективность работы лопастного турбинного колеса, а следовательно, всего гидротеплогенератора в целом.

Выработанная электрогенератором электроэнергия может накапливаться в аккумуляторной батарее и в дальнейшем использоваться для различных нужд или же напрямую использоваться для подключения необходимых электропотребителей различного назначения. В частности, возможно подключение к сети электрогенератора циркуляционного насоса, обеспечивающего прокачивание жидкости в системе теплопотребления.

Регулирование теплопроизводительности и электропроизводительности осуществляется за счет дросселя, установленного перед впускным патрубком первой камеры. При изменении расхода поступающего в приводную полость потока жидкости меняется количество выработанной тепловой и электрической энергии за счет изменения получаемого на валу крутящего момента.

При необходимости между первым и вторым корпусом, а также между первым корпусом и электрогенератором возможна установка дополнительной передачи, обеспечивающей необходимое число оборотов.

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 гидротеплогенератора роторного типа, на фиг.2 - схема корпуса с лопастным турбинным колесом; на фиг.3 - схема корпуса с диском.

Гидротеплогенератор роторного типа состоит из двух неподвижных цилиндрических корпусов 1 и 2. Корпус 1 имеет цилиндрическую полость 3, внутри которой с возможностью вращения на валу 4 жестко закреплен ротор, выполненный в виде лопастного турбинного колеса 5. Вал 4 установлен в подшипниковых опорах 6 и уплотнен сальниками 7. Сальники 7 размещены в камерах 8, которые через отверстия 9 гидравлически соединены с отверстиями 10, связанными с полостью 3. В неподвижном цилиндрическом корпусе 2, имеющем цилиндрическую полость 11, с возможностью вращения на валу 12 жестко закреплен ротор в виде диска 13 с глухими отверстиями 14 и сквозными отверстиями 15. Аналогичные отверстия 14 выполнены на стенках полости 11. Вал установлен в подшипниковой опоре 16 и уплотнен сальником 17. Сальник 17 размещен в камере 18, которая через отверстие 19 гидравлически соединена с отверстием 20, связанным с полостью 11. Впускной патрубок 21 в виде струйной форсунки размещен тангенциально относительно цилиндрической поверхности полости 3 корпуса 1. Выпускной патрубок 22 соединен с полостью 3 и размещен в нижней части корпуса 1. Отверстие входного канала 23 выполнено соосно с валом 12 на торцевой поверхности корпуса 2. Отверстие выходного канала 24 размещено на цилиндрической поверхности корпуса 2 и связано с полостью 11. Вал 4 одной стороной связан посредством муфты сцепления 25 с валом 12, а другой стороной - через муфту сцепления 26 - с валом электрогенератора 27, который подключен к аккумуляторной батарее 28 или циркуляционному насосу 29 системы теплопотребления или к другой полезной нагрузке. Перед впускным патрубком 21 размещен дроссель 30. Перед отверстием входного и выходного канала 23, 24 установлены вентили 31.

Гидротеплогенератор роторного типа работает следующим образом. После заполнения системы теплопотребления и полости 11 включается циркуляционный насос 29 с целью достижения стабильной циркуляции жидкости в системе теплопотребления. Муфта сцепления 25 отключена. Жидкость под давлением через дроссель 30 подается к впускному патрубку 21. Ускоренный поток жидкости от впускного патрубка 21 приводит во вращение лопастное турбинное колесо 5, закрепленное на валу 4, установленном в подшипниковых опорах 6. Поступившая в полость 3 жидкость утилизируется через выпускной патрубок 22. Сальники 7, 17, размещенные в камерах 8, 18, охлаждаются потоком жидкости, циркулирующим через гидравлически связанные между собой отверстия 9 и 10, 19 и 20. Крутящий момент передается при помощи муфты сцепления 25 на вал 12 с диском 13. Жидкость из обратного трубопровода системы теплопотребления циркуляционным насосом 29 подается к отверстию входного канала 23 и далее в полость 11. В полости 11 между диском 13 и ее противоположными поверхностями происходит активный процесс нагрева жидкости. Наиболее эффективно он происходит в зонах глухих отверстий 14. Сквозные отверстия 15 служат для обеспечения поступления жидкости к противоположной стороне диска 13. Отвод жидкости из полости 11 происходит через отверстие выходного канала 24, которая далее поступает в прямой трубопровод системы теплопотребления. Вал 4 при включенной муфте сцепления 26 приводит во вращение электрогенератор 27, который заряжает аккумуляторную батарею 28 или питает циркуляционный насос 29, или же подключен к иной полезной нагрузке.

При необходимости между первым и вторым корпусом, а также между первым корпусом и электрогенератором возможна установка дополнительной передачи, обеспечивающей необходимое число оборотов (на чертеже не показано).

1. Гидротеплогенератор роторного типа, состоящий из неподвижного цилиндрического корпуса, имеющего отверстие входного канала, отверстие выходного канала, цилиндрическую полость, внутри которой с зазором установлен с возможностью вращения закрепленный на валу ротор в виде диска с глухими отверстиями, расположенными по периферии в его торцах по окружности, и углублениями, выполненными на цилиндрической поверхности диска, отличающийся тем, что гидротеплогенератор не имеет привода, использующего напрямую невосполнимые источники энергии, он дополнительно снабжен вторым неподвижным цилиндрическим корпусом, в цилиндрической полости которого выполнен ротор в виде лопастного турбинного колеса, цилиндрические полости неподвижных корпусов гидравлически не связаны между собой, впускной патрубок первого корпуса выполнен в виде струйной форсунки и размещен тангенциально относительно внутренней цилиндрической поверхности первой цилиндрической полости.

2. Гидротеплогенератор по п.1, отличающийся тем, что оба ротора установлены на независимых валах, связанных между собой и валом электрогенератора муфтами сцепления.

3. Гидротеплогенератор по п.1, отличающийся тем, что регулирование теплопроизводительности осуществляется за счет дросселя, установленного перед впускным патрубком первого корпуса.

4. Гидротеплогенератор по п.1, отличающийся тем, что между первым и вторым корпусами, а также между первым корпусом и электрогенератором расположена дополнительная передача, обеспечивающая необходимое число оборотов.