Тепловой генератор для нагревания жидкостей
Изобретение относится к области теплотехники и предназначено для использования в системах отопления, горячего водоснабжения, а также для разогрева вязких жидкостей в различных технологических процессах. Задача изобретения состоит в повышении КПД, надежности и снижения шумности. Для решения задачи предложен тепловой генератор, содержащий электродвигатель и нагревательный блок, включающий в себя цилиндрический корпус с двумя крышками, верхней и нижней, установленными внутри корпуса соосно с образованием зазора двумя колесами, одно из которых - подвижное - для создания движения жидкости путем вращения и одно неподвижное. Электродвигатель размещен вертикально, выполнен фланцевым, низкооборотным и соединен через переходное кольцо с нагревательным блоком, подвижное колесо выполнено из радиально установленных сопел, снабженных разрезом в форме щели вдоль оси со стороны, обращенной к неподвижному колесу, снабженных тормозными пластинами, размещенными перед выходом каждого сопла, и обрамленных наружным кольцом, имеющим в поперечном сечении форму равностороннего угольника, неподвижное колесо жестко закреплено на нижней крышке через подставки и конусное кольцо и выполнено с отверстиями в основании между прямоугольными ребрами вблизи конусного кольца. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области теплотехники и предназначено для использования в системах отопления горячего водоснабжения, а также для разогрева вязких жидкостей в различных технологических процессах.
Предлагаемая конструкция теплового генератора позволяет разогревать жидкость за счет вязкого трения при малых оборотах привода теплового генератора.
По уровню техники известен вихревой тепловой генератор, раскрытый в описании к патенту RU 2282114 С2, опубликованном 2006.08.20, МПК-7 F24J 3/00, предназначенный для нагрева жидкости. Генератор содержит закрытое лопастное колесо, выход которого перекрыт ободом, снабженным дросселирующими каналами в виде пазов (отверстий и щелей), выбрасывающими жидкость с большой скоростью в тангенциальном направлении под заданным углом к вектору угловой скорости в расположенные с торцов рабочего колеса тороидальные вихревые камеры, сообщенные через дополнительные дросселирующие каналы с входной зоной лопаток рабочего колеса.
Недостатком указанного устройства является высокая скорость вращения лопастного колеса, необходимая для создания давления перед дросселирующими каналами и обеспечения центробежного ускорения вытекающему из дросселирующих каналов потоку жидкости, а также высокая шумность работы.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению относится тепловой генератор для нагревания жидкости, раскрытый к описанию изобретения к патенту RU 2280824 С1, опубликованному 27.07.2006, МПК-7 F24J 3/00.
Тепловой генератор для нагревания жидкостей включает в себя по меньшей мере одно средство для движения жидкости в виде оребренных колес, расположенных соосно с образованием зазора между их торцевыми поверхностями с ребрами. Первое оребренное колесо установлено с возможностью вращения под действием привода, а второе неподвижно. Между ребрами на равном расстоянии от них установлены малые ребра толщиной, равной толщине основного ребра. На поверхности подвижного колеса равномерно по окружности на минимально возможном от свободного конца малого ребра расстоянии выполнено по меньшей мере по одному отверстию.
Недостатком указанной конструкции является необходимость установки достаточно толстых ребер в колесах, что утяжеляет конструкцию вращающегося колеса и усложняет его балансировку, шумность при работе генератора из-за хаотичной турбулентности жидкости на прямоугольных ребрах и недостаточная надежность при непрерывной работе генератора из-за перегрева переднего подшипника электродвигателя, а также необходимость изменения конструктивных параметров колес при изготовления конструкций различной мощности.
Задача изобретения состоит в повышении КПД, надежности и снижении шумности в работе теплового генератора, а также унификации блоков теплового генератора для изготовления конструкций различной мощности без изменения параметров основных конструктивных элементов.
Технический результат достигнут уменьшением скорости вращения рабочего колеса блока теплового генератора и увеличением поверхности трения за счет применения разгона жидкости в конусных соплах многократной циркуляцией жидкости в корпусе теплового генератора между наружной и внутренней полостями рабочего и неподвижного колеса, а также формированием пакетов из блоков теплового генератора.
Для решения задачи изобретения предложен тепловой генератор, содержащий электродвигатель и нагревательный блок, включающий в себя цилиндрический корпус с двумя крышками, верхней и нижней, установленными внутри корпуса соосно с образованием зазора двумя колесами, одно из которых - подвижное - для создания движения жидкости путем вращения и одно неподвижное. Электродвигатель размещен вертикально, выполнен фланцевым, низкооборотным и соединен через переходное кольцо с нагревательным блоком, подвижное колесо выполнено из радиально установленных сопел, снабженных разрезом в форме щели вдоль оси со стороны, обращенной к неподвижному колесу, снабженных тормозными пластинами, размещенными перед выходом каждого сопла, и обрамленных наружным кольцом, имеющим в поперечном сечении форму равностороннего угольника, неподвижное колесо жестко закреплено на нижней крышке через подставки и конусное кольцо и выполнено с отверстиями в основании между прямоугольными ребрами вблизи конусного кольца.
Для повышения мощности и эффективности теплового генератора к вертикально расположенному фланцевому электродвигателю присоединено два и более нагревательных блоков, подвижные колеса которых установлены на общей оси.
Повышение КПД теплового генератора достигнуто также тем, что электродвигатель выполнен с системой водяного охлаждения, из которой жидкость поступает в нагревательный блок.
Предложенное техническое решение поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 показан общий вид теплового генератора с разрезами.
На фиг.2 показан сектор подвижного колеса с продольными соплами.
На фиг.3 показан сектор неподвижного колеса.
На фиг.4 показан тепловой генератор с двумя нагревательными блоками.
На фиг.5 показана схема последовательного подключения системы охлаждения электродвигателя и теплового генератора.
Показанный на фиг.1 тепловой генератор включает цилиндрический корпус 3, верхнюю крышку 4 с выходным патрубком 14 с отверстием для прохода вала двигателя и установки торцевого уплотнения 18 с переходным кольцом 2 между фланцем электродвигателя и верхней крышкой 4, нижнюю крышку 5 с отверстием для входного патрубка 13, рабочее вращающееся колесо, собранное из радиально расположенных конусных сопел 8. С нижней стороны колеса вдоль боковой стенки сопел по радиусу прорезаны отверстия-щели 16 (Фиг.2) в форме трапеции. К ободу сопел жестко крепится наружное кольцо колеса 10, имеющее в поперечном сечении форму равностороннего угольника. Сопла соединены между собой пластинами 17 в форме трапеции, повторяющими форму щели сопла. Перед выходными отверстиями сопел на внутренней стороне колеса установлены перекрестные тормозные пластины 11. На фиг.3 представлено неподвижное колесо 19 в форме плоского цилиндра с одной крышкой, жестко закрепленной на внутренней стороне нижней крышки 5 нагревательного блока теплового генератора через подставки 20, обеспечивающие зазор между основанием неподвижного колеса и нижней крышкой 5. Внутри полости установлены радиальные ребра 9 на расстоянии, равном размеру щели сопел подвижного колеса. Ребра имеют прямоугольную форму, жестко крепятся к основанию и внутреннему конусному кольцу 7 колеса. На внутренней стороне плоского цилиндра колеса между ребрами жестко крепятся перекрестные прямоугольные пластины 12. В каждом секторе межу ребрами в крышке диска со стороны внутреннего кольца просверлено отверстие 22. В центре неподвижного колеса установлено кольцо 7 в форме конуса, жестко закрепленное на внутренней стороне нижней крышки 5 блока теплового генератора, через которое от входного патрубка 13 поступает жидкость в нагревательный блок. К нижней крышке крепится опора 6 для установки теплового генератора на основание. На верхнюю крышку через переходное кольцо вертикально устанавливается фланцевый электродвигатель 1.
На фиг.4 в варианте устройства теплового генератора из последовательно собранных блоков, неподвижные колеса закреплены в каждом блоке на нижней крышке 5 через подставки 20, а вращающиеся рабочие колеса установлены на общей оси 21, закрепленной на оси электродвигателя. Торцевое уплотнение 18, переходное кольцо 2 и выходной патрубок 14, при этом, выполнены в первом блоке теплового генератора, а входной патрубок 13 - на последнем нижнем блоке, установленном на опоре. На фиг.5 показан вариант схемы устройства теплового генератора с фланцевым двигателем водяного охлаждения 23, когда подача жидкости в тепловой генератор выполнена через входной патрубок 24 охлаждения двигателя и последовательным соединением системы охлаждения электродвигателя 23 и системы нагрева жидкости теплового генератора через входной патрубок 13.
Осуществление задачи изобретения достигнуто использованием в качестве активных элементов во вращающемся рабочем колесе конусных сопел, расположенных вдоль радиуса вращения, имеющих по продольной оси щелевое отверстие, через которое жидкость под действием торможения лопастями неподвижного колеса нагнетается со скоростью вращения рабочего колеса.
В результате векторного сложения скорости течения жидкости, подающейся под давлением и центробежным ускорением из входного отверстия сопла 15 (фиг.1), и скорости жидкости, поступающей через щелевое отверстие 16 (фиг.2) в сопло под напором силы вращения рабочего колеса, создается вихревое течение жидкости со скоростью, превышающей линейную скорость вращения на внешней стороне рабочего колеса. В процессе вязкого трения жидкости, вращающейся в сопле, выделяется тепловая энергия, которая поглощается жидкостью. В результате торможения потока жидкости, выходящего из сопла на тормозных пластинах 11, происходит замедление движения жидкости, вследствие чего кинетическая энергия жидкости преобразуется в тепловую энергию. Подогретая жидкость с центробежным ускорением выбрасывается в корпус генератора через щель между неподвижным колесом и вращающимся рабочим колесом, создавая за пределами колес в корпусе генератора избыточное давление. В зоне же, прилегающей к оси рабочего и неподвижного колеса, создается пониженное давление. За счет разности давлений создается циркуляция жидкости через отверстия 22 в крышке 19 неподвижного колеса, что повышает эффективность нагревания жидкости за время ее пребывания в корпусе теплового генератора. В неподвижном колесе отверстия просверливаются в секторе между ребрами со стороны кольца 7.
Для тепловых генераторов более высокой мощности блоки теплового генератора собраны в пакет из двух и более блоков, а все рабочие колеса в пакете размещаются на общей оси, при этом, выходной патрубок, переходное кольцо и торцевое уплотнение устанавливаются только на верхней крышке генератора, примыкающего к электродвигателю, а входной патрубок - на последнем нижнем блоке теплового генератора, который ставится на опоры.
Для повышения КПД теплового генератора предпочтительным вариантом является применение электродвигателя с водяным охлаждением с последовательным подключением системы охлаждения электродвигателя в систему нагрева жидкости теплового генератора.
Предложенное изобретение во всех вариантах может быть реализовано на практике с использованием стандартного промышленного оборудования, применяемого при обработке металлов и пластмасс. Уплотнительные элементы, средства крепежа, а также прочие вспомогательные элементы, необходимые для сборки предложенного теплового генератора, устанавливаются в соответствии с разрабатываемыми рабочими чертежами устройства.
1. Тепловой генератор для нагревания жидкостей, содержащий электродвигатель и нагревательный блок, включающий в себя цилиндрический корпус с двумя крышками, верхней и нижней, установленными внутри корпуса соосно с образованием зазора двумя колесами, одно из которых подвижное для создания движения жидкости путем вращения и одно неподвижное, отличающийся тем, что электродвигатель размещен вертикально, выполнен фланцевым, низкооборотным и соединен через переходное кольцо с нагревательным блоком, подвижное колесо выполнено из радиально установленных сопел, снабженных разрезом в форме щели вдоль оси со стороны, обращенной к неподвижному колесу, снабженных тормозными пластинами, размещенными перед выходом каждого сопла, и обрамленных наружным кольцом, имеющим в поперечном сечении форму равностороннего угольника, неподвижное колесо жестко закреплено на нижней крышке через подставки и конусное кольцо и выполнено с отверстиями в основании между прямоугольными ребрами вблизи конусного кольца.
2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что к вертикально расположенному фланцевому электродвигателю присоединены два и более нагревательных блоков, подвижные колеса которых установлены на общей оси.
3. Тепловой генератор по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что электродвигатель выполнен с системой водяного охлаждения, из которой жидкость поступает в нагревательный блок.
