Теплотрубный центробежный нагнетатель



Теплотрубный центробежный нагнетатель
Теплотрубный центробежный нагнетатель

 


Владельцы патента RU 2428587:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) (RU)

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для утилизации вторичных энергоресурсов и низкопотенциальной энергии природных источников, а именно для трансформации тепловой энергии в механическую путем перемещения и нагнетания жидкостей. Нагнетатель содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого расположены испарительная, рабочая и конденсационная камеры 8, 10, 15. Торцевые стенки 2, 3 соединены центральным фитилем 4, покрытым обечайкой 5 с образованием зазоров 6, 7 у стенок 2, 3 и проходящим по центральной оси. В испарительной и конденсационной камерах 8, 15 внутренняя поверхность боковых стенок и торцевых стенок 2, 3 покрыта решеткой 16, выполненной из тонкого слоя пористого материала и соединенной в центре торцевых стенок 2, 3 с центральным фитилем 4. Внутри рабочей камеры 10 устроены коаксиально друг за другом силовые турбины 11, 12, жестко закрепленные к внутренней поверхности ее стенки и наружной поверхности обечайки 5. На наружной поверхности рабочей камеры 10 устроено рабочее колесо 13. Улиткообразный наружный корпус 17, покрывающий рабочее колесо 13 выполнен улиткообразным. Изобретение направлено на повышение эффективности теплотрубного центробежного нагнетателя. 2 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для утилизации вторичных тепловых энергоресурсов и низкопотенциальной тепловой энергии природных источников, а именно для трансформации тепловой энергии в механическую путем перемещения и нагнетания жидкостей.

Известно устройство центробежный насос, содержащий улиткообразный корпус с всасывающим и нагнетательным патрубками и размещенное в корпусе рабочее колесо (SU 931972 А, М кл. F04D 3/00, 1982).

Основными недостатками известного устройства являются невозможность утилизации низкопотенциальных вторичных тепловых энергоресурсов, тепловых ресурсов природных источников, что сужает область применения и снижает его эффективность.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является теплотрубный нагнетатель, который содержит цилиндрический корпус, внутри которого расположены испарительная, рабочая и конденсационная камеры, а торцевые стенки соединены центральным фитилем, покрытым обечайкой с образованием зазоров у них и проходящим по центральной оси, в испарительной и конденсационной камерах внутренняя поверхность боковых стенок и торцевых стенок покрыта решеткой, выполненной из тонкого слоя пористого материала, соединенной в центре торцевых стенок с центральным фитилем, внутри рабочей камеры устроены коаксиально друг за другом силовые турбины, жестко закрепленные к внутренней поверхности ее стенки и наружной поверхности обечайки, на ее наружной поверхности устроен шнек, обойму (наружный корпус), покрывающую шнек, соединенную с цилиндрическим корпусом через кольцевые уплотнения и снабженную всасывающим и нагнетательным патрубками. [Заявка РФ №2009107403/06 (09914), М кл. F01K 17/00, F04D 3/00, 02.03.2009.]

Основными недостатками известного устройства являются невозможность создания в нем напора, необходимого для перекачки и жидкостей, и газов на значительные расстояния, что сужает область его применения и, в конечном счете, снижает его эффективность.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности теплотрубного центробежного нагнетателя.

Технический результат достигается тем, что в теплотрубном центробежном нагнетателе, содержащем цилиндрический корпус, внутри которого расположены испарительная, рабочая и конденсационная камеры, а торцевые стенки соединены центральным фитилем, покрытым обечайкой с образованием зазоров у них и проходящим по центральной оси, в испарительной и конденсационной камерах внутренняя поверхность боковых стенок и торцевых стенок покрыта решеткой, выполненной из тонкого слоя пористого материала, соединенной в центре торцевых стенок с центральным фитилем, внутри рабочей камеры устроены коаксиально друг за другом силовые турбины, жестко закрепленные к внутренней поверхности ее стенки и наружной поверхности обечайки, наружный корпус, соединенный с цилиндрическим корпусом через кольцевые уплотнения и снабженный всасывающим и нагнетательным патрубками, согласно изобретению на наружной поверхности рабочей камеры устроено рабочее колесо, а наружный корпус, покрывающий рабочее колесо, выполнен улиткообразным.

На фиг.1 представлен общий вид предлагаемого теплотрубного центробежного нагнетателя (ТТЦН), на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

ТТЦН содержит цилиндрический корпус 1, в котором внутренние поверхности верхней и нижней торцевых стенок 2 и 3 соединены центральным фитилем 4, проходящим по оси корпуса 1 и покрытым обечайкой 5 с образованием зазоров 6, 7 у верхней и нижней торцевых стенок 2 и 3, по ходу движения пара расположены: испарительная камера 8, внутренняя поверхность боковых стенок и верхней торцевой стенки 2 которой покрыта решеткой 9, выполненной из тонкого слоя пористого материала, соединенная в центре верхней торцевой стенки 2 с центральным фитилем 4, рабочая камера 10, внутри которой устроены коаксиально друг за другом силовые турбины 11, 12, жестко закрепленные периферийными и внутренними кромками лопастей к внутренней поверхности стенки рабочей камеры 10 и наружной поверхности обечайки 5 по нормали к ним, рабочее колесо 13 с лопатками 14, жестко закрепленное к наружной поверхности рабочей камеры, конденсационная камера 15, внутренняя поверхность боковых стенок и нижней торцевой стенки 3 которой покрыта решеткой 16, выполненной из тонкого слоя пористого материала и соединенной в центре нижней торцевой стенки 3 с центральным фитилем 4, улиткообразный наружный корпус 17, покрывающий рабочее колесо 14, прикрепленное к наружной поверхности рабочей камеры 10, соединенный с цилиндрическим корпусом 1 через кольцевые уплотнения 18 и снабженный всасывающим 19 и нагнетательным 20 патрубками.

Предлагаемый ТТЦН работает следующим образом. Перед началом работы из камер 8, 10, 15 ТТЦН удаляют воздух и заполняют центральный фитиль 4, пористый материал решеток 9, 16 рабочей жидкостью, которую выбирают в зависимости от температурного потенциала холодной и горячей сред (штуцера для удаления воздуха и подачи рабочей жидкости на фиг.1-2 не показаны), после чего ТТЦН устанавливают таким образом, чтобы испарительная камера 8 контактировала с горячей средой, а конденсационная камера 15 с холодной средой и жестко фиксируют корпус 17. В результате нагрева испарительной камеры 8 (теплообменная поверхность которой увеличена по сравнению с известным устройством за счет использования в процессе теплообмена, наряду с поверхностью верхнего торца 2 верхней части поверхности цилиндрической стенки корпуса 1) происходит интенсивное испарение рабочей жидкости с ее внутренней поверхности, причем пористый материал решетки 9 предотвращает образование паровой пленки на внутренней поверхности камеры 8 и, таким образом, интенсифицирует процесс испарения [Тепловые трубы и теплообменники: от науки к практике. Сборник научн. тр. - М.: 1990, с.22], образуется пар, который в результате вращения цилиндрического корпуса 1 за счет центробежной силы освобождается от уносимых капель рабочей жидкости, поглощаемых пористым материалом решетки 9 на боковой стенке камеры 8, которая снова транспортирует их в зону испарения. Очищенный пар поступает в рабочую камеру 10 на лопатки последовательно расположенных силовых турбин 11, 12, вращает цилиндрический корпус 1 и, соответственно, сообщает вращательное движение рабочему колесу 13. В результате вращения рабочего колеса 14 в полость между лопатками 13 и корпусами 1 и 17 из всасывающего патрубка 19 поступает перемещаемая жидкость, в которой за счет центробежной силы создается требуемое давление и через нагнетательный патрубок 20 подается в напорный трубопровод (не показан) и далее к потребителю. В рабочей камере 10 происходит изоэнтропное теплопадение пара с одновременным снижением его температуры и давления [И.Н. Сушкин. Теплотехника. - М.: Металлургия, 1973, с.331], после чего отработавший мятый пар поступает в конденсационную камеру 15, конденсируется там за счет контакта наружной поверхности камеры 15 с холодной средой, после чего образовавшийся конденсат рабочей жидкости всасывается пористым материалом решетки 16, которая увеличивает скорость движения конденсата к фитилю 4 и под воздействием капиллярных сил [В.В. Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. - Минск: Выш. школа, 1988, с.106] по фитилю 4 поступает в испарительную камеру 8. В камере 8 рабочая жидкость по решетке 9 распределяется по ее внутренней поверхности, происходит вышеописанный процесс испарения, после чего образовавшийся пар освобождается от капель рабочей жидкости и далее цикл повторяется.

Таким образом, предлагаемый ТТЦН обеспечивает возможность транспортировки жидкостей (газов) и создания в них давления за счет утилизации вторичных тепловых энергоресурсов различного потенциала (энергии сбросных вод, отходящих газов и т.д.), тепловых ресурсов природных источников (энергии солнца, воды и т.д.), что обеспечивает его высокую эффективность.

Теплотрубный центробежный нагнетатель, содержащий цилиндрический корпус, внутри которого расположены испарительная, рабочая и конденсационная камеры, а торцевые стенки соединены центральным фитилем, покрытым обечайкой с образованием зазоров у них и проходящим по центральной оси, в испарительной и конденсационной камерах внутренняя поверхность боковых стенок и торцевых стенок покрыта решеткой, выполненной из тонкого слоя пористого материала, соединенной в центре торцевых стенок с центральным фитилем, внутри рабочей камеры устроены коаксиально друг за другом силовые турбины, жестко закрепленные к внутренней поверхности ее стенки и наружной поверхности обечайки, наружный корпус, соединенный с цилиндрическим корпусом через кольцевые уплотнения и снабженный всасывающим и нагнетательным патрубками, отличающийся тем, что на наружной поверхности рабочей камеры устроено рабочее колесо, а наружный корпус, покрывающий рабочее колесо, выполнен улиткообразным.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано, в том числе в ракетной технике. .

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в том числе в ракетной технике. .

Изобретение относится к насосостроению. .

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в том числе в ракетной технике. .

Изобретение относится к насосостроению. .

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано преимущественно для перекачки жидкостей в жидкостных ракетных двигателях. .

Изобретение относится к насосостроению. .

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано, в том числе, в ракетной технике. .

Изобретение относится к насосостроению. .

Изобретение относится к насосостроению. .

Изобретение относится к насосостроению

Изобретение относится к насосостроению

Изобретение относится к области гидромашиностроения в части возобновляемых источников энергии и может найти применение в системах и установках водоснабжения, орошения, осушки, увеличения напора на микро- и мини-ГЭС, накопления воды в судовых шлюзах

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к области лопаточных машин, и может быть использовано в турбонасосных агрегатах жидкостных ракетных двигателей и ядерных ракетных двигателей

Изобретение относится к турбонасосостроению. Турбонасосный агрегат содержит турбинный узел c корпусами подвода и отвода рабочего тела, сопловым аппаратом, одноступенчатой турбиной. Агрегат содержит насосный узел со шнекоцентробежным рабочим колесом. Корпус подвода рабочего тела снабжен коллектором, включающим осесимметричную герметичную кольцевую оболочку. Большая часть оболочки имеет форму типа продольно усеченного фрагмента тора или тороида. Лопатки рабочего колеса турбины выполнены выпукло-вогнутыми по ширине, радиальной высотой 0,05÷0,25 радиуса диска колеса турбины. Толщина лопатки принята переменной в направлении вектора потока рабочего тела с максимумом в средней части хордовой ширины лопатки. Хордовая ширина лопатки в проекции на условную хордовую плоскость, соединяющую заходную и выходную боковые кромки лопатки, не превышает радиальную высоту лопатки. Межлопаточный канал выполнен конфузорно-диффузорным в направлении вектора потока пара с максимальным сужением площади поперечного проходного сечения, определяемой в зоне максимальной толщины лопаток. Общее количество лопаток колеса турбины в 2,6÷34,4 раза превышает количество сопел в сопловом аппарате. Изобретение направлено на повышение ресурса работы агрегата, надежности, эффективности перекачивания, компактности и кпд при одновременном снижении материалоемкости. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к турбонасосостроению. Турбинный узел агрегата включает корпус подвода рабочего тела - пара, сопловый аппарат с наклонными соплами, турбину, имеющую вал с рабочим колесом, и расположенный за турбиной по потоку пара корпус отвода отработанного пара. Корпус подвода пара снабжен коллектором, включающим осесимметричную кольцевую оболочку, имеющую форму усеченного фрагмента тора или тороида. Рабочее колесо турбины выполнено не менее чем из одного диска с лопатками. Лопатки выполнены по ширине выпукло-вогнутыми, радиальной высотой, составляющей (0,05÷0,25) радиуса диска. Толщина лопатки переменна в направлении потока пара с максимумом в средней части хордовой ширины лопатки. Хордовая ширина лопатки в проекции на условную хордовую плоскость, соединяющую заходную и выходную боковые кромки лопатки, не превышает радиальную высоту лопатки. Сопла выполнены в диске в количестве 8÷15 и продольными осями радиально эквидистантно удалены от оси турбины и разнесены по условной окружности на равные углы, определенные в диапазоне (24÷45)°. Общее количество лопаток в 2,6÷34,4 раз превышает количество сопел. Изобретение направлено на повышение ресурса, надежности и эффективности работы турбинного узла при одновременном снижении материалоемкости и повышении компактности узла. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится к турбонасосостроению. Турбонасосный агрегат содержит турбинный, опорный и насосный узлы. Турбинный узел включает корпусы подвода и отвода пара, сопловый аппарат и одноступенчатую турбину. Насосный узел включает корпус насоса, шнекоцентробежное рабочее колесо и автомат осевой разгрузки ротора. Колесо выполнено в виде объединенных шнека и многозаходного центробежного колеса закрытого типа. Лопатки последнего выполнены различной длины и переменной высоты по длине, убывающей к выходу из колеса с соблюдением условия квазиравенства площади поперечного сечения на входе в межлопаточный канал. Число лопаток и межлопаточных каналов на выходе кратно, не менее чем в два раза превышает число лопаток и каналов на входе. Шнек выполнен многозаходным со спиральными лопастями и пустотелым валом, снабжен плавным расширением в зоне перехода канала шнека в многозаходный канал центробежного колеса. Лопасти шнека выполнены с переменными радиусом и/или шагом спиральной закрутки и имеют определенный средний градиент нарастания шага закрутки. Группа изобретений направлена на повышение ресурса, надежности работы агрегата и эффективности перекачивания различных жидких сред потребителю при одновременном снижении материалоемкости и повышении компактности и КПД агрегата. 2 н. и 17 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к турбонасосостроению. Турбонасосный агрегат содержит турбинный узел, включающий корпуса подвода и отвода пара, сопловый аппарат и турбину. Агрегат содержит насосный узел, включающий корпус со шнекоцентробежным рабочим колесом закрытого типа. Корпус насоса включает корпуса входа и отвода и уступообразный тыльный кольцевой элемент, образующие совместно проточную полость для размещения колеса и автомата осевой разгрузки ротора. Лопатки колеса выполнены различной длины и переменной высоты по длине, убывающей к выходу из колеса с соблюдением условия квазиравенства площади поперечного сечения на входе в межлопаточный канал. Число лопаток на выходе кратно, не менее чем в два раза превышает число лопаток на входе. Активный объем динамического заполнения совокупности межлопаточных каналов колеса равен (4,7÷45)×10-5 м3/об перекачиваемой среды. Спиральный отвод насосного узла выполнен в виде двухзаходной улитки с разностью площадей выходного и входного сечений каналов, отнесенной к длине канала, с градиентом расширения по ходу закрутки, принятым из условия квазиравенства скоростей потоков в каждом канале улитки. Изобретение направлено на повышение ресурса, компактности, КПД, надежности работы агрегата и эффективности перекачивания сред при одновременном снижении материалоемкости. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 ил.

Группа изобретений относится к турбонасосостроению. Корпус насоса включает корпусы входа и отвода перекачиваемой среды и уступообразный тыльный кольцевой элемент, образующие совместно проточную полость для размещения шнекоцентробежного рабочего колеса закрытого типа и автомата осевой разгрузки ротора. Лопатки колеса выполнены различной длины и переменной высоты по длине, убывающей к выходу из колеса с соблюдением условия квазиравенства площади поперечного сечения на входе в межлопаточный канал. Число лопаток и на выходе кратно, не менее чем в два раза превышает число лопаток на входе в рабочее колесо. Активный объем динамического заполнения совокупности межлопаточных каналов колеса выполнен с возможностью выброса на проток за один оборот рабочего колеса (4,7÷45)×10-5 м3/об перекачиваемой среды. Автомат осевой разгрузки содержит сопряженные кольцевые пяту и поясок, образующие торцевое щелевое уплотнение. Уплотнение обеспечивает саморегулируемый переток перекачиваемой среды из зоны высокого в зону низкого давления через перепускные отверстия в основном диске и создает пульсирующее изменение усилия осевой разгрузки ротора. Группа изобретений направлена на повышение ресурса, надежности, компактности и эффективности работы насосного узла и автомата осевой разгрузки при одновременном снижении материалоемкости. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к турбонасосостроению. Турбонасосный агрегат содержит турбинный узел, включающий корпус подвода пара, сопловый аппарат с наклонными конфузорно-диффузорными соплами, турбину, имеющую вал с рабочим колесом, и расположенный за турбиной по потоку корпус отвода отработанного пара. Корпус подвода пара снабжен подводящим патрубком и коллектором, включающим осесимметричную кольцевую оболочку, большая часть которой имеет форму фрагмента тора или тороида. Коллектор присоединен к диску соплового аппарата. Сопла аппарата выполнены в диске в количестве 8÷15, продольными осями радиально эквидистантно удалены от оси турбины и разнесены по окружности на равные углы, определенные в диапазоне (24÷45)°. Продольная ось каждого сопла расположена в условной плоскости, параллельной оси вала турбины, нормально радиусу и наклонена в указанной плоскости под углом к условной плоскости диска в направлении, противоположном вектору вращения рабочего колеса турбины под углом (12÷25)°. Насосный узел агрегата включает корпус насоса со шнекоцентробежным рабочим колесом. Изобретение направлено на повышение ресурса работы, компактности, КПД и надежности агрегата и эффективности перекачивания сред при одновременном снижении материалоемкости. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх