Центробежно-вихревой тепломассообменник (цвт)



Центробежно-вихревой тепломассообменник (цвт)
Центробежно-вихревой тепломассообменник (цвт)
Центробежно-вихревой тепломассообменник (цвт)
Центробежно-вихревой тепломассообменник (цвт)

 


Владельцы патента RU 2435120:

Зимин Борис Алексеевич (RU)

Ценробежно-вихревой тепломассообменник (ЦВТ) относится к области энергетики. Он может использоваться в качестве бойлера для контактного нагрева воды паром и в качестве нагревателей других жидкостей (в том числе и загрязненных и неоднородных) в микробиологической, пищевой, химической, нефтяной и других промышленностях. В ценробежно-вихревом тепломассообменнике для нагрева жидкости паром, имеющем корпус круглого сечения, с торцевыми крышками, внутри которого имеются входная камера жидкости, завихривающая камера тепломассообмена, выходная камера, имеющая подводящий и отводящий патрубки жидкости, как минимум одна паровая камера вокруг завихривающей камеры тепломассообмена, с подводящим паропроводом, с тангенциальными соплами, соединяющими паровую камеру с камерой тепломассообмена, по оси завихривающей камеры тепломассообмена и выходной камеры установлен цилиндр меньшего диаметра, выполненный сплошным или в виде трубы. Технический результат - уменьшения шума, возникающего при контакте пара с водой за счет термоударов (гидроударов). 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в качестве центробежно-вихревого тепломассообменника - ЦВТ (бойлера для контактного нагрева воды паром), а также для нагрева технологических жидкостей, например в микробиологической, пищевой, химической, нефтяной и других промышленностях. В определенных режимах давление жидкости на выходе из аппарата будет больше давления на входе, и он может выполнять функцию парового кинетического насоса (инжектора или эжектора), при остановленном центробежном насосе (совмещать функции бойлера и насоса).

Известны и нашли применение струйные тепломассообменники, в которых нагрев воды происходит при непосредственном контакте ее с паром. Пар достигает звуковой скорости, смешивается с водой, образуя гомогенную двухфазную смесь. Затем пар конденсируется. Давление воды на выходе из аппарата может при определенных условиях быть выше давления пара и давления воды па входе в аппарат.

Таков аппарат, называемый "Транссоник" (см. патент России №2016261). Недостатком этого аппарата является то, что пар инжектирует воду и его давление должно значительно превышать давление воды, кроме того - сильный шум, недостаточная глубина регулирования нагрузок по расходу пара и воды (практически может работать только па номинальной нагрузке). Как самостоятельный кинетический насос никогда не используется (всегда с электронасосом). Он имеет недостаточно большую производительность, поэтому на одну систему отопления приходится ставить несколько аппаратов. У этих аппаратов небольшой КПД использования энергии пара (не более 8%).

Более эффективными являются центробежно-вихревые тепломассообменники.

В качестве прототипа выбран «кинетический насос-тепломассообменник», защищенный патентом РФ №2210043. Он имеет широкий диапазон регулирования тепловой нагрузки от (0 до 100%). Испытан в качестве сетевого подогревателя при расходах воды 500 м3/ч и тепловой нагрузке 10 Гкал/ч и в качестве небольших бойлеров. Преимущества: 1. Малая стоимость в сочетании с широким диапазоном регулирования нагрузок и высокой маневренностью; 2. Нулевое сопротивление по потоку воды даже при низком давлении пара (давление пара при испытаниях превышало давление воды на 0,1 кгс/см2), что дает экономию электроэнергии на перекачку воды электронасосом (при превышении давления пара над давлением воды на 3-5 кгс/см2 давление воды за аппаратом будет превышать давление воды перед аппаратом за счет использования кинетической энергии пара); 3. Не боится плохого качества нагреваемой жидкости; 4. Неограниченный срок службы и практически «нулевые» ремонтные затраты.

Недостатком прототипа является повышенный уровень шума в аппаратах больших типоразмеров при низкой температуре поступающей воды (ниже 70°С), малом превышении давления пара над давлением воды (при испытании малых аппаратов, при достаточном давлении пара и температуре 70°С - шум отсутствовал). Причиной шума являются термоудары (гидроудары), когда струи пара, не успев быстро сконденсироваться, попадают в центр аппарата, образуя паровой жгут (пузырь) по оси аппарата, который конденсируется с шумом. Конденсация мелких пузырьков пара всегда происходит практически без шума.

Целью настоящего изобретения является снижение уровня шума при любых режимах работы (даже при низкой температуре воды и малых скоростях пара в соплах).

Указанная цель достигается тем, что в известном тепломассообменном аппарате, имеющем корпус круглого сечения, с подводящим и отводящим жидкостепроводами, внутри которого последовательно расположены входная камера, камера тепломассообмена между паром и жидкостью меньшего диаметра, выходная камера большего диаметра, чем камера тепломассообмена, как минимум одна паровая камера вокруг камеры тепломассообмена, с подводящим паропроводом и с тангенциальными паровыми соплами, соединяющими паровую камеру с камерой тепломассообмена, с лопаточными устройствами, перепускающими жидкость с большего радиуса на меньший (лопаточное устройство расположено во входной камере и пристыковано к камере тепломассообмена, второе лопаточное устройство может быть расположено в выходной камере перед отводящим трубопроводом, если он соединен с задней торцевой крышкой), по оси тепломассообменной и выходной камер установлен цилиндр меньшего диаметра (сплошной или полый в виде трубы).

Установка по оси тепломассообменной камеры цилиндра препятствует образованию парового жгута (парового пузыря большого объема) и схлопыванию большого объема пара, приводящего к термоударам (гидроударам) и к сильному шуму.

На фиг.1 изображен продольный разрез центробежно-вихревого тепломассообменника (ЦВТ), выполненного в одноступенчатом (однокорпусном) варианте.

На фиг.2 - поперечный разрез ЦВТ по лопаточному устройству перепуска жидкости с большего радиуса на меньший.

На фиг.3 - продольный разрез центробежно-вихревого тепломассообменника (ЦВТ), выполненного в многоступенчатом (двухступенчатом) варианте.

На фиг.4 - продольный разрез упрощенного варианта одноступенчатого ЦВТ с тангенциальным подводом жидкости к входной камере корпуса и тангенциальным отводом нагретой жидкости из выходной камеры (без лопаточного устройства).

Однокорпусный аппарат ЦВТ (фиг.1, 2) имеет пустотелый цилиндрический корпус 1 в виде обечайки, переднюю 2 (верхнюю при вертикальной установке аппарата) и заднюю 3 (нижнюю) торцевые крышки, патрубки подвода жидкости 4 (всасывающий патрубок) и патрубок отвода жидкости от аппарата 5, присоединенные соответственно к передней и к задней крышкам, входную камеру 6, теломассообменную камеру 7 (она же завихривающая камера) и выходную камеру 8, цилиндр 9 по оси камер 7 и 8, патрубки подвода пара 10, кольцевую паровую камеру 11 (одну или несколько), тангенциальные сопла 12, соединяющие камеру 11 с камерой 7 (абсолютной тангенциальности достигнуть очень трудно, и сопла располагаются под острым углом к радиусу), лопаточное устройство для перепуска жидкости с большего радиуса на меньший, имеющее диск 13 и лопатки 14. На входе в камеру 7 может быть установлена шайба 15 (кольцевая перегородка), а диск может крепиться к корпусу при помощи креплений 16 (при наличии шайбы 15 и при тангенциальном присоединении входного патрубка 4 к входной камере 6, аппарат может работать и без лопаточного аппарата 13, 14, но с несколько меньшим повышением давления нагреваемой жидкости). Установка лопаточного устройства в выходной камере также необязательна, если выходной патрубок 5 присоединить тангенциально к выходной камере 8.

Многокорпусный аппарат ЦВТ (фиг.3) отличается только тем, что тепломассообменная камера аппарата второй ступени присоединена к выходной камере аппарата первой ступени через лопаточное устройство, а тепломассообменная камера аппарата третьей ступени присоединена к выходной камере аппарата второй ступени, и так далее.

Упрощенный вариант ЦВТ (фиг.4) отличается тем, что подводящий патрубок нагреваемой жидкости присоединен тангенциально входной камере, между входной камерой и камерой тепломассообмена имеется шайба, отводящий патрубок нагретой жидкости также присоединен тангенциально к выходной камере и в нем отсутствуют лопаточные аппараты 13, 14.

Работа аппарата ЦВП осуществляется следующим образом. Нагреваемая вода или другая технологическая жидкость (даже загрязненная) подается во входную камеру 6 через патрубок 4, присоединенный к передней торцевой крышке 2 (фиг.1, 3), или через патрубок 4 (фиг.4), присоединенный тангенциально к камере 6. Далее жидкость попадает в лопаточное устройство для перепуска жидкости с большего радиуса закрутки на меньший, состоящий из диска 13 и лопаток 14. Пространство между лопатками 14, диском 13 и стенкой камеры 11 представляет собой сужающиеся сопла, направляющие жидкость от периферии к центру с небольшой закруткой. Кольцевое пространство после этих сопел соединено с камерой тепломассообмена. Попадая в камеру тепломассообмена 7, жидкость контактирует со струями пара, выходящими тангенциально потоку вращающейся жидкости, которые и раскручивает ее, увеличивая многократно скорость вращения жидкости. Энергия вращения жидкости передается в центральную часть лопаточного устройства и эжектирует жидкость из камеры 6. Лопаточный аппарат препятствует передачи энергии вращения жидкости из камеры 7 в камеру 6 (чем больше скорость вращения жидкости в камере 6, тем больше давление на стенки камеры, тем больше противодавление входящему потоку жидкости, тем меньше повышение давления жидкости на выходе из аппарата, тем меньше способность аппарата работать как кинетический насос). Раскрученный до большой скорости поток жидкости выходит из камеры 7 в камеру 8, увеличивая радиус закрутки. Согласно закону сохранения момента количества движения с увеличением радиуса закрутки скорость вращения жидкости падает, а давление возрастает. Можно отводить нагретую жидкость с повышенным давлением через патрубок 5, тангенциально присоединенный к камере 8, и можно отводить через лопаточное устройство (13, 14) и через патрубок 5, присоединенный соосно к крышке 3. Аппарат по фиг.1 обеспечивает больший подъем давления жидкости, чем аппарат по фиг.4. Цилиндр 9 препятствует пару простреливать слой воды и образовывать вращающийся паровой жгут по оси аппарата. Пар обтекает цилиндр 9 тонким слоем, что многократно уменьшает силу гидроударов при конденсации пара. Наличие нескольких подводящих патрубков пара позволяет сохранять скорость и кинетическую энергию пара при уменьшенных нагрузках за счет отключения части патрубков, что способствует увеличению давления жидкости на выходе из аппарата. Если на аппарате установлен один паровой патрубок, то максимальное увеличение давления жидкости можно получить только на максимальной нагрузке. Для использования аппарата только как бойлера количество патрубков 10 не имеет значения. Скорость вращения воды в камере 8 имеет свое оптимальное значение (при малой скорости недостаточен прирост давления жидкости, при большой - возрастают потери на трение). Чтобы иметь значительное повышение давления жидкости, необходимо выполнить аппарат двух- или более ступенчатым (см. фиг.3). Из выходной камеры 8 первой ступени нагретая жидкость с повышенным давлением поступает во вторую аналогичную ступень через лопаточное устройство 14а, где дополнительно нагревается и повышает давление, и так далее.

Наличие цилиндра по оси аппарата предотвращает образование парового жгута по центру аппарата (паровой полости достаточно большого объема) и предотвращает термоудары (гидроудары), возникающие при конденсации пара в жгуте большого объема.

Наличие тангенциальных патрубков и шайбы (кольцевой перегородки) перед камерой тепломассообмена вместо лопаточного устройства упрощает и удешевляет конструкцию, но уменьшает увеличение полезного напора нагреваемой жидкости.

Наличие лопаточного устройства для перемещения жидкости из входной камеры в камеру тепломассообмена создает эжекцию входящих потоков жидкости за счет быстровращающейся жидкости в камере тепломассообмена и повышает давление жидкости на выходе из аппарата по сравнению с давлением на входе в аппарат. То есть позволяет работать аппарату в качестве кинетического насоса. Наличие лопаточного аппарата в выходной камере равноценно установке отводящего патрубка 5 тангенциально отводящей камере.

1. Ценробежно-вихревой тепломассообменник (ЦВТ) для нагрева жидкости паром, имеющий корпус круглого сечения с торцевыми крышками, внутри которого имеются входная камера жидкости, завихривающая камера тепломассообмена, выходная камера, имеются подводящий и отводящий патрубки жидкости, как минимум одна паровая камера вокруг завихривающей камеры тепломассообменна с подводящим паропроводом, с тангенциальными соплами, соединяющими паровую камеру с камерой тепломассообмена, отличающийся тем, что по оси завихривающей камеры тепломассообмена и выходной камеры установлен цилиндр меньшего диаметра, выполненный сплошным или в виде трубы.

2. Ценробежно-вихревой тепломассообменник (ЦВТ) для нагрева жидкости паром по п.1, отличающийся тем, что подводящий или отводящий патрубки жидкости присоединены тангенциально соответственно к входной и выходной камерам, а входная камера соединена с завихривающей камерой тепломассообмена через кольцевую перегородку (шайбу).

3. Ценробежно-вихревой тепломассообменник (ЦВТ) для нагрева жидкости паром по п.1, отличающийся тем, что подводящий патрубок жидкости подсоединен к передней торцевой крышке, а отводящий патрубок жидкости - к задней торцевой крышке, а во входной и выходной камерах установлены лопаточные устройства для перемещения жидкости с большего радиуса на меньший, состоящие из диска и лопаток, первое из которых пристыковано к завихривающей камере тепломассообмена, а второе установлено перед отводящим патрубком жидкости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в установках для нагрева воды уходящими дымовыми газами котельных или тепловых агрегатов. .

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для контактного нагрева воды паром при одновременном использовании кинетической энергии пара для вращения воды, передаваемой на силовой вал, передающий энергию на транспортирование нагретой воды, и, при необходимости, на привод электрогенератора, вырабатывающий электроэнергию.

Изобретение относится к области энергетики. .

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, предназначенным для осуществления взаимодействия больших объемов теплообменивающихся сред без их непосредственного контакта.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, предназначенным для осуществления взаимодействия воздуха и воды (либо иной жидкости) без непосредственного контакта этих сред и при больших их объемах.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, предназначенным для осуществления взаимодействия воздуха и воды (либо иной жидкости) без непосредственного контакта этих сред и при больших их объемах.

Изобретение относится к области энергетики и может использоваться для подогрева воды в технологических схемах предприятий и в системах отопления. .

Изобретение относится к области тепломассообмена и может быть использовно при конденсации технологических паров, для деаэрации воды, для охлаждения газов и нагрева жидкостей и растворов, для абсорбции веществ, содержащихся в газообразных средах.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, которые могут применяться для охлаждения газов в цветной, химической, пищевой и других отраслях промышленности, а также в биотехнологическом производстве.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в квартальных, районных котельных и на тепловых электростанциях для снижения температуры уходящих газов, с получением горячей воды для хозяйственных нужд, а так же снижения твердых выбросов из дымовой трубы.

Изобретение относится к космической технике, в частности к системам терморегулирования объектов, расположенных на космических аппаратах, и может быть использовано на предприятиях, занимающихся разработкой и эксплуатацией космической техники

Изобретение относится к тепломассообменному аппарату с комбинированной схемой взаимодействия потоков газа и жидкости, содержащий корпус, водораспределительную систему, в основании которой установлены трубки для подачи жидкости в каналы непосредственного взаимодействия потоков газа и жидкости в прямотоке регулярной насадки

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а более точно - к устройству утилизации тепла конденсации водяного пара и очистки уходящих газов энергетической установки

Изобретение относится к области энергетики. Водораспределительное устройство для контактных аппаратов выполняется в виде тарелок с равномерно расположенными отверстиями прямоугольной формы, причем тарелки расположены в два яруса, они имеют форму поперечного сечения контактного аппарата, днища каждого яруса имеют равное количество отверстий со скругленными углами, причем живое сечение каждого яруса составляет 40-60%, при этом отверстия в соседних по высоте ярусах расположены с поворотом на угол 80-100 градусов, а расстояние между соседними отверстиями составляет 0,2-0,3 их ширины, при этом расстояние между днищами ярусов равно 8-10 ширины отверстий. Изобретение направлено на увеличение равномерности распределения жидкости в контактных аппаратах с насадкой. 4 ил.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в контактных пленочных теплообменных аппаратах. Изобретение заключается в том, что в пленочном теплообменном аппарате с помощью армирующих стержней, закрепленных посредством горизонтальных упоров в верхней и нижней частях цилиндрического корпуса аппарата, установлены отсечные устройства, расположенные сверху вниз на одинаковом расстоянии, при этом каждое отсечное устройство разделено на две части: внутреннюю и находящуюся поверх внутренней внешнюю часть, с возможностью регулировки внутреннего пространства устройства путем перемещения пластин внутренней части, с помощью резьбовых вентилей. Технический результат - повышение производительности аппарата при неизменных габаритах. 6 ил.

Изобретение относится к устройствам и способам поддержания устройств для контакта пара с жидкостью. Устройство для сбора и распределения жидкости, установленное в колонне, содержащей наружный кожух и внутреннюю область, в которой происходят массоперенос и/или теплообмен, содержит сборник жидкости, проходящий поперек внутренней области колонны и содержащий множество каналов сбора, которые проходят в продольном направлении параллельно друг другу для сбора жидкости, нисходящей в пределах внутренней области колонны, причем каналы сбора имеют выпуски для выпуска жидкости, собираемой в каналах сбора; по меньшей мере, один каркас, проходящий поперек внутренней области колонны и имеющий противоположные концы, поддерживаемые кожухом колонны, причем каркас расположен под сборником жидкости и поддерживает его; распределитель жидкости, расположенный под каркасом и несомый им; и внутренний проход для текучей среды, сформированный в каркасе и выполненный с возможностью приема жидкости, выпускаемой из выпусков каналов сбора, и транспортировки ее в распределитель жидкости. Изобретение обеспечивает возможность поддержания сборника жидкости, слоя насадочного материала и распределителя жидкости без отдельных опорных конструкций для каждого из этих элементов. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при охлаждении электронного и микроэлектронного оборудования. Способ охлаждения электронного и микроэлектронного оборудования реализуется за счет использования конденсатора пара в качестве пленкоформирователя, обеспечивающего формирование тонких безволновых пленок жидкости высокой равномерности и качества. Технический результат - обеспечение более интенсивного, контролируемого и экономичного охлаждения. 1 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в газотранспортной отрасли промышленности в системах подогрева топливного газа. Система подогрева топливного газа включает подогреватель топливного газа, в котором трубный пучок топливного газа погружен в раствор промежуточного теплоносителя, содержащегося в емкости, установленной внутри подогревателя топливного газа. В емкость введены подсоединенные к кожухотрубному теплообменнику подводящий и отводящий трубопроводы промежуточного теплоносителя таким образом, что все указанные трубопроводы промежуточного теплоносителя, кожухотрубный теплообменник и емкость образуют единый контур циркуляции промежуточного теплоносителя. К кожухотрубному теплообменнику подсоединены подводящий и отводящий трубопроводы теплофикационной воды. Подводящий или отводящий трубопровод промежуточного теплоносителя снабжен электронасосом, соединенным с частотным преобразователем, автоматически изменяющим частоту вращения электронасоса по сигналам, поступающим от датчиков температуры. Технический результат - снижение энергетических затрат за счет использования вторичного источника низкопотенциальной энергии - теплофикационной воды. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области электроники, в частности к микромасштабным охлаждающим устройствам таким, как микроканальные теплообменники, которые обеспечивают высокие значения коэффициента теплопередачи при течении жидкостей в относительно небольших объемах. В устройстве для формирования ручейкового течения жидкости в микро- и мини-каналах, включающем плоский мини- или микроканал прямоугольного сечения, одна из стенок которого является подложкой расположенного на ней электронного тепловыделяющего элемента, вдоль канала на поверхности подложки с обеих сторон от электронного тепловыделяющего элемента выполнены ограничивающие ширину ручейка жидкости продольные микроканавки. В устройстве также по второму варианту изобретения на внутреннюю поверхность канала может быть нанесено гидрофобное нанопокрытие, причем оно может быть нанесено на поверхность всех стенок канала или только на подложку, при этом на поверхность подложки гидрофобное нанопокрытие нанесено вдоль канала с обеих сторон от электронного тепловыделяющего элемента, исключая область течения ручейка. Технический результат - существенное снижение гидравлического сопротивления стенок и теплоносителя; устойчивость работы как в земных условиях, так и в невесомости, в том числе при любых нестандартных ситуациях. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способам переработки растительного, животного, морского сырья или их смесей. Способу получения твердого продукта и жидкого продукта из растительного, животного, морского сырья или их смесей содержит следующие стадии: а) нагревание мелкодисперсного исходного материала прямым введением водяного пара, b) разделение нагретого исходного материала на твердый продукт и водную жидкость, с) нагревание и опрессовывание водной жидкости и d) снижение давления водной жидкости с генерированием в результате водяного пара и жидкого продукта, в котором водяной пар, генерированный на стадии d), возвращается на стадию а) для введения в мелкодисперсный исходный материал. Способ предлагает решение извлечения дополнительной воды, появляющейся в водной жидкости благодаря конденсированному водяному пару. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 10 ил.
Наверх