ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2280824

ТЕПЛОГЕНЕРАТОР ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ

Имя изобретателя: Рукавишников Вадим Алексеевич (RU); Рукавишников Алексей Вадимович (RU)
Имя патентообладателя: Рукавишников Вадим Алексеевич (RU); Рукавишников Алексей Вадимович (RU)
Адрес для переписки: 140186, Московская обл., г. Жуковский, ул. Набережная Циолковского, 24, кв.170, В.А. Рукавишникову
Дата начала действия патента: 2005.03.03

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для отопления и горячего водоснабжения зданий, сооружений, транспортных средств, в частности для ликвидации аварийных ситуаций, вызванных отказами в работе устройств систем центрального отопления и горячего водоснабжения. Предложенная конструкция теплогенератора позволяет воспроизводить нагружение электродвигателя номинальным моментом, что обеспечивает стабильную теплопроизводительность, соответствующую номинальной мощности электродвигателя, с максимальным КПД. Теплогенератор для нагревания жидкостей включает в себя по меньшей мере одно средство для создания движения жидкости, выполненное 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. В поперечном сечении малые ребра имеют профиль прямоугольника, который со стороны ребра, обращенной к оси вращения колеса, заканчивается полуокружностью с радиусом, равным половине ширины основного ребра, длина ребра составляет не больше одной трети от длины 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. Центр каждого отверстия лежит на продолжении оси симметрии малого ребра в сторону оси вращения колеса на расстоянии диаметра отверстия от малого ребра. С обратной стороны неоребренной поверхности колеса вокруг этих отверстий выполнены фаски. На торце оребренной поверхности неподвижного колеса установлен сменный диск, укрепленный заподлицо с торцевой поверхностью ребер.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для отопления и горячего водоснабжения зданий, сооружений, транспортных средств, в частности для ликвидации аварийных ситуаций, вызванных отказами в работе устройств систем центрального отопления и горячего водоснабжения, изобретение также может быть использовано для нагрева вязких жидкостей при их перекачке по трубопроводам и для обеспечения других хозяйственных нужд, связанных с подачей горячей жидкости.

Известен теплогенератор для нагрева жидкостей, включающий средство для подачи жидкости, корпус и расположенные в корпусе, по меньшей мере, одно средство для ускорения движения жидкости, выполненное в виде лопастного колеса, установленного с возможностью вращения под действием привода, и, по меньшей мере, одно средство для торможения движения жидкости, выполненное в виде лопастного элемента и расположенного вблизи лопастного колеса с образованием зазора между лопастями, которые образованы радиальными пазами, выполненными на торцевой поверхности лопастного колеса и лопастного элемента соответственно (GB 2239704 А, кл. F 24 J 3/00, опубл. 10.07.1991).

Основным недостатком описанного аналога является нестабильность теплопроизводительности.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является теплогенератор, включающий средство для подачи жидкости, корпус и расположенные в корпусе, по меньшей мере, одно средство для ускорения движения жидкости, выполненное в виде лопастного колеса, установленного с возможностью вращения под действием привода, и, по меньшей мере, одно средство для торможения движения жидкости, выполненное в виде неподвижного лопастного элемента и расположенного вблизи лопастного колеса с образованием зазора между лопастями. Указанные лопасти образованы радиальными пазами, выполненными на торцевой поверхности лопастного колеса и лопастного элемента соответственно и расположенными под углом к радиусу окружности, ограничивающей внешние концы пазов, и проведенному через точку пересечения внешнего конца соответствующего паза и указанной окружности. В частном случае реализации лопастное колесо может быть установлено с возможностью регулирования зазора между торцевыми поверхностями лопастного колеса и лопастного элемента, а средство для подачи жидкости может представлять собой шнековый элемент (RU 2197688 С1, кл. F 24 J 3/00, опубл. 27.01.2003).

Недостатки прототипа заключаются в следующем. Теплопроизводительность генератора значительно зависит от вязкости и теплоемкости используемой жидкости. Наличие тормозного эффекта снижает эффективность установки. Возникающий перепад давления между объемом жидкости в корпусе и объемом жидкости между лопастным колесом и лопастным элементом создает значительные осевые усилия на приводной вал, стремящиеся к уменьшению рабочего зазора теплогенератора, что в случае использования электродвигателя превышает допустимые нагрузки на вал двигателя. Отсутствует возможность регулирования теплопроизводительности без полной разборки теплогенератора.

Задача изобретения состоит в повышении эффективности, стабильности и регулируемости процесса нагрева жидкости, а также коэффициента использования мощности привода. Техническим результатом является обеспечение стабильного и предсказуемого характера движения жидкости в устройстве.

Указанная задача достигается тем, что в теплогенераторе для нагрева жидкостей, включающем в себя, по меньшей мере, одно средство для создания движения жидкости, выполненное в виде оребренных колес, расположенных соосно с образованием зазора между их торцевыми поверхностями с ребрами, при этом первое оребренное колесо установлено с возможностью вращения под действием привода, а второе установлено неподвижно, между ребрами на равном расстоянии от них установлены малые ребра толщиной, равной толщине основного ребра, имеющие в поперечном сечении профиль прямоугольника, со стороны ребра, обращенной к оси вращения, заканчивающегося полуокружностью с радиусом, равным половине ширины ребра, длина ребра составляет не больше одной трети от длины основного ребра, кроме того, на поверхности подвижного колеса равномерно по окружности на минимально возможном от свободного конца малого ребра расстоянии выполнено по меньшей мере по одному отверстию, центр которых лежит на продолжении оси симметрии малого ребра в сторону оси вращения колеса на расстоянии диаметра отверстия от малого ребра, с обратной стороны неоребренной поверхности колеса вокруг этих отверстий выполнены фаски, кроме того, на торце оребренной поверхности неподвижного колеса установлен сменный диск, укрепленный заподлицо с торцевой поверхностью ребер.

Возможность осуществления изобретения, охарактеризованного приведенной выше совокупностью признаков, а также возможность реализации назначений изобретения может быть подтверждена описанием конструкции теплогенератора для нагревания жидкости, выполненного в соответствии с заявленным изобретением. Описание конструкции поясняется графическими материалами, на которых изображено следующее.

ТЕПЛОГЕНЕРАТОР ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ

Фиг.1 - принципиальная схема теплогенератора

ТЕПЛОГЕНЕРАТОР ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ

Фиг.2 - схема образования лопастей и ребер

Теплогенератор для нагревания жидкостей содержит напорный корпус 1, представляющий собой теплоизолированный бак с крышкой 2, являющейся одновременно лопастным элементом. В крышке выполнено входное отверстие 3, а в напорном корпусе 1 - выходное отверстие 4, которые соединены с помощью соответственно сливного и напорного патрубков, по меньшей мере, одним теплообменником (не показаны). В корпусе 1 размещены средство для ускорения движения жидкости от центра к периферии и развития турбулентного потока на периферии, выполненное в виде лопастного колеса 5, установленное с возможностью вращения под действием приводного механизма 6, и средство для закручивания жидкости относительно оси вектора ускорения движения жидкости. Последнее выполнено в виде тормозного лопастного элемента 7 и расположено вблизи лопастного колеса 5 с образованием зазора А между ними. Лопастное колесо 5 и лопастный элемент 7 представляют собой колеса гидродинамической передачи с радиальными лопастями 8. Лопасти 8 представляют собой ребра, образованные пазами 9 на соответствующих торцах лопастного колеса 5 (насосного колеса гидродинамической передачи) и лопастного элемента 7 (реактивного колеса гидродинамической передачи).

Для увеличения скорости закручивания жидкости в радиальных пазах лопастного колеса 5 и лопастного элемента 7 между ребрами 8 на равном расстоянии от них выполнены дополнительные малые ребра 10 толщиной, равной толщине основного ребра 8. В поперечном сечении они имеют профиль прямоугольника, который со стороны ребра 10, обращенной к оси вращения колес, заканчивается полуокружностью с радиусом, равным половине ширины ребра 8. Длина ребра 10 составляет не больше одной трети от длины основного ребра 8. Продольные оси O 1O2 радиальных пазов 9, выполненных на торцевой поверхности лопастного колеса 5 и лопастного элемента 7, расположены под углом к радиусу окружности, ограничивающей внешние концы пазов 9, и проведенному через точку пересечения внешнего конца соответствующего паза и указанной окружности. Продольные оси пазов могут быть также расположены под углом, отличным от 0°, в том числе пазы 9 и малые ребра 10 могут быть выполнены таким образом, что (ребра) лопасти 8 лопастного колеса 5 и лопастного элемента 7 окажутся направлены навстречу друг другу. Кроме того, на лопастном колесе 5 непосредственно у каждого свободного конца малого ребра 10 выполнены отверстия 11с фаской со стороны напорного корпуса теплогенератора. Отверстия на поверхности подвижного колеса 5 выполнены равномерно по окружности на минимально возможном от свободного конца ребра 10. Центр каждого из отверстий 11 лежит на продолжении оси симметрии малого ребра 10 в сторону оси вращения колеса 5 на расстоянии диаметра отверстия 11 от торца малого ребра 10. При этом на продолжении оси симметрии каждого малого ребра 10 может быть выполнено не одно отверстие, а несколько. Оптимальный диаметр отверстия 8 мм. Лопастный элемент 7 неподвижно закреплен в корпусе 1, а лопастное колесо 5 установлено соосно ему на валу 12 приводного механизма (электродвигателя) 6 с возможностью регулирования зазора А между торцами лопастного колеса 5 и лопастного элемента 7 за счет перемещения лопастного колеса 5 вдоль вала 12. Кроме того, на торцевой оребренной поверхности лопастного элемента (неподвижного колеса) 7 установлен сменный диск 13 таким образом, чтобы он не нарушал установленного рабочего зазора между лопастями. Диск укреплен заподлицо с торцевой поверхностью ребер и имеет 130-170 мм.

Устройство работает следующим образом. При включении привода (электродвигателя) жидкость, находясь в рабочей зоне, образованной пазами лопастного колеса 5 и лопастного элемента 7, начинает ускоряться под действием центробежных сил, перемещаясь от центра к периферии, закручиваясь в пазах лопастного элемента 7. Затем, попадая на малые ребра 10, максимально турбулизируется, в результате диссипации энергии жидкость нагревается и через зазор А под давлением поступает в корпус 1, далее через отверстие 4 и напорный патрубок к теплообменникам. За счет возникающего перепада давления между корпусом 1 и рабочей зоной нагреваемая жидкость через отверстия 11 поступает в рабочую зону еще более турбулизированной. При работе теплогенератора полезная механическая энергия, затрачиваемая на вращение лопастного колеса 5, практически полностью переходит в тепловую энергию нагреваемой жидкости. Поэтому теплопроизводительность устройства может быть определена произведением нагружающего крутящего момента лопастного колеса 5 на частоту вращения вала. При этом величина нагружающего момента стабильна, т.к. зависит, главным образом, от активного диаметра колес и может быть рассчитана по известным формулам для гидродинамических передач. Кроме того, фактическую величину нагружающего момента в небольших пределах можно регулировать за счет изменения величины зазора А и изменения величины диаметра d диска 13 лопастного элемента 7 с целью ее приближения к номинальному моменту привода (электродвигателя). Таким образом, предложенная конструкция теплогенератора позволяет воспроизводить нагружение электродвигателя номинальным моментом, что обеспечивает стабильную теплопроизводительность, соответствующую номинальной мощности электродвигателя, с максимальным КПД.

Описанная выше конструкция теплогенератора для нагревания жидкости, выполненного в соответствии с заявленным изобретением, доказывает возможность реализации назначения изобретения и достижения указанного выше технического результата, но при этом не исчерпывает всех возможностей осуществления изобретения, охарактеризованного совокупностью признаков, приведенной в формуле изобретения.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Теплогенератор для нагревания жидкостей, включающий в себя, по меньшей мере, одно средство для создания движения жидкости, выполненное в виде оребренных колес, расположенных соосно с образованием зазора между их торцевыми поверхностями с ребрами, при этом первое оребренное колесо установлено с возможностью вращения под действием привода, а второе установлено неподвижно, отличающийся тем, что между ребрами на равном расстоянии от них установлены малые ребра толщиной, равной толщине основного ребра, имеющие в поперечном сечении профиль прямоугольника, со стороны ребра, обращенной к оси вращения, заканчивающегося полуокружностью с радиусом, равным половине ширины ребра, длина ребра составляет не больше одной трети от длины основного ребра, кроме того, на поверхности подвижного колеса равномерно по окружности на минимально возможном от свободного конца малого ребра расстоянии выполнено, по меньшей мере, по одному отверстию, центр которых лежит на продолжении оси симметрии малого ребра в сторону оси вращения колеса на расстоянии диаметра отверстия от малого ребра, с обратной стороны неоребренной поверхности колеса вокруг этих отверстий выполнены фаски, кроме того, на торце оребренной поверхности неподвижного колеса установлен сменный диск, укрепленный заподлицо с торцевой поверхностью ребер.

Версия для печати
Дата публикации 08.12.2006гг


вверх