Патент на изобретение №2293931

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ЖИДКОСТИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к теплогенераторам, и может быть использовано для отопления помещений гражданского и промышленного назначения, горячего водоснабжения, подогрева технологических жидкостей. Технический результат: максимальное повышение эффективности тепловыработки, повышение механической надежности устройства при одновременном упрощении конструкции. Устройство для нагрева жидкости содержит разъемный цилиндрический статор с выполненными в нем входными каналами и выходным каналом и цилиндрическую полость. Внутри цилиндрической полости с гарантированным зазором и с возможностью вращения от разных электродвигателей установлены два ротора на разных валах. Входные каналы расположены симметрично относительно поперечной оси статора, а выходной канал размещен по центру статора. В каждом из роторов, на максимально приближенном к валам расстоянии размещены сквозные отверстия. На торцевых поверхностях роторов и цилиндрической полости выполнены несквозные отверстия. 2 ил.

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к теплогенераторам, и может быть использовано для отопления помещений гражданского и промышленного назначения, горячего водоснабжения, подогрева технологических жидкостей.

Известен нагреватель жидкого теплоносителя (см. патент RU №2094711, МПК F 24 J 3/00 от 27.10.97 г.), содержащий камеру, снабженную патрубками подвода и отвода жидкости, установленный в камере ротор в виде закрепленных на вале перфорированных дисков. В камере дополнительно закреплены пары неподвижных перфорированных дисков, в каждом из которых между последними с образованием зазоров для прохождения жидкости установлен соответствующий диск ротора.

Недостатком данного устройства является недостаточная эффективность при большом количестве дисков и низкой частоте вращения ротора.

Известно устройство для нагрева жидкости (см. заявку RU №2002113432, F 24 J 3/00 от 20.11.2003 г.), принятое за прототип. Устройство содержит статор, имеющий цилиндрическую полость, входные каналы, выходной канал, а также установленный с зазором в эту полость ротор, выполненный в виде закрепленных на валу дисков со сквозными и несквозными отверстиями, расположенными по окружности вдоль периферии его торцев.

Недостатками прототипа является следующее. Хаотичное расположение сквозных и несквозных отверстий ведет к неуправляемости вихревых потоков жидкости, что при низкой скорости вращения ротора снижает эффективность нагрева жидкости.

Предлагаемым изобретением решается задача: снижение энергозатрат, увеличение срока эксплуатации устройства.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в максимальном повышении эффективности тепловыработки, повышении механической надежности устройства при одновременном упрощении конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для нагрева жидкости, содержащем статор, входные каналы, выходной канал, цилиндрическую полость, внутри которой на валу с зазором установлен с возможностью вращения ротор, выполненный в виде диска с углублениями на цилиндрической поверхности, со сквозными отверстиями и несквозными отверстиями, расположенными по окружности вдоль периферии торцев диска, новым является то, что в цилиндрической полости на дополнительном валу с зазором к статору и ротору установлен выполненный аналогично первому ротору дополнительный ротор с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения первого ротора, входные каналы расположены симметрично относительно поперечной оси статора, выходной канал выполнен по центру статора, а сквозные отверстия в каждом роторе расположены соосно в максимальной близости к валу.

Размещение входных каналов симметрично относительно поперечной оси статора при одновременном использовании торцевых уплотнений позволяет:

во-первых, максимально увеличить путь прохождения жидкости под давлением и действием возрастающей центробежной силы от валов до выходного отверстия, тем самым увеличить площадь трения и действия кавитационных процессов, а следовательно, повысить эффективность нагрева жидкости,

во-вторых, при введении жидкости в камеру торцевого уплотнения, то есть в зону, наиболее приближенную к валам и имеющую наименьшее давление внутри цилиндрической полости из-за действующих на жидкость центробежных сил, обеспечивается прокачивание жидкости через устройство с наименьшими затратами,

в-третьих, ввод жидкости с обеих сторон статора создает необходимый баланс давлений, воздействующих на торцевые поверхности роторов, прилегающих к статору, что способствует стабильной работе устройства и повышает его ресурс.

Размещение выходного канала по центру статора: во-первых, обусловлено необходимостью выравнивания давления внутри цилиндрической полости статора, во-вторых, в зоне размещения выходного канала происходит столкновение трех встречно направленных потоков жидкости, что вызывает разрывы сплошной жидкости при повышенном давлении, интенсифицирует процессы кавитации с выделением тепловой энергии.

Вращение обоих электродвигателей должно осуществляться в одном направлении, а, следовательно, при расположении их с противоположных сторон устройства направление вращения роторов будет противоположным.

Во-первых, это обусловлено возможностью увеличения в два раза скорости вращения прилегающих торцевых поверхностей роторов относительно друг друга, что приводит к более эффективному использованию сил трения, энергии кавитации, повышению давления в зонах несквозных отверстий на данном участке прохождения жидкости, что неизбежно приводит к увеличению теплоотдачи,

во-вторых, очевидно, что устройство данного типа, имеющее определенную установленную и потребляемую мощность, выигрывает в теплопроизводительности перед двумя автономными устройствами аналогичной или иной конструкции, не связанными между собой единым статором при одинаковой установленной и потребляемой мощности,

в-третьих, двукратное увеличение скорости достигается без применения электродвигателя с повышенной частотой оборотов. Как правило, такие электродвигатели имеют более высокую стоимость при неизбежном усложнении конструкции теплогенерирующего устройства. В частности, при использовании высокоскоростного электродвигателя стоимость уплотнительных устройств резко возрастает при снижении их надежности и долговечности.

Расположение сквозных отверстий на роторах соосно на максимально приближенном к валу расстоянии обусловлено: во-первых, необходимостью обеспечения поступления жидкости в “мертвую” зону между прилегающими торцевыми поверхностями роторов,

во-вторых, их максимальное приближение к валу необходимо для того, чтобы подать жидкость в межроторную зону с наименьшим давлением, создающимся за счет действия центробежных сил. Таким образом, прохождение жидкости от входных каналов с пониженным давлением к выходному каналу с повышенным давлением позволяет наиболее эффективно прокачать жидкость через устройство.

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 – схема устройства для нагрева жидкости,

фиг.2 – схема расположения сквозных и несквозных отверстий на роторе.

Устройство для нагрева жидкости содержит разъемный цилиндрический статор 1 с выполненными в нем входными каналами 2 и выходным каналом 3 и цилиндрическую полость 4. Внутри цилиндрической полости с гарантированным зазором и возможностью вращения от разных электродвигателей 5 установлены два ротора 6 на валах 7. Валы, уплотненные относительно статора торцевыми уплотнениями 8, установленными в камерах 9, зафиксированы в подшипниковых опорах 10 и через муфты 11 соединены с электродвигателями. Входные каналы 2 расположены симметрично относительно поперечной оси статора и связаны гидравлически с камерами 9 для установки торцевых уплотнений, а выходной канал 3 размещен по центру статора напротив зазора 12 между роторами. В каждом из роторов, выполненном в виде диска, на максимально приближенном к валам расстоянии размещены сквозные отверстия 13. На торцевых поверхностях роторов и цилиндрической полости выполнены несквозные отверстия 14.

Устройство работает следующим образом.

Через входные каналы 2 под давлением в камеры 9 для установки торцевых уплотнений подается жидкость. После заполнения устройства жидкостью включаются электродвигатели 5. Вращение через муфты 11 передается на валы 7 с установленными на них роторами 6. Жидкость, к которой приложено давление на входе, под действием центробежных сил движется частично между торцами роторов 6 и цилиндрической полости 4, а частично проникает через сквозные отверстия 13 в зазор 12 между вращающимися во встречном направлении роторами 6. В зонах несквозных отверстий 14 возникают эффект повышенного трения и области кавитационных каверн, что приводит к интенсивному разогреву жидкости. Так как роторы 6 вращаются в противоположных направлениях, то окружные скорости прилегающих торцевых поверхностей роторов 6 возрастают в два раза, что в свою очередь приводит к повышенному тепловыделению в области зазора 12. В зоне выходного канала 3 происходит столкновение трех встречно направленных потоков жидкости, приводящее к местному повышению давления и разрыву сплошной среды с одновременной интенсификацией тепловых процессов. Далее жидкость стремится в выходной канал 3, который связан с прямым трубопроводом системы отопления или горячего водоснабжения.

Формула изобретения

Устройство для нагрева жидкости, содержащее статор, входные каналы, выходной канал, цилиндрическую полость, внутри которой на валу с зазором установлен с возможностью вращения ротор, выполненный в виде диска с углублениями на цилиндрической поверхности, со сквозными отверстиями и с несквозными отверстиями, расположенными по окружности вдоль периферии торцов диска, отличающееся тем, что в цилиндрической полости на дополнительном валу с зазором к статору и ротору установлен выполненный аналогично первому ротору дополнительный ротор с возможностью вращения в направлении, противоположном направлению вращения первого ротора, входные каналы расположены симметрично относительно поперечной оси статора, выходной канал выполнен по центру статора, а сквозные отверстия в каждом роторе расположены соосно в максимальной близости к валу.

РИСУНКИ