RU5846U1 - Кавитационный тепловой генератор - Google Patents

Abstract

1. Кавитационный тепловой генератор, содержащий корпус, оснащенный ускорителем движения жидкости и тормозным устройством, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса нагрева жидкости и снижения энергозатрат, ускоритель движения жидкости выполнен в виде проточной камеры с патрубком подвода, конфузором и патрубком отвода обработанной жидкости; внутри проточной камеры установлен рабочий элемент в виде суперкавитирующих лопаток, закрепленных на ступице, которые по наружной поверхности охвачены коаксиальным цилиндром, на наружной поверхности цилиндра расположены суперкавитирующие лопатки, направление закручивания потока которых противоположно направлению закручивания потока внутренними суперкавитирующими лопатками, закрепленными на ступице, а тормозное устройство выполнено в виде прерывателя потока с приводом, расположенным за рабочим элементом по ходу потока, патрубок отвода соединен с аккумулятором тепла, выход которого соединен с коммерческим потребителем тепла и сетевым насосом, выход которого соединен через корпус с патрубком подвода.2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что между рабочим элементом и прерывателем потока установлено устройство отбора расхода жидкости, соединенное с дополнительной проточной камерой, внутри которой установлен рабочий элемент, обеспечивающий суперкавитационный режим, за которым по ходу потока установлен дополнительный прерыватель потока с приводом, выход проточной камеры соединен через корпус со ступицей, выполненной полой, и коллектором, охватывающим наружную поверхность проточной камеры, снабженную перфорацией в зоне размещения рабочего элем�

Description

/ К.ЛВ1П.ДиДЮННЬШ lElLЮГЕНЕРАТОР. Полезная модель относится к теплотехшке и может быть использована во всех отраслях народного хозяйства, для пол чеш1я значительного кол1гчества тепловой энерГШ1, к частности полезная модель может успешно использоваться для подогрева (непосредственно в трубопроводах) вязик жщдкостей Tima нефти с целью снижения вязкости и у.тлчшеш1Я ее реологпчесиЕХ свойств. Преимлтцественная область использования полезной моде,ти - отопление и wepreTiPiecKoe обеспечение теплоемюгх технолоriPiecKiDC производств. Из уровня техшоа известны конст элтсщп теплогенераторов большой мошлости. применяемых, напргтмер, при центра.гп зироваттной форме снабжения теплоемких промышленных технолопгй и отоплетш граждансктгч здашп и сооружешп В настояшее время, в качестве теплогенераторов все шире применяются компрессионные и абсорбшюнные 1еп.ювые насосы. Сушес1в к)1 дрмие пшы геиловых насосов, исиользчЮ1и11х принципы ( эффект РГЛ.ПКК. адсорбция), о.гцнако они нахо;1ятся на ста;дги разработки или в л -чшем слл-чае в стад1П1 небольшого производства и примеиешся, посколыс их мошпость еще иевысока, см., иапример, Зитваслопедия газовой промышленности , Москва, АО Твант, 1994г., с.806-812. (1). При работе тепловых насосов осу1Г1ествяяется обратный цикл т.е. происход1Т поглощеггие теплоты из окружающей среды с после,т тощей передачей ее те. с более высокой ге.мпера1урой. Констрхктивио гепловые насосы содержат замкгптый кон1лр но раооче.му le;™. включающий чхтройсгво. обесиеи1вающее циркл.тяцик: рабочего гела. гсплообменш1ки. устройства, обеспечивающее цирк-лляцию в контлрах нпзко температлрного тeплoFЮCитeля in окружающет сре,ды и высокотемперат -рного теплоносителя, ириводной двигатель, а также приборы контроля и т1равлен11я. Теплота, отнятая у окружающей среды, повышаег общдш КПД геилотехнической усгановю, су.м. с теплото, поллченной от преобразования электроэнергю. Использование тепловых на/Уд, г МКИ 25В2900. Г1о;1езная модель. - сосов в цс;1ях теплоснабжения является перспсктнвным направлением в теплотехнзгкс. Однако. КПД jTiix установок сравннгельно невысок, вследствие чего oioi еще не нащ:и uuii OKoro применения. Итвестшл тепловые насосы, работа которых основана на пзменешп физнкоме ашгческ1 х параметров среды, в частности давления и объема, для полл11ения тепла. см., например. А.С. СССР .о 458691. 1972г. (2) и poccioicraril патент .V2 2045715. 1993г. (3). F5 тгчвест1-гы устройствах в качестве сре.ды может быть исиольювана. например, иаровочдутиная смесь или жтт.дкость. В устро1(ствах шмененпя давления и cKopocni среды генерируется тепловая энергия, позволяющая снизить зат|эаты злектроjHepuiH ,1;1Я иол чеш1Я геила. ГЗ тенловом насосе (см. (2)). работающем в режиме теплогенератора, в качестве среды используется вода. Этот насос содержит корплс в виде гермет1р-шого сфер1Г1еского сосуда, наполненного рабочей средой с расположеюсым в нем теплообменнико.м. сетевой насос. обеспечзшающ1П1 сжатие среды корпуса, подающлто и обратные теппомагистрали. оснащенные -запорными вентпдями. и потребитель Ten.ia. OcHOBHoii недостаток -пого теплового насоса - очень высокое раоочее давление, развиваемое в корпусе, которое достигаем 1000 агм. Такие рабоше иараметры установки иредъявляют иовыщенные требования к иро1тости корилсных деталей, запоршлх вегггилей и трубопроводов, что пртгводит к уве.Т1Г{ешгю себестоттмости установки. Кроме того, использование такого насоса в качестве теплогенератора для отопления жилых помегцешш опасно пз-за высокого рабочего давления. За ирогогшт нолезной моде:Б1. ав горами выбран генловой генерагор (3). включаю1Ц1Н1 коргпс с цп;11шдр1гческоГ1 частью, ускоритель двюкення жпдкости. выполненный в вще шгклона. торпевая сторона которого соедзшена с цпл1 ндр1гческо1 частью корпуса. В основашп нллпщричсской част, протпволежащей циклоич; смоншровано тормозное устройство.

Благодаря TONrv. что корщс теплогенератора в HiDKHeii части оснащен шгклоном. рабочая под давле1П1ем, тангеидпальио в него, проходит по craipa;ni. и движется в виде вихревого потока, скорость которого возрастает; далее она попадает в nji.TnH3pir4ecK TO часть корцуса. диаметр которой в несколько раз превышает диаметр иижек гнойного отверстия, а затем в тормозное усг 10Йство. Такое конструктивное выполнение корггчса позволяет сшгм1ть скорость и давление среды, при этом в соответс впп с известными законамп термо.цшампкп. изменяется механическая -жергия жи.-1кости. направлениая на возрастание ее температлры.

Повышению эффект твности нагрева жидкости способствует дополнительное тормозное стройство. установленное в переплскном патрубке. Перепад давления на выходе из гормозного усгройсгва в вер.хней част корнуса за сче соогношеж1я диа.ме1ров выггускного отверстия корплса и переплскного патрубка, обеспечивает превалирование горячею йот ока жщЦчостн над .чолодггым.

В известном стройстве (3) используются пзмеие1гия физюсо-мехашпеских параметров средак в частности давления и объема, для поллчения тепловой jnepnni.

С щность работы теплогенератора по протоигпх- зак.лючается в ускорешп потока в щжлоне и поста,д1пшом срабатывашж поллченной кинет1Р1еской энерпги на тормозных хстройствах разлзгшой констр тш1П1. Однако КПД на каждой стадзо срабатывания К1шетической энерпаг - невысок и суммарный КПД,.

Технической за.лачей. на решение которой направлена полезная модель, является noBbiiiiemie эффективности за счет 1гнтенсифю аиия процесса naqjeBa жидкости и cwiжен1 le энергозатрат.

Решение иосгавленной задачи обесиечиваегся 1ем. чго в кави1ационно.м leiuioвом генераторе, содержащем корпус, оснащенньп ускорителем движения жидкости и тормозным усфо11ством. согласно полезной модели, ускоритель Ж1щкостн выиолнен в виде протопюй камеры с патрлбком подвода. коиф зором и патр -бкам игвода обработанной жидкости. проточной камеры установлен pa6o4ini элемент в

с т1сркавитир тошр х лопаток, закрепленных на стлттпце. которые по нар жноГ1 поверхпостп охвачены коаксиальным щ{;пп1дром. а на наружной поверхностн щ Л а1дра расположены суперкавптнрлтощне лопатки, направление закрлчпванпя потока которых противоположно направлен1 ю iaKpyHiiBamiM потока вн треннпмп с т1еркав1 тпр ющ1 мп лопаткамп, закрепленными на стушще, при тормозное уст юйство выпо.:шено в В1ше прерывателя потока с прпводом, расположенным за paooaiM элементом по ходу потока, отвода соеддшен с аккумулятором тепла, выход которого соеддшен с коммерческим пот; : е6ителем тепла и сетевым насосом, сое,л иненкым на выходе через с патрубком подвода. Меж,дл раоочттм -элементом и прерывателем потока хстановлено стройство отбора расхода жидкости, соедзшенное с дополнительной проточной камерой внутри которой установлен рабочшТ элемент, обеспе-швающю суперкавпгаппонный режим течения, за которым по ходу потока установлен дополнительт 1Й прерыватель потока с приводом, выход проточной камеры соединен через со стпщей, выпо.шеттпой полой, п коллектором охватываюодтм наружнлю поверхность П1)оточной камеры, Т1меющей перфоращпо в зоне размещения рабочего элемента, этом в корцусе перед рабочим элементом установлен тчрбушватор, выполненный в впде прерывателя потока с приводом сое.дттнеттным с приводом дополнительного прерывателя потока, который соедзшен с прпводом основного прерывателя потока. Меж;; сетев 1м насосом и корплсом размещен предвключенный кавт1тац11онный активатор, выполненньп в виде конфузора, пpoтo rнoй камеры тангешртально соедзгненной с корпусом, внлтрп KOTopoii на полой civTinne установлен рабочшЧ элемент: полая стлтшпа сое;ц1непа с акк т лятором тепла, препут тцествешю в верхней точке. В проточной ка.мере за рабочим элементом по .од потока установлены сопла, нреимущес1веьшо перпендпку.,тярно направлешоо потока, входы которых соедгшены с выходом сетевото насоса. Осте сопел расположены под углом друг к друп, Исполшгтельньп механизм прпводов прерывателей соегашен через ретл..тятор с ,м температуры, npiPie.M од1а{ пз входов регулятора соединен с тиума за рабош м элементом. Турбулизатор.

выпо,тненньп в рлце прерывателя потока, оснащен допо.тн(тельными направляющими потока, выполпешгыми, например, в виле пласт1 Т. установленных на подвижной части прерывателя под углом к набегающем} иоток . Прерыватель п дополнительный прерыватель соединены таким образом, чтобы обеспечить смещение момента начала имплльсов в ирерывателях. Передняя кромка коаксиальных цил1гндров. на которых установлены с т1еркавитирующз1е лопатю. направленная навстречл потокл жидкости, выполнена острой, со скощенной вн Трекней поверхностью, выполненной в Biue плавного вогну(ого профиля, а передняя кромка стшцы. направленная навстречч поток жидкости выполнена острой, со скошенной наружно поверхностью, выполненное в виде плавного вогнлтого профиля. Па выходе теплового генератора, перед акк шлятором тепла, установлен реплятор давлеш1я. Все узлы, конгакгирующие с жидкостью вьию.шены с кремн П1-оргаштчесю м покрытием.

На фиг. 1 показан общ1п вид кавитащюнного теплогенератора: на фиг.2 прерыватель потока; на фиг.З - BIU Л на фиг.2.

Кавитагоюнный генератор, содержит коршс 1. оснащенный ускорителем движения жидкости и тормозным устройством, ускоритель движения жидкости выпо.тнен в виде протогной камеры 2 с патрубком подвода 3. конфузором 4 и патрубком Зотвода обработанной жидкости. протогной камеры 2 установлен рабопо элемент в В1ше вн -тренних суперкавитнрующдк лопаток 6. закрепленных на стутпще 7. которые по наружной поверхности охвачены коаксиальным цилтгндром 8. на наружной поверхности которого расположены с т1еркавитир топп1е лопатктг 9. направлеште закрл шваиия иотока которых противоположно наиравлешпо закр п1ва1гия погока вгг Треш{пми с иеркаы1Пфуюии1ми лопатками 6. закрепленными на стмище 7. а юрмозное с1роПство выполнено в виде прерывателя потока с прпводом. расположенным за рабочим элементом по потока. Патрубок отвода 5 соедючен с акклШлятором тепла 10. выход которого соед1шег1 с коммерческим потребителем тепла 11 и сетевым насосо.м 12. выход которого соед1шен с патрубком подвода 3. Проточная камера 2 соед1шена с : f рубком 5 отвода обработанной жидкости через диффузор 13. Сетевой насос 12 соединен с патрубком 3 через конфузор 14. Прерыватель потока выполнен в виде дисков 15 и 16 с радиальными окнами 17 и 18. Диск 15 установлен неподвижно, а диск 16 установлен на приводе 19, который соед1шен с исполнительным мехашвмом (двигателем) 20. диффузором 13 и диском 15 установлена диафрагма 21. Между рабочим элементом и прерывателем потока установлено устройство 22 отбора расхода жидкости, соединенное с дополнительной проточной камерой 23, которой установлен рабочий элемент, обеспечивающий суперкавитащонный режим течения в виде суперкавитиругощих лопаток 24, закрепленных на ступице 25, которые по наружной поверхности охвачены коаксиальным цилиндром 26. На наружной поверхности цилиндра 26 расположены суперкавитирующие лопатки 27. В проточной камере 23 ступица 25 закреплена профи.11ями 28, за проточной камерой, по ход) потока, установлен дополнительный прерыватель потока, снабженный приводом. Упомянутый прерыватель, состоит из дисков 29 и 30 с радиальными окнами 31 и 32. Диск 29 установлен неподвижно, а диск 30 установлен на приводе 33. Между диском 25 и проточной камерой 23 выполнено сужение 34. Выход проточной камеры 23 соединен магистралью 35 через корпус 1 со ступицей 7, выполненной полой, и коллектором 36, охватывающим наружную поверхность пpoтo ffloй камеры 2, имеющую перфорацию в зоне размещения рабочего элемента, причем в корпусе 1, перед рабочим элементом установлен тлфбуш-патор, выполненный в виде прерывателя потока с приводом 37; соединенным с приводом 33 дополнительного прерывателя потока, который соединен с приводом 19 прерывателя потока. Турбулизатор выполнен в виде дисков 38 и 39 с радиальными окнами 40 и 41. Диск 38 установлен неподвижно, и диск 39 установлен на приводе 37. Между сетевым насосом 12 и корпусом 1 размещен предвключенньп1 кавитащ1онный активатор, вьто.1шенный в виде конфузора 14, проточной камеры 42, тангенциально соединенной с корпусом 1, внутри которой на полой установлен рабоч1ш элемент, полая стутща 43 соед1шена с аккум лятором тепла 10, гфеим)1цественно в

верхней точке. Рабочий элемент выполнен в врще с ттеркавитгф -юпдк лопаток 44, закрепленных на полой стутшце 43, которые по наружной поверхностн охвачены коаксиальным цилиндром 45 на наружной поверхности цишшдра 45 расположены с т1еркавитирующие лопатки 46.

В прото шой камере 42 за рабочим элементом по ходу потока установлены сопла 47 и 43, преимущественно перпендикулярно направлению потока, входы которых соединены с выходом сетевого насоса 12 через вентили 49 и 50.

Оси сопел 47 и 48 расположены под углом друг к другу. Исполнительный механизм 20 приводов прерывателей соединен через регулятор 51с датчиком температуры 52, причем один из входов регулятора 51 соедгшен с датчиком шума 53 за рабочим элементом.

Турбулизатор, выполненный в виде прерывателя потока оснащен дополнительными направляющими потока, выполненными, например, в вьще пластин 54 ,(фиг.З), установленными на подвижной части прерывателя под углом к набегающем потоку.

Прерыватель и дополнительный прерыватель таким образом, чтобы обеспечить cмeщeшie момента начала импульсов в прерывателях .

Передняя кромка коаксиальных щ1Л1шдров 8, 26, 45, на которых установлены с Т1еркавитир тощие лопатки 9, 27, 46, направленная навстреО поток жидкости, выполнена ОСТ1ЭОЙ, со скошенной вн тренней поверхностью, выполненной в виде плавного вогн того профиля, а передняя кромка ступш(ы 7, 25, 43, направленная навст эеч} потоку жидкости, вы полнена острой, со скошенной наружной поверхностью, выполненной в виде плавного вогнутого профиля.

На выходе теплового генератора установлен регулятор давления 55, выход когорого соединен с исполнительным механизмом 56. Работает к авитационный теплогенератор следующим образом.

При включении в работу насоса 12, жидкость через диффузор 14 попадает в проточн то камеру 42 под давлением 4н-8 атм, где происходит разделение потока. Одна часть потока поступает на лопатки 44, где за счеа сужения проходаюго сечения и закрушвания потока, скорость потока жидкости возрастает, а давление понижается. При достижеюда давления насыщеииььх паров, после лопаток 44 образуется кавитациош1ая каверна, в хвостовой части которой образуется поле М1{кроп зырьков. В результате схлопывания кавитационных пузырьков возникают поля кумулятивных микроструй со скоростью порядка 10 /с и ударными давлениями до 10 атм.

Кроме того, за счет закручивания потока происходит образование микровихрей, способствующих образованию кавитационных пузырьков. Другая часть потока поступает на суперкавитирующие лопатки 46. за которыми также возникают каверны, причем последние взаимодействуют с каверной, образованной лопатками 44. Из-за разнонаправленного закрхчргвания потоков происходит взаимное влрмние и прошскновеюге мшфовихрей н образовавшихся к мулятивных микрос1руй и их ударное взаимодействие. Суммарная каверна характеризуется высокой интенсивностью образования кавитащюнных пузырьков, микроструек и микров11хрей. Часть потока жидкости после насоса 12 попадает в сопла 47 и 43, направлеьагых вcтpe шo. Взаимодействуя, струи жидкости образуют кавериу (кавитация по метод академика Л. Седова), которая вносит дополнительную нестационарность в основную каверну и интенсифицирует процесс. В сл чае, когда оси сопел 47 и 43 направлены под углом друг к другу, происходит дополнительное закручивание потока, и как следствие, увеличивается нестационарность каверны, что обеспечивает рост количества микропузырьков. Суммарная каверна через патрубок 3 попадает в корпус 1, где заканчивается схлопывание кавитационных пузырьков.

8 ционных пузырьков и, кроме того, деаэрируют горячую воду, подающ юся коммерческом потребитегао тепла 11, что снижает коррозию металлокоиструтсций.

Установлено, что наибольшая интенсивность генерхфования кавитационных п зырьков достигается при наложешо на кавитационный режим течения пульсащюнного воздейств1и, который обеспечивается прерывателем потока жидкости. При вращешп Д11ска 35 с рад11альными окнами 41 происходит поочередное перекрытие радиальных окон 40 диска 38, что приводит к ггчльсащ-ш давления потока. Наибольший эффект проявляется при совпадении частот пульсаций каверны за рабочим элементом в проточной камере 42 и пульсаций давления, вызванным прерывателем потока, т.е. при резонансе частот. В этом участке теплогенератора происходит генерирование тепла и жидкость разогреваегся. Дополнительным неожиданным эффектом, является го, что на участке между проточной камерой 42 и проточной камерой 2 не все п Зырьки полностью схлопываются, поскольку часть газа не успевает раствориться в жидкости, т.е. перед проточной камерой 2 образуется активированная жидкость, причем активация жидкости проявляется двояко; нагретая жидкость более легко переходит в режим кавитащюнного течения, но более важным является насыщение всей жидкости активными центрами-зародышами кавитационных пузырьков. Далее поток жидкости, через конфузор 4. разгоняясь постлпает в проточнлто камеру 2, где происходит разделение потока. Одна часть потока постлттает на лопатки, где за счет сужения проходного сечения и закр твания скорость потока возрастает, а давление пон гжается.. При достижешш величины давления насыщенных паров, после лопаток 6 образуется кавитационная каверна, в хвостовой части которой образуется поле микропузырьков. В результате схлопывания кавитационных пузырьков, возникают поля кумулятивных микроструй со скоростями порядка 10 /с и ударными давлениями до 10 атм. Кроме того, за счет закручивания потока происходит образование микровихрей, способствующих образованию кавитaциoш ыx п зырьков (следует отметить нестащюнарный характер хвостовой части каверны). Другая часть потока жидкости поступает на суттеркавитирутошле лопатки 2. за

9 которыми также возникает каверна, прргчем последняя взарсмодействует с каверно. обpaзoвalD ofi лопатками 6.

Па других ступенях теплогенератора протекают аналогичные вышеописанно f процессы, при этом, при вращешт диска 16 с окнами происходит поочередное перекрытие радиальных окон 17 диска 15, что приводит к пульсащщ потока. Наиболышо эффект проявляется при совпадении частот пульсащп хвостовой части каверны и плльсащш расхода, т.е. при резонансе. В этом слччае значительно повышается интенсивность кавитационньтх шумов, которые передаются корпусу смесителя и Bocnpirmrмаются первичным преобразователем 53 (например, пьезоэлектрический гидрофон). Ллалоговый выходной сигнал первичного преобразователя 53 пост}Т1ает на вход вторичного показываюшего и регисгрир тошего гфибора 51, имеющего блок рег лирован11я напряжения. В качестве двигате.11я 20 выбраи ас1шхронный двигатель с короткозамкнлтым ротором с включенными в сеть статора дросселями насыщенри. Интенсивность , измеряемого блоком 53, преобразуется в напряжение и с помощью рег лятора 51 осуществляют т1равлен11е частотой врашення двигателя 20, за счет ггзменения частоты вращения пульсатора (следовательно и частоты генерируемых п}льсащш).

Ниже приводятся сравнительные (с А.С. СССР.№ 1083782) данные испыташаТ.

10

Таблица I.

- опыт 4 - то же, что и в опыте 3, но частота вращения привода 17 2400 мин; -опыт 5 - то же, что и в опыте 3, но частота вращения привода 17 2897

Зона охлопывания кавитационных микроп зырьков определяется непосредстBeHKbJM и мерением по уровню кавитацпонных . Поскольку в зоне охлопывания интенснвность шумов нанвысшая, то прп перемещешда датчика ш момера вдоль прою шого участка, можно oпpeдeJшть месюположение зоны схлонывания.

Прерыватель позволяет создать в потоке пульсации как расхода, так и давления после рабочего элемента по ходу потока, при этом кавитатор и поток несжимаемой жидкости до кавитатора служат демг фером. Поскольку после кавита1Х)ра по ходу потока образуется жидкогазовая среда, то пульсащш, воздействуя на каверну, вызываю повышение ОС нестащюнарности и гштеисифищфует схлопывание П}зырьков, а за счет сжимаемости жидкогазовой средах эти п)льсащп1 практгиески ие оказывают влияния па поток. Измеритель температ ры 52 корректирует т1равляющ1а1 сигнал регулятора 51, корректируя частот вращения двигателя 20 при изменешда температуры в патрубке 5. Пульсации давления жидкости, генерируемые на диске 15, воздействуют на кавернл- образованную за рабочим элементом в проточиой камере 2 через диафрагму 21. Днафрагма 21 выполняет двойную функцию: - для создания повышегшого давления за проточной камерой 2, - и при воздействии пульсаций давления от диска 15, перед диафрагмой генерируются вторичные пульсации давления. Таким образом, между проточной камерой 2 и диском 15 образуется два объема жидкости, где происходят ударные п -льсации давления, чго знa штeльиo илгеисифицируег процесс схлоиывания KaBjrraunoHных пузырьков, а зна-ип и процесс генерирования тепла. Нагретая жидкое ь через иагрубок 5 отводится в акк М}лятор тепла 10, подается коммерчесю1м потребителем тепла 11. На выходе патрубка 5 установлен исполнительи п1 мехаьпом 56, рег -лир тощий давления в патрубке 5. Управляющая вход исполнительного механизма 56 соединен с рег лятором давления 55, )Т1равляющий величиной давления в патрубке 5. 1 аким образом поддерживается обшее избыточное давленпе в теплогенерато ре, что на всех стадиях рштенсифищфует процесс теплогенеращш. диафрагмог 21 II диском 15 установлено устройство 22 отбора жндкосш, соединенное с проточной камерой 23. Жидкость, через устройство 22, поступает в проточцчто камеру 23, где происходит разделение истока ЖИДКОСТГЕ. Одна часть потока жидкости иостунает иа лопатки 24, где за сужения проходного сечения и закр швания потока, скорость Ж1едкости возрастает, а давление понижается. При достижении велипш давления насьЕщенных паров после лопатки 24 образуется кавитациокная каверна, в хвостовой части которой о6ра: уется поле MviKpon}: bipbKOR. В результате схлопывакия кавитатагонных плзырьков возникают поля к мулятивных MHKpocTinnTf со скоростями порядка 10 с и ударными давлениями до 10 атм. Кроме того, за счет закручиван11я потока происходит образование микровихрей, способствующих образованию кавитащ4онных иузырьков. Другая часть потока жидкости постуттает на суперкавитирующие лопатю1 27, за которым1 также возникает каверна, причем последняя взаимодействует с каверной, образованной за лопатками 24. Ввиду разнонаправленного закр чивания потоков происходит взаимное прошпшовение кавитащюнных микроструек и их ударное взаимодействие. Кроме того, происходит взаимодействие микровихрей. Суммарная каверна характеризуется высокой интенсивностью образования кавитационных пузырьков, микроструек и микровихрей. При вращении диска 30 с окнами 32 происходит поочередное перекрытие радиальных окон 31 диска 29, что приводат к пульсации давления потока жидаости. Разогретая жидкость из проточной камеры 23 через магистраль 35 иостуиает через ст}Т& ц 7 в каверн за рабочим элементом в проточной камере 2. Из магистрали 35. через кольцевой коллектор 36, жидкое гь иостуиает в область каверны и зону интенсивного генерирования тепла. Разогрев жидкости в проточно камере 23, наличие несхлоин -в1шкся ггузырьков и нерастворившихся газов активируют жидкость, с KOTOpoti они попадают по оси каверны и через кольцевой коллектор 36 снаружи каверны и создают условги для дальнейшего увеличения количества генерируемых и зырьков. 12

Таким образом на рабочий элемент, расположенный в проточной камере 2. активированная разог)етпя ищкость подается в три области:

на с т1еркавитир 1ощие лоиатки б и 9;

полито 7;

снаружи каверны через кольцевой коллектор 36, что создает условия генерирования максимально возможного количества кавитационных пузырьков, и как следствие, генерирования максимального количества тепла.

Размещение пластин 54 на диске 39 под углом к набегающем поток) обеспечивает дополнительную турбушвацию потока за диском 39, чем дост1 гается равномерность распределения нерастворившихся газов в жидкости и способствует повышешпо ее однородности. Кроме того, расположение пластин 54 под углом позволяет использовать для вращения жх-щкости часть -энергшс потока.

С мещение момента начала имп льсов в прерывателях позволяет подавать максимальное количество активированной жидкости в проточную камеру 2 в момент перекрыт11я окон 17 и 18, уве.пичивая этим амплитуд гдльсаций.

Вьяюлнение внутренней поверхности коаксиальных цилиндров 45, 26, 8 в виде плавного профиля позволяет снизить гидравлическое сопротивление цилиндров, плавно сжать поток к оси, снизив трение о стенки цилиндра. В дополнение к этоЩ, выполнение сгуттиц 43, 25, 7 с наружной поверхностью в ввде плавного вогнутого профиля формирует поток направляя его на лопатки 44, 24, 6 - соответственно.

РазмещешЕе на выходе теплового генератора, за патрубком 5, рег)лятора давления позволяет (при провк равных условиях) поддерживать избыточное давление, необходимое для интенсивного генерирования тепла.

Использование для покрытия вн тренних поверхностей кремний-оргаш-гческих покрытий позволяет снизить энергозатраты теплового генератора, повысить ресурс его работы. Данные испытаний сведены в табл.2. В таблице 3 приведены составы кремшпл органических покрытий (КОП). в таблрще 4 приведены параметры, определяющие полччешЕе положительного

эффекта, в зависимости от состава покрытия. отметить, что начальная эрозия. даже незначительная, приводит к цепной реакции разрушения кавитатора.

Испытания предлагаемого покрытия показали его надежность и эффективность .

Необходимо отметигть, что известные покрытия неустой агвы к воздействюо смащ1вающих веществ, что приводит к 1штенсивном износу покрытия и кроме того, поверхность этих покрытш характеризуется такой шероховатостью, которая негативно влт(яет на эффективность работы кавитатора.

В тоже время, предлагаемое покрытие при 1фезвычайно высокой устойчивости к механическом} износу и высокой термостойкостью и химической стойкостью, отличается повышенной гладкостью. Это повышает эффективность работы за счет увеличения каверны при неизменном расходе.

Указанное покрытие, позволило получить наилучшие условия работы (т.е. достигнуть максимальной длины каверны при стабильном расходе) кавитационного теплогенератора, при повышении механической прошости и термохим1Г1еской стойкости.

Промышленная применимость предложеннсгр й ЛэО СГШГЗрантируется, поскольку при его использовании значительно повышается эффек1 ивность геилогенерат ги, особенно в технологт-гмеских производствах с переменной производительностью.

Таблица 2.

11

Таблица 4

Claims (11)

1. Кавитационный тепловой генератор, содержащий корпус, оснащенный ускорителем движения жидкости и тормозным устройством, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса нагрева жидкости и снижения энергозатрат, ускоритель движения жидкости выполнен в виде проточной камеры с патрубком подвода, конфузором и патрубком отвода обработанной жидкости; внутри проточной камеры установлен рабочий элемент в виде суперкавитирующих лопаток, закрепленных на ступице, которые по наружной поверхности охвачены коаксиальным цилиндром, на наружной поверхности цилиндра расположены суперкавитирующие лопатки, направление закручивания потока которых противоположно направлению закручивания потока внутренними суперкавитирующими лопатками, закрепленными на ступице, а тормозное устройство выполнено в виде прерывателя потока с приводом, расположенным за рабочим элементом по ходу потока, патрубок отвода соединен с аккумулятором тепла, выход которого соединен с коммерческим потребителем тепла и сетевым насосом, выход которого соединен через корпус с патрубком подвода.

2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что между рабочим элементом и прерывателем потока установлено устройство отбора расхода жидкости, соединенное с дополнительной проточной камерой, внутри которой установлен рабочий элемент, обеспечивающий суперкавитационный режим, за которым по ходу потока установлен дополнительный прерыватель потока с приводом, выход проточной камеры соединен через корпус со ступицей, выполненной полой, и коллектором, охватывающим наружную поверхность проточной камеры, снабженную перфорацией в зоне размещения рабочего элемента, причем в корпусе перед рабочим элементом установлен турбулизатор, выполненный в виде прерывателя потока с приводом, при этом все приводы прерывателей соответствующих потоков кинематически связаны между собой.

3. Генератор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что между сетевым насосом и корпусом размещен предвключенный кавитационный активатор, выполненный в виде конфузора, проточной камеры, тангенциально соединенной с корпусом, внутри которой на полой ступице установлен рабочий элемент, полая ступица соединена с аккумулятором тепла преимущественно в верхней точке.

4. Генератор по п.3, отличающийся тем, что в проточной камере за рабочим элементом по ходу потока установлены сопла, преимущественно перпендикулярно направлению потока, входы которых соединены с выходом сетевого насоса.

5. Генератор по п. 4, отличающийся тем, что оси сопел расположены под углом друг к другу.

6. Генератор по пп.1 - 5, отличающийся тем, что исполнительный механизм приводов прерывателей соединен через регулятор с датчиком температуры, причем один из входов регулятора соединен с датчиком шума за рабочим элементом.

7. Генератор по п.2, отличающийся тем, что турбулизатор, выполненный в виде прерывателя потока, оснащен дополнительными направляющими потока, выполненными, например, в виде пластин, установленными на подвижной части прерывателя под углом к набегающему потоку.

8. Генератор по п.2, отличающийся тем, что прерыватель и дополнительный прерыватель соединены с обеспечением смещения момента начала импульсов в прерывателях, например, с относительным угловым смещением.

9. Генератор по пп.1 - 8, отличающийся тем, что передняя кромка коаксиальных цилиндров, направленная навстречу потоку жидкости, выполнена острой, со скошенной внутренней поверхностью, выполненной в виде плавного вогнутого профиля, а передняя кромка ступицы, направленная навстречу потоку жидкости, выполнена острой, со скошенной наружной поверхностью, выполненной в виде плавного вогнутого профиля.

10. Генератор по пп. 1 - 9, отличающийся тем, что на выходе теплового генератора установлен регулятор давления.

11. Генератор по пп.1 - 9, отличающийся тем, что все узлы, контактирующие с жидкостью, выполнены с кремнийорганическим покрытием.