RU2658448C1

RU2658448C1 - Multistage cavitation heat generator (embodiments)

Info

Publication number: RU2658448C1
Application number: RU2017119903A
Authority: RU
Inventors: Эмиль Азатович Хузин; Родион Романович Воробьев
Original assignee: Эмиль Азатович Хузин; Родион Романович Воробьев
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2017-06-06
Publication date: 2018-06-21

Abstract

FIELD: heat exchange.

SUBSTANCE: invention relates to heat engineering and can be used for the liquids heating in heating systems, hot water supply and in various areas, where the liquid systems activation, destruction and change in the physical and chemical properties are required. According to the first embodiment, upstream of the suction turbines, the multistage cavitation heat generator on both sides comprises hydrodynamic cavitation mixers, which are rigidly fixed to the heat generator housing, and upstream of the mixers the suction turbines are installed and rigidly fixed on independent shafts, wherein in the mixers narrowing part, the working chambers, branch pipes are inserted at an angle of no more than 45 degrees relative to the drive shaft central axis to the liquid main opposite flow for the disturbing flow supply from the fixed on the rotor disks suction turbines. According to the second embodiment, in the heat generator, into the working chambers branch pipes are inserted at an angle of no more than 45 degrees relative to the drive shaft central axis to the liquid main opposite flow for the disturbing liquid flow supply from the suction turbines, installed downstream of the hydrodynamic cavitation mixers and branch pipes with control valves for air suction at an angle of no more than 45 degrees relative to the drive shaft central axis along the main flow direction for the air suction into the liquid main flow.

EFFECT: creation of devices providing high heating capacity and the liquid heating rate.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике для нагрева жидкости в системах отопления, горячего водоснабжения и может быть использовано в различных областях, где требуется активация, деструкция, изменение физико-химических свойств жидких систем.The invention relates to a power system for heating a liquid in heating systems, hot water supply and can be used in various fields where activation, destruction, change of physicochemical properties of liquid systems is required.

В настоящее время в качестве теплогенераторов широко применяются тепловые насосы, которые по сравнению с "вихревыми трубами" обеспечивают более эффективную механоактивацию жидкости.Currently, heat pumps are widely used as heat generators, which, in comparison with "vortex tubes", provide more effective mechanical activation of the liquid.

Известен патент РФ №2235950 С2, МПК 7F24J 3/00 от 10.09.2004 на кавитационно-вихревой теплогенератор, содержащий корпус, имеющий патрубки для подвода нагреваемой жидкости и отвода нагретой жидкости, расположенные внутри корпуса перфорированные статор и ротор, нагнетательный насос, привод ротора, причем ротор и статор выполнены в виде дисков с перфорированными сквозными отверстиями, при этом статор выполнен в виде одного или нескольких кольцевых дисков, а ротор выполнен в виде двух дисков, установленных с зазором относительно друг друга, при этом диски роторов установлены на независимых валах, имеющих самостоятельные независимые приводы и вращаются навстречу друг другу. Недостатком данной конструкции является недостаточная скорость нагревания жидкости, а конструкция устройства обладает большой технической сложностью при изготовлении, эксплуатации и ремонте.Known RF patent No. 2235950 C2, IPC 7F24J 3/00 dated 09/10/2004 for a cavitation-vortex heat generator comprising a housing having nozzles for supplying a heated fluid and removing heated fluid, perforated stator and rotor located inside the housing, injection pump, rotor drive, moreover, the rotor and the stator are made in the form of disks with perforated through holes, the stator is made in the form of one or more ring disks, and the rotor is made in the form of two disks mounted with a gap relative to each other, while the disk and rotors mounted on independent shafts having independent independent drives and rotate towards each other. The disadvantage of this design is the insufficient heating rate of the liquid, and the design of the device has great technical complexity in the manufacture, operation and repair.

Известен патент РФ №2269075 С1, 27.01.2006 на кавитационно-вихревой теплогенератор, состоящий из корпуса с подводящими и отводящими патрубками, в котором установлены статор, состоящий из двух кольцевых перфорированных сквозными отверстиями дисков и два ротора, установленные между дисками статора с зазором относительно друг друга, смонтированные на независимых валах, имеющих самостоятельные, независимые приводы и вращающиеся в противоположные стороны, каждый из которых выполнен в виде ступенчатого диска с утолщенной центральной частью и утолщенной периферийной частью. На внешней плоскости и центральной части диска ротора смонтированы радиально направленные лопасти, закрытые кольцевой пластиной, образуя вихревой насос.Known RF patent No. 2269075 C1, 01/27/2006 for a cavitation-vortex heat generator, consisting of a housing with inlet and outlet pipes, in which a stator is installed, consisting of two annular perforated through holes of the disks and two rotors installed between the stator disks with a gap relative to each other other mounted on independent shafts having independent, independent drives and rotating in opposite directions, each of which is made in the form of a stepped disk with a thickened central part and thickened peripheral part. On the outer plane and the central part of the rotor disk mounted radially directed blades, closed by an annular plate, forming a vortex pump.

Известен также патент РФ №2308648 С1, 20.10.2007 на теплогенератор роторного типа, содержащий корпус с входным и выходным патрубками для нагреваемой жидкости. Внутри корпуса расположены статор в форме перфорированной гильзы и ротор, состоящий из двух соосно расположенных перфорированных дисков, смонтированных на независимых валах и с приводами, вращающимися в противоположные стороны.Also known is the patent of the Russian Federation No. 23038648 C1, 10.20.2007 on a rotary type heat generator, comprising a housing with inlet and outlet nozzles for a heated fluid. Inside the case there is a stator in the form of a perforated sleeve and a rotor, consisting of two coaxially arranged perforated disks mounted on independent shafts and with drives rotating in opposite directions.

К недостаткам вышеуказанных технических решений относятся недостаточная эффективность нагрева жидкости, технологически сложное изготовление элементов и малая ремонтопригодность теплогенераторов.The disadvantages of the above technical solutions include insufficient heating of the liquid, technologically complicated manufacturing of elements and low maintainability of heat generators.

Известен патент РФ 2362947 С2, МПК 7 F24J 3/00 (опубл. 27.07.2009) на теплогенератор кавитационный, содержащий рабочий орган, состоящий из корпуса, крышек, рабочих дисков теплогенератора, первой и второй крыльчаток, разделительных стенок, двух обратных клапанов, третьего термоклапана, расширительного блока для формирования паровоздушной смеси и реактивной турбины, причем диски теплогенератора выполнены с выемками в виде шаровых сегментов и нанесенными на торцы дисков направляющими каналами, образующими по три вихревых спиральных канала с каждой стороны диска, также на цилиндрической поверхности дисков под углом 15 градусов к их образующей нанесены направляющие каналы для направления пароводяной смеси вдоль оси теплогенератора в сторону крыльчатки.Known patent of the Russian Federation 2362947 C2, IPC 7 F24J 3/00 (publ. 07/27/2009) for a cavitation heat generator containing a working body, consisting of a housing, covers, working disks of the heat generator, the first and second impellers, dividing walls, two check valves, the third a thermal valve, an expansion unit for forming a steam-air mixture and a jet turbine, the heat generator disks made with recesses in the form of spherical segments and guide channels deposited on the ends of the disks, forming three vortex spiral channels on each side drive us also on the cylindrical surface of the discs at an angle of 15 degrees to their generatrix applied guide channels for guiding the heat-generator-steam mixture along the axis towards the impeller.

Недостатком данной конструкции является то, что при работе теплогенератора возникает фазовый переход в парообразное состояние, выделение энергии перемещается в оптический и низкочастотный диапазон, который совместно с кавитацией приводит к быстрому разрушению рабочих органов.The disadvantage of this design is that during operation of the heat generator there is a phase transition to the vapor state, the energy release moves to the optical and low-frequency range, which, together with cavitation, leads to the rapid destruction of the working bodies.

Известен патент РФ №2534198, МПК F24J (опубл. 24.11.2014) на способ и устройство для получения тепловой энергии, включающий подачу потока жидкости под давлением насосом в вихревую трубу с последующим его направлением в замкнутую емкость с жидкостью. Перед входом в вихревую трубу поток жидкости направляют через прорези, которые располагают под углом к центральной оси вихревой трубы по ее периметру, тангенциально закручивают посредством прорезей и подвергают ультразвуковому облучению в условиях резонанса. Данное изобретение обладает свойством возникновения резонансных колебаний, которые вызывают эффект гидравлического удара и ударных волн. Совместно с процессами кавитации этот эффект приводит к быстрому старению, износу элементов и устройств теплогенератора. Кроме того, ультразвуковые генераторы имеют ограниченный диапазон по мощности и отсутствуют системы защиты режимов работы.Known RF patent No. 2534198, IPC F24J (publ. 24.11.2014) for a method and apparatus for generating thermal energy, comprising supplying a fluid stream under pressure with a pump to a vortex tube and then directing it to a closed container with liquid. Before entering the vortex tube, the fluid flow is directed through the slots, which are positioned at an angle to the central axis of the vortex tube along its perimeter, are tangentially twisted through the slots and subjected to ultrasonic irradiation under resonance conditions. This invention has the property of resonant oscillations that cause the effect of water hammer and shock waves. Together with cavitation processes, this effect leads to rapid aging, wear of elements and devices of the heat generator. In addition, ultrasonic generators have a limited power range and there are no protection systems for operating modes.

Известен патент РФ №2527545 С1, МПК F24J 3/00 от 10.09.2014 на многофункциональный вихревой теплогенератор (варианты), содержащий по первому варианту закрытый корпус с патрубками для подвода нагреваемой жидкости и отвода нагретой жидкости, установленные внутри корпуса роторы, выполненные в виде двух дисков, закрепленных на независимых валах, имеющих независимые приводы и имеющие возможность вращаться навстречу друг другу, всасывающие турбины, которые жестко закреплены на независимых валах вместе с дисками роторов, а в дисках роторов напротив установленных турбин по окружности выполнены коническо-цилиндрические отверстия, направленные в полость между дисками, выше по радиусу которых радиально по окружности жестко установлены ряды пальцев, при этом пальцы выполнены так, что ряды пальцев одного диска свободно с зазором входят между рядами пальцев второго диска, а коническо-цилиндрические отверстия одного диска расположены напротив коническо-цилиндрических отверстий другого диска и каждый диск с каждой турбиной снабжен отдельным патрубком, являющимся патрубком для подвода нагреваемой жидкости.Known patent of the Russian Federation No. 2527545 C1, IPC F24J 3/00 dated 09/10/2014 for a multifunctional vortex heat generator (options) containing, according to the first embodiment, a closed housing with nozzles for supplying a heated fluid and removing heated fluid, rotors installed inside the housing, made in the form of two disks mounted on independent shafts, having independent drives and having the ability to rotate towards each other, suction turbines that are rigidly mounted on independent shafts together with rotor disks, and opposite of the turbines of the circumference there are conical-cylindrical openings directed into the cavity between the disks, the rows of fingers are rigidly mounted radially around the circumference of the radii around the circumference of the fingers, and the fingers are made so that the rows of fingers of one disk freely enter with a gap between the rows of fingers of the second disk, and conical-cylindrical holes of one disk are located opposite the conical-cylindrical holes of another disk and each disk with each turbine is equipped with a separate pipe, which is a pipe for supplying heat fluid.

Технической проблемой является то, что конструкция теплогенератора не обеспечивает высокую теплопроизводительность при однократной прокачке теплоносителя через теплогенератор.The technical problem is that the design of the heat generator does not provide high heat performance with a single pumping of the coolant through the heat generator.

Первый вариант многофункционального вихревого теплогенератора выбран в качестве прототипа для обоих предлагаемых вариантов.The first version of the multifunctional vortex heat generator is selected as a prototype for both of the proposed options.

Решаемой технической задачей (техническим результатом) заявляемого изобретения для обоих вариантов является создание устройства, обеспечивающего при однократной прокачке более высокую теплопроизводительность, скорость нагрева жидкости, увеличение поверхности трения между слоями жидкости, времени нахождения в кавитационно-вихревых потоках массы жидкости (вода, растворы, смеси) в течение определенного времени. Кроме того, по второму варианту предусмотрено вместо однородной жидкости использование газожидкостной смеси, что позволяет резко повысить эффективность работы теплогенератора и расширить область применения.The technical problem (technical result) of the claimed invention for both options is the creation of a device that provides, with a single pumping, higher heat production, the heating rate of the fluid, the increase in the friction surface between the fluid layers, the time spent in the cavitation-vortex flows of the fluid mass (water, solutions, mixtures ) for a certain time. In addition, according to the second option, instead of a homogeneous liquid, the use of a gas-liquid mixture is provided, which can dramatically increase the efficiency of the heat generator and expand the scope.

На фиг. 1 показан схематично многофункциональный кавитационный теплогенератор (MKT) по первому варианту.In FIG. 1 shows schematically a multifunctional cavitation heat generator (MKT) according to the first embodiment.

На фиг. 2 показан схематично MKT по второму варианту.In FIG. 2 shows schematically MKT according to the second embodiment.

На фиг. 3 показан разрез MKT направляющего аппарата по А-А.In FIG. 3 shows a MKT section of the guide apparatus along AA.

Решаемая техническая задача в многоступенчатом кавитационном теплогенераторе, по его первому варианту, содержащем закрытый корпус с патрубками для подвода нагреваемой жидкости и отвода нагретой жидкости, установленные внутри корпуса роторы, выполненные в виде двух дисков, закрепленных на независимых валах, имеющих независимые приводы и имеющие возможность вращаться навстречу друг другу, а также содержащем всасывающие турбины, которые жестко закреплены на независимых валах вместе с дисками роторов, а в дисках роторов, напротив установленных турбин по окружности выполнены сквозные коническо-цилиндрические отверстия, направленные в полость между дисками, выше по радиусу которых радиально по окружности жестко установлены ряды пальцев, которые свободно с зазором входят между рядами пальцев обоих дисков, достигается тем, что перед первыми всасывающими турбинами с обеих сторон введены гидродинамические кавитационные смесители, которые жестко закреплены к корпусу теплогенератора, а перед гидродинамическими кавитационными смесителями установлены и жестко закреплены на независимых валах, на которых закреплены диски роторов, вторые всасывающие турбины, причем в цилиндрической части каждого гидродинамического кавитационного смесителя - рабочей камере введены патрубки с регулирующими кранами под углом не более 45 градусов относительно центральной оси приводного вала к встречному потоку для подвода возмущающего потока жидкости от первых всасывающих турбин, закрепленных на дисках роторов, и каждая вторая всасывающая турбина, установленная перед гидродинамическим кавитационным смесителем, снабжена отдельным патрубком, являющимся патрубком для подвода нагреваемой жидкости.The technical problem to be solved in a multi-stage cavitation heat generator, according to its first embodiment, comprising a closed housing with nozzles for supplying a heated fluid and removing heated fluid, rotors installed inside the housing, made in the form of two disks mounted on independent shafts having independent drives and having the ability to rotate towards each other, as well as containing suction turbines that are rigidly fixed on independent shafts together with rotor disks, and in rotor disks, opposite of circular turbines, through conical-cylindrical holes are made, directed into the cavity between the disks, rows of fingers which are freely radially circumferentially inserted between the rows of fingers of both disks, are radially circumferentially arranged above the radius, which is achieved by the fact that in front of the first suction turbines from both The sides introduced hydrodynamic cavitation mixers, which are rigidly fixed to the body of the heat generator, and in front of hydrodynamic cavitation mixers are installed and rigidly fixed to and independent shafts on which rotor disks are mounted, second suction turbines, and in the cylindrical part of each hydrodynamic cavitation mixer - the working chamber, nozzles with control valves are introduced at an angle of not more than 45 degrees relative to the central axis of the drive shaft to the oncoming flow for supplying a disturbing fluid flow from first suction turbines mounted on rotor disks, and every second suction turbine installed in front of a hydrodynamic cavitation mixer, is equipped with Yelnia pipe being a pipe for supplying heated liquid.

Решаемая техническая задача в многоступенчатом кавитационном теплогенераторе по его второму варианту, содержащем закрытый корпус с патрубками для подвода нагреваемой жидкости и отвода нагретой жидкости, установленные внутри корпуса роторы, выполненные в виде двух дисков, закрепленных на независимых валах, имеющие независимые приводы и имеющие возможность вращаться навстречу друг другу, а также содержащем первые всасывающие турбины, которые жестко закреплены на независимых валах вместе с дисками, а в дисках роторов, напротив установленных турбин по окружности выполнены сквозные коническо-цилиндрические отверстия, направленные в полость между дисками, выше по радиусу которых радиально по окружности жестко установлены ряды пальцев, которые свободно с зазором входят между рядами пальцев обоих дисков, достигается тем, что в дисках роторов напротив установленных первых всасывающих турбин по окружности выполнены не менее двух кольцевых рядов коническо-цилиндрических отверстий, а перед всасывающими турбинами, закрепленными на дисках роторов, с обеих сторон последовательно введены не менее двух гидродинамических кавитационных смесителей, которые жестко закреплены к корпусу теплогенератора, а перед гидродинамическими кавитационными смесителями установлены и жестко закреплены на независимых валах вторые всасывающие турбины, причем в цилиндрической части каждого кавитационного смесителя-рабочей камере введены патрубки с регулирующими кранами под углом не более 45 градусов относительно центральной оси приводного вала к встречному потоку для подвода возмущающего потока жидкости от всасывающих турбин, установленных после гидродинамических кавитационных смесителей и патрубки с регулирующими клапанами под углом не более 45 градусов относительно центральной оси приводного вала по ходу движения основного потока жидкости для подсоса воздуха в основной поток жидкости.The technical problem to be solved in a multistage cavitation heat generator according to its second embodiment, comprising a closed housing with nozzles for supplying a heated fluid and removing heated fluid, rotors installed inside the housing, made in the form of two disks mounted on independent shafts, having independent drives and having the ability to rotate towards to each other, as well as containing the first suction turbines, which are rigidly fixed to independent shafts together with the disks, and in the rotor disks, on the contrary, installed of circumferential turbines, through conical-cylindrical holes are made, directed into the cavity between the disks, higher in the radius of which rows of fingers are rigidly mounted radially around the circumference, which freely enter with a gap between the rows of fingers of both disks, is achieved by the fact that in the rotor disks opposite the installed first at least two annular rows of conical-cylindrical holes are made around the circumference of the suction turbines, and in front of the suction turbines mounted on the rotor disks, at least two hydrodynamic cavitation mixers are introduced that are rigidly fixed to the body of the heat generator, and second suction turbines are installed and rigidly mounted on independent shafts in front of the hydrodynamic cavitation mixers, and in the cylindrical part of each cavitation mixer-working chamber, nozzles with control valves at an angle not more than 45 degrees relative to the central axis of the drive shaft to the oncoming flow for supplying a disturbing fluid flow from the suction turbines n installed after hydrodynamic cavitation mixers and nozzles with control valves at an angle not exceeding 45 degrees relative to the central axis of the drive shaft downstream of the main flow of fluid to air leaks into the main stream of fluid.

Многоступенчатый кавитационный теплогенератор по первому варианту (фиг. 1) содержит закрытый корпус 1 с патрубками для подвода нагреваемой жидкости 2 и отвода нагретой жидкости 3, установленный внутри корпуса 1 блок вращающихся элементов 4, выполненный в виде двух дисков 5 и четырех всасывающих турбин 6, 7, закрепленных на независимых валах 8, имеющих независимые приводы, причем валы вращаются навстречу друг другу и два гидродинамических кавитационных смесителя 11. В дисках 5 напротив установленных турбин 6 по окружности выполнены сквозные коническо-цилиндрические отверстия 9, направленные в полость между дисками 5, выше по радиусу которых радиально по окружности жестко установлены ряды пальцев 10, которые свободно с зазором входят между рядами пальцев обоих дисков 5, а перед всасывающими турбинами 6, закрепленными на дисках роторов 5, с обеих сторон введены гидродинамические кавитационные смесители 11, вместе с направляющими аппаратами 12 жестко закреплены к корпусу теплогенератора 1, а перед гидродинамическими кавитационными смесителями установлены и жестко закреплены на независимых валах всасывающие турбины 7, причем в цилиндрической части - рабочих камерах кавитационных смесителей введены патрубки 13 под углом не более 45 градусов относительно центральной оси приводного вала 8 к встречному основному потоку жидкости для подвода возмущающего потока жидкости от всасывающих турбин 6, закрепленных на дисках 5. Введение патрубков 13 под большим углом чем 45 градусов относительно центральной оси приводных валов 8 к встречному потоку жидкости снижает эффективность возмущающего потока в кавитационной зоне. Теплогенератор представляет собой легкоразбираемую конструкцию, состоящую из дисков 5 с пальцами 10, турбин 6, 7 и валов 8, которые перед сборкой теплогенератора проходят статическую и динамическую балансировку. Балансировка позволяет уменьшить шум при работе и увеличить ресурс работы теплогенератора. Все элементы теплогенератора, кроме направляющих аппаратов 12, изготовляются из стойкой к коррозии нержавеющей стали ГОСТ 5632-72 1 группа. Направляющие аппараты 12 изготовляются из термостойкого пластика. На чертеже (фиг. 1) не показано: электродвигатели приводов, сальниковые уплотнения, рама теплогенератора, сборник воды и арматура системы отопления.The multi-stage cavitation heat generator according to the first embodiment (Fig. 1) contains a closed housing 1 with nozzles for supplying a heated fluid 2 and removal of a heated fluid 3, a block of rotating elements 4 mounted inside the housing 1, made in the form of two disks 5 and four suction turbines 6, 7 mounted on independent shafts 8 having independent drives, and the shafts rotate towards each other and two hydrodynamic cavitation mixers 11. In the disks 5 opposite the installed turbines 6, through cones are made around the circumference chic-cylindrical openings 9 directed into the cavity between the disks 5, radially arranged radially around the circumference of the rows of fingers 10, which freely enter with a gap between the rows of fingers of both disks 5, and in front of the suction turbines 6 mounted on the disks of the rotors 5, hydrodynamic cavitation mixers 11 are introduced on both sides, together with the guiding devices 12 are rigidly fixed to the body of the heat generator 1, and in front of the hydrodynamic cavitation mixers are installed and rigidly fixed to In such shafts, suction turbines 7, and in the cylindrical part - working chambers of cavitation mixers, nozzles 13 are introduced at an angle of no more than 45 degrees relative to the central axis of the drive shaft 8 to the oncoming main fluid flow for supplying a disturbing fluid flow from the suction turbines 6 mounted on disks 5. The introduction of the nozzles 13 at a greater angle than 45 degrees relative to the Central axis of the drive shafts 8 to the oncoming fluid flow reduces the efficiency of the disturbing flow in the cavitation zone. The heat generator is an easily disassembled design consisting of disks 5 with fingers 10, turbines 6, 7 and shafts 8, which undergo static and dynamic balancing before assembling the heat generator. Balancing allows you to reduce noise during operation and increase the life of the heat generator. All elements of the heat generator, except for the guide vanes 12, are made of corrosion resistant stainless steel GOST 5632-72 group 1. The guiding devices 12 are made of heat-resistant plastic. In the drawing (Fig. 1) it is not shown: electric motors of the drives, stuffing box seals, frame of the heat generator, water collector and fittings of the heating system.

На фиг. 3 представлен разрез по А-А направляющего аппарата 12 и турбин 7.In FIG. 3 shows a section along AA of the guide apparatus 12 and turbines 7.

Многоступенчатый кавитационный теплогенератор по второму варианту (фиг. 2) содержит: закрытый корпус 1 с патрубками для подвода нагреваемой жидкости 2 и отвода нагретой жидкости 3, установленный внутри корпуса 1; блок вращающихся элементов 4, выполненный в виде двух дисков 5 и шести всасывающих турбин 6, 7, 14, закрепленных на независимых валах 8, имеющих независимые приводы, причем валы 8 вращаются навстречу друг другу и четыре гидродинамических кавитационных смесителя 11. В дисках 5 напротив установленных турбин 6 по окружности выполнены не менее двух кольцевых рядов коническо-цилиндрических отверстий 9, направленных в полость между дисками 5, выше по радиусу которых радиально по окружности жестко установлены ряды пальцев 10, которые свободно с зазором входят между рядами пальцев обоих дисков, а перед всасывающими турбинами 6 с обеих сторон введены по два гидродинамических кавитационных смесителя 11, которые вместе с направляющими аппаратами 12 жестко закреплены к корпусу теплогенератора 1, а перед гидродинамическими кавитационными смесителями 11 установлены и жестко закреплены на независимых валах всасывающие турбины 7, 14, причем в цилиндрической части - рабочих камерах гидродинамических смесителей введены патрубки 13 с регулирующими кранами под углом не более 45 градусов относительно оси приводного вала 8 к встречному потоку для подвода возмущающего потока жидкости от всасывающих турбин 6, 7, установленных после гидродинамических кавитационных смесителей 11, и патрубки 15 с регулирующими клапанами для подсоса воздуха под углом не более 45 градусов относительно центральной оси приводного вала 8 по ходу движения основного потока жидкости для подсоса воздуха. Теплогенератор представляет собой две легко разбираемые конструкции, состоящие из дисков 5 с пальцами 10, турбин 6, 7, 14 и валов 8, которые перед сборкой теплогенератора проходят статическую и динамическую балансировку. Балансировка позволяет уменьшить шум при работе теплогенератора и увеличить ресурс его работы. Все элементы теплогенератора, кроме направляющих аппаратов 12, изготовляются из стойкой нержавеющей стали ГОСТ 5632-72 1 группа. Направляющие аппараты 12 изготовляются из термостойкого пластика. На чертеже (фиг. 2) не показано: электродвигатели приводов, сальниковые уплотнения, рама теплогенератора, сборник воды и арматура системы отопления. Введение патрубков 13, 15 под большем углом чем 45 градусов относительно центральной оси приводных валов 8 снижает эффективность возмущающих потоков, идущих через патрубки 13, и уменьшает подсос воздуха через патрубки 15.The multistage cavitation heat generator according to the second embodiment (Fig. 2) comprises: a closed housing 1 with nozzles for supplying a heated fluid 2 and a discharge of the heated fluid 3 installed inside the housing 1; a block of rotating elements 4, made in the form of two disks 5 and six suction turbines 6, 7, 14, mounted on independent shafts 8 having independent drives, and shafts 8 rotate towards each other and four hydrodynamic cavitation mixers 11. In the disks 5 opposite the installed at least two annular rows of conical-cylindrical openings 9 are made around the turbines 6 around the circumference, directed into the cavity between the disks 5, the rows of fingers 10 are fixed rigidly radially around the circumference, which are free with a gap go between the rows of fingers of both disks, and in front of the suction turbines 6, two hydrodynamic cavitation mixers 11 are introduced on both sides, which together with the guiding devices 12 are rigidly fixed to the housing of the heat generator 1, and in front of the hydrodynamic cavitation mixers 11 are installed and rigidly fixed to independent shafts turbines 7, 14, and in the cylindrical part — the working chambers of hydrodynamic mixers, nozzles 13 with control valves at an angle of not more than 45 degrees relative to and drive shaft 8 to the oncoming flow for supplying a disturbing fluid flow from the suction turbines 6, 7 installed after the hydrodynamic cavitation mixers 11, and nozzles 15 with control valves for air intake at an angle of not more than 45 degrees relative to the central axis of the drive shaft 8 in the direction of travel the main fluid flow for air intake. The heat generator is two easily dismountable structures consisting of disks 5 with fingers 10, turbines 6, 7, 14 and shafts 8, which undergo static and dynamic balancing before assembling the heat generator. Balancing allows you to reduce noise during the operation of the heat generator and increase its service life. All elements of the heat generator, except for guide vanes 12, are made of resistant stainless steel GOST 5632-72 group 1. The guiding devices 12 are made of heat-resistant plastic. The drawing (Fig. 2) does not show: electric motors of the drives, stuffing box seals, frame of the heat generator, water collector and fittings of the heating system. The introduction of the nozzles 13, 15 at a greater angle than 45 degrees relative to the Central axis of the drive shafts 8 reduces the efficiency of the disturbing flows through the nozzles 13, and reduces the air leakage through the nozzles 15.

Рассмотрим работу многоступенчатого кавитационного теплогенератора по его первому варианту (фиг. 1). Теплогенератор работает следующим образом. После заполнения расходного сборника системы отопления и закрытого корпуса 1 теплогенератора (Фиг. 1) через входные патрубки 2 рабочей жидкостью (водой) включаются электродвигатели приводов 8, приводящие в движение диски 5 четырех всасывающих турбин 6, 7, закрепленных на независимых валах 8. Пройдя через всасывающие турбины 7, с двух сторон потоки жидкости за счет центробежных сил устремляются через направляющие аппараты 12 турбин 7 в гидродинамические кавитационные смесители 11, а затем в всасывающие турбины 6, закрепленные на дисках 5. Одновременно из направляющих аппаратов 12 всасывающих турбин 6 часть жидкости по гибким трубопроводам через патрубки 13 направляется в виде мощных противотоков навстречу основному потоку жидкости в гидродинамических кавитационных смесителях 11, которые усиливают создание кавитационного эффекта в смесителях 11. Основная часть жидкости из всасывающих турбин 6 через коническо-цилиндрические отверстия 9 дисков 5 в виде множества мощных струй направляются навстречу друг другу, а затем после столкновения этих потоков отбрасываются за счет центробежной силы в перпендикулярном направлении между вращающимися в противоположных направлениях дисками 5 с пальцами 10. Пройдя обработку между рядами пальцев 10 дисков 5, жидкость за счет центробежной силы отбрасывается на стенку корпуса 1, а затем поступает через патрубок 3 в расходный сборник системы отопления. Благодаря введению в конструкцию теплогенератора дополнительных всасывающих турбин 7 с направляющими аппаратами 12 и гидродинамических кавитационных смесителей 11 с патрубками 13 для создания противотока удалось обеспечить при однократной прокачке по сравнению с прототипом более высокую теплопроизводительность за счет увеличения поверхности трения между слоями жидкости и времени нахождения их в кавитационно-вихревых потоках. Регулирование температурного режима в теплогенераторе осуществляется включением и выключением электродвигателей приводов по сигналу с датчика температуры расходного сборника системы отопления. При достижении максимальной температуры электродвигатели приводов выключаются, при охлаждении теплоносителя до минимальной заданной температуры - включаются. По сравнению с прототипом предлагаемый вариант конструкции теплогенератора, имеющего три ступени кавитации (2 ступени - гидродинамические кавитационные смесители 11 и 3 ступень - 2 диска 5 с пальцами 10) позволяет повысить теплопроизводительность и расширить область применения, где требуется безреагентная очистка воды, активация, деструкция и смешение жидких компонентов.Consider the operation of a multi-stage cavitation heat generator according to its first embodiment (Fig. 1). The heat generator operates as follows. After filling the consumable collector of the heating system and the closed case 1 of the heat generator (Fig. 1) through the inlet pipes 2 with a working fluid (water), the electric motors of the drives 8 are turned on, driving the disks 5 of four suction turbines 6, 7, mounted on independent shafts 8. Passing through suction turbines 7, from two sides fluid flows due to centrifugal forces rush through the guiding devices 12 of the turbines 7 into the hydrodynamic cavitation mixers 11, and then into the suction turbines 6, mounted on the disks 5. Simultaneously From the guiding apparatuses 12 of the suction turbines 6, part of the fluid through the flexible pipes through the nozzles 13 is directed in the form of powerful countercurrents towards the main fluid flow in the hydrodynamic cavitation mixers 11, which enhance the creation of the cavitation effect in the mixers 11. The main part of the fluid from the suction turbines 6 through the conical cylindrical holes 9 of the disks 5 in the form of many powerful jets are directed towards each other, and then after the collision of these flows are discarded due to centrifugal force in a perpendicular direction between the counter-rotating discs 5 with the fingers 10. After passing processing between rows of fingers 10 discs 5, the liquid due to the centrifugal force thrown against the wall of the housing 1, and then enters through the pipe 3 into the feed collection of the heating system. Thanks to the introduction of additional suction turbines 7 with guiding devices 12 and hydrodynamic cavitation mixers 11 with nozzles 13 into the heat generator design, countercurrent flow was able to provide higher heat output during a single pumping compared to the prototype due to an increase in the friction surface between the fluid layers and their time in cavitation vortex flows. The temperature regime in the heat generator is controlled by turning the drive motors on and off by a signal from the temperature sensor of the heating system consumable collector. When the maximum temperature is reached, the electric motors of the drives turn off; when the coolant is cooled to the minimum set temperature, they turn on. Compared with the prototype, the proposed design of a heat generator having three stages of cavitation (2 stages — hydrodynamic cavitation mixers 11 and 3 stages — 2 discs 5 with fingers 10) allows to increase heat production and expand the scope of application where reagent-free water purification, activation, destruction and mixing liquid components.

Рассмотрим работу многоступенчатого кавитационного теплогенератора по его второму варианту (Фиг. 2). Теплогенератор работает аналогичным образом, как и теплогенератор по первому варианту (Фиг. 1), но со следующим принципиальным отличием. Принципиальное отличие заключается в том, что количество ступеней кавитации увеличено до пяти и в каждый гидродинамический кавитационный смеситель 11 дополнительно в цилиндрической части - рабочей камере введен патрубок 15 с регулирующим клапаном для подсоса воздуха под углом не более 45 градусов относительно центральной оси приводного вала 8 по ходу движения основного потока жидкости для подсоса воздуха. Кроме того, в дисках 5 напротив установленных турбин 6 по окружности выполнено не менее двух кольцевых рядов коническо-цилиндрических отверстий 9, направленных в полость между дисками 5. Во внутренней полости рабочей камеры гидродинамического смесителя создается давление ниже атмосферного, что позволяет вводить в поток газ (воздух), а затем в диффузоре поток резко расширяется, причем гидростатическое давление в цилиндрической части становится ниже давления насыщенных паров. Происходит разрыв жидкости и образование кавитационных полостей (каверн), заполненных выделившимися из жидкости в процессе расширения газами или парами, которые перемещаются вместе с потоком. В расширяющейся части смесителя (диффузоре) пузырьки попадают в область повышенного давления и схлопываются, выделяя значительное количество тепла. Схлопывание пузырьков в кавитационной зоне турбулизует течение за счет гидравлических ударов и образующихся при этом микроструй. Применение предлагаемого устройства в составе теплогенератора позволяет резко увеличить его теплопроизводительность. Предлагаемая конструкция теплогенератора по второму варианту позволяет при однократной прокачке увеличить поверхности трения между слоями жидкости, удерживать в генераторе массу жидкости в течение заданного времени, получить необходимую температуру и обеспечить необходимую пропускную способность. Введение патрубков 15 с регулирующими клапанами для подсоса воздуха в основной поток жидкости создает неоднородную газо-жидкостную смесь и позволяет усилить кавитацию и резко повысить теплопроизводительность теплогенератора.Consider the operation of a multi-stage cavitation heat generator according to its second embodiment (Fig. 2). The heat generator works in the same way as the heat generator according to the first embodiment (Fig. 1), but with the following fundamental difference. The fundamental difference is that the number of cavitation steps is increased to five and in each hydrodynamic cavitation mixer 11, in addition to the cylindrical part, a nozzle 15 with a control valve is introduced for air intake at an angle of not more than 45 degrees relative to the central axis of the drive shaft 8 along the movement of the main fluid flow for air intake. In addition, in the disks 5 opposite the installed turbines 6, at least two annular rows of conical-cylindrical openings 9 are made around the cavity between the disks 5. A pressure below atmospheric is created in the internal cavity of the working chamber of the hydrodynamic mixer, which allows gas to be introduced into the stream ( air), and then in the diffuser the flow expands sharply, and the hydrostatic pressure in the cylindrical part becomes lower than the pressure of saturated vapors. There is a rupture of the liquid and the formation of cavitation cavities (caverns) filled with gases or vapors released from the liquid during the expansion process, which move together with the flow. In the expanding part of the mixer (diffuser), the bubbles fall into the high-pressure region and collapse, releasing a significant amount of heat. The collapse of the bubbles in the cavitation zone turbulizes the flow due to hydraulic shocks and the resulting micro-jets. The use of the proposed device as part of the heat generator can dramatically increase its heat output. The proposed design of the heat generator according to the second embodiment allows for a single pumping to increase the friction surface between the fluid layers, to keep the mass of fluid in the generator for a given time, to obtain the necessary temperature and provide the necessary throughput. The introduction of nozzles 15 with control valves for suctioning air into the main fluid stream creates a heterogeneous gas-liquid mixture and allows you to enhance cavitation and dramatically increase the heat output of the heat generator.

По сравнению с прототипом предлагаемые варианты многоступенчатого кавитационного теплогенератора за счет совершенствования конструкции, увеличения количества ступеней кавитации обеспечивают более высокую теплопроизводительность, скорость нагрева жидкости, не требуют специального обслуживания и имеют широкий спектр применения в различных отраслях.Compared with the prototype, the proposed options for a multi-stage cavitation heat generator due to the improvement of the design and the increase in the number of cavitation steps provide higher heat production, heating rate of the liquid, do not require special maintenance and have a wide range of applications in various industries.

Claims

1. A multi-stage cavitation heat generator, comprising a closed housing with nozzles for supplying a heated fluid and removing heated fluid, rotors installed inside the housing, made in the form of two disks mounted on independent shafts having independent drives and having the ability to rotate towards each other, the first suction turbines which are rigidly fixed to independent shafts together with rotor disks, and through cones are made in circumference of rotor disks opposite to installed suction turbines row-cylindrical holes directed into the cavity between the disks, the rows of fingers are rigidly mounted radially circumferentially higher than the radius of the fingers, the fingers being made so that the rows of fingers of one disk freely enter with a gap between the rows of fingers of the second disk, characterized in that in front of the first hydrodynamic cavitation mixers are introduced on both sides by suction turbines, which are rigidly fixed to the heat generator body, and in front of hydrodynamic cavitation mixers are installed and rigidly fixed to and on independent shafts, second suction turbines, and in the cylindrical part, working chambers of hydrodynamic cavitation mixers, nozzles are introduced at an angle of no more than 45 degrees relative to the central axis of the drive shaft to the oncoming flow to supply a disturbing fluid stream from the first suction turbines mounted on the rotor disks, and each the second suction turbine, installed in front of the hydrodynamic cavitation mixer, is equipped with a separate pipe, which is a pipe for supplying a heated liquid STI

2. A multi-stage cavitation heat generator comprising a closed housing with nozzles for supplying a heated fluid and removing heated fluid, rotors installed inside the housing, made in the form of two disks mounted on independent shafts having independent drives, and having the ability to rotate towards each other, to which the first suction turbines are rigidly fixed together with the rotor disks, and in the rotor disks, opposite the first installed suction turbines, through-conical cylinders are made around the circumference openings directed into the cavity between the disks, rows of fingers are fixed rigidly radially around the circumference of the circle, which freely enter with a gap between the rows of fingers of both disks, characterized in that at least two circumferential disks are made in the rotor disks opposite to the first installed suction turbines annular rows of conical-cylindrical openings, and in front of the first suction turbines mounted on the rotor disks, at least two hydrodynamic cavitation mixers are introduced on both sides, which are rigidly fixed to the body of the heat generator, and second suction turbines are installed and rigidly fixed on independent shafts in front of the mixers, and in the cylindrical part of each hydrodynamic cavitation mixer - the working chamber, nozzles are introduced at an angle of not more than 45 degrees relative to the central axis of the drive shaft to the oncoming flow for supply disturbing fluid flow from suction turbines installed after hydrodynamic cavitation mixers, and nozzles with control valves for SAER air at an angle not exceeding 45 degrees relative to the central axis of the drive shaft downstream of the main flow of air leaks into the main stream of fluid.