RU2233409C1

RU2233409C1 - Device for heating liquid

Info

Publication number: RU2233409C1
Application number: RU2003119533/06A
Authority: RU
Inventors: К.К. Хрушков (RU); К.К. Хрушков
Original assignee: Хрушков Константин Константинович
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2004-07-27

Abstract

FIELD: heat engineering; water heating systems for industrial and domestic rooms.

SUBSTANCE: proposed device includes stator provided with cylindrical cavity formed by two covers having holes for delivery and discharge of liquid and cylindrical holder; device is also provided with rotor inserted into cylindrical cavity; this rotor has at least two disks secured on shaft at some distance from each other; these disks have recesses on their cylindrical surfaces and holes in their end faces at periphery; holes in end faces are blind and are engageable with mating blind holes made additionally on inner surfaces of stator covers; recesses on cylindrical surfaces of disks are engageable with mating recesses made additionally on inner surface of cylindrical holder; fixed ring located in between disks is secured to inner surface of cylindrical holder and is provided with blind holes on its end surfaces; these holes are engageable with blind holes of end faces of disks; zone of cylindrical cavity of stator near rotor shaft may be connected with peripheral zone of cylindrical cavity of stator near cylindrical holder.

EFFECT: enhanced efficiency.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике и может быть, в частности, использовано в системах водяного отопления производственных и жилых помещений.The invention relates to heat engineering and can be, in particular, used in water heating systems of industrial and residential premises.

Известно устройство для нагрева жидкости, осуществляемого за счет тепла, образующегося в результате трения друг о друга и/или о жидкость твердых тел, приводимых в движение в сосуде с жидкостью, SU 1627790.A device is known for heating a liquid, which is carried out due to the heat generated as a result of friction against one another and / or a liquid of solids set in motion in a vessel with a liquid, SU 1627790.

Недостатком устройства является его малая эффективность вследствие значительных потерь тепла.The disadvantage of this device is its low efficiency due to significant heat loss.

Известно устройство, включающее металлический статор, имеющий цилиндрическую полость, закрытую плоской крышкой, прикрепленной к корпусу статора болтами. В центре крышки и в противоположной ей стороне корпуса статора имеется осевое отверстие, в котором на подшипниках установлен вал, присоединяемый к электродвигателю, приводящему его во вращение. На валу внутри колоколообразного статора укреплен монолитный цилиндрический алюминиевый ротор, внешняя цилиндрическая поверхность которого равномерно усеяна множеством углублений, высверленных на глубину, примерно равную диаметру этих углублений.A device is known that includes a metal stator having a cylindrical cavity closed with a flat cover attached to the stator housing by bolts. In the center of the lid and on the opposite side of the stator housing there is an axial hole in which a shaft is mounted on the bearings, which is connected to the electric motor, which drives it into rotation. A monolithic cylindrical aluminum rotor is mounted on the shaft inside the bell-shaped stator, the outer cylindrical surface of which is uniformly dotted with many recesses drilled to a depth approximately equal to the diameter of these recesses.

Вал в отверстиях статора и его крышки уплотнен сальниками, предотвращающими вытекание нагреваемой жидкости из устройства и попадание ее в подшипники. В торце колоколообразного статора и в закрывающей его крышке имеются отверстия, в которые ввинчивают штуцеры для подачи нагреваемой жидкости в устройство с одной его стороны и отвода ее с другой стороны, US 5188090.The shaft in the holes of the stator and its cover is sealed with oil seals, preventing the flow of heated fluid from the device and its ingress into the bearings. There are holes in the end face of the bell-shaped stator and in the lid closing it, into which the fittings are screwed in to supply the heated fluid to the device on one side and to drain it on the other side, US 5188090.

Недостатком этого устройства является низкая эффективность его работы, а также сложность изготовления и ремонта; монолитный статор и монолитный ротор этого устройства необходимо изготавливать из крупногабаритных и тяжеловесных заготовок; при механической обработке их получается много отходов, а сама обработка сопряжена с необходимостью крепить на станках громоздкие заготовки, что повышает трудозатраты и снижает точность обработки; при длительной эксплуатации описанного устройства внешняя цилиндрическая поверхность ротора подвержена кавитационному износу не равномерно, а полосами, соответствующими, по-видимому, пучностям стоячих звуковых волн, возникающих внутри полого корпуса статора вдоль образующей линии его цилиндрической поверхности; вследствие такого неравномерного износа приходится при ремонте устройства целиком отправлять ротор на переплавку или наплавку.The disadvantage of this device is the low efficiency of its work, as well as the complexity of manufacturing and repair; monolithic stator and monolithic rotor of this device must be made of bulky and heavy workpieces; when machining them, a lot of waste is obtained, and the processing itself involves the need to attach bulky workpieces to machines, which increases labor costs and reduces the accuracy of processing; during long-term operation of the described device, the outer cylindrical surface of the rotor is subject to cavitation wear not uniformly, but by bands corresponding, apparently, to the antinodes of standing sound waves arising inside the hollow stator housing along the generatrix line of its cylindrical surface; due to such uneven wear, it is necessary to completely send the rotor for remelting or surfacing when repairing the device.

Известно также устройство для нагрева жидкости, содержащее статор, имеющий цилиндрическую полость, снабженную отверстиями для подачи и отвода нагреваемой жидкости; в этой полости вставлен ротор, содержащий, по меньшей мере, два диска, укрепленных на валу с интервалами между ними; на цилиндрических поверхностях дисков имеются углубления; в торцах дисков у их периферии имеются сквозные отверстия, Л.П.Фоминский “Сверхединичные теплогенераторы”, Украина, Черкассы, 2003, с.379.A device for heating a liquid is also known, comprising a stator having a cylindrical cavity provided with holes for supplying and discharging a heated liquid; a rotor is inserted in this cavity, containing at least two disks mounted on the shaft at intervals between them; there are recesses on the cylindrical surfaces of the disks; there are through holes in the ends of the disks at their periphery, L. P. Fominsky “Superunit Heat Generators”, Ukraine, Cherkasy, 2003, p. 379.

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.This technical solution is taken as a prototype of the present invention.

Нагреваемая жидкость поступает в цилиндрическую полость статора; при вращении дисков со скоростью около 3000 об/мин, в зонах углублений на их цилиндрических поверхностях (камерах схлапывания) образуются микровихри, при схлапывании которых выделяется большое количество энергии, что обусловливает нагрев жидкости; кроме того, предполагается, что сквозные отверстия в дисках также должны обеспечивать создание микровихрей, однако на практике этого не происходит; напротив, эти сквозные отверстия создают значительное гидравлическое сопротивление, что требует дополнительного расхода энергии для вращения ротора и увеличения мощности привода; кроме того, камеры схлапывания, образованные углублениями на цилиндрических поверхностях дисков и смежной с ними гладкой поверхностью цилиндрической обоймы, недостаточно эффективны в отношении обеспечения достаточно интенсивного вихреобразования.The heated fluid enters the cylindrical cavity of the stator; when the disks rotate at a speed of about 3000 rpm, microvortices are formed in the zones of the recesses on their cylindrical surfaces (collapse chambers), when a collapse of which a large amount of energy is released, which causes heating of the liquid; in addition, it is assumed that the through holes in the disks should also ensure the creation of microvortices, but this does not happen in practice; on the contrary, these through holes create significant hydraulic resistance, which requires additional energy consumption for rotation of the rotor and increase drive power; in addition, collapse chambers formed by recesses on the cylindrical surfaces of the disks and the smooth surface of the cylindrical cage adjacent to them are not effective enough to ensure sufficiently intense vortex formation.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи повышения эффективности работы устройства.The present invention is based on the solution of the problem of increasing the efficiency of the device.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в устройстве для нагрева жидкости, содержащем статор, имеющий цилиндрическую полость, образованную двумя крышками, снабженными отверстиями для подачи и отвода нагреваемой жидкости и цилиндрической обоймой, а также вставленный в цилиндрическую полость ротор, содержащий, по меньшей мере, два диска, укрепленных на валу с интервалом между ними, при этом диски имеют углубления на их цилиндрических поверхностях и отверстия в их торцах у их периферии, отверстия в торцах дисков у их периферии выполнены глухими и сопряжены со встречными глухими отверстиями, которые дополнительно выполнены на внутренних поверхностях крышек статора, углубления на цилиндрических поверхностях дисков сопряжены со встречными углублениями, которые дополнительно выполнены на внутренней поверхности цилиндрической обоймы, а в интервале между дисками размещено неподвижное кольцо, прикрепленное к внутренней поверхности цилиндрической обоймы и снабженное глухими отверстиями, выполненными на торцевых поверхностях кольца, сопряженными с глухими отверстиями на торцах дисков; зона цилиндрической полости статора вблизи вала ротора может быть соединена с периферийной зоной цилиндрической полости статора вблизи цилиндрической обоймы.According to the invention, this problem is solved due to the fact that in a device for heating a fluid containing a stator having a cylindrical cavity formed by two covers provided with holes for supplying and discharging a heated fluid and a cylindrical cage, as well as a rotor inserted into the cylindrical cavity, containing at least two disks mounted on the shaft with an interval between them, the disks having recesses on their cylindrical surfaces and holes at their ends at their periphery, holes at the ends of the disks at their periphery Series are made blind and mated with counter blind holes, which are additionally made on the inner surfaces of the stator covers, recesses on the cylindrical surfaces of the disks are paired with counter grooves, which are additionally made on the inner surface of the cylindrical cage, and in the interval between the disks there is a fixed ring attached to the inner the surface of the cylindrical cage and provided with blind holes made on the end surfaces of the ring, paired with a blind and holes on the ends of the disks; the area of the cylindrical stator cavity near the rotor shaft can be connected to the peripheral zone of the cylindrical stator cavity near the cylindrical cage.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию “новизна”.The applicant has not identified sources containing information on technical solutions identical to the present invention, which allows us to conclude that it meets the criterion of “novelty”.

Реализация отличительных признаков изобретения обеспечивает важные новые особенности функционирования объекта (технический результат). Благодаря тому, что отверстия в торцах дисков у их периферии выполнены несквозными (глухими) и сопряжены со встречными несквозными отверстиями, которые выполнены на внутренних поверхностях крышек статора, создаются дополнительные камеры схлапывания; кроме этого, дополнительные камеры схлапывания образуются благодаря тому, что в интервале между дисками размещено неподвижное кольцо, снабженное глухими отверстиями на его торцевых поверхностях, которые сопряжены с глухими отверстиями на торцах дисков; в устройстве-прототипе сквозные отверстия в торцах дисков не образуют камер схлапывания, они лишь вызывают некоторую турбулизацию потока жидкости, который, как показывает практика испытаний устройства-прототипа, проходит насквозь от входного отверстия статора к выходному через сквозные отверстия в дисках без какого-либо существенного тепловыделения; благодаря тому, что углубления на цилиндрических поверхностях дисков сопряжены со встречными углублениями, которые дополнительно выполнены на внутренней поверхности цилиндрической обоймы, значительно увеличивается эффективность вихреобразования и, соответственно, увеличивается гидравлическая энергия микровихрей, а также эквивалентная ей тепловая энергия, образующаяся при схлапывании микровихрей; это объясняется тем, что при увеличении степени внезапного расширения увеличивается давление в камере схлапывания.The implementation of the distinguishing features of the invention provides important new features of the functioning of the object (technical result). Due to the fact that the holes in the ends of the disks at their periphery are made through-through (blind) and paired with on-going through-holes that are made on the inner surfaces of the stator covers, additional closure chambers are created; in addition, additional closure chambers are formed due to the fact that in the interval between the disks there is a fixed ring provided with blind holes on its end surfaces, which are interfaced with blind holes on the ends of the disks; in the prototype device, the through holes in the ends of the disks do not form collapse chambers, they only cause some turbulence in the fluid flow, which, as the practice of testing the prototype device shows, passes through the stator inlet to the outlet through the through holes in the disks without any significant heat dissipation; due to the fact that the recesses on the cylindrical surfaces of the disks are associated with counter-recesses, which are additionally made on the inner surface of the cylindrical cage, the vortex formation efficiency significantly increases and, accordingly, the hydraulic energy of microvortices increases, as well as the equivalent thermal energy generated by the collapse of microvortices; this is because with an increase in the degree of sudden expansion, the pressure in the collapse chamber increases.

Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это обстоятельство позволяет сделать вывод о соответствии данного технического решения критерию “изобретательский уровень”.The applicant has not found any sources of information containing information about the impact of the claimed distinctive features on the technical result achieved as a result of their implementation. This circumstance allows us to conclude that this technical solution meets the criterion of "inventive step".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:The invention is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - разрез по продольной оси ротора;figure 1 is a section along the longitudinal axis of the rotor;

на фиг.2 - крышка статора в аксонометрии;figure 2 - stator cover in a perspective view;

на фиг.3 - диск в аксонометрии;figure 3 - disk in a perspective view;

на фиг.4 - неподвижное кольцо, укрепленное в обойме, в аксонометрии.figure 4 - fixed ring, mounted in a holder, in a perspective view.

Устройство для нагрева жидкости содержит статор, имеющий цилиндрическую полость 1, образованную крышками 2 и 3 и цилиндрической обоймой 4. В крышке 2 имеется отверстие для подачи нагреваемой жидкости, в частности, воды, оборудованное входным патрубком 5, в крышке 3 выполнено отверстие для отвода воды, снабженное выходным патрубком 6. В цилиндрической полости 1 статора находится ротор, содержащий в конкретном примере два диска 7 и 8, укрепленных на валу 9. В интервале между дисками 7 и 8 размещено неподвижное кольцо 10, прикрепленное к цилиндрической обойме 4 статора. В дисках на их наружных, цилиндрических поверхностях имеются углубления 11. В торцах дисков у их периферии выполнены глухие отверстия 12; на внутренних поверхностях крышек 2 и 3 статора выполнены встречные глухие отверстия 13, центры которых находятся на том же расстоянии от центральной оси вала 10 ротора, что и центры отверстий 12. Диаметры отверстий 12 и 13 равны. На внутренней поверхности цилиндрической обоймы 4 выполнены встречные углубления 14, сопряженные с углублениями 11 дисков 7 и 8. Кольцо 10 снабжено глухими отверстиями 15, выполненными на торцевых поверхностях кольца. Глухие отверстия 15 находятся на том же расстоянии от центральной оси вала 9, что и отверстия 12 дисков 7 и 8. Таким образом камеры схлапывания образованы глухими отверстиями 12 и 13, 12 и 15, а также углублениями 11 и 14. Для дополнительного увеличения теплообразования зона цилиндрической полости 1 статора вблизи вала 9 ротора соединена с периферийной зоной цилиндрической полости 1 вблизи цилиндрической обоймы 4 посредством вакуумного стакана 16 и двух магистралей 17 и 18.A device for heating a liquid comprises a stator having a cylindrical cavity 1 formed by covers 2 and 3 and a cylindrical casing 4. In the cover 2 there is an opening for supplying a heated liquid, in particular water, equipped with an inlet pipe 5, an opening for discharging water is made in the cover 3 equipped with an outlet pipe 6. In the cylindrical cavity 1 of the stator there is a rotor containing, in a specific example, two disks 7 and 8, mounted on the shaft 9. In the interval between the disks 7 and 8 there is a fixed ring 10 attached to the cylindrical stator yoke 4. In the disks on their outer cylindrical surfaces there are recesses 11. Blind holes 12 are made at the ends of the disks at their periphery; counter blind holes 13 are made on the inner surfaces of the stator covers 2 and 3, the centers of which are located at the same distance from the central axis of the rotor shaft 10 as the centers of the holes 12. The diameters of the holes 12 and 13 are equal. On the inner surface of the cylindrical cage 4, counter recesses 14 are made, which are associated with the recesses 11 of the disks 7 and 8. The ring 10 is provided with blind holes 15 made on the end surfaces of the ring. The blind holes 15 are located at the same distance from the central axis of the shaft 9 as the holes 12 of the disks 7 and 8. Thus, the closure chambers are formed by blind holes 12 and 13, 12 and 15, as well as recesses 11 and 14. To further increase heat generation, the zone the cylindrical cavity 1 of the stator near the shaft 9 of the rotor is connected to the peripheral zone of the cylindrical cavity 1 near the cylindrical holder 4 by means of a vacuum cup 16 and two lines 17 and 18.

Устройство работает следующим образом. Вода через патрубок 5 подается в цилиндрическую полость 1 статора. Диски 7 и 8 вращаются вместе с валом 9 со скоростью 3000 об/мин. При этом жидкость приходит во вращение в полости 1. В камерах схлапывания возникают микровихри, при схлапывании которых гидравлическая энергия микровихрей переходит в тепловую. При вращении ротора вода в полости 1 под воздействием центробежных сил отжимается от вала 9 к обойме 4. Таким образом в зоне вала 9 создается зона пониженного давления. В эту зону через магистрали 17 и 18 и вакуумный стакан 16 засасывается горячая вода из зоны повышенного давления, где происходит схлапывание микровихрей и, соответственно, выделение тепла. Происходит смешение засасываемой горячей воды с поступающей холодной водой, что существенно увеличивает энергетическую эффективность работы установки, а также, благодаря срыву вакуума, предотвращает выход из строя уплотнений вала 9 ротора. Через выходной патрубок 6 горячая вода подается потребителям.The device operates as follows. Water through the pipe 5 is fed into the cylindrical cavity 1 of the stator. Disks 7 and 8 rotate with shaft 9 at a speed of 3000 rpm. In this case, the liquid comes into rotation in the cavity 1. Microvortices arise in the collapse chambers, during the collapse of which the hydraulic energy of the microvortices passes into thermal energy. When the rotor rotates, water in the cavity 1 under the influence of centrifugal forces is squeezed from the shaft 9 to the holder 4. Thus, a zone of reduced pressure is created in the area of the shaft 9. Hot water is sucked into this zone through lines 17 and 18 and a vacuum cup 16 from the high pressure zone, where microvortices coagulate and, accordingly, heat is released. The intake of hot water with the incoming cold water is mixed, which significantly increases the energy efficiency of the installation, and also, due to the breakdown of the vacuum, prevents the failure of the rotor shaft seals 9. Through the outlet pipe 6, hot water is supplied to consumers.

Claims

1. A device for heating a fluid containing a stator having a cylindrical cavity formed by two covers provided with holes for supplying and discharging a heated fluid and a cylindrical cage, as well as a rotor inserted into the cylindrical cavity, containing at least two disks mounted on a shaft with an interval between them, while the disks have recesses on their cylindrical surfaces and holes in their ends at their periphery, characterized in that the holes in the ends of the disks at their periphery are made blind and paired with counter blind holes, which are additionally made on the inner surfaces of the stator covers, recesses on the cylindrical surfaces of the disks are paired with counter grooves, which are additionally made on the inner surface of the cylindrical cage, and in the interval between the disks there is a fixed ring attached to the inner surface of the cylindrical cage and provided with blind holes made on the end surfaces of the ring, paired with blind holes on the ends of the disks.

2. The device according to claim 1, characterized in that the area of the cylindrical stator cavity near the rotor shaft is connected to the peripheral zone of the cylindrical stator cavity near the cylindrical cage.