Результат интеллектуальной деятельности: Кавитатор для тепловыделения в жидкости

Изобретение относится к области теплоэнергетики, где может быть использовано в качестве источника теплоты для систем централизованного и индивидуального теплоснабжения с жидкостным теплоносителем.

Известен кавитатор для тепловыделения в жидкости, содержащий цилиндрический корпус с соосно расположенной с ним трубкой Вентури с установленной на ней вставкой, перед которой со стороны набегающего потока на трубке Вентури установлен с возможностью вращения шнек. Вставка со стороны выхода потока выполнена выступающей за пределы трубки Вентури и на ее наружной поверхности выполнены продольные пазы, открытые со стороны шнека, а с противоположной стороны - сообщающиеся посредством отверстий с выходной поверхностью вставки (RU 2126117, МПК F24J 3/00, опубл. 10.02.1999).

Среди недостатков известной конструкции следует отметить относительно низкую эффективность работы и малую надежность работы устройства, обусловленные наличием механического трения крыльчатки при ее вращении и необходимостью поддержания значительного располагаемого напора жидкости на входе (для достижения скоростей кавитации).

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является кавитатор для тепловыделения в жидкости, включающий корпус и установленную в нем осевую трубку Вентури, перед осевой трубкой Вентури по ходу движения жидкости установлен ударный клапан, жестко соединенный со штоком регулируемой длины за счет установленных на нем гаек и вставленный во втулку, запрессованную в перегородку со сквозными профилированными отверстиями, расположенную перед входом жидкости, вокруг осевой трубки Вентури диаметрально расположены дополнительные трубки Вентури (RU 99123, МПК F24J 3/00, опубл. 10.11.2010).

Недостаток известного устройства заключается в относительной сложности и низкой надежности конструкции, обусловленной наличием трения штока ударного клапана о втулку при его возвратно-поступательном движении, а также относительно малую эффективность работы, характеризующуюся непостоянством процесса кавитации жидкости в радиально расположенных дополнительных трубках Вентури при неконтролируемо изменяющихся гидравлических характеристиках движущегося потока в момент гидравлического удара.

Технический результат заключается в повышении надежности работы кавитатора за счет минимизации механического трения движущихся составных частей при обеспечении возможности стабилизации процесса кавитации в жидкости.

Сущность изобретения заключается в том, что кавитатор для тепловыделения в жидкости включает корпус с установленной в нем осевой трубкой Вентури, перед которой, по ходу движения жидкости, расположен ударный клапан и боковые трубки Вентури. Корпус представлен полой трубой со сквозным каналом в стенке, соединенным с гидроаккумулятором. Ударный клапан имеет три степени свободы относительно корпуса, а осевая трубка Вентури расположена вдоль горизонтальной оси Н-образной цилиндрической катушки, установленной в корпусе. В торце Н-образной цилиндрической катушки со стороны ударного клапана выполнены сквозные отверстия, а в противоположном ее торце расположены боковые трубки Вентури. Обратный клапан, выполненный в виде диска, поджат к сквозным отверстиям возвратной пружиной, установленной в распор между торцами Н-образной цилиндрической катушки. Ударный клапан зажат между большой конической пружиной, закрепленной основанием в торце осевой трубки Вентури соосно с ней, и малой конической пружиной, закрепленной в стопорном кольце, жестко установленной в корпусе. Форма и размер ударного клапана, а также расположение сквозных отверстий в торце Н-образной цилиндрической катушки выполнены с возможностью обеспечения поступления жидкости через обратный клапан при закрытом ударном клапане.

Кавитатор для тепловыделения в жидкости включает корпус 1 с установленной в нем осевой трубкой Вентури 2, перед которой, по ходу движения жидкости, расположен ударный клапан 3 и боковые трубки Вентури 4. Корпус 1 представлен полой трубой со сквозным каналом 5 в стенке, соединенным с гидроаккумулятором 6. Ударный клапан 3 выполнен с тремя степенями свободы относительно корпуса 1. Осевая трубка Вентури 2 расположена вдоль горизонтальной оси Н-образной цилиндрической катушки 7, установленной в корпусе 1. В торце Н-образной цилиндрической катушки 7 со стороны ударного клапана 3 выполнены сквозные отверстия 8, в ее противоположном торце расположены боковые трубки Вентури 4. Обратный клапан 9, выполненный в виде диска, поджат к сквозным отверстиям 8 возвратной пружиной 10, установленной в распор между торцами Н-образной катушки 7. Ударный клапан 3 зажат между большой конической пружиной 11, закрепленной основанием в торце осевой трубки Вентури 2 соосно с ней, и малой конической пружиной 12, закрепленной в стопорном кольце 13, жестко установленном в корпусе 1. Форма и размер ударного клапана 3, а также расположение сквозных отверстий 8 в торце Н-образной цилиндрической катушки выполнены с возможностью обеспечения поступления жидкости через обратный клапан 9 при закрытом ударном клапане 3.

Кавитатор для тепловыделения в жидкости работает следующим образом.

Со стороны расположения ударного клапана 3 в корпус 1 осуществляют подачу холодной жидкости, подлежащей нагреву, а со стороны расположения боковых трубок Вентури 4 от корпуса 1 устройства осуществляют отбор нагретой жидкости для удовлетворения различной тепловой нагрузки (тепловая нагрузка на рисунке не представлена). При известном значении скорости истечения жидкости через осевую трубку Вентури 2, в которой происходит ее кавитация, сопровождающаяся выделением тепла, ударный узел 3 увлекается движущимся потоком и закрывается. В этот момент времени кавитация в осевой трубке Вентури 2 прекращается, а со стороны закрытого ударного клапана 3 возникает импульс количества движения холодной жидкости, который, в фазу положительной волны гидравлического удара, обеспечит ее поступление через сквозные отверстия 8 и обратный клапан 9 в полость, образованную корпусом 1, Н-образной цилиндрической катушкой 7, сквозным каналом 5 и гидроаккумулятором 6, откуда холодная жидкость поступает в боковые трубки Вентури 4 для последующего подогрева. Когда положительная волна гидравлического удара сменится отрицательной, возвратная пружина 10, прижимая обратный клапан 9, закроет проходное сечение сквозных отверстий 8, сохраняя запасенное избыточное давление в гидроаккумуляторе 6, откроется ударный клапан 3 и будет происходить подогрев холодной жидкости, теперь уже, и в осевой трубке Вентури 2, одновременно с подогревом холодной жидкости, вытесняемой гидроаккумулятором 6 в боковые трубки Вентури 4. Движение ударного клапана 3 на открытие и закрытие относительно корпуса 1 происходит при сжатии-растяжении малой конической пружины 12 и большой конической пружины 11, между которым зажат ударный клапан 3. Центрирование малой конической пружины 12 в корпусе 1 обеспечивается за счет стопорного кольца 13, жестко закрепленного в корпусе 1. Использование этих двух (большой 11 и малой 12) конических пружин позволяет обеспечить движение ударного клапана 3 в трех степенях свободы относительно корпуса 1 и исключить механическое трение ударного клапан 3 о направляющие его вспомогательные устройства, которые в предлагаемом техническом решении отсутствуют.

По сравнению с известным решением предлагаемое обеспечивает относительно больший коэффициент преобразования кинетической энергии жидкости в тепловую энергию при стабилизации процесса кавитации и повышении надежности работы устройства за счет минимизации механического трения движущихся составных частей.