ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения конструкторской разработки.

На фиг 1 изображен разрез роторного гидроударного насоса-теплогенератора, состоящего из следующих основных деталей: 1 - полый корпус; 2 - патрубок для подвода нагреваемой жидкости; 3- патрубок для отвода нагреваемой жидкости; 4 - кольцо статора с отверстиями; 5 - ротор насоса-теплогенератора; 6 - приводной вал; 7 - кольцо ротора с отверстиями; 8 - уплотнительная прокладка статора; 9 - уплотнительная прокладка ротора.

На фиг.2 изображен узел i при движении гидропоршня из отверстия ротора в отверстие статора.

На фиг.3 изображен узел i при движении гидропоршня из отверстия статора в отверстие ротора.

На фиг.4 изображен график зависимости величины коэффициента полноты удара j _y от угла расширения b сопел ротора и статора, из которого видно, что наивыгоднейший угол расширения находится в пределах 6-8 ^o . При этих углах потери напора при движении в соплах минимальны. Ниже графика изображена схема соплового отверстия.

Работает описанный роторный гидроударный насос-теплогенератор следующим образом.

При вращении вала 6 (фиг.1) нагреваема жидкость по всасывающему патрубку 2 полого корпуса 1 поступает к кольцу ротора 7, жидкость заполняет отверстия ротора 7 и кольцевой канал между кольцом ротора 7, закрепленным на роторе 5, и кольцом статора, а затем и отверстия в кольце статора.

Под действием центробежной силы жидкость, находящаяся в сопловом отверстии ротора, выбрасывается в кольцевой канал между кольцами ротора и статора, а при совмещении отверстий устремляется в сопловое отверстие статора. При движении жидкости по сопловому отверстию статора происходит деформация полого шара 15 под действием гидравлического удара 11 (фиг.2). Для предотвращения растекания жидкости в момент гидравлического удара отверстие 10 корпуса 1 и отверстия статора уплотнены прокладкой 8, а отверстия ротора аналогично уплотнены прокладкой.

Жидкость, выброшенная из сопла ротора под действием кинетической энергии, образует в сопле ротора гидравлический поршень 12 с образованием зоны разряжения 13. В замкнутом объеме зоны 13, происходит под действием пониженного давления, насыщение жидкости ее парами и образование кавитационных пузырьков.

При смещении отверстия ротора к следующему отверстию статора (фиг.3) происходит выброс жидкости из соплового отверстия статора, под действием энергии полого шара 15, который, принимая первоначальную форму, сообщает жидкости кинетическую энергию. Так как в отверстии ротора было разрежение, то жидкость из соплового отверстия статора устремляется в отверстия ротора. Резкое повышение давления в зоне гидравлического удара 14 заставляет конденсироваться пары жидкости и кавитационных пузырьков, а кинетическая энергия жидкости деформирует полый шар 16 в отверстии ротора.

При заполнении жидкостью вакуумных зон 13 ротора и статора в момент конденсации паров жидкости происходит их резкое уменьшение в объеме. Известно, что объем конденсата в 400-1500 раз меньше объема пара, равновеликого ему по массе.

Давления, возникающие в результате конденсации парогазовых и кавитационных пузырьков, можно определить по формулам:

1. Смыкание газовых и парогазовых пузырьков:

,

где r ³ а ₀ - радиус начального значения газового пузырька, мм;

r ³ - конечное значение газового пузырька, мм;

Р ₀ - гидростатическое давление в жидкости, кг/см ² ;

Р - давление, возникающее в центре конденсации кавитационного пузырька, кг/см ² .

Дл примера: при и p ₀ = 1 кг/см2 получаем Р=1260 кг/см2.

2. Давления, возникающие при конденсации паровых кавитационных пузырьков, определяются по формуле:

где b - сжимаемость жидкости, кг/см ² (дл воды b=50 , 10 ^-6 кг/см ² ).

При тех же значениях 5

p0=1 кг/см ² и получим Р = 10300 кг/см ² .

При p ₀ =10 кг/см ² и получим Р = 498800 кг/см ² .

Все вышеназванные значения давлений имеют место при конденсации шароподобных кавитационных пузырьков. В движущейся жидкости, а тем более при конденсации пузырьков в условиях гидравлического удара происходит деформация их поверхности и изменение формы.

При конденсации деформированных кавитационных пузырьков возникают кумулятивные струйки, давления в которых могут превышать давления от конденсации идеальных пузырьков до десятка раз. Учитывая изменения объемов пара при конденсации (400-1500) и значения

,

r ₀ можно предполагать, что давления Р могут быть значительно большими, чем при

Локальные повышения температуры в нагреваемой жидкости от перепадов давлений, возникающих от гидравлических ударов и конденсации кавитационных пузырьков, можно определить по формуле:

где v - объем жидкости, см3;

)Р - перепад давлений, кг/см ² ;

v - объемный вес жидкости, кг/см ³ ;

С - удельная теплоемкость жидкости, ккал/кг, ^o С;

m - механический эквивалент тепла, кг,см ³ /ккал;

)t - повышение температуры жидкости, ^o С.

Дл воды: v-0,001 кг/см ³ ;

С - 1,0 ккал/кг, ^o С;

m - 42700 кг см ³ /ккал;

при Р ₀ = 10 кг/см ² перепад давлений )Р составит

)Р=498800 - 10=498790 кг/см ² .

В этом случае )t=0,0234 )Р=0,0234 ,498790=11671,69 ^o С.

Подобные процессы парообразования и конденсации, гидравлических ударов и кавитации происходят в соплах ротора и статора многократно с повышением давления от всасывающего патрубка 2 к патрубку 3. Нагретая жидкость по нагнетательному патрубку направляется по назначению.

В целях уменьшения потерь на трение в соплах, а следовательно, снижения напора и предотвращения отрыва струи от стенок сопел угол их расширения должен быть в пределах 6-8 ^o .

Регулируя расход протекающей жидкости, давление на входе в насос-теплогенератор, а также число оборотов ротора можно установить энергоэкономный режим нагрева жидкости.

Уровень металлообработки на современных машиностроительных предприятиях позволяет осуществить изготовление роторных гидроударных насосов-теплогенераторов на базе серийно выпускаемых песковых, грунтовых и других насосов, имеющих значительный радиус рабочего колеса и его высоту.