ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Вихревые технологии и устройства для приготовления мелкодисперсных эмульсий, нагрева разнородных жидкостей, отопления и горячего водоснабжения

Рекомендуемая область пременения

автономное горячее паро- и водоснабжение производственного и технологического оборудования в промышленности, сельском хозяйстве, пищевом и перерабатывающем производствах;
отопление и горячее водоснабжение жилых, производственных и общественных помещений;
подвижные или резервные системы теплоснабжения для коммунальных служб на случай аварий в системах теплоснабжения;
нагрев нефти перед переработкой;
приготовление мелкодисперсных, устойчивых к расслоению эмульсий;
автономный нагрев разнородных жидкостей и моющих растворов;
мойка и очистка деталей перед сборкой.

Назначение, цели и задачи проекта

Основное назначение проекта – разработка современных высокоэффективных ресурсосберегающих технологий и вихревых устройств для их реализации в промышленности.

Проект предполагает разработку ресурсосберегающей технологии и устройств для приготовления мелкодисперсных эмульсий, нагрева разнородных жидкостей, отопления и горячего водоснабжения технологического оборудования, очистки и мойки деталей при ремонте, после механической обработки, перед сборкой и нанесением гальванических покрытий.

Целью проекта является отработка технологии нагрева разнородных жидкостей с целью отопления и горячего водоснабжения технологического оборудования, приготовления, стойких к расслоению эмульсий, мойки и очистки деталей с использованием вихревого гидравлического теплогенератора.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

В настоящее время для решения задач приготовления мелкодисперсных эмульсий, нагрева разнородных жидкостей, горячего водоснабжения, мойки и очистки деталей и др. используются специальные виды оборудования. Нагрев жидкостей производится электрическим тепловыми нагревателями или паром, диспергирование и приготовление эмульсий с использованием мешалок различных конструкций. Однако этим устройствам свойственны определенные недостатки, главными из которых являются энергоемкость и требование водоподготовки. Приготовленные из разнородных жидкостей эмульсии расслаиваются, в них размножаются анаэробные бактерии, снижающие качество эмульсий. Мойка и очистка деталей, предусмотренная технологическим процессом, выполняемая в существующих моечных машинах, не всегда обеспечивает необходимое качество и, как правило, энергоемко.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Разработана технология и устройство для нагрева разнородных жидкостей при их движении в вихревой камере с высокой скоростью. Нагрев осуществляется за счет многократной циркуляции жидкости с помощью насоса в режиме вихревого течения по контуру термогенератора. Основным элементом конструкции вихревого теплового генератора (теплогенератора) является вихревая труба 3, показанная на рисунке 1. Инжекционный патрубок 1 соединяется с фланцем центробежного насоса (на рисунке 1 не показан). Вода подается под давлением 0,4…0,6 МПа. Улитка 2, создает закрученный поток, который далее поступает в цилиндрическую часть вихревой трубы 3, длина которой ориентировочно в 10 больше ее диаметра.

Рисунок 1 — Схема вихревого гидравлического теплогенератора

Центральное отверстие 4 служит для выхода горячего потока. Перед выходом закреплено тормозное устройство 5, выполненное в виде нескольких плоских пластин, радиально приваренных к центральной втулке, расположенной соосно с трубой 3.

При движении вихревого потока в трубе 3 к тормозному устройству 5, в осевой зоне трубы 3 формируется противоток по направлению к штуцеру 6, врезанному в плоскую стенку улитки 2 соосно с трубой 3 и предназначенному для выпуска «холодного» потока. В штуцере 6 установлен спрямитель потока 7, аналогичный тормозному устройству 5. Он служит для частичного превращения кинетической энергии «холодного» потока в тепловую. Выходящий тёплый поток по байпасу 8 подается в патрубок 9 вывода горячего потока. Далее нагретая вода поступает на вход жидкостного насоса, при этом часть ее отводится к потребителю. Охлажденная в теплообменных устройствах вода также возвращается на вход насоса.

Передача тепла от теплогенератора осуществляется с помощью подачи части жидкости к потребителю и возврата охлажденной жидкости для последующей циркуляции. Подобные системы показали свою полную состоятельность и эффективность, проработав много лет в системах отопления и горячего водоснабжения ряда стран СНГ. Вихревые теплогенераторы составили конкуренцию прямым преобразователям электрической энергии в тепловую, так как лишены многих существенных недостатков, присущих водогрейным устройствам с тепловыми электрическими нагревателями, основным недостатком которых является требование водоподготовки.

При вихревом течении создаются условия для возникновения кавитации. Кавитационные пузырьки, схлопываясь в объеме жидкости, обеспечивают ее нагрев, эффективное диспергирование разнородных фаз, очистку и мойку, погруженных в моющий раствор деталей. Тепло аккумулируется в жидком теплоносителе.

Возможен одновременный нагрев и нескольких разнородных жидкостей и, в том числе пожароопасных, а также организация автономного горячего водоснабжения. Кроме того, при схлопывании кавитационных пузырьков происходит диспергирование разнородных компонентов жидкости и образование мелкодисперсных эмульсий. Имеется информация о лечебном воздействии тепла и колебаний, возникающих в жидком теплоносителе при его циркуляции в генераторе на организм человека. В этой связи предлагаемые технология и устройства позволяют эффективно решать большой комплекс практических задач и получить дополнительные знания, необходимые для создания новых видов продукции.

Высокая надежность, безопасность и экономичность делают применение вихревых гидравлических теплогенераторов, обеспечивающих нагрев жидкости при ее вихревом движении, в качестве автономного источника теплоснабжения технологического оборудования более эффективным по сравнению с электронагревателями и более экономичным, чем паром. Их применение позволит повысить надежность и экономичность работы оборудования, в том числе обеспечит заданный температурный режим гальванических ванн. Четырехлетний опыт применения вихревых гидравлических теплогенераторов для теплоснабжения гальванических ванн в ОАО «Дизель» (Краснодарский край) показал их высокую надежность, при этом обеспечивается экономия энергоресурсов до 20%.

Применение небольших по мощности теплогенераторов, работающих в режиме кавитации, обеспечит качественное приготовление в производственных условиях мелкодисперсных трудно расслаивающихся эмульсий смазывающе-охлаждающих технологических средств (СОТС), используемых при обработке материалов резанием. В процессе приготовления СОТС с использованием вихревого теплогенератора проявляется синергетический эффект взаимного усиления процессов перемешивания, диспергирования, нагрева, обеззараживания и активации СОТС при движении жидкости в вихревых потоках.

Интенсифицировать процесс очистки и мойки деталей при ремонте, после механической обработки, перед сборкой и нанесением гальванических покрытий поверхности позволит применение гидродинамического вихревого нагревателя жидкости. При прокачивании моющего раствора электронасосом через вихревой гидродинамический нагреватель, в его вихревой камере происходит интенсивный тепло- и массоперенос, при этом создаваемые гидронагревателем вихревые потоки моющего раствора нагреваются, насыщаются мельчайшими паровоздушными пузырьками и при направленной подаче в моечный бак обеспечивают качественную мойку и очистку поверхности деталей, экономию моющих средств. Всепроникающие пузырьки, лопаясь на поверхности деталей интенсифицируют процесс очистки их поверхностей, обеспечивают экономию моющих средств и энергии.

Перспективные области применения:

приготовление мелкодисперсных, устойчивых к расслоению эмульсий;

смешивания разнородных жидкостей совмещенного с их нагревом;

автономный нагрев разнородных жидкостей и моющих растворов;

нагрев технологических жидкостей в гальваническом производстве;

автономные устройства для горячего водоснабжения и отопления;

отопления железнодорожных вагонов вместо угольных котлов;

мойка деталей машин при их изготовлении и ремонте;

в ряде отраслей пищевой промышленности, в том числе для пастеризации молока;

лечебно-терапевтическое воздействие на организм человека с целью лечения заболеваний опорно-двигательного аппарата.

Рисунок 2 - Образцы продукции – вихревые гидравлические теплогенераторы

Таблица 1-Технические характеристики вихревых теплогенераторов

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Имеется возможность автономного использования вихревых устройств в различных сферах деятельности человека. Технологии и устройства экологически и пожаробезопасны, в качестве привода возможно использование электрических двигателей или двигателей внутреннего сгорания, позволяют производить одновременный нагрев нескольких разнородных жидкостей, в том числе пожароопасных. Возможен монтаж в существующие системы отопления и горячего водоснабжения практически без их остановки.

Выгодно использовать вихревой гидравлический теплогенератор в качестве автономного нагревателя гальванических ванн.

Допускается периодическая эксплуатация теплогенератора в зимний период, что делает его пригодным для работы в местах временного проживания людей или при эксплуатации вахтенным методом.

Технологии и устройства для приготовления мелкодисперсных эмульсий экономичны. Получаемые эмульсии мелкодисперсные и устойчивы к расслоению.

Применение гидродинамического вихревого нагревателя жидкости позволит интенсифицировать процесс очистки и мойки деталей при ремонте, после механической обработки, перед сборкой и нанесением гальванических покрытий поверхности.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Основное преимущество вихревых теплогенераторов заключается в том, что с их помощью можно нагревать практически любые жидкости, в то время как ТЭНы требовательны к качеству подогреваемой воды. Главное их преимущество перед тепловыми электронагревателями – это отсутствие требований по подготовке воды, отсутствие накипи и отложений на элементах устройства и возможность работы на различных видах жидкости, в том числе химически агрессивных и пожароопасных.

Коэффициент полезного действия вихревых теплогенераторов достигает 95%, поскольку “потери” электрической энергии в насосе (с КПД~70 %) полностью идут на нагрев рабочей жидкости.

При повышении давления в системе выше атмосферного, что достигается герметизацией замкнутого водяного контура, температуру воды на выходе из теплогенератора можно существенно повысить. Так, при давлении 0,5 МПа температура достигает 150°С, что позволяет использовать ее в специфических технологических процессах.

Новые потребительские свойства продукции

совмещение в одном устройстве функций нагрева и перекачивания теплоносителя;
возможность использования в пожаро- и взрывоопасной окружающей среде;
отсутствует необходимость в водоподготовке, может нагревать загрязненные жидкости, жесткую воду без образования накипи;
возможность нагрева жидкостей с различными физико-химическими свойствами;
возможность использования в качестве привода насоса двигателя внутреннего сгорания;
экономичность в эксплуатации и обслуживании;
площадь для монтажа и обслуживания от 2 до 4 м2.
время монтажа от 1,5 до 3 часов;
широкая область применения;
простота конструкции и надежность в эксплуатации;
допускается периодическая эксплуатация в зимний период;
технологии и устройства для приготовления мелкодисперсных эмульсий экономичны. Получаемые эмульсии мелкодисперсные и устойчивы к расслоению;
цена ниже, чем у аналогов.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Изделие может изготавливаться из любых видов конструкционных металлов, преимущественно из стали. В зависимости от вида и состава нагреваемой жидкости могут применяться стали соответствующего состава (коррзионно стойкие). В качестве привода могут использоваться любые электродвигатели или двигатели внутреннего сгорания с частотой вращения вала не ниже 3000 мин-1. жидкостные насосы могут применяться различных типов с характеристиками соответствующими серийным насосам типа КМ. Блок управления изготавливается из серийно выпускаемых комплектующих.

Стадия и уровень разработки

В настоящее время выполнены НИОКР, при финансовой и производственной поддержке ООО «Термовихрь» разработана конструкторская документация на ряд типоразмеров теплогенератора мощностью от 2 до 45 кВт, сертифицированы 7 типоразмеров термогенератора (таблица 1, рисунок 2), освоено их производство, создан опытный образец парогенератора, разработан и изготовлен опытный образец термогенерирующей установки для одновременного нагрева нескольких разнородных жидкостей, разработан и изготовлен опытный образец моечной машины для мойки и очистки деталей.
Имеется возможность производства до 200 теплогенераторов в год. Объем продаж в настоящее время составляет до 30 единиц в год. Следующие этапы предполагают: НИОКР по созданию образцов устройств для выработки пара и нагрева разнородных жидкостей, в том числе пожароопасных (нефтепродуктов), для приготовления стойких эмульсий и других вариантов теплогенератора. Планируются маркетинговые исследования рынка, сертификация вновь создаваемых изделий, рекламная деятельность, освоение производства, реализация продукции.
Технических и организационных трудностей в освоении производства на любых предприятиях машиностроительного профиля нет.
Разработанный теплогенератор в настоящее время используется во многих регионах России: на Дальнем Востоке, Урале, Поволжье, Центре и Юге России и в Прибалтике для отопления и горячего водоснабжения жилых, производственных и общественных помещений, для автономного теплоснабжения технологического оборудования в различных отраслях промышленности, в гальванических производствах, при разведении мальков ценных пород рыб, может применяться в перерабатывающих производствах (пастеризация молока). Отзывы потребителей самые положительные.

Предлагаемые инвестиции

4 млн. руб.
Требуются партнеры и инвесторы для проведения дальнейших исследований, проведения сертификации, международного патентования разработанной продукции, организации и лицензирования совместного предприятия.
Форма инвестиций: контракты на выполнение НИОКР, организация совместных НИОКР, организация совместного предприятия. Инвестиции на завершение НИОКР, на маркетинговые исследования рынка и расширение номенклатуры изделий с использованием вихревого гидравлического теплогенератора, на сертификацию изделий и рекламную кампанию с целью расширение рынка сбыта. Объем инвестиций 4 млн. рублей сроком на два года.

Рынки сбыта

Основными потребителями устройства могут стать машиностроительные предприятия различных профилей, где вихревые теплогенераторы могут применяться для приготовления стойких эмульсий из несмешиваемых жидкостей, для мойки деталей при ремонте машин, для теплоснабжения гальванических ванн.
В летний период вихревые теплогенераторы с успехом заменяют котельные установки, загруженные лишь частично, например, обеспечивают горячее водоснабжение летних кемпингов, туристических баз, учреждений сферы услуг, животноводческих ферм и др.
Зимой могут использоваться как резервная система на случай аварийных ситуаций в системах теплоснабжения, или как самостоятельная автономная система отопления и горячего водоснабжения.
Применение вихревых теплогенераторов позволяет при минимальных расходах иметь в наличии горячую воду и тепло, исключить все проблемы, связанные с подвозом и хранением топлива, обеспечивает экологически безопасное теплоснабжение.
Потенциальный рынок – подвижные аварийные системы теплоснабжения для коммунальных служб и подразделений МЧС, территории Дальневосточного и Сибирского регионов, малые нефтеперерабатывающие предприятия, машиностроительные предприятия, гальванические производства.
Предварительная оценка потребности рынка России на данном этапе составляет 200-400 изделий в год, рыночная цена 52-182 тыс. руб., в зависимости от мощности, потенциальный рынок – до 1000 изделий в год.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемая в проекте технология не имеет аналогов на мировом рынке аналогичной продукции и технологий.

Возможность выхода на мировой рынок

На международном рынке отсутствуют конкурентоспособные изделия.

Срок окупаемости (в месяцах)

24

Дата поступления материала

29.09.2006