RU2766375C1 - Hydrodynamic reactor for steam generator - Google Patents
Hydrodynamic reactor for steam generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2766375C1 RU2766375C1 RU2021115269A RU2021115269A RU2766375C1 RU 2766375 C1 RU2766375 C1 RU 2766375C1 RU 2021115269 A RU2021115269 A RU 2021115269A RU 2021115269 A RU2021115269 A RU 2021115269A RU 2766375 C1 RU2766375 C1 RU 2766375C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- ring
- steam
- rotor
- magnetic material
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 39
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 33
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010257 thawing Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 210000004907 gland Anatomy 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 230000005292 diamagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000004326 stimulated echo acquisition mode for imaging Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B3/00—Other methods of steam generation; Steam boilers not provided for in other groups of this subclass
- F22B3/06—Other methods of steam generation; Steam boilers not provided for in other groups of this subclass by transformation of mechanical, e.g. kinetic, energy into heat energy
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24V—COLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F24V40/00—Production or use of heat resulting from internal friction of moving fluids or from friction between fluids and moving bodies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
- Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
- Y02P80/15—On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам получения пара для промышленного применения в нефтедобывающей и газодобывающих отраслях: мойка и очистка от трудноудаляемых загрязнений на скважинах, очистка отложений в трубах нефтепроводов и газопроводов, размораживание и отогрев трубопроводов.The invention relates to thermal power engineering, namely to devices for generating steam for industrial use in the oil and gas industries: washing and cleaning of hard-to-remove contaminants in wells, cleaning deposits in oil and gas pipelines, defrosting and heating pipelines.
Известно, что для того, чтобы разогреть воду или превратить ее в пар используются пять видов энергетического воздействий на воду:It is known that in order to heat water or turn it into steam, five types of energy effects on water are used:
- источник внешнего тепла;- external heat source;
- трение твердых тел о жидкость или газ;- friction of solids on a liquid or gas;
- создание пониженного давления и перемещение жидкости в зону с повышенным давлением (кавитация);- creation of reduced pressure and movement of liquid into a zone with increased pressure (cavitation);
- ультразвуковое воздействие;- ultrasonic influence;
- электромагнитное воздействие.- electromagnetic influence.
Известны вихревые или кавитационные парогенераторы, которые воздействуют на жидкость практически всеми перечисленными способами, что повышает эффективность получения тепловой энергии и пара из воды посредством создания кавитационного вихревого потока, соединения молекул воды в кластеры и трения воды о поверхности ротора и статора, где нагрев жидкости и превращение ее в пар происходит не от источника внешнего тепла, ни от поверхности теплопередачи, тепло образуется внутри жидкости без передачи куда либо, с минимальными теплопотерями. Причем вода внутри вихревого или кавитационного парогенератора дополнительно разогревается от внутренних стенок разогретого изолированного корпуса за счет самой воды, от механического трения, кавитации и ультразвука, в виде схлопывания пузырьков, возникающих в результате вращения рабочего диска в замкнутом пространстве корпуса. В силу такого синергетического сложения сил воздействия (за исключением силы магнитного поля) нагрев жидкости и превращение ее в пар происходит гораздо быстрее и эффективнее чем в существующих известных устройствах.Vortex or cavitation steam generators are known that affect the liquid in almost all of the above ways, which increases the efficiency of obtaining thermal energy and steam from water by creating a vortex cavitation flow, combining water molecules into clusters and rubbing water on the surface of the rotor and stator, where the heating of the liquid and the transformation it into steam does not come from an external heat source, nor from a heat transfer surface, heat is generated inside the liquid without transferring anywhere, with minimal heat loss. Moreover, the water inside the vortex or cavitation steam generator is additionally heated from the inner walls of the heated insulated housing due to the water itself, from mechanical friction, cavitation and ultrasound, in the form of collapse of bubbles resulting from the rotation of the working disk in the closed space of the housing. Due to this synergistic addition of the impact forces (except for the strength of the magnetic field), the heating of the liquid and its transformation into steam occurs much faster and more efficiently than in existing known devices.
Известен теплогенератор механический, описанный в патенте РФ на изобретение №2233408, МПК F24J 3/00, 2003, состоящий из разъемного корпуса, содержащего входной патрубок для подачи холодной воды, кольцевой патрубок для приема и направления горячей воды и пара в выходной патрубок, служащий для отвода горячей воды или пара, опоры подшипников, пассивного диска; активного диска, закрепленного на валу, который опирается на подшипниковый узел и приводится в высокооборотное вращение. Холодная вода, поступая через входной патрубок попадает на активный диск и под действием центробежной силы с большой скоростью выходит через круговое отверстие в кольцевой патрубок. При прохождении воды через незамкнутую полость с последующим выходом ее через круговое отверстие в кольцевой патрубок со скоростью до 95 - 110 метров в секунду и свыше производится горячая вода, пар и перегретый пар. Недостатком описанного теплогенератора является большая механическая нагрузка из-за высоких оборотов диска (10000-13000 об/мин), что технически трудно исполнимо и небезопасно в случае разрушения устройства, кроме того, требуется длительное время для нагрева воды до 100°С.Known mechanical heat generator, described in the patent of the Russian Federation for invention No. 2233408, IPC F24J 3/00, 2003, consisting of a detachable housing containing an inlet pipe for supplying cold water, an annular pipe for receiving and directing hot water and steam into the outlet pipe, which serves to removal of hot water or steam, bearing support, passive disk; an active disk mounted on a shaft, which is supported by a bearing assembly and is driven into high-speed rotation. Cold water, entering through the inlet pipe, enters the active disk and, under the action of centrifugal force, exits at high speed through a circular hole into the annular pipe. When water passes through an open cavity with its subsequent exit through a circular hole into an annular pipe at a speed of up to 95 - 110 meters per second and more, hot water, steam and superheated steam are produced. The disadvantage of the described heat generator is a large mechanical load due to high disk speeds (10000-13000 rpm), which is technically difficult to perform and unsafe in case of device failure, in addition, it takes a long time to heat water to 100°C.
Известен роторный кавитационный парогенератор, описанный в патенте РФ на полезную модель №52976 с приоритетом 23.12.2005, МПК F22B 3/06; F22B 27/00, содержащий корпус, состоящий из кольца-статора, передней и задней боковых крышек, имеющих входное и выходное отверстия для подключения патрубков подвода нагреваемой жидкости и отбора пара, по крайней мере, один ротор в виде диска, установленный на валу и имеющий радиальный зазор между ним и статором и осевые зазоры между ним и боковыми крышками корпуса, завихрители. Входное отверстие для патрубка подвода жидкости расположено на периферийной части диска в зоне радиального зазора, а выходное отверстие для патрубка отбора пара выполнено в центральной части передней крышки. Недостатком описанного устройства является пульсирующий режим работы, что не позволяет получать сухой насыщенный пар и не обеспечивает стабильные параметры пара.Known rotary cavitation steam generator, described in the patent of the Russian Federation for utility model No. 52976 with priority 23.12.2005, IPC F22B 3/06; F22B 27/00, containing a body consisting of a stator ring, front and rear side covers, having inlet and outlet holes for connecting nozzles for supplying heated liquid and steam extraction, at least one rotor in the form of a disk mounted on a shaft and having radial clearance between it and the stator and axial clearances between it and the side covers of the housing, swirlers. The inlet for the liquid supply pipe is located on the peripheral part of the disk in the zone of the radial clearance, and the outlet for the steam extraction pipe is made in the central part of the front cover. The disadvantage of the described device is the pulsating mode of operation, which does not allow to obtain dry saturated steam and does not provide stable steam parameters.
Наиболее близким решением к заявляемому является гидродинамический реактор, используемый в устройстве для получения пара, описанном в патенте РФ на изобретение №2633725, приоритет от 2016.05.20, МПК F24J 3/00, F22B 29/00; F22B 35/06 «СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПАРА», выбранный заявителем в качестве ближайшего аналога. The closest solution to the claimed is a hydrodynamic reactor used in a device for producing steam, described in the RF patent for invention No. 2633725, priority dated 2016.05.20, IPC F24J 3/00, F22B 29/00; F22B 35/06 "METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING STEAM", selected by the applicant as the closest analogue.
Согласно патента №2633725 устройство для получения пара включает в себя реактор с корпусом из кольца-статора, передней и задней боковых крышек с отверстиями для подключения патрубков, по крайней мере, один ротор в виде диска, установленный на валу и имеющий радиальный зазор между ним и кольцом-статором и осевые зазоры между ним и боковыми крышками корпуса, кавитаторы (углубления), расположенные на цилиндрической и торцевой поверхностях диска , крышек и корпуса соответственно, систему подачи и слива жидкости, узел для подключения к механическому приводу, патрубок для отбора пара, систему регулировки параметров пара, установленную на патрубке для отбора пара, гидроаккумулятор перегретой жидкости, образованный патрубками, соединяющими отверстия в задней и передней крышках, образующими замкнутый контур, промежуточную камеру с воздушным зазором и дренажными отверстиями, отделяющую рабочую полость парогенератора от узла для подключения к механическому приводу, входное отверстие для подачи жидкости в рабочую полость парогенератора, расположенное в центральной части задней крышки в зоне торцевого уплотнения. According to patent No. 2633725, a device for generating steam includes a reactor with a housing made of a stator ring, front and rear side covers with holes for connecting nozzles, at least one disk-shaped rotor mounted on a shaft and having a radial clearance between it and stator ring and axial gaps between it and the side covers of the housing, cavitators (recesses) located on the cylindrical and end surfaces of the disk, covers and housing, respectively, a system for supplying and draining liquid, a unit for connecting to a mechanical drive, a branch pipe for steam extraction, a system adjustment of steam parameters, installed on the branch pipe for steam extraction, a hydraulic accumulator of superheated liquid, formed by branch pipes connecting holes in the rear and front covers, forming a closed circuit, an intermediate chamber with an air gap and drainage holes, separating the working cavity of the steam generator from the unit for connecting to a mechanical drive , fluid inlet fluid into the working cavity of the steam generator, located in the central part of the back cover in the area of the mechanical seal.
Гидродинамический реактор, используемый в описанном устройстве для получения пара, является наиболее близким к заявляемому устройству, поэтому заявитель выбирает его в качестве ближайшего аналога. The hydrodynamic reactor used in the described device for generating steam is the closest to the claimed device, so the applicant chooses it as the closest analogue.
Однако гидродинамический реактор, описанный в патенте №2633725, имеет некоторые недостатки:However, the hydrodynamic reactor described in patent No. 2633725 has some disadvantages:
- низкий КПД устройства;- low efficiency of the device;
- подшипниковая группа при длительной работе сильно разогревается за счет теплоизолированного разогретого корпуса;- the bearing group during long-term operation is strongly heated due to the heat-insulated heated housing;
- используется гидроаккумулятор для компенсации пульсирующей подачи жидкости на вход реактора и снижения колебаний энергопотребления;- a hydraulic accumulator is used to compensate for the pulsating liquid supply to the reactor inlet and reduce fluctuations in energy consumption;
- перекос диска из-за сильных гидроударов, что оказывает разрушающее механические воздействие на подшипниковую группу через приводной вал.- misalignment of the disk due to strong hydraulic shocks, which has a destructive mechanical effect on the bearing group through the drive shaft.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при использовании заявленного изобретения - расширение арсенала средств, а именно создание устройства, с помощью которого можно будет осуществить быстрое и эффективное превращение жидкости в пар.The technical problem, the solution of which is provided by using the claimed invention, is the expansion of the arsenal of means, namely the creation of a device with which it will be possible to quickly and efficiently convert a liquid into vapor.
Технический результат - повышение КПД, увеличение надежности работы, обеспечение стабильного процесса генерации пара с заданными параметрами, регулируемыми в широких пределах, с любой начальной температурой жидкости.The technical result is an increase in efficiency, an increase in the reliability of operation, ensuring a stable process of steam generation with specified parameters, adjustable over a wide range, with any initial temperature of the liquid.
Техническая проблема решается и технический результат достигается тем, что в известном реакторе, включающем статор, выполненный в виде кольца, переднюю и заднюю боковые крышки с отверстиями для подключения патрубков для подвода жидкости и отбора пара, ротор в виде диска, установленный на валу и имеющий радиальный зазор между ним и статором и осевые зазоры между ним и боковыми крышками, завихрители, расположенные на цилиндрических и торцевых поверхностях ротора, крышек и статора, заявленный реактор дополнительно содержит магнитный пояс, состоящий из неодимовых магнитов, установленных внутри статора радиально с постоянным шагом, а также дополнительные кавитационные выступы, расположенные на цилиндрической поверхности ротора, и рекуперативную камеру, отделяющую подшипниковую зону от нагретого статора, при этом статор выполнен из немагнитного материала, а снаружи статор закрыт кольцом-экраном.The technical problem is solved and the technical result is achieved by the fact that in a known reactor, including a stator made in the form of a ring, front and rear side covers with holes for connecting pipes for supplying liquid and extracting steam, a disk-shaped rotor mounted on a shaft and having a radial a gap between it and the stator and axial gaps between it and the side covers, swirlers located on the cylindrical and end surfaces of the rotor, covers and stator, the declared reactor additionally contains a magnetic belt consisting of neodymium magnets installed radially inside the stator with a constant pitch, as well as additional cavitation protrusions located on the cylindrical surface of the rotor, and a recuperative chamber separating the bearing zone from the heated stator, while the stator is made of non-magnetic material, and the stator is outside closed with a ring-screen.
Кроме того, заявленное устройство содержит выравниватели давления, установленные на крышках статора соосно, замкнутые в кольцо и разнесенные между собой по периферии на угол 120° или 90°. Причем, в заявленном устройстве с магнитной системой в результате получения более устойчивого процесса формирования кавитации, при условии непрерывной дозированной и высокостабильной подачи жидкости в ректор, выравниватели давления могут отсутствовать.In addition, the claimed device contains pressure equalizers installed coaxially on the stator covers, closed in a ring and spaced apart along the periphery at an angle of 120° or 90°. Moreover, in the claimed device with a magnetic system, as a result of obtaining a more stable process of cavitation formation, subject to continuous dosed and highly stable liquid supply to the reactor, pressure equalizers may be absent.
В заявленном устройстве жидкость подается в рабочую полость реактора нагретой за счет теплоотдачи от разогретой подшипниковой группы.In the claimed device, the liquid is fed into the working cavity of the reactor heated due to heat transfer from the heated bearing group.
Согласно изобретению, интенсивность скоростной механической кавитации в сопровождении резонансных звуковых колебаний в реакторе с магнитной системой значительно усиливается за счет получаемого двойного эффекта воздействия на формирование пароводяной смеси:According to the invention, the intensity of high-speed mechanical cavitation accompanied by resonant sound vibrations in a reactor with a magnetic system is significantly enhanced due to the resulting double effect on the formation of a steam-water mixture:
- жидкость, попадающая на вращающийся диск, отбрасывается по инерции на внутреннюю стенку кольца-статора и «зажимается» в узком зазоре между ротором и статором, где образовано сильное магнитное поле за счет магнитов, радиально вмонтированных в статор. Магнитное поле в кавитационном течении вихревого потока воздействует на разделение молекул воды. Водород диамагнитен и выталкивается из магнитного поля, кислород же обладает парамагнитными свойствами и втягивается в магнитное поле, что способствует разрыву связей между водородом и кислородом подаваемой жидкости;- liquid falling on a rotating disk is thrown by inertia onto the inner wall of the stator ring and "clamped" in a narrow gap between the rotor and the stator, where a strong magnetic field is formed due to magnets radially mounted in the stator. The magnetic field in the cavitation flow of the vortex flow affects the separation of water molecules. Hydrogen is diamagnetic and is pushed out of the magnetic field, while oxygen has paramagnetic properties and is drawn into the magnetic field, which contributes to breaking the bonds between hydrogen and oxygen in the supplied liquid;
- кавитационные выступы ротора расположены напротив магнитов статора на близком расстоянии от них и за счет такого расположения замыкают магнитное поле через себя, формируя через выступы увеличенную плотность и глубину проникающего потока. Причем по причине стационарности магнитных полюсов статора, при вращении ротора кавитационные выступы смещаются относительно полюсов статора, при этом происходит периодическая смена направления намагниченности магнитного поля на противоположное через движущиеся кавитационные выступы и периферийную поверхность диска, создавая индукционные токи - токи Фуко, при которых происходит дополнительный нагрев периферии рабочего диска вместе с кавитационными выступами. - cavitation protrusions of the rotor are located opposite the stator magnets at a close distance from them and due to this arrangement they close the magnetic field through themselves, forming through the protrusions an increased density and depth of the penetrating flow. Moreover, due to the stationarity of the magnetic poles of the stator, when the rotor rotates, the cavitation protrusions are displaced relative to the stator poles, while there is a periodic change in the direction of the magnetization of the magnetic field to the opposite through the moving cavitation protrusions and the peripheral surface of the disk, creating induction currents - Foucault currents, at which additional heating occurs periphery of the working disk together with cavitation protrusions.
Таким образом, в заявленном реакторе за счет пояса из высокотемпературных неодимовых магнитов появляется дополнительное силовое воздействие на подаваемую жидкость - это магнитное поле статора, под действием которого быстрее достигается нужное давление и температура вихревого потока и затем пара, причем чем ближе кавитационные выступы расположены к магнитам, тем сильнее воздействие на разрыв связей молекул воды, тем сильнее напряженность и глубина проникновения сфокусированного магнитного поля в диск, и, как следствие, глубже и сильнее прогрев диска.Thus, in the claimed reactor, due to the belt of high-temperature neodymium magnets, an additional force effect on the supplied liquid appears - this is the stator magnetic field, under the influence of which the required pressure and temperature of the vortex flow and then steam are reached faster, and the closer the cavitation protrusions are located to the magnets, the stronger the impact on breaking the bonds of water molecules, the stronger the intensity and depth of penetration of the focused magnetic field into the disk, and, as a result, the deeper and stronger the heating of the disk.
В силу синергетического сложения сил воздействия в рабочей зоне реактора, в том числе магнитного воздействия, нагрев жидкости и превращение ее в пар происходит гораздо быстрее и эффективнее, что обусловлено усилением интенсивности протекающих процессов механической кавитации с пониженным энергопотреблением.Due to the synergistic addition of the impact forces in the working zone of the reactor, including the magnetic impact, the heating of the liquid and its transformation into steam occurs much faster and more efficiently, which is due to the increased intensity of the ongoing mechanical cavitation processes with reduced energy consumption.
Для повышения коэффициента полезного действия в заявленном устройстве тепло, выделяемое в зоне подшипникового узла, используется в качестве подогревателя входной жидкости, при этом одновременно охлаждается подшипниковый узел, а весь корпус реактора покрыт теплоизоляционным слоем.To increase the efficiency in the claimed device, the heat generated in the area of the bearing assembly is used as an inlet fluid heater, while the bearing assembly is simultaneously cooled, and the entire reactor vessel is covered with a heat-insulating layer.
Заявленное изобретение поясняется графическими материалами:The claimed invention is illustrated by graphic materials:
Фиг.1 - гидродинамический реактор с одним рабочим диском (в разрезе);Fig.1 - hydrodynamic reactor with one working disk (in section);
Фиг.2 - гидродинамический реактор с тремя рабочими дисками (в разрезе);Fig.2 - hydrodynamic reactor with three working disks (in section);
Фиг.3 - магнитная система, встроенная в кольцо-статор (варианты установки);Fig.3 - magnetic system built into the stator ring (installation options);
Фиг.4 - 2D-модель формирования магнитного моля в рабочей полости при расположении магнитов по варианту №3;Fig.4 - 2D model of the formation of a magnetic mole in the working cavity when the magnets are located according to option No. 3;
Фиг.5 - рабочая полость с магнитным полем при движении диска-ротора.Fig.5 - working cavity with a magnetic field during the movement of the disk-rotor.
Заявленный гидродинамический реактор (Фиг.1) содержит следующие части: The claimed hydrodynamic reactor (Figure 1) contains the following parts:
1 - вал механического привода;1 - mechanical drive shaft;
2 - воротниковые уплотнители;2 - collar seals;
3 - торцовая крышка;3 - end cap;
4 - подшипниковый узел;4 - bearing assembly;
5 - подшипники;5 - bearings;
6 - распорная втулка;6 - spacer sleeve;
7 - промежуточная жидкостная камера;7 - intermediate liquid chamber;
8 - камера охлаждения и смазки;8 - cooling and lubrication chamber;
9 - керамическое уплотнение;9 - ceramic seal;
10 - дренажные отверстия;10 - drainage holes;
11 - сальник;11 - stuffing box;
12 - внутренняя левая крышка;12 - inner left cover;
13 - отверстия ротора;13 - holes of the rotor;
14 - выравниватель давления;14 - pressure equalizer;
15 - сальник (левый и правый);15 - gland (left and right);
16 - корпус (статор);16 - housing (stator);
17 - кольцо-экран;17 - ring-screen;
18 - корпусные углубления для неодимовых магнитов;18 - housing recesses for neodymium magnets;
19 - высокотемпературный неодимовый магнит;19 - high-temperature neodymium magnet;
20 - втулка;20 - bushing;
21 - кольцо для удержания магнитов;21 - ring for holding magnets;
22 - углубления цилиндрической формы;22 - recesses of a cylindrical shape;
23 - кавитационные выступы;23 - cavitation protrusions;
24 - завихрители, радиально расположенные с обеих сторон ротора, а также с24 - swirlers located radially on both sides of the rotor, as well as with
внутренних сторон внутренних левой и правой крышек;the inner sides of the inner left and right covers;
25 - ротор;25 - rotor;
26 - внутренняя правая крышка;26 - inner right cover;
27 - торцовый колпак;27 - end cap;
28 - сальник торцового колпака;28 - gland of the end cap;
29 - отверстие для измерения давления;29 - hole for measuring pressure;
30 - отверстие для измерения температуры;30 - hole for temperature measurement;
31 отверстие для сброса давления;31 pressure relief holes;
32 - ступица;32 - hub;
33 - шайба;33 - washer;
34 - торцевое выходное отверстие для выпуска пара;34 - end outlet for steam release;
35 - гайка;35 - nut;
36 - теплоизоляционное покрытие;36 - heat-insulating coating;
37 - шпонка;37 - key;
38 – опора правая;38 - right support;
39 - сливной патрубок;39 - drain pipe;
40 - опора левая.40 - left support.
Для достижения стабильного выхода пара в заявленном реакторе был увеличен аккумулирующий объем и уменьшены его габариты за счет использования на выходе вместо выходного конуса (устройства в центральной части диска, из которого под давлением поступает пар) торцового колпака 27 с боковым отверстием 29 для измерения давления, с боковым отверстием 30 для измерения температуры, с боковым отверстием 31 для сброса давления и торцевым отверстием 34 для выпуска пара, что исключило необходимость в установке специального крепежа для навесного оборудования.To achieve a stable steam output in the claimed reactor, the accumulating volume was increased and its dimensions were reduced due to the use of an
Внутренняя левая крышка 12, внутренняя правая крышка 26, кольцо-экран 17, подшипниковый узел 4, торцовый колпак 27 и ротор 25 могут быть выполнены (при работе с агрессивной средой - соленая вода, моющие средства и т.д.) из нержавеющей магнитной стали 20Х13 ГОСТ1577-93, 30Х13 ГОСТ1577-93, 40Х13 ГОСТ1577-93, а при работе с обычной средой (вода, дистиллированная или техническая вода) из обычной стали СТ-3, СТ-8, СТ-10, поскольку этот материал хорошо экранирует магнитные волны и не выпускает их наружу за пределы реактора.The inner
Заявленный гидродинамический реактор (Фиг.1) в отличие от ближайшего аналога дополнительно содержит:The claimed hydrodynamic reactor (Figure 1), unlike the closest analogue, additionally contains:
- магнитный пояс, состоящий из неодимовых магнитов 19, установленных внутрь статора 16 радиально с постоянным шагом, при этом каждый магнит помещен во втулку из мягкого немагнитного материала;- a magnetic belt consisting of
- дополнительные кавитационные выступы 23, расположенные на цилиндрической поверхности ротора 25;-
- рекуперативную камеру 7 (промежуточную жидкостную камеру), отделяющую подшипниковую зону (подшипниковый узел) от нагретого статора 16;- recuperative chamber 7 (intermediate liquid chamber) separating the bearing area (bearing assembly) from the
- статор 16, выполненный из немагнитного материала, который легко пропускает магнитное поле через себя (нержавеющая сталь 12Х18Н10Т), закрыт снаружи кольцом-экраном 17 для концентрации напряженности магнитных полей внутри статора.- the
Неодимовые магниты 19, установленные в корпусные углубления 18, защищены от вибрации втулками 20 из мягкого немагнитного материла (например, латунь, медь, бронза, олово), а для удержания внутри статора они закрыты тонким кольцом 21 из немагнитного материала, причем на кольце 21 с наружной стороны имеются дополнительные углубления 22 цилиндрической формы, смещенные относительно углублений 18 для магнитов (примерно на половину расстояния между ними).
На цилиндрической поверхности ротора 25 имеются кавитационные выступы 23, расположенные близко, оппозитно и соосно установленным неодимовых магнитам 19, поэтому выступы 23 фокусируют плотность и увеличивают глубину проникающего магнитного потока, замыкают его через себя и, таким образом, «загребают» поток жидкости, оставляя за собой разряженную область, то есть лучше формируют кавитацию и способствуют более глубокому прогреву ротора 25 токами Фуко.On the cylindrical surface of the
Возможен вариант гидродинамического реактора с магнитным поясом и тремя рабочими дисками (Фиг.2), который содержит следующие части:A variant of a hydrodynamic reactor with a magnetic belt and three working disks (Figure 2) is possible, which contains the following parts:
1 - механического привода;1 - mechanical drive;
2 - воротниковые уплотнители;2 - collar seals;
3 - торцовую крышку;3 - end cover;
4 - подшипниковый узел;4 - bearing assembly;
5 - подшипники;5 - bearings;
6 - распорная втулка;6 - spacer sleeve;
7 - промежуточная жидкостная камера;7 - intermediate liquid chamber;
8 - камера охлаждения и смазки;8 - cooling and lubrication chamber;
9 - керамическое уплотнение;9 - ceramic seal;
10 - дренажные отверстия;10 - drainage holes;
11 - сальник;11 - stuffing box;
12 - внутренняя левая крышка;12 - inner left cover;
13 - компенсационные отверстия ротора;13 - compensation holes of the rotor;
14 - выравниватель давления;14 - pressure equalizer;
15 - сальник (левый и правый);15 - gland (left and right);
16 - корпус;16 - body;
17 - кольцо-экран;17 - ring-screen;
18 - корпусные углубления для магнитов (левое и правое);18 - housing recesses for magnets (left and right);
19 - высокотемпературные неодимовые магниты (левый и правый);19 - high-temperature neodymium magnets (left and right);
20 - втулка;20 - bushing;
21 - кольцо для удержания магнитов;21 - ring for holding magnets;
22 - углубления цилиндрической формы кольца 21;22 - recesses of the cylindrical shape of the
23 - кавитационные выступы;23 - cavitation protrusions;
24 - завихрители, радиально расположенные с обеих сторон дисков 25 и 44, кольца 21 и внутри внутренней левой 12 и внутренней правой 26 крышек;24 - swirlers located radially on both sides of the
25 - левый диск (ротор);25 - left disk (rotor);
26 - внутренняя правая крышка;26 - inner right cover;
27 - торцовый колпак;27 - end cap;
28 - сальник торцового колпака;28 - gland of the end cap;
29 - отверстие для измерения давления;29 - hole for measuring pressure;
30 - отверстие для измерения температуры;30 - hole for temperature measurement;
31 - отверстие для сброса давления;31 - hole for pressure relief;
32 - ступица;32 - hub;
33 - шайба;33 - washer;
34 - торцевое выходное отверстие для выпуска пара;34 - end outlet for steam release;
35 - гайка;35 - nut;
36 - теплоизоляционное покрытие;36 - heat-insulating coating;
37 - шпонка;37 - key;
38 - опора правая;38 - right support;
39 - сливной патрубок;39 - drain pipe;
40 - опора левая;40 - left support;
41 - углубления цилиндрической формы кольца для удержания магнитов;41 - recesses of the cylindrical shape of the ring to hold the magnets;
42 - углубления цилиндрической формы распорного диска;42 - recesses of the cylindrical shape of the spacer disk;
43 - распорный диск;43 - spacer disc;
44 - правый диск (ротор);44 - right disk (rotor);
45 - противовес для выравнивания нагрузки на подшипники.45 - counterweight to equalize the load on the bearings.
Заявленный гидродинамический реактор с тремя рабочими дисками (Фиг.2) содержит установленный между правым и левым диском-ротором распорный диск 43, предназначенный для снижения вибраций от гидродинамического воздействия и уменьшения «рабочей зоны» формирования пара, два ряда (пояса) высокотемпературных неодимовых магнитов 19, размещенных по внутренней цилиндрической поверхности кольца-статора, и защищенных от вибрации втулками 20 из мягкого немагнитного материла и закрытых кольцом 21 из немагнитного материала, на котором внутри по всей длине в два ряда имеются смещенные относительно углублений 18 кольца-статора углубления 22 цилиндрической формы, причем на выступе кольца 21 с обеих сторон оппозитно радиально размещены вытянутой формы завихрители 24, а на внутренней части цилиндрической поверхности кольца 21 по всей длине имеются одинаковые цилиндрической формы углубления 41, при этом на цилиндрической поверхности дисков 25 и 44 дополнительно установлены кавитационные выступы 23, а на цилиндрической поверхности распорного диска углубления 42 цилиндрической формы.Claimedhydrodynamic reactor with three working disks (Figure 2) contains a
В статоре 16 реактора в рабочей зоне завихрителей на внутренних крышках 12 и 26 на периферии размещены 3-4 разнесенные между собой оппозитно парных отверстия на угол соответственно 120° или 90° и замкнутых в 3 или 4 кольцеобразных контура, что обеспечит выравнивание по давлению «активной зоны» рабочей полости реактора, снизит микроперекосы ротора и увеличит рабочий ресурс изделия в целом. In the
В качестве жидкости может быть использована обычная вода, солевой раствор или вода с примесью других растворимых веществ или жидкостей.The liquid can be ordinary water, saline or water mixed with other soluble substances or liquids.
Таким образом, заявленный гидродинамический реактор (Фиг.2) в отличие от ближайшего аналога содержит выполненное из немагнитного материла кольцо-статор 16, внутрь которого вмонтированы два ряда (пояса) высокотемпературных неодимовых магнитов 19, посаженных в защищающие от вибрации втулки 20 из мягкого немагнитного материла и закрытых кольцом 21 из немагнитного материала. Таким образом, в заявленном реакторе создаются два кольцевых магнитных поля, свойства которых могут меняться в зависимости от комбинации расположения магнитов (Фиг.3). Thus, the claimed hydrodynamic reactor (Figure 2), in contrast to the closest analogue, contains a
Снаружи статор 16 закрыт кольцом-экраном 17, что обеспечивает концентрацию напряженности магнитных полей внутри статора.Outside, the
На Фиг.4 представлена 2D-модель формирования магнитного поля по рабочему диску и кольцу-статору для одного из вариантов (вариант №3) расположения магнитов (в программе Femm ver.4.2).Figure 4 shows a 2D model of the formation of a magnetic field along the working disk and the stator ring for one of the options (option No. 3) of the location of the magnets (in the program Femm ver.4.2).
На Фиг.5 схематично представлена рабочая полость с магнитным полем при движении диска-ротора и индуцировании токов Фуко, в результате чего нагревается вся периферия рабочего диска вместе с кавитационными выступами.Figure 5 schematically shows the working cavity with a magnetic field during the movement of the rotor disk and the induction of Foucault currents, as a result of which the entire periphery of the working disk is heated together with the cavitation protrusions.
Заявленное решение раскрыто в отношении предпочтительных вариантов его осуществления, однако возможны и аналогичные варианты его осуществления, не выходящие за пределы объема правовой охраны настоящего изобретения.The claimed solution is disclosed in relation to the preferred options for its implementation, however, similar options for its implementation are possible, without going beyond the scope of the legal protection of the present invention.
Устройство работает следующим образом:The device works as follows:
Подачу жидкости в рабочую полость гидродинамического реактора осуществляют под избыточным давлением непрерывно в строго дозируемом количестве. Для предотвращения износа рабочих поверхностей кавитаторов и уменьшения пусковых токов электродвигателя при работе в плотной жидкостной среде, на стадии разогрева парогенератора (до образования пароводяной смеси) жидкость подают в незаполненный парогенератор с одновременным пуском гидродинамического реактора. Через промежуточную жидкостную камеру 7 жидкость попадает через камеру охлаждения и смазки 8 на вращающейся диск 25, где жидкость отбрасывается силами инерции вращения на периферию диска. В зоне радиального зазора между ротором 25 и кольцом-статором 16, осевого зазора между ротором 25, левой 12 и правой 26 внутренними крышками под действием инерционных сил образуется вращающееся аэрозольное облако в виде объемного кольца.The supply of liquid to the working cavity of the hydrodynamic reactor is carried out under excessive pressure continuously in a strictly metered amount. To prevent wear of the working surfaces of the cavitators and reduce the starting currents of the electric motor when operating in a dense liquid medium, at the stage of heating the steam generator (until the formation of a steam-water mixture), the liquid is fed into an unfilled steam generator with simultaneous start-up of the hydrodynamic reactor. Through the intermediate
Под воздействием завихрителей 24 и магнитного поля во вращающемся кольце распыленной жидкости в результате трения жидкости о поверхность ротора и статора, происходят сдвиговые напряжения, соединения молекул воды в кластеры, срывы и пульсации жидкости, которые создают в результате гидродинамического воздействия быстро нагревающийся и расширяющейся под давлением кавитационный вихревой поток, где пароводяная смесь переходит в парообразную фазу. Причем интенсивность процесса формирования пара одновременно усиливается разогретой периферийной поверхностью вращающегося диска (ротора), которая нагревается индукционными токами магнитного поля статора при вращении диска 25. Образующийся пар под давлением парообразования движется к центру диска и выходит через выходной патрубок 34 торцевого колпака 27. При этом, благодаря измерительным приборам, установленным в отверстия 29, 30 и 31 торцевого колпака 27, контролируется состояние пара. Выдача пара компенсируется непрерывной подачей жидкости на входе.Under the influence of
Использование заявленного изобретения позволит расширить арсенал средств, с помощью которого можно будет осуществить быстрое и эффективное превращение жидкости в пар, а также повысить КПД, увеличить надежность работы устройства, обеспечить стабильный процесс генерации пара.The use of the claimed invention will expand the arsenal of means by which it will be possible to quickly and efficiently convert liquid into steam, as well as increase efficiency, increase the reliability of the device, and ensure a stable steam generation process.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021115269A RU2766375C1 (en) | 2021-05-28 | 2021-05-28 | Hydrodynamic reactor for steam generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021115269A RU2766375C1 (en) | 2021-05-28 | 2021-05-28 | Hydrodynamic reactor for steam generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2766375C1 true RU2766375C1 (en) | 2022-03-15 |
Family
ID=80736594
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021115269A RU2766375C1 (en) | 2021-05-28 | 2021-05-28 | Hydrodynamic reactor for steam generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2766375C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU211005U1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-05-18 | Андрей Васильевич Попов | Mobile mobile steam generator |
CN115854325A (en) * | 2022-12-02 | 2023-03-28 | 靖江智冷九八科技有限公司 | High-temperature steam generating pump |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6823820B2 (en) * | 2002-12-03 | 2004-11-30 | Christian Helmut Thoma | Apparatus for heating fluids |
RU52976U1 (en) * | 2005-12-23 | 2006-04-27 | Александр Петович Архипов | ROTARY CAVITATION STEAM GENERATOR |
RU2338970C1 (en) * | 2007-04-02 | 2008-11-20 | Андрей Борисович Адамович | Method of liquid heating and device for its implementation |
WO2013006080A1 (en) * | 2011-07-07 | 2013-01-10 | Potapov Yuriy Semenovich | A method and vortex heat generator for producing steam and thermal energy |
RU2633725C1 (en) * | 2016-05-20 | 2017-10-17 | Александр Петрович Архипов | Method and device for producing steam |
-
2021
- 2021-05-28 RU RU2021115269A patent/RU2766375C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6823820B2 (en) * | 2002-12-03 | 2004-11-30 | Christian Helmut Thoma | Apparatus for heating fluids |
RU52976U1 (en) * | 2005-12-23 | 2006-04-27 | Александр Петович Архипов | ROTARY CAVITATION STEAM GENERATOR |
RU2338970C1 (en) * | 2007-04-02 | 2008-11-20 | Андрей Борисович Адамович | Method of liquid heating and device for its implementation |
WO2013006080A1 (en) * | 2011-07-07 | 2013-01-10 | Potapov Yuriy Semenovich | A method and vortex heat generator for producing steam and thermal energy |
RU2633725C1 (en) * | 2016-05-20 | 2017-10-17 | Александр Петрович Архипов | Method and device for producing steam |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU211005U1 (en) * | 2021-12-30 | 2022-05-18 | Андрей Васильевич Попов | Mobile mobile steam generator |
CN115854325A (en) * | 2022-12-02 | 2023-03-28 | 靖江智冷九八科技有限公司 | High-temperature steam generating pump |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7089886B2 (en) | Apparatus and method for heating fluids | |
RU2766375C1 (en) | Hydrodynamic reactor for steam generator | |
RU2142604C1 (en) | Heat energy production process and resonant heat pump/generator unit | |
RU2752504C2 (en) | Method and device for heating and purifying liquids | |
WO2015138381A1 (en) | Method and apparatus for heating liquids | |
RU2235950C2 (en) | Cavitation-vortex heat generator | |
US6976486B2 (en) | Apparatus and method for heating fluids | |
KR20120122442A (en) | a multiplex heating producer which using centrifugal force and friction force | |
RU61852U1 (en) | DRIVING CAVITATION HEAT AND STEAM GENERATOR | |
WO2013006080A1 (en) | A method and vortex heat generator for producing steam and thermal energy | |
RU2534198C2 (en) | Heat energy generation method and device | |
RU52976U1 (en) | ROTARY CAVITATION STEAM GENERATOR | |
WO2017200414A1 (en) | Method and device for producing steam | |
RU2633725C1 (en) | Method and device for producing steam | |
RU2290573C1 (en) | Liquid heating apparatus | |
RU2293931C1 (en) | Arrangement for heating liquid | |
RU2347154C1 (en) | Small-sized rotor-type heat generator | |
RU2411423C2 (en) | Method for obtaining steam-gas mixture and hot heat carrier from liquid and turbo-rotary steam-gas generator for its implementation | |
RU2338970C1 (en) | Method of liquid heating and device for its implementation | |
RU2719612C1 (en) | Heat generator | |
RU2270965C1 (en) | Arrangement for heating liquid | |
KR20160033475A (en) | magnetic induction head with electric boiler for friction heat of fluid | |
RU2308648C1 (en) | Rotor heat generator | |
RU2823844C1 (en) | Device for liquid heating and steam generation (versions) | |
RU101157U1 (en) | HYDRODYNAMIC LIQUID HEATING UNIT |