Волновой обменник давления

 

К Плткнту

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

1 (21) 4356483/29 (22) 05.09.88 (31) 87 16 (32) 05.01.87 (33) NO (46) 1512.93 Бюл. Ив 45.— 46 (76) Лейф Й.Хеуг(ИО) (86) NO 87/00086 (30.12.87) (54) ВОЛНОВОЙ ОБМЕННИК ДАВЛЕНИЯ (57) Использование: в энергетическом мащиностроении, а именно в устройствах для передачи давления от потока жидкости в одной системе потоку жидкости в другой системе. Сущность изобретения: волновой обменник давления содержит корпус

1 с входными и выходными патрубками 12 — 15, цилиндрический ротор со сквозными проточками, параллельными его продольной оси, концентрично установленный в корпусе с возможностью вращения, между патрубками 12 — 15 выполнены разделительные стенки, с образованием каналов подвода и отвода жидкости, а сквозные проточки ротора при его вращении сообщены с патрубками 12 — 15, (в) RU (и) 2004856 С1 (51) 5 F()4F И 02 внутренние части которых, прилежащие. к ротору, выполнены в поперечном сечении в виде соосного ротору круга, а каждый из каналов — в виде сегмента круга с центральным углом, равным 180О, продольная ось частей патрубков 12 — 15, удаленных от ротора, расположена перпендикулярно продольной оси ротора, а продольная ось частей патрубков 12 — 15, прилежащих к ротору, расположена под углом к продольной оси ротора Кроме того, в сечении, перпендикулярном продольной оси ротора, образующая наружной поверхности патрубков 12—

15 выполнена S-образной и расположена под переменным углом к плоскости вращения, который в каждом текущем сечении определяется синусоидальной зависимостью от центрального угла. обра— зованного двумя плоскостями, одна из которых проходит через кромку части патрубка, прилежащую к ротору, а другая — через текущее сечение патрубка, суммарная площадь поперечного сечения сквозных проточек, сообщенных с патрубками 12—

15 постоянна при любом положении ротора. 5 з.п.ф-лы, 10 ил.

2004856

Изобретение относится к волновым обменникам давления, содержащим корпус с входными и выходными патрубками для каждого потока жидкости, цилиндрический ротор, снабженный сквозными проточками, параллельными его продольной оси, и способный вращаться в корпусе, при этом входные и выходные патрубки каждого потока жидкости скомбинированы в виде пар патрубков, расположенных на противоположных сторонах корпуса, между входными и выходными патрубками выполнены разделительные стенки с образованием подвода и отвода жидкости, а сквозные проточки ротора при его вращении попеременно сообщаются с ВхОдными и Выходными пэтрубками.

Известен аппарат для передачи давления вышеописанного типа, в котором имеегся шарик в каждом отверстии, разделяющий жидкостные потоки в каждой системе. Движение шариков ограничивается расположением седла или стопора в каждом конце каждого канала, в которое упирается шарик.

Седла уменьшают поперечное сечение каналов и, кроме того, шарики, стенки каналов и седла подвергаются механическому износу, что приводит к утечкам жидкости. Вследствие малых зазоров между шариками и стенками соответствующих каналов необходимо обеспечивать большую силу, чтобы шарики двигались при больших скоростях жидкости, что приводит к потерям энергии.

При резкой остановке потока жидкости, Вызванной резким ударом шарика в седло, может возникнуть кавитация, которая может повредить расположенные в этой зоне части устройства. Наличие шарика и гедел двух клапанов с уплотнительными кольцами, пружинами и т,д, для каждого канала приводит к тому, что устройство стансвится сло>кным и дорогостоящим, Кроме того, Вышеупомянутый износ может привести к необходимости замены некоторых узлов устройства, что потребует определенного времени и материальных затрат, Расположение входных и выходных трубопроводов, при котором жидкость Вытекает и поступает только через один канал, приводит к прерывистости потока.

Целью изобретения является создание устройства, для которого вышеуказанные недостатки характерны в меньшей степени.

На фиг,1 представлен обменник давления, вид в плане; на фиг.2 — сечение А-А на фиг,1; на фиг.3 — сечение линии Б-Б на фиг.2; на фиг.4 — вид по стрелке В на флг,2; на фиг,5 — узел, прилегающий к ротору, на фиг.ба — е — поперечные сечения. иллюстрирующие принцип действия устройства; на

55 фиг.7 — диаграммы, иллюстрирующие принцип действия устройства; на фиг.8 — схема устройства в соответствии сданным изобретением (устройство соединено с двумя резервуарами жидкости); на фиг.9а,б,в— варианты торцевых узлов; на фиг.10 — развернутый вид в цилиндрическом сечении по линии Х-Х через часть торцевого узла, Устройство включает трубчатый цилиндрический корпус 1, который на каждом конце имеет кольцевые фланцы 2 и 3 со сквозными отверстиями.

Два идентичных узла 4 и 5 с кольцевыми фланцами б и 7, диаметр и сквозные отверстия которых соответствуют фланцам корпуса, герметично соединены с соответствующими концами корпуса 1, причем фланцы 2 и 3 корпуса 1 соединены соответственно с фланцами 6 и 7 посредством болтов и гаек (не показаны). Для обеспечения плотного соединения между фланцами могут применяться уплотнительные кольца.

В трубчатом корпусе 1 смонтирован цилиндрический ротор 8, внешний диаметр которого соответствует. внутреннему диаметру корпуса 1, причем ротор 8 может свободно вращаться в корпусе 1. Торцевые поверхности ротора расположены перпендикулярно его продольной оси, а его длина приблизительно соответствует длине корпуса 1. Ротор 8 имеет определенное число осевых сквозных каналов или отверстий 9.

Кэк показано на фиг,3, они имеют кольцевое поперечное сечение, продольные оси расположены равномерно по двум цилиндрическим поверхностям, соосным по отношению к ротору. Диаметр каналов и их расстояние друг от друга могут быть неодинаковыми на двух цилиндрических поверхностях. Более того в роторе может быть одно кольцо каналов или три и более кольца.

На каждом конце 4 и 5 корпуса имеются по два канала или патрубка 12-15, располо>кенных близко друг к другу и имеющих общие стенки (или разделительные стенки) 16 и 17, соприкасающиеся с корпусом 1 и ротором 8 и проходящие по крайней мере на некотором участке патрубков. Как видно иэ фиг,4 и 5, внутренние отверстия 18,19 (20,21) соответственно каждой пары патрубков имеют полукольцовую форму, причем диаметр круга может быть несколько меньше диаметра ротора 8, Таким образом создаются опоры или поверхности скольжения для ротора, которые предотвращают возможность смещения ротора 8 в продольном направлении корпуса 1, допуская его вращение, и обеспечивается лучшее уплотнение между ротором и корпусом, Разделительные стенки 16,17 между отверстиями

2004856

18 19 (20,21) соответственно проходят к периферийным участкам ротора таким образом, что последний во время вращения . может с обеспечением уплотнения скользить по кромке разделительной стенки. Разделительная стенка и поверхность скольжения могут иметь удел уплотнения, который обеспечивает уплотнение между ротором и разделительной стенкой.. Толщина разделительной стенки может быть постоянной или изменяться в радиальном направлении от центра полукольцевых внутренних отверстий (см. фиг,9), причем толщина стенки несколько больше поперечных размеров каналов, расположенных на соответству1ощем расстоянии от продольной оси ротора. Как показано на фиг,2, и родольная ось внутренней части 10 патрубка расположена по существу под углом к плоскости вращения ротора 8, в то время как продольная ось внешнего участка патрубка расположена по существу параллельно этой плоскости. Продольные оси внешней части патрубков могут быть параллельны другдругу или расположены под углом в общей плоскости вращения (см, фиг.9а-9с). Внешний конец части патрубка может иметь фланец или резьбу (не показана) для соединения патрубка с трубкой внешней системы, Как показано на фиг,2,9а,с и 10, накло11ная стенка 24 внутренней части патрубка 10. противоположной ротору, имеет S-образную форму в цилиндрическом соосном сечении по отношению к продольной оси ротора, например, в сечении по линии Х вЂ” X на фиг.9а, причем самые близкие к ротору 8 участки и самые удаленные от него примерно параллельны плоскости вращения ротора или расположены под небольшим углом к ней, в то время, как средние участки расположены под большим углом к ней. Накло«

<< стенки на этом участке по отношению к плоскости вращения ротора описывается синусоидальной функцией угла и в плоскости вращения и в направлении враще:vÿ. который имеет место между двулIH BfIocKDстями 26,27, каждая из когорых проходит через, продольную 0cb ротора, но первая плоскость, или плоскость 26 отсчета, кроме того, включает один конец патрубка 12 — 15, а вторая плоскосгь 27 вкл1очает часть стенки, причем угол Р измеряется в плоскости вращения ротора, например, в плос:<Ости 25 на фиг,9с.

Два внешних участка 4 и 5 располо>кень1 диаметрально противоположно в плоскости вращения таким образом, что внешние отверстия пар патрубков направлены в противоположные стороны, Как показано на фиг.2

55 и 4, вал 22 который через уплотнительный узел проходит сквозь разделительную стенку 17 внешнего участка 4 и который соединен с электродвигателем (не показан) или другим подобным агрегатом, может быть жестко соединен с ротором для обеспечения вращения последнего.

Принцип действия устройства для передачи давления в соответствии с изобретением подробно рассматривается с помощью фиг.6 и 7.

Для использования энергии давления первой жидкости, например отработанной жидкости, участвующей в одном процессе, когда эта жидкость будет использоваться для повышения давления другой жидкости, используемой в другом процессе, подводящая труб:<а 30, по которой протекает отработанная жидкость, соединяется с патрубком 12 устройства для передачи давления, а трубка 31 для подачи другой жидкости — с патрубком 15. Далее, отводящая трубка 32 для отработанной жидкости соединяется с патрубком 13, а отводящая трубка 33 для другой жидкости — патрубком 14.

Давление жидкости обозначается буквой р, а давление жидкости в конкретном патрубке — добавлением индекса, соответствующего номеру патрубка, Допускается, что о12 > р14 > р15 > р13.

Для Объяснения принципа действия рассматривается поток жидкости через конкретный канал ротора при допущении, что ротор вращается электродвигателем. На фиг.6а — 6f показаны последовательные положения этого àíàëà 9 во время вращения ротора 8. На фиг.6а ротор показан в таком положении, когда канал 9 только что соединил я с патрубками 13 и 15. Поскольку р15 > p13, начинается вытеснение отработанной жидкости, находящейся в канале.

Когда ротор проходит поло>кение, показанНОе на фиг.áf, и занимаст положение, показан1;Оа на фиг.6с, в <отором канал закрыт раздел1:.тель11ыми стенками 16 и 17, практичаски вся Отработанная жидкость вытесняется из канала другой жидкостью. Когда ротор занимает положение, показанное на фиг.6<1, пр11 котором канал соединен с патрубками 12 и 14, даьление жидкости немедленно увеличивается до уровня между р12 и р14 и высокое давление р12 отработанной х<идкости вызывает поток жидкости в патрубск 12 и вытеснение другой жидкости, так

1то Она вытекает из патрубка 14. Давление жидкости в патрубке 14 может регулироваться регулиру1ощим клапаном (не показан) или другим подобным устройством, 2004856

Когда ротор проходит положение, показанное на фиг.бе, и занимает положение, показанное на фиг.áf, при котором канал опять закрыт разделительными стенками 16 и 17, практически вся другая жидкость в канале заменена отработанной жидкостью, Когда ротор во время вращения опять занимает положение, показанное на фиг,ба, при котором соединены патрубки 13 и 15, вышеописанный цикл начинается сначала.

На фиг.7а,в представлены диаграммы скорости для входного и выходного участков конкретного канала ротора, где 01 и 02— абсолютные скорости жидкости; W1 и W2— скорости жидкости относительно трубопровода; Ч вЂ” скорость канала относительно корпуса, C1V и C2V обозначают составляющие скоростей С1 и С2 соответственно в направлении V, Ротор приводится во вращение моторам, однако наклонный внутренний участок 10 входных патрубков 12 и 15 в сочетании с осевой направленностью каналов

10 вызывает усилие момента, стремящегося повернуть ротор, причем этот момент пропорционален величине (C1V — C2V). Таким образом, двигатель для вращения ротора становится в этом случае ненужным, Если разница между давлениями жидкостей достаточно велика, нет необходимости устанавливать гидронасосы для преодоления сопротивления в трубках, так как перепад давлений обеспечивает желаемый поток жидкости.

Если давление отработанной жидкости равно давлению другой жидкости, т.е, р12 - р14 и р13 = р15 и замещение жидкостей в каналах не может быть обеспечено перепадами давлений, как описывалась выше, поток может быть обеспечен другим методам, Одним методом является установка циркуляционных или гидравлических насосов 42 и 43 (см, фиг.8) для преодоления сопротивления потока в соответствующих системах труб, На фиг.8 схематично показан случай, в котором устройство для передачи давления используется для подачи, например, горячей воды в резервуар 40, расположенный на высоком уровне, из резервуара

41, расположенного на низком уровне, когда холодная вода, вытекающая из высоко расположенного резервуара используется для повышения давления воды, которая вытекает из нижнего резервуара. Это обеспе5

50 чивается насосом 42 в трубе 44, которая

Формула изобретения

1, ВОЛНОВОЙ ОБМЕННИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий корпус с входными и выходными патрубками для каждого потосоединяет трубопровод 14 с верхним резервуаром и насосом 43 в трубе 47, которая соединяет нижний резервуар с трубопроводом 15. В других случаях устройство для передачи давления может использоваться в качестве насоса благодаря наклонному внутреннемуучасткутрубопроводов 12 и 15, где создаваемый момент, необходимый для вращения ротора, примерно пропорционален разности C2V — C1V (см. фиг,7). Эта разность имеет положительное значение при соответствующей скорости V канала. Таким образом, если ротор приводится в движение двигателем, гидравлические насосы 42 и 43 могут оказаться ненужными, Благодаря одновременному соединению большого количества каналов 9 с патрубками 12 и 13 (14 и 15) соответственно жидкость всегда будет протекать в них и поскольку участок отверстий каналов, кото- рый во время вращения ротора закрыт одной частью разделительных стенок, соответствует участку отверстия трубопровода, который одновременно открыт другой диаметрально противоположной частью разделительной стенки, пульсация потока в каналах будет очень незначительна. Благодаря такой конструкции устройство допускает очень большие скорости потоков жидкости и имеет КПД больше, чем у известных устройств такого рода, При больших скоростях жидкости особенно важно, что поток устойчивый. Вышеописанная форма внутренней части стенки патрубка, которая прилегает к ротору, обеспечивает такое состояние, при котором составляющая скорости в продольном направлении потока жидкости, втекающей и вытекающей, мала в каналах, которые начинают перемещаться от или к разделительной стенке, т,е. открываются или закрываются, в то время, как зта составляющая скорости потока жидкости велика в каналах, занимающих промежуточное положение, и при котором переходный режим от малых скоростей к большим проходит плавно, Такая форма стенки обеспечивает плавное ускорение и замедление потока жидкости в канале, которые проходят при больших КПД и способствует дальнейшему уменьшению пульсаций в потоке жидкости, (56) Патент США f+ 3431747, НКИ 62-123, опублик. 1969, ка жидкости, цилиндрический ротор со сквозными проточками, параллельными его продольной оси, концентрично установленный в корпусе с возможностью вра2004856

10 щения, причем входные и выходные патрубки каждого потока жидкости обьединены в пару патрубков, расположенных на противоположных сторонах корпуса, между входными и выходными патрубками выполнены разделительные стенки с образованием каналов подвода и отвода жидкости, а сквозные проточки ротора при его вращении попеременно сообщены с входными и выходными патрубками, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, внутренние части патрубков, прилежащие к ротору, выполнены в поперечном сечении — в виде соосного с ротором круга, а каждый из каналов подвода и отвода жидкости в поперечном сечении — в виде сегмента круга с центральным углом

180, 2, Обменник по п,1, отличающийся тем, что продольная ось частей патрубков, удаленных от ротора, расположена перпендикулярно к продольной оси ротора, а продольная ось .частей патрубков, прилежащих к ротору, расположена под углом к продольной оси ротора. . 3. Обменник по п,1 или 2, отличающийся тем, что в сечении, перпендикулярном к продольной оси ротора, образующая наружной поверхности патрубков выполнена

$-образной и расположена под переменным углом к плоскости вращения, причем угол наклона центральной части патрубков превышает угол наклона прилежащих и удаленных от ротора частей патрубков к плоскости вращения, 4. Обменник по п.3, отличающийся тем, что угол наклона образующей наружной

10 поверхности патрубков к плоскости вращения в каждом текущем сечении определяется синусоидальной зависимостью от центрального угла, образованного двумя плоскостями, одна из которых проходит че15 рез кромку части патрубка, прилежащую к ротору, а другая — через текущее сечение патрубка.

5. Обменник по п.1, или 2, или 3, или п,4, отличающийся тем, что продольные

20 оси удаленных от ротора частей патрубков расположены с образованием угла между ними, а пары патрубков расположены диаметральна противоположно и развернуты на 180 друг относительно друга в плоско25 сти вращения ротора. б. Обменник по п,1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что суммарная площадь поперечного сечения сквозных и -

30 проточек, сообшенных с патрубками, по-, стоянна при любом положении ротора, 2004856

2004856

2004856

2004В56

2004856

Заказ 3393

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель А. Павлов

Редактор Н. Федорова Техред М.Моргентал Корректор Л. Филь

Волновой обменник давления Волновой обменник давления Волновой обменник давления Волновой обменник давления Волновой обменник давления Волновой обменник давления Волновой обменник давления Волновой обменник давления Волновой обменник давления Волновой обменник давления 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергомашиностроению , а именно к устройствам для повышения давления газа в напорных магистралях

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к волновым обменникам давления

Изобретение относится к машиностроению , а конкретно к конструкции роторов волновых обменников давления, получивших распространение в качестве устройств для наддува двигателей внутреннего сгорания

Изобретение относится к машиностроению и позволяет повысить эффективность нейтрализации токсических веществ в сжимающих газах волнового обменника давления

Изобретение относится к энергомашиностроению , а именно к устройствам для повышения давления воздуха в напорных магистралях

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к волновым обменникам давления

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к устройству волновых обменников давления, используемых в нефтехимической и газовой промышленности в качестве расширительных холодильных машин установок низкотемпературной обработки газов

Изобретение относится к машиностроению, а именно к комбинированным двигателям внутреннего сгорания

Изобретение относится к волновым детандерам-компрессорам и может быть использовано в компрессионных системах и установках, в которых применяются расширительные машины

Изобретение относится к волновым обменникам давления (ВОД) и может быть использовано совместно и/или в пульсирующих воздушно-реактивных, роторно-поршневых, поршневых двигателям внутреннего сгорания (ДВС) и в других областях

Изобретение относится к машиностроению, касается усовершенствования волновых обменников давления и может использоваться для наддува двигателей внутреннего сгорания

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и касается усовершенствования ротора волнового обменника давления

Изобретение относится к дизелестроению и направлено на усовершенствование конструкций обменников давления, преимущественно давления отработавших газов и воздуха для систем наддува двигателей внутреннего сгорания
Наверх