паровой котел с вращающимся парогенератором

Формула изобретения

1. Паровой котел с вращающимся парогенератором, содержащий корпус с камерой, в которой с зазором на валу смонтирован вращающийся парогенератор в виде полого тела вращения, камера которого ограничена снаружи осесимметричной периферийной стенкой с впадинами, и выполненный с возможностью вращения на валу вокруг своей оси, осевые подводящий и отводящий патрубки для подвода питательной воды в камеру вращающегося парогенератора и отвода из нее пара соответственно, при этом камера корпуса выполнена с возможностью соединения с камерой сгорания средства для сжигания топлива и отвода дымовых газов, отличающийся тем, что впадины на периферийной стенке вращающегося парогенератора выполнены чашеобразными, при этом хотя бы вдоль части периферии внутри камеры корпуса дополнительно смонтирован неподвижный парогенератор, выполненный в виде одной или более неподвижных камер, каждая из которых снабжена патрубками для подвода питательной воды и отвода пара.

2. Котел по п.1, отличающийся тем, что впадины выполнены в два и более ряда в продольном направлении вращающегося парогенератора.

3. Котел по п.2, отличающийся тем, что впадины выполнены в шахматном порядке.

4. Котел по п.1, отличающийся тем, что впадины выполнены с равным шагом в продольном направлении парогенератора.

5. Котел по п.1, отличающийся тем, что впадины выполнены круглыми в плане.

6. Котел по п.5, отличающийся тем, что впадины выполнены диаметром 0,05-0,25 наружного диаметра вращающегося парогенератора в месте расположения впадины.

7. Котел по п.1, отличающийся тем, что впадины выполнены вытянутыми в продольном направлении вращающегося парогенератора.

8. Котел по п.1, отличающийся тем, что глубина впадин выполнена большей, чем толщина пограничного слоя горячих дымовых газов при работе котла.

9. Котел по п.1, отличающийся тем, что глубина впадины составляет 0,02-0,20 наружного диаметра вращающегося парогенератора в месте расположения впадины.

10. Котел по п.1, отличающийся тем, что вращающийся парогенератор выполнен с вертикальной осью.

11. Котел по п.1, отличающийся тем, что вращающийся парогенератор выполнен в виде полого сфероида вращения.

12. Котел по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из двух половин с возможностью их раздвижения одна от другой в направлении, поперечном оси вращающегося парогенератора.

13. Котел по п.1, отличающийся тем, что неподвижный парогенератор включает две и более неподвижных камер, смонтированных одна рядом с другой так, что между стенками соседних камер образована щель, сообщающаяся с камерой корпуса и простирающаяся преимущественно в направлении от вращающегося парогенератора.

14. Котел по п.13, отличающийся тем, что вращающийся парогенератор выполнен с вертикальной осью, при этом щель простирается преимущественно вертикально в направлении преимущественно от вращающегося парогенератора.

15. Котел по п.13, отличающийся тем, что камеры неподвижного парогенератора выполнены в виде отдельных оболочек.

16. Котел по п.1, отличающийся тем, что на стенке камеры неподвижного парогенератора, обращенной к стенке вращающегося парогенератора, выполнена одна или несколько впадин.

17. Котел по п.16, отличающийся тем, что впадина стенки камеры неподвижного парогенератора расположена на одном уровне вдоль оси вращающегося парогенератора, по крайней мере, с одной впадиной периферийной стенки вращающегося парогенератора.

18. Котел по п.17, отличающийся тем, что впадины периферийной стенки вращающегося парогенератора выполнены в два и более ряда в продольном направлении вращающегося парогенератора, при этом на уровне каждого ряда таких впадин в стенке камеры неподвижного парогенератора выполнена, по крайней мере, одна впадина.

19. Котел по п.16, отличающийся тем, что впадина стенки камеры неподвижного парогенератора выполнена чашеобразной.

20. Котел по п.16, отличающийся тем, что впадина стенки камеры неподвижного парогенератора выполнена круглой в плане.

21. Котел по п.16, отличающийся тем, что размеры впадины стенки камеры неподвижного парогенератора преимущественно равны размерам впадин периферийной стенки вращающегося парогенератора

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетики, а именно к паровым котлам с вращающимися теплообменными элементами.

Из уровня техники известен способ генерирования пара путем нагрева жидкости от внешнего источника тепла в парогенерирующих устройствах, вращающихся вокруг своей оси.

Известен вращающийся водотрубный паровой котел с двумя камерами, соединенными трубами, с подводом питательной воды и отбором пара через осевой полый стержень [а.с. SU 18482, опубл. 30.11.1930]. Известен способ генерирования пара, котел для осуществления которого содержит вращающийся корпус с внутренним вращающимся барабаном, подводящий и отводящий патрубки, при этом как внутренняя поверхность корпуса, так и внешняя поверхность барабаны снабжены выступами для разделения на слои жидкости внутри котла [патент RU 2053437, опубл. 27.01.1996]. Такие котлы относительно сложны конструктивно и имеют низкую надежность.

Известен паровой котел с вращающимся барабаном и с подводом питательной воды через дырчатую ось барабана [а.с. SU 31026, опубл. 31.07.1933]. Барабан снабжен радиальными трубками и установлен на подшипниках внутри неподвижного шарообразного корпуса, смонтированного из двух половин. Известен вращающийся генератор пара, в корпусе котла которого помещен лабиринт, служащий для перегрева пара [а.с. SU 48350, опубл. 31.08.1936]. Известен парогенератор, содержащий цилиндрический вертикальный корпус с осевыми подводящим и отводящим патрубками, установленный с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, также содержащий нагреватель в виде индуктора вокруг боковых стенок корпуса [а.с. SU 804995, опубл. 15.02.1981]. Известные котлы имеют относительно низкий кпд, т.к.: а) горячие газы от внешнего источника тепла закручиваются вокруг оси вращающегося парогенератора за счет сил вязкого трения и «отбрасываются» от его наружной стенки за счет центростремительного ускорения; б) вблизи ровной наружной стенки парообразователя образуется неподвижный граничный слой, снижающий теплопередачу через стенку.

В качестве прототипа выбран известный вращающийся паровой котел [патент US 3690302, опубл. 12.09.1972]. Камера котла ограничена осесимметричными стенками и радиально расположенной внешней периферийной стенкой. Котел вращается вокруг своей оси со скоростью, обеспечивая кольцевую форму органической жидкости и ее кольцевое распределение по периферии вдоль периферийной стенки, чтобы образовать внутреннюю цилиндрическую поверхность кипения, расположенную на определенном радиусе от оси вращения. Средство для сжигания топлива расположено рядом с внешней стороны периферийной стенки и предназначено для нагрева и выпаривания жидкости. Периферийная стенка котла имеет поперечные кольцевые гофры по всей длине поверхности теплопередачи. Подвод жидкости и отбор пара осуществляется через осевые отверстия вала, на котором смонтирован и вращается котел. Поперечные кольцевые гофры не способны создать завихрение потока горячих дымовых газов вблизи периферийной стенки, поэтому известный котел также имеет относительно низкий к.п.д. по вышеупомянутым причинам.

Решаемая техническая задача - повышение кпд парового котла с вращающимся парогенератором.

Предлагается паровой котел с вращающимся парогенератором, содержащий корпус с камерой, в которой с зазором на валу смонтирован вращающийся парогенератор в виде полого тела вращения, камера которого ограничена снаружи осесимметричной периферийной стенкой с впадинами, и выполненный с возможностью вращения на валу вокруг своей оси, осевые подводящий и отводящий патрубки для подвода питательной воды в камеру вращающегося парогенератора и отвода из нее пара соответственно, при этом камера корпуса выполнена с возможностью соединения с камерой сгорания средства для сжигания топлива и отвода дымовых газов. Новым является то, что впадины на периферийной стенке вращающегося парогенератора выполнены чашеобразными, при этом хотя бы вдоль части периферии внутри камеры корпуса дополнительно смонтирован неподвижный парогенератор, выполненный в виде одной или более подвижных камер, каждая из которых снабжена патрубками для подвода питательной воды и отвода пара.

Т.о. предлагаемые впадины способствуют закручиванию потока горячих дымовых газов вблизи периферийной стенки, что увеличивает теплопередачу через эту стенку, а также будет использоваться тепло части дымовых газов, отбрасываемых за счет центростремительного ускорения от периферийной стенки вращающегося парогенератора к внутренней поверхности камеры парового котла, где и предлагается разместить неподвижный парогенератор.

Впадины могут быть выполнены в два и более ряда в продольном направлении вращающегося парогенератора, например в шахматном порядке.

Впадины могут быть выполнены с равным шагом в продольном направлении вращающегося парогенератора.

Чашеобразные впадины могут быть круглыми в плане, причем лучше, когда впадины выполнены с диаметром 0,05-0,25 от наружного диаметра вращающегося парогенератора в месте расположения впадины.

Впадины могут быть выполнены вытянутыми в продольном направлении вращающегося парогенератора

Лучше, когда глубина впадин выполнена большей, чем толщина пограничного слоя горячих дымовых газов при работе котла, в частности зависящей от температуры горячих дымовых газов, типа топлива, скорости вращения парогенератора.

Глубина впадины может составлять 0,02-0,20 от наружного диаметра вращающегося парогенератора в месте расположения впадины.

Из динамических соображений лучше, когда вращающийся парогенератор выполнен с вертикальной осью.

Вращающийся парогенератор может быть выполнен в виде полого сфероида вращения.

Корпус может быть выполнен из двух половин с возможностью их раздвижения одна от другой в направлении, поперечном оси вращающегося парогенератора. Это позволяет получить доступ к камере корпуса и теплообменным поверхностям, например, для их очистки или для осуществления ремонтных работ.

Неподвижный парогенератор может включать две и более неподвижные камеры, смонтированные одна рядом с другой так, что между стенками соседних камер образована щель, сообщающаяся с камерой корпуса и простирающаяся преимущественно в направлении от вращающегося парогенератора. Т.о. смежные стенки так же служат в качестве поверхностей теплообмена. При этом:

- вращающийся парогенератор может быть выполнен с вертикальной осью, при этом лучше, когда щель простирается преимущественно вертикально в направлении преимущественно от вращающегося парогенератора.

- камеры неподвижного парогенератора лучше выполнять в виде отдельных оболочек, что позволяет легко производить их монтаж или демонтаж.

На стенке камеры неподвижного парогенератора, обращенной к стенке вращающегося парогенератора, может быть выполнена одна или несколько впадин.

Лучше, когда указанная впадина стенки камеры неподвижного парогенератора расположена на одном уровне вдоль оси вращающегося парогенератора по крайней мере с одной впадиной периферийной стенки вращающегося парогенератора. При этом, когда впадины периферийной стенки вращающегося парогенератора выполнены в два и более ряда в продольном направлении вращающегося парогенератора, в стенке камеры неподвижного парогенератора лучше выполнять по крайней мере одну впадину на уровне каждого такого ряда.

Впадину стенки камеры неподвижного парогенератора можно выполнять чашеобразной и/или круглой в плане.

Лучше, когда размеры впадины стенки камеры неподвижного парогенератора преимущественно равны размерам впадин периферийной стенки вращающегося парогенератора.

Изобретение поясняется чертежами парового котла, где на фиг.1 показан вид котла спереди с местным разрезом, на фиг.2 - поперечный разрез А-А фиг.1, на фиг.3 и 4 - варианты формы выемок стенки вращающегося парогенератора и стенки модулей неподвижного парогенератора. Пунктирной линией на фиг.1 показан уровень воды во время работы парового котла. Впадины нижних рядов на внутренней стороне вращающегося парогенератора на фиг.2 не показаны для целей облегчения понимания чертежа.

Изобретение поясняется на примере.

Паровой котел смонтирован в корпусе, включающем две половинки 1 и 2 соответственно, разъемно соединенные по разъему 3. Внутри корпуса на валу 4, установленном в подпятнике 5, и на валу 6, установленном в подшипнике 7, смонтирован вращающийся парогенератор 8, периферийная стенка 9 которого снабжена тремя рядами впадин 10. Внутри половинки 1 корпуса смонтировано три отдельных модуля 11, 12 и 13 неподвижного парогенератора, представляющих из себя камеры, заполненный водой 14, снабженные патрубками для подвода питательной воды (не показаны) и патрубками 15 для отвода пара. На стенках 16, 17 и 18 модулей 11, 12 и 13 в три ряда выполнены выемки 19, а сами модули 11, 12 и 13 смонтированы так, чтобы между ними были образованы вертикальные щели 20, соединяющие камеру 21 корпуса с выхлопной камерой 22 с выхлопным патрубком 23. Камера сгорания средства для сжигания топлива (не показана), например угольной или мазутной топки, соединена с камерой 21 корпуса через окно 24 в его нижней части. Вал 6 выполнен с кольцевой полостью 25 для отбора пара из камеры 26, а внутри него вставлен патрубок 27 для подачи питательной воды 28. Выемки 10, 19 могут иметь различную форму в плане, например как показано на фиг.3 или 4.

При работе парового котла питательная вода 28 подается в нижнюю часть камеры 26, при этом парогенератор 8 вращается с угловой скоростью, обеспечивающей воронкообразный уровень воды 29. Отвод образующегося пара из верхней части камеры 26 осуществляется через кольцевую полость 25. Раскаленный дымовые газы из камеры сгорания (не показаны) через окно 24 поступают в камеру 25, где отдают часть тепла воде парогенератора 8 через стенку 9 и ее выемки 10, а другую часть тепла - воде 14 модулей 11, 12 и 13 через их стенки 16, 17 и 18 и их выемки 19, а также через другие вертикальные стенки модулей 11, 12 и 13 при прохождении раскаленных газов через щели 20, выхлопную камеру 22, откуда дымовые газу выходят через патрубок 23. Парообразование в камере 26 и камерах модулей 11, 12 и 13 увеличивается за счет вихревого движения раскаленных газов между выемками 10 и 19.

Для ремонта и обслуживания неработающего парового котла половинку 2 отодвигают от половинки 1, при этом раскрывается стык по разъему 3, обеспечивая доступ внутрь.

Приведенный пример использован только для целей иллюстрации возможности осуществления изобретения, он ни в коей мере не ограничивает объем правовой охраны, представленный в формуле изобретения, при этом специалист в данной области техники относительно просто способен осуществить и другие варианты осуществления изобретения.