аппарат для проведения процессов тепломассообмена

Формула изобретения

Аппарат для проведения процессов тепломассообмена, содержащий корпус с размещенным в нем вращающимся ротором, состоящим из внешнего корпуса с периферийной частью, выполненной в виде диффузора, внутри которого расположен жестко связанный с ним перегородками осесимметричный круговой канал, смонтированный на полом приводном валу с поверхностью типа "конфузор-диффузор", отличающийся тем, что поверхность полого приводного вала типа "конфузор-диффузор" выполнена в виде криволинейной поверхности, спрофилированной, например, по показательной функции, полиномам второго, третьего или четвертого порядков или по дуге окружности, при этом с обеих сторон внешнего корпуса ротора соосно полому приводному валу жестко закреплена цилиндрическая поверхность, являясь продолжением внешнего корпуса и образуя центробежное теплообменное устройство типа "труба в трубе".

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к тепломассообменным аппаратам и может быть использовано в энергетике и смежных с ней отраслях промышленности.

Известен аппарат для проведения процессов тепломассообмена, содержащий корпус с размещенным в нем вращающимся ротором, состоящим из внешнего корпуса с периферийной частью, причем внутри корпуса расположен жестко связанный с ним осесимметричный круговой канал с перегородками (патент РФ №2249777, F28D 11/00, опубл. 10.04.2005, БИ №10).

Известный аппарат имеет недостаточную поверхность контакта фаз в области рекуперативного теплообмена - на цилиндрическом участке ротора, являющемся одновременно и его приводным полым валом.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является аппарат для проведения процессов тепломассообмена, содержащий корпус с размещенным в нем вращающимся ротором, состоящим из внешнего корпуса с периферийной частью и жестко связанного с ним осесимметричного кругового канала с перегородками, смонтированным на полом приводном валу с поверхностью типа «конфузор-диффузор» (Дисс. канд. наук Пантелеевой Л.Р. «Теплообмен при ламинарном течении вязкой жидкости в теплообменных устройствах типа «Труба в трубе» с вращающейся поверхностью «конфузор-диффузор» - Казань: КГЭУ, 2005, с.21-24 - прототип).

Недостатком известного аппарата является высокое гидравлическое сопротивление проточной части полого вала с поверхностью типа «конфузор-диффузор», что вызывает необходимость увеличения давления «прокачки» жидкости внутри вала, а также высокое термическое сопротивление пленки конденсата на внешней стенке приводного вала, образующейся из увеличивающегося объема конденсата, сбрасываемого при ударе о внутреннюю поверхность цилиндрической части корпуса аппарата.

Задачей изобретения является увеличение поверхности теплообмена при общем снижении гидравлического сопротивления проточной части полого приводного вала и термического сопротивления теплопередающей криволинейной поверхности приводного вала типа «конфузор-диффузор».

Технический результат достигается тем, что в аппарате для проведения процессов тепломассообмена, например, между газом и жидкостью или несмешивающимися жидкостями, содержащем корпус с размещенным в нем вращающимся ротором, состоящим из внешнего корпуса с периферийной частью, выполненной в виде диффузора, внутри которого расположен жестко связанный с ним перегородками осесимметричный круговой канал, смонтированный на полом приводном валу с поверхностью типа «конфузор-диффузор», поверхность полого приводного вала типа «конфузор-диффузор» выполнена в виде криволинейной поверхности, спрофилированной, например по показательной функции, полиномам второго, третьего или четвертого порядков или по дуге окружности, при этом с обеих сторон внешнего корпуса ротора соосно полому приводному валу жестко закреплена цилиндрическая поверхность, являясь продолжением внешнего корпуса, образуя с полым приводным валом теплообменное устройство типа «труба в трубе».

Отличительным признаком предлагаемого аппарата от указанного прототипа является выполнение полого приводного вала с поверхностью типа «конфузор-диффузор» в виде элементов с криволинейными поверхностями, спрофилированными по одной из функций: показательной, полиномам второго, третьего или четвертого порядков, а также по дуге окружности, что позволяет увеличить поверхность теплообмена приводного вала, сократить длину его проточной части и заметно снизить гидравлическое сопротивление его проточной части, а жестко закрепленная с обеих сторон внешнего корпуса ротора цилиндрическая поверхность соосно полому валу, образуя теплообменное устройство типа «труба в трубе», обеспечивает сепарацию конденсата, сбрасываемого с внешней поверхности приводного вала.

Предлагаемый аппарат схематично представлен на фиг.1; на фиг.2 - разрез А-А аппарата; на фиг.3 - вид Б на выходное сечение осесимметричного криволинейного конвергентного кругового канала; на фиг.4 - сечение В-В проточной части приводного вала с радиальными лопатками.

Аппарат содержит корпус 1 в виде спирального отвода с коноидальным выходным патрубком 2, карманами 3 со штуцерами 4 для подвода пара. В корпусе расположен свободно вращающийся ротор 5, состоящий из внешнего корпуса 6 с периферической частью, выполненной в виде диффузора 7, и цилиндрической поверхностью 8, расположенной соосно полому приводному валу 9. Внешний корпус через перегородки 10 жестко связан с осесимметричным криволинейным конвергентным круговым каналом 11, который снабжен радиальными лопатками 12 и образован элементами 13 и 14. Выходное сечение канала выполнено в виде призматических насадок 15.

Полый приводной вал 9 с радиальными лопатками 16 выполнен из криволинейных конфузорно-диффузорных элементов, спрофилированных по кривой, например по показательной функции, полиномам второго, третьего или четвертого порядков или по дуге окружности.

Подача инжектирующей жидкости (воды) в объем криволинейного конвергентного кругового канала 11 осуществляется через радиальные патрубки 17 приводного вала 9, жестко соединенного с цилиндрической поверхностью 8, опирающейся на подшипники 18. Подача инжектируемого пара в полость 19, образованную внешним корпусом ротора и конвергентным круговым каналом 11, осуществляется через штуцера 4 карманов 3 по пространству 20, образованному цилиндрической поверхностью 8 и приводным полым валом 9.

Герметичность рабочих камер обеспечивается сочетанием лабиринтных и сальниковых уплотнений.

Аппарат для проведения процессов теплообмена работает следующим образом. После включения привода при помощи клиноременной передачи осуществляется вращение ротора 5. Одновременно в проточную часть вала 9 подается вода, а в штуцер 4 карманов 3 через пространство 20 пар. Под действием центробежного статического давления высоконапорная инжектирующая жидкость через радиальные патрубки 17 приводного вала 9 подается в осесимметричный криволинейный конвергентный круговой канал 11 с радиальными лопатками 12, затем с большой скоростью выбрасывается из канала в объем внешнего корпуса 6 ротора 5, периферийная часть которого завершается насадкой в виде диффузора 7, в зону интенсивного турбулентного смешения, где пар, отдавая теплоту конденсации, нагревает инжектирующую жидкость.

Экспериментальные исследования, проведенные с приводными валами, выполненными из элементов различной конфигурации, показали, что за счет профилирования теплообменной поверхности типа «конфузор-диффузор» с помощью показательной функции поверхность теплообмена возрастает на 1%, полиномами второго, третьего и четвертого порядков соответственно на 4,9; 9,6 и 21%, а по дуге окружности на 30% по сравнению с конфузсрно-диффузорными элементами с прямыми стенками.

Также экспериментально установлено, что длина канала за счет профилирования может быть сокращена на 30...40%, а гидравлическое сопротивление канала снижено в 1,5...2 раза, что в конечном счете снижает металлоемкость аппарата и энергию на «прокачку» жидкости в рабочих элементах аппарата.

В процессе исследования также установлено, что в предлагаемой конструкции аппарата имеет место снижение термического сопротивления теплообменной поверхности (в 3...10 раз) вследствие сепарации парожидкостного потока под действием центробежных сил, сбрасываемого с внешней поверхности приводного вала, и предотвращая, тем самым, его последующий заброс конденсата с внутренней стенки цилиндрической поверхности. В результате этого наблюдается переход «пленочного режима» конденсации пара в «пленочно-капельный» и «капельный» режимы конденсации, а коэффициенты теплоотдачи при этом для пара достигают значений 20000...40000 Вт/(м² К) по сравнению с коэффициентами теплоотдачи для пленочного режима конденсации - 10000...15000 Вт/(м²K).