RU2419041C1 - Multifunctional hydromechanical thermal power plant - Google Patents

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: multifunctional hydromechanical thermal power plant comprises a source of water, ensuring head sufficient to generate thermal energy, with which a vortex heat generator is connected. The vortex generator rotor is made with availability of a cylindrical cavity, having inlet tangential and radial output holes, the inlet nozzle of the heat generator is arranged coaxially with inlet tangential holes of the rotor, and output nozzles combined in a header are arranged near outlet radial holes of the rotor, the inlet nozzle of the heat generator is connected to the outlet nozzle of an additionally installed hydraulic turbine, the inlet nozzle of which is connected to the discharge nozzle of the additionally installed water-lifting device.

EFFECT: arrangement simplifies design of the thermal power plant, improves maintenance convenience.

4 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам для получения тепла, образующегося иначе, чем в результате сгорания топлива, и может быть использовано для тепло- и горячего водоснабжения объектов бытового и промышленного назначения, нагрева технологических жидкостей при наличии естественных (природных) или искусственных постоянно (длительно) действующих условий, необходимых для работы тепловой станции.The invention relates to heat engineering, and in particular to devices for generating heat generated differently than from the combustion of fuel, and can be used for heat and hot water supply of household and industrial facilities, heating process liquids in the presence of natural (natural) or artificial constantly (long-term) operating conditions necessary for the operation of a heat station.

Известен гидротеплогенератор роторного типа (см. патент RU 2336471, МПК F24J 3/00, опубл. 20.10.2008. Бюл. N29). Гидротеплогенератор роторного типа состоит из двух корпусов, имеющих цилиндрические полости, внутри которых с возможностью вращения размещены два ротора, с впускным и выпускным патрубком для первого корпуса и отверстием входного и выходного канала для второго корпуса. Отличительной особенностью гидротеплогенератора роторного типа является то, что он не имеет привода, использующего невосполнимые источники энергии, так как ротор в первой полости выполнен в виде лопастного турбинного колеса, а во второй полости - в виде диска с глухими отверстиями, оба ротора установлены на независимых валах, связанных между собой муфтами - сцеплением. Поток жидкости от естественного (природного) или искусственного постоянно (длительно) действующего источника с напором, обеспечивающим необходимое давление, достаточное для раскручивания лопастного турбинного колеса, является в данном случае источником энергии. Выработанное тепло образуется без затрат электроэнергии, твердого или жидкого топлива.Known hydrothermal generator rotary type (see patent RU 2336471, IPC F24J 3/00, publ. 10/20/2008. Bull. N29). The rotor type hydrothermal generator consists of two housings having cylindrical cavities, inside of which two rotors are rotatably placed, with an inlet and outlet nozzle for the first housing and an inlet and outlet channel opening for the second housing. A distinctive feature of the rotor type hydrothermal generator is that it does not have a drive using irreplaceable energy sources, since the rotor in the first cavity is made in the form of a turbine blade wheel, and in the second cavity in the form of a disk with blind holes, both rotors are mounted on independent shafts interconnected by clutches - clutch. The fluid flow from a natural (natural) or artificial constantly (long) acting source with a pressure providing the necessary pressure sufficient to spin the turbine blade is in this case an energy source. The generated heat is generated without the cost of electricity, solid or liquid fuel.

В данном гидротеплогенераторе, содержащем активирующий вращающийся элемент - дисковый ротор во второй камере, осуществляется активный способ нагрева жидкости.In this hydrothermal generator containing an activating rotating element - a disk rotor in the second chamber, an active method of heating the liquid is carried out.

Недостатками гидротеплогенератора роторного типа являются недостаточная теплопроизводительность из-за низкой степени механоактивации нагреваемой жидкости, необходимость наличия или искусственного обеспечения перепада высот и стока воды для обеспечения эффективной работы лопастного турбинного колеса гидротеплогенератора, ограниченные возможности применения.The disadvantages of a rotary type hydrothermogen generator are insufficient heat production due to the low degree of mechanical activation of the heated fluid, the need for or artificially ensuring a height difference and water flow to ensure the efficient operation of the turbine impeller turbine wheel, and limited application possibilities.

Известно водоподъемное устройство (патент ЕА N005489, МПК F04F 7/02, опубл.24.02.2005 г. Бюл. N1). Водоподъемное устройство содержит регулируемый обратный клапан, расположенный в питательной трубе и разделяющий ее на ускоряющую часть и напорную часть, воздушный колпак, нагнетательный клапан и нагнетательную трубу. Через нагнетательную трубу вода с бóльшим, чем исходным, напором поступает к потребителю.Known water-lifting device (patent EA N005489, IPC F04F 7/02, publ. 24.02.2005, bull. N1). The water-lifting device contains an adjustable non-return valve located in the feed pipe and dividing it into an accelerating part and a pressure part, an air cap, a discharge valve and a discharge pipe. Through the discharge pipe, water with a greater than initial pressure flows to the consumer.

Изобретение относится к водонапорной технике и представляет собой усовершенствованный вариант устройства, называемого "гидравлическим тараном", действие которого основано на известном физическом явлении "гидравлического удара". Потенциальная энергия, ощущаемая людьми как "давление воды на глубине", может совершать работу, способную заставить определенную часть воды подняться из глубины на некоторую высоту над поверхностью. Работа данного водоподъемного устройства происходит без перепада высот и слива в неподвижной воде. Иными словами, способ преобразования энергии, используемый в водонапорном устройстве, является антиподом известному способу, основанному на использовании "падающей воды".The invention relates to water-pressure equipment and is an improved version of a device called a "hydraulic ram", the action of which is based on the well-known physical phenomenon of "water hammer". The potential energy, perceived by people as "water pressure at a depth", can do work that can cause a certain part of the water to rise from a depth to a certain height above the surface. The operation of this water-lifting device occurs without a height difference and drain in still water. In other words, the energy conversion method used in the water-pressure device is the antipode of the known method based on the use of “falling water”.

Известна тепловодоснабжающая скважина (патент RU 2291255, МПК Е03В 3/00, F24H 4/02, опубл. 10.01.07 Бюл. N1), принятая за прототип. Тепловодоснабжающая скважина содержит источник воды, зону стока с напором, достаточным для выработки тепловой энергии, с которой связан вихревой теплогенератор дискового типа.Known heat supply well (patent RU 2291255, IPC EV 3/00, F24H 4/02, publ. 01/10/07 Bull. N1), adopted as a prototype. The heat and water supply well contains a water source, a drain zone with a pressure sufficient to generate heat energy, to which a disk-type vortex heat generator is connected.

Недостатками прототипа являются недостаточная теплопроизводительность из-за низкой степени механоактивации нагреваемой жидкости в теплогенераторе, необходимость наличия или искусственного обеспечения перепада высот и стока воды для обеспечения эффективной работы вихревого теплогенератора, высокая стоимость геологоразведочных и подготовительных работ, ограниченные возможности применения.The disadvantages of the prototype are insufficient heat production due to the low degree of mechanical activation of the heated fluid in the heat generator, the need for or artificially ensuring a difference in elevation and water flow to ensure efficient operation of the vortex heat generator, the high cost of exploration and preparatory work, limited application possibilities.

Предлагаемым изобретением решается задача по созданию практически доступного и экономически выгодного устройства для высокоэффективной выработки тепловой энергии или иного вида энергии без использования невозобновляемых источников энергии и наличия перепада высот и стока воды, расширению возможности применения.The present invention solves the problem of creating a practically affordable and cost-effective device for the highly efficient generation of thermal energy or any other type of energy without using non-renewable energy sources and the presence of elevation and water flow differences, expanding the applicability.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности нагрева жидкости, расширении функциональных возможностей устройства и возможностей его практического применения с использованием нетрадиционных возобновляемых источников энергии.The technical result obtained by carrying out the invention is to increase the efficiency of heating the liquid, expanding the functionality of the device and the possibilities of its practical application using non-traditional renewable energy sources.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой многофункциональной гидромеханической тепловой станции, состоящей из источника воды, обеспечивающего напор, достаточный для выработки тепловой энергии, с которым связан вихревой теплогенератор, новым является то, что перед входом в тепловую станцию установлено водоподъемное устройство, в качестве источника тепловой энергии используется теплогенератор, работающий по принципу вращающейся вихревой трубы, в которой совмещается активный и пассивный способ нагрева жидкости, выход теплогенератора соединен с его входом перепускным каналом с вентилем, тепловая станция дополнительно оснащена электрогенератором, тепловая станция выполнена по принципу каскадной или параллельной установки нескольких теплогенераторов.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed multifunctional hydromechanical thermal station, consisting of a water source that provides a pressure sufficient to generate thermal energy, which is associated with a vortex heat generator, a new fact is that a water-lifting device is installed before entering the thermal station, as a heat source is used a heat generator operating on the principle of a rotating vortex tube, which combines an active and passive method of heating liquid STI, the heat generator output is connected with its inlet passageway with valve, heat exchange is further equipped with an electric generator, the heat station is configured according to the principle of cascade or parallel installation of several heat sources.

Многофункциональная гидромеханическая тепловая станция данного типа не имеет привода, использующего невосполнимые источники энергии. Крутящий момент от гидравлической турбины передается на активирующий ротор, установленный в корпусе, где и происходит процесс нагрева жидкости. Подвод жидкости к гидравлической турбине от различных источников воды, имеющих зону стока, при помощи которых обеспечивается напор, достаточный для эффективного ее раскручивания и получения практически значимого и экономически выгодного количества тепловой энергии, существенно ограничивает применение вихревых теплогенераторов по следующим причинам:A multifunctional hydromechanical thermal station of this type does not have a drive using irreplaceable energy sources. The torque from the hydraulic turbine is transmitted to the activating rotor installed in the housing, where the process of heating the liquid takes place. The fluid supply to the hydraulic turbine from various water sources having a drainage zone, with the help of which a head is provided that is sufficient to efficiently spin it and obtain a practically significant and economically advantageous amount of thermal energy, significantly limits the use of vortex heat generators for the following reasons:

- во-первых, необходимо проведение работ по подбору естественных или искусственных источников воды (озер, рек, запруд, плотин, водопадов и т.п.), имеющих сток с достаточным напором;- firstly, it is necessary to carry out work on the selection of natural or artificial water sources (lakes, rivers, dams, dams, waterfalls, etc.) that have a flow with sufficient pressure;

- во-вторых, при сложности подбора идеальных естественных условий для использования вихревых теплогенераторов, как правило, возникает необходимость в проведении трудоемких геолого-разведочных, буровых работ, возведении гидротехнических сооружений.- secondly, with the difficulty of selecting ideal natural conditions for the use of vortex heat generators, as a rule, there is a need for labor-intensive geological exploration, drilling, and construction of hydraulic structures.

Предлагаемая многофункциональная гидромеханическая тепловая станция используется при наличии поверхностных и подземных водоемов с определенной глубиной, подземных пластовых водных слоев, соединенных с поверхностью земли скважиной, то есть ее практическое применение возможно на большинстве географических территорий.The proposed multifunctional hydromechanical thermal station is used in the presence of surface and underground reservoirs with a certain depth, underground reservoir water layers connected to the surface of the earth by a borehole, that is, its practical application is possible in most geographical areas.

Для обеспечения необходимого напора перед входом в тепловую станцию установлено водоподъемное устройство, позволяющее подавать жидкость на вход гидромеханической тепловой станции с напором бóльшим, чем исходный.To ensure the necessary pressure, a water-lifting device is installed at the entrance to the thermal station, which allows supplying fluid to the inlet of the hydromechanical thermal station with a pressure greater than the initial one.

Причем водоподъемное устройство (патент ЕА N005489, МПК F04F 7/02, опубл. 24.02.2005. Бюл. N1) может работать как водонапорное устройство. Гидродинамическую схему водоподъемного устройства можно использовать при погружении водонапорного устройства в воду на определенную глубину h. В этом случае схема работает как пульсирующий гидрореактивный движитель. Это позволяет на выходе водоподъемного устройства установить гидротурбину, соединенную с тепло- и (или) электрогенератором. Очевидно, что величина тяги движителя увеличивается с увеличением глубины погружения h. Особенно важно то, что водоподъемное устройство имеет способность нагревать проходящую через него воду, что позволяет в комплексе с вихревым теплогенератором нагревать воду достаточно простым и высокоэффективным экологически чистым способом без использования невозобновляемых источников энергии. Причем при определенном объеме используемого естественного/искусственного резервуара и отсутствии мер по отбору тепловой энергии водонапорное устройство в комплексе с теплогенератором способны нагреть всю массу воды в нем.Moreover, the water-lifting device (patent EA N005489, IPC F04F 7/02, publ. 24.02.2005. Bull. N1) can work as a water-pressure device. The hydrodynamic diagram of a water-lifting device can be used when a water-pressure device is immersed in water at a certain depth h. In this case, the circuit acts as a pulsating hydro-jet propulsion. This allows you to install a hydraulic turbine connected to a heat and / or electric generator at the outlet of the water-lifting device. Obviously, the thrust of the propulsion increases with increasing immersion depth h. It is especially important that the water-lifting device has the ability to heat the water passing through it, which allows, in combination with a vortex heat generator, to heat water in a fairly simple and highly efficient environmentally friendly way without using non-renewable energy sources. Moreover, with a certain volume of the used natural / artificial reservoir and the absence of measures for the selection of thermal energy, the water-pressure device in combination with a heat generator can heat the entire mass of water in it.

Кроме того, водонапорное устройство может работать по своему прямому назначению, обеспечивая подъем и закачку воды из резервуара. Все это расширяет возможности использования тепловой станции и позволяет использовать ее для мелиорации сельскохозяйственных территорий, водоснабжения индивидуальных хозяйств, промышленных объектов, курортных зон, а также потребителей, удаленных от централизованных энергосетей или не обеспеченных топливными ресурсами.In addition, the water pressure device can work for its intended purpose, providing lifting and pumping water from the tank. All this expands the possibilities of using the heat station and allows it to be used for land reclamation of agricultural territories, water supply for individual farms, industrial facilities, resort areas, as well as consumers remote from centralized energy networks or not provided with fuel resources.

Для повышения эффективности нагрева воды в качестве основного источника тепловой энергии тепловой станции помимо водоподъемного устройства используется теплогенератор, работающий по принципу вращающейся вихревой трубы, в которой совмещается активный и пассивный способ нагрева жидкости, что позволяет:To increase the efficiency of heating water, in addition to a water-lifting device, a heat generator operating on the principle of a rotating vortex tube, in which an active and passive method of heating a liquid is combined, is used as the main source of thermal energy of a thermal station, which allows:

- во-первых, при одновременном использовании активного и пассивного способов нагрева жидкости значительно повысить механоактивацию жидкости, которая сопровождается увеличением теплопроизводительности;- firstly, with the simultaneous use of active and passive methods of heating the liquid, significantly increase the mechanical activation of the liquid, which is accompanied by an increase in heat production;

- во-вторых, сформировать на всем протяжении движения нагреваемой жидкости потоков с образованием многочисленных кавитационных полостей, способствующих при их разрушении нагреву жидкости;- secondly, to form flows throughout the movement of the heated fluid with the formation of numerous cavitation cavities that contribute to the heating of the fluid during their destruction;

- в-третьих, рационально используется внутреннее пространство корпуса теплогенератора, что позволяет уменьшить его габариты.- thirdly, the internal space of the heat generator housing is rationally used, which allows to reduce its dimensions.

Соединение выхода теплогенератора с его входом перепускным каналом с вентилем позволяет осуществить дополнительный разогрев жидкости за счет организации многократной ее прокачки через теплогенератор и снизить влияние скачков давления жидкости в системе, что особенно актуально при работе тепловой станции с водоподъемным устройством, обладающим пульсирующим характером выдаваемого напора. При помощи вентиля регулируется расход воды, протекающей через перепускной патрубок, а за счет этого - температура поступающей потребителю воды.The connection of the output of the heat generator with its input bypass channel with the valve allows for additional heating of the liquid due to the organization of its multiple pumping through the heat generator and to reduce the influence of the pressure jumps of the liquid in the system, which is especially important when the heat station works with a water-lifting device that has a pulsating nature of the delivered pressure. By means of a valve, the flow rate of water flowing through the bypass pipe is regulated, and due to this, the temperature of the water entering the consumer.

Многофункциональная гидромеханическая тепловая станция, использующая в качестве привода гидравлическую турбину, за счет необходимой организации передачи крутящего момента может быть дополнительно оснащена электрогенератором, что позволяет расширить ее функциональные возможности. Для организации передачи крутящего момента от гидротурбины к теплогенератору и электрогенератору могут быть использованы управляемые различными способами (ручным, электрическим, пневматическим, гидравлическим) сцепные муфты. Следовательно, возможно обеспечение нескольких режимов функционирования тепловой станции:A multifunctional hydromechanical thermal station using a hydraulic turbine as a drive, due to the necessary organization of torque transmission, can be additionally equipped with an electric generator, which allows to expand its functionality. To organize the transmission of torque from a hydraulic turbine to a heat generator and an electric generator, clutch couplings controlled by various methods (manual, electric, pneumatic, hydraulic) can be used. Therefore, it is possible to provide several modes of operation of a thermal station:

- режим одновременной выработки тепловой и электрической энергии;- mode of simultaneous generation of thermal and electric energy;

- режим выработки тепловой или электрической энергии;- the mode of generation of thermal or electrical energy;

- режим холодного водоснабжения и/или проведение ремонтно-профилактических работ.- regime of cold water supply and / or maintenance and repair work.

Выработанная электрогенератором электроэнергия может накапливаться в аккумуляторной батарее и в дальнейшем использоваться для различных нужд или же напрямую использоваться для подключения необходимых электропотребителей различного назначения. В частности, возможно подключение к сети электрогенератора циркуляционного насоса, обеспечивающего прокачивание жидкости в системе теплопотребления или управляющих обмоток электромагнитных муфт в случае их использования.The electricity generated by the electric generator can be accumulated in the battery and subsequently used for various needs or directly used to connect the necessary electric consumers for various purposes. In particular, it is possible to connect a circulating pump to the electric generator network, which ensures pumping of liquid in the heat consumption system or control windings of electromagnetic couplings in case of their use.

При наличии достаточного напора на входе в гидромеханическую тепловую станцию она может быть выполнена по принципу каскадной и параллельной установки нескольких теплогенераторов. Схема установки определяется в соответствии с конкретными условиями размещения источника воды, количеством и месторасположением теплопотребителей.If there is sufficient pressure at the entrance to the hydromechanical thermal station, it can be performed according to the principle of cascade and parallel installation of several heat generators. The installation scheme is determined in accordance with the specific conditions for the location of the water source, the number and location of heat consumers.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.Technical solutions with features distinguishing the claimed solution from the prototype are not known and do not follow explicitly from the prior art. This suggests that the claimed solution is new and has an inventive step.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана общая схема горизонтальной установки многофункциональной гидромеханической тепловой станции; на фиг.2 - общая схема вертикальной установки многофункциональной гидромеханической тепловой станции; на фиг.3 - общая схема водоподъемного устройства; на фиг.4 - схема теплогенератора, работающего по принципу вращающейся вихревой трубы.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General diagram of a horizontal installation of a multifunctional hydromechanical thermal station; figure 2 is a General diagram of a vertical installation of a multifunctional hydromechanical thermal station; figure 3 is a General diagram of a water-lifting device; figure 4 - diagram of a heat generator operating on the principle of a rotating vortex tube.

Для организации работы многофункциональной гидромеханической тепловой станции необходимо наличие источника воды в виде естественного/искусственного поверхностного водоема 1 или скважины 2, в которых на заданной глубине h установлен модуль многофункциональной гидромеханической тепловой станции, состоящий из водоподъемного устройства 3, гидротурбины 4, теплогенератора 5. Кроме теплогенератора 5 к гидротурбине 4 может быть подключен электрогенератор 6. Модуль тепловой станции может быть как горизонтального, так и вертикального исполнения. Вертикальное расположение модуля упрощает его использование на местах, где нет больших водных ресурсов и можно обойтись меньшим объемом воды, но при этом глубина его погружения h возрастает. Вертикальный модуль может быть подвешен в скважине 2 на тросе 7. Причем гидротурбина 4, теплогенератор 5 и электрогенератор 6 могут размещаться вне объема источника воды 1, 2: на берегу водоема, на наплавной платформе, на поверхности земли. Данная компоновка упрощает конструктивное исполнение тепловой станции, повышает удобство технического обслуживания, но снижает эффективность работы теплогенератора и электрогенератора, так как напор водоподъемного устройства уменьшается. При этом значительно снижаются преимущества от работы водоподъемного устройства 3 в режиме реактивного движителя.To organize the operation of a multifunctional hydromechanical thermal station, it is necessary to have a water source in the form of a natural / artificial surface reservoir 1 or well 2, in which at a given depth h a module of a multifunctional hydromechanical thermal station is installed, consisting of a lifting device 3, a hydraulic turbine 4, and a heat generator 5. In addition to a heat generator 5, an electric generator 6 can be connected to the turbine 4. The module of the thermal station can be either horizontal or vertical . The vertical arrangement of the module simplifies its use in places where there are no large water resources and a smaller volume of water can be dispensed with, but at the same time, its immersion depth h increases. The vertical module can be suspended in the well 2 on the cable 7. Moreover, the turbine 4, the heat generator 5 and the electric generator 6 can be placed outside the volume of the water source 1, 2: on the shore of the reservoir, on the floating platform, on the surface of the earth. This arrangement simplifies the design of the heat station, increases the convenience of maintenance, but reduces the efficiency of the heat generator and electric generator, since the pressure of the water-lifting device is reduced. This greatly reduces the benefits of the operation of the water-lifting device 3 in the jet propulsion mode.

Водоподъемное устройство 3 состоит из регулируемого обратного ударного клапана 8, расположенного в питательной трубе 9 и разделяющего ее на ускоряющую часть 10 и напорную часть 11, воздушного клапана 12, нагнетательного клапана 13, нагнетательной трубы 14 с вентилем 15, напорного патрубка 16 с вентилем 17.The water lifting device 3 consists of an adjustable check valve 8 located in the feed pipe 9 and separating it into the accelerating part 10 and the pressure part 11, the air valve 12, the discharge valve 13, the discharge pipe 14 with valve 15, the discharge pipe 16 with valve 17.

Гидротурбина 4 оснащена впускным патрубком 18, который соединен с напорным патрубком 16 водоподъемного устройства 3, а ее выпускной патрубок 19 связан с входным патрубком 20 теплогенератора 5.The turbine 4 is equipped with an inlet pipe 18, which is connected to the discharge pipe 16 of the lifting device 3, and its outlet pipe 19 is connected to the inlet pipe 20 of the heat generator 5.

Теплогенератор 5 состоит из неподвижного цилиндрического корпуса 21, внутри которого с возможностью вращения размещен ротор 22 с цилиндрической полостью 23, жестко закрепленный на полувалах 24, 25. Полувалы 24, 25 установлены в подшипниково-уплотнительном узле 26, имеющем различное конструктивное исполнение в зависимости от надводного или подводного расположения теплогенератора 5. Вход для подачи воды внутрь корпуса 21 выполнен в виде входного патрубка 20, расположенного по центру его цилиндрической поверхности, соосно с которым на роторе 22 расположено не менее двух тангенциальных относительно стенок цилиндрической полости 23 входных отверстий 27. Вблизи торцевых поверхностей ротора 22 размещены выходные отверстия 28 в виде радиальных отверстий на цилиндрической поверхности ротора 22. Роль тормозного устройства выполняет внутренняя торцевая поверхность 29 ротора 22. На наружной поверхности ротора 22 выполнены равномерно расположенные углубления 30. Выход теплогенератора 5 выполнен в виде выходных патрубков 31, расположенных на линии сопряжения торцевых и цилиндрических поверхностей корпуса 21 симметрично относительно них. Выходные патрубки 31 объединены в коллекторе 32, который, в свою очередь, соединен с входным патрубком 20 перепускным каналом 33 с вентилем 34 и связан с системой теплопотребления линией подачи 35.The heat generator 5 consists of a fixed cylindrical body 21, inside which a rotor 22 with a cylindrical cavity 23 is mounted rotatably fixed to the half shafts 24, 25. The half shafts 24, 25 are installed in a bearing-sealing assembly 26 having a different design depending on the surface or underwater arrangement of the heat generator 5. The inlet for supplying water into the housing 21 is made in the form of an inlet pipe 20 located in the center of its cylindrical surface, coaxially with which is located on the rotor 22 at least two inlet openings 27 tangential with respect to the walls of the cylindrical cavity 23 are laid. Outlet openings 28 are located near the end surfaces of the rotor 22 in the form of radial holes on the cylindrical surface of the rotor 22. The role of the braking device is performed by the inner end surface 29 of the rotor 22. On the outer surface of the rotor 22 evenly spaced recesses 30. The output of the heat generator 5 is made in the form of outlet pipes 31 located on the interface line of the end and cylindrical surfaces the housing 21 is symmetrical about them. The outlet pipes 31 are combined in a collector 32, which, in turn, is connected to the inlet pipe 20 bypass channel 33 with a valve 34 and is connected to the heat supply system by the supply line 35.

Система теплопотребления соединена с источником воды 1 линией возврата 36.The heat supply system is connected to the water source with 1 return line 36.

Многофункциональная гидромеханическая тепловая станция работает следующим образом. Горизонтальный модуль тепловой станции, состоящий из водоподъемного устройства 3, гидротурбины 4, теплогенератора 5, электрогенератора 6, устанавливается в водоеме 1 на заданной глубине погружения h, достаточной для раскручивания гидротурбины 4. При использовании в качестве источника воды скважины 2 в ней на тросе 7 размещается вертикальный модуль. Причем теплогенератор 5 и электрогенератор 6 могут быть размещены вне объема источника воды: на берегу водоема 1, на наплавной платформе, на поверхности земли рядом со скважиной 2. Вода, находящаяся на глубине h, поступает в ускоряющую часть 10 питательной трубы 9, при определенном давлении открывая обратный ударный клапан 8. Далее она поступает в напорную часть 11 питательной трубы 9 с увеличивающейся скоростью. При достижении дна питательной трубы 9 возникает явление "гидравлического удара". Образовавшаяся "ударная волна" с зоной повышенного давления движется навстречу водяному потоку к обратному ударному клапану 8. "Ударная волна" порождает повышенное давление в воде у дна питательной трубы 9, которое открывает нагнетательный клапан 13 и заставляет часть воды поступать в воздушный колпак 12, сжимая находящийся там воздух. То же давление при соприкосновении отраженной "ударной волны" с обратным ударным клапаном 8 закрывает его. "Ударная волна", отразившись от закрытого обратного ударного клапана 8, догоняет движущийся по инерции водяной поток и вновь отражается от дна питательной трубы. Такое отражение многократно повторяется. За время этого отражения через нагнетательный клапан 13 в воздушный колпак 12 поступает значительная часть воды, вследствие чего под обратным ударным клапаном 8 возникает зона разрежения, и он открывается. В напорную часть 11 питательной трубы 9 втекает новая порция воды, которая разгоняется. После чего процесс полностью повторяется.Multifunctional hydromechanical thermal station operates as follows. The horizontal module of the thermal station, consisting of a water-lifting device 3, a hydraulic turbine 4, a heat generator 5, an electric generator 6, is installed in the reservoir 1 at a given immersion depth h, sufficient to untwist the turbine 4. When using a well 2 as a water source, it is placed on the cable 7 in it vertical module. Moreover, the heat generator 5 and the electric generator 6 can be placed outside the volume of the water source: on the shore of the reservoir 1, on the floating platform, on the surface of the earth next to the well 2. Water at a depth of h enters the accelerating part 10 of the feed pipe 9, at a certain pressure opening the check valve 8. Then it enters the pressure part 11 of the feed pipe 9 with increasing speed. Upon reaching the bottom of the feed pipe 9, the phenomenon of "water hammer" occurs. The resulting "shock wave" with a pressure zone moves towards the water flow to the non-return shock valve 8. The "shock wave" generates increased pressure in the water at the bottom of the feed pipe 9, which opens the discharge valve 13 and forces a part of the water to enter the air cap 12, compressing the air there. The same pressure in contact with the reflected "shock wave" with a non-return shock valve 8 closes it. The "shock wave", reflected from the closed check valve 8, catches up with the inertial water flow and is again reflected from the bottom of the feed pipe. This reflection is repeated many times. During this reflection, a considerable part of the water enters the air cap 12 through the discharge valve 13, as a result of which a rarefaction zone arises under the check valve 8 and opens. A new portion of water flows into the pressure part 11 of the feed pipe 9, which accelerates. After which the process is completely repeated.

При открытом вентиле 15 и закрытом вентиле 17 вся вода идет к объектам водоснабжения. При открытом вентиле 17 и закрытом вентиле 15 в напорном патрубке 16 формируется струя воды, создающая реактивную силу, т.к. обратный ударный клапан 8 закрыт. Водоподъемное устройство 3 начинает работать как пульсирующий гидрореактивный движитель. Такая струя воды способна производить определенную работу. Это позволяет раскрутить установленную на выходе напорного патрубка 16 гидротурбину 4, механически связанную с полувалом 24, жестко связанным с ротором 22 теплогенератора 5. Причем ввиду того, что водоподъемное устройство 3 обладает способностью к нагреву воды, температура ее повышается. К гидротурбине 4 может дополнительно подсоединяться электрогенератор 6. Подключение и отключение теплогенератора 5 и электрогенератора 6 осуществляется при помощи сцепных муфт (не показаны). При этом гидротурбина 4, теплогенератор 5 и электрогенератор 6 могут размещаться как в подводном, так и в надводном положении, что имеет свои указанные выше положительные и отрицательные моменты. При подводном расположении электрогенератора 6 он должен размещаться в герметичном контейнере (не показан). Сила тяги водоподъемного устройства 3 зависит от глубины погружения h и может обеспечить достаточно высокие тепловые и электрические мощности, но так как при изготовлении теплогенераторов, имеющих вращающиеся элементы, размеры их ограничены технической целесообразностью приведения к оптимальному соотношению диаметров роторов, полученных вращающихся масс, частоты вращения и количества вырабатываемой тепловой энергии, то тепловая станция может быть выполнена по принципу каскадной или параллельной установки нескольких теплогенераторов 5, обеспечивающих необходимый тепловой режим. Схема установки определяется в соответствии с конкретными условиями размещения источника воды, количеством и месторасположением теплопотребителей.With the valve 15 open and valve 17 closed, all water goes to the water supply facilities. When the valve 17 is open and the valve 15 is closed, a jet of water is formed in the discharge pipe 16, which creates a reactive force, because check valve 8 is closed. Water-lifting device 3 begins to work as a pulsating hydro-jet propulsion. Such a jet of water is capable of doing a certain job. This allows you to unwind installed at the outlet of the discharge pipe 16, a hydraulic turbine 4, mechanically connected with a half shaft 24, rigidly connected with the rotor 22 of the heat generator 5. Moreover, since the lifting device 3 has the ability to heat water, its temperature rises. An electric generator 6 can be additionally connected to the hydraulic turbine 4. Connection and disconnection of the heat generator 5 and the electric generator 6 are carried out using couplers (not shown). In this case, the turbine 4, the heat generator 5 and the electric generator 6 can be placed both in the underwater and in the above-water position, which has its positive and negative points mentioned above. When underwater location of the generator 6, it should be placed in an airtight container (not shown). The traction force of the water-lifting device 3 depends on the immersion depth h and can provide a sufficiently high thermal and electric power, but since in the manufacture of heat generators having rotating elements, their dimensions are limited by the technical feasibility of bringing to the optimal ratio of the diameters of the rotors obtained rotating masses, rotational speed and the amount of generated thermal energy, the thermal station can be performed on the principle of cascading or parallel installation of several heat generators s 5, providing the necessary thermal regime. The installation scheme is determined in accordance with the specific conditions for the location of the water source, the number and location of heat consumers.

Теплогенератор 5 работает следующим образом. Подогретый поток воды под напором, созданным водоподъемным устройством 3, через напорный патрубок 16, впускной патрубок 18 поступает в гидротурбину 4 и раскручивает ее. Из выпускного патрубка 19 вода поступает через входной патрубок 20 внутрь теплогенератора 5. Гидротурбина 4, связанная механически с полувалом 24, приводит во вращение ротор 22. Далее поток жидкости разделяется. Два потока перемещаются в противоположных направлениях в зазоре между наружной поверхностью вращающегося ротора 22 и внутренней поверхностью корпуса 21 к выходным патрубкам 31. В данном случае при нарушении целостности потока воды в зонах углублений 30, движущегося под давлением от действия центробежных сил, возникает процесс кавитации, сопровождающийся нагревом воды при множественном образовании и схлапывании кавитационных полостей. Другая часть воды при вращении ротора 22 через тангенциальные отверстия 27 по касательной к внутренней поверхности цилиндрической полости 23 поступает внутрь нее, где приобретает вращательный вихревой характер движения и также разделяется на два потока. Совершая вращательное движение в направлении, противоположном направлению вращения ротора 22, жидкость перемещается к внутренним торцевым поверхностям 29 ротора 22, где происходит торможение ее движения в продольном направлении. Процесс нагрева рабочей жидкости происходит интенсивно за счет того, что направление вращения рабочей жидкости противоположно направлению вращения ротора 22, а действие центробежных сил сопровождает поток рабочей жидкости на всем протяжении внутренней цилиндрической полости 23. "Развихрение" этих потоков жидкости происходит при истечении их под давлением из выходных отверстий 23. В районе выходных патрубков 31 происходит ударное объединение двух разноскоростных и перпендикулярно направленных относительно друг друга потоков, что способствует дополнительному выделению тепловой энергии. Потоки нагретой воды с выходных патрубков 31 объединяются в коллекторе 32, а оттуда нагретая вода поступает к системе теплопотребления. При работе теплогенератора 5 часть жидкости циркулирует по перепускному каналу 33, оснащенному вентилем 34, дополнительно нагреваясь за счет многократной прокачки через теплогенератор 5. При помощи вентиля 34 регулируется расход прокачиваемой жидкости. Для перевода теплогенератора 5 в нерабочее состояние перекрывается вентиль 17. После прохождения нагретой воды через систему теплопотребления она через линию возврата 36 поступает в источник воды 1 или 2.The heat generator 5 operates as follows. The heated water flow under pressure created by the water-lifting device 3, through the pressure pipe 16, the inlet pipe 18 enters the turbine 4 and spins it. From the outlet pipe 19, water enters through the inlet pipe 20 into the heat generator 5. A hydraulic turbine 4, mechanically connected to the half shaft 24, rotates the rotor 22. Then, the liquid flow is separated. Two flows move in opposite directions in the gap between the outer surface of the rotating rotor 22 and the inner surface of the housing 21 to the outlet pipes 31. In this case, if the integrity of the water flow in the zones of the recesses 30, moving under pressure from the action of centrifugal forces, a cavitation process occurs, accompanied by heating water with multiple formation and collapse of cavitation cavities. Another part of the water during rotation of the rotor 22 through the tangential holes 27 tangentially to the inner surface of the cylindrical cavity 23 enters into it, where it acquires a rotational vortex character of motion and is also divided into two streams. Performing a rotational movement in a direction opposite to the direction of rotation of the rotor 22, the fluid moves to the inner end surfaces 29 of the rotor 22, where there is a braking of its movement in the longitudinal direction. The process of heating the working fluid occurs intensively due to the fact that the direction of rotation of the working fluid is opposite to the direction of rotation of the rotor 22, and the action of centrifugal forces accompanies the flow of the working fluid throughout the inner cylindrical cavity 23. "Swirling" of these fluid flows occurs when they flow under pressure from outlet openings 23. In the area of outlet nozzles 31, shock joining of two different speeds and perpendicularly directed relative to each other flows occurs, which is the way tvuet additional heat release. The flows of heated water from the outlet pipes 31 are combined in the collector 32, and from there the heated water flows to the heat consumption system. During operation of the heat generator 5, part of the liquid circulates through the bypass channel 33, equipped with a valve 34, additionally heating due to repeated pumping through the heat generator 5. Using the valve 34, the flow rate of the pumped liquid is regulated. To turn the heat generator 5 into an inoperative state, the valve 17 is closed. After the heated water passes through the heat consumption system, it enters the water source 1 or 2 through the return line 36.

При подключении наряду с теплогенератором 5 электрогенератора 6 выработанная электроэнергия может накапливаться в аккумуляторной батарее (не показана) и в дальнейшем использоваться для различных нужд или же напрямую использоваться для подключения необходимых электропотребителей различного назначения.When connected, along with the heat generator 5 of the electric generator 6, the generated electricity can be accumulated in a battery (not shown) and further used for various needs or directly used to connect the necessary electric consumers for various purposes.

Таким образом, в предлагаемой многофункциональной гидромеханической тепловой станции решена задача по созданию практически доступного, экономически выгодного и экологически чистого устройства для высокоэффективной выработки тепловой энергии, получаемой за счет использования нескольких видов ее преобразования при высоком уровне механоактивации воды, при одновременной выработке при необходимости электрической энергии и возможности обеспечения холодного водоснабжения без использования невозобнавляемых источников энергии, наличия перепада высот и стока воды, что позволяет значительно расширить возможности применения.Thus, the proposed multifunctional hydromechanical thermal station solved the problem of creating a practically affordable, cost-effective and environmentally friendly device for the highly efficient generation of thermal energy, obtained through the use of several types of its conversion with a high level of mechanical activation of water, while simultaneously generating, if necessary, electric energy and possibilities of providing cold water supply without using non-renewable energy sources, availability I have a height difference and a flow of water, which can significantly expand the possibilities of application.

Claims (4)

1. Многофункциональная гидромеханическая тепловая станция, состоящая из источника воды, обеспечивающего напор, достаточный для выработки тепловой энергии, с которым связан вихревой теплогенератор, отличающаяся тем, что ротор вихревого теплогенератора выполнен с наличием цилиндрической полости, имеющей входные тангенциальные и радиальные выходные отверстия, входной патрубок теплогенератора выполнен соосно с входными тангенциальными отверстиями ротора, а выходные патрубки, объединенные в коллекторе, размещены вблизи выходных радиальных отверстий ротора, входной патрубок теплогенератора связан с выпускным патрубком дополнительно установленной гидротурбины, впускной патрубок которой соединен с напорным патрубком дополнительно установленного водоподъемного устройства.1. A multifunctional hydromechanical thermal station, consisting of a water source providing a pressure sufficient to generate heat energy, to which a vortex heat generator is connected, characterized in that the vortex heat generator rotor is made with a cylindrical cavity having tangential and radial inlet outlets, an inlet pipe the heat generator is made coaxially with the inlet tangential openings of the rotor, and the outlet pipes combined in the collector are located near the outlet radial GOVERNMENTAL rotor holes, the heat source inlet connected to the outlet additionally installed hydraulic turbine inlet which is connected to the discharge port is further installed water-lifting device. 2. Многофункциональная гидромеханическая тепловая станция по п.1, отличающаяся тем, что выход теплогенератора соединен с входом перепускным каналом с вентилем.2. The multifunctional hydromechanical thermal station according to claim 1, characterized in that the output of the heat generator is connected to the input bypass channel with a valve. 3. Многофункциональная гидромеханическая тепловая станция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно оснащена электрогенератором.3. The multifunctional hydromechanical thermal station according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with an electric generator. 4. Многофункциональная гидромеханическая тепловая станция по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена по принципу каскадной или параллельной установки нескольких теплогенераторов. 4. The multifunctional hydromechanical thermal station according to claim 1, characterized in that it is made on the principle of cascading or parallel installation of several heat generators.

Images