Автономный обратимый центробежный насос
Предложен оригинальный автономный обратимый центробежный насос, содержащий улиточный статор, лопаточный ротор и гонный электродвигатель, позволяющий осуществить прямое преобразование химической энергии воды и водных растворов в иные виды полезной энергии и вырабатывать раздельно или одновременно механическую, электрическую и тепловую энергию из воды посредством эффекта электрогидроудара в воде, залитой в рабочую камеру устройства, благодаря введению в классическую конструкцию центробежного насоса дополнительной электрогидроразрядной камеры. соединенной гидравлически с одним из его рабочих отверстий, например с тангенциальным выходным отверстием в спиральной улитке корпуса насоса при полностью заглушенном входном осевом отверстии корпуса насоса, и через ввернутую в нее электроразрядную свечу зажигания электрического разряда - электрически при соединенной к дополнительному импульсно частотному преобразователю напряжения, присоединенного электрически к аккумуляторной батарее и к статорным обмоткам гонного электродвигателя.
Полезная модель относится к машиностроению, моторостроению, электроэнергетике, теплоэнергетике, электрохимии и может быть полезно использовано как в полном объеме так и в частичном для получения отдельных видов полезной энергии(механической, электрической и тепловой) из химической энергии воды посредством центробежных насосов и с использованием электрогидроударного эффекта Юткина.
Известны различные способы и устройства преобразования энергии воды в иные виды энергии, например, ее кинетической энергии в механическую энергию вращения различных гидротурбин путем использование энергии потока воды, например, в гидроэлектростанциях. Однако эти устройства в реализации ограничены, потому что требуют наличия потока жидкости, воды и весьма энерго- и материалозатратны в осуществлении.
Известны способы и устройства преобразования в тепловую энергию путем химического электролиза воды с получением и последующим сжиганием Н2 и O2, одновременно в тепловую и электрическую энергию путем перевода ее в парообразное состояние посредством подводимой к воде теплоты от сжигания топлива и другие. Однако эти известные технические решения аналоги не позволяют осуществить прямое преобразование химической энергии воды в механическую энергию, малоэффективны, и по энергетическим показателям и по затратам, материалоемкости и срокам окупаемости.
Известны способ и устройства прямого преобразования химической энергии воды в тепловую энергию путем ее принудительного вращения (эффект Ранке), однако этот способ и устройства малоэффективны по выходным показателям и требуют внешнего подвода значительного количества электроэнергии для электропривода насоса на создание эффекта вращения воды.
Известен способ прямого преобразования химической энергии воды в механическую энергию поступательного движения тела (патент SU 792003). Химическая энергия воды высвобождают в известном изобретении из воды путем электрического разряда в ней и образования электрогидравлического удара и возникающей от него волны давления жидкости. Эта волна давления воды и движет поршень известного водяного мотора... Однако это изобретение, несмотря на все его достоинства, не позволяет осуществить непосредственное преобразование волны давления жидкости во вращение гидротурбины. И поэтому оно не позволяет произвести прямое преобразование химической энергии воды в замкнутом и постоянном объеме рабочей камеры, в кинетическую энергию вращения механического рабочего органа - ротора турбины, что снижает его эффективность и существенно сужает его сферу применения.
Цель изобретения состоит в разработке полезной модели устройства - электрогидравлической гидротурбины для прямого преобразования химической энергии воды в кинетическую энергию вращения гидротурбины, например лопаточного ротора модернизированного центробежного насоса, для выработки из внутренней энергии воды - кинетической, электрической и тепловой энергии.
Наиболее близким устройством по конструкции и того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является типовая гидравлическая турбина, например, выполненная в виде стандартного центробежного гидронасоса. Стандартный центробежный насос (прототип), содержащий полый корпус с двумя рабочими отверстиями, одно из которых является тангенциальным выходным отверстием в виде спиральной улитки, и входное осевое отверстие во всасывающем патрубке крышки корпуса, гидравлически соединенное по оси вращения с полостью в роторе, для прохождения через него к лопаткам ротора перекачиваемой жидкости к лопаткам ротора. выполненным в виде лопаточного рабочего колеса, жестко закрепленного на общем валу с гонным электродвигателем, (БСЭ, т.2. с.616, М., 1991 г.)
Сущность работы прототипа - известного центробежного насоса состоит в том, что при принудительном вращении ротора гонным электродвигателем, лопатки ротора насоса перекачивают жидкость через него. которая перемещается с ускорением из входного осевого отверстия лопатками ротора к тангенциальному выходу насоса. Кинетическая энергия от рабочего колеса к жидкости передается за счет динамического взаимодействия лопастей колеса с обтекающей их жидкостью, которая захватывается лопатками ротора и отбрасывается центробежным силами к периферии корпуса насоса и далее попадает в улитку корпуса насоса и выбрасывается тангенциально наружу, с образованием проходящего потока жидкости через этот насос. Производительность центробежного насоса регулируют изменением скорости вращения ротора. Причем для уменьшения утечек и повышения прочности лопатки с боков закрыты дисками корпуса насоса.
При всех достоинствах прототипа, (простота и эффективность работы) сфера его применения достаточно узкая и он предназначен только для перекачки жидкостей, причем для его работы требуется гонный электродвигатель, необходимый для принудительного вращения лопаточного ротора. Поэтому без использования энергозатратного гонного электродвигателя известный центробежный насос не может работать в обратимом режиме турбогидроэлектрогенератора и не может производить механическую электрическую и тепловую энергию без подвода извне электроэнергии внешнего.
Целью изобретения является модернизация известного устройства центробежного насоса, для получения посредством него из воды механической, тепловой и электрической энергии.
Технический результат, данной полезной модели состоит в техническом усовершенствовании известного устройства, необходимом для достижения поставленной цели.
Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство центробежного насоса для перекачки жидкостей, содержащим статор и лопаточный ротор, размещенный на общем валу с гонным электродвигателем, а также коаксиальное впускное отверстия в корпусе и роторе для ввода жидкости внутрь насоса и выпускное тангенциальное отверстие в статоре, дополнительно снабжена электроразрядной камерой, заглушена с внешней стороны, а с другой стороны гидравлически соединена с одним из рабочих отверстий насоса, причем второе рабочее отверстие насоса надежно загерметизировано, а вся рабочая полость статора и электроразрядной камеры, заполнена жидкостью, например, водой, причем электроразрядная камера снабжена электрической свечой зажигания, ввернутой на ее заглушенной торцевой поверхности, а центральный электрод свечи электрически присоединен через повышающий импульсно-частотный преобразователь напряжения к аккумуляторной батарее и через реле к выходу обмоток статора гонного двигателя.
Сущность устройства Предлагаемое устройство на базе стандартного, но доработанного центробежного насоса позволяет извлекать и полезно использовать химическую энергию из воды посредством электрических разрядов в воде с последующим образованием в ней электроударного эффекта (эффект Юткина). Устройство, реализующее этот способ - обратимая электрогидравлическая турбина (ЭГТ) состоит по существу из трех узлов -
1. стандартной гидротурбины, например, центробежного насоса с тангенциальным патрубком его корпуса, врезанного в рабочую полость гидротурбины
2. полой электрогидроразрядной камеры, вынесенной за пределы гидротурбины, (корпуса центробежного насоса), заглушенной с внешней стороны и соединенной с ней гидравлически со второй рабочей стороны через этот тангенциальный полый патрубок в корпусе насоса, с внутренней полостью корпуса насоса, причем вся эта рабочая камера, содержащая два упомянутых элемента, заполнена водой или водным раствором
3. электрической части, содержащей аккумуляторную батарею, гонный электродвигатель, используемый в обратимом режиме в качестве электрического генератора и высоковольтный импульсно-частотный преобразователь напряжения, присоединенный по выходу к центральному электроду электрической свечи зажигании, ввернутой в эту
электрогидроразрядную камеру, а по входу электрически присоединенный к аккумуляторной батарее и статорным обмоткам упомянутого тонного электродвигателя.
Сущность работы устройства Вращение ротора и вместе с ним и тонного двигателя в обратимом режиме работы этого центробежного насоса достигается передачей волны давления воды от электрогидравлического удара из вынесенной отдельной электроразрядной камеры (ЭРК) непосредственно на лопатки ротора гидротурбины, например, путем передачи этой волны давления через тангенциальный ввод в улиточном корпусе центробежного насоса, при заглушенном осевом отверстии в корпусе этого насоса, или через центральный осевой вход центробежного модернизированного насоса, при заглушенном его втором отверстии в тангенциальном патрубке корпуса в
Выделение и полезное использование внутренней химической энергии воды в виде энергии давления в воде и тепла в ней при реализации в ней эффекта Юткина осуществляется по замкнутому электрохимическому циклу по формуле 2Н2O+электроразряд- = 2Н2+O2-электрогидроудар = 2Н2O+484 кДж. в полностью замкнутом объеме воды рабочей камеры, которая и преобразуется непосредственно в кинетическую энергию вращения ротора центробежного насоса, и, далее, посредством электромеханического преобразования энергии с общего вала электродвигателем, работающим в режиме электрического генератора - в электроэнергию, часть из которой возвращается на создание электрически разрядов в воде, а иная часть выработанной электроэнергии полезно используется в иных электрических потребителях. Причем вода в таком устройстве является источником механической энергии и одновременно рабочим телом, обеспечивающим вращения ротора центробежного насоса в замкнутом объеме воды, и источником. одновременно источником тепловой энергии, поскольку она нагревается при кавитационных и восстановительных процессах в ней в процессе циклических электрогидроударов.
На фиг.1, 2, показано упрощенно предлагаемое устройство, выполненное конструктивно в виде модернизированного центробежного насоса. На фиг 1 показана общая блок-схема устройства, а на фиг.2 более детально показана конструкция статора и ротора модернизированного центробежного насоса - нумерация позиций сквозная на фиг.1.2.
Устройство содержит стандартный центробежный насос 1, состоящий из спиралевидного улиточного полого корпуса (статора) 2, вставленного внутрь него лопаточного ротора 3 с осевым подводом жидкости в него через осевой впускной патрубок 4, дополненный электроразрядной полой камерой 5 с рабочим цилиндром 6. заглушенным с внешней стороны, и выходным соплом 7, гидравлически плотно соединенным с впускным патрубком 4 насоса 1, причем на заглушенном торце цилиндра 6
электроразрядной камеры 5 размещена (ввернута) электрическая свеча зажигания 8, содержащая электроизолятор 9 и высоковольтные электроды 10, (для простоты показан только один электрод) электрически присоединенные через управляемый повышающий импульсно-частотный преобразователь напряжения 11, к аккумуляторной батарее 12 и через реле(не показано) к обмоткам гонного электродвигателя 13, размещенного на общем валу 14 с ротором 3 насоса 1, причем тангенциальный вывод 15 улиточного корпуса 2 насоса 1 герметично и прочно закрыт заглушкой 16, а все рабочего пространство полой замкнутой камеры, включая полый корпус 2, ротор 3 и полую электроразрядную камеру 5, заполнено жидкостью, например, водой.
В другом варианте выполнения устройства на базе модернизированного центробежного насоса 1 - электроразрядная камера 5 может быть гидравлически присоединена к тангенциальному патрубку 15, а заглушки 16, в этом варианте устройства размещена на входном патрубке 4, для образования полностью замкнутой рабочей камеры с водой.
В частном случае иного конструктивного исполнения устройства для интенсификации тепловыделения в воде при электрогидроударах и полезного использования тепловой энергии жидкости, устройство выполняют с открытым тангенциальным выходом 15 корпуса 2, присоединенным замкнутой петлей трубопровода, содержащей тепловые радиаторы с тангенциального выхода 14 к дополнительному тангенциальному вводу в рабочую полость корпуса статора 2 насоса 1, (не показаны) или к электроразрядной камере 5 через дополнительный тангенциальный вход в рабочий цилиндр 6 (на фиг.1, 2 они не показаны), причем сопло 7 может быть выполнено в виде кавитационного сопла Лаваля для интенсификации тепловыделения в воде от интенсивной кавитации при циклических волнах давления.
Устройство работает следующим образом.
Вначале присоединяют аккумуляторную батарею 12 к импульсно-частотному преобразователю напряжения 11 подают импульсы высокого напряжения ос его высоковольтного выхода, через электрическую свечу зажигания 8 с электродом 10. погруженным в воду, в электроразрядную камеру 5, заполненную водой. В результате при электрических разрядах в воде достаточной величины электрического тока и мощности искры в камере 6, возникает электрогидравлический удар жидкости (воды, и образуемая от него мощная волна давления воды передается через фокусирующее сопло 7 и входное отверстие 4 на лопатки ротора 3 в полости насоса 1, приводя ротор 3 во вращение. Регулированием величины тока электроразряда, частоты и длительности электрических разрядов в камере 6 от блока преобразователя напряжения 11 силу и можность
электрогидроударов в воде и как следствие, регулируют мощность, момент вращения ротора на валу 14 и скорость вращения ротора 3. При этом электрическая машина 13, вращаясь вместе с ротором 3 и от энергии ротора начинает работать в обратимом генераторном режиме (узел самовозбуждения и регулирования параметров генератора не показан) и начинает вырабатывать электроэнергию, преобразуя часть кинетической энергии вращения ротора 3 в электрическую энергию электрогенератором 13. Статорная обмотка электрогенератора 13 электрически присоединена через реле (не показано)к преобразователю напряжения 11 и к автономному источнику 12 (не показано для подзарядки этой аккумуляторной батареи. Поскольку вода при этом процессе электрических разрядов и электрогидроударах интенсивно нагревается в замкнутой рабочей полости, то ее тепло можно полезно использовать путем выведения его посредством дополнительных внешних теплообменников (не показаны) с поверхности корпусов 2 насоса и электроразрядной камеры 5.
Таким образом, предлагаемый автономный обратимый центробежный насос позволяет обеспечить эффективное прямое преобразование химической энергии воды посредством электрогидравлического эффекта от электрических разрядов в воде - в иные виды полезной энергии.
Предлагаемая полезная модель ранее уже частично была опробована в лабораторных опытах. Прошу выдать патент на данную полезную модель со следующей формулой изобретения.
Автономный обратимый центробежный насос, содержащий полый корпус в виде улитки с двумя рабочими отверстиями в нем, одно из которых - выходное тангенциальное отверстие, а второе - входное осевое отверстие, гидравлически соединенное с лопаточным ротором, и гонный электродвигатель на валу ротора, отличающийся тем, что насос дополнительно снабжен полой цилиндрической электрогидроразрядной камерой, заглушенной с внешнего торца и гидравлически соединенной с одним из упомянутых отверстий центробежного насоса, причем второе его рабочее отверстие надежно и прочно загерметизировано, а вся рабочая полость корпуса насоса и электроразрядной камеры, заполнена жидкостью, например водой, причем в корпус электроразрядной камеры ввернута электрическая свеча зажигания, присоединенная электрически через регулируемый импульсно-частотной преобразователь напряжения к аккумуляторной батарее и к статорным обмоткам гонного электродвигателя.
