Вихревой теплогенератор – новое слово в вопросе обогрева
Редко какой хозяин не пытается сэкономить на отоплении или потреблении еще каких-либо благ, которые с каждым годом становятся все дороже и дороже. Чтобы сделать экономной отопительную систему жилого или производственного помещения, многие люди прибегают к помощи различных схем и методам получения тепловой энергии. Один из аппаратов, подходящий под эти цели – кавитационный теплогенератор.
Что такое вихревой теплогенератор
Кавитационный вихревой генератор тепла – это простое устройство, способное эффективно обогреть помещение, затрачивая при этом минимум средств. Это происходит благодаря нагреву воды при кавитации – образовании небольших паровых пузырьков в местах снижения давления жидкости, которое возникает либо при работе насоса, либо при звуковых колебаниях.
Кавитационный нагреватель способен преобразовать механическую энергию в тепловую, что активно применяется в промышленности, где нагревающие элементы могут выйти из строя, работая с жидкостью, имеющей большую температурную разность. Такой кавитатор является альтернативой для систем, работающих на твердом топливе.
Преимущества вихревых кавитационных нагревателей:
- Экономичность системы отопления;
- Высокая эффективность обогрева;
- Доступность;
- Возможность собрать своими руками.
Недостатки аппарата:
- При самостоятельной сборке довольно сложно найти материалы для создания аппарата;
- Слишком большая мощность для небольшого помещения;
- Шумная работа;
- Немалые габариты.
Стандартное устройство теплогенератора и принцип его работы
Процесс кавитации выражается в образовании пузырьков пара в жидкости, впоследствии чего давление медленно понижается при большой скорости потока.
Из-за чего может происходить парообразование:
- Возникновением акустики, вызванной звуком;
- Излучением лазерного импульса.
Закрытые воздушные области перемешиваются с водой и уходят в место с большим давлением, где хлопаются с излучением ударной волны.
Принцип работы кавитационного аппарата:
- Струя воды движется через кавитатор, где насос создает водяное давление, попадающее в рабочую камеру;
- В камерах жидкость увеличивает скорость и давление с помощью различных трубочек разных размеров;
- В центре камеры потоки смешиваются, и появляется кавитация;
- При этом полости пара остаются маленькими и не взаимодействуют с электродами;
- Жидкость движется к противоположному концу камеры, откуда возвращается назад для следующего использования;
- Нагрев происходит благодаря движению и расширению воды на выходе из сопла.
Так работает вихревой кавитационный нагреватель. Его устройство простое, но позволяет быстро и эффективно обогреть помещение.
Кавитационный нагреватель и его типы
Нагреватель, работающий с кавитацией, может быть нескольких типов. Чтобы понять, какой генератор вам нужен, следует разобраться в его типажах.
Виды кавитационного нагревателя:
- Роторный – самый популярный из них это аппарат Григгса, работающий с помощью центробежного насоса ротационного действия. Внешне он выглядит как диск с отверстиями без выхода. Одно такое отверстие носит название: ячейка Григгса. Параметры этих ячеек и их число зависят от типа генератора и частоты вращения привода. Нагрев воды происходит между статором и ротором посредством быстрого ее движения по поверхности диска.
- Статический – он не имеет никаких вращающихся элементов, а кавитацию создают специальные сопла (элементы Лаваля). Насос нагнетает давление воды, что проводит к ее быстрому движению и нагреву. Выходные отверстия сопел более узкие, чем предыдущие и жидкость начинает двигаться еще быстрее. Из-за быстрого расширения воды и получается кавитация, дающая в итоге тепло.
Если выбирать между этими двумя видами, то следует учитывать, что производительность роторного кавитатора более высокая и он не такой габаритный, как статический.
Правда, статический нагреватель меньше изнашивается из-за отсутствия вращающихся элементов. Использовать аппарат можно до 5 лет, а если выйдет из строя сопло – его с легкостью можно заменить, затрачивая на это куда меньше средств, чем на теплогенератор в роторном кавитаторе.
Экономный кавитационный теплогенератор своими руками
Создать самодельный вихревой генератор с кавитацией вполне реально, если внимательно изучить чертежи и схемы устройства, а также понимать его принцип работы. Самым простым для самостоятельного создания считается ВТГ Потапова с КПД 93%, схема которого подойдет как для домашнего, так и для промышленного использования.
Перед тем, как приступить к сборке прибора, следует правильно выбрать насос, ориентируясь по его типу, мощности, нужной тепловой энергии и величине напора.
В основном все кавитационные генераторы имеют формы сопла, которая считается самой простой и удобной для таких устройств.
Что нужно для создания кавитатора:
- Манометры для измерения давления;
- Термометр для замера температуры;
- Выходные и входные патрубки с краниками;
- Вентили для удаления воздушных пробок из отопительной системы;
- Гильзы для термометров.
Также нужно проследить за размером сечения отверстия между диффузором и конфузором. Оно должно быть примерно 8 – 15 см, не уже и не шире.
Схема создания кавитационного генератора:
- Выбор насоса – здесь следует определиться с нужными параметрами. Насос обязательно должен иметь возможность работать с жидкостями высоких температур, иначе он быстро сломается. Также он должен уметь создавать рабочее давление в минимум 4 атмосферы.
- Создание камеры кавитации – тут главное правильно выбрать размер сечения проходного канала. Оптимальным вариантом считается 8-15 мм.
- Выбор конфигурации сопла – оно может быть в виде конуса, цилиндра или просто быть закругленным. Впрочем, не так важна форма, как то, чтобы вихревой процесс начинался уже при входе воды в сопло.
- Изготовление водного контура – внешне это такая изогнутая трубка, ведущая от камеры кавитации. К ней присоединяются две гильзы с термометром, два манометра, воздушный вентиль, который ставится между входом и выходом.
После создания корпуса следует провести испытание теплогенератора. Для этого насос следует подключить к электроэнергии, а радиаторы к отопительной системе. Далее происходит включение в сеть.
Особенно стоит смотреть на показания манометров и выставить нужную разницу между входом и выходом жидкости в пределах 8-12 атмосфер.
Теплогенератор своими руками (видео)
Кавитационный нагреватель достаточно интересный и экономный способ обогреть помещение. Он легко доступен и при желании может создаваться самостоятельно. Для этого нужно докупить необходимые материалы и сделать все в соответствии со схемами. И эффективность аппарата не заставит себя долго ждать.
Для отопления частного дома и квартиры, часто используются автономные генераторы. Предлагаем рассмотреть, что такое индукционный вихревой теплогенератор, его принцип работы, как сделать устройство своими руками, а также чертежи приборов.
Описание генератора
Существуют разные виды вихревых тепрогенераторов, в основном различают их по форме. Ранее использовались только трубчатые модели, сейчас активно применяют круглые, ассиметричные или овальные. Нужно отметить, что это небольшое устройство может обеспечить полностью автономное отопление, а при правильном подходе еще и горячее водоснабжение.
Фото – Мини-теплогенератор вихревого типаВихревой и гидровихревой теплогенератор, представляет собой механическое устройство, которое отделяет сжатый газ их горячих и холодных потоков. Воздух, выходящий из «горячего» конца, может достигать температуры 200 ° С, а из холодного доходить до -50. Нужно отметить, что главным преимуществом такого генератора является то, что это электрическое устройство не имеет движущихся частей, все стационарно закреплено. Трубы чаще всего изготовлены из нержавеющей легированной стали, которая отлично противостоит высоким температурам и внешним разрушающим факторам (давлению, коррозии, ударным нагрузкам).
Фото – Вихревой теплогенератор
Сжатый газ вдувают по касательной в вихревую камеру, после чего он ускоряется до высокой скорости вращения. В связи с коническим соплом на конце выходной трубы, только «входящая» часть сжатого газа допускается для движения в данном направлении. Остальная часть вынуждено возвращается во внутренний вихрь, который является меньшего диаметра, чем наружный.
Где используются вихревые теплогенераторы энергии:
- В холодильных установках;
- Для обеспечения отопления жилых зданий;
- Для нагрева промышленных помещений;
Нужно учитывать, что вихревой газовый и гидравлический генератор имеет меньшую эффективность, чем традиционное оборудование для кондиционирования воздуха. Они широко используются для недорогого точечного охлаждения, когда доступен сжатый воздух из локальной сети обогрева.
Видео: изучение вихревых теплогенераторов
Принцип действия
Существуют различные объяснения причин возникновения вихревого эффекта вращения при полном отсутствии движения и магнитных полей.
Фото – Схема вихревого теплогенератора
В данном случае, газ выступает телом вращения, за счет быстрого перемещения внутри устройства. Такой принцип работы отличается от общепринятого стандарта, где отдельно идет холодный и горячий воздух, т.к. при совмещении потоков согласно законам физики образуется разное давление, которое в нашем случае вызывает вихревое движение газов.
Благодаря наличию центробежной силы, температура воздуха на выходе намного больше температуры её на входе, это позволяет использовать устройства, как для получения тепла, так и для эффективного охлаждения.
Существует еще одна теория принципа работы теплогенератора, за счет того, что оба вихря вращаются с одинаковой угловой скоростью и направлением, внутренний вихревой угол теряет свой угловой момент. Уменьшение момента передается кинетической энергии к внешнему вихрю, в результате чего образуются отрывные течения горячего и холодного газа. Такой принцип работы является полным аналогом эффекта Пельтье, в котором устройство использует электрическую энергию давления (напряжения) для перемещения тепла к одной стороне перехода разнородных металлов, в результате чего другая сторона охлаждается и потребляемая энергия возвращается к источнику.
Фото – Принцип работы генератора гидротипа
Достоинства вихревого теплогенератора :
- Обеспечивает значительную (до 200 º С) разность температур между «холодным» и «горячим» газом, работает даже при низком входном давлении;
- Работает с эффективностью до 92%, не нуждается в принудительном охлаждении;
- Преобразует весь поток на входе в один охлаждающий. Благодаря чему практически исключена вероятность перегрева систем отопления
- Используется энергия, вырабатываемая в вихревой трубки единым потоком, что способствует эффективному нагреву природного газа при минимальных теплопотерях;
- Обеспечивает эффективное разделение вихревой температуры входного газа при атмосферном давлении и выходного газа при отрицательном давлении.
Такое альтернативное отопление при практически нулевой затрате вольт отлично нагревает помещение от 100 квадратных метров (в зависимости от модификации). Главные минусы : это высокая стоимость и редкое применение на практике.
Как сделать теплогенератор своими руками
Вихревые теплогенераторы – это очень сложные приспособления, на практике можно сделать автоматический ВТГ Потапова, схема которой подходит как для дома, так и для промышленных работ.
Фото – Вихревой теплогенератор Потапова
Так появился механический теплогенератор Потапова (КПД 93%), схема которого приведена на рисунке. Несмотря на то, что первым патент получил Николай Петраков, именно устройство Потапова пользуется особым успехом у домашних мастеров.
На данной схеме изображена конструкция вихрегенератора. Патрубок смешения 1 присоединен к напорному насосу фланцем, который в свою очередь подает жидкость с давлением от 4 до 6 атмосфер. Когда вода попадает в коллектор, на чертеже 2,образовывается вихрь, и она подается в специальную вихревую трубу (3), которая сконструирована так, что длина в 10 раз больше, чем диаметр. Вихрь воды передвигается по спиральной трубе у стенок к горячему патрубку. Этот конец заканчивается донышком 4, в центре которого есть специальное отверстие для выхода горячей воды.
Чтобы контролировать поток, перед донышком расположено специальное тормозящее приспособление, или выпрямитель потока воды 5, он представляет собой несколько рядов пластин, которые приварены к втулке по центру. Втулка соосна тубе 3. В тот момент, когда вода движется по трубе к выпрямителю по стенкам, в осевом участке образовывается противоточное течение. Здесь вода движется по направлению к штуцеру 6, который врезан в стенку улитки и трубе подачи жидкости. Здесь производитель установил еще один дисковый выпрямитель потока 7, чтобы контролировать течение холодной воды. Если из жидкости выходит тепло, то его направляет по специальному байпасу 8 к горячему концу 9, где вода смешивается с нагретой при помощи смесителя 5.
Непосредственно из патрубка горячей воды жидкость поступает в радиаторы, после чего делая «круг», возвращается к теплоносителю для повторного нагрева. Далее источник нагревает жидкость, насос повторяет круг.
По такой теории даже существуют модификации теплогенератора для серийного производства низкого давления. К сожалению, проекты хороши только на бумаге, реально их мало кто использует, особенно, если учитывать, что расчет осуществляется при помощи теоремы Вириала, которая обязана учитывать энергию Солнца (непостоянную величину), и центробежную силу в трубе.
Формула представляет собой следующее:
Епот = – 2 Екин
Где Екин =mV2/2 – это кинетическое движения Солнца;
Масса планеты – m, кг.
Бытовой теплогенератор вихревого типа для воды Потапова может иметь следующие технические характеристики:
Фото – Модификации вихревых теплогенераторов
Обзор цен
Несмотря на относительную простоту, чаще проще купить вихревые кавитационные теплогенераторы, чем самостоятельно собрать самодельный прибор. Продажа генераторов нового поколения осуществляется во многих крупных городах России, Украины, Беларуси и Казахстана.
Рассмотрим прайс-лист из открытых источников (мини-приборы будут дешевле), сколько стоит генератор Мустафаева, Болотова и Потапова:
Наиболее низкая цена на теплогенератор вихревой энергии марки Акойл, Вита, Гравитон, Муст, Евроальянс, Юсмар, НТК, в Ижевске, к примеру, около 700 000 рублей. При покупке обязательно проверяйте паспорт прибора и сертификаты качества.
Возрастающая стоимость энергоресурсов, используемых для теплоснабжения, ставит перед потребителями задачу поиска более дешевых источников тепла. Тепловые установки ТС1 (дисковые вихревые теплогенераторы) - источник тепла XXI века.Выделение тепловой энергии основано на физическом принципе преобразования одного вида энергии в другой. Механическая энергия вращения электродвигателя передается на дисковый активатор - основной рабочий орган теплогенератора. Жидкость внутри полости активатора закручивается, приобретая кинетическую энергию. Затем, при резком торможении жидкости, возникает кавитация. Кинетическая энергия преобразуется в тепловую, нагревая жидкость до температуры 95 град. С.
Тепловые установки ТС1 предназначены для:
Автономного отопления жилых, офисных, производственных помещений, теплиц, других сельскохозяйственных сооружений и т.п.;
- нагрева воды для бытовых целей, бань, прачечных, бассейнов и т.п.
Тепловые установки ТС1 соответствует ТУ 3113-001-45374583-2003, сертифицированы. Не требуют согласований на установку, т.к. энергия используется для вращения электродвигателя, а не для нагрева теплоносителя. Эксплуатация теплогенераторов с электрической мощностью до 100 кВт осуществляется без лицензии (Федеральный закон № 28-ФЗ от 03.04.96 г.). Они полностью подготовлены для подключения к новой или существующей системе отопления, а конструкция и габариты установки упрощают ее размещение и монтаж. Необходимое напряжение сети - 380 В.
Тепловые установки ТС1 выпускаются в виде модельного ряда с установленной мощностью электродвигателя: 55; 75; 90; 110; 160; 250 и 400 кВт.
Тепловые установки ТС1 работают в автоматическом режиме с любым теплоносителем в заданном диапазоне температур (импульсный режим работы). В зависимости от температуры наружного воздуха время работы составляет от 6 до 12 часов в сутки.
Тепловые установки ТС1 надежны, взрыво - пожаро - безопасны, экологичны, компактны и высокоэффективны в сравнении с другими нагревательными устройствами. Сравнительные характеристики устройств, при отоплении помещений площадью 1000 кв.м. приведены в таблице:
В настоящее время тепловые установки ТС1 эксплуатируются во многих регионах Российской Федерации, ближнем и дальнем зарубежье: в Москве, городах Московской области: в Домодедове, Лыткарино, Ногинске, Рошале, Чехове; в Липецке, Нижнем Новгороде, Туле, и других городах; в Калмыкии, Красноярском и Ставропольском краях; в Казахстане, Узбекистане, Южной Корее и Китае.
Совместно с партнерами мы оказываем полный цикл услуг, начиная от очистки внутренних инженерных систем и агрегатов от твердокристаллических, коррозионных и органических отложений без демонтажа элементов систем в любое время года. Далее - разработка ТЗ (технического задания на проектирование), проектирование, монтаж, пуско-наладка, обучение персонала заказчика и техническое обслуживание.
Поставка тепловых узлов на базе наших установок может осуществляться в блочно-модульном варианте. Автоматизация системы теплоснабжения здания, и внутренних инженерных систем, может быть доведена нами до уровня ИАСУП (индивидуальной автоматической системы управления предприятием).
В случае нехватки места для размещения блочного теплового узла внутри здания они монтируются в специальных контейнерах, как это на практике осуществлено в г. Клин Московской области.
В целях увеличения эксплуатационного ресурса электродвигателей рекомендуется применять системы оптимизации работы электродвигателей, включающие в себя систему плавного пуска и которые мы так же поставляем по согласованию с заказчиком.
Преимущества использования:
НГ-насос генератора; НС-насосная станция; ЭД-электродвигатель; ДТ-датчик температуры;
РД - реле давления; ГР - гидрораспределитель; М - манометр; РБ - расширительный бачок;
ТО - теплообменник; ЩУ - щит управления.
Сравнение существующих отопительных систем.
Задача экономически эффективного нагрева воды, которая используется в качестве теплоносителя в системах водяного отопления и горячего водоснабжения, была и остается актуальной независимо от способа осуществления этих процессов, конструкции системы отопления и источников получения тепла.Известны четыре основных вида источников получения тепла для решения этой задачи:
· физико-химический (сжигание органического топлива: нефтепродуктов, газа, угля, дров и использование других экзотермических химических реакций);
· электроэнергетический , когда выделение тепла осуществляется на включенных в электрическую цепь элементах, обладающих достаточно большим омическим сопротивлением;
· термоядерный , основанный на использовании тепла возникающего при распаде радиоактивных материалов или синтезе тяжелых ядер водорода, в том числе происходящих на солнце и в глубине земной коры;
· механический , когда тепло получается за счет поверхностного или внутреннего трения материалов. Следует отметить, что свойство трения присуще не только твердым телам, но и жидким и газообразным.
На рациональный выбор системы отопления влияет много факторов:
· доступность конкретного вида топлива,
· экологические аспекты, проектно-архитектурные решения,
· объем строящегося объекта,
· финансовые возможности человека и многое другое.
1. Электрический котел – любые отопительные электрокотлы, из-за теплопотерь, должны покупаться с запасом мощности (+20%). Они достаточно просты в обслуживании, но требуют наличия приличной электрической мощности. Это требует подводки мощного силового кабеля, что не всегда реально сделать за городом.
Электричество – дорогой вид топлива. Оплата за электроэнергию очень быстро (спустя один сезон) перевалит за стоимость самого котла.
2. Электрические тэны (воздушные, масляные и др.) – просты в обслуживании.
Крайне неравномерный прогрев помещений. Быстрое остывание обогреваемого пространства. Большой расход электроэнергии. Постоянное нахождение человека в электрическом поле, дыхание перегретым воздухом. Низкий срок службы. В ряде регионов оплата за электричество, используемое на отопление, производится с увеличивающим коэффициентом К=1,7.
3. Электрический теплый пол – сложность и дороговизна при монтаже.
Недостаточен для обогрева помещения в холодное время. Использование в кабеле высокоомного нагревательного элемента (нихром, вольфрам) предусматривает хороший теплоотвод. Проще говоря, ковер на полу создаст предпосылки к перегреву и выходу из строя данной отопительной системы. При использовании кафельной плитки на полу, бетонная стяжка должна высохнуть полностью. Иными словами, первое пробное безопасное включение системы – не менее чем через 45 суток. Постоянное нахождение человека в электрическом и/или электромагнитном поле. Значительное энергопотребление.
4. Газовый котел – существенные стартовые затраты. Проект, разрешительная документация, подводка газа от магистрали до дома, специальное помещение под котел, вентиляция и мн. другое. Отрицательно сказывается на работе пониженное давление газа в магистралях. Некачественное жидкое топливо приводит к преждевременному износу узлов и агрегатов системы. Загрязнение окружающей среды. Высокие цены на сервисное обслуживание.
5. Дизельный котел – имеют самую дорогую установку. Дополнительно требуется монтаж емкости для нескольких тонн топлива. Наличие подъездных путей для топливозаправщика. Экологическая проблема. Небезопасны. Дорогой сервис.
6. Электродные генераторы – требуется высокопрофессиональный монтаж. Крайне небезопасны. Обязательное заземление всех металлических деталей отопления. Высокий риск поражения людей током в случае малейшей неполадки. Требуют не прогнозированного добавления в систему щелочных компонентов. Нет стабильности в работе.
Тенденция развития источников тепла идет в направлении перехода к экологически чистым технологиям, среди которых в настоящее время наиболее распространенными являются электроэнергетический.
История создания вихревого теплогенератора
Удивительные свойства вихря были отмечены и описаны еще 150 лет назад английским ученым Джорджем Стоксом.
Работая над совершенствованием циклонов для очистки газов от пыли, французский инженер Джозеф Ранке заметил, что струя газа, выходящая из центра циклона, имеет более низкую температуру, чем исходный газ, подаваемый в циклон. Уже в конце 1931 г. Ранке подаёт заявку на изобретенное устройство, названное им "вихревой трубой". Но получить патент ему удаётся только в 1934 г., и то не на родине, а в Америке (Патент США № 1952281).
Французские же учёные тогда с недоверием отнеслись к этому изобретению и высмеяли доклад Ж. Ранке, сделанный в 1933 г. на заседании Французского физического общества. По мнению этих учёных, работа вихревой трубы, в которой происходило разделение подаваемого в неё воздуха на горячий и холодный потоки, противоречила законам термодинамики. Тем не менее, вихревая труба работала и позже нашла широкое применение во многих областях техники, в основном для получения холода.
Не зная об опытах Ранке, в 1937 г. советский ученый К. Страхович, в курсе лекций по прикладной газодинамике теоретически доказывал, что во вращающихся потоках газа должны возникать разности температур.
Интересны работы ленинградца В. Е. Финько, который обратил внимание на ряд парадоксов вихревой трубы, разрабатывая вихревой охладитель газов для получения сверхнизких температур. Он объяснил процесс нагрева газа в пристеночной области вихревой трубы "механизмом волнового расширения и сжатия газа" и обнаружил инфракрасное излучение газа из ее осевой области, имеющее полосовой спектр.
Законченной и непротиворечивой теории вихревой трубы до сих пор не существует, несмотря на простоту этого устройства. "На пальцах" же объясняют, что при раскручивании газа в вихревой трубе он под действием центробежных сил сжимается у стенок трубы, в результате чего нагревается тут, как нагревается при сжатии в насосе. А в осевой зоне трубы, наоборот, газ испытывает разрежение, и тут он охлаждается, расширяясь. Выводя газ из пристеночной зоны через одно отверстие, а из осевой - через другое, достигают разделения исходного потока газа на горячий и холодный потоки.
Уже после второй мировой войны - в 1946 г, немецкий физик Роберт Хильш значительно улучшил эффективность вихревой «трубки Ранка». Однако невозможность теоретического обоснования вихревых эффектов отложила техническое применение открытия Ранка-Хильша на десятилетия.
Основной вклад в развитие основ вихревой теории в нашей стране в конце 50-х - начале 60-х годов прошлого столетия внес профессор Александр Меркулов. Парадокс, но до Меркулова никому и в голову не приходило запустить в «трубку Ранка» жидкость. А произошло следующее: при прохождении жидкости через «улитку» она быстро нагревалась с аномально высокой эффективностью (коэффициент преобразования энергии - около 100%). И опять же полного теоретического обоснования А. Меркулов дать не смог, и до практического применения дело не дошло. Лишь в начале 90-х годов прошлого века появились первые конструктивные решения применения жидкостного теплогенератора, работающего на основе вихревого эффекта.
Тепловые станции на основе вихревых тепловых генераторов
Поисковые исследования наиболее экономичных источников получения тепла для нагрева воды привели к идее использования для получения тепла свойств вязкости (трения) воды характеризующих ее способность взаимодействовать с поверхностями твердых тел составляющих материал, в котором она перемещается, и между внутренними слоями жидкости.Как любое материальное тело вода испытывает сопротивление своему движению в результате трения о стенки направляющей системы (трубы), однако, в отличие от твердого тела, которое в процессе такого взаимодействия (трения) разогревается и частично начинает разрушаться, приповерхностные слои воды тормозятся, снижают скорость у поверхности и завихряются. При достижении достаточно высоких скоростей вихрения жидкости вдоль стенки направляющей системы (трубы) начинает выделятся тепло поверхностного трения.
Возникает эффект кавитации, заключающийся в образовании пузырьков пара, поверхность которых вращается с большой скоростью за счет кинетической энергии вращения. Противодействие внутреннему давлению пара и кинетической энергии вращения оказывают давление в массе воды и силы поверхностного натяжения. Таким образом создается состояние равновесия до момента пока пузырек не сталкивается с препятствием при движении потока или между собой. Происходит процесс упругого столкновения и разрушения оболочки с выделением импульса энергии. Как известно величина мощности энергия импульса определяется крутизной его фронта. В зависимости от диаметра пузырьков фронт импульса энергии в момент разрушения пузырька будет иметь различную крутизну, а, следовательно, и различное распределение энергетического спектра частот. астот.
При определенной температуре и скорость вихрения возникают пузырьки пара, которые ударяясь о препятствия разрушаются с выделением импульса энергии в низкочастотном (звуковом), оптическом и инфракрасном диапазоне частот, при этом температура импульса в инфракрасном диапазоне при разрушении пузырька может составлять десятки тысяч градусов (оС). Размеры образующихся пузырьков и распределение плотности выделяемой энергии по участкам диапазона частот пропорционально линейной скорости взаимодействия трущихся поверхностей воды и твердого тела и обратно пропорционально давлению в воде. В процессе взаимодействия поверхностей трения в условиях сильной турбулентности для получения тепловой энергии, сосредоточенной в инфракрасном диапазоне, необходимо сформировать микропузырьки пара размером в пределах 500- 1500 нм, которые при столкновении с твердыми поверхностями или в областях повышенного давления «лопаются» создавая эффект микрокавитации с выделением энергии в тепловом инфракрасном диапазоне.
Однако, при линейном движении воды в трубе при взаимодействии со стенками направляющей системы эффект преобразования энергии трения в тепло оказывается небольшим, и, хотя температура жидкости на внешней стороне трубы оказывается несколько выше, чем в центре трубы особого эффекта нагрева не наблюдается. Поэтому одним из рациональных способов решения вопроса увеличения поверхности трения и времени взаимодействия трущихся поверхностей является закручивание воды в поперечном направлении, т.е. искусственное завихрение в поперечной плоскости. При этом возникает дополнительное турбулентное трение между слоями жидкости.
Вся сложность возбуждения трения в жидкости состоит в том, чтобы удерживать жидкость в положениях, когда поверхность трения оказывается наибольшей и достичь состояния, при котором давление в массе воды, время трения, скорость трения и поверхность трения, были оптимальны для данной конструкции системы и обеспечивалась заданная теплопроизводительность.
Физика возникновения трения и причины возникающего при этом эффекта выделения тепла, в особенности между слоями жидкости или между поверхностью твердого тела и поверхностью жидкости недостаточно изучена и существуют различные теории, однако, это область гипотез и физических опытов.
Подробнее о теоретическом обосновании эффекта выделения тепла в теплогенераторе смотри в разделе «Рекомендуемая литература».
Задача строительства жидкостных (водяных) генераторов тепла состоит в поиске конструкций и способов управления массой водного переносчика, при которых можно было бы получить наибольшие поверхности трения, удерживать в генераторе массу жидкости в течение определенного времени, чтобы получить необходимую температуру и обеспечить при этом достаточную пропускную способность системы.
С учетом этих условий строятся тепловые станции, которые включают: двигатель (как правило, электрический), который механическим путем приводит в движение воду в генераторе тепла, и насос, обеспечивающий необходимую прокачку воды.
Поскольку количество тепла в процессе механического трения пропорционально скорости движения поверхностей трения, то для увеличение скорости взаимодействия трущихся поверхностей используется разгон жидкости в поперечном направлении перпендикулярном к направлению основного движения с помощью специальных завихрителей или дисков вращающих поток жидкости, т. е. создание вихревого процесса и реализация таким образом вихревого теплового генератора. Однако конструирование подобных систем является сложной технической задачей поскольку необходимо найти оптимальную область параметров линейной скорости движения, угловой и линейной скорости вращения жидкости, коэффициента вязкости, теплопроводности и не допустить фазового перехода в парообразное состояние или граничное состояние, когда диапазон выделения энергии переместится в оптический или звуковой диапазон, т.е. когда превалирующим становится процесс приповерхностной кавитации в оптическом и низкочастотном диапазоне, который, как известно, разрушает поверхность, на которой образуется кавитационные пузырьки.
Принципиальная блок-схема тепловой установки с приводом от электродвигателя, приведена на рисунке 1. Расчет системы отопления объекта производится проектной организацией по техническому заданию заказчика. Подбор тепловых установок осуществляется на основании проекта.
Рис. 1. Принципиальная блок-схема тепловой установки.
Тепловая установка (ТС1) включает: вихревой теплогенератор (активатор), электродвигатель (электродвигатель и тепловой генератор установлены на опорной раме и механически соединены муфтой) и аппаратуру автоматического управления.
Вода от насоса прокачки поступает во входной патрубок теплового генератора и выходит из выходного патрубка с температурой от 70-до 95 С.
Производительность насоса прокачки, обеспечивающая необходимое давление в системе и прокачку воды через тепловую установку, рассчитывается для конкретной системы теплоснабжения объекта. Для обеспечения охлаждения торцевых уплотнений активатора давление воды на выходе из активатора должно быть не менее 0,2 МПа (2 атм.).
При достижении заданной максимальной температуры воды на выходном патрубке, по команде от датчика температуры тепловая установка выключается. При охлаждении воды до достижения заданной минимальной температуры, по команде от датчика температуры тепловая установка включается. Разница между задаваемыми температурами включения и выключения должна быть не менее 20 оС.
Устанавливаемая мощность теплового узла выбирается исходя из пиковых нагрузок (одна декада декабря). Для выбора необходимого количества тепловых установок пиковая мощность делится на мощность тепловых установок из модельного ряда. При этом лучше устанавливать большее число менее мощных установок. При пиковых нагрузках и при начальном разогреве системы будут работать все установки, в осеннее - весенние сезоны будет работать только часть установок. При правильном выборе количества и мощности тепловых установок, в зависимости от температуры наружного воздуха и теплопотерь объекта, установки работают 8-12 часов в сутки.
Тепловая установка надежна в работе, обеспечивает экологическую чистоту в работе, компактна и высокоэффективна по сравнению с любыми другими нагревательными устройствами, не требует и согласований с энергоснабжающей организацией на установку, проста конструктивно и в монтаже, не требуют химической подготовки воды, пригодна к использованию на любых объектах. Тепловая станция полностью укомплектована всем необходимым для подключения к новой или существующей системе отопления, а конструкция и размеры упрощают размещение и монтаж. Станция работает автоматически в заданном диапазоне температур, не требует дежурного обслуживающего персонала.
Тепловая станция сертифицирована и соответствует ТУ 3113-001-45374583-2003.
Устройства плавного пуска (софтстартеры).
Устройства плавного пуска (софтстартеры) предназначены для плавного пуска и останова асинхронных электродвигателей 380 В (660, 1140, 3000 и 6000 В по спецзаказу). Основные области применения: насосное, вентиляционное, дымососное оборудование и т.п.
Применение устройств плавного пуска позволяет уменьшить пусковые токи, снизить вероятность перегрева двигателя, обеспечить полную защиту двигателя, повысить срок службы двигателя, устранить рывки в механической части привода или гидравлические удары в трубах и задвижках в момент пуска и останова двигателей.
Микропроцессорное управление моментом с 32-символьным дисплеем
Ограничение тока, бросок момента, двойной наклон кривой разгона
Плавный останов двигателя
Электронная защита двигателя:
Перегрузка и КЗ
Пониженное и повышенное напряжение сети
Заклинивание ротора, защита от затянувшегося запуска
Пропадание и/или дисбаланс фаз
Перегрев устройства
Диагностика состояния, ошибок и сбоев
Дистанционное управление
Модели от 500 до 800 кВт поставляются по спецзаказу. Состав и условия поставки формируются при согласовании технического задания.
Теплогенераторы на основе «вихревой трубы».
Вихревую трубу теплогенератора, схема которого приведена на Рис. 1, присоединяют инжекторным патрубком 1 к фланцу центробежного насоса (на рисунке не показан), подающему воду под давлением 4 – 6 атм. Попадая в улитку 2, поток воды сам закручивается в вихревом движении и поступает в вихревую трубу 3, длина которой в 10 раз больше ее диаметра. Закрученный вихревой поток в трубе 3 перемещается по винтовой спирали у стенок трубы к ее противоположному (горячему) концу, заканчивающемуся донышком 4 с отверстием в его центре для выхода горячего потока. Перед донышком 4 закреплено тормозное устройство 5 – спрямитель потока, выполненный в виде нескольких плоских пластин, радиально приваренных к центральной втулке, сосной с трубой 3. В виде сверху он напоминает оперение авиабомбы.Когда вихревой поток в трубе 3 движется к этому спрямителю 5, в осевой зоне трубы 3 образуется противоток. В нем вода тоже вращаясь движется к штуцеру 6, врезанному в плоскую стенку улитки 2 соосно с трубой 3 и предназначенному для выпуска «холодного» потока. В штуцере 6 установлен еще один спрямитель потока 7, аналогичный тормозному устройству 5. Он служит для частичного превращения энергии вращения «холодного» потока в тепло. Выходящая теплая вода направляется по байпасу 8 в патрубок 9 горячего выхода, где она смешивается с горячим потоком, выходящим из вихревой трубы через спрямитель 5. Из патрубка 9 нагретая вода поступает либо непосредственно к потребителю, либо в теплообменник, передающий тепло в контур потребителя. В последнем случае отработанная вода первичного контура (уже с меньшей температурой) возвращается в насос, который вновь подает ее в вихревую трубу через патрубок 1.
Особенности монтажа систем отопления с использованием теплогенераторов на основе «вихревых» труб.
Теплогенератор на основе «вихревой» трубы должен подключаться к системе отопления только через бак-аккумулятор.
При первом включении теплогенератора, до его выхода на рабочий режим, прямая магистраль системы отопления должна быть перекрыта, то есть теплогенератор должен работать по «малому контуру». Теплоноситель в баке аккумуляторе нагревается до температуры 50-55 оС. Затем производится периодическое открытие крана на выходной магистрали на ¼ хода. При увеличении температуры в магистрали системы отопления кран открывается еще на ¼ хода. Если происходит падение температуры в баке-аккумуляторе на 5 оС, кран прикрывается. Открытие - закрытие крана производится до полного прогрева системы отопления.
Данная процедура обусловлена тем, что при резкой подаче холодной воды на вход «вихревой» трубы, в следствии ее малой мощности, может произойти «срыв» вихря и потеря эффективности работы тепловой установки.
Из опыта эксплуатации систем теплоснабжения рекомендуемые температуры:
В выходной магистрали 80 оС,
Ответы на Ваши вопросы
1. Какие преимущества данного теплогенератора перед другими источниками тепла?
2. В каких условиях может работать теплогенератор?
3. Требования к теплоносителю: жесткость (для воды), содержание солей и т.д., то есть что может критично сказаться на внутренних частях теплогенератора? Будет ли образовываться накипь на трубах?
4. Что такое установленная мощность электродвигателя?
5. Сколько теплогенераторов нужно устанавливать в тепловом узле?
6. Какова производительность теплогенератора?
7. До какой температуры можно нагревать теплоноситель?
8. Можно ли регулировать температурный режим изменением числа оборотов электродвигателя?
9. Какая может быть альтернатива воде для предохранения от замерзания жидкости в случае «ЧП» с электроэнергией?
10. Каков диапазон рабочих давлений теплоносителя?
11. Нужен ли циркуляционный насос и как выбрать его мощность?
12. Что входит в комплект тепловой установки?
13. Какова надежность автоматики?
14. Как сильно шумит теплогенератор?
15. Можно ли использовать в тепловой установки однофазные электродвигатели с напряжением 220 В?
16. Можно ли использовать для вращения активатора теплогенератора дизельные двигатели или другой привод?
17. Как выбрать сечение кабеля электропитания тепловой установки?
18. Какие согласования нужно проводить для получения разрешения на установку теплогенератора?
19. Какие основные неисправности возникают при эксплуатации теплогенераторов?
20. Разрушает ли кавитация диски? Какой ресурс тепловой установки?
21. В чем отличия дисковых и трубчатых теплогенераторов?
22. Каков коэффициент преобразования (отношение полученной тепловой энергии к затраченной электрической) и каким образом он определен?
24. Готовы ли разработчики обучить персонал для обслуживания теплогенератора?
25. Почему гарантия на тепловую установку 12 месяцев?
26. В какую сторону должен вращаться теплогенератор?
27. Где входной и выходной патрубки теплогенератора?
28. Как задать температуру включения-выключения тепловой установки?
29. Каким требованиям должен соответствовать тепловой пункт, в котором монтируются тепловые установки?
30. На объекте ООО «Рубеж» г. Лыткарино в складских помещениях поддерживается температура 8-12 оС. Можно ли поддерживать с помощью такой тепловой установки температуру 20 оС?
В1: Какие преимущества данного теплогенератора перед другими источниками тепла?
О: При сравнении с газовыми и жидкотопливными котлами главное преимущество теплогенератора заключается в полном отсутствии инфраструктуры обслуживания: не нужна котельная, обслуживающий персонал, химподготовка и регулярная профилактика. Например, при отключении электричества теплогенератор снова включится автоматически, в то время как для повторного включения жидкотопливных котлов требуется присутствие человека. При сравнении с электроотоплением (ТЭНы, электрокотлы), теплогенератор выигрывает как и в обслуживании (отсутствие прямых нагревательных элементов, водоподготовки), так и в экономическом выражении. При сравнении с теплоцентралью теплогенератор позволяет отапливать каждое здание отдельно, что исключает потери при доставке тепла и отпадает потребность в ремонте теплосети и ее эксплуатации. (Подробнее см. раздел сайта «Сравнение существующих отопительных систем»).
В2: В каких условиях может работать теплогенератор?
О: Условия работы теплогенератора определяются техническими условиями на его электродвигатель. Возможна установка электродвигателей во влагозащитном, пылезащитном, тропическом исполнении.
В3: Требования к теплоносителю: жесткость (для воды), содержание солей и т.д., то есть что может критично сказаться на внутренних частях теплогенератора? Будет ли образовываться накипь на трубах?
О: Вода должна соответствовать требованиям ГОСТ Р 51232-98. Дополнительная водоподготовка не требуется. Перед входным патрубком теплогенератора необходимо устанавливать фильтр грубой очистки. В процессе эксплуатации накипь не образовывается, ранее имевшаяся накипь разрушается. Не допускается использование в качестве теплоносителя воды с повышенным содержанием солей и карьерной жидкости.
В4: Что такое установленная мощность электродвигателя?
О: Установленная мощность электродвигателя это – мощность необходимая для раскрутки активатора теплогенератора при запуске. После выхода двигателя на рабочий режим, потребляемая мощность падает на 30-50%.
В5: Сколько теплогенераторов нужно устанавливать в тепловом узле?
О: Устанавливаемая мощность теплового узла выбирается исходя из пиковых нагрузок (- 260С одна декада декабря). Для выбора необходимого количества тепловых установок пиковая мощность делится на мощность тепловых установок из модельного ряда. При этом лучше устанавливать большее число менее мощных установок. При пиковых нагрузках и при начальном разогреве системы будут работать все установки, в осеннее - весенние сезоны будет работать только часть установок. При правильном выборе количества и мощности тепловых установок, в зависимости от температуры наружного воздуха и теплопотерь объекта, установки работают 8-12 часов в сутки. Если поставить более мощные тепловые установки они будут работать меньшее время, менее мощные – большее время, но расход электроэнергии будет один и тот же. Для укрупненного расчета энергопотребления тепловой установки за отопительный сезон применяется коэффициент 0,3. Не рекомендуется использовать в тепловом узле только одну установку. При использовании одной тепловой установки необходимо иметь резервное устройство отопления.
В6: Какова производительность теплогенератора?
О: За один проход вода в активаторе нагревается на 14-20оС. В зависимости от мощности, теплогенераторы прокачивают: ТС1-055 – 5,5 м3/час; ТС1-075 – 7,8 м3/час; ТС1-090 – 8,0 м3/час. Время нагрева зависит от объема системы отопления и ее теплопотерь.
В7: До какой температуры можно нагревать теплоноситель?
О: Максимальная температура нагрева теплоносителя 95оС. Эта температура определяется характеристиками устанавливаемых торцевых уплотнений. Теоретически возможен нагрев воды до 250 оС, но для создания теплогенератора с такими характеристиками необходимо проведение НИИОКР.
В8: Можно ли регулировать температурный режим изменением числа оборотов?
О: Конструкция тепловой установки рассчитана на работу при оборотах двигателя 2960 + 1,5%. На других оборотах двигателя эффективность теплогенератора снижается. Регулирование температурного режима осуществляется включением-выключением электродвигателя. При достижении заданной максимальной температуры электродвигатель выключается, при охлаждении теплоносителя до минимальной заданной температуры – включается. Диапазон заданных температур должен быть не менее 20ОС
В9: Какая может быть альтернатива воде для предохранения от замерзания жидкости в случае «ЧП» с электроэнергией?
О: Теплоносителем может выступать любая жидкость. Возможно использование тосола. Не рекомендуется использовать в тепловом узле только одну установку. При использовании одной тепловой установки необходимо иметь резервное устройство отопления.
В10: Каков диапазон рабочих давлений теплоносителя?
О: Теплогенератор рассчитан на работу в диапазоне давлений от 2 до 10 атм. Активатор только закручивает воду, давление в системе отопления создается за счет циркуляционного насоса.
В11: Нужен ли циркуляционный насос и как выбрать его мощность?
О: Производительность насоса прокачки, обеспечивающая необходимое давление в системе и прокачку воды через тепловую установку, рассчитывается для конкретной системы теплоснабжения объекта. Для обеспечения охлаждения торцевых уплотнений активатора давление воды на выходе из активатора должно быть не менее 0,2 МПа (2 атм.) Усредненная производительность насоса для: ТС1-055 – 5,5 м3/час; ТС1-075 – 7,8 м3/час; ТС1-090 – 8,0 м3/час. Насос является нагнетающим, устанавливается перед тепловой установкой. Насос является принадлежностью системы теплоснабжения объекта и в комплект поставки тепловой установки ТС1 не входит.
В12: Что входит в комплект тепловой установки?
О: В комплект поставки тепловой установки входят:
1. Вихревой теплогенератор ТС1-______ № ______________
1 шт
2. Щит управления ________ № _______________
1 шт
3. Рукава напорные (гибкие вставки) с фитингами Ду25
2 шт
4. Датчик температуры ТСМ 012-000.11.5 L=120 кл. В
1 шт
5. Паспорт на изделие
1 шт
В13: Какова надежность автоматики?
О: Автоматика сертифицирована производителем и имеет гарантийный срок работы. Возможно комплектование тепловой установки щитом управления или контроллером асинхронных электродвигателей «ЭнерджиСейвер».
В14: Как сильно шумит теплогенератор?
О: Сам активатор тепловой установки практически не шумит. Шумит только электродвигатель. В соответствии с техническими характеристиками электродвигателей, указанных в их паспортах, Максимально допустимый уровень звуковой мощности электродвигателя – 80-95 дБ (А). Для снижения уровня шума и вибрации необходимо монтировать тепловую установку на вибропоглощающие опоры. Применение контроллеров асинхронных электродвигателей «ЭнерджиСейвер» позволяет в полтора раза снизить уровень шума. В производственных зданиях тепловой установки размещаются в отдельных помещениях, подвалах. В жилых и административных зданиях тепловой пункт может быть расположен автономно.
В15: Можно ли использовать в тепловой установки однофазные электродвигатели с напряжением 220 В?
О: Выпускаемые в настоящее время модели тепловых установок не допускают использования однофазных электродвигателей с напряжением 220 В.
В16: Можно ли использовать для вращения активатора теплогенератора дизельные двигатели или другой привод?
О: Конструкция тепловой установки типа ТС1 рассчитана на стандартные асинхронные трехфазные двигатели напряжением 380 в. с частотой вращения 3000 об/мин. Принципиально вид двигателя не имеет значения, необходимым условием является только обеспечение частоты вращения 3000 об/мин. Однако, для каждого такого варианта двигателя, конструкция рамы тепловой установки должна проектироваться индивидуально.
В17: Как выбрать сечение кабеля электропитания тепловой установки?
О: Сечение и марку кабелей необходимо выбрать в соответствие с ПУЭ – 85 по расчетным токовым нагрузкам.
В18: Какие согласования нужно проводить для получения разрешения на установку теплогенератора?
О: Согласования на установку не требуются, т.к. электроэнергия используется для вращения электродвигателя, а не для нагрева теплоносителя. Эксплуатация теплогенераторов с электрической мощностью до 100 кВт осуществляется без лицензии (Федеральный закон № 28-ФЗ от 03.04.96 г.).
В19: Какие основные неисправности возникают при эксплуатации теплогенераторов?
О: Большинство отказов происходит вследствие неправильной эксплуатации. Работа активатора при давлении менее 0,2 МПа приводит к перегреву и разрушению торцевых уплотнений. Работа при давлении более 1,0 МПа также приводит к потере герметичности торцевых уплотнений. При неправильном подключении элетродвигателя (звезда-треугольник) двигатель может сгореть.
В20: Разрушает ли кавитация диски? Какой ресурс тепловой установки?
О: Четырехлетний опыт эксплуатации вихревых теплогенераторов показывает, что активатор практически не изнашивается. Меньший ресурс имеют электродвигатель, подшипники и торцевые уплотнения. Срок эксплуатации комплектующих указывается в их паспортах.
В21: В чем отличия дисковых и трубчатых теплогенераторов?
О: В дисковых теплогенераторах вихревые потоки создаются за счет вращения дисков. В трубчатых теплогенераторах закручивается в «улитке», а затем тормозится в трубе выделяя тепловую энергию. При этом эффективность трубчатых теплогенераторов на 30% ниже, чем у дисковых.
В22: Каков коэффициент преобразования (отношение полученной тепловой энергии к затраченной электрической) и каким образом он определен?
О: Ответ на этот вопрос Вы найдете в нижеприведенных Актах.
Акт результатов эксплутационных испытаний вихревого теплогенератора дискового типа марки ТС1-075
Акт об испытании тепловой установки ТС-055
О: Эти вопросы отражены в проекте на объект. При расчете требуемой мощности теплогенератора, наши специалисты по техническим условия заказчика рассчитывают также и теплосъем системы отопления, дают рекомендации по оптимальной разводке теплосети в здании, а также и по месту установки теплогенератора.
В24: Готовы ли разработчики обучить персонал для обслуживания теплогенератора?
О: Наработка торцового уплотнения до замены 5 000 часов беспрерывной работы (~ 3 года). Наработка двигателя до замены подшипника 30 000 часов. Тем не менее, рекомендуется раз в год в конце отопительного сезона проводить профилактический осмотр электродвигателя и системы автоматического управления. Наши специалисты готовы обучить персонал Заказчика для проведения всех профилактических и ремонтных работ. (Подробнее см. раздел сайта «Обучение персонала»).
В25: Почему гарантия на тепловую установку 12 месяцев?
О: Гарантийный срок 12 месяцев один из наиболее распространенных гарантийных сроков. Производители комплектующих тепловой установки (щитов управления, соединительных шлангов, датчиков и т.д.) устанавливают на свои изделия гарантийный срок 12 месяцев. Гарантийный срок установки в целом не может быть больше, чем гарантийный срок ее комплектующих, поэтому в технических условиях на изготовление тепловой установки ТС1 задается такой гарантийный срок. Опыт эксплуатации тепловых установок ТС1 показывает, что ресурс активатора может составить не менее 15 лет. Накопив статистику и согласовав с поставщиками увеличение гарантийного срока на комплектующие, мы сможем увеличить гарантийный срок тепловой установки до 3 лет.
В26: В какую сторону должен вращаться теплогенератор?
О: Направление вращения теплогенератора задается электродвигателем, который вращается по часовой стрелке. При пробных пусках вращение активатора против часовой стрелки не приведет к его поломке. Перед первыми пусками необходимо проверить свободный ход роторов, для этого теплогенератор на один/половину оборота прокручивается вручную.
В27: Где входной и выходной патрубки теплогенератора?
О: Входной патрубок активатора теплогенератора расположен со стороны электродвигателя, выходной патрубок – с противоположной стороны активатора.
В28: Как задать температуру включения-выключения тепловой установки?
О: Инструкция по установке температуры включения-выключения тепловой установки приведена в разделе «Партнеры» / «Овен».
В29: Каким требованиям должен соответствовать тепловой пункт, в котором монтируются тепловые установки?
О: Тепловой пункт, в котором монтируются тепловые установки, должен соответствовать требованиям СП41-101-95. Текст документа можно скачать с сайта: «Информация по теплоснабжению», www.rosteplo.ru
В30: На объекте ООО «Рубеж» г. Лыткарино в складских помещениях поддерживается температура 8-12 оС. Можно ли поддерживать с помощью такой тепловой установки температуру 20 о С?
О: В соответствии с требованиями СНиП тепловая установка может нагревать теплоноситель до максимальной температуры 95 оС. Температуру в обогреваемых помещениях задает с помощью ОВЕНА сам потребитель. Одна и та же тепловая установка может поддерживать температурные диапазоны: для складских помещений 5-12 оС; для производственных 18-20 оС; для жилых и офисных 20-22 оС.
Изготовление теплогенератора своими руками – достаточно сложный и кропотливый процесс. Как правило, данное устройство необходимо для обеспечения экономного отопления в жилищах. Тепловые генераторы бывают 2 конструкций: статические и роторные. В первом случае в качестве главного элемента нужно использовать сопло. В роторном генераторе для создания кавитации следует использовать электродвигатель.
Этот агрегат представляет собой модернизированный центробежный насос, точнее его корпус, который будет служить в качестве статора. Не обойтись и без рабочей камеры и патрубков.
Внутри корпуса нашей гидродинамической конструкции стоит маховик в качестве рабочего колеса. Существует огромное количество разнообразных роторных конструкций генераторов тепла. Самой простой среди них является конструкция с диском.
На цилиндрическую поверхность диска ротора наноситься необходимое количество отверстий, которые должны иметь определенный диаметр и глубину. Их принято называть «ячейки Григгса». Стоит отметить, что размеры и количество просверленных отверстий будут изменяться в зависимости от калибра роторного диска и частоты вращения вала электромотора.
Корпус такого источника тепла чаще всего изготавливают в виде пустотелого цилиндра. По сути – это обычная труба с заваренными фланцами на концах. Зазор между внутренней частью корпуса и маховиком будет очень мал (примерно 1,5-2 мм).
Непосредственный подогрев воды будет происходить именно в данном зазоре. Нагревание жидкости получается за счет ее трения о поверхность ротора и корпуса одновременно, при этом диск маховика движется практически на предельных скоростях.
Кавитационные (образование пузырей) процессы, которые происходят в роторных ячейках, оказывают большое влияние на нагрев жидкости.
Роторный теплогенератор - это модернизированный центробежный насос, точнее его корпус, который будет служить в качестве статора
Как правило, диаметр диска в данном типе генераторов тепла составляет 300 мм, а скорость вращения гидроустройства 3200 оборотов в минуту. В зависимости от размеров ротора частота вращения будет различаться.
Анализируя конструкцию данной установки можно сделать вывод, что ее ресурс функционирования достаточно мал. Из-за постоянного нагрева и абразивного действия воды зазор постепенно расширяется.
Стоит отметить, что роторные теплогенераторы при работе создают сильный шум. Однако, в сравнении с другими гидроустройствами (статического типа) они производительнее на 30%.
Изготовление вихревого теплогенератора Потапова
Разработано множество других устройств, действующих совсем на иных принципах. Например, вихревые теплогенераторы Потапова, изготовленные своими руками. Их называют статическими условно. Это обуславливается тем, что гидроустройство не имеет вращающихся частей в конструкции. Как правило, вихревые теплогенераторы получают тепло с помощью насоса и электродвигателя.
Самым главным этапом в процессе выполнения такого источника тепла своими руками будет выбор двигателя. Его следует выбирать в зависимости от напряжения. Существуют множественные чертежи и схемы вихревого генератора тепла, изготовленного своими руками, на которых продемонстрированы методы подключения электродвигателя с напряжением 380 Вольт к сети 220.
Сборка рамы и установка двигателя
Монтаж источника тепла Потапова своими руками начинается с установки электродвигателя. Сначала закрепите его на станине. Затем при помощи угловой шлифовальной машинки изготовьте уголки. Нарежьте их из подходящего угольника. После изготовления 2-3 угольников закрепите их на поперечину. Затем при помощи сварочного аппарата соберите прямоугольную конструкцию.
Если под рукой не оказалось сварочного аппарата – резать угольники не нужно. Просто в местах предполагаемого сгиба выпилите треугольники. Затем согните угольники, применив тиски. Для закрепления используйте болты, заклепки и гайки.
После сборки можно окрасить раму и просверлить отверстия в каркасе для установки двигателя.
Установка насоса
Следующим немаловажным элементом нашей вихревой гидроконструкции будет насос. В наши дни в специализированных магазинах вы можете без труда приобрести агрегат любой мощности. При его выборе внимательно следите за 2 вещами:
- Он должен быть центробежным.
- Выбирайте такой агрегат, который будет оптимально работать с вашим электродвигателем.
После того, как вы приобрели насос, закрепите его на раме. Если не хватает поперечин – изготовьте еще 2-3 уголка. Кроме этого, нужно будет обязательно найти соединительную муфту. Ее можно выточить на токарном станке либо приобрести в любом хозяйственном магазине.
Вихревой кавитационный теплогенератор Потапова на дровах, изготовленный своими руками, состоит из корпуса, который выполнен в виде цилиндра. Стоит отметить, что на его концах обязательно должны присутствовать сквозные отверстия и патрубки, иначе вы не сможете правильно присоединить гидроконструкцию к системе отопления.
Сразу за входным патрубком вставьте жиклер. Он подбирается индивидуально. Однако помните, что его отверстие должно быть в 8-10 раз меньше, чем диаметр трубы. При изготовлении слишком маленького отверстия насос будет перегреваться и не сможет обеспечить правильную циркуляцию воды.
Кроме этого, вследствие парообразования вихревой кавитационный теплогенератор Потапова на дровах будет сильно подвержен гидроабразивному изнашиванию.
Как изготовить трубу
Процесс изготовления этого элемента источника тепла Потапова на дровах будет происходить в несколько этапов:
- Сначала с помощью болгарки отрежьте кусок трубы диаметром 100 мм. Длина заготовки должна быть не менее 600-650 мм.
- Затем сделайте в заготовке внешнюю проточку и нарежьте резьбу.
- После этого изготовьте два кольца длиной 60 мм. калибр колец должен соответствовать диаметру трубы.
- Затем нарежьте резьбу для полуколец.
- Следующий этап – изготовление крышек. Их необходимо приварить со стороны колец, где нет резьбы.
- Далее просверлите в крышках центральное отверстие.
- Затем с помощью сверла большого калибра изготовьте фаску с внутренней стороны крышки.
После проделанных операций следует подключить кавитационный теплогенератор на дровах к системе. В отверстие насоса, откуда подается вода, вставьте патрубок с форсункой. Другой штуцер соедините с системой отопления. Выход из гидросистемы присоедините к насосу.
Если вы хотите регулировать температуру жидкости – установите прямо за патрубком шаровой механизм. С его помощью теплогенератор Потапова на дровах будет значительно дольше прогонять воду по всему устройству.
Можно ли повысить производительность источника тепла Потапова
В этом устройстве, как и в любой гидросистеме, происходит потеря тепла. Поэтому желательно насос окружить водной «рубашкой». Для этого сделайте теплоизолирующий корпус. Внешний калибр такого защитного устройства сделайте больше, чем диаметр вашего насоса.
В качестве заготовки для теплоизоляции можно использовать готовую 120 мм трубу. Если у вас нет такой возможности – вы можете своими руками сделать параллелепипед с помощью листовой стали. Размеры фигуры должны быть такими, чтобы в нее без труда помещалась вся конструкция генератора.
Заготовка должна быть изготовлена только из качественных материалов, чтобы без проблем выдерживать высокое давление в системе.
Для того чтобы еще больше снизить потери тепла вокруг корпуса, сделайте теплоизоляцию, которую в последствии можно будет обшить кожухом из жести.
В качестве изолятора можно использовать абсолютно любой материал, который способен выдерживать температуру кипения воды.
Изготовление теплоизолятора будет происходить в несколько этапов:
- Сначала соберите устройство, которое будет состоять из насоса, соединительного патрубка, генератора тепла.
- После этого подберите оптимальные габариты теплоизоляционного устройства и найдите трубу подходящего калибра.
- Затем изготовьте крышки с двух сторон.
- После этого надежно закрепите внутренние механизмы гидросистемы.
- В конце сделайте входное отверстие и закрепите (приварите или вкрутите) в него патрубок.
После проделанных операций на конце гидротрубы приварите фланец. Если у вас возникают трудности с монтированием внутренних механизмов – можно выполнить каркас.
Обязательно проверьте герметичность узлов генератора тепла и вашу гидросистему на протеки. В конце не забудьте отрегулировать температуру с помощью шаровика.
Защита от мороза
Прежде всего, сделайте кожух утеплителя. Для этого возьмите оцинкованную жесть либо тонкий лист алюминия. Вырежьте два прямоугольника. Помните, что гнуть лист необходимо на оправке большего диаметра. Еще можно производить гибку материала на поперечине.
Для начала положите вырезанный лист и прижмите его сверху деревянным бруском. Другой рукой нажмите на лист таким образом, чтобы по всей длине образовался небольшой изгиб. Затем немного подвиньте вашу заготовку вбок и продолжайте гнуть ее до тех пор, пока не получится пустотелый цилиндр.
После этого сделайте крышку для кожуха. Желательно обмотать всю термоизоляционную конструкцию специальным теплостойким материалом (стекловатой и т.д.), который необходимо впоследствии закрепить с помощью проволоки.
Инструменты и приборы
Материалы
- Проволока.
- Тонкий лист алюминия.
- Труба диаметром 300 мм.
- Замок.
- Утеплительные материалы.
- Оцинкованная жесть.
В заключение стоит отметить, что теплогенераторы помогут вам сэкономить внушительную сумму денег. Однако для рациональной работы устройства необходимо со всей ответственностью подойти к процессу изготовления теплоизолятора и обшивки.
Отопление дома, гаража, офиса, торговых площадей – вопрос, решать который надо сразу после того, как помещение построено. И не важно, какое время года на улице. Зима всё равно придёт. Так что побеспокоиться о том, чтобы внутри было тепло необходимо заранее. Тем, кто покупает квартиру в многоэтажном доме, волноваться не о чем – строители уже всё сделали. А вот тем, кто строит свой дом, оборудует гараж или отдельно стоящее небольшое здание, придётся выбирать, какую систему отопления устанавливать. И одним из решений будет вихревой теплогенератор.
Сепарация воздуха, иначе говоря, разделение его на холодную и горячую фракции в вихревой струе – явление, которое и легло в основу вихревого теплогенератора, было открыто около ста лет назад. И как это часто бывает, лет 50 никто не мог придумать, как его использовать. Так называемую вихревую трубу модернизировали самыми разными способами и пытались пристроить практически во все виды человеческой деятельности. Однако везде она уступала и по цене и по КПД уже имеющимся приборам. Пока русский учёный Меркулов не придумал запустить внутрь воду, не установил, что на выходе температура повышается в несколько раз и не назвал этот процесс кавитацией. Цена прибора уменьшилась не намного, а вот коэффициент полезного действия стал практически стопроцентным.
Принцип действия
Так что же такое эта загадочная и доступная кавитация? А ведь всё довольно просто. Во время прохождения через вихрь, в воде образуется множество пузырьков, которые в свою очередь лопаются, высвобождая некое количество энергии. Эта энергия и нагревает воду. Количество пузырьков подсчёту не поддаётся, а вот температуру воды вихревой кавитационный теплогенератор может повысить до 200 градусов. Не воспользоваться этим было бы глупо.
Два основных вида
Несмотря на то и дело появляющиеся сообщения о том, что кто-то где-то смастерил уникальный вихревой теплогенератор своими руками такой мощности, что можно отапливать целый город, в большинстве случаев это обычные газетные утки, не имеющие под собой никакой фактической основы. Когда-нибудь, возможно, это случиться, а пока принцип работы этого прибора можно использовать только двумя способами.
Роторный теплогенератор. Корпус центробежного насоса в этом случае будет выступать в качестве статора. В зависимости от мощности по всей поверхности ротора сверлят отверстия определённого диаметра. Именно за счёт их и появляются те самые пузырьки, разрушение которых и нагревает воду. Достоинство у такого теплогенератор только одно. Он намного производительнее. А вот недостатков существенно больше.
- Шумит такая установка очень сильно.
- Изношенность деталей повышенная.
- Требует частой замены уплотнителей и сальников.
- Слишком дорогое обслуживание.
Статический теплогенератор. В отличие от предыдущей версии, здесь ничего не вращается, а процесс кавитации происходит естественным путём. Работает только насос. И список достоинств и недостатков принимает резко противоположное направление.
- Прибор может работать при низком давлении.
- Разница температур на холодном и горячих концах довольно велика.
- Абсолютно безопасен, в каком бы месте не использовался.
- Быстрый нагрев.
- КПД 90 % и выше.
- Возможность использования, как для обогрева, так и для охлаждения.
Единственным недостатком статического ВТГ можно считать дороговизну оборудования и связанную с этим довольно долгую окупаемость.
Как собрать теплогенератор
При всех этих научных терминах, которые могут напугать незнакомого с физикой человека, смастерить в домашних условиях ВТГ вполне возможно. Повозиться, конечно, придётся, но если всё сделать правильно и качественно, можно будет наслаждаться теплом в любое время.
И начать, как и в любом другом деле, придётся с подготовки материалов и инструментов. Понадобятся:
- Сварочный аппарат.
- Шлифмашинка.
- Электродрель.
- Набор гаечных ключей.
- Набор свёрл.
- Металлический уголок.
- Болты и гайки.
- Толстая металлическая труба.
- Два патрубка с резьбой.
- Соединительные муфты.
- Электродвигатель.
- Центробежный насос.
- Жиклёр.
Вот теперь можно приступать непосредственно к работе.
Устанавливаем двигатель
Электродвигатель, подобранный в соответствии с имеющимся напряжением, устанавливается на станину, сваренную или собранную с помощью болтов, из уголка. Общий размер станины вычисляется таким образом, чтобы на ней можно было разместить не только двигатель, но и насос. Станину лучше покрасить во избежание появления ржавчины. Разметить отверстия, просверлить и установить электродвигатель.
Подсоединяем насос
Насос следует подбирать по двум критериям. Во-первых, он должен быть центробежным. Во вторых, мощности двигателя должно хватить, чтобы его раскрутить. После того, как насос будет установлен на станину, алгоритм действий следующий:
- В толстой трубе диаметром 100 мм и длиной 600 мм с двух сторон нужно сделать внешнюю проточку на 25 мм и в половину толщины. Нарезать резьбу.
- На двух кусках такой же трубы длинной каждый 50 мм нарезать внутреннюю резьбу на половину длины.
- Со стороны противоположной от резьбы приварить металлические крышки достаточной толщины.
- По центру крышек сделать отверстия. Одно по размеру жиклёра, второе по размеру патрубка. С внутренней стороны отверстия под жиклёр сверлом большого диаметра необходимо снять фаску, чтобы получилось подобие форсунки.
- Патрубок с форсункой подсоединяется к насосу. К тому отверстию, из которого вода подаётся под напором.
- Вход системы отопления подсоединяется ко второму патрубку.
- К входу насоса присоединяется выход из системы отопления.
Цикл замкнулся. Вода будет под давлением подаваться в форсунку и за счёт образовавшегося там вихря и возникшего эффекта кавитации станет нагреваться. Регулировку температуры можно осуществить, установив за патрубком, через который вода попадает обратно в систему отопления, шаровый кран.
Чуть прикрыв его, вы сможете повысить температуру и наоборот, открыв – понизить.
Усовершенствуем теплогенератор
Это может звучать странно, но и эту довольно сложную конструкцию можно усовершенствовать, ещё больше повысив её производительность, что будет несомненным плюсом для обогрева частного дома большой площади. Основывается это усовершенствование на том факте, что сам насос имеет свойство терять тепло. Значит, нужно заставить расходовать его как можно меньше.
Добиться этого можно двумя путями. Утеплить насос при помощи любых подходящих для этой цели теплоизоляционных материалов. Или окружить его водяной рубашкой. Первый вариант понятен и доступен без каких-либо пояснений. А вот на втором следует остановиться подробнее.
Чтобы соорудить для насоса водяную рубашку придётся поместить его в специально сконструированную герметическую ёмкость, способную выдерживать давление всей системы. Вода будет подаваться именно в эту емкость, и насос будет забирать её уже оттуда. Внешняя вода так же нагреется, что позволит насосу работать намного продуктивнее.
Вихрегаситель
Но, оказывается и это ещё не всё. Хорошо изучив и поняв принцип работы вихревого теплогенератора, можно оборудовать его гасителем вихрей. Подаваемый под большим давлением поток воды ударяется в противоположную стенку и завихряется. Но этих вихрей может быть несколько. Стоит только установить внутрь устройства конструкцию напоминающую своим видом хвостовик авиационной бомбы. Делается это следующим образом:
- Из трубы чуть меньшего диаметра, чем сам генератор необходимо вырезать два кольца шириной 4-6 см.
- Внутрь колец приварите шесть металлических пластинок, подобранных таким образом, чтобы вся конструкция получилась длинной равной четверти длины корпуса самого генератора.
- Во время сборки устройства закрепите эту конструкцию внутри напротив сопла.
Пределу совершенства нет и быть не может и усовершенствованием вихревого теплогенератора занимаются и в наше время. Не всем это под силу. А вот собрать устройство по схеме, приведённой выше, вполне возможно.
Рекомендуем также
Loading...