Разнообразные способы экономии энергии или получения дарового электричества сохраняют свою популярность. Благодаря развитию Интернета информация о всевозможных «чудо-изобретениях» становится все доступнее. Одна конструкция, потеряв популярность, сменяется другой.

Сегодня мы рассмотрим так называемый вихревой кавитационный генератор - устройство, изобретатели которого обещают нам высокоэффективный обогрев помещения, в котором оно установлено. Что это такое? Данное устройство использует эффект нагрева жидкости при кавитации - специфическом эффекте образования микропузырьков пара в зонах локального снижения давления в жидкости, происходящем либо при вращении крыльчатки насоса, либо при воздействии на жидкость звуковых колебаний. Если Вам когда-либо доводилось пользоваться ультразвуковой ванной, то Вы могли заметить, как ее содержимое ощутимо нагревается.

Реальность использования кавитации для нагревания

В Интернете распространены статьи о вихревых генераторах роторного типа, принцип действия которых состоит в создании областей кавитации при вращении в жидкости крыльчатки специфической формы. Жизнеспособно ли данное решение?

Начнем с теоретических выкладок. В данном случае мы расходуем электроэнергию на работу электродвигателя (средний КПД - 88%), полученную механическую энергию же частично тратим на трение в уплотнениях кавитационного насоса, частично - на нагрев жидкости вследствие кавитации. То есть в любом случае в тепло будет преобразована лишь часть потраченной электроэнергии. Но если вспомнить, что КПД обычного ТЭНа составляет от 95 до 97 процентов, становится понятным, что чуда не будет: гораздо более дорогой и сложный вихревой насос окажется менее эффективен, чем простая нихромовая спираль.

Можно возразить, что при использовании ТЭНов в систему отопления необходимо вводить дополнительные циркуляционные насосы, в то время как вихревой насос сможет сам перекачивать теплоноситель. Но, как ни странно, создатели насосов борются с возникновением кавитации, не только значительно снижающей эффективность работы насоса, но и вызывающей его эрозию. Следовательно, насос-теплогенератор не только должен быть мощнее специализированного перекачивающего насоса, но и потребует применения более совершенных материалов и технологий для обеспечения сравнимого ресурса.

Важным моментом является тот факт, что, увеличивая кавитацию, создаваемую ротором, мы увеличиваем нагрев жидкости и одновременно снижаем эффективность насоса. Реально работающий как нагреватель кавитатор уже практически не сможет перекачивать теплоноситель, а значит, точно так же, как и ТЭН, потребует применения отдельного циркуляционного насоса. При этом общая эффективность вихревого насоса все равно будет меньше КПД его привода.

Кроме роторно-вихревых насосов, можно встретить такое устройство, как статический теплогенератор («вихревая труба»). В нем используется эффект кавитации, возникающий при прохождении потока жидкости сквозь сопло Лаваля и соответствующем резком изменении скорости и давления. Но по ряду причин такое устройство неэффективно в системах отопления:

• Чем больше перепад давлений, тем больше нагрев;
• Для большего перепада давлений необходимо уменьшение диаметра сопла, а следовательно - увеличение гидродинамического сопротивления системы;
• Следовательно, чем эффективнее работает сопло, тем больший запас мощности циркуляционного насоса потребуется.

Какой-либо расчет энергии, отбираемой кавитацией у потока жидкости, практически невозможен. Осознание низкой эффективности этой схемы настолько просто, что она не используется даже авторами «чудо-устройств».

Для оправдания заявляемого КПД выше единицы создатели вихревых кавитационных теплогенераторов зачастую приводят оправдания на грани комизма, вплоть до возникновения в зоне кавитации низкотемпературной ядерной реакции. Какое-либо доверие к этой технологии подобные заверения только снижают еще сильнее. Часто встречающиеся похвальные отзывы под статьями о подобных устройствах не выдерживают критики - каких-либо реальных данных, позволяющих провести расчет эффективности отопительных систем на основе вихревого насоса, они не предоставляют.

Распространенные устройства

Рассмотрим наиболее часто рекламируемые в Интернете вихревые насосы.

Выпускаемый НПП «ЭкоЭнергоМаш» насос НТГ-5,5 имеет следующие характеристики:

• Мощность электродвигателя: 5,5 кВт
• Теплопроизводительность: 6,6 кВт/ч

Здесь возникает первый вопрос к производителю: каким образом, в обход закона сохранения энергии, это устройство выделяет тепловой энергии больше, чем потребляет электрической? Точно такое же превышение тепловыделения над расходом энергии обещается и для других изделий этой фирмы.

Московская компания «Экотепло» выпускает несколько вариантов вихревого теплогенератора, наименее мощный из которых - это 55-киловаттный НТГ-055. Столь высокая мощность привода недвусмысленно указывает на реальную тепловую производительность устройств подобного класса, хотя производитель по-прежнему указывает в описании превосходство своих изделий над традиционными электрическими котлами.

В описании устройств, производимых НПО «Термовихрь», характеристики более завуалированы. Так, для трехкиловаттной модели вихревого теплогенератора заявленная теплопроизводительность составляет 3100 ккал/ч. Но, если вспомнить школьный курс физики, можно вычислить, что при стопроцентном преобразовании электрической энергии в тепловую 1 кВт*ч энергии равен 860 килокалориям, то есть идеальный вихревой насос с заявленной теплопроизводительностью потреблял бы 3,6 киловатт-часа электроэнергии. Следовательно, нам вновь предлагают устройство, часть тепловой энергии берущее из ниоткуда.

Информация от производителей таких устройств, репортаж телеканала Россия

Самодельные теплогенераторы

Тем не менее, как демонстрация интересного физического процесса, сделанный своими руками теплогенератор имеет право на жизнь.

Наиболее проста в изготовлении «вихревая трубка», или статический теплогенератор.

Конструктивно наше сопло Лаваля будет выглядеть как металлический патрубок с трубной резьбой на концах, позволяющей при помощи резьбовых муфт соединить его с трубопроводом. Для изготовления патрубка понадобится токарный станок.

• Сама форма сопла, точнее, его выходной части, может отличаться по исполнению. Вариант «а» наиболее прост в изготовлении, а его характеристики можно варьировать изменением угла выходного конуса в пределах 12-30 градусов. Однако такой тип сопла обеспечивает минимальное сопротивление потоку жидкости, а, следовательно, и наименьшую кавитацию в потоке.
• Вариант «б» более сложен в изготовлении, но за счет максимального перепада давления на выходе сопла создаст и наибольшую турбулентность потока. Условия для возникновения кавитации в этом случае являются оптимальными.
• Вариант «в» - компромиссный по сложности изготовления и эффективности, поэтому стоит остановиться на нем.

Изготовив сопло, можно собрать экспериментальный контур, состоящий из электрического насоса, соединительных патрубков, непосредственно сопла и термометра, который мы используем для определения эффективности устройства. Для уменьшения влияния рассеивания тепла в окружающую среду патрубки лучше всего сделать короткими и замотать их теплоизоляционным материалом. Заполнив контур устройства водой и запомнив ее количество, включим насос ровно на час, чтобы по электросчетчику определить количество израсходованной электроэнергии.

Тепловую мощность самодельного теплогенератора можно определить по следующей формуле, известной по школьному курсу физики:

Где с - это удельная теплоемкость воды (4200 Дж/(кг*К)), m - ее масса, T2 - температура воды в конце работы насоса, Т1 - температура в начале. Полученную энергию, измеренную в джоулях. Сравнить ее с израсходованной электроэнергией можно, учитывая соотношение в 1000 Дж на 0.000277 киловатт-часов энергии. Иначе говоря, при стопроцентном КПД устройство, израсходовавшее 1 киловатт-час энергии, не сможет создать тепловой энергии больше 3600 килоджоулей.

ПРИМЕР: Наше устройство нагрело за час 1 литр воды с 10 до 60 градусов. Получаем тепловую энергию в 210 килоджоулей.

Посмотрите, что сообщают о таких устройствах производители

Заключение

Несмотря на громкие обещания разработчиков кавитационных теплогенераторов, их реальная эффективность при всем желании не сможет нарушать законы физики.

По этой причине к их использованию стоит относиться скорее как к демонстрации интересного физического эффекта, чем как к реальному способу экономии электроэнергии.

generatorexperts.ru

Воспроизводим эффект Юткина своими руками

Автор канала «Шоу «ИГИП» представляет тему эксперимента «Электрогидроэффект Юткина». Суть его в том, что при прохождении разряда высокого напряжения через жидкость, мы имеем несколько физических явлений: от испарения до электролиза. В итоге у нас получается мгновенный рост давления и ощутимый гидроудар. Проверим на практике эффект, создав установку для этого своими руками. В конце публикации вторая самодельная установка для изучения этого явления. Ее разработал другой автор.

Кстати говоря, в предложенных мощностях его вполне хватает для того, чтобы дробить камни. В Германии на этом принципе даже оборудование для производства щебня выпускают. Эффект Юткина получил широкое применение в медицине и технике. К сожалению, шарлатанам эффект Юткина тоже пришелся по душе. Поэтому ему приписывают, что угодно: от дармовой электроэнергии до холодного ядерного синтеза. Вплоть до того, они не считают, что эффект Юткина может превратить воду в нечто, что избавляет от всех болезней по хлеще, чем уринотерапия.

Но мы здесь не для этого собрались. Давайте соберем установку и проведем несколько опытов своими собственными руками. Основной блок демонстрационного устройства – батарея конденсаторов. Конденсаторы закуплены на местной барахолке. Следующие на очереди – это разрядники: воздушный и подводный. Они будут сделаны на двух кусочках макетной платы с помощью провода.

Для начала, спаяем конденсаторы вместе, параллельно. Сделаем два блока по четыре штуки. Запаяли, теперь у нас получилось два блока конденсаторов. Сделано это вот для чего: есть два блока конденсаторов, по 4 кВ 0.4 мкФ. Теперь можно их включить, как параллельно, закоротив два вот этих вывода, так и последовательно. В первом случае у нас будет 0,8 мкФ на 4 кВ, а во втором случае 8 кВ 0,2 мкФ.

В этом опыте по воспроизведению эффекта Юткина будем включать их параллельно, поэтому сейчас закоротим два вывода с помощью кусочка медной проволоки. Кстати говоря, этот же кусочек медной проволоки будет одним из выводов разрядника. Поэтому согнем его буквой Г и впаяем на нашу плату. Обращаем внимание, концы разрядников должны быть заточены, заточены на иглу. Сделаем это чуть позже надфилем. Сейчас их впаяем на основу.

Таким же образом готовим второй вывод разрядника. Все, разрядник почти готов, осталось только заточить два вот этих электрода. Теперь этой проволокой соединяем разрядник вместе с конденсаторами, ну и выполняем параллельное соединение конденсаторов. Далее делаем второй разрядник, берем еще один кусочек провода, но изоляцию с него сразу же не снимаем своими руками. Снимаем сантиметров по 4 изоляции с каждой стороны, выравниваем его и окручиваем вокруг болванки подходящего диаметра.

Продолжение с 5 минуты на видео об эффекте Юткина.

Еще одна конструкция, которая состоит из 6 деталей.

Сердце установки Юткина - это конденсатор. Его можно изготовить в домашних условиях. Делается очень просто. Фольга, пленка, носок и мячик. Мячик прижимает фольгу. Голова установки - формирующий разрядник. Тоже изготовить несложно. Катушка зажигания от машины. Электронный трансформатор, его можно приобрести в любом магазине. Перематываем обмотку и получаем 24 киловольта. Это устройство подсоединяем к конденсатору через диод к формирующему разряднику. Последний извлекаем из микроволновки. Соединяем кавитатор, который стоит в воде. Вода родниковая. Включаем.Обратите внимание: вода начинает мутнеть. Минералы, которые находятся в воде, дробятся. Вода превращается из жесткой в мягкую. Выпив стакан такой воды, вы почувствуете внутреннее тепло.

izobreteniya.net

вихревой своими руками, чертежи и устройство, схемы Потапова, система отопления

Кавитационный теплогенератор отличается хорошей эффективностью и компактностьюРедко 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:

1. 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.
2. 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:

1. 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.
2. Создание камеры кавитации – тут главное правильно выбрать размер сечения проходного канала. Оптимальным вариантом считается 8-15 мм.
3. 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.
4. 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.

Добавить комментарий

teploclass.ru

Кавитационный генератор своими руками чертежи устройство

Плотно занимаясь вопросами утепления и отопления дома, мы часто сталкиваемся с тем, что появляются какие-то чудо-приборы или материалы, которые позиционируются как прорыв века. При дальнейшем изучении оказывается, что это очередная манипуляция. Яркий тому пример кавитационный теплогенератор. В теории все получается очень выгодно, но пока на практике (в процессе полноценной эксплуатации) доказать эффективность прибора не удалось. То ли времени не хватило, то ли не все так гладко.

Критический взгляд на кавитационный теплогенератор

С позиции обычного пользователя кавитационный теплогенератор вызывает некоторое недоверие. Такова уж природа человека. По заявлениям изобретателей этот прибор выдает КПД в 300%. То есть агрегат, потребляя 1 кВт электрической энергии, выдает 3 кВт тепловой. Но так ли это на самом деле?

На уважаемых форумах нагрев воды кавитацией считают возможным, но эффективность этого процесса не превышает 60%. А по факту, это новшество всерьез никто не воспринимает. Да, на кавитационный теплогенератор есть патент, но это еще ничего не значит. Например, на краску-утеплитель тоже есть сертификаты и некоторые подрядчики даже пролоббировали возможность утеплять ею фасады многоэтажек в рамках государственной программы. Вот только после такого утепления люди оббили пороги судов, чтобы вернуть потраченные деньги, так как эффективность жидкой теплоизоляции не подтвердилась на практике.

Изобретатель может получить на свое детище патент, который в случае успешного внедрения будет приносить доход. Но это не дает гарантии, что прибор будет в будущем работать по заявленному алгоритму. Также нет гарантий, что его будут выпускать серийно.

При замере эффективности опытных образцов использовался какой-то хитрый способ вычисления КПД, понять который простому смертному не дано. Конкретики мало, сплошное замыливание глаз. Грубо говоря, все гладко только в теории. Если образец 100% рабочий, то почему ученым еще не присвоена Нобелевская премия?

На множественных форумах нам не удалось найти ни одного человека, который бы отапливал свой дом кавитационным генератором. Нет реальных доказательств его эффективности. В сети можно найти видео про этот прибор, но толкового объяснения, что и как работает – нет, все вокруг да около и крайне неубедительно. Мы считаем, что данный метод обогрева дома не стоит внимания.

Что такое кавитация

Кавитация – это негативное явление, которое возникает из-за перепада давления в жидкости. Когда давление воды понижается до значения давления насыщенного пара – это приводит к вскипанию. Это когда жидкость частично переходит в состояние пара, то есть образуются пузырьки. Когда давление повышается до уровня выше значения насыщенного пара – пузырьки лопаются. В результате всхлопывания возникают локальные волны давления до 7 тыс. бар. Эти волны давления и называются кавитацией.

Это касается и технологии утепления крыши изнутри минватой. Но кроме пароизоляции еще используется гидробарьер.

Последствия кавитации:

• эрозия металлов;
• питтинговая коррозия;
• появление вибраций.

Изобретатели кавитационного генератора уверяют, им удалось извлечь из негативного явления пользу.

Сделать своими руками?

Вы можете купить готовый кавитационный теплогенератор, но сделать это устройство своими руками по чертежам вряд ли получиться. В лучшем случае выйдет шумная машина, в которой кавитации не будет. Кроме этого, перед тем как что-то сделать, нужно задать себе вопрос: «Зачем?». Есть масса способов обогреть дом:

Последствия кавитации.

Не верьте тем, кто говорит, что сделать кавитационные теплогенераторы своими руками легко и просто, потратив две копейки. Это не так. Вы потратите только свое время и не получите взамен ничего, кроме разочарования.

По сравнению со скатной крышей, утепление чердачного перекрытия минватой является более простым процессом.

Вот на видео ниже пример того, как народный умелец сделать данный прибор. Как думаете, можно им обогреть хоть что-нибудь?

utepleniedoma.com

Как сделать теплогенератор своими руками

В современных условиях приобретение собственного устройства по производству и подаче тепла обходится покупателям в достаточно крупную сумму. Для экономии средств или при отсутствии возможности приобрести теплоисточник в магазине есть резонные основания сконструировать теплогенератор своими руками. Существует несколько разновидностей подобныхпроектов. Выбор зависит от технических возможностей владельца или задач, которые требуется решить с помощью теплогенерирующей системы.

Преимущества самодельного теплопроизводства

В целом есть два типа устройств: статические и роторные. Если в первом варианте в основе конструкции есть сопло, то другие машины создают кавитацию с помощью ротора. Эти вихревые конструкции можно сравнить между собой и выбрать подходящий вариант для сборки.

Теплогенератор, своими руками сконструированный, поможет обеспечить комфортным температурным режимом загородный дом, дачу, отдельный коттедж, квартиру – при отсутствии централизованного отопления, его дефектах, перебоях или авариях. Также подобные устройства помогают компенсировать расходы на тепло, выбрать оптимальный вариант энергоснабжения. Они несложны в конструкционном плане и экономичны, экологически безопасны.

Как сделать теплогенератор своими руками?

Для сборки потребуются следующие материалы и инструменты:

Достаточное количество труб, соответствующих помещению по длине и ширине;- перфоратор (дрель) для сверления труб;- насос;- кавитатор любой разновидности;- манометр;- термометр для замера уровня тепла и гильзы для него;- краны для отопительных систем;- двигатель на электрической основе.

Для систем разного типа могут потребоваться дополнительные комплектующие. Но в целом самодельные отопительные приборы вполне доступны для конструирования и настройки всем желающим.

Кавитационная конструкция

Кавитационный теплогенератор своими руками можно сделать на основе центробежного насоса, который часто имеется в ванной, скважине, системе водоснабжения коттеджа. Низкая эффективность такого насоса может быть преобразована в энергию кавитационного нагревателя. Произойдет переход механической энергии в тепловую. Этот принцип часто используют в промышленности.

Кавитационный теплогенератор своими руками изготавливается на основе насоса, нагнетающего давление над соплом. Недостаток кавитацинного прибора – высокий уровень шума, большая мощность, неуместная в небольших помещениях, редкие материалы, габариты – даже миниатюрная модель займет 1,5 квадратных метра.

Обогрев на дровах

Теплогенератор на дровах, своими руками сделанный, обеспечит стабильный обогрев помещений при отсутствии централизованного отопления и наличия достаточного количества древесного топлива. Как бы ни развивались технологии и строительные методы, дровяная печь, камин спасут при перебоях с теплоснабжением.

Для отопления на дровах осуществляется монтаж камина или традиционной печки.
Но такие системы требуют тщательного соблюдения норм безопасности. Важно определиться с местом установки печи – массивные агрегаты не всегда можно разместить в дачных домиках.

Сделать теплогенератор на дровах своими руками – это хорошее решение при необходимости автономного обогрева комнат. Иногда это действительно единственный возможный вариант отопления.

Устройство Потапова

Теплогенератор Потапова своими руками можно сделать с использованием следующих материалов:

Шлифовальная машина для углов;- сварочный прибор;- дрель и сверла;- накидные ключи на 12 и 13;- разные болты, гайки, шайбы;- металлические уголки;- краски и грунтовки.

Теплогенератор Потапова, своими руками сделанный, позволяет вырабатывать тепло на основе электрического двигателя с использованием насоса. Это очень экономичный вариант, изготовить который достаточно просто из обычных деталей. Двигатель выбирают в зависимости от существующего напряжения – 220 или 380 В.
С него начинают сборку, закрепляя на станине. Выполняется металлический каркас из угольника, сварка и болты, гайки помогают закрепить всю конструкцию. Делаются отверстия для болтов, внутри размещается двигатель, каркас покрывают краской. Затем подбирают центробежный насос, который будет раскручиваться двигателем. Насос устанавливают на раме, однако в данном случае потребуется соединительная муфта с токарного станка, которую можно заказать на заводе. Важно утеплить генератор специальным кожухом из жестяных листов или алюминия.

Генератор Френетта

Теплогенератор Френетта своими руками делают многие любители технических экспериментов – этот агрегат известен невероятно высоким КПД и большим разнообразием моделей. Однако многие из этих тепловых насосов достаточно дороги.

Теплогенератор Френетта своими руками можно сделать из следующих комплектующих:- ротора;- статора;- лопастного вентилятора;- вала и др.Статор и ротор выполняют роль цилиндров, один внутри другого. В большой заливается масло, малый цилиндр за счет своих оборотов нагревает всю систему. Вентилятор обеспечивает подачу горячего воздуха. Это достаточно простая модель теплового насоса, которая поддается усовершенствованию. В дальнейшем можно заменить внутренний цилиндр дисками из стали или убрать вентилятор.Высокий уровень КПД обеспечивается циркуляцией носителя тепла (масла) в закрытой системе. Нет теплообменника, но мощность нагрева достаточно высокая. Эта система экономит затраты, которые обычно нужно выделять на другие виды обогрева.

Генератор на магните

Магнитные системы обогрева относятся к вихревому типу и работают на основе индукционного нагревателя. В процессе функционирования образуется электромагнитное поле, чью энергию нагреваемые объекты поглощают и преобразовывают в тепловую. В основе такого агрегата лежит индукционная катушка – многовитковая цилиндрическая, при проходе через которую электрический ток создает магнитное поле переменного состояния.

Магнитный теплогенератор своими руками делают из элементов: сопло и манометр на выходе, термометр с гильзами, краны и индукционные элементы. Если разместить нагреваемый объект вблизи такого агрегата, создаваемый поток магнитной индукции будет пронизывать нагреваемый объект. Линии электрического поля располагаются перпендикулярно направлению магнитных частиц и идут по замкнутому кругу.
В процессе расхождения вихревых потоков электричества энергия трансформируется в тепловую – происходит нагревание объекта.

Магнитный теплогенератор, своими руками изготовленный (с инвертором), позволяет использовать силу магнитных полей для запуска насоса, быстро прогреть помещение и любые вещества до высоких температур. Такие нагреватели могут не только нагреть воду до нужной температуры, но и расплавить металлы.

Генератор на дизеле

Дизельный теплогенератор, своими руками собранный, поможет эффективно решить проблему обогрева непрямым способом. Весь обогревательный процесс в таких агрегатах полностью автоматизирован, дизельный прибор можно использовать в покрасочных камерах и промышленных нуждах. Основной вид топлива в данном случае – дизель или керосин. Устройство представляет собой пушку, которая формируется из корпуса (кожуха), топливного бака и присоединенного насоса, а также очистного фильтра и камеры сгорания. Топливный бак помещают внизу агрегата для удобства подачи ресурса.

Дизельный теплогенератор, своими руками сделанный, поможет эффективно и оперативно обогреть помещение достаточно экономичным способом.
Также топливом может служить солярка. Дизельные агрегаты имеют форсунку, которая распыляет топливо по мере его выгорания, но в некоторых вариантах подача может производится капельным методом. При расчете на непрерывную работу заправлять генератор необходимо дважды в течение суток.

Испытание конструкции

Теплогенератор, своими руками изготовленный, будет работать максимально эффективно, если провести предварительные испытания всей системы и исправить возможные дефекты: - все поверхности должны быть защищены краской;- корпус должен быть из толстого материала из-за очень агрессивных процессов кавитации;- входные отверстия должны быть разного размера – так можно будет регулировать производительность;- гаситель колебаний нужно регулярно менять.Лучше иметь специальный лабораторный участок, где будут проходить тесты генераторов. Оптимальный вариант – при котором вода нагревается сильнее за одинаковые отрезки времени, этому прибору можно отдать предпочтение и в дальнейшем его совершенствовать.

Отзывы владельцев

На сегодняшний день большое количество владельцев домов уже выполнило разработку собственный агрегатов.
Если сделать теплогенератор своими руками, то, по мнению большинства умельцев, можно действительно получить экономичный вариант для обогрева помещения. Делать эти агрегаты можно буквально из подручных материалов, что позволяет всем желающим обзавестись собственным источником тепла. Некоторые модели требуют наличия заводских деталей, которые можно изготовить на заказ в промышленных условиях.

fb.ru

Теплогенератор своими руками - пошаговое руководство

Теплогенератор своими руками – реальная возможность сэкономить денежные средства на приобретении нагревательного аппарата, предназначенного для получения нагретого теплового носителя в результате сжигания топлива.

Такое оборудование достаточно давно и весьма успешно эксплуатируется в современных отопительных конструкциях и системах горячего водоснабжения.

Роторный вихревой теплогенератор

В таком оборудовании роль статора отводится обычному центробежному насосу. Полый внутри и цилиндрический по форме корпус, может быть представлен отрезком трубы с наличием стандартных двухсторонних фланцевых заглушек. Внутри конструкции располагается ротор, являющийся главным конструктивным элементом.

Вся поверхность ротора представлена определенным количеством просверленных глухих отверстий, размеры которых зависят от показателей мощности устройства.

Вихревой генератор

Промежуток от корпуса до вращающейся части должен быть рассчитан индивидуально, но, как правило, размеры такого пространства варьируются в пределах двух миллиметров.

Важно отметить, что производительность роторного вихревого устройства примерно на 30% превышает такие показатели статического теплового генератора, но этот тип оборудования нуждается в контроле состояния всех элементов, а также отличается достаточно шумной работой.

Статический кавитационный теплогенератор

Такое наименование теплового генератора весьма условно, и обуславливается отсутствием в конструкции вращающихся элементов. Создание кавитационных процессов основывается на применении особых сопел, а также зависит от высокой скорости движения воды с применением мощного центробежного насосного оборудования.

Кавитационный теплогенератор

Тепловые статические генераторы характеризуются определенными преимуществами по сравнению с роторным оборудованием:

• нет необходимости осуществлять максимально точную балансировку и подгонку всех используемых деталей;
• подготовительные механические мероприятия не предполагают слишком четкое шлифование;
• отсутствие движущихся элементов в значительной степени снижает уровень изнашиваемости уплотнителей;
• эксплуатационный срок такого оборудования составляет примерно пять лет.

Кроме всего прочего, кавитационный теплогенератор отличается ремонтопригодностью, а замена пришедших в негодность сопел не потребует больших финансовых затрат или привлечения специалистов.

В тепловых генераторах кавитационного типа процесс прогревания воды осуществляется по такому же принципу, как и в роторных моделях, но показатели эффективности такого оборудования несколько снижены, что обусловлено конструктивными особенностями.

Изготовление теплогенератора своими руками

Создать самостоятельно высокоэффективный и надежный кавитационный тепловой генератор достаточно сложно, тем не менее, его применение позволяет обеспечить экономное отопление в частном домовладении. Тепловые генераторы статического вида изготавливаются на основе сопел, а роторные модели с целью создания кавитации, требуют применения электродвигателя.

Выбор насоса для устройства

Чтобы грамотно выбрать насосное оборудование, необходимо правильно определить все его основные параметры, представленные производительностью и уровнем рабочего давления, а также максимальными температурными показателями перекачиваемой воды.

Применение устройства, непредназначенного для работы с высокотемпературными жидкостями, крайне не желательно, так как в этом случае значительно сокращается срок его эксплуатации.

Эффективность работы теплового генератора и скорость нагрева жидкости напрямую зависят от напора, развиваемого насосным оборудованием в процессе работы. Менее важным параметром при выборе является производительность устанавливаемого насоса.

Важно помнить, что именно мощностью насосного оборудования, используемого в тепловом генераторе, определяется коэффициент, отражающий эффективность процесса преобразования в тепловую энергию, поэтому специалисты рекомендуют приобретать центробежный многоступенчатый насос на высокое давление модели МVI1608-06/РN-16.

Изготовление и разработка кавитатора

На сегодняшний день известно большое количество модификаций статического кавитатора, но в любом случае основой, как правило, выступает улучшенное сопло Лаваля с определенным сечением канала от диффузора до конфузора.

Сечение не должно быть сильно зауженным, так как недостаточный объём теплового носителя, перекачиваемый через сопло, негативно сказывается на количестве тепла и скорости прогрева, а также способствует завоздушиванию жидкости, которая поступает на входной насосный патрубок.

Попадание воздуха вызывает повышенные шумы, а также может стать основной причиной появления кавитации и внутри самого насосного оборудования.

Наилучшими показателями обладают отверстия каналов с диаметром в пределах 0,8-1,5см. Кроме всего прочего, уровень эффективности нагрева напрямую зависит от конструкции камеры в сопельном расширении.

Если местная сеть часто дает перебои, то без генератора для газового котла не обойтись. Такой агрегат обеспечит энергией дом в случае аварийного отключения.

Инструкция по изготовлению термогенератора своими руками представлена тут.

Слышали ли вы об электрогенераторах на дровах? Если интересно, читайте эту статью.

Изготовление гидродинамического контура

Применяемый в тепловом генераторе гидродинамический контур представляет собой стандартное устройство, представленное:

• манометром, установленном на выходном участке сопла и предназначенным для измерения показателей давления;
• термометром, необходимым для измерения температурных показателей на входе;
• вентилем для эффективного удаления из системы воздуха;
• вводным и выводным патрубками, оснащенными вентилями;
• гильзой для температурного термометра на вход и выход;
• манометром на входную часть сопла, предназначенным для измерения показателей давления на вход в систему.

Контур системы представлен трубопроводом, входная часть которого соединяется с выходной частью патрубка на насосном оборудовании, а выходная - с входной частью установленного насоса.

В трубопроводную систему обязательно вваривается сопло, а также основные элементы, представленные патрубками на подключение манометра, гильзами для температурного термометра, штуцером под вентиль для удаления воздушной пробки и штуцером для подключения отопительного контура.

Для подачи теплоносителя в контур системы используется нижний патрубок, а водоотвод осуществляется посредством верхнего патрубка. Вентиль, установленный на участке от входного до выходного патрубков, позволяет эффективно регулировать перепады давления.

Процесс испытания теплогенератора

Насосное оборудование запитывается от электрической сети, а радиаторные батареи стандартно подключаются к отопительной системе.

Испытывать работоспособность теплового генератора можно после того, как будет полностью установлено оборудование, а также проведен визуальный осмотр всех узлов и соединений.

При включении в электросеть двигатель приступает к работе, а манометр давления обязательно устанавливается в диапазоне 8-12 атмосфер.

Затем необходимо спустить воду и понаблюдать за параметрами температуры.

Как показывает практика, оптимальным является прогрев теплоносителя в системе отопления примерно на 3-5оС за одну минуту. Примерно за десять минут эффективный прогрев воды достигает показателей в 60оС.

Заключение

Безусловно, тепловые генераторы обладают целым рядом преимуществ, включая эффективность образования тепловой энергии, экономичность работы, а также вполне доступную стоимость и возможность самостоятельного изготовления.

Тем не менее, в процессе эксплуатации такого генератора потребителю придётся столкнуться с шумной работой насосного оборудования и явлениями кавитации, а также значительными габаритами и сокращением полезной площади.

Видео на тему

microklimat.pro

Кавитационный теплогенератор. Устройство и работа. Применение

Кавитационный теплогенератор – специальное устройство, в котором применяется эффект нагрева жидкости кавитационным способом. То есть это эффект, при котором образуются микроскопические пузырьки пара в областях локального уменьшения давления в воде. Это может наблюдаться во время вращения насосной крыльчатки или вследствие воздействия на воду звукового колебания. В результате этого жидкость нагревается, а это значит, что при помощи нее можно обогревать дом или квартиру.

На сегодняшний день кавитационный теплогенератор считается инновационным изобретением. Однако уже практически век тому назад ученые размышляли над тем, как можно использовать эффект кавитации. Впервые подобную установку собрал Джозеф Ранк в 1934 году. Именно он отметил, что входные и выходные температуры воздушных масс этой трубы отличаются. Советские ученые несколько усовершенствовали трубы Ранка, использовав для этой цели жидкость. Опыты показали, что установка позволяет быстро разогревать воду. Однако на тот период необходимость в такой установке была минимальна, ведь энергия стоила копейки. Сегодня же, вследствие удорожания электричества, нефти и газа, потребность в таких установках возрастает.

Виды

Кавитационный теплогенераторпо своему устройству может быть роторным, трубчатым или ультразвуковым:

• Роторные устройства представляют агрегаты, в которых используются центробежные насосы с измененной конструкцией. В качестве статора здесь применяется насосный корпус, куда устанавливается входная и выходная труба. Главным рабочим элементом здесь выступает камера, где размещается подвижный ротор, он работает по принципу колеса.

Роторная установка имеет сравнительно простую конструкцию, однако для эффективной ее работы необходим очень точный монтаж всех его элементов. В том числе здесь требуется точнейшее балансирование двигающегося цилиндра. Необходима плотная посадка роторного вала, а также тщательная выверка и замена пришедших в негодность материалов изоляции. КПД таких устройств не являются довольно большим. Они имеют не очень большой срок службы. К тому же такие агрегаты работают с выделением достаточно большого шума.

• Трубчатые тепловые генераторы осуществляют кавитационное нагревание благодаря продольному расположению трубок. При помощи помпы нагнетается давление во входящую камеру. В результате жидкость направляется через указанные трубки. На входе вследствие этого появляются пузырьки. Во второй камере устанавливается высокое давление. Пузырьки, которые при попадании во вторую камеру разрушаются, вследствие чего они отдают свою тепловую энергию. Эта энергия вместе с паром направляется на обогрев дома. Коэффициент полезного действия подобных конструкций может достигать высоких показателей.
• Ультразвуковые тепловые генераторы. Кавитация здесь образуется благодаря ультразвуковым волнам, которые создает установка. В результате такого принципа работы обеспечиваются минимальные потери энергии. Трения здесь практически нет, вследствие чего коэффициент полезного действия ультразвукового теплового генератора невероятно высок.

Устройство

Кавитационный теплогенераторимеет устройство в зависимости от принципа действия. Типичным и наиболее распространенным представителем роторных тепловых генераторов является центрифуга Григгса. В такой агрегат заливается вода, после чего запускается ось вращения при помощи электрического двигателя. Главным достоинством такой конструкции является то, что привод нагревает жидкость, а также выступает в качестве насоса. Поверхность цилиндра имеет огромное количество неглубоких круглых отверстий, которые позволяют создать эффект турбулентности. Нагревание жидкости обеспечивается благодаря силам трения и кавитации.

Число отверстий в установке зависит от используемой роторной частоты вращения. Статор в тепловом генераторе выполнен в виде цилиндра, который запаян с двух концов, где непосредственно вращается ротор. Существующий зазор между статором и ротором равняется примерно 1,5 мм. Отверстия в роторе необходимы для того, чтобы в жидкости, трущейся о поверхности цилиндра, появлялись завихрения с целью создания кавитационных полостей.

В указанном зазоре также наблюдается и нагревание жидкости. Чтобы тепловой генератор эффективно работал, поперечный размер ротора должен составлять минимум 30 см. В то же время скорость его вращения должна достигать 3000 оборотов в минуту.

В ультразвуковых устройствах для создания эффекта кавитации используется кварцевая пластина. Она под воздействием электрического тока создает колебания звука. Эти звуковые колебания направляются на вход, вследствие чего устройство производит вибрации. На обратной фазе волны создаются участки разряжения, вследствие чего можно наблюдать кавитационные процессы, которые создают пузырьки.

Чтобы обеспечить максимальный коэффициент полезного действия, рабочая камера теплового генератора выполняется в виде резонатора, который настроен на ультразвуковую частоту. Образованные пузырьки моментально переносятся потоком через узкие трубки. Это необходимо, чтобы получить разряжение, так как пузырьки в тепловом генераторе могут быстро смыкаться, отдавая свою энергию обратно.

Принцип работы

Кавитационный теплогенератор позволяет создать процесс, во время которого в жидкости создаются пузырьки. Если рассматривать этот процесс, то он сравним с закипанием воды. Однако при кавитации наблюдается локальное падение давления, что и приводит к появлению пузырьков. В тепловом генераторе формируются вихревые потоки, вследствие них происходит кавитационный разрыв пузырьков, что приводит к нагреванию жидкости. Нагревание приводит к резкому снижению давления жидкости. Полученная энергия получается довольно дешевой, она отлично подходит для отопления помещений. В качестве теплоносителя можно использовать антифриз.

Для подобных установок обычно нужно примерно в 1,5 раза меньше электрической энергии, чем это необходимо для радиаторных и иных систем. При этом нагревание жидкости осуществляется в замкнутой системе. Работают такие агрегаты посредством преобразования одной энергии в другую. В итоге она превращается в тепловую.

Применение

Кавитационный теплогенераторв большинстве случаев применяется для нагревания воды, а также смешивания жидкостей. Поэтому подобные установки в большинстве случаев используются для:

1. Отопления. Тепловой генератор преобразует механическую энергию движения воды в тепловую энергию, которую успешно можно использовать для обогрева зданий различного характера. Это могут быть небольшие частные постройки, в том числе крупные промышленные объекты. К примеру, на территории нашей страны на текущий момент можно насчитать минимум с десяток населенных пунктов, в которых централизованное отопление осуществляется не обычными котельными, а кавитационными установками.
2. Нагревания проточной воды, которая применяется в быту. Тепловой генератор, который включен в сеть, может довольно быстро нагревать воду. В результате подобное оборудование с успехом можно применять для разогревания воды в бассейнах, автономном водопроводе, саунах, прачечных и тому подобное.
3. Смешивания несмешиваемых жидкостей. Устройства кавитационного типа могут применяться в лабораториях, где имеется необходимость высококачественного смешивания жидкостей, имеющих разную плотность.

Как выбрать

Кавитационный теплогенератор может быть выполнен в нескольких исполнениях. Поэтому выбирать такое устройство для отопления своего дома нужно с учетом ряда параметров:

1. Подбирать тепловой генератор необходимо, исходя из того, для какой площади необходимо отопление. Также следует учесть, какая погода наблюдается в зимний период. Важной характеристикой будет и теплоизоляция стен. То есть нужно выбирать устройство, которое будет обеспечивать необходимое количество тепла.
2. Если Вы приобретаете стандартную установку, то желательно, чтобы она была оборудована приборами контроля выделяемой теплоты и датчиками защиты. Лучше сразу приобрести установку с автоматическим блоком контроля и управления.

1. Если Вы решили сэкономить и приобрести оборудование по отдельности, то здесь важно определиться с особенностями всех элементов системы. Насос должен иметь возможность работы с жидкостями, которые нагреты до высокой температуры. В противном случае система быстро придет в негодность и ее придется ремонтировать. К тому же насос должен обеспечивать давление от 4 атмосфер.
2. Если Вы решили соорудить кавитационную установку самостоятельно, то здесь важно верно подобрать сечение канала камеры кавитации. Оно должно составлять порядка 8-15 мм. Перед созданием такой установки важно тщательно изучить действующие схемы подобных устройств. Кавитационная установка по своему виду будет напоминать насосную станцию, которой не нужна дымоотводная труба. При ее работе не выделяется угарный газ, грязь или копоть.

В этой статье: история теплогенераторов; принцип работы и устройство; типы теплогенераторов; производители и средняя стоимость теплогенераторов; история вихревого кавитационного теплогенератора; принцип работы вихревого теплогенератора; производители кавитационных теплогенераторов в СНГ.

В зимний сезон помещения нуждаются в искусственном обогреве, иначе его обитатели на личном опыте испытают все прелести ледникового периода. Центральное отопление в многоквартирных домах, индивидуальное — в частных коттеджах… а как быть с помещениями больших площадей, к примеру, торговыми залами и складами? А со строительными площадками или, скажем, автосервисами, куда постоянно поступает холодный воздух извне? Единственный способ отопления помещений большой площади — воздушное, построенное либо на тепловых пушках либо на теплогенераторах. В этой статье будут рассмотрены теплогенераторы.

История теплогенераторов

Изобретение конвективного теплогенератора напрямую связано с изобретением Роберта Бунзена — атмосферной горелки, названной в его честь. Первые теплогенераторы, выпущенные в 1856 году на рынок английской компанией «Pettit and Smith», оснащались атмосферной горелкой схожей с горелкой Бунзена, только большего размера.

Немецкий химик-экспериментатор Роберт Вильгельм Бунзен

В 1881 году англичанин Сигизмунд Леони получил патент на новый тип теплогенераторов — пламя горелки в них нагревало асбестовую плиту, передающую тепло воздуху. Впоследствии асбест был заменен на огнеупорную глину, сегодня замененную на более прочные огнеупорные материалы.

Атмосферная горелка и огнеупорная плита над ней — это основные элементы в конструкции любого современного теплогенератора.

По своим задачам теплогенераторы схожи с тепловыми пушками — разница в том, что эти агрегаты могут быть только стационарными. Типовая конструкция теплогенератора: вентилятор (осевой или центробежный), над ним камера сгорания, в ее нижнюю часть введена горелка, над горелкой расположен воздушный теплообменник. Образованные в камере сгорания горячие газы поступают к теплообменнику, после чего уводятся в дымоход. Поток воздуха, нагнетаемый вентилятором, нагревается в теплообменнике до 20-70 оС, затем поступает в обогреваемое помещение или в систему канальной вентиляции.

В зависимости от мощности установленных в их конструкции вентиляторов, теплогенераторы могут развивать выходное статическое давление в 100-2 000 Па.

По тепловой мощности теплогенераторы различаются на два типа — до 350-400 кВт (в едином корпусе) и до 1000 кВт (состоят из теплообменной и вентиляционной секций).

В теплогенераторах, предназначенных для систем воздушного канального отопления, теплообменник и камера сгорания выполнены из нержавеющей стали, в их конструкцию дополнительно введена система отвода конденсата.

Виды теплогенераторов

Основное различие среди существующих моделей теплогенераторов в том, какое топливо используется в них и какой теплоноситель предстоит нагревать. Теплогенераторы могут работать на твердом топливе, газе, дизтопливе и быть оснащенными универсальной горелкой. Теплоносителем в системах отопления, нагрев которого производится генератором тепла, могут быть как вода, так и воздух.

Рассчитаны на непрерывную подачу теплого воздуха в помещения, они устанавливаются в вертикальном положении. Установленный в них теплообменник извлекает из продуктов горения значительную часть тепла, понижая летучесть дымовых газов — вытяжная труба для газовых теплогенераторов должна оснащаться вентилятором. Если же конструкция теплогенератора содержит замкнутую камеру сгорания, под которой расположен нагнетательный вентилятор, то вероятность обратной тяги минимальна — все продукты горения будут удалены через вытяжную трубу, поэтому такие газовые генераторы тепла признаются наиболее безопасными. В большинстве случаев КПД теплогенераторов, работающих на газе, составляет 85-90%.

При выборе модели газового теплогенератора необходимо обратить особое внимание на его способности работы при пониженном давлении газа. При построении отопления на газовом теплогенераторе в отсутствии центрального газоснабжения будет особенно удобна установка газгольдера объемом от 2 500 л (требуемый объем зависит от отапливаемой площади здания).

Топливом для которых служит керосин или солярка, хорошо подходят для обогрева помещений промышленного назначения, имеющих значительную площадь. Они оборудуются либо форсункой, распыляющей топливо по камере сгорания, либо подача топлива производится капельным методом. При условии непрерывной работы их заправка производится дважды за сутки.

Для горения в теплогенераторах с универсальной горелкой используется как дизтопливо, так и отработанное масло, жиры растительного и животного происхождения. Они особенно удобны на предприятиях, где существует проблема с утилизацией жиров и отработанного масла. Однако тепловая мощность теплогенератора, в котором сжигается отработанное масло и жиры, не превысит 200 кВт, при сжигании дизтоплива достигается более высокая тепловая мощность на выходе. Независимо от применяемого вида топлива, этот тип теплогенераторов равно, как и любой другой, нуждается в дымоходе. При сжигании отработанного масла неизбежно образование шлаков, которые необходимо удалять ежедневно — для большего удобства потребуются две чаши сгорания, одна из которых пойдет на замену другой на время очистки и для уменьшения времени простоя теплогенератора.

Имеют иную конструкцию, чем описанные выше — являясь чем-то средним между газовыми/дизельными теплогенераторами и между обычной печью. Они оснащены вентилятором, прогоняющим воздух через теплообменник и подающим его к отапливаемым помещениям, имеют колосники и дверцу загрузки топлива. В твердотопливных теплогенераторах сжигают сухое дерево, брикеты торфа, каменный уголь, различные отходы сельского хозяйства. Такие теплогенераторы имеют КПД порядка 80-85%, что несколько меньше, чем у работающих на газообразном и жидком топливе — 85-90%. Нужно отметить также большие размеры твердотопливных теплогенераторов и значительный отход в виде несгораемой части топлива.

Теплообменники в тепловых генераторах могут быть чугунными либо стальными: первый их тип более устойчив к коррозии, но достаточно массивен, теплообменники второго типа наоборот — имеют меньший вес, но подвергаются коррозии. Оба типа теплообменников плохо переносят удары, поэтому перевозка и установка теплогенераторов должна выполняться с максимальной осторожностью.

Преимущества воздушных теплогенераторов в более высокой, по сравнению с водяным отоплением, эффективности и быстроте обогрева помещений, а при работе на отработанном масле — экономия денежных средств на топливе, не говоря уже о решении проблемы с утилизацией отработки.

Средняя стоимость теплогенератора мощностью 400 кВт составит 90 000 руб. На российском рынке присутствуют теплогенератора компаний «Master» (США), «Kroll» (Германия), «Sial» и «ITM» (Италия), «Benson Heating» (Англия), «FEG Konvektor GF» (Венгрия).

Подбирая воздушный теплогенератор, следует рассматривать те модели, в которых нагрев воздуха производится не напрямую, т.е. камера сгорания полностью изолирована от теплоносителя. В этом случае в каналы воздушного отопления гарантированно не проникнут продукты горения, отпадет необходимость подмешивания к воздуху внутри помещений воздуха извне. Однако такие теплогенераторы имеют более высокую цену, вес и габариты.

Полностью решить вопросы теплоснабжения могут теплогенераторы с функциями обеспечения горячей водой и отопления, в своем большинстве они работают на твердом топливе.

Вихревой теплогенератор — история

Этот тип теплогенераторов заслуживает особого внимания, во многом благодаря противостоянию его сторонников и противников.

В 20-х годах прошлого века француз Жозеф Ранк, проводя исследования в воздушной камере циклонной установки, обнаружил, что, будучи закрученными, в камере цилиндрической или конической формы газы разделяются на две фракции — с более высокой температурой по краям и более низкой в центре, причем фракция в центре, в отличие от окраинной, вращается в обратном направлении. В 1934 году на изобретенную им «вихревую трубу» Ранк получает патент в США.

Немец Роберт Хилш в 40-х продолжил исследования своего французского коллеги, добившись большей разности между температурами двух воздушных потоков, выходящих из вихревой трубы Ранка за счет ее улучшенной конструкции.

В 50-х годах советский ученый А. Меркулов поставил ряд экспериментов с вихревой трубой Ранка, решив закачать в нее воду вместо газа — теоретически разности температур в воде, которую прогнали через трубку Ранка, не должно быть, ведь в отличие от газов воду невозможно сжать. Вопреки ожиданиям, раздвоенный вихревой поток воды нагревался и охлаждался аналогично газам, чем поставил профессора Меркулова в тупик — он не смог объяснить причины этого явления.

Кстати, создателем первого вихревого теплогенератора часто называют австрийского изобретателя-самоучку Виктора Шаубергера, известного построенной им в 1921 году всасывающей турбиной, работающей только на воде…

Двадцать лет назад американец Джеймс Григгс, чья сфера интересов лежала в области отопления, первым решил построить водяной теплогенератор, основанный на принципе трубы Ранка. Джеймс был разочарован водонагревателями с тэнами — содержащиеся в воде соли образовывали накипь на тэнах, вызывая перегрев спирали и выход тэна из строя. Исходя из того, что тэны имеют КПД, близкий к 100%, а электромотор, вращающий теплогенератор — около 90-95%, Джеймс Григгс решил компенсировать больший расход энергии отсутствием необходимости замены тэнов, перегоревших от образования накипи. Расчет Григгса был на трение, должное вызывать нагрев воды. Американский инженер оказался прав — созданный им теплогенератор действительно нагревал воду, а его внутренняя конструкция не подвергалась износу от различных примесей и солей, присутствующих в воде. Но, к крайнему удивлению Джеймса, подсчет энергетических затрат выявил не плановые 10% потери энергии, а, по сравнению с системами отопления на тэнах, 14% экономию! Проведя в 1992 году опытные испытания, Григгс установил, что на каждый затраченный на работу теплогенератора джоуль электроэнергии отопительный прибор создает 1,5 джоуля тепла. Потратив еще два года в попытках выяснить причины возникновения избыточной энергии и так не выяснив их, Джеймс Григгс в 1994 году получил патент в США на созданный им роторно-кавитационный теплогенератор.

Откуда берется избыточная тепловая энергия в вихревых теплогенераторах

Теплогенератор Григгса устроен так: в стальной корпус цилиндрической формы помещен ротор из алюминия, по поверхности обода которого высверлены отверстия; корпус закрыт плоской стальной крышкой, закрепленной на нем винтами. В плоских крышках, на каждой из них, имеется ввод для поступления воды, по отношению друг к другу вводы на обеих крышках, монтируемых на противоположных сторонах корпуса, расположены на одной линии. Вода, поступая с одной стороны к ротору, обходит его по ободу и вытекает с противоположной стороны с более высокой температурой, чем была изначально.

Причина, по которой происходит нагрев воды, скорее всего, связана с кавитацией. Поступая к ротору и наполняя отверстия по его ободу, вода слипается с ними, однако центробежная сила вызывает растягивание воды, налипшей в отверстиях — ее капли вырываются из них, несутся к стенкам корпуса и врезаются в них. Возникшая в результате ударная волна и растущее давление «схлопывают» присутствующие в большом числе пузырьки из газа и пара, вызывая в каждом из них давление в сотни тысяч атмосфер и температуру более 106 оС — происходит акустическая кавитация.

Описанная выше теория основывается на явлении сонолюминесценции, обнаруженной в 1934 году немецкими учеными Н. Френцелем и Х. Шультесом, работающим над гидролокатором для подводных лодок. Они обнаружили, что звуковые волны вызывают расширение и сжатие газовых пузырьков в воде — под воздействием колебаний и в такт им, размеры пузырьков меняются от нескольких десятков до нескольких микрон, их объем меняется в разы. В результате содержащийся в пузырьках газ приобретает высокую температуру, достаточную, чтобы расплавить сталь и даже излучает свет.

Производители вихревых теплогенераторов и их стоимость

Выпуск вихревых теплогенераторов для рынка СНГ осуществляют ряд производителей, каждый из них имеет патент на производимую им на основании разработанных ТУ модель — каких-либо государственных стандартов на вихревые генераторы тепла не существует. Их производство осуществляют компании ООО «ЮСМАР» (Молдова), российские НПП «Альтернативные технологии энергетики и коммуникации», ООО «Нотека-С», НПП «Ангстрем», ООО УК «ОРБИ», ОАО «Завод КОММАШ и другие. За прошедшие 20 лет изобретателями вихревых теплогенераторов получено порядка 50 патентов.

Стоимость вихревых теплогенераторов с мощностью электродвигателя 55 кВт/ч в среднем составит 290 000 руб.

Абдюжанов Рустам, рмнт.ру

Назначение вихревого теплогенератора Потапова (ВТГ), сделанного своими руками, состоит в том, чтобы получить тепло только при помощи электродвигателя и насоса. В основном это устройство используют как экономичный нагреватель.

Схема устройства вихревой теплосистемы.

Так как нет исследований по определению параметров изделия в зависимости от мощности насоса, то будут освещены примерные размеры.

Проще всего делать вихревой теплогенератор из стандартных деталей. Для этого подойдет любой электродвигатель. Чем он будет мощней, тем больший объем воды нагреет до заданной температуры.

Главное это двигатель

Выбирать двигатель нужно в зависимости от того, какое напряжение имеется. Есть много схем, при помощи которых можно подключить к сети 220 Вольт двигатель на 380 Вольт и наоборот. Но это другая тема.

Начинают сборку теплового генератора с электродвигателя. Его надо будет закрепить на станине. Конструкция этого устройства представляет собой металлический каркас, который проще всего сделать из угольника. Размеры надо будет подбирать на месте для тех устройств, которые будут в наличии.

Чертеж вихревого теплогенератора.

Список инструментов и материалов:

• угловая шлифовальная машинка;
• сварочный аппарат;
• электродрель;
• набор сверл;
• рожковые или накидные ключи на 12 и на 13;
• болты, гайки, шайбы;
• металлический уголок;
• грунтовка, краска, кисть малярная.

1. Нарежьте при помощи угловой шлифовальной машинки угольники. Используя сварочный аппарат, соберите прямоугольную конструкцию. Как вариант — сборку можете сделать при помощи болтов и гаек. На конечном варианте конструкции это не скажется. Длину и ширину подберите так, чтобы все детали оптимально разместились.
2. Вырежьте еще один кусок угольника. Прикрепите его как поперечину с таким расчетом, чтобы можно было закрепить двигатель.
3. Сделайте покраску рамы.
4. Просверлите отверстия в каркасе под болты и установите двигатель.

Установка насоса

Теперь надо будет подобрать водяной насос. Сейчас в специализированных магазинах можно приобрести агрегат любой модификации и мощности. На что надо обратить внимание?

1. Насос должен быть центробежным.
2. Ваш двигатель сможет его раскрутить.

Установите на раме насос, если надо будет сделать еще поперечины, то изготовьте их либо из уголка, либо из полосового железа такой же толщины, как и уголок. Соединительную муфту вряд ли возможно сделать без токарного станка. Поэтому придется ее где-то заказывать.

Схема гидровихревого теплогенератора.

Вихревой теплогенератор Потапова состоит из корпуса, сделанного в виде закрытого цилиндра. На его концах должны быть сквозные отверстия и патрубки для присоединения к системе отопления. Секрет конструкции находится внутри цилиндра. За входным отверстием должен располагаться жиклер. Его отверстие подбирается для данного устройства индивидуально, но желательно, чтобы оно было в два раза меньше четвертой части диаметра корпуса трубы. Если делать меньше, то насос не сможет пропускать воду через это отверстие и начнет сам нагреваться. Кроме того, начнут интенсивно за счет явления кавитации разрушаться внутренние детали.

Инструменты: угловая шлифовальная машинка или ножовка по металлу, сварочный аппарат, электродрель, разводной ключ.

Материалы: толстая металлическая труба, электроды, сверла, 2 патрубка с резьбой, соединительные муфты.

1. Отрежьте кусок толстой трубы диаметром 100 мм и длиной 500-600 мм. Сделайте на ней внешнюю проточку примерно 20-25 мм и в половину толщины трубы. Нарежьте резьбу.
2. Сделайте из такого же диаметра трубы два кольца длиной 50 мм. Нарежьте внутреннюю резьбу с одной стороны каждого полукольца.
3. Из такой же толщины плоского металла, что и труба, сделайте крышки и приварите их с той стороны колец, где нет резьбы.
4. Сделайте в крышках центральное отверстие: у одной по диаметру жиклера, а у другой по диаметру патрубка. С внутренней стороны крышки, где стоит жиклер, сверлом большего диаметра сделайте фаску. В результате должна получиться форсунка.
5. Подключите теплогенератор к системе. Патрубок, где стоит форсунка, присоедините к насосу в отверстие, из которого вода подается под давлением. Ко второму патрубку подсоедините вход системы отопления. Выход из системы соедините с входом насоса.

Вода под давлением, которое создаст насос, будет проходить через форсунку вихревого теплогенератора, который вы делаете своими руками. В камере она начнет нагреваться за счет интенсивного перемешивания. Потом ее подадите в систему для обогрева. Чтобы регулировать температуру, поставьте за патрубком шаровое запирающее устройство. Прикройте его, и вихревой теплогенератор будет дольше гонять воду внутри корпуса, а значит, температура в нем начнет подниматься. Примерно так работает этот нагреватель.

Пути повышения производительности

Схема теплового насоса.

В насосе происходят потери тепла. Так что вихревой теплогенератор Потапова в таком варианте имеет существенный недостаток. Поэтому логично погруженный насос окружить водяной рубашкой, чтобы его тепло тоже шло на полезное нагревание.

Внешний корпус всего устройства сделайте чуть больше диаметра имеющегося в наличии насоса. Это может быть либо готовая труба, что желательно, либо сделанный из листового материала параллелепипед. Его размеры должны быть такими, чтобы внутрь входил насос, соединительная муфта и сам генератор. Толщина стенок должна выдерживать давление в системе.

Для того чтобы потери тепла снизились, сделайте вокруг корпуса устройства теплоизоляцию. Защитить ее можно кожухом, сделанным из жести. В качестве изолятора используйте любой теплоизоляционный материал, выдерживающий температуру кипения жидкости.

1. Соберите компактное устройство, состоящее из погружного насоса, соединительного патрубка и теплогенератора, который вы собрали своими руками.
2. Определитесь в его габаритах и подберите трубу такого диаметра, внутри которой все эти механизмы легко бы разместились.
3. Сделайте крышки с одной и другой стороны.
4. Обеспечьте жесткость крепления внутренних механизмов и возможность насосу качать через себя воду из полученного резервуара.
5. Сделайте входное отверстие и закрепите на нем патрубок. Насос должен своим забором воды располагаться внутри как можно ближе к этому отверстию.

На противоположном конце трубы приварите фланец. С его помощью будет крепиться через резиновую прокладку крышка. Чтобы проще монтировать внутренности, сделайте несложный легкий каркас или скелет. Внутри него соберите устройство. Проверьте подгонку и герметичность всех узлов. Вставьте в корпус и закройте крышкой.

Подключите к потребителям и проверьте все на герметичность. Если протечек нет, включите насос. Открывая и закрывая кран, который находится на выходе из генератора, отрегулируйте температуру.

Утепление генератора

Схема подключения теплогенератора к системе отопления.

Сначала надо сделать кожух утеплителя. Возьмите для этого лист оцинкованной жести или тонкого алюминия. Вырежьте из него два прямоугольника, если будете делать кожух из двух половинок. Или один прямоугольник, но с таким расчетом, что в нем после изготовления полностью поместится вихревой теплогенератор Потапова, который собрали своими руками.

Гнуть лист лучше всего на трубе большого диаметра или использовать поперечину. Положите на нее вырезанный лист и прижмите сверху рукой деревянный брусок. Второй рукой нажмите на лист жести так, чтобы образовался по всей длине небольшой изгиб. Продвиньте немного заготовку и снова повторите операцию. Делайте так до тех пор, пока не получится цилиндр.

1. Соедините его при помощи замка, который используют жестянщики для водосточных труб.
2. Сделайте крышки для кожуха, предусмотрев в них отверстия для подключения генератора.
3. Обмотайте теплоизоляционным материалом устройство. При помощи проволоки или тонких полосок жести зафиксируйте изоляцию.
4. Поместите устройство в кожух, закройте крышками.

Есть еще один способ увеличить производство тепла: для этого надо разобраться, как работает вихревой генератор Потапова, коэффициент полезного действия которого может приближаться к 100% и выше (нет единого мнения, почему так происходит).

Во время прохождения воды через сопло или жиклер на выходе создается мощный поток, который ударяется в противоположный конец устройства. Он закручивается, и за счет трения молекул происходит нагревание. Значит, поместив вовнутрь этого потока дополнительную преграду, можно увеличить перемешивание жидкости в устройстве.

Зная, как это работает, можно начать конструировать дополнительное усовершенствование. Это будет гаситель вихрей, сделанный из продольных пластин, расположенных внутри двух колец в виде стабилизатора авиационной бомбы.

Схема стационарного теплогенератора.

Инструменты: сварочный аппарат, угловая шлифовальная машинка.

Материалы: листовой металл или полосовое железо, толстостенная труба.

Сделайте из трубы меньшего диаметра, чем вихревой теплогенератор Потапова, два кольца шириной 4-5 см. Из полосового металла нарежьте одинаковые полоски. Длина их должна равняться четвертой части длины корпуса самого теплового генератора. Ширину подберите с таким расчетом, чтобы после сборки внутри оставалось свободное отверстие.

1. Закрепите пластину в тисках. Повесьте на нее с одной и другой стороны кольца. Приварите к ним пластину.
2. Выньте из зажима заготовку и переверните ее на 180 градусов. Поместите внутрь колец пластину и закрепите в зажиме так, чтобы пластины находились друг напротив друга. Закрепите таким образом на равном расстоянии 6 пластин.
3. Соберите вихревой теплогенератор, вставив описанное устройство напротив сопла.

Наверное, можно и дальше усовершенствовать это изделие. Например, вместо параллельных пластин использовать стальную проволоку, смотав ее в воздушный клубок. Или на пластинах сделать отверстия разного диаметра. Об этом усовершенствовании нигде ничего не сказано, но это не значит, что делать этого не стоит.

Схема устройства тепловой пушки.

1. Обязательно защитите при помощи окрашивания всех поверхностей вихревой теплогенератор Потапова.
2. Внутренние его части во время работы будут находиться в очень агрессивной среде, вызванной процессами кавитации. Поэтому и корпус, и все, что в нем находится, постарайтесь сделать из толстого материала. Не экономьте на железе.
3. Сделайте несколько вариантов крышек с разными входными отверстиями. Потом проще будет подбирать их диаметр, чтобы получить высокую производительность.
4. Это же относится и к гасителю колебаний. Его также можно видоизменять.

Соберите небольшой лабораторный стенд, где будете обкатывать все характеристики. Для этого не подключайте потребители, а закольцуйте трубопровод на генератор. Это упростит его испытание и подбор необходимых параметров. Так как сложные приборы по определению коэффициента полезной деятельности в домашних условиях вряд ли можно найти, то предлагается следующий тест.

Включите вихревой теплогенератор и засеките время, когда он разогреет воду до определенной температуры. Градусник лучше иметь электронный, он точнее. Затем внесите изменения в конструкцию и снова проведите опыт, следя за повышением температуры. Чем сильнее вода будет нагреваться за одно и то же время, тем больше предпочтений надо будет отдавать окончательному варианту установленного усовершенствования в конструкции.

Разнообразные способы экономии энергии или получения дарового электричества сохраняют свою популярность. Благодаря развитию Интернета информация о всевозможных «чудо-изобретениях» становится все доступнее. Одна конструкция, потеряв популярность, сменяется другой.

Сегодня мы рассмотрим так называемый вихревой кавитационный генератор — устройство, изобретатели которого обещают нам высокоэффективный обогрев помещения , в котором оно установлено. Что это такое? Данное устройство использует эффект нагрева жидкости при кавитации — специфическом эффекте образования микропузырьков пара в зонах локального снижения давления в жидкости, происходящем либо при вращении крыльчатки насоса, либо при воздействии на жидкость звуковых колебаний. Если Вам когда-либо доводилось пользоваться ультразвуковой ванной, то Вы могли заметить, как ее содержимое ощутимо нагревается.

В Интернете распространены статьи о вихревых генераторах роторного типа, принцип действия которых состоит в создании областей кавитации при вращении в жидкости крыльчатки специфической формы. Жизнеспособно ли данное решение?

Начнем с теоретических выкладок. В данном случае мы расходуем электроэнергию на работу электродвигателя (средний КПД — 88%), полученную механическую энергию же частично тратим на трение в уплотнениях кавитационного насоса, частично — на нагрев жидкости вследствие кавитации. То есть в любом случае в тепло будет преобразована лишь часть потраченной электроэнергии. Но если вспомнить, что КПД обычного ТЭНа составляет от 95 до 97 процентов, становится понятным, что чуда не будет: гораздо более дорогой и сложный вихревой насос окажется менее эффективен, чем простая нихромовая спираль .

Можно возразить, что при использовании ТЭНов в систему отопления необходимо вводить дополнительные циркуляционные насосы, в то время как вихревой насос сможет сам перекачивать теплоноситель. Но, как ни странно, создатели насосов борются с возникновением кавитации, не только значительно снижающей эффективность работы насоса, но и вызывающей его эрозию. Следовательно, насос-теплогенератор не только должен быть мощнее специализированного перекачивающего насоса, но и потребует применения более совершенных материалов и технологий для обеспечения сравнимого ресурса.

Конструктивно наше сопло Лаваля будет выглядеть как металлический патрубок с трубной резьбой на концах, позволяющей при помощи резьбовых муфт соединить его с трубопроводом. Для изготовления патрубка понадобится токарный станок.

• Сама форма сопла, точнее, его выходной части, может отличаться по исполнению. Вариант «а» наиболее прост в изготовлении, а его характеристики можно варьировать изменением угла выходного конуса в пределах 12-30 градусов. Однако такой тип сопла обеспечивает минимальное сопротивление потоку жидкости, а, следовательно, и наименьшую кавитацию в потоке.
• Вариант «б» более сложен в изготовлении, но за счет максимального перепада давления на выходе сопла создаст и наибольшую турбулентность потока. Условия для возникновения кавитации в этом случае являются оптимальными.
• Вариант «в» — компромиссный по сложности изготовления и эффективности, поэтому стоит остановиться на нем.

В данной статье описано как изготовить теплогенератор собственными силами.

Подробно описан принцип действия статического теплогенератора, результаты его исследований.Даны рекомендации по его расчету и выбору комплектующих.

Идея создания

Как же быть, если не хватает средств на приобретение теплогенератора? Как его сделать самому? Я расскажу о собственном опыте в этом деле.

Идея сделать свой теплогенератор у нас появилась после знакомства с различными видами теплогенераторов. Их конструкции казались достаточно простыми, но не до конца продуманной.

Известны две конструкции таких устройств: роторная и статическая. В первом случае для создания кавитации, как можно догадаться из названия, служит ротор , во втором - основным элементом устройства является сопло . Чтобы сделать выбор в пользу одного из вариантов исполнения, сравним обе конструкции.

Роторный теплогенератор

Что же из себя представляет роторный теплогенератор? По сути - это несколько измененный центробежный насос , То есть имеется корпус насоса (который в данном случае является статором ) с входным и выходным патрубками, и рабочей камерой, внутри которого находится ротор, выполняющий роль рабочего колеса. Главное отличие от обычного насоса заключается именно в роторе. Существует великое множество конструктивных исполнений роторов вихревых теплогенераторов, и все описывать мы конечно не будем. Самый простой из них представляет собой диск, на цилиндрической поверхности которого просверлено множество глухих отверстий определенной глубины и диаметра. Эти отверстия называют ячейками Григгса, по имени американского изобретателя, первыми испытавшего роторный теплогенератор такой конструкции. Количество и размеры этих ячеек определяется исходя из размеров диска ротора и частоты вращения электродвигателя, приводящего его во вращение. Статор (он же корпус теплогенератора), как правило, выполнен в виде полого цилиндра, т.е. труба, заглушенная с обеих сторон фланцами При этом зазор между внутренней стенкой статора и ротором весьма мал и составляет 1…1,5 мм.

В зазоре между ротором и статором и происходит нагрев воды. Этому способствует ее трение о поверхности статора и ротора, при быстром вращении последнего. Ну и конечно значительную роль в нагреве воды играют кавитационные процессы и завихрения воды в ячейках ротора. Скорость вращения ротора, как правило, составляет 3000 об/мин при его диаметре 300 мм. С уменьшением диаметра ротора необходимо увеличивать частоту вращения.

Не трудно догадаться, что при всей простоте такая конструкция требует довольно высокой точности изготовления. И очевидно, что потребуется балансировка ротора. К тому же приходится решать вопрос уплотнения вала ротора. Естественно уплотнительные элементы требуют регулярной замены.

Из выше сказанного следует, что ресурс подобных установок не так уж и велик. По мимо всего прочего, работа роторных теплогенераторов сопровождается повышенным шумом. Хотя они обладают большей на 20-30% производительностью в сравнении с теплогенераторами статического типа. Теплогенераторы роторного типа способны даже вырабатывать пар. Но является ли это преимуществом при непродолжительном сроке эксплуатации (в сравнении со статическими моделями)?

Статический теплогенератор

Второй тип теплогенератора называется статическим условно. Это обусловлено отсутствием вращающихся частей в конструкции кавитатора. Для создания кавитационных процессов применяются различные виды сопел. Наиболее часто используется так называемое сопло Лаваля

Чтобы возникла кавитация необходимо обеспечить большую скорость движения жидкости в кавитаторе. Для этого используется обычный центробежный насос. Насос нагнетает давление жидкости перед соплом, она устремляется в отверстие сопла, которое имеет значительно меньшее сечение, чем подводящий трубопровод, что и обеспечивает высокую скорость на выходе из сопла. За счет резкого расширения жидкости на выходе из сопла и возникает кавитация. Так же этому способствует трение жидкости о поверхность канала сопла и завихрения воды, возникающие при резком вырывании струи из сопла. То есть вода греется по тем же причинам, что и в роторном теплогенераторе, но с несколько меньшей эффективностью.

Конструкция статического теплогенератора не требует высокой точности изготовления деталей. Механическая обработка при изготовлении этих деталей сводится к минимуму в сравнении роторной конструкцией. Благодаря отсутствию вращающихся частей легко решается вопрос уплотнения сопрягаемых узлов и деталей. Балансировка также не нужна. Срок службы кавитатора значительно больше.(Гарантия на 5лет) Даже в случае выработки соплом своего ресурса изготовление и его замена потребует значительно меньшие материальные затраты (роторный теплогенератор в подобном случае придется по сути изготавливать заново).

Пожалуй, самым главным недостатком статического теплогенератора является стоимость насоса. Однако себестоимость изготовления теплогенератора данной конструкции практически не отличается от роторного варианта, а если вспомнить о ресурсе обеих установок, то этот недостаток превратится в преимущество, ведь в случае замены кавитатора насос менять не нужно.

Таким образом, мы остановим свой выбор на теплогенераторе статической конструкции, тем более что насос у нас уже имеется и тратить деньги на его покупку, не придется.

Изготовление теплогенератора

Выбор насоса

Начнем с выбора насоса для теплогенератора. Для этого определимся с его рабочими параметрами. Будет этот насос циркуляционным или повышающим давление, принципиального значения не имеет. На фото рисунка 6 применен циркуляционный насос с сухим ротором Grundfos. Значение имеют рабочее давление, производительность насоса, максимально допустимая температура перекачиваемой жидкости.

Не все насосы могут применяться для перекачивания жидкости высокой температуры. И, если не придать значение этому параметру при выборе насоса, то срок его эксплуатации окажется значительно меньше, заявленного производителем.

От величины напора развиваемого насосом будет зависеть эффективность работы теплогенератора. Т.е. чем больше напор, тем больше перепад давления обеспечивается соплом. Как следствие, тем эффективнее происходит нагрев прокачиваемой через кавитатор жидкости. Однако не стоит гнаться за максимальными цифрами в технических характеристиках насосов. Уже при давлении в трубопроводе перед соплом равном 4 атм будет заметен рост температуры воды, хотя и не такой быстрый, как при давлении 12 атм.

Производительность насоса (объем перекачиваемой им жидкости) на эффективность нагрева воды фактически не оказывает влияния. Это связано с тем, что для обеспечения перепада давления в сопле мы делаем его сечение значительно меньше условного прохода трубопровода контура и патрубков насоса. Расход перекачиваемой через кавитатор жидкости не будет превышать 3…5 м3/ч, т.к. все насосы наибольший напор могут обеспечить только при наименьшем расходе.

Мощность рабочего насоса теплогенератора будет определять коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую. Подробнее о коэффициенте преобразования энергии и его расчете ниже.

При выборе насоса для своего теплогенератора мы отталкивались от опыта работы с установками «Warmbotruff» (этот теплогенератор описан в статье об экодоме). Мы знали, что в установленном нами теплогенераторе был применен насос WILO IL 40/170-5,5/2 (см. рис. 6). Это циркуляционный насос с сухим ротором типа Inline, мощностью 5,5 кВт, максимальным рабочим давлением 16 атм, обеспечивающий максимальный напор 41 м (т.е. обеспечивает перепад давления 4 атм). Подобные насосы выпускают и другие производители. Например, фирмой Grundfos выпускается аналог такого насоса - это модель TP 40-470/2.

Рисунок 6 - Рабочий насос теплогенератора «Warmbotruff 5,5A»

И все же, сравнив рабочие характеристики этого насоса с другими моделями, выпускаемыми этим же производителем, мы остановили свой выбор на центробежном многоступенчатом насосе высокого давления MVI 1608-06/PN 16. Этот насос обеспечивает более чем в два раза больший напор, при той же мощности двигателя, хотя и стоит почти на 300€ дороже.

Сейчас имеется прекрасная возможность сэкономить, используя китайский аналог. Ведь китайские производители насосов постоянно повышают качество подделок всемирно известных брендов и расширяют ассортимент. Стоимость китайских «грундфосов» зачастую меньше в несколько раз, при этом качество далеко не всегда во столько же раз хуже, а порой мало чем уступает.

Разработка и изготовление кавитатора

Что же собой представляет кавитатор? Существует огромное количество конструкций статических кавитаторов (в этом вы можете убедиться с помощью интернета), но практически во всех случаях они выполнены в виде сопла. Как правило, за основу берется сопло Лаваля и модифицируется конструктором. Классическое сопло Лаваля показано на рис. 7.

Первое на что стоит обратить внимание - это сечение канала между диффузором и конфузором .

Не стоит слишком сильно заужать его сечение, стараясь обеспечить максимальный перепад давления. Конечно при выходе воды из отверстия малого сечения и попадании ее в камеру расширения, будет достигаться наибольшая степень разрежения, а, следовательно, и более активная кавитация. Т.е. вода за один проход через сопло будет нагреваться на большую температуру. Однако объем перекачиваемой через сопло воды будет слишком мал, и, смешиваясь с холодной водой, она будет передавать ей недостаточное количество теплоты. Таким образом, общий объем воды будет нагреваться медленно. Кроме того малое сечение канала будет способствовать завоздушиванию воды поступающей во входной патрубок рабочего насоса. Вследствие этого насос будет работать более шумно и возможно возникновение кавитации в самом насосе, а это уже нежелательные явления. Почему это происходит, станет понятно, когда мы будем рассматривать конструкцию гидродинамического контура теплогенератора.

Наилучшие показатели достигаются при диаметре отверстия канала 8-15 мм. К тому же эффективность нагрева будет зависеть еще и от конфигурации камеры расширения сопла. Таким образом, мы переходим ко второму важному моменту в конструировании сопла - камере расширения.

Какой же из профилей выбрать? Тем более что это далеко не все возможные варианты профилей сопла. Поэтому, чтобы определится с конструкцией сопла, мы решили прибегнуть к математическому моделированию течения в них жидкости. Я приведу некоторые результаты моделирования сопел изображенных на рис. 8.

На рисунках видно, что указанные конструкции сопел позволяют проводить кавитационный нагрев жидкостей, прокачиваемых, через них. На них видно, что при протекании жидкости образуются зоны высокого и низкого давления, которые и обуславливают образование каверн и последующего ее схлопывания.

Как видно из рисунка 8 профиль сопла может быть самым разным. Вариант а) - это по сути классический профиль сопла Лаваля. Используя такой профиль, вы можете варьировать угол раскрытия камеры расширения?, тем самым меняя характеристики кавитатора. Обычно величина находится в пределах 12…30°. Как видно из эпюры скоростей рис. 9 такое сопло обеспечивает наибольшую скорость движения жидкости. Однако перепад давления сопло с таким профилем обеспечивает наименьший (см. рис. 10). Наибольшая турбулентность будет наблюдаться уже на выходе из сопла (см. рис.11).

Очевидно, что вариант б) будет более эффективно создавать разрежение при истечении жидкости из канала соединяющего камеру расширения с камерой сжатия (см. рис. 9). Скорость движения потока жидкости через данное сопло будет наименьшей, о чем свидетельствует эпюра скоростей изображенная на рис. 10. Турбулентность, возникающая вследствие прохождения жидкости через сопло второго варианта, на мой взгляд, наиболее оптимальная для нагрева воды. Возникновение вихря в потоке начинается уже на входе в промежуточный канал, а на выходе из сопла начинается вторая волна вихреобразования (см. рис.11). Однако в изготовлении такое сопло немного сложнее, т.к. придется вытачивать полусферу.

Сопло профиля в) - это упрощенный предыдущий вариант. Следовало ожидать, что два последних варианта будут обладать близкими характеристиками. Но эпюра изменения давления, изображенная на рис. 9 говорит о том, что перепад будет наибольшим из трех вариантов. Скорость движения потока жидкости будет выше, чем во втором варианте сопла и ниже, чем в первом (см. рис. 10). Турбулентность, возникающая при движении воды через это сопло, соизмерима со вторым вариантом, но образование вихря происходит по-иному (см. рис.11).

Я привел в качестве примера лишь наиболее простые в изготовлении профили сопел. Все три варианта можно использовать при конструировании теплогенератора и нельзя сказать, что какой-то из вариантов правильный, а другие нет. Вы можете сами поэкспериментировать с различными профилями сопел. Для этого необязательно сразу изготавливать их из металла и проводить реальный эксперимент. Это не всегда оправдано. Сначала можно провести анализ придуманного вами сопла в какой-либо из программ моделирующих движение жидкости. Для анализа изображенных выше сопел я использовал приложение COSMOSFloWorks. Упрощенная версия данного приложения входит в состав системы автоматизированного проектирования SolidWorks.

В эксперименте по созданию своей модели теплогенератора мы применили комбинацию из простых сопел (см. рис. 12).

Существуют на много более изощренные конструкторские решения, но я не вижу смысла приводить их все. Если вас действительно заинтересует эта тема, вы всегда сможете найти другие конструкции кавитаторов в интернете.

Изготовление гидродинамического контура

После того как мы определились с конструкцией сопла переходим к следующему этапу: изготовлению гидродинамического контура. Для этого предварительно следует набросать схему контура. Мы сделали это очень просто, нарисовав схему на полу мелом (см. рис. 13)

1. Манометр на выходе из сопла(измеряет давление на выходе из сопла).
2. Термометр(измеряет температуру на входе в систему).
3. Кран для сброса воздуха(Удаляет воздушную пробку из системы).
4. Выходной патрубок с краном.
5. Гильза под термометр.
6. Входной парубок с краном.
7. Гильза под термометр на входе.
8. Манометр на входе в сопло(измеряет давление на входе в систему).

Теперь я опишу устройство контура. Он представляет собой трубопровод, вход которого соединен с выходным патрубком насоса, а выход - с входным. В этот трубопровод вваривается сопло 9 , патрубки для подключения манометров 8 (до и после сопла), гильзы для установки термометр 7,5 (мы не стали вваривать резьбы под гильзы, а просто вварили их), штуцер под вентиль для сброса воздуха 3 (мы применили обыкновенный шаркран, сгоны под регулирующий вентиль и штуцера для подключения отопительного контура.

На нарисованной мною схеме вода движется против часовой стрелки. Подача воды в контур осуществляется через нижний патрубок (шаркран с красным маховиком и обратным клапаном), а выдача воды из него, соответственно через верхний (шаркран с красным маховиком). Регулирование перепада давления осуществляется вентилем, который находится между входным и выходным патрубками. На фото рис. 13 он только изображен на схеме и не лежит рядом со своим обозначением, т.к. мы его уже накрутили на сгоны, предварительно намотав уплотнение (см. рис. 14).

Для изготовления контура мы взяли трубу Ду 50, т.к. присоединительные патрубки насоса имеют такой же диаметр. При этом входной и выходной патрубок контура, к которым подключается отопительный контур, мы изготовили из трубы Ду 20. То что у нас получилось в итоге вы можете увидеть на рис. 15.

На фото показан насос с двигателем 1 кВт. Впоследствии, мы заменили его на насос мощностью 5,5 кВт, описанный выше.

Вид, конечно, получился не самый эстетичный, но мы и не ставили перед собой такую задачу. Возможно, кто-то из читателей спросит, зачем такие размеры контура, ведь можно сделать его меньше? Мы предполагаем за счет длины трубы перед соплом несколько разогнать воду. Если вы покопаетесь в интернете, то наверняка найдете изображения и схемы первых моделей теплогенераторов. Практически все они работали без сопел. Эффект нагрева жидкости достигался за счет ее разгона до довольно больших скоростей. Для этого применялись цилиндры небольшой высоты стангенциальным входом и коаксиальным выходом.

Мы не стали для ускорения воды применять такой метод, а решили сделать свою конструкцию как можно более простой. Хотя у нас есть мысли о том, как ускорить жидкость при такой конструкции контура, но об этом позже.

На фото еще не вкрученманометр перед соплом и переходник с гильзой для термометра, который монтируется перед водомером(на тот момент он еще не был готов). Осталось установить недостающие элементы и приступать к следующему этапу.

Запуск теплогенератора

О том, как подключать электродвигатель насоса и радиатор отопления, думаю, нет смысла рассказывать. Хотя к вопросу подключения электродвигателя мы подошли не совсем стандартно. Поскольку в домашних условиях обычно используется однофазная сеть, а промышленные насосы выпускаются с трехфазным двигателем, мы решили применить частотный преобразователь ,рассчитанный на однофазную сеть. Это позволило, к тому же, поднять скорость вращения насоса выше 3000 об./мин. и в дальнейшем найти резонансную частоту вращения насоса.

Для параметрирования преобразователя частоты нам потребуется ноутбук с COM портом для параметрирования и управления частотным преобразователем. Сам преобразователь устанавливается в шкафу управления, где предусмотрен обогрев в зимних условиях эксплуатации и вентиляция для летних условий эксплуатации. Для вентиляции шкафа мы воспользовались стандартным вентилятором, а для обогрева шкафа используется нагреватель, мощностью 20 Вт.

Частотный преобразователь позволяет регулировать частоту насоса в широких пределах как ниже основной, так и выше основной. Поднимать частоту двигателя можно не выше 150%.

В нашем случае можно поднимать скорость вращения двигателя до 4500 об/мин.

Можно кратковременно поднимать частоту и выше до 200%, но это ведет к механической перегрузке двигателя и повышает вероятность его выхода из строя. Кроме того, с помощью частотного преобразователя осуществляется защита двигателя от перегрузки и короткого замыкания. Также частотный преобразователь позволяет производить запуск двигателя с заданным временем разгона, что ограничивает ускорение лопастей насоса при запуске и ограничивает пусковые токи двигателя. Смонтирован частотный преобразователь в настенном шкафу (см. рис. 16).

Все органы управления и элементы индикации выведены на лицевую панель шкафа управления. На лицевую панель (на прибор МТМ-РЭ-160) выведены параметры работы системы.

Прибор имеет возможность записи в течение суток показаний 6 различных каналов аналоговых сигналов. В данном случае, мы записываем показания температуры на входе системы, показания температуры на выходе системы и параметры давления на входе и выходе системы.

Задание на величину числа оборотов основного насоса ведется с помощью приборов МТМ-103 зеленая и желтые кнопки используются для запуска и остановки двигателей рабочего насоса теплогенератора и циркуляционного насоса. Циркуляционный насос мы планируем использовать для снижения потребления электроэнергии. Ведь, когда вода нагреется до установленной температуры, циркуляция все равно необходима.

При использовании преобразователя частоты Micromaster 440 , для параметрирования преобразователя можно использовать специальную программу Starter , установив ее на ноутбук (см рис. 18).

Вначале в программу заносятся исходные данные двигателя, написанные на шильдике(табличке с заводскими параметрами двигателя, прикрепленной к статору двигателя) К таким данным относятся

• Номинальная Мощность Р кВт,
• Номинальный ток I ном.,
• Косинус,
• Тип двигателя,
• Номинальная частота вращения N ном.

После этого запускается автоопределение двигателя и частотный преобразователь сам определяет необходимые параметры двигателя. После этого насос готов к работе.

Испытание теплогенератора

После того как установка подключена можно приступать к испытаниям. Запускаем электродвигатель насоса и, наблюдая показания манометров, устанавливаем необходимый перепад давления. Для этого в контуре предусмотрен вентиль, находящийся между входным и выходным патрубками. Поворачивая рукоятку вентиля, устанавливаем давление в трубопроводе после сопла в диапазоне 1,2…1,5 атм. В участке контура между входом сопла и выходом насоса оптимальным давлением будет диапазон 8…12 атм.

Насос смог нам обеспечить давление на входе в сопло 9,3 атм. Установив давление на выходе из сопла 1,2 атм, пустили воду по кругу (закрыли выходной вентиль) и засекли время. При движении воды по контуру мы зафиксировали рост температуры примерно 4°С в минуту. Таким образом через 10 минут мы уже нагрели воду с 21°С до 60°С. Объем контура с установленным насосом составил почти 15 л Потребляемую электроэнергию вычислили, измерив ток. Исходя из этих данных, мы можем вычислить коэффициент преобразования энергии.

КПЭ = (С*m*(Tк-Tн))/(3600000*(Qк-Qн));

• С - удельная теплоемкость воды, 4200 Дж/(кг*К);
• m - масса нагреваемой воды, кг;
• Tн - температура воды начальная, 294° К;
• Tк - температура воды конечная, 333° К;
• Qн - показания электросчетчика начальные, 0 кВт*ч;
• Qк - показания электросчетчика конечные, 0,5 кВт*ч.

Подставим данные в формулу и получим:

КПЭ = (4200*15*(333-294))/(3600000*(0,5-0)) = 1,365

Это значит, что потребляя 5 кВт*ч электроэнергии наш теплогенератор производит в 1,365 раз больше тепловой, а именно 6,825 кВт*ч. Таким образом мы можем смело утверждать о состоятельности данной идеи. В этой формуле не учитывается КПД двигателя, а значит, реальный коэффициент трансформации будет еще выше.

При расчете необходимой для обогрева нашего дома тепловой мощности исходим из общепринятой упрощенной формулы. Согласно этой формуле при стандартной высоте потолка (до 3 м), для нашего региона необходимо 1 кВт тепловой мощности на каждые 10 м2.Таким образом, для нашего дома площадью 10х10=100 м2 потребуется 10 кВт тепловой мощности. Т.е. одного теплогенератора мощностью 5,5 кВт для обогрева этого дома не хватает, но это только на первый взгляд. Если вы еще не забыли, то для обогрева помещения мы собираемся использовать систему «теплый пол», которая дает экономию до 30% затрачиваемой энергии. Из этого следует, что вырабатываемых теплогенератором 6,8 кВт тепловой энергии как раз должно хватить для обогрева дома. К тому же последующее подключение теплового насоса и гелиоколлектора позволит нам еще уменьшить затраты энергии.

Заключение

В заключении хотелось бы предложить для обсуждения одну спорную идею.

Я уже упоминал о том, что в первых теплогенераторах вода разгонялась за счет придания ей вращательного движения в специальных цилиндрах. Вы знаете, что мы таким путем не пошли. И все же для повышения КПД необходимо чтобы вода помимо поступательного движения приобретала еще и вращательное движение. При этом скорость движения воды заметно возрастает. Подобный прием используют на соревнованиях по скоростному выпиванию бутылки пива. Перед тем, как ее выпить, пиво в бутылке хорошенько раскручивают. И жидкость выливается через узкое горлышко гораздо быстрее. И у нас появилась идея, как можно попробовать это сделать, практически не меняя уже существующую конструкцию гидродинамического контура.

Для придания воде вращательного движения будем использовать статор асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором воду, пропускаемую через статор необходимо предварительно омагнитить . Для этого можно использовать соленоид или постоянный кольцевой магнит . О том, что получилось из этой затеи, сообщу позже, потому что сейчас, к сожалению, нет возможности заниматься экспериментами.

У нас так же есть идеи, как усовершенствовать наше сопло, но об этом тоже после экспериментов и патентования в случае удачного их исхода.