Новые технологии отопление на основе кавитации. Вихревой теплогенератор – новое слово в вопросе обогрева. Этапы изготовления генератора

Кавитационный теплогенератор – это тепловой насос, гидродинамический преобразователь энергии движения жидкости в нагрев калориферов.

Кавитация

На первый взгляд, тема кавитационных теплогенераторов представляется фантастичной и вычеркнута из Википедии, но по детальному изучению оказалась любопытной. Тем интереснее становился вопрос, чем дальше авторы углублялись в изучение. Книга Фоминского о дармовых источниках энергии начинается с описания глобальной экологической катастрофы конца XX века. Среди общеизвестных фактов о вреде двигателей внутреннего сгорания, невероятных сведений о ценности кавитационных теплогенераторов выдвигаются гипотезы об изменении режима дыхания лесов планеты и… об остановке тёплого течения Гольфстрим. В 2003 году книжка читалась как сборник фантастики. Напомним, сейчас Европа обеспокоена остановкой Гольфстрима, становится ясным, что автор сумел предсказать будущее на 10 лет вперёд.

Это наталкивает на мысль, что идея кавитационных теплогенераторов не столь утопична, как пытаются представить средства массовой информации. Известно, что КПД составлял доли процента в начале XX века, сегодня это направление считается перспективным. Эффективность первых термопар достигала 3%, что сопоставимо с успехами паровых двигателей начала XIX века. Уже сегодня инженеры (см. скрин) говорят, что КПД кавитационного теплогенератора допустим выше единицы.

Кавитационный теплогенератор — насос. Поток жидкости просто переносит энергию из места в место. Любой кондиционер и холодильник показывают КПД выше 100%, работают по принципу теплового насоса, перекачивая энергию из одной области пространства в другую. Сопоставим с поливом деревьев: энергия электричества не может напитать корни, но стоит к двигателю приделать гребной винт, как потоки воды устремляются, чтобы принести живительную влагу. Принцип действия кавитационного теплогенератора в точности аналогичен.

Тепловой насос считается дорогим типом оборудования. Обычно качает тепло Земных недр или речного потока. Температура в указанных источниках невысока, понижая давление фреона, удаётся добиться забора тепла и доставки в нужное место. Холодильник не вырабатывает мороз непосредственно. Он разряжает фреон, за счёт законов термодинамики тепло переходит на испаритель, оттуда доставляется к радиатору на задней стенке.

Аналогичным образом кавитационные пузырьки образуются в местах, где давление воды ниже точки перехода в иное агрегатное состояние (см. рис.). Как результат, поглощается большое количество энергии. На перевод вещества в иное агрегатное состояние приходится затратить тепло. Которое берётся из окружающей воды, а та – перекачивает с корпуса кавитационного теплогенератора, потом из помещения. На корпусе тепло образуется за счёт нагнетания давления помпой. КПД выше единицы объясняется отбором тепла у окружающей среды. Высок процент использования собственных потерь генератора на нагрев обмоток и трение.

Помощь кавитационного теплогенератора

Климат сегодня сильно меняется из-за работы двигателей внутреннего сгорания. 40% углекислого газа на планете вырабатывается транспортом, значительная часть выбрасывается частными домовладельцами, жгущими топливо для обогрева. Выделяется в атмосферу сонм вредных веществ, нарушаются условия существования жизни на планете. Следовательно, энергия ТЭС не предлагается в качестве альтернативы, приносящей пользу. В силу очевидных причин.

Уже за счёт фактора КПД установки повысится: тепловые потери греют место, откуда перекачивается тепло. Это безусловный плюс. Остальное возьмётся из воздуха. Стоит вдуматься:

• Холодильник летом греет кухню, КПД падает.
• Кондиционер забирает жару с мороза или выкачивает холод с подсолнечной стороны здания.

А кавитационный теплогенератор способен собственные потери утилизировать с пользой. Обязан быть признан перспективным. Сложность — как получить побольше пузырьков из механического движения. Этому уже сегодня посвящены десятки, если не сотни патентов, к примеру, RU 2313036. Несложно догадаться, что для перекачивания тепло нужно откуда-то взять. Это правильная постановка вопроса, из-за упущения смысла происходящего люди не хотят верить, что кавитационный генератор — реальность: «Как теплотехник, скажу — это бред. Энергия из ниоткуда не возникает. Затрачивать меньше электроэнергии и получать больше тепловой позволяет тепловой насос.» (форум okolotok.ru)

Если профессионалу непонятно, что речь идёт о своеобразном тепловом насосе, что знает широкая публика про кавитационный теплогенератор… Установим, кому окажется полезен кавитационный теплогенератор. Доведённую до совершенства конструкцию допустимо применять:

1. Для отбора энергии сточных вод.
2. Охлаждения цехов с одновременным обогревом рабочих мест.
3. Обогрева помещений без использования нефти, газа, мазута, угля, дров и пр.

Механизм кавитации

Образование пузырьков возможно в движущемся потоке. Там, где резко снижено давление. К подобным местам относят гребные лопасти судов, переходники трубопроводов с разным диаметром (см. рис.). Собственно, конструкции кавитационных генераторов делят на роторные и трубчатые. Обе приводятся в движение электричеством, но принцип действия различается. Винт и труба показаны на скринах для иллюстрации сказанного.

Для объяснения происходящего нужно взглянуть на график агрегатных состояний. Там показаны твёрдое тело (solid), жидкость (liquid) и пар в виде областей для некой температуры (по горизонтали) и давления (по вертикали). Пунктирами обозначены линии:

1. По горизонтали – нормальное атмосферное давление.
2. По вертикали – точки таяния льда и кипения воды.

Видно, что в нормальных условиях пар образуется при температуре 100 градусов, при падении давления вполовину точка кипения смещается до нуля градусов Цельсия. Эффект хорошо знаком альпинистам, знающим — на высоте невозможно сварить мясо. Вода закипает уже при 70-80 градусах Цельсия.

Гребной винт судна образует пузырьки при нормальной температуре воды. Кавитация оказывает пагубное влияние. На рисунке видно, что уже через пару лет эксплуатации поверхность покрывается выщербинами. Кавитация затратна для гидравлических систем.

Образовавшийся пузырёк не лопается за счёт силы натяжения воды и двигается в область с большим давлением, уносясь потоком. Постепенно в передней части образуется вмятина, форма меняется с шаровидной, становясь похожей на эритроцит. Постепенно стенки смыкаются, получается тор (баранка). Образовавшиеся течения создают крутящий момент, фигура пытается вывернуться наизнанку. В результате колба лопается, остаётся некий сгусток турбулентностей (см. рис.). При переходе пара в иное агрегатное состояние выделяется поглощённая ранее энергия. На этом транспорт тепла заканчивается.

Разговор о вечных двигателях: научные небылицы

Виктор Шаубергер

Австрийский физик Виктор Шаубергер в бытность лесником разработал любопытную систему сплава брёвен. По внешнему виду напоминала изгибы натуральных рек, а не прямую линию. Двигаясь по столь своеобразной траектории, дерево быстрее достигало места назначения. Шаубергер пояснял это снижением сил гидравлического трения.

Ходят слухи, что Шаубергер заинтересовался вихревым движением жидкости. Австрийские любители пива на соревнованиях раскручивали бутылку, чтобы придать вращательное движение напитку. Пиво быстрее залетало в брюхо, хитрец выигрывал. Шаубергер самостоятельно повторил трюк и убедился в эффективности.

Не нужно путать описанный случай с вихрем сточной воды, всегда закручивающейся в одном направлении. Сила Кориолиса обусловлена вращением Земли и замечена, как считается, Джованни Баттиста Риччоли и Франческо Мариа Гримальди в 1651 году. Явление объяснено и описано в 1835 году Гаспаром-Густавом Кориолисом. В начальный момент времени за счёт случайного движения потока воды происходит отдаление от центра воронки, траектория закручивается по спирали. За счёт давления воды процесс набирает силу, образуется конусовидное углубление на поверхности.

Виктор Шаубергер ориентировочно 10 мая 1930 года получил патент Австрии за номером 117749 на турбину специфичной конструкции в виде заостряющегося бура. По словам учёного, в 1921 году на её основе сделан генератор, снабжавший энергией целую ферму. Шаубергер утверждал, что КПД устройства близок к 1000% (три нуля).

1. Вода закручивалась по спирали на входе в патрубок.
2. На входе стояла упомянутая турбина.
3. Направляющие спирали совпадали с формой потока, в результате осуществлялась максимально эффективная передача энергии.

Все прочее о Викторе Шаубергере сводится к научной фантастике. Утверждали что он изобрёл двигатель Репульсион, приводивший в движение летающую тарелку, защищавшую Берлин в период Второй мировой войны. По окончании боевых действий комиссовался и отказался делиться собственными открытиями, способными принести большой вред миру на Земле. Его история, как две капли воды, напоминает случившееся с Николой Теслой.

Считается, что Шаубергер собрал первый кавитационный теплогенератор. Имеется фото, где он стоит рядом с этой «печью». В одном из последних писем утверждал, что открыл новые субстанции, делающие возможными невероятные вещи. К примеру, очистку воды. Одновременно утверждая, что его воззрения поколеблют основы религии и науки, предрекал победу «русским». Сегодня сложно судить, насколько оставался приближен к реалиям учёный за полгода до смерти.

Ричард Клем и вихревой двигатель

Ричард Клем (Richard Clem) по собственным словам на исходе 1972 года испытывал асфальтный насос. Его насторожило странное поведение машины после выключения. Начав эксперименты с горячим маслом, Ричард быстро пришёл к выводу, что налицо нечто вроде вечного двигателя. Специфичной формы ротор из конуса, прорезанного спиральными каналами, снабжён разбегающимися форсунками. Раскрученный до некоторый скорости, сохранял движение, успевая приводить в действие масляный насос.

Уроженец Далласа задумал пробный пробег в 600 миль (1000 км) до Эль Пасо, потом решился опубликовать изобретение, но доехал только до Абилена, свалив неудачу на слабый вал. В заметках по этому поводу говорится, что конус требовалось раскрутить до некоторой скорости, а масло нагреть до 150 градусов Цельсия, чтобы все заработало. Устройство демонстрировало среднюю мощность в 350 лошадиных сил при массе 200 фунтов (90 кг).

Насос работал на давление 300 — 500 фунтов на квадратный дюйм (20 — 30 атм.), и чем выше оказывалась плотность масла, тем резвее крутился конус. Ричард вскоре умер, а наработки изъяты. Патент под номером US3697190 на асфальтный насос легко найти в интернете, но Клем на него не ссылался. Нет гарантий, что «работоспособная» версия не изъята ранее из документации бюро. Энтузиасты и сегодня строят двигатели Клема и демонстрируют принцип действия на Ютубе.

Разумеется, это лишь подобие конструкции, изделие неспособно для себя создавать свободную энергию. Клем говорил, что первый двигатель ни на что не годился, пришлось обойти 15 компаний в поисках финансирования. Мотор работает на масле для жарки, температуры в 300 градусов не выдерживает автомобильное. По заявлениям репортёров, аккумулятор на 12 В считается единственным видимым со стороны источником питания устройства.

Двигатель занесли в кавитационные по простой причине: периодически уже горячее масло требовалось охлаждать через теплообменник. Следовательно, внутри нечто совершало работу. Подумав, исследователи отнесли это на эффект кавитации у входа в насос и внутри распределительной системы трубок. Подчеркнем: «Ни один двигатель Ричарда Клема, изготовленных сегодня, не работоспособен».

Несмотря на это, Российское Энергетическое Агентство в базе данных опубликовало информацию (energy.csti.yar.ru/documents/view/3720031515) с оговоркой, что конструкция двигателя (им) напоминает турбину Николы Теслы.

Конструкции кавитационных теплогенераторов

Ссылки на то, что разработки по кавитационным двигателям засекречены, не выдерживают критики. Многие устройства действуют с КПД выше 1, если речь о перекачке тепла. Следовательно, сверхсекретного в этом нет. Конструкторы изготавливают образцы вполне работоспособных кавитационных теплогенераторов. Нельзя сказать, что КПД высок, но определённый потенциал у конструкции присутствует.

Роторные

Центрифуга Григгса считается достойным примером роторных кавитационных теплогенераторов. В устройство закачивается вода, ось начинает вращаться, приводимая в движение электродвигателем. Безусловный плюс конструкции — единственный привод служит насосом в системе отопления и нагревателем жидкой фазы. На поверхности рабочего цилиндра прорезано множество неглубоких отверстий круглой формы, где жидкость образует турбулентности. Нагрев происходит за счёт сил трения в приповерхностном слое и кавитации.

Трубчатые

На скрине из видео показана сборка кавитационного обогревателя с продольным расположением трубок. Конструкция описана в патенте RU 2313036. Помпой нагнетается давление во входной камере, жидкость устремляется сквозь конструкцию из трубок. На входе (см. рис.) образуются пузырьки за счет кавитации по описанной выше схеме. Выходя на той стороне, попадают во вторую камеру с высоким давлением, лопаются и отдают тепло.

На входе перед системой узких трубок давление жидкости повышается помпой, температура в этом месте увеличена. Указанная энергия и забирается образовавшимися пузырьками с паром для обогрева помещений. Как оговорено выше, такой тепловой насос способен на КПД более 100%, о чем заявляет автор конструкции. Каждый убедится самостоятельно, посмотрев видео на Ютуб (название канала – на скрине).

Ультразвуковые

В 2013 году опубликован патент WO2013102247 A1. После полугодового рассмотрения комиссия бюро отдала исключительные права на ультразвуковой кавитационный теплогенератор Иоэлю Дотте Эхарту Рубему. Смысл задумки в преобразовании электрического тока кварцевой пластиной. Колебания звуковой частоты подаются на вход, и устройство начинает создавать вибрации. В обратной фазе волны образуются участки разряжения, где за счёт кавитации образуются пузырьки.

Для достижения максимального эффекта рабочая камера кавитационного теплогенератора выполнена в виде резонатора на ультразвуковую частоту. Полученные пузырьки немедленно уносятся потоком через узкие трубки. Это нужно для получения разряжения, дабы пузырьки в кавитационном теплогенераторе не сомкнулись немедленно, тут же отдав энергию обратно.

Несложно догадаться, что потери минимальные, а трение отсутствует вовсе, поэтому КПД ультразвукового кавитационного теплогенератора шикарный. Учёный говорит, что перекачка тепла возможна с выигрышем в 2,5 раза. Это пока меньше полученного Виктором Шаубергером, но заставит задуматься. Устройство предположительно возможно использовать и для охлаждения помещений.

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.

Для обеспечения максимально экономного отопления, домашние хозяева используют различные системы. Предлагаем рассмотреть, как работает кавитационный теплогенератор, как сделать прибор своим руками, а также его устройство и схема.

Плюсы и минусы кавитационных источников энергии

Кавитационные нагреватели – это простые устройства, которые преобразуют механическую энергию рабочей жидкости в тепловую. По сути, данный прибор состоит из центробежного насоса (для ванной, скважин, систем водоснабжения частных домов), который имеет низкий показатель эффективности. Преобразование энергии в кавитационном нагревателе широко используется в промышленных предприятиях, где нагревательные элементы могут быть повреждены при контакте с рабочей жидкостью, у которой серьезная разность в температурах.

Фото – Конструкция кавитационного теплогенератора

Плюсы устройства :

1. Эффективность;
2. Экономичность теплоснабжения;
3. Доступность;
4. Можно собрать своими руками домашний прибор производства тепловой энергии. Как показывает практика, самодельный прибор не уступает купленному по своим качествам.

Минусы генератора :

1. Шумность;
2. Сложно достать материалы для производства;
3. Мощность слишком большая для небольшого помещения до 60-80 квадратных метров, бытовой генератор проще купить;
4. Даже мини-приборы занимают много места (в среднем как минимум полтора метра комнаты).

Видео: устройство кавитационного теплогенератора

Принцип работы

«Кавитация» относится к образованию пузырьков в жидкости, таким образом, рабочее колесо работает в смешанной фазе (период жидкости и пузырьков газа) окружающей среды. Насосы, как правило, не предназначены для смешанной фазы потока (их работа уничтожает пузыри, из-за чего кавитационный генератор теряет эффективность). Данные термические приспособления предназначены, чтобы вызывать смешанный поток фаз как часть перемешивания жидкости, что приводит к термической конверсии.

Фото – Чертеж теплогенератора

В коммерческих кавитационных обогревателях, механическая энергия приводит в действие нагреватель входной энергии (например, двигатель, блок управления), в результате чего жидкость, которая отвечает за образование выходной энергии, возвращается к источнику. Такое сохранение превращает механическую энергию в ​​тепловую с небольшой потерей (как правило, менее 1 процента), поэтому при пересчете учитываются погрешности преобразования.

Немного по иному работает суперкавитационный реактивный генератор энергии. Такой нагреватель используется на мощных предприятиях, когда тепловая энергия выхода передается на жидкость в определенном устройстве, её мощность значительно превышает количество механической энергии, необходимой для приведения в действие нагревателя. Эти приборы более энергетически продуктивны, чем возвратные механизмы, в частности тем, что они не требуют регулярной проверки и настройки.

Существуют разные типы таких генераторов. Самый распространенный вид – это роторно-гидродинамический механизм Григгса. Его принцип действия основан на работе центробежного насоса. Состоит он из патрубков, статора, корпуса и рабочей камеры. На данный момент существует множество модернизаций, самый простой – приводной или дисковый (сферический) водяной насос ротационного действия. Он представляет собой дисковую поверхность, в которой просверлено много различных отверстий глухого типа (без выхода), данные конструктивные элементы называются ячейки Григгса. Их размерные параметры, число напрямую зависят от мощности ротора, конструкции теплогенератора и частоты вращения привода.

Фото – Гидродинамический механизм Григгса

Между ротором и статором находится определенный зазор, который необходим для нагрева воды. Данный процесс осуществляется при помощи быстрого движения жидкости по поверхности диска, что способствует повышению температуры. В среднем, ротор движется приблизительно со скоростью 3000 оборотов в минуту, чего достаточно для повышения температуры до 90 градусов.

Второй вид кавитационного генератора принято называть статическим. Он не имеет, в отличие от роторного, никаких вращающихся частей, для того, чтобы осуществлялась кавитация, ему необходимы сопла. В частности, это детали известного Лаваля, которые подключены к рабочей камере.

Для работы, подключается обычный насос, как в роторном виде генератора, он нагнетает в рабочей камере давление, чем обеспечивает большую скорость движения воды, соответственно, повышение её температуры. Скорость жидкости на выходе из сопла обеспечена разностью диаметров поступательного и выходного патрубков. Его недостатком является то, что эффективность значительно ниже, чем в роторном, тем более, он более габаритный, тяжелый.

Как самому сделать генератор

Первым трубчатый агрегат был разработанный Потаповым. Но патент на него он не получил, т.к. до сих пор обоснование работы идеального генератора считается неполными «идеальным», на практике также пытались воссоздать прибор Шаубергер, Лазарев. На данный момент принято работать по чертежам Ларионова, Федоскина, Петракова, Николая Жука.

Фото – Вихревой кавитационных генератор потапова

Перед началом работы нужно выбрать вакуумный или бесконтактный насос (подойдет даже для скважин) по своим параметрам. Для этого необходимо учесть следующие факторы:

1. Мощность насоса (производится отдельный расчет);
2. Потребная тепловая энергия;
3. Величина напора;
4. Тип насоса (повышающий или понижающий).

Несмотря на огромное разнообразие форм и видов кавитаторов, практически все промышленные и бытовые устройства выполнены в виде сопла, такая форма является наиболее простой и практичной. Кроме того, её легко модернизировать, благодаря чему значительно повышается мощность генератора. Перед началом работы обратите свое внимание на сечение отверстия между конфузором и диффузором. Его необходимо сделать не слишком узким, но и не широким, приблизительно от 8 до 15 см. В первом случае Вы повысите давление в рабочей камере, но мощность будет не высокой, т.к. объем нагретой воды будет относительно мал, по отношению к холодной. Помимо этих проблем, небольшая разность сечений способствует насыщению кислородом входящей воды из рабочего патрубка, этот показатель влияет на уровень шума насоса и возникновение кавитационных явлений в самом устройстве, что в принципе, негативно сказывается на его работе.

Фото – Кавитационный теплогенератор

Кавитационные теплогенераторы систем отопления обязательно имеют камеры расширения. У них может быть различный профиль в зависимости от требований и необходимой мощности. В зависимости от этого показателя может меняться конструкция генератора.

Рассмотрим конструкцию генератора:

1. Патрубок, из которого поступает вода 1 соединен при помощи фланца с насосом, суть работы которого заключается в подаче воды под определенным давлением в рабочую камеру.
2. После того, как вода попадает в патрубок, она должна приобрести нужную скорость и давление. Для этого необходимы специально подобранные диаметры труб. Вода быстро движется к центру рабочей камеры, достигнув которой осуществляется смешение нескольких потоков жидкости, после чего образуется напор энергии;
3. Для контроля скорости жидкости используется специальное тормозное приспособление. Его нужно установить на выходе и выходе рабочей камеры, так часто делают для нефтепродуктов (нефтяных отходов, переработок или промывок), горячей воды в бытовом приборе.
4. Через защитный клапан жидкость продвигается к противоположному патрубку, в котором осуществляется возврат топлива в исходную точку при помощи работы циркуляционного насоса. За счет постоянного движения и производится нагрев и тепло, которое может преобразовываться в постоянную механическую энергию.

В принципе, работа проста и основана на похожем принципе, как и у вихревого устройства, даже формулы для расчета производимого тепла идентичны. Это:

Епот = - 2 Екин

Где Екин =mV2/2 – это движение Солнца (кинетическое, непостоянная величина);

Масса планеты – m, кг.

Обзор цен

Конечно, кавитационный теплогенератор – это практически аномальный прибор, он почти идеальный генератор, купить его сложно, цена завышена. Предлагаем рассмотреть, сколько стоит кавитационный прибор отопления в разных городах России и Украины:

Кавитационные вихревые теплогенераторы имеют более простые чертежи, но по эффективности несколько уступают. На данный момент существует несколько компаний-лидеров рынка: роторный гидро-ударный насос-теплогенератор «Радекс», НПП «Новые технологии», электроударный «Торнадо» и электрогидроударный «Vektorplus», мини-прибор для частного дома (ЛАТР) TSGC2-3k (3 кВА) и беларусский Юрле-К.

Фото – Теплогенератор торнадо

Продажа производится в диллерских центрах и в магазинах-партнерах в России, Кыргизстане, Беларуси и прочих странах СНГ.

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.

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