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.

Теплогенератор Ю. С. Потапова очень похож на вихревую трубу Ж. Ранке, изобретенную этим французским инженером ещё в конце 20-х годов XX века. Работая над совершенствованием циклонов для очистки газов от пыли, тот заметил, что струя газа, выходящая из центра циклона, имеет более низкую температуру, чем исходный газ, подаваемый в циклон. Уже в конце 1931 г. Ранке подаёт заявку на изобретенное устройство, названное им «вихревой трубой». Но получить патент ему удаётся только в 1934 г., и то не на родине, а в Америке (Патент США №1952281.)

Французские же учёные тогда с недоверием отнеслись к этому изобретению и высмеяли доклад Ж. Ранке, сделанный в 1933 г. на заседании Французского физического общества. Ибо по мнению этих учёных, работа вихревой трубы, в которой происходило разделение подаваемого в неё воздуха на горячий и холодный потоки как фантастическим «демоном Максвелла», противоречила законам термодинамики. Тем не менее вихревая труба работала и позже нашла широкое применение во многих областях техники, в основном для получения холода.

Для нас наиболее интересны работы ленинградца В. Е. Финько, который обратил внимание на ряд парадоксов вихревой трубы, разрабатывая вихревой охладитель газов для получения сверхнизких температур. Он объяснил процесс нагрева газа в пристеночной области вихревой трубы «механизмом волнового расширения и сжатия газа» и обнаружил инфракрасное излучение газа из ее осевой области, имеющее полосовой спектр, что потом помогло нам разобраться и с работой вихревого теплогенератора Потапова.

В вихревой трубе Ранке, схема которой приведена на рисунке 1, цилиндрическая труба 1 присоединена одним концом к улитке 2, которая заканчивается сопловым вводом прямоугольного сечения, обеспечивающим подачу сжатого рабочего газа в трубу по касательной к окружности её внутренней поверхности. С другого торца улитка закрыта диафрагмой 3 с отверстием в центре, диаметр которого существенно меньше внутреннего диметра трубы 1. Через это отверстие из трубы 1 выходит холодный поток газа, разделяющийся при его вихревом движении в трубе 1 на холодную (центральную) и горячую (периферийную) части. Горячая часть потока, прилегающая к внутренней поверхности трубы 1, вращаясь, движется к дальнему концу трубы 1 и выходит из нее через кольцевой зазор между её краем и регулировочным конусом 4.

Рисунок 1. Вихревая труба Ранке: 1-труба; 2- улитка; 3- диафрагма с отверстием в центре; 4- регулировочный конус.

Законченной и непротиворечивой теории вихревой трубы до сих пор не существует, несмотря на простоту этого устройства. «На пальцах» получается, что при раскручивании газа в вихревой трубе он под действием центробежных сил сжимается у стенок трубы, в результате чего нагревается тут, как нагревается при сжатии в насосе. А в осевой зоне трубы, наоборот, газ испытывает разрежение, и тут он охлаждается, расширяясь. Выводя газ из пристеночной зоны через одно отверстие, а из осевой — через другое, и достигают разделения исходного потока газа на горячий и холодный потоки.

Жидкости, в отличие от газов, практически не сжимаемы. Поэтому более полувека никому и в голову не приходило подать в вихревую трубу воду вместо газа или пара. И автор решился на, казалось бы, безнадёжный эксперимент — подал в вихревую трубу вместо газа воду из водопровода.

К его удивлению, вода в вихревой трубе разделилась на два потока, имеющих разные температуры. Но не на горячий и холодный, а на горячий и тёплый. Ибо температура «холодного» потока оказалась чуть выше, чем температура исходной воды, подаваемой насосом в вихревую трубу. Тщательная же калориметрия показала, что тепловой энергии такое устройство вырабатывает больше, чем потребляет электрической двигатель насоса, подающего воду в вихревую трубу.

Так родился теплогенератор Потапова .

Конструкция теплогенератора

Правильнее говорить об эффективности теплогенератора — отношении величины вырабатываемой им тепловой энергии к величине потребленной им для этого извне электрической или механической энергии. Но поначалу исследователи не могли понять, откуда и как в этих устройствах появляется избыточное тепло. Предполагали даже, что туг нарушается закон сохранения энергии.

Рисунок 2. Схема вихревого теплогенератора: 1-инжекционный патрубок; 2- улитка; 3- вихревая труба; 4- донышко; 5- спрямитель потока; 6- штуцер; 7- спрямитель потока; 8- байпас; 9- патрубок.

Вихревой теплогенератор, схема которого приведена на рисунке 2, присоединяют инжекционным патрубком 1 к фланцу центробежного насоса (на рисунке не показан), подающего воду под давлением 4-6 атм. Попадая в улитку 2, поток воды сам закручивается в вихревом движении и поступает в вихревую трубу 3, длина которой раз в 10 больше ее диаметра. Закрученный вихревой поток в трубе 3 перемещается по винтовой спирали у стенок трубы к ее противоположному (горячему) концу, заканчивающемуся донышком 4 с отверстием в его центре для выхода горячего потока. Перед донышком 4 закреплено тормозное устройство 5 — спрямитель потока, выполненный в виде нескольких плоских пластин, радиально приваренных к центральной втулке, соосной с трубой 3. В виде сверху он напоминает оперенные авиабомбы или мины.

Когда вихревой поток в трубе 3 движется к этому спрямителю 5, в осевой зоне трубы 3 рождается противоток. В нём вода, тоже вращаясь, движется к штуцеру 6, врезанному в плоскую стенку улитки 2 соосно с трубой 3 и предназначенному для выпуска «холодного» потока. В штуцере 6 изобретатель установил ещё один спрямитель потока 7, аналогичный тормозному устройству 5 Он служит для частичного превращения энергии вращения «холодного» потока в тепло. А выходящую из него тёплую воду направил по байпасу 8 в патрубок 9 горячего выхода, где она смешивается с горячим потоком, выходящим из вихревой трубы через спрямитель 5. Из патрубка 9 нагретая вода поступает либо непосредственно к потребителю, либо в теплообменник (все про ), передающий тепло в контур потребителя. В последнем случае отработанная вода первичного контура (уже с меньшей температурой) возвращается в насос, который вновь подаёт её в вихревую трубу через патрубок 1.

После тщательных и всесторонних испытаний и проверок нескольких экземпляров теплогенератора «ЮСМАР» они пришли к заключению, что ошибок нет, тепла получается действительно больше, чем вкладывается механической энергии от двигателя насоса, подающего воду в теплогенератор и являющегося единственным потребителем энергии извне в этом устройстве.

Но непонятно было, откуда появляется «лишнее» тепло. Были предположения и о скрытой огромной внутренней энергии колебаний «элементарных осцилляторов» воды, высвобождающейся в вихревой трубе, и даже о высвобождении в её неравновесных условиях гипотетической энергии физического вакуума. Но это только предположения, не подкреплённые конкретными расчетами, подтверждающими экспериментально полученные цифры. Было ясно только одно: обнаружен новый источник энергии и похоже, что это фактически даровая энергия.

В первых модификациях тепловых установок Ю. С. Потапов подсоединял свой вихревой теплонагреватель, изображённый на рисунке 2, к выпускному фланцу обыкновенного рамногоцентробежного насоса для перекачивания воды. При этом вся конструкция находилась в окружении воздуха (Если что про воздушное отопление дома своими руками) и была легко доступна для обслуживания.

Но КПД насоса, как и КПД электродвигателя, меньше ста процентов. Произведение этих КПД составляет 60-70%. Остальное — потери, идущие в основном на нагрев окружающего воздуха. А ведь изобретатель стремился греть воду, а не воздух. Поэтому он решился поместить насос и его электромотор в воду, подлежащую нагреву теплогенератором. Для этого использовал погружной (скважный) насос. Теперь тепло от нагрева мотора и насоса отдавалось уже не в воздух, а той воде, которую требовалось нагреть. Так появилось второе поколение вихревых теплоустановок.

Теплогенератор Потапова превращает в тепло часть своей внутренней энергии, а точнее часть внутренней энергии своей рабочей жидкости — воды.

Но вернёмся к серийным тепловым установкам второго поколения. В них вихревая труба по-прежнему находилась в воздухе сбоку от термоизолированного сосуда, в который был погружён скважный мотор-насос. От горячей поверхности вихревой трубы нагревался окружающий воздух, унося часть тепла, предназначавшегося для нагрева воды. Приходилось трубу обматывать стекловатой для уменьшения этих потерь. И чтобы не бороться с этими потерями трубу погрузили в тот сосуд, в котором уже находятся мотор и насос. Так появилась последняя серийная конструкция установки для нагрева воды, получившая имя «ЮСМАР» .

Рисунок 3. Схема теплоустановки «ЮСМАР-М»: 1 — вихревой теплогенератор, 2 — электронасос, 3 — бойлер, 4 — циркуляционный насос, 5 — вентилятор, 6 — радиаторы, 7 — пульт управления, 8 — датчик температуры.

Установка ЮСМАР-М

В установке «ЮСМАР-М» вихревой теплогенератор в комплекте с погружным насосом помещены в общий сосуд-бойлер с водой (см. рисунок 3) для того, чтобы потери тепла со стенок теплогенератора, а также тепло, выделяющееся при работе электродвигателя насоса, тоже шли на нагрев воды, а не терялись. Автоматика периодически включает и отключает насос теплогенератора, поддерживая температуру воды в системе (или температуру воздуха в обогреваемом помещении) в заданных потребителем пределах. Снаружи сосуд-бойлер покрыт слоем теплоизоляции, которая одновременно служит звукоизоляцией и делает практически неслышимым шум теплогенератора даже непосредственно рядом с бойлером.

Установки «ЮСМАР» предназначены для нагрева воды и подачи её в системы автономного , промышленных и административных зданий, а также в душевые, бани, на кухни, в прачечные, мойки, для обогрева сушилок сельхозпродуктов, трубопроводов вязких нефтепродуктов для предотвращения их замерзания на морозе и других промышленных и бытовых нужд.

Рисунок 4. Фото тепловой установки «ЮСМАР-М»

Установки «ЮСМАР-М» питаются от промышленной трёхфазной сети 380 В, полностью автоматизированы, поставляются заказчикам в комплекте со всем необходимым для их работы и монтируются поставщиком «под ключ».

Все эти установки имеют одинаковый сосуд-бойлер (см. рисунок 4), в который погружают вихревые трубы и мотор-насосы разной мощности, выбирая наиболее подходящие конкретному заказчику. Габариты сосуда-бойлера: диаметр 650 мм, высота 2000 мм. На эти установки, рекомендуемые для использования как в промышленности, так и в быту (для обогрева жилых помещений путем подачи горячей воды в батареи водяного отопления), имеются технические условия ТУ У 24070270,001 -96 и сертификат соответствия РОСС RU. МХОЗ. С00039.

Установки «ЮСМАР» используют на многих предприятиях и в частных домовладениях, они получили сотни похвальных отзывов от пользователей. В настоящее время Уже тысячи теплоустановок «ЮСМАР» успешно работают в странах СНГ и ряде других стран Европы и Азии.

Их использование особенно выгодно там, куда ещё не дотянулись газопроводы и где люди вынуждены использовать для нагрева воды и обогрева помещений электроэнергию, которая с каждым годом становится всё дороже.

Рисунок 5. Схема подключения тепловой установки «ЮСМАР-М» к системе водяного отопления: 1 -теплогенератор «ЮСМАР»; 2 — циркулярный насос; 3-пульт управления; 4 -терморегулятор.

Теплоустановки «ЮСМАР» позволяют экономить треть той электроэнергии, которая необходима для нагрева воды и отопления помещений традиционными методами электронагрева.

Отработаны две схемы подключения потребителей к теплоустановке «ЮСМАР-М»: непосредственно к бойлеру (см. рисунок 5) — когда расход горячей воды в системе потребителя не подвержен резким изменениям (например, для отопления здания), и через теплообменник (см. рисунок 6) — когда расход воды потребителем колеблется во времени.

У теплоустановок «ЮСМАР» нет деталей, нагревающихся до температуры свыше 100°С, что делает эти установки особенно приемлемыми с точки зрения пожарной безопасности и техники безопасности.

Рисунок 6. Схема подключения тепловой установки «ЮСМАР-М» к душевой: 1-теплогенератор «ЮСМАР»; 2 -циркулярный насос; 3- пульт управления; 4 -термодатчик, 5 — теплообменник.

Высокая стоимость отопительного оборудования заставляет многих задуматься о том, стоит ли покупать промышленную модель или лучше собрать самому. По сути теплогенератор – это несколько видоизмененный центробежный насос. Собрать такой агрегат самостоятельно по силам тому, кто имеет минимальные знания в этой отрасли. Если нет собственных разработок, то готовые схемы всегда можно найти в сети. Главное выбрать такую по которой будет несложно собрать теплогенератор своими руками. Но сначала не помешает узнать об этом приборе как можно больше.

Что представляет собой теплогенератор

Оборудование этого класса представлено двумя основными видами приборов:

• Статорным;
• Hоторным (вихревым).

Однако не так давно появились и кавитационные модели, которые возможно в скором будущем станут достойной заменой агрегатам, работающим на привычных видах топлива.

Различие между статорными и роторными приборами состоит в том, что в первом жидкость нагревается при помощи сопел, расположенных на входном и выходном отверстиях агрегата. У второго типа генераторов тепло образуется в процессе оборотов насоса, приводящих к завихрениям воды.

Смотрим видео, генератор в работе, замеры:

По эксплуатационным качествам вихревой теплогенератор собранный своими руками несколько превосходит статорный. У него теплоотдача на 30% больше. И хотя сегодня на рынке такое оборудование представлено различными модификациями, отличающимися роторами и соплами, суть их работы от этого не меняется. Исходя из этих параметров собирать теплогенератор своими силами лучше все же вихревого типа. Как это сделать будет рассмотрено ниже.

Комплектация и принцип работы

Самой простой конструкцией обладает прибор, состоящий из следующих элементов:

1. Ротора, выполненного из углеродистой стали;
2. Статора (сварного или монолитного);
3. Прижимной втулки с внутренним диаметром 28 мм;
4. Стального кольца.

Принцип работы генератора рассмотрим на примере кавитационной модели. В нем вода поступает в кавитатор, после чего он раскручивается двигателем. В процессе работы узла происходит схлопывание пузырьков воздуха в теплоносителе. При этом попавшая в кавитатор жидкость разогревается.

Для работы , собранного своими руками, используя найденные в сети чертежи устройства следует помнить, что ему требуется энергия, которая расходуется на преодоление силы трения в устройстве, образование звуковых колебаний, нагревание жидкости. Кроме того, прибор обладает практически 100% КПД.

Инструмент, необходимый для сборки агрегата

С нуля собрать такой агрегат самостоятельно невозможно, так как для его изготовления потребуется задействовать технологическое оборудование, которого у домашнего мастера просто нет. Поэтому своими руками обычно собирают лишь агрегат, в некотором роде повторяющий . Его называют прибором Потапова.

Однако даже для сборки этого устройства необходимо оборудование:

1. Дрель и набор сверл для нее;
2. Сварочный аппарат;
3. Машинка для шлифовки;
4. Ключи;
5. Крепеж;
6. Грунтовка и малярная кисть.

Кроме этого потребуется приобретение двигателя, работающего от сети в 220 В и неподвижная основа для установки на ней самого прибора.

Этапы изготовления генератора

Сборка устройства начинается с подключения к насосу, желательного напорного типа, патрубка смешивания. Его присоединяют, используя специальный фланец. В центре донышка патрубка выполняется отверстие, по которому будет выводиться горячая вода. Чтобы контролировать ее поток используется тормозящее приспособление. Оно находится перед донышком.

Но так как в системе циркулирует и холодная вода, то ее течение должно также регулироваться. Для этого используют дисковый выпрямитель. При остывании жидкости она направляется к горячему концу, где в специальном смесителе происходит ее смешивание с нагретым теплоносителем.

Далее переходят к сборке конструкции вихревого теплогенератора своими руками. Для этого использую шлифовальную машинку нарезают угольники из которых собирается основная конструкция. Как это сделать видно на расположенном ниже чертеже.

Собирать конструкцию можно двумя способами:

• Используя болты и гайки;
• При помощи сварочного аппарата.

В первом случае приготовьтесь к тому, что придется выполнить отверстия под крепеж. Для этого нужна дрель. В процессе сборки необходимо учитывать все размеры – это поможет получить агрегат с заданными параметрами.

Самый первый этап – это создание станины, на которой устанавливается двигатель. Ее собирают из железных уголков. Размеры конструкции зависят от размеров двигателя. Они могут отличаться и подбираются под конкретное устройство.

Чтобы закрепить двигатель на собранной станине потребуется еще один угольник. Он будет выполнять роль поперечины в конструкции. При выборе двигателя специалисты рекомендуют обращать внимание на его мощность. От этого параметра зависит количество нагреваемого теплоносителя.

Смотрим видео, этапы сборки теплогенератора:

Последний этап сборки – это покраска рамы и подготовка отверстий для установки агрегата. Но прежде, чем приступать к монтажу насоса следует рассчитать его мощность. Иначе двигатель может не справиться с запуском установки.

После того, как все комплектующие подготовлены насос присоединяется к отверстию из которого поступает под давлением вода и агрегат готов к работе. Теперь, используя второй патрубок его подсоединяют к отопительной системе.

Эта модель одна из самых простых. Но если есть желание регулировать температуру теплоносителя, то устанавливают запирающее устройство. Также могут использоваться электронные устройства контроля, но следует учитывать, что стоят они достаточно дорого.

Подключение прибора к системе происходит следующим образом. Сначала его подсоединяют к отверстию, по которому поступает вода. Она при этом находится под давлением. Второй патрубок используется для непосредственного подсоединения к системе отопления. Чтобы изменять температуру теплоносителя за патрубком находится запирающее устройство. При его перекрытии температура в системе постепенно увеличивается.

Могут использоваться и дополнительные узлы. Однако стоимость такого оборудования достаточно высокая.

Смотрим видео, конструкция после изготовления:

Корпус будущего генератора можно выполнить сварным. А детали к нему по вашим чертежам выточит любой токарь. Обычно он имеет форму цилиндра, закрытого с обеих сторон. По сторонам корпуса выполняются сквозные отверстия. Они нужны для подсоединения агрегата к системе отопления. Внутри корпуса помещают жиклер.

Наружную крышку генератора обычно изготавливают из стали. Затем в ней выполняются отверстия под болты и центральное, к которому впоследствии приваривается штуцер для подачи жидкости.

На первый взгляд кажется, что ничего сложного в сборке теплогенератора своими руками на дровах нет. Но на самом деле эта задача не такая уже и легкая. Конечно, если не спешить и хорошо изучить вопрос, то справиться можно. Но при этом очень важна точность размеров выточенных деталей. И особого внимания требует изготовление ротора. Ведь в случае, если он будет выточен неправильно агрегат станет работать с высоким уровнем вибрации, что негативно скажется на всех деталях. Но большего всего в такой ситуации страдают подшипники. Они будут очень быстро разбиваться.

Только правильно собранный теплогенератор будет работать эффективно. При этом его КПД может достигать 93%. Поэтому специалисты советуют.

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.

Изготовление теплогенератора своими руками – достаточно сложный и кропотливый процесс. Как правило, данное устройство необходимо для обеспечения экономного отопления в жилищах. Тепловые генераторы бывают 2 конструкций: статические и роторные. В первом случае в качестве главного элемента нужно использовать сопло. В роторном генераторе для создания кавитации следует использовать электродвигатель.

Этот агрегат представляет собой модернизированный центробежный насос, точнее его корпус, который будет служить в качестве статора. Не обойтись и без рабочей камеры и патрубков.

Внутри корпуса нашей гидродинамической конструкции стоит маховик в качестве рабочего колеса. Существует огромное количество разнообразных роторных конструкций генераторов тепла. Самой простой среди них является конструкция с диском.

На цилиндрическую поверхность диска ротора наноситься необходимое количество отверстий, которые должны иметь определенный диаметр и глубину. Их принято называть «ячейки Григгса». Стоит отметить, что размеры и количество просверленных отверстий будут изменяться в зависимости от калибра роторного диска и частоты вращения вала электромотора.

Корпус такого источника тепла чаще всего изготавливают в виде пустотелого цилиндра. По сути – это обычная труба с заваренными фланцами на концах. Зазор между внутренней частью корпуса и маховиком будет очень мал (примерно 1,5-2 мм).

Непосредственный подогрев воды будет происходить именно в данном зазоре. Нагревание жидкости получается за счет ее трения о поверхность ротора и корпуса одновременно, при этом диск маховика движется практически на предельных скоростях.

Кавитационные (образование пузырей) процессы, которые происходят в роторных ячейках, оказывают большое влияние на нагрев жидкости.

Роторный теплогенератор - это модернизированный центробежный насос, точнее его корпус, который будет служить в качестве статора

Как правило, диаметр диска в данном типе генераторов тепла составляет 300 мм, а скорость вращения гидроустройства 3200 оборотов в минуту. В зависимости от размеров ротора частота вращения будет различаться.

Анализируя конструкцию данной установки можно сделать вывод, что ее ресурс функционирования достаточно мал. Из-за постоянного нагрева и абразивного действия воды зазор постепенно расширяется.

Стоит отметить, что роторные теплогенераторы при работе создают сильный шум. Однако, в сравнении с другими гидроустройствами (статического типа) они производительнее на 30%.

Изготовление вихревого теплогенератора Потапова

Разработано множество других устройств, действующих совсем на иных принципах. Например, вихревые теплогенераторы Потапова, изготовленные своими руками. Их называют статическими условно. Это обуславливается тем, что гидроустройство не имеет вращающихся частей в конструкции. Как правило, вихревые теплогенераторы получают тепло с помощью насоса и электродвигателя.

Самым главным этапом в процессе выполнения такого источника тепла своими руками будет выбор двигателя. Его следует выбирать в зависимости от напряжения. Существуют множественные чертежи и схемы вихревого генератора тепла, изготовленного своими руками, на которых продемонстрированы методы подключения электродвигателя с напряжением 380 Вольт к сети 220.

Сборка рамы и установка двигателя

Монтаж источника тепла Потапова своими руками начинается с установки электродвигателя. Сначала закрепите его на станине. Затем при помощи угловой шлифовальной машинки изготовьте уголки. Нарежьте их из подходящего угольника. После изготовления 2-3 угольников закрепите их на поперечину. Затем при помощи сварочного аппарата соберите прямоугольную конструкцию.

Если под рукой не оказалось сварочного аппарата – резать угольники не нужно. Просто в местах предполагаемого сгиба выпилите треугольники. Затем согните угольники, применив тиски. Для закрепления используйте болты, заклепки и гайки.

После сборки можно окрасить раму и просверлить отверстия в каркасе для установки двигателя.

Установка насоса

Следующим немаловажным элементом нашей вихревой гидроконструкции будет насос. В наши дни в специализированных магазинах вы можете без труда приобрести агрегат любой мощности. При его выборе внимательно следите за 2 вещами:

1. Он должен быть центробежным.
2. Выбирайте такой агрегат, который будет оптимально работать с вашим электродвигателем.

После того, как вы приобрели насос, закрепите его на раме. Если не хватает поперечин – изготовьте еще 2-3 уголка. Кроме этого, нужно будет обязательно найти соединительную муфту. Ее можно выточить на токарном станке либо приобрести в любом хозяйственном магазине.

Вихревой кавитационный теплогенератор Потапова на дровах, изготовленный своими руками, состоит из корпуса, который выполнен в виде цилиндра. Стоит отметить, что на его концах обязательно должны присутствовать сквозные отверстия и патрубки, иначе вы не сможете правильно присоединить гидроконструкцию к системе отопления.

Сразу за входным патрубком вставьте жиклер. Он подбирается индивидуально. Однако помните, что его отверстие должно быть в 8-10 раз меньше, чем диаметр трубы. При изготовлении слишком маленького отверстия насос будет перегреваться и не сможет обеспечить правильную циркуляцию воды.

Кроме этого, вследствие парообразования вихревой кавитационный теплогенератор Потапова на дровах будет сильно подвержен гидроабразивному изнашиванию.

Как изготовить трубу

Процесс изготовления этого элемента источника тепла Потапова на дровах будет происходить в несколько этапов:

1. Сначала с помощью болгарки отрежьте кусок трубы диаметром 100 мм. Длина заготовки должна быть не менее 600-650 мм.
2. Затем сделайте в заготовке внешнюю проточку и нарежьте резьбу.
3. После этого изготовьте два кольца длиной 60 мм. калибр колец должен соответствовать диаметру трубы.
4. Затем нарежьте резьбу для полуколец.
5. Следующий этап – изготовление крышек. Их необходимо приварить со стороны колец, где нет резьбы.
6. Далее просверлите в крышках центральное отверстие.
7. Затем с помощью сверла большого калибра изготовьте фаску с внутренней стороны крышки.

После проделанных операций следует подключить кавитационный теплогенератор на дровах к системе. В отверстие насоса, откуда подается вода, вставьте патрубок с форсункой. Другой штуцер соедините с системой отопления. Выход из гидросистемы присоедините к насосу.

Если вы хотите регулировать температуру жидкости – установите прямо за патрубком шаровой механизм. С его помощью теплогенератор Потапова на дровах будет значительно дольше прогонять воду по всему устройству.

Можно ли повысить производительность источника тепла Потапова

В этом устройстве, как и в любой гидросистеме, происходит потеря тепла. Поэтому желательно насос окружить водной «рубашкой». Для этого сделайте теплоизолирующий корпус. Внешний калибр такого защитного устройства сделайте больше, чем диаметр вашего насоса.

В качестве заготовки для теплоизоляции можно использовать готовую 120 мм трубу. Если у вас нет такой возможности – вы можете своими руками сделать параллелепипед с помощью листовой стали. Размеры фигуры должны быть такими, чтобы в нее без труда помещалась вся конструкция генератора.

Заготовка должна быть изготовлена только из качественных материалов, чтобы без проблем выдерживать высокое давление в системе.

Для того чтобы еще больше снизить потери тепла вокруг корпуса, сделайте теплоизоляцию, которую в последствии можно будет обшить кожухом из жести.

В качестве изолятора можно использовать абсолютно любой материал, который способен выдерживать температуру кипения воды.

Изготовление теплоизолятора будет происходить в несколько этапов:

1. Сначала соберите устройство, которое будет состоять из насоса, соединительного патрубка, генератора тепла.
2. После этого подберите оптимальные габариты теплоизоляционного устройства и найдите трубу подходящего калибра.
3. Затем изготовьте крышки с двух сторон.
4. После этого надежно закрепите внутренние механизмы гидросистемы.
5. В конце сделайте входное отверстие и закрепите (приварите или вкрутите) в него патрубок.

После проделанных операций на конце гидротрубы приварите фланец. Если у вас возникают трудности с монтированием внутренних механизмов – можно выполнить каркас.

Обязательно проверьте герметичность узлов генератора тепла и вашу гидросистему на протеки. В конце не забудьте отрегулировать температуру с помощью шаровика.

Защита от мороза

Прежде всего, сделайте кожух утеплителя. Для этого возьмите оцинкованную жесть либо тонкий лист алюминия. Вырежьте два прямоугольника. Помните, что гнуть лист необходимо на оправке большего диаметра. Еще можно производить гибку материала на поперечине.

Для начала положите вырезанный лист и прижмите его сверху деревянным бруском. Другой рукой нажмите на лист таким образом, чтобы по всей длине образовался небольшой изгиб. Затем немного подвиньте вашу заготовку вбок и продолжайте гнуть ее до тех пор, пока не получится пустотелый цилиндр.

После этого сделайте крышку для кожуха. Желательно обмотать всю термоизоляционную конструкцию специальным теплостойким материалом (стекловатой и т.д.), который необходимо впоследствии закрепить с помощью проволоки.

Инструменты и приборы

Материалы

1. Проволока.
2. Тонкий лист алюминия.
3. Труба диаметром 300 мм.
4. Замок.
5. Утеплительные материалы.
6. Оцинкованная жесть.

В заключение стоит отметить, что теплогенераторы помогут вам сэкономить внушительную сумму денег. Однако для рациональной работы устройства необходимо со всей ответственностью подойти к процессу изготовления теплоизолятора и обшивки.