Тази статия описва как да направите сами топлинен генератор.

Подробно е описан принципът на работа на статичен топлогенератор и резултатите от изследването му, дадени са препоръки за неговото изчисляване и избор на компоненти.

Идеята за създаване

Какво да направите, ако нямате достатъчно пари за закупуване на топлогенератор? Как да си го направите сами? Ще ви разкажа за собствения си опит по този въпрос.

Идеята да направим собствен топлогенератор ни хрумна след като се запознахме с различните видове топлогенератори. Дизайнът им изглеждаше доста прост, но не напълно обмислен.

Има два известни дизайна на такива устройства: въртящи се и статични. В първия случай роторът се използва за създаване на кавитация, както можете да познаете от името, във втория основният елемент на устройството е дюза. За да направите избор в полза на една от опциите за дизайн, нека сравним двата дизайна.

Ротационен генератор на топлина

Какво е ротационен генератор на топлина? По същество той е леко модифициран центробежна помпаТоест има тяло на помпата (което в случая е статор) с входящи и изходящи тръби и работна камера, вътре в която има ротор, който действа като работно колело. Основната разлика от конвенционалната помпа е роторът. Има много дизайни на ротори на вихрови топлинни генератори и, разбира се, няма да ги опишем всички. Най-простият от тях е диск, върху чиято цилиндрична повърхност са пробити множество глухи отвори с определена дълбочина и диаметър. Тези дупки се наричат ​​клетки на Григс, кръстени на американския изобретател, който пръв тества ротационен генератор на топлина с този дизайн. Броят и размерите на тези клетки се определят въз основа на размера на роторния диск и скоростта на въртене на електродвигателя, който го задвижва във въртене. Статорът (известен още като корпус на топлогенератора) като правило е направен под формата на кух цилиндър, т.е. тръба, запушена от двете страни с фланци.В този случай разстоянието между вътрешната стена на статора и ротора е много малко и възлиза на 1...1,5 mm.

Водата се нагрява в пролуката между ротора и статора. Това се улеснява от неговото триене върху повърхността на статора и ротора, по време на бързото въртене на последния. И разбира се, кавитационните процеси и турбулентността на водата в роторните клетки играят важна роля при нагряването на водата. Скоростта на въртене на ротора обикновено е 3000 rpm с диаметър 300 mm. Тъй като диаметърът на ротора намалява, е необходимо да се увеличи скоростта на въртене.

Не е трудно да се досетите, че въпреки своята простота, такъв дизайн изисква доста висока производствена точност. И е очевидно, че ще се изисква балансиране на ротора. Освен това трябва да решим проблема с уплътняването на вала на ротора. Естествено, уплътнителните елементи изискват редовна подмяна.

От горното следва, че ресурсът на такива инсталации не е толкова голям. В допълнение към всичко останало, работата на ротационните топлинни генератори е придружена от повишен шум. Въпреки че имат 20-30% по-голяма производителност в сравнение със статичните генератори на топлина. Ротационните топлинни генератори дори могат да произвеждат пара. Но дали това е предимство за кратък експлоатационен живот (в сравнение със статичните модели)?

Генератор на статична топлина

Вторият тип генератор на топлина се нарича статичен. Това се дължи на липсата на въртящи се части в конструкцията на кавитатора. За създаване на кавитационни процеси се използват различни видове дюзи. Най-често използваната е така наречената дюза на Лавал

За да възникне кавитация, е необходимо да се осигури висока скорост на движение на течността в кавитатора. За това се използва конвенционална центробежна помпа. Помпата създава налягане на течността пред дюзата, тя се втурва в отвора на дюзата, който има значително по-малко напречно сечение от захранващия тръбопровод, което осигурява висока скорост на изхода на дюзата. Поради рязкото разширяване на течността на изхода на дюзата възниква кавитация. Това също се улеснява от триенето на течността върху повърхността на канала на дюзата и турбуленцията на водата, която се получава, когато струята внезапно издърпа от дюзата. Тоест, водата се нагрява по същите причини като в ротационен топлинен генератор, но с малко по-ниска ефективност.

Дизайнът на статичен топлинен генератор не изисква високо прецизно производство на части. Механичната обработка при производството на тези части е сведена до минимум в сравнение с дизайна на ротора. Поради липсата на въртящи се части, проблемът с уплътняването на чифтосващи се възли и части се решава лесно. Балансирането също не е необходимо. Експлоатационният живот на кавитатора е значително по-дълъг (5 години гаранция) Дори ако дюзата достигне края на експлоатационния си живот, производството и подмяната й ще изискват значително по-ниски разходи за материали (роторният топлогенератор в такъв случай по същество ще има да бъдат произведени наново).

Може би най-важният недостатък на статичния генератор на топлина е цената на помпата. Въпреки това, разходите за производство на топлинен генератор с този дизайн практически не се различават от ротационната версия и ако си спомним за експлоатационния живот на двете инсталации, тогава този недостатък ще се превърне в предимство, защото ако кавитаторът бъде заменен, помпата не се нуждае от смяна.

По този начин ще изберем топлогенератор със статичен дизайн, особено след като вече имаме помпа и няма да се налага да харчим пари за нейното закупуване.

Производство на топлогенератори

Избор на помпа

Нека започнем с избора на помпа за топлинния генератор. За да направите това, нека определим неговите работни параметри. Дали тази помпа е циркулационна или помпа за повишаване на налягането не е от основно значение. На снимката на фигура 6 се използва циркулационна помпа със сух ротор на Grundfos. Важни са работното налягане, производителността на помпата и максимално допустимата температура на изпомпваната течност.

Не всички помпи могат да се използват за изпомпване на течности с висока температура. И ако не обърнете внимание на този параметър при избора на помпа, нейният експлоатационен живот ще бъде значително по-малък от обявения от производителя.

Ефективността на топлинния генератор ще зависи от размера на налягането, развито от помпата. Тези. колкото по-голямо е налягането, толкова по-голям е спадът на налягането, осигурен от дюзата. В резултат на това по-ефективно е нагряването на течността, изпомпвана през кавитатора. Въпреки това, не трябва да преследвате максимални числа в техническите характеристики на помпите. Вече при налягане в тръбопровода пред дюзата, равно на 4 atm, ще бъде забележимо повишаване на температурата на водата, макар и не толкова бързо, колкото при налягане от 12 atm.

Производителността на помпата (обемът на течността, която изпомпва) практически не оказва влияние върху ефективността на отоплението на водата. Това се дължи на факта, че за да се осигури спад на налягането в дюзата, ние правим нейното напречно сечение значително по-малко от номиналния диаметър на тръбопровода на веригата и дюзите на помпата. Дебитът на течността, изпомпвана през кавитатора, няма да надвишава 3...5 m3/h, т.к Всички помпи могат да осигурят най-високото налягане само при най-нисък дебит.

Мощността на работната помпа на топлинния генератор ще определи коефициента на преобразуване на електрическата енергия в топлинна енергия. Прочетете повече за коефициента на преобразуване на енергия и неговото изчисляване по-долу.

При избора на помпа за нашия топлогенератор разчитахме на нашия опит с инсталациите Warmbotruff (този топлогенератор е описан в статията за еко-къщата). Знаехме, че топлогенераторът, който инсталирахме, използва помпа WILO IL 40/170-5.5/2 (виж фиг. 6). Това е циркулационна помпа със сух ротор Inline с мощност 5,5 kW, максимално работно налягане 16 atm, осигуряваща максимален напор 41 m (т.е. осигурява спад на налягането 4 atm). Подобни помпи се произвеждат и от други производители. Например, Grundfos произвежда аналог на такава помпа - това е модел TP 40-470/2.

Фигура 6 - Работна помпа на топлинния генератор “Warmbotruff 5.5A”

И все пак, след като сравнихме работните характеристики на тази помпа с други модели, произведени от същия производител, избрахме центробежната многостъпална помпа с високо налягане MVI 1608-06/PN 16. Тази помпа осигурява повече от два пъти по-високо налягане със същия двигател мощност, въпреки че струва почти 300 € повече.

Сега има чудесна възможност да спестите пари, като използвате китайския еквивалент. В крайна сметка китайските производители на помпи непрекъснато подобряват качеството на фалшификатите на световноизвестни марки и разширяват гамата си. Цената на китайския "grundfos" често е няколко пъти по-малка, докато качеството не винаги е толкова по-лошо, а понякога не е много по-ниско.

Разработка и производство на кавитатор

Какво е кавитатор? Има огромен брой дизайни на статични кавитатори (можете да проверите това в Интернет), но в почти всички случаи те са направени под формата на дюза. Като правило, дюзата на Laval се взема като основа и се модифицира от дизайнера. Класическата дюза на Лавал е показана на фиг. 7.

Първото нещо, на което трябва да обърнете внимание, е напречното сечение на канала между дифузора и конфузора.

Не стеснявайте твърде много напречното му сечение, опитвайки се да осигурите максимален спад на налягането. Разбира се, когато водата напусне отвор с малко напречно сечение и влезе в разширителната камера, ще се постигне най-голяма степен на разреждане и следователно по-активна кавитация. Тези. Водата ще се загрее до по-висока температура с едно преминаване през дюзата. Въпреки това, обемът на водата, изпомпана през дюзата, ще бъде твърде малък и когато се смеси със студена вода, тя ще предаде недостатъчно топлина към нея. Така общият обем на водата ще се нагрява бавно. В допълнение, малкото напречно сечение на канала ще допринесе за проветряването на водата, влизаща във входящата тръба на работещата помпа. В резултат на това помпата ще работи по-шумно и може да се получи кавитация в самата помпа, а това вече са нежелани явления. Защо това се случва ще стане ясно, когато разгледаме дизайна на хидродинамичната верига на топлинния генератор.

Най-добра производителност се постига при диаметър на отвора на канала 8-15 mm. В допълнение, ефективността на нагряване също ще зависи от конфигурацията на разширителната камера на дюзата. Така преминаваме към втората важна точка в дизайна на дюзата - разширителната камера.

Кой профил да изберете? Освен това, това не са всички възможни опции за профили на дюзи. Ето защо, за да определим дизайна на дюзата, решихме да прибегнем до математическо моделиране на потока на течността в тях. Ще представя някои резултати от моделирането на дюзите, показани на фиг. 8.

Фигурите показват, че тези конструкции на дюзи позволяват кавитационно нагряване на течности, изпомпвани през тях. Те показват, че при протичане на течност се образуват зони с високо и ниско налягане, които причиняват образуването на кухини и последващото им срутване.

Както може да се види от фигура 8, профилът на дюзата може да бъде много различен. Вариант а) е по същество класически профил на дюза на Лавал. С помощта на такъв профил можете да променяте ъгъла на отваряне на разширителната камера, като по този начин променяте характеристиките на кавитатора. Обикновено стойността е в диапазона от 12...30°. Както се вижда от диаграмата на скоростта на фиг. 9 такава дюза осигурява най-висока скорост на движение на течността. Въпреки това, дюза с такъв профил осигурява най-малък спад на налягането (виж фиг. 10). Най-голямата турбуленция ще се наблюдава вече на изхода на дюзата (виж Фиг. 11).

Очевидно вариант b) ще създаде по-ефективно вакуум, когато течността изтича от канала, свързващ камерата за разширение с камерата за компресия (виж Фиг. 9). Скоростта на потока на течността през тази дюза ще бъде най-малката, както се вижда от диаграмата на скоростта, показана на фиг. 10. Турбуленцията в резултат на преминаването на течност през дюзата на втория вариант според мен е най-оптималната за загряване на вода. Появата на вихър в потока започва още на входа на междинния канал, а на изхода от дюзата започва втората вълна на вихрово образуване (виж фиг. 11). Въпреки това, такава дюза е малко по-трудна за производство, т.к ще трябва да шлайфате полусфера.

Профилна дюза c) е опростена предишна версия. Можеше да се очаква, че последните два варианта ще имат подобни характеристики. Но диаграмата за промяна на налягането, показана на фиг. 9 показва, че разликата ще бъде най-голямата от трите опции. Скоростта на флуидния поток ще бъде по-висока, отколкото във втората версия на дюзата и по-ниска, отколкото в първата (виж фиг. 10). Турбуленцията, която възниква, когато водата се движи през тази дюза, е сравнима с втората опция, но образуването на вихър се случва по различен начин (виж Фиг. 11).

Като пример съм дал само най-лесните за производство профили на дюзи. И трите варианта могат да се използват при проектирането на топлогенератор и не може да се каже, че един от вариантите е правилен, а другите не. Можете сами да експериментирате с различни профили на дюзите. За да направите това, не е необходимо веднага да ги правите от метал и да провеждате истински експеримент. Това не винаги е оправдано. Първо, можете да анализирате изобретената от вас дюза във всяка от програмите, които симулират движение на течност. Използвах приложението COSMOSFloWorks, за да анализирам дюзите, показани на снимката по-горе. Опростена версия на това приложение е включена в системата за компютърно проектиране SolidWorks.

В експеримента за създаване на наш собствен модел на топлогенератор използвахме комбинация от прости дюзи (виж Фиг. 12).

Има много по-сложни дизайнерски решения, но не виждам смисъл да ги представям всички. Ако наистина се интересувате от тази тема, винаги можете да намерите други дизайни на кавитатори в Интернет.

Изработка на хидродинамична верига

След като решихме дизайна на дюзата, преминаваме към следващия етап: производството на хидродинамичната верига. За да направите това, първо трябва да начертаете електрическа схема. Направихме го много просто, като начертахме диаграма на пода с тебешир (виж Фиг. 13)

1. Манометър на изхода на дюзата (измерва налягането на изхода на дюзата).
2. Термометър (измерва температурата на входа на системата).
3. Клапан за обезвъздушаване (Премахва въздушния затвор от системата).
4. Изходна тръба с кран.
5. Калъф за термометър.
6. Входен канал с кран.
7. Маншон за термометър на входа.
8. Манометър на входа на дюзата (измерва налягането на входа на системата).

Сега ще опиша дизайна на веригата. Това е тръбопровод, чийто вход е свързан към изходната тръба на помпата, а изходът към входа. В този тръбопровод е заварена дюза 9, тръби за свързване на манометри 8 (преди и след дюзата), ръкави за монтиране на термометър 7.5 (ние не заварихме резби за ръкавите, а просто ги заварихме), фитинг за въздуха вентилационен вентил 3 (използвахме обикновен Sharkran, фитинги за контролния вентил и фитинги за свързване на отоплителния кръг.

На диаграмата, която начертах, водата се движи обратно на часовниковата стрелка. Водата се подава към веригата през долната тръба (кран тип акула с червен маховик и възвратен клапан), а водата се изпуска от нея през горната тръба (кран тип акула с червен маховик). Разликата в налягането се регулира от клапан, разположен между входната и изходящата тръба. На снимката фиг. 13 е показано само на диаграмата и не лежи до обозначението си, т.к вече сме го завинтили върху проводниците, като преди това сме навили уплътнението (виж фиг. 14).

За да направим веригата, взехме тръба DN 50, защото... Свързващите тръби на помпата имат същия диаметър. В същото време направихме входните и изходните тръби на веригата, към която е свързан отоплителният кръг, от тръба DN 20. Какво получихме в крайна сметка можете да видите на фиг. 15.

Снимката показва помпа с двигател 1 kW. Впоследствие я заменихме с описаната по-горе помпа от 5,5 kW.

Гледката, разбира се, не беше от най-естетическите, но не сме си поставяли такава задача. Може би някой от читателите ще попита защо размерът на контура е толкова голям, защото може да бъде направен по-малък? Възнамеряваме донякъде да разпръснем водата поради дължината на тръбата пред дюзата. Ако търсите в интернет, вероятно ще намерите изображения и диаграми на първите модели топлинни генератори. Почти всички работеха без дюзи. Ефектът от нагряване на течността се постига чрез ускоряването й до доста високи скорости. За тази цел малки по височина цилиндри с тангенциален входИ коаксиален изход.

Ние не използвахме този метод за ускоряване на водата, но решихме да направим нашия дизайн възможно най-прост. Въпреки че имаме мисли как да ускорим течността с този дизайн на веригата, повече за това по-късно.

На снимката все още не е завинтен манометъра пред щуцера и адаптера с маншон за термометъра, който се монтира пред водомера (тогава още не беше готов). Остава само да инсталирате липсващите елементи и да продължите към следващия етап.

Стартиране на топлинния генератор

Мисля, че няма смисъл да говорим как да свържете двигателя на помпата и отоплителния радиатор. Въпреки че не подходихме към въпроса за свързването на електрическия мотор по напълно стандартен начин. Тъй като у дома обикновено се използва еднофазна мрежа, а индустриалните помпи се произвеждат с трифазен двигател, решихме да използваме честотен преобразувател, предназначени за еднофазна мрежа. Това също направи възможно увеличаването на скоростта на въртене на помпата над 3000 об./мин. и след това намерете резонансната честота на въртене на помпата.

За параметризиране на честотния преобразувател се нуждаем от лаптоп с COM порт за параметризиране и управление на честотния преобразувател. Самият преобразувател е монтиран в контролен шкаф, където е предвидено отопление за зимни условия на работа и вентилация за летни условия на работа. За вентилация на шкафа използвахме стандартен вентилатор, а за отопление на шкафа използвахме 20 W нагревател.

Честотният преобразувател ви позволява да регулирате честотата на помпата в широк диапазон, както под основната, така и над основната. Честотата на двигателя може да се увеличи не повече от 150%.

В нашия случай можете да увеличите скоростта на двигателя до 4500 об / мин.

Можете за кратко да повишите честотата до 200%, но това води до механично претоварване на двигателя и увеличава вероятността от повреда. Освен това честотният преобразувател предпазва двигателя от претоварване и късо съединение. Също така честотният преобразувател ви позволява да стартирате двигателя с определено време за ускорение, което ограничава ускорението на лопатките на помпата по време на стартиране и ограничава стартовите токове на двигателя. Честотният преобразувател е монтиран в стенен шкаф (виж Фиг. 16).

Всички елементи за управление и индикация са разположени на предния панел на шкафа за управление. Работните параметри на системата се показват на предния панел (на устройството MTM-RE-160).

Устройството има възможност да записва показания от 6 различни канала аналогови сигнали през целия ден. В този случай ние записваме температурните показания на входа на системата, температурните показания на изхода на системата и параметрите на налягането на входа и изхода на системата.

Настройката на скоростта на главната помпа се извършва с помощта на устройства MTM-103.С зелени и жълти бутони се стартират и спират двигателите на работната помпа на топлогенератора и циркулационната помпа. Планираме да използваме циркулационна помпа, за да намалим консумацията на енергия. В крайна сметка, когато водата се загрее до зададената температура, циркулацията все още е необходима.

Когато използвате честотен преобразувател Micromaster 440, можете да използвате специална програма Starter, за да параметризирате преобразувателя, като го инсталирате на лаптоп (вижте фиг. 18).

Първо в програмата се въвеждат първоначалните данни на двигателя, записани на табелката (табелка с фабричните параметри на двигателя, прикрепена към статора на двигателя).Такива данни включват

• Номинална мощност R kW,
• Номинален ток I ном.,
• косинус,
• Тип двигател,
• Номинална скорост на въртене N ном.

След това започва автоматичното откриване на двигателя и честотният преобразувател сам определя необходимите параметри на двигателя. След това помпата е готова за работа.

Тест на топлогенератора

След като инсталацията е свързана, можете да започнете тестването. Стартираме електрическия мотор на помпата и, като наблюдаваме показанията на манометрите, настройваме необходимия спад на налягането. За тази цел във веригата е предвиден клапан, разположен между входната и изходящата тръба. Чрез завъртане на дръжката на вентила настройваме налягането в тръбопровода след дюзата в диапазона 1,2…1,5 atm. В участъка на веригата между входа на дюзата и изхода на помпата оптималното налягане ще бъде в диапазона 8…12 atm.

Помпата успя да ни осигури налягане на входа на дюзата от 9,3 атм. След като настроихме налягането на изхода на дюзата на 1,2 atm, оставихме водата да тече в кръг (затворихме изходния клапан) и отбелязахме времето. Докато водата се движи по веригата, регистрирахме повишаване на температурата от приблизително 4°C на минута. Така след 10 минути вече сме загряли водата от 21°C до 60°C. Обемът на веригата с монтирана помпа беше почти 15 л. Консумацията на електроенергия беше изчислена чрез измерване на тока. От тези данни можем да изчислим коефициента на преобразуване на енергия.

KPI = (C*m*(Tk-Tn))/(3600000*(Qk-Qn));

• C - специфичен топлинен капацитет на водата, 4200 J/(kg*K);
• m е масата на нагрятата вода, kg;
• Tn - начална температура на водата, 294° K;
• Tk - крайна температура на водата, 333° K;
• Qn - първоначални показания на електромера, 0 kWh;
• Qk - крайни показания на електромера, 0,5 kWh.

Нека заместим данните във формулата и да получим:

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

Това означава, че консумирайки 5 kWh електроенергия, нашият топлогенератор произвежда 1365 пъти повече топлина, а именно 6825 kWh. Така можем спокойно да твърдим валидността на тази идея. Тази формула не взема предвид ефективността на двигателя, което означава, че действителният коефициент на трансформация ще бъде още по-висок.

При изчисляване на топлинната мощност, необходима за отопление на нашата къща, ние изхождаме от общоприетата опростена формула. Според тази формула, при стандартна височина на тавана (до 3 m), нашият регион изисква 1 kW топлинна мощност на всеки 10 m 2. Така за нашата къща с площ 10x10 = 100 m 2, 10 kW топлинна ще се изисква мощност. Тези. един топлинен генератор с мощност 5,5 kW не е достатъчен за отопление на тази къща, но това е само на пръв поглед. Ако все още не сте забравили, за отопление на стаята ще използваме система „топъл под“, която спестява до 30% от консумираната енергия. От това следва, че 6,8 kW топлинна енергия, генерирана от топлинния генератор, трябва да е достатъчна за отопление на къщата. В допълнение, последващото свързване на термопомпа и слънчев колектор ще ни позволи допълнително да намалим разходите за енергия.

Заключение

В заключение бих искал да предложа една спорна идея за обсъждане.

Вече споменах, че в първите топлинни генератори водата се ускорявала чрез придаване на въртеливо движение в специални цилиндри. Знаете, че не сме тръгнали по този път. И все пак, за да се увеличи ефективността, е необходимо освен постъпателното движение, водата да придобие и ротационно движение. В същото време скоростта на движение на водата се увеличава значително. Подобна техника се използва в състезания за бързо изпиване на бутилка бира. Преди да се изпие, бирата в бутилката се разбърква старателно. И течността се излива през тясна шийка много по-бързо. И ние измислихме идея как можем да се опитаме да направим това, без на практика да променяме съществуващия дизайн на хидродинамичната верига.

За да придадем на водата въртеливо движение, ще използваме статор на асинхронен двигателс кафезен роторводата, преминала през статора, трябва първо да се магнетизира. За това можете да използвате соленоид или постоянен пръстеновиден магнит. По-късно ще ви разкажа какво излезе от тази идея, защото сега, за съжаление, няма възможност да правите експерименти.

Имаме и идеи как да подобрим нашата дюза, но и за това ще говорим след експерименти и патентоване, ако са успешни.

Различни начини за пестене на енергия или получаване на безплатно електричество остават популярни. Благодарение на развитието на интернет информацията за всякакви „чудотворни изобретения“ става все по-достъпна. Един дизайн, загубил популярност, се заменя с друг.

Днес ще разгледаме т. нар. вихров кавитационен генератор – устройство, чиито изобретатели ни обещават високоефективно отопление на помещениетов който е инсталиран. Какво е? Това устройство използва ефекта на нагряване на течност по време на кавитация - специфичен ефект от образуването на парни микромехурчета в области на локално намаляване на налягането в течността, което се случва или когато работното колело на помпата се върти, или когато течността е изложена на звукови вибрации. Ако някога сте използвали ултразвукова вана, може би сте забелязали как съдържанието й забележимо се нагрява.

В интернет има статии за вихрови генератори от ротационен тип, чийто принцип е да създават области на кавитация, когато работно колело със специфична форма се върти в течност. Това решение жизнеспособно ли е?

Да започнем с теоретични изчисления. В този случай ние изразходваме електроенергия за работа на електродвигателя (среден КПД - 88%) и частично изразходваме получената механична енергия за триене в уплътненията на кавитационната помпа и частично за нагряване на течността поради кавитация. Тоест във всеки случай само част от изхабената електроенергия ще се преобразува в топлина. Но ако си спомните, че ефективността на конвенционален нагревателен елемент е от 95 до 97 процента, става ясно, че няма да има чудо: много по-скъпа и сложна вихрова помпа ще бъде по-малко ефективна от обикновена нихромна спирала.

Може да се твърди, че при използване на нагревателни елементи е необходимо да се въведат допълнителни циркулационни помпи в отоплителната система, докато вихрова помпа може да изпомпва самата охлаждаща течност. Но, колкото и да е странно, създателите на помпи се борят с появата на кавитация, която не само значително намалява ефективността на помпата, но и причинява нейната ерозия. Следователно помпата за топлогенератор трябва не само да бъде по-мощна от специализирана трансферна помпа, но също така ще изисква използването на по-модерни материали и технологии, за да осигури сравним ресурс.

Структурно нашата дюза Laval ще изглежда като метална тръба с тръбна резба в краищата, което позволява свързването й към тръбопровод чрез резбови съединители. За да направите тръбата, ще ви трябва струг.

• Формата на самата дюза или по-точно нейната изходяща част може да се различава по дизайн. Вариант "а" е най-лесният за производство и неговите характеристики могат да се променят чрез промяна на ъгъла на изходния конус в рамките на 12-30 градуса. Въпреки това, този тип дюза осигурява минимално съпротивление на потока на флуида и, следователно, най-малко кавитация в потока.
• Вариант "b" е по-труден за производство, но поради максималния спад на налягането на изхода на дюзата той също ще създаде най-голяма турбуленция на потока. Условията за възникване на кавитация в този случай са оптимални.
• Вариант "c" е компромис по отношение на сложността на производството и ефективността, така че си струва да го изберете.

При отопление на частен дом или промишлени помещения се използват различни схеми за генериране на топлинна енергия.

Един от тях са кавитационните генератори, които ще ви позволят да отоплявате помещения с по-ниски разходи.

За да сглобите и инсталирате самостоятелно такова устройство, трябва да разберете принципа на работа и технологичните нюанси.

Физически основи

Кавитацията е образуването на пара във водна маса с бавно намаляване на налягането и висока скорост.

Парни мехурчета могат да възникнат под въздействието на звукова вълна с определена честота или радиация от кохерентен източник на светлина.

По време на процеса на смесване на парите се образуват празнинис вода под налягане води до спонтанен колапс на мехурчета и възникване на движение на водата на ударна сила (писано е за изчисляването на хидравличния удар в тръбопроводите).

При такива условия в получените кухини се отделят молекули от разтворени газове.

С напредването на процеса на кавитация, температурата вътре в мехурчетата се повишава до 1200 градуса.

Това се отразява негативно на материалитеконтейнери за вода, тъй като кислородът при такива температури започва интензивно да окислява материала.

Експериментите показват, че при такива условия дори сплавите на благородните метали са подложени на разрушаване.

Да направите сами генератор на кавитация е доста просто. Добре проучената технология е въплътена в материали и се използва за отопление на помещения от няколко години.

В Русия първото устройство е патентовано през 2013 г.

Генераторът беше затворен контейнер, през който се подава вода под налягане. Под въздействието на променливо електромагнитно поле се образуват парни мехурчета.

Предимства и недостатъци

Кавитационният бойлер е просто устройство, което преобразува течната енергия в топлина.

Тази технология има предимства:

• ефективност;
• икономия на гориво;
• наличност.

Топлинният генератор се сглобява със собствените си ръце от компоненти, които могат да бъдат закупени в магазин за хардуер ().

Такова устройство по отношение на параметрите няма да се различава от фабричните модели.

Недостатъците са:

ВАЖНО!
За да се контролира скоростта на движение на течността, се използват специални устройства, които могат да забавят движението на водата.

Принципи на работа

Работният процес протича едновременно в две екологични фази:

• течности,
• двойка.

Помпените устройства не са предназначени да работят в такива условия, което води до срутване на кухини със загуба на ефективност.

Генераторите на топлина смесват фази, причинявайки термично преобразуване.

Нагревателите за битови нужди преобразуват механичната енергия в топлинна енергия, като течността се връща към източника (прочетете за индиректния котел с рециркулация на страницата).

Патентът не е получен, тъй като все още няма точна обосновка на процеса.

На практика се използват устройства, проектирани от Шаубергер и Лазарев.

За създаването на генератора са използвани чертежите на Ларионов, Федоскин и Петраков.

Преди започване на работа се избира помпа(прочетете статията за това как да изчислите циркулацията за отоплителна система).

Вземат се предвид следните параметри:

• мощност;
• необходимо количество топлинна енергия;
• количеството на налягането.

Повечето модели са направени под формата на дюзи, което се обяснява с лекота на модернизация, практичност и по-голяма мощност.

Отворът между дифузора и конфузора трябва да има диаметър 8-15 сантиметра. С по-малко напречно сечение получаваме високо налягане, но ниска мощност.

Топлинният генератор има разширителна камера, чийто размер се изчислява въз основа на необходимата мощност.

Характеристики на дизайна

Въпреки простотата на устройството, има характеристики, които трябва да се вземат предвид при монтажа:

Топлинните изчисления се извършват по следните формули:

Epot = - 2*Ekin, където

Ekin = mV2/2 – нестабилна кинетична величина.

Направи си сам монтаж на кавитационен генераторще ви позволи да спестите не само от гориво, но и от закупуването на серийни модели.

Производството на такива топлинни генератори е установено в Русия и в чужбина.

Устройствата имат много предимства, но основният недостатък - цената - ги намалява до нищо. Средната цена за домашен модел е около 50-55 хиляди рубли.

Заключение

Чрез самостоятелно сглобяване на кавитационен топлинен генератор получаваме устройство с висока ефективност.

За правилната работа на уреда е необходимо металните части да бъдат защитени чрез боядисване. По-добре е да направите части, които влизат в контакт с течност с дебели стени, което ще увеличи техния експлоатационен живот.

В това видео вижте ясен пример за работата на домашен кавитационен топлинен генератор.

За да осигурят възможно най-икономичното отопление, собствениците на жилища използват различни системи. Предлагаме да разгледаме как работи генераторът на кавитационна топлина, как да направите устройството със собствените си ръце, както и неговата структура и схема.

Плюсове и минуси на източниците на кавитационна енергия

Кавитационните нагреватели са прости устройства, които преобразуват механичната енергия на работния флуид в топлинна енергия. По същество това устройство се състои от центробежна помпа (за бани, кладенци, водоснабдителни системи за частни къщи), която има нисък коефициент на полезно действие. Преобразуването на енергия в кавитационен нагревател се използва широко в промишлени предприятия, където нагревателните елементи могат да се повредят, ако влязат в контакт с работен флуид, който има сериозна температурна разлика.

Снимка – Проектиране на кавитационен топлинен генератор

Плюсове на устройството:

1. Ефективност;
2. Икономично топлоснабдяване;
3. наличност;
4. Можете да сглобите домашно устройство за производство на топлинна енергия със собствените си ръце. Както показва практиката, домашното устройство не е по-ниско по качество от закупеното.

Недостатъци на генератора:

1. Шумност;
2. Трудно е да се получат материали за производство;
3. Мощността е твърде голяма за малка стая до 60-80 квадратни метра, по-лесно е да закупите домакински генератор;
4. Дори мини-устройствата заемат много място (средно поне един и половина метра стая).

Видео: устройство на кавитационен топлогенератор

Принцип на действие

„Кавитация“ се отнася до образуването на мехурчета в течност, така че работното колело работи в смесена фаза (период на мехурчета течност и газ) на околната среда. По правило помпите не са предназначени за смесен фазов поток (работата им разрушава мехурчетата, което води до загуба на ефективност на кавитационния генератор). Тези термични устройства са проектирани да предизвикват смесен фазов поток като част от смесването на течности, което води до термично преобразуване.

Снимка – Чертеж на топлогенератор

В търговските кавитационни нагреватели механичната енергия задвижва входния енергиен нагревател (напр. двигател, контролен блок), карайки течността, която произвежда изходната енергия, да се върне към източника. Това съхранение преобразува механичната енергия в топлинна енергия с малки загуби (обикновено по-малко от 1 процент), така че грешките при преобразуването се вземат предвид при преобразуването.

Генераторът на суперкавитационна струйна енергия работи малко по-различно. Такъв нагревател се използва в предприятия с висока мощност, когато изходната топлинна енергия се прехвърля към течност в определено устройство, неговата мощност значително надвишава количеството механична енергия, необходимо за работа на нагревателя. Тези устройства са по-енергийно ефективни от механизмите за връщане, по-специално защото не изискват редовна проверка и настройка.

Има различни видове такива генератори. Най-често срещаният тип е ротационният хидродинамичен механизъм на Григс. Принципът му на действие се основава на работата на центробежна помпа. Състои се от тръби, статор, корпус и работна камера. В момента има много надстройки, най-простият е ротационно задвижване или дискова (сферична) водна помпа. Това е дискова повърхност, в която са пробити много различни отвори от сляп тип (без изход), тези структурни елементи се наричат ​​клетки на Григс. Техните размерни параметри и брой пряко зависят от мощността на ротора, конструкцията на топлогенератора и скоростта на задвижване.

Снимка – хидродинамичен механизъм на Григс

Между ротора и статора има известна празнина, която е необходима за нагряване на водата. Този процес се осъществява чрез бързо движение на течност по повърхността на диска, което повишава температурата. Средно роторът се движи с приблизително 3000 оборота в минута, което е достатъчно за повишаване на температурата до 90 градуса.

Вторият тип генератор на кавитация обикновено се нарича статичен. За разлика от ротационния, той няма въртящи се части, за да възникне кавитация, той се нуждае от дюзи. По-специално, това са части от известния Laval, които са свързани с работната камера.

За да работи, е свързана конвенционална помпа, както при ротационен генератор, тя изпомпва налягане в работната камера, което осигурява по-висока скорост на движение на водата и съответно повишаване на нейната температура. Скоростта на течността на изхода на дюзата се осигурява от разликата в диаметрите на предната и изходящата тръба. Недостатъкът му е, че ефективността е значително по-ниска от ротационната, още повече, че е по-голяма и по-тежка.

Как да направите свой собствен генератор

Първата тръбна единица е разработена от Потапов. Но той не получи патент за него, защото... Досега обосновката за работата на идеален генератор се счита за непълна „идеална“, на практика те също се опитаха да пресъздадат устройството от Шаубергер и Лазарев. В момента е обичайно да се работи по рисунките на Ларионов, Федоскин, Петраков, Николай Жук.

Снимка – вихров кавитационен генератор на Потапов

Преди да започнете работа, трябва да изберете вакуумна или безконтактна помпа (подходяща дори за кладенци) според вашите параметри. За да направите това, трябва да се вземат предвид следните фактори:

1. Мощност на помпата (извършва се отделно изчисление);
2. Необходима топлинна енергия;
3. Размерът на налягането;
4. Тип помпа (усилваща или понижаваща).

Въпреки огромното разнообразие от форми и видове кавитатори, почти всички промишлени и битови устройства са направени под формата на дюза, тази форма е най-простата и най-практична. В допълнение, той е лесен за надграждане, което значително увеличава мощността на генератора. Преди да започнете работа, обърнете внимание на напречното сечение на отвора между конфузора и дифузора. Тя трябва да бъде направена не много тясна, но не и широка, приблизително от 8 до 15 см. В първия случай ще увеличите налягането в работната камера, но мощността няма да е висока, т.к. Обемът на нагрятата вода ще бъде относително малък в сравнение със студената вода. В допълнение към тези проблеми, малка разлика в напречните сечения допринася за насищането с кислород на входящата вода от работната тръба; този индикатор влияе върху нивото на шума на помпата и появата на кавитационни явления в самото устройство, което в принцип, се отразява негативно на работата му.

Снимка – Кавитационен топлинен генератор

Кавитационните топлогенератори на отоплителните системи трябва да имат разширителни камери. Те могат да имат различни профили в зависимост от изискванията и необходимата мощност. В зависимост от този индикатор дизайнът на генератора може да се промени.

Нека разгледаме дизайна на генератора:

1. Тръбата, от която идва водата 1, е свързана с фланец към помпа, чиято същност е да подава вода под определено налягане в работната камера.
2. След като водата влезе в тръбата, тя трябва да придобие необходимата скорост и налягане. Това изисква специално подбрани диаметри на тръбите. Водата бързо се придвижва към центъра на работната камера, при достигане на която се смесват няколко потока течност, след което се образува енергийно налягане;
3. За контролиране на скоростта на течността се използва специално спирачно устройство. Необходимо е да се монтира на изхода и изхода на работната камера, това често се прави за петролни продукти (отпадъци от нефт, обработка или измиване), топла вода в домакински уред.
4. Чрез предпазния клапан течността се придвижва към противоположната тръба, в която горивото се връща в началната си точка с помощта на циркулационна помпа. Поради постоянното движение се произвеждат топлина и топлина, които могат да се превърнат в постоянна механична енергия.

По принцип работата е проста и се основава на подобен принцип като вихровото устройство, дори формулите за изчисляване на произведената топлина са идентични. Това:

Epot = - 2 Ekin

Където Ekin =mV2/2 е движението на Слънцето (кинетична, непостоянна стойност);

Масата на планетата е m, kg.

Преглед на цените

Разбира се, генераторът на кавитационна топлина е почти аномално устройство, той е почти идеален генератор, трудно се купува и цената е твърде висока. Предлагаме да разгледаме колко струва кавитационното нагревателно устройство в различни градове на Русия и Украйна:

Кавитационните вихрови топлинни генератори имат по-прост дизайн, но са малко по-ниски по отношение на ефективността. В момента има няколко водещи на пазара компании: ротационна хидроударна помпа-топлогенератор "Радекс", АЕЦ "Нови технологии", електрошок "Торнадо" и електрохидравличен удар "Векторплюс", мини уред за частен дом (LATR) TSGC2-3k ( 3 kVA) и беларуски Yurle-K.

Снимка – Генератор на топлина Tornado

Продажбите се извършват в дилърски центрове и партньорски магазини в Русия, Киргизстан, Беларус и други страни от ОНД.

Всяка година нарастването на цените на отоплението ни принуждава да търсим по-евтини начини за отопление на жилищното пространство през студения сезон. Това важи особено за онези къщи и апартаменти, които имат голяма квадратура. Един такъв метод за спестяване е вортекс. Има много предимства и също така ви позволява да спеститевърху създаването. Простотата на дизайна няма да затрудни сглобяването дори за начинаещи. След това ще разгледаме предимствата на този метод на отопление и ще се опитаме да изготвим план за сглобяване на топлинен генератор със собствените си ръце.

Генераторът на топлина е специално устройство, чиято основна цел е да генерира топлина чрез изгаряне на гориво, заредено в него. В този случай се генерира топлина, която се изразходва за отопление на охлаждащата течност, която от своя страна директно изпълнява функцията за отопление на жилищното пространство.

Първите топлинни генератори се появяват на пазара през 1856 г., благодарение на изобретението на британския физик Робърт Бунзен, който по време на серия от експерименти забелязва, че топлината, генерирана по време на горенето, може да бъде насочена във всяка посока.

Оттогава генераторите, разбира се, са били модифицирани и са способни да отопляват много по-голяма площ, отколкото преди 250 години.

Основният критерий, по който генераторите се различават един от друг, е горивото, което зареждат. В зависимост от това те разграничават следните видове:

1. Дизелови топлогенератори – генерират топлина в резултат на изгаряне на дизелово гориво. Те са в състояние да затоплят добре големи площи, но е по-добре да не ги използвате за дома поради наличието на токсични вещества, произведени в резултат на изгарянето на гориво.
2. Газовите топлогенератори работят на принципа на непрекъснато подаване на газ, като горят в специална камера, която също произвежда топлина. Смята се за напълно икономичен вариант, но инсталирането изисква специално разрешение и повишена безопасност.
3. Генераторите на твърдо гориво са проектирани да приличат на конвенционална пещ на въглища, която има горивна камера, отделение за сажди и пепел и нагревателен елемент. Удобни за използване на открити площи, тъй като работата им не зависи от метеорологичните условия.
4. – принципът им на действие се основава на процеса на термично преобразуване, при който мехурчетата, образувани в течността, предизвикват смесен поток от фази, увеличавайки количеството генерирана топлина.