Tento článek popisuje, jak vyrobit generátor tepla vlastními silami.

Podrobně je popsán princip činnosti statického generátoru tepla a výsledky jeho výzkumu. Jsou uvedena doporučení pro jeho výpočet a výběr komponent.

Myšlenka stvoření

Co dělat, když nemáte dostatek peněz na nákup generátoru tepla? Jak si ho vyrobit sám? Povím vám o tom vlastní zkušenost v tomto případě.

Nápad vyrobit si vlastní generátor tepla jsme dostali po seznámení se s různými typy generátorů tepla. Jejich návrhy vypadaly docela jednoduše, ale ne úplně promyšlené.

Existují dvě známá provedení takových zařízení: rotační a statická. V prvním případě se k vytvoření kavitace používá rotor, jak byste mohli hádat z názvu, ve druhém je hlavním prvkem zařízení tryska. Chcete-li se rozhodnout ve prospěch jedné z možností designu, porovnejme oba návrhy.

Rotační generátor tepla

Co je to rotační generátor tepla? V podstatě jde o mírně upravenou odstředivé čerpadlo, To znamená, že je zde skříň čerpadla (která v v tomto případě je stator) se vstupním a výstupním potrubím a pracovní komorou, uvnitř které je rotor, který funguje jako oběžné kolo. Hlavním rozdílem od běžného čerpadla je rotor. Existuje velké množství konstrukcí rotorů vírových generátorů tepla a samozřejmě je nebudeme všechny popisovat. Nejjednodušší z nich je kotouč, na jehož válcovém povrchu je vyvrtáno mnoho slepých otvorů určité hloubky a průměru. Tyto otvory se nazývají Griggsovy články, pojmenované po americkém vynálezci, který jako první testoval rotační generátor tepla této konstrukce. Počet a rozměry těchto článků jsou určeny na základě velikosti rotorového disku a rychlosti otáčení elektromotoru, který jej pohání do rotace. Stator (neboli skříň tepelného generátoru) je zpravidla vyroben ve formě dutého válce, tj. trubka z obou stran ucpaná přírubami V tomto případě je mezera mezi vnitřní stěnou statoru a rotorem velmi malá a činí 1...1,5 mm.

Voda se ohřívá v mezeře mezi rotorem a statorem. To je usnadněno jeho třením o povrch statoru a rotoru při jejich rychlé rotaci. A samozřejmě významnou roli při ohřevu vody hrají kavitační procesy a turbulence vody v buňkách rotoru. Rychlost otáčení rotoru je obvykle 3000 ot/min při průměru 300 mm. Se zmenšujícím se průměrem rotoru je nutné zvýšit rychlost otáčení.

Není těžké uhodnout, že i přes svou jednoduchost vyžaduje takový design poměrně vysokou výrobní přesnost. A je zřejmé, že bude zapotřebí vyvážení rotoru. Kromě toho musíme vyřešit otázku utěsnění hřídele rotoru. Těsnicí prvky přirozeně vyžadují pravidelnou výměnu.

Z výše uvedeného vyplývá, že zdroje takových instalací nejsou tak velké. Kromě všeho ostatního provází provoz rotačních generátorů tepla zvýšená hlučnost. I když mají o 20-30% vyšší produktivitu ve srovnání se statickými generátory tepla. Rotační generátory tepla jsou dokonce schopné produkovat páru. Je to ale výhoda pro krátkou životnost (oproti statickým modelům)?

Statický generátor tepla

Druhý typ generátoru tepla se nazývá statický. To je způsobeno absencí rotujících částí v konstrukci kavitátoru. Používají se k vytvoření kavitačních procesů různé druhy popotáhl. Nejčastěji se používá tzv. Lavalova tryska

Pro vznik kavitace je nutné zajistit vysokou rychlost pohybu tekutiny v kavitátoru. K tomu se používá konvenční odstředivé čerpadlo. Čerpadlo vytváří tlak kapaliny před tryskou, spěchá do otvoru trysky, který má výrazně menší průřez než přívodní potrubí, což zajišťuje vysoká rychlost na výstupu z trysky. V důsledku prudké expanze kapaliny na výstupu z trysky dochází ke kavitaci. To je také usnadněno třením kapaliny o povrch kanálu trysky a turbulencí vody, ke které dochází, když paprsek náhle vyjede z trysky. To znamená, že voda se ohřívá ze stejných důvodů jako v rotačním generátoru tepla, ale s o něco menší účinností.

Konstrukce statického generátoru tepla nevyžaduje vysokou přesnost výroby dílů. Mechanická obnova při výrobě těchto dílů je ve srovnání s konstrukcí rotoru redukována na minimum. Vzhledem k nepřítomnosti rotujících dílů je problém těsnění protikusů a dílů snadno vyřešen. Balancování také není potřeba. Životnost kavitátoru je výrazně delší (záruka 5 let) I když tryska doslouží, její výroba a výměna si vyžádá výrazně nižší náklady na materiál (rotační generátor tepla v takovém případě v podstatě bude mít. k nové výrobě).

Snad nejdůležitější nevýhodou statického generátoru tepla jsou náklady na čerpadlo. Náklady na výrobu generátoru tepla této konstrukce se však prakticky neliší od rotační verze, a pokud si pamatujeme na životnost obou instalací, tak se tato nevýhoda změní ve výhodu, protože při výměně kavitátoru není potřeba měnit čerpadlo.

Rozhodneme se tedy pro generátor tepla statického provedení, tím spíše, že čerpadlo již máme a nebudeme muset utrácet peníze za jeho nákup.

Výroba generátoru tepla

Výběr čerpadla

Začněme výběrem čerpadla pro generátor tepla. K tomu určíme jeho provozní parametry. Zda je toto čerpadlo oběhové nebo čerpadlo zvyšující tlak, nemá zásadní význam. Na fotografii na obrázku 6 je použito oběhové čerpadlo se suchým rotorem Grundfos. Důležitý je provozní tlak, výkon čerpadla, maximum přípustná teplotačerpaná kapalina.

Ne všechna čerpadla lze použít pro čerpání kapalin vysoká teplota. A pokud při výběru čerpadla nevěnujete pozornost tomuto parametru, jeho životnost bude výrazně nižší, než uvádí výrobce.

Účinnost generátoru tepla bude záviset na velikosti tlaku vyvinutého čerpadlem. Tito. čím větší je tlak, tím větší je tlaková ztráta poskytovaná tryskou. V důsledku toho efektivnější je ohřev kapaliny čerpané přes kavitátor. Neměli byste se však honit za maximálním počtem Technické specifikacečerpadla Již při tlaku v potrubí před tryskou rovném 4 atm bude patrný nárůst teploty vody, i když ne tak rychlý jako při tlaku 12 atm.

Výkon čerpadla (objem kapaliny, kterou čerpá) nemá prakticky žádný vliv na účinnost ohřevu vody. Je to dáno tím, že pro zajištění tlakové ztráty v trysce děláme její průřez výrazně menší, než je jmenovitý průměr oběhového potrubí a trysek čerpadla. Průtok kapaliny čerpané kavitátorem nepřekročí 3...5 m3/h, protože Všechna čerpadla mohou poskytovat nejvyšší tlak pouze při nejnižším průtoku.

Výkon pracovního čerpadla tepelného generátoru určí přepočítací koeficient elektrická energie do termiky. Přečtěte si více o faktoru přeměny energie a jeho výpočtu níže.

Při výběru čerpadla pro náš generátor tepla jsme vycházeli ze zkušeností s instalacemi Warmbotruff (tento generátor tepla je popsán v článku o eko-domě). Věděli jsme, že námi nainstalovaný generátor tepla používá čerpadlo WILO IL 40/170-5,5/2 (viz obr. 6). Jedná se o Inline oběhové čerpadlo se suchým rotorem o výkonu 5,5 kW, maximálním provozním tlaku 16 atm, poskytující maximální dopravní výšku 41 m (tj. poskytuje tlakovou ztrátu 4 atm). Podobná čerpadla vyrábí i jiní výrobci. Například Grundfos vyrábí analog takového čerpadla - to je model TP 40-470/2.

Obrázek 6 - Pracovní čerpadlo generátoru tepla „Warmbotruff 5,5A“

A přesto jsme po porovnání výkonových charakteristik tohoto čerpadla s jinými modely vyráběnými stejným výrobcem zvolili vysokotlaké odstředivé vícestupňové čerpadlo MVI 1608-06/PN 16. Toto čerpadlo poskytuje více než dvojnásobný tlak se stejným motorem energie, i když stojí téměř o 300 € více.

Momentálně dostupný velká příležitost ušetřit peníze použitím čínského ekvivalentu. Čínští výrobci čerpadel totiž neustále celosvětově zlepšují kvalitu padělků. slavných značek a rozšířit sortiment. Náklady na čínský „grundfos“ jsou často několikrát nižší, zatímco kvalita není vždy o tolik horší a někdy není o moc horší.

Vývoj a výroba kavitátoru

Co je to kavitátor? Existuje velké množství návrhy statických kavitátorů (můžete si to ověřit na internetu), ale téměř ve všech případech jsou vyrobeny ve formě trysky. Zpravidla se za základ bere Lavalova tryska, která je projektantem upravena. Klasická Lavalova tryska je znázorněna na Obr. 7.

První věc, kterou byste měli věnovat pozornost, je průřez kanálu mezi difuzorem a konfuzorem.

Jeho průřez příliš nezužujte, snažte se zajistit maximální pokles tlaku. Samozřejmě, když voda opustí otvor malého průřezu a vstoupí do expanzní komory, dosáhne se největšího stupně zředění a následně i aktivnější kavitace. Tito. Voda se ohřeje na vyšší teplotu při jednom průchodu tryskou. Objem vody čerpané tryskou však bude příliš malý a smísí se s studená voda, nepřenese do něj dostatek tepla. Celkový objem vody se tak bude ohřívat pomalu. Kromě toho malý průřez kanálu přispěje k větrání vody vstupující do vstupního potrubí pracovního čerpadla. V důsledku toho bude čerpadlo pracovat hlučněji a v samotném čerpadle může docházet ke kavitaci, což jsou již nežádoucí jevy. Proč k tomu dochází, bude zřejmé, když zvážíme návrh hydrodynamického okruhu generátoru tepla.

Nejlepšího výkonu je dosaženo s průměrem otvoru kanálu 8-15 mm. Kromě toho bude účinnost ohřevu také záviset na konfiguraci expanzní komory trysky. Přejdeme tedy k druhému důležitý bod v provedení tryska - expanzní komora.

Jaký profil byste si měli vybrat? Navíc to není vše možné možnosti profily trysek. Proto, abychom určili konstrukci trysky, rozhodli jsme se uchýlit se k matematickému modelování proudění tekutiny v nich. Uvedu některé výsledky modelování trysek znázorněných na Obr. 8.

Obrázky ukazují, že tyto konstrukce trysek umožňují kavitační ohřev kapalin jimi čerpaných. Ukazují, že při proudění kapaliny vznikají zóny vysokých a nízký tlak, které způsobují vznik dutin a její následné zhroucení.

Jak je vidět z obrázku 8, profil trysky může být velmi odlišný. Možnost a) je v podstatě klasický profil Lavalovy trysky. Pomocí takového profilu můžete měnit úhel otevření expanzní komory a tím měnit vlastnosti kavitátoru. Obvykle se hodnota pohybuje v rozmezí 12...30°. Jak je vidět z diagramu rychlosti na obr. 9 taková tryska poskytuje nejvyšší rychlost pohybu tekutiny. Tryska s takovým profilem však poskytuje nejnižší tlakovou ztrátu (viz obr. 10). Největší turbulence bude pozorována již na výstupu z trysky (viz obr. 11).

Je zřejmé, že možnost b) efektivněji vytvoří podtlak, když kapalina vytéká z kanálu spojujícího expanzní komoru s kompresní komorou (viz obr. 9). Rychlost proudění kapaliny touto tryskou bude nejmenší, jak dokazuje rychlostní diagram na Obr. 10. Turbulence vznikající při průchodu kapaliny tryskou druhé možnosti je podle mého názoru pro ohřev vody nejoptimálnější. Vznik víru v proudění začíná již na vstupu do mezikanálu a na výstupu z trysky začíná druhá vlna tvorby víru (viz obr. 11). Taková tryska je však trochu náročnější na výrobu, protože budete muset vybrousit hemisféru.

Profilová tryska c) je zjednodušená předchozí verze. Dalo se očekávat, že poslední dvě možnosti budou mít podobné vlastnosti. Ale diagram změny tlaku znázorněný na obr. 9 ukazuje, že rozdíl bude největší ze tří možností. Rychlost proudění tekutiny bude vyšší než u druhé verze trysky a nižší než u první (viz obr. 10). Turbulence, ke které dochází při pohybu vody touto tryskou, je srovnatelná s druhou možností, ale k tvorbě víru dochází jinak (viz obr. 11).

Jako příklad jsem uvedl pouze ty nejsnáze vyrobitelné profily trysek. Všechny tři možnosti lze použít při návrhu generátoru tepla a nelze říci, že jedna z možností je správná a ostatní ne. Sami můžete experimentovat s různými profily trysek. K tomu není nutné je okamžitě vyrábět z kovu a provádět skutečný experiment. To není vždy oprávněné. Nejprve můžete analyzovat trysku, kterou jste vynalezli, v kterémkoli z programů, které simulují pohyb tekutiny. K analýze trysek na obrázku výše jsem použil aplikaci COSMOSFloWorks. Zjednodušená verze tato aplikace je součástí počítačově podporovaného konstrukčního systému SolidWorks.

V experimentu na vytvoření vlastního modelu generátoru tepla jsme použili kombinaci jednoduchých trysek (viz obr. 12).

Existují mnohem sofistikovanější designová řešení, ale nevidím smysl je všechny představovat. Pokud vás toto téma opravdu zajímá, můžete na internetu vždy najít další návrhy kavitátorů.

Výroba hydrodynamického obvodu

Poté, co jsme se rozhodli pro konstrukci trysky, přejdeme k další fázi: výrobě hydrodynamického okruhu. Chcete-li to provést, musíte nejprve načrtnout schéma zapojení. Velmi jsme si to zjednodušili tím, že jsme křídou nakreslili na podlahu schéma (viz obr. 13)

1. Manometr na výstupu z trysky (měří tlak na výstupu z trysky).
2. Teploměr (měří teplotu na vstupu do systému).
3. Odvzdušňovací ventil (Demontuje vzduchový zámek ze systému).
4. Výstupní potrubí s kohoutkem.
5. Objímka teploměru.
6. Vstupní potrubí s kohoutkem.
7. Pouzdro pro teploměr na vstupu.
8. Tlakoměr na vstupu trysky (měří tlak na vstupu do systému).

Nyní popíšu návrh obvodu. Jedná se o potrubí, jehož vstup je napojen na výstupní potrubí čerpadla a výstup na vstup. Do tohoto potrubí je navařena tryska 9, trubky pro připojení tlakoměrů 8 (před a za tryskou), objímky pro instalaci teploměru 7,5 (závity pro objímky jsme nenavařili, ale jednoduše přivařili), armatura pro vzduch odvzdušňovací ventil 3 (použili jsme obyčejný Sharkran, šroubení pro regulační ventil a šroubení pro připojení topného okruhu.

V diagramu, který jsem nakreslil, se voda pohybuje proti směru hodinových ručiček. Voda je přiváděna do okruhu spodním potrubím (sharkran s červeným setrvačníkem a zpětný ventil), a voda je z něj dávkována přes horní (sharkran s červeným setrvačníkem). Tlakový rozdíl je regulován ventilem umístěným mezi vstupním a výstupním potrubím. Na fotografii Obr. 13 je znázorněn pouze ve schématu a neleží vedle jeho označení, protože již jsme jej našroubovali na přívody, předtím jsme navinuli těsnění (viz obr. 14).

K výrobě okruhu jsme vzali trubku DN 50, protože... Připojovací potrubí čerpadla mají stejný průměr. V tomto případě vstupní a výstupní potrubí okruhu, ke kterému je připojen topný okruh, vyrobili jsme z trubky DN 20 Co jsme nakonec získali, můžete vidět na Obr. 15.

Na obrázku je čerpadlo s motorem 1 kW. Následně jsme jej nahradili výše popsaným čerpadlem 5,5 kW.

Výhled samozřejmě nebyl nejesteticky nejhezčí, ale takový úkol jsme si nedali. Možná se někdo ze čtenářů zeptá, proč je velikost obrysu tak velká, protože se dá zmenšit? Máme v úmyslu poněkud rozptýlit vodu kvůli délce potrubí před tryskou. Pokud budete hledat na internetu, pravděpodobně najdete obrázky a schémata prvních modelů generátorů tepla. Téměř všechny fungovaly bez trysek. Efektu zahřívání kapaliny bylo dosaženo jejím urychlením na poměrně vysoké rychlosti. K tomuto účelu byly použity válce malá výška S tangenciální vstup A koaxiální výstup.

Tuto metodu jsme nepoužili k urychlení vody, ale rozhodli jsme se udělat náš návrh co nejjednodušší. I když máme myšlenky na to, jak urychlit kapalinu pomocí tohoto návrhu obvodu, více o tom později.

Na fotce ještě není našroubován manometr před tryskou a adaptér s objímkou ​​pro teploměr, který se montuje před vodoměr (tehdy ještě nebyl hotový). Zbývá pouze nainstalovat chybějící prvky a přejít k další fázi.

Spuštění generátoru tepla

Myslím, že nemá smysl se bavit o tom, jak propojit motor čerpadla a radiátor topení. I když jsme k problematice zapojení elektromotoru nepřistoupili úplně standardně. Protože se doma obvykle používá jednofázová síť a průmyslová čerpadla se vyrábějí s třífázovým motorem, rozhodli jsme se použít frekvenčním měničem , navržený pro jednofázová síť. To také umožnilo zvýšit otáčky čerpadla nad 3000 ot./min. a poté najděte rezonanční frekvenci otáčení čerpadla.

Pro parametrizaci frekvenčního měniče potřebujeme notebook s COM portem pro parametrizaci a ovládání frekvenčního měniče. Vlastní měnič je instalován v rozvaděči, kde je zajištěno vytápění zimní podmínky provoz a větrání pro letní podmínkyúkon. K odvětrávání skříně jsme použili standardní ventilátor a k vytápění skříně 20W topidlo.

Frekvenční měnič umožňuje nastavit frekvenci čerpadla v širokém rozsahu, jak pod hlavní, tak nad hlavní. Frekvenci motoru lze zvýšit maximálně o 150 %.

V našem případě můžete zvýšit otáčky motoru na 4500 ot./min.

Frekvenci můžete krátce zvýšit na 200 %, ale to vede k mechanickému přetížení motoru a zvyšuje pravděpodobnost jeho poruchy. Pomocí frekvenčního měniče je navíc motor chráněn před přetížením a zkrat. Frekvenční měnič také umožňuje nastartovat motor pomocí daný čas zrychlení, které omezuje zrychlení lopatek čerpadla při spouštění a omezuje startovací proudy motor. Frekvenční měnič je instalován v nástěnná skříňka(viz obr. 16).

Všechny ovládací a indikační prvky jsou umístěny na předním panelu rozvaděče. Provozní parametry systému jsou zobrazeny na předním panelu (na zařízení MTM-RE-160).

Zařízení má schopnost zaznamenávat hodnoty ze 6 různých kanálů analogových signálů po celý den. V tomto případě zaznamenáváme naměřené hodnoty teploty na vstupu do systému, hodnoty teploty na výstupu systému a parametry tlaku na vstupu a výstupu systému.

Nastavení rychlosti hlavního čerpadla se provádí pomocí zařízení MTM-103 zelená a žlutá tlačítka se používají ke spouštění a zastavování motorů pracovního čerpadla generátoru tepla a oběhové čerpadlo. Pro snížení spotřeby energie plánujeme použít oběhové čerpadlo. Přece když se voda ohřeje až nastavit teplotu, cirkulace je stále nutná.

Při použití frekvenčního měniče Micromaster 440 můžete použít speciální program Začněte instalací na notebook (viz obr. 18).

Nejprve se do programu zadají počáteční údaje motoru zapsané na typovém štítku (štítek s továrními parametry motoru připevněný ke statoru motoru).

• Jmenovitý výkon R kW,
• Jmenovitý proud I nom.,
• Kosinus,
• typ motoru,
• Jmenovité otáčky N jmen.

Poté se spustí autodetekce motoru a měnič kmitočtu sám určí požadované parametry motor. Poté je čerpadlo připraveno k provozu.

Test generátoru tepla

Jakmile je instalace připojena, můžete začít testovat. Spustíme elektromotor čerpadla a při sledování údajů na manometrech nastavíme požadovanou tlakovou ztrátu. Za tímto účelem je v okruhu uspořádán ventil, umístěný mezi vstupním a výstupním potrubím. Otáčením rukojetí ventilu nastavujeme tlak v potrubí za tryskou v rozsahu 1,2…1,5 atm. V úseku okruhu mezi vstupem trysky a výstupem čerpadla bude optimální tlak v rozmezí 8…12 atm.

Čerpadlo nám dokázalo zajistit tlak na vstupu trysky 9,3 atm. Po nastavení tlaku na výstupu z trysky na 1,2 atm jsme nechali vodu proudit v kruhu (zavřeli výstupní ventil) a zaznamenali jsme čas. Jak se voda pohybovala po okruhu, zaznamenali jsme nárůst teploty přibližně o 4 °C za minutu. Po 10 minutách jsme tedy již ohřáli vodu z 21°C na 60°C. Objem obrysu s nainstalované čerpadločinila téměř 15 litrů Spotřeba elektřiny byla vypočtena měřením proudu. Z těchto údajů můžeme vypočítat poměr přeměny energie.

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

• C - měrná tepelná kapacita vody, 4200 J/(kg*K);
• m je hmotnost ohřáté vody, kg;
• Tn - počáteční teplota vody, 294° K;
• Tk - konečná teplota vody, 333° K;
• Qn - počáteční stavy elektroměru, 0 kWh;
• Qк - konečné odečty elektroměru, 0,5 kWh.

Dosadíme data do vzorce a dostaneme:

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

To znamená, že při spotřebě 5 kWh elektrické energie vyrobí náš generátor tepla 1 365krát více tepla, konkrétně 6 825 kWh. Můžeme tedy bezpečně potvrdit platnost této myšlenky. Tento vzorec nebere v úvahu účinnost motoru, což znamená, že skutečný transformační poměr bude ještě vyšší.

Při výpočtu tepelného výkonu potřebného k vytápění našeho domu vycházíme z obecně uznávaného zjednodušeného vzorce. Podle tohoto vzorce, kdy standardní výška stropu (do 3 m), pro náš region potřebujeme 1 kW tepelného výkonu na každých 10 m2, pro náš dům o ploše 10x10 = 100 m2 tedy budeme potřebovat 10 kW tepelného výkonu. Tito. jeden generátor tepla o výkonu 5,5 kW k vytápění tohoto domu nestačí, ale to je jen na první pohled. Pokud jste ještě nezapomněli, k vytápění místnosti použijeme systém „teplé podlahy“, který ušetří až 30 % spotřebované energie. Z toho vyplývá, že 6,8 kW tepelné energie generované generátorem tepla by mělo stačit tak akorát k vytápění domu. Navíc následné připojení tepelné čerpadlo a solární kolektor nám umožní dále snížit náklady na energii.

Závěr

Na závěr bych rád navrhl k diskusi jednu kontroverzní myšlenku.

Již jsem se zmínil, že v prvních tepelných generátorech byla voda urychlována tím, že jí byl udělován rotační pohyb ve speciálních válcích. Víš, že jsme tudy nešli. A přesto pro zvýšení efektivity Je nutné, aby voda kromě translačního pohybu nabyla i pohybu rotačního. Zároveň se znatelně zvyšuje rychlost pohybu vody. Podobná technika se používá v soutěžích, jak rychle vypít láhev piva. Před vypitím se pivo v láhvi důkladně promíchá. A tekutina se vylévá úzkým hrdlem mnohem rychleji. A přišli jsme s nápadem, jak bychom to mohli zkusit udělat, aniž bychom prakticky změnili stávající konstrukci hydrodynamického okruhu.

Abychom dali vodě rotační pohyb, použijeme stator asynchronní motor S klecový rotor voda procházející statorem musí být nejprve zmagnetizována. K tomu můžete použít solenoid popř permanentní prstencový magnet. Později vám řeknu, co z tohoto nápadu vzešlo, protože teď bohužel není příležitost dělat experimenty.

Máme také nápady, jak naši trysku vylepšit, ale i o tom si povíme po experimentech a patentování, pokud budou úspěšné.

Populární zůstávají různé způsoby, jak ušetřit energii nebo získat elektřinu zdarma. Díky rozvoji internetu jsou informace o všech druzích „zázračných vynálezů“ stále dostupnější. Jeden design, který ztratil popularitu, je nahrazen jiným.

Dnes se podíváme na tzv. vírový kavitační generátor – zařízení, které nám vynálezci slibují vysoce účinné vytápění místnosti ve kterém je instalován. co to je? Toto zařízení využívá efekt ohřevu kapaliny při kavitaci - specifický efekt tvorby mikrobublin páry v oblastech lokálního snížení tlaku v kapalině, ke kterému dochází buď při otáčení oběžného kola čerpadla nebo při vystavení kapaliny zvukovým vibracím. Pokud jste někdy používali ultrazvukovou lázeň, možná jste si všimli, jak se její obsah znatelně zahřívá.

Články o vírové generátory rotační typ, jehož principem činnosti je vytváření oblastí kavitace, když se oběžné kolo určitého tvaru otáčí v kapalině. Je toto řešení životaschopné?

Začněme teoretickými výpočty. V tomto případě spotřebujeme elektřinu na provoz elektromotoru (průměrná účinnost - 88 %) a výslednou mechanickou energii částečně vynaložíme na tření v těsněních kavitačního čerpadla a částečně na ohřev kapaliny v důsledku kavitace. To znamená, že v každém případě se jen část promarněné elektřiny přemění na teplo. Ale pokud si pamatujete, že účinnost konvenčního topného tělesa je od 95 do 97 procent, je jasné, že to nebude žádný zázrak: mnohem dražší a složitější vortexové čerpadlo bude méně efektivní než jednoduchá nichromová spirála.

Lze namítnout, že při použití topných těles je nutné zavést do topného systému přídavná oběhová čerpadla, zatímco vírové čerpadlo může čerpat chladicí kapalinu samo. Ale kupodivu se tvůrci čerpadel potýkají s výskytem kavitace, která nejen výrazně snižuje účinnost čerpadla, ale také způsobuje jeho erozi. V důsledku toho musí být čerpadlo tepelného generátoru nejen výkonnější než specializované přenosové čerpadlo, ale bude také vyžadovat použití pokročilejších materiálů a technologií, aby poskytlo srovnatelný zdroj.

Strukturálně bude naše tryska Laval vypadat jako kovová trubka trubkový závit na koncích, což umožňuje jeho připojení k potrubí pomocí závitových spojek. K výrobě trubky budete potřebovat soustruh.

• Tvar samotné trysky, přesněji její výstupní části, se může lišit v provedení. Varianta „a“ je výrobně nejjednodušší a její charakteristiky lze měnit změnou úhlu výstupního kužele v rozsahu 12-30 stupňů. Tento typ trysky však poskytuje minimální odpor proudění tekutiny a v důsledku toho nejmenší kavitaci v proudu.
• Varianta „b“ je obtížnější na výrobu, ale vzhledem k maximálnímu poklesu tlaku na výstupu z trysky také vytvoří největší turbulenci proudění. Podmínky pro vznik kavitace jsou v tomto případě optimální.
• Možnost „c“ je kompromisem z hlediska složitosti výroby a efektivity, takže se vyplatí ji vybrat.

Při vytápění soukromého domu resp výrobní prostory Používají se různá schémata pro výrobu tepelné energie.

Jedním z nich jsou kavitační generátory, které vám umožní vytápět místnosti s nižšími náklady.

Pro vlastní montáž Při instalaci takového zařízení musíte pochopit princip fungování a technologické nuance.

Fyzikální základy

Kavitace je tvorba páry v mase vody s pomalým poklesem tlaku a vysokou rychlostí.

Bublinky páry mohou vznikat vlivem zvukové vlny o určité frekvenci nebo záření z koherentního zdroje světla.

Během procesu míchání dochází k výparům s vodou pod tlakem vede k samovolnému kolapsu bublin a vzniku vodního pohybu rázové síly (píše se o výpočtu hydraulického rázu v potrubí).

Za takových podmínek se do vzniklých dutin uvolňují molekuly rozpuštěných plynů.

Jak postupuje proces kavitace, teplota uvnitř bublin stoupne na 1200 stupňů.

To negativně ovlivňuje materiály nádoby na vodu, protože kyslík při takových teplotách začíná intenzivně oxidovat materiál.

Experimenty ukázaly, že za takových podmínek jsou zničeny i slitiny drahých kovů.

Výroba kavitačního generátoru svépomocí je poměrně jednoduchá. Dobře prostudovaná technologie je již několik let vtělena do materiálů a používána k vytápění prostor.

V Rusku bylo první zařízení patentováno v roce 2013.

Generátor byl uzavřený kontejner, přes který byla přiváděna voda pod tlakem. Vlivem střídavého elektromagnetického pole vznikají bublinky páry.

Výhody a nevýhody

Kavitační ohřívač vody je jednoduché zařízení, které přeměňuje kapalnou energii na teplo.

Tato technologie má výhody:

• účinnost;
• úspora paliva;
• dostupnost.

Tepelný generátor je sestaven vlastníma rukama z komponent, který lze zakoupit v železářství ().

Takové zařízení se z hlediska parametrů nebude lišit od továrních modelů.

Nevýhody jsou:

DŮLEŽITÉ!
Chcete-li ovládat rychlost pohybu tekutiny, použijte speciální zařízení, schopný zpomalit pohyb vody.

Provozní principy

Pracovní proces probíhá současně ve dvou fázích životní prostředí:

• kapaliny,
• pár.

Čerpací zařízení nejsou konstruována pro provoz v takových podmínkách, což vede ke kolapsu dutin se ztrátou účinnosti.

Tepelné generátory mísí fáze způsobující tepelnou konverzi.

Ohřívače pro použití v domácnosti přeměňovat mechanickou energii na tepelnou energii s návratem kapaliny do zdroje (o kotli nepřímé vytápění s recyklací čtěte na stránce).

Patent nebyl získán, protože stále neexistuje přesné zdůvodnění procesu.

V praxi se používají zařízení navržená Schaubergerem a Lazarevem.

K vytvoření generátoru jsou použity kresby Larionova, Fedoskina a Petrakova.

Před zahájením práce je vybráno čerpadlo(přečtěte si článek o tom, jak vypočítat oběh pro topný systém).

V úvahu se berou následující parametry:

• Napájení;
• požadované množství tepelné energie;
• množství tlaku.

Většina modelů je vyrobena ve formě trysek, což se vysvětluje snadnou modernizací, praktičností a větším výkonem.

Otvor mezi difuzérem a konfuzorem by měl mít průměr 8-15 centimetrů. S menším průřezem dostaneme vysoký tlak, ale nízký výkon.

Generátor tepla má expanzní komoru, jehož velikost se vypočítá na základě požadovaného výkonu.

Designové vlastnosti

Navzdory jednoduchosti zařízení existují funkce, které je třeba vzít v úvahu při montáži:

Výpočty tepla se provádějí pomocí následujících vzorců:

Epot = - 2*Ekin, kde

Ekin = mV2/2 – nestabilní kinetická veličina.

Sestava kavitačního generátoru vlastními rukama vám umožní ušetřit nejen na pohonných hmotách, ale i na nákupu sériových modelů.

Výroba takových generátorů tepla byla zavedena v Rusku i v zahraničí.

Zařízení mají mnoho výhod, ale hlavní nevýhoda– náklady – snižuje je na nic. průměrná cena pro model domácnosti je asi 50-55 tisíc rublů.

Závěr

Samostatnou montáží generátoru kavitačního tepla získáme zařízení s vysokou účinností.

Pro správnou funkci zařízení je nutné chránit kovové části nátěrem. Díly, které přicházejí do styku s kapalinou, je lepší vyrobit silnostěnné, což zvýší životnost.

Podívejte se na poskytnuté video jasný příklad provoz domácího kavitačního generátoru tepla.

Aby bylo zajištěno maximum ekonomické vytápění, užívají majitelé domů různé systémy. Navrhujeme zvážit, jak funguje generátor kavitačního tepla, jak vyrobit zařízení vlastníma rukama, stejně jako jeho strukturu a obvod.

Klady a zápory kavitačních zdrojů energie

Kavitační ohřívače jsou jednoduchá zařízení, které přeměňují mechanickou energii pracovní tekutiny na energii tepelnou. Ve skutečnosti, toto zařízení skládá se z odstředivé čerpadlo(pro koupelny, studny, vodovodní systémy soukromých domů), který má nízký ukazatel účinnosti. Přeměna energie v kavitačním ohřívači je široce používána průmyslové podniky, kde může dojít k poškození topných těles, pokud se dostanou do kontaktu s pracovní kapalinou, která má velký teplotní rozdíl.

Foto – Návrh kavitačního generátoru tepla

Klady zařízení:

1. Účinnost;
2. Ekonomické zásobování teplem;
3. Dostupnost;
4. Můžete si ho sestavit sami domácí spotřebič výroba tepelné energie. Jak ukazuje praxe, domácí zařízení Kvalita není horší než zakoupená.

Nevýhody generátoru:

1. hlučnost;
2. Je obtížné získat materiály pro výrobu;
3. Síla je příliš velká malý pokoj až 60-80 metrů čtverečních, je jednodušší koupit generátor pro domácnost;
4. I minizařízení zabírají hodně místa (v průměru minimálně jeden a půl metru místnosti).

Video: zařízení generátoru kavitačního tepla

Princip činnosti

"Kavitace" se týká tvorby bublin v kapalině Pracovní kolo pracuje ve smíšené fázi (období bublin kapaliny a plynu) prostředí. Čerpadla zpravidla nejsou navržena pro proudění ve smíšené fázi (jejich provoz ničí bubliny, což způsobuje ztrátu účinnosti generátoru kavitace). Tato tepelná zařízení jsou navržena tak, aby indukovala tok smíšené fáze jako součást míchání kapaliny, což má za následek tepelnou konverzi.

Foto – Výkres generátoru tepla

V komerčních kavitačních ohřívačích mechanická energie pohání ohřívač vstupní energie (např. motor, řídicí jednotka), což způsobuje, že se tekutina, která produkuje výstupní energii, vrací zpět do zdroje. Toto úložiště přeměňuje mechanickou energii na tepelnou energii s malými ztrátami (obvykle méně než 1 procento), takže při přeměně jsou brány v úvahu chyby převodu.

Generátor superkavitační tryskové energie funguje trochu jinak. Takový ohřívač se používá ve výkonných podnicích, když Termální energie výkon je v určitém zařízení předán kapalině, její výkon výrazně převyšuje množství mechanické energie potřebné k provozu ohřívače. Tato zařízení jsou energeticky účinnější než návratové mechanismy, zejména proto, že nevyžadují pravidelné kontroly a nastavení.

Existovat odlišné typy takové generátory. Nejběžnějším typem je rotační hydrodynamický Griggsův mechanismus. Jeho princip činnosti je založen na provozu odstředivého čerpadla. Skládá se z trubek, statoru, pouzdra a pracovní komory. Na tento moment Upgradů je mnoho, nejjednodušší je rotační pohon nebo disková (kulová) vodní pumpa. Skládá se z povrchu disku, ve kterém mnoho různé díry typ rolety (bez výstupu), dat konstrukční prvky nazývané Griggsovy buňky. Jejich rozměrové parametry a počet přímo závisí na výkonu rotoru, konstrukci generátoru tepla a rychlosti pohonu.

Foto – Griggsův hydrodynamický mechanismus

Mezi rotorem a statorem je určitá mezera, která je nezbytná pro ohřev vody. Tento proces se provádí rychlým pohybem kapaliny po povrchu disku, což zvyšuje teplotu. Průměrně se rotor pohybuje přibližně 3000 otáčkami za minutu, což stačí ke zvýšení teploty na 90 stupňů.

Druhý typ kavitačního generátoru se obvykle nazývá statický. Na rozdíl od rotační nemá žádné rotační části, aby došlo ke kavitaci, potřebuje trysky. Zejména se jedná o části slavného Lavalu, které jsou spojeny s pracovní komorou.

K provozu je připojeno konvenční čerpadlo, které jako u rotačního generátoru čerpá tlak v pracovní komoře, což zajišťuje vyšší rychlost pohybu vody, a tím i zvýšení její teploty. Rychlost tekutiny na výstupu z trysky je zajištěna rozdílem průměrů přední a výstupní trubky. Jeho nevýhodou je výrazně nižší účinnost než u rotačního, tím spíše, že je větší a těžší.

Jak si vyrobit vlastní generátor

První trubková jednotka byla vyvinuta Potapovem. Patent na to ale nedostal, protože... Doposud je zdůvodnění fungování ideálního generátoru v praxi považováno za neúplné, pokusili se také vytvořit zařízení Schauberger a Lazarev. V současnosti je zvykem pracovat podle kreseb Larionova, Fedoskina, Petrakova, Nikolaje Žuka.

Foto – Potapov vírový kavitační generátor

Před zahájením prací je třeba vybrat vakuové nebo bezdotykové čerpadlo (vhodné i pro studny) podle vašich parametrů. K tomu je třeba vzít v úvahu následující faktory:

1. Výkon čerpadla (provádí se samostatný výpočet);
2. Potřebná tepelná energie;
3. Velikost tlaku;
4. Typ čerpadla (zrychlení nebo snížení).

I přes obrovská rozmanitost formy a typy kavitátorů, téměř všechny průmyslové a domácí zařízení vyrobeno ve formě trysky, tato forma je nejjednodušší a nejpraktičtější. Navíc je snadné upgradovat, což výrazně zvyšuje výkon generátoru. Před zahájením práce věnujte pozornost průřezu otvoru mezi konfuzorem a difuzorem. Musí být vyrobena ne příliš úzká, ale ani široká, přibližně od 8 do 15 cm V prvním případě zvýšíte tlak v pracovní komoře, ale výkon nebude vysoký, protože Objem ohřáté vody bude ve srovnání se studenou vodou relativně malý. Kromě těchto problémů přispívá malý rozdíl v průřezech k nasycení kyslíkem přiváděné vody z pracovního potrubí tento indikátor ovlivňuje hladinu hluku čerpadla a výskyt kavitačních jevů v samotném zařízení, které v princip, negativně ovlivňuje jeho provoz.

Foto – Kavitační generátor tepla

Kavitační generátory tepla otopných soustav musí mít expanzní komory. Mohou mít různý profil v závislosti na požadavcích a požadovaný výkon. V závislosti na tomto indikátoru se může změnit konstrukce generátoru.

Podívejme se na konstrukci generátoru:

1. Potrubí, ze kterého přichází voda 1, je připojeno přírubou k čerpadlu, jehož podstatou je přivádět vodu pod určitým tlakem do pracovní komory.
2. Poté, co voda vstoupí do potrubí, musí získat požadovanou rychlost a tlak. To vyžaduje speciálně zvolené průměry potrubí. Voda se rychle pohybuje do středu pracovní komory, po jejím dosažení se smísí několik proudů kapaliny, načež se vytvoří tlak energie;
3. K ovládání rychlosti kapaliny se používá speciální brzdové zařízení. Musí být instalován na výstupu a výstupu z pracovní komory, to se často provádí u ropných produktů (odpad z ropy, zpracování nebo praní), horká voda v domácím spotřebiči.
4. Přes pojistný ventil se kapalina přesouvá do protějšího potrubí, ve kterém je palivo pomocí oběhového čerpadla vráceno do výchozího bodu. Díky neustálému pohybu vzniká teplo a teplo, které lze přeměnit na stálou mechanickou energii.

V principu je práce jednoduchá a založená na podobném principu jako vírové zařízení, dokonce i vzorce pro výpočet vyrobeného tepla jsou shodné. Tento:

Epot = - 2 Ekin

Kde Ekin =mV2/2 je pohyb Slunce (kinetická, nekonstantní hodnota);

Hmotnost planety – m, kg.

Přehled cen

Samozřejmě, kavitační generátor tepla je prakticky anomální zařízení ideální generátor, je těžké koupit, cena je příliš vysoká. Navrhujeme zvážit, kolik stojí kavitační topné zařízení v různých městech Ruska a Ukrajiny:

Kavitační vírové tepelné generátory mají více jednoduché kresby, ale mají poněkud nižší účinnost. V současné době existuje několik předních společností na trhu: rotační hydroelektrické čerpadlo-generátor tepla "Radex", JE "New Technologies", elektrický šok "Tornado" a elektrohydraulický šok "Vektorplus", mini-spotřebič pro soukromý dům (LATR) TSGC2-3k (3 kVA) a běloruský Yurle-K.

Foto – Tornado Heat Generator

Prodej se uskutečňuje v obchodních střediscích a partnerských prodejnách v Rusku, Kyrgyzstánu, Bělorusku a dalších zemích SNS.

Zdražování vytápění nás každým rokem nutí hledat levnější způsoby vytápění obytných prostor v chladném období. To platí zejména pro ty domy a byty, které mají velkou plochu. Jednou z takových metod ukládání je vortex. Má mnoho výhod a také umožňuje uložit na stvoření. Jednoduchost provedení nebude ztěžovat montáž ani začátečníkům. Dále zvážíme výhody této metody vytápění a také se pokusíme vypracovat plán pro sestavení generátoru tepla vlastníma rukama.

Tepelný generátor je speciální zařízení, jehož hlavním účelem je vytvářet teplo spalováním paliva, které je do něj vloženo. V tomto případě vzniká teplo, které se vynakládá na ohřev chladicí kapaliny, která zase přímo plní funkci vytápění obytného prostoru.

První generátory tepla se na trhu objevily již v roce 1856 díky vynálezu britského fyzika Roberta Bunsena, který si během řady experimentů všiml, že teplo vznikající při spalování může být směrováno libovolným směrem.

Od té doby byly generátory samozřejmě upraveny a jsou schopny vytopit mnohem větší plochu, než tomu bylo před 250 lety.

Hlavním kritériem, kterým se generátory od sebe liší, je palivo, které nakládají. Podle toho se rozlišují následující typy:

1. Dieselové generátory tepla – vytvářejí teplo jako výsledek spalování motorové nafty. Schopný dobře zahřát velké plochy, ale je lepší je nepoužívat pro domácnost kvůli přítomnosti toxických látek produkovaných v důsledku spalování paliva.
2. Plynové generátory tepla fungují na principu nepřetržitého přívodu plynu, spalování ve speciální komoře, která zároveň produkuje teplo. Je považována za zcela ekonomickou možnost, ale instalace vyžaduje zvláštní povolení a zvýšenou bezpečnost.
3. Generátory na pevná paliva mají podobnou konstrukci jako konvenční uhelné topeniště, kde je spalovací komora, komora na saze a popel a topné těleso. Vhodné pro použití v otevřených prostorách, protože jejich provoz nezávisí na povětrnostních podmínkách.
4. – jejich princip fungování je založen na procesu tepelné přeměny, při kterém bubliny vytvořené v kapalině vyvolávají smíšený tok fází, čímž se zvyšuje množství generovaného tepla.