Questo articolo descrive come realizzare un generatore di calore da solo.

Il principio di funzionamento di un generatore di calore statico e i risultati della sua ricerca sono descritti in dettaglio. Vengono fornite raccomandazioni per il calcolo e la selezione dei componenti.

L'idea della creazione

Cosa fare se non si hanno abbastanza soldi per acquistare un generatore di calore? Come farlo da solo? Te ne parlerò propria esperienza in questo caso.

L'idea di realizzare il nostro generatore di calore ci è venuta dopo aver conosciuto vari tipi di generatori di calore. I loro progetti sembravano piuttosto semplici, ma non del tutto pensati.

Esistono due modelli noti di tali dispositivi: rotativo e statico. Nel primo caso per creare la cavitazione viene utilizzato un rotore, come si può intuire dal nome, nel secondo l'elemento principale del dispositivo è un ugello; Per fare una scelta a favore di una delle opzioni di design, confrontiamo entrambi i design.

Generatore di calore rotativo

Cos'è un generatore di calore rotativo? In sostanza, è leggermente modificato pompa centrifuga, Cioè, c'è un alloggiamento della pompa (che in in questo casoè uno statore) con tubi di ingresso e di uscita, e una camera di lavoro, all'interno della quale è presente un rotore che funge da girante. La differenza principale rispetto ad una pompa convenzionale è il rotore. Esistono moltissimi modelli di rotori per generatori di calore a vortice e ovviamente non li descriveremo tutti. Il più semplice è un disco, sulla cui superficie cilindrica sono praticati numerosi fori ciechi di una certa profondità e diametro. Questi fori sono chiamati celle di Griggs, dal nome dell'inventore americano che fu il primo a testare un generatore di calore rotativo di questo tipo. Il numero e le dimensioni di queste celle sono determinati in base alle dimensioni del disco del rotore e alla velocità di rotazione del motore elettrico che lo mette in rotazione. Lo statore (noto anche come alloggiamento del generatore di calore), di regola, è realizzato sotto forma di un cilindro cavo, ad es. un tubo tappato su entrambi i lati con flange. In questo caso la distanza tra la parete interna dello statore e il rotore è molto piccola e ammonta a 1...1,5 mm.

È nello spazio tra il rotore e lo statore che l'acqua viene riscaldata. Ciò è facilitato dal suo attrito sulla superficie dello statore e del rotore, durante la rapida rotazione di quest'ultimo. Naturalmente, i processi di cavitazione e la turbolenza dell'acqua nelle celle del rotore svolgono un ruolo significativo nel riscaldamento dell'acqua. La velocità di rotazione del rotore è solitamente di 3000 giri al minuto con un diametro di 300 mm. Al diminuire del diametro del rotore è necessario aumentare la velocità di rotazione.

Non è difficile intuire che, nonostante la sua semplicità, un tale progetto richiede una precisione di fabbricazione piuttosto elevata. Ed è ovvio che sarà necessario il bilanciamento del rotore. Inoltre, dobbiamo risolvere il problema della tenuta dell'albero del rotore. Naturalmente gli elementi di tenuta richiedono una sostituzione regolare.

Da quanto sopra ne consegue che la risorsa di tali installazioni non è così grande. Oltre a tutto il resto, il funzionamento dei generatori di calore rotativi è accompagnato da un aumento del rumore. Anche se hanno una produttività maggiore del 20-30% rispetto ai generatori di calore statici. I generatori di calore rotativi sono anche in grado di produrre vapore. Ma questo è un vantaggio per una vita utile breve (rispetto ai modelli statici)?

Generatore di calore statico

Il secondo tipo di generatore di calore è detto statico. Ciò è dovuto all'assenza di parti rotanti nel design del cavitatore. Per creare processi di cavitazione vengono utilizzati diversi tipi tirò su col naso. Il più comunemente usato è il cosiddetto ugello Laval

Affinché si verifichi la cavitazione, è necessario garantire un'elevata velocità di movimento del fluido nel cavitatore. Per questo viene utilizzata una pompa centrifuga convenzionale. La pompa crea pressione del liquido davanti all'ugello, si precipita nell'apertura dell'ugello, che ha una sezione trasversale notevolmente più piccola rispetto alla tubazione di alimentazione, il che garantisce ad alta velocità all'uscita dell'ugello. A causa della forte espansione del liquido all'uscita dell'ugello, si verifica la cavitazione. Ciò è facilitato anche dall'attrito del liquido sulla superficie del canale dell'ugello e dalla turbolenza dell'acqua che si verifica quando il getto esce improvvisamente dall'ugello. Cioè, l'acqua viene riscaldata per gli stessi motivi di un generatore di calore rotativo, ma con un'efficienza leggermente inferiore.

La progettazione di un generatore di calore statico non richiede una produzione di parti ad alta precisione. Restauro meccanico nella produzione di queste parti è ridotta al minimo rispetto al design del rotore. Grazie all'assenza di parti rotanti, il problema della sigillatura delle unità e delle parti accoppiate è facilmente risolvibile. Anche il bilanciamento non è necessario. La vita utile del cavitatore è notevolmente più lunga (garanzia di 5 anni). Anche se l'ugello raggiunge la fine della sua vita utile, la sua produzione e sostituzione richiederanno costi del materiale notevolmente inferiori (il generatore di calore rotativo in questo caso avrà essenzialmente essere fabbricato di nuovo).

Forse lo svantaggio più importante di un generatore di calore statico è il costo della pompa. Tuttavia, il costo di produzione di un generatore di calore di questo tipo non è praticamente diverso da versione rotativa e se ricordiamo la durata di entrambe le installazioni, questo svantaggio si trasformerà in un vantaggio, perché se il cavitatore viene sostituito, non è necessario cambiare la pompa.

Pertanto, opteremo per un generatore di calore di concezione statica, soprattutto perché disponiamo già di una pompa e non dovremo spendere soldi per il suo acquisto.

Produzione di generatori di calore

Selezione della pompa

Cominciamo con la scelta di una pompa per il generatore di calore. Per fare ciò, determiniamo i suoi parametri operativi. Che questa pompa sia una pompa di circolazione o una pompa per l'aumento della pressione non ha alcuna importanza fondamentale. Nella foto della Figura 6 viene utilizzata una pompa di circolazione con rotore a secco Grundfos. Ciò che conta è la pressione operativa, le prestazioni della pompa, il massimo temperatura consentita liquido pompato.

Non tutte le pompe possono essere utilizzate per il pompaggio di liquidi alta temperatura. E, se non si presta attenzione a questo parametro quando si sceglie una pompa, la sua durata sarà significativamente inferiore a quella dichiarata dal produttore.

L'efficienza del generatore di calore dipenderà dalla quantità di pressione sviluppata dalla pompa. Quelli. maggiore è la pressione, maggiore è la caduta di pressione fornita dall'ugello. Di conseguenza, tanto più efficiente è il riscaldamento del liquido pompato attraverso il cavitatore. Tuttavia, non dovresti inseguire i numeri massimi specifiche tecniche pompe Già ad una pressione nella tubazione davanti all'ugello pari a 4 atm, si noterà un aumento della temperatura dell'acqua, anche se non così rapido come ad una pressione di 12 atm.

Le prestazioni della pompa (il volume di liquido che pompa) non hanno praticamente alcun effetto sull'efficienza del riscaldamento dell'acqua. Ciò è dovuto al fatto che per garantire una caduta di pressione nell'ugello, riduciamo la sua sezione trasversale significativamente inferiore al diametro nominale della tubazione del circuito e degli ugelli della pompa. La portata del liquido pompato attraverso il cavitatore non supererà 3...5 m3/h, perché Tutte le pompe possono fornire la pressione più alta solo alla portata più bassa.

La potenza della pompa di lavoro del generatore di calore determinerà il coefficiente di conversione energia elettrica a termico. Maggiori informazioni sul fattore di conversione energetica e sul suo calcolo di seguito.

Quando abbiamo scelto una pompa per il nostro generatore di calore, ci siamo affidati alla nostra esperienza con le installazioni Warmbotruff (questo generatore di calore è descritto nell'articolo sulla ecocasa). Sapevamo che il generatore di calore da noi installato utilizzava una pompa WILO IL 40/170-5,5/2 (vedi Fig. 6). Si tratta di una pompa di circolazione Inline a rotore secco con una potenza di 5,5 kW, una pressione massima di esercizio di 16 atm, fornendo una prevalenza massima di 41 m (ovvero fornisce una caduta di pressione di 4 atm). Pompe simili sono prodotte da altri produttori. Ad esempio, Grundfos produce un analogo di tale pompa: questo è il modello TP 40-470/2.

Figura 6 - Pompa di funzionamento del generatore di calore “Warmbotruff 5.5A”

Eppure, dopo aver confrontato le caratteristiche prestazionali di questa pompa con altri modelli prodotti dallo stesso produttore, abbiamo scelto la pompa centrifuga multistadio ad alta pressione MVI 1608-06/PN 16. Questa pompa fornisce più del doppio della pressione, con lo stesso motore potenza, anche se costa quasi 300€ in più.

Attualmente disponibile grande opportunità risparmiare denaro utilizzando l'equivalente cinese. Dopotutto, i produttori cinesi di pompe migliorano costantemente la qualità delle contraffazioni in tutto il mondo. marchi famosi ed ampliare la gamma. Il costo dei "grundfos" cinesi è spesso molte volte inferiore, mentre la qualità non è sempre altrettanto peggiore, e talvolta non è molto inferiore.

Sviluppo e produzione di cavitatore

Cos'è un cavitatore? Esiste grande quantità progetti di cavitatori statici (puoi verificarlo su Internet), ma in quasi tutti i casi sono realizzati sotto forma di ugello. Di norma, l'ugello Laval viene preso come base e modificato dal progettista. Il classico ugello Laval è mostrato in Fig. 7.

La prima cosa a cui dovresti prestare attenzione è la sezione trasversale del canale tra il diffusore e il confusore.

Non restringere troppo la sua sezione, cercando di garantire la massima perdita di carico. Naturalmente, quando l'acqua lascia un foro di piccola sezione trasversale ed entra nella camera di espansione, si otterrà il massimo grado di rarefazione e, di conseguenza, una cavitazione più attiva. Quelli. L'acqua si scalderà fino a raggiungere una temperatura più elevata in un solo passaggio attraverso l'ugello. Tuttavia, il volume dell'acqua pompata attraverso l'ugello sarà troppo piccolo e si mescolerà con acqua fredda, non gli trasferirà abbastanza calore. Pertanto, il volume totale dell'acqua si riscalderà lentamente. Inoltre, la piccola sezione trasversale del canale contribuirà all'aerazione dell'acqua che entra nel tubo di ingresso della pompa funzionante. Di conseguenza, la pompa funzionerà più rumorosamente e potrebbe verificarsi cavitazione nella pompa stessa, che è già un fenomeno indesiderato. Il motivo per cui ciò accade risulterà chiaro quando considereremo la progettazione del circuito idrodinamico del generatore di calore.

Le migliori prestazioni si ottengono con un diametro di apertura del canale di 8-15 mm. Inoltre, l'efficienza del riscaldamento dipenderà anche dalla configurazione della camera di espansione dell'ugello. Passiamo quindi al secondo punto importante nella progettazione dell'ugello - camera di espansione.

Quale profilo dovresti scegliere? Inoltre, questo non è tutto possibili opzioni profili degli ugelli. Pertanto, per determinare il design degli ugelli, abbiamo deciso di ricorrere alla modellazione matematica del flusso del fluido al loro interno. Presenterò alcuni risultati della modellazione degli ugelli mostrati in Fig. 8.

Le figure mostrano che questi design degli ugelli consentono il riscaldamento per cavitazione dei liquidi pompati al loro interno. Mostrano che quando il liquido scorre, zone di alto e bassa pressione, che provocano la formazione di cavità ed il suo successivo collasso.

Come si può vedere dalla Figura 8, il profilo dell'ugello può essere molto diverso. L'opzione a) è essenzialmente un classico profilo di ugello Laval. Utilizzando tale profilo è possibile variare l'angolo di apertura della camera di espansione, modificando così le caratteristiche del cavitatore. Tipicamente il valore è compreso tra 12 e 30°. Come si può vedere dal diagramma della velocità in Fig. 9 tale ugello fornisce la massima velocità di movimento del fluido. Tuttavia, un ugello con questo profilo fornisce la caduta di pressione più bassa (vedere Fig. 10). La maggiore turbolenza si osserverà già all'uscita dall'ugello (vedi Fig. 11).

Ovviamente, l'opzione b) creerà più efficacemente il vuoto quando il liquido fuoriesce dal canale che collega la camera di espansione alla camera di compressione (vedi Fig. 9). La velocità del flusso del liquido attraverso questo ugello sarà minima, come evidenziato dal diagramma di velocità mostrato in Fig. 10. La turbolenza derivante dal passaggio del liquido attraverso l'ugello della seconda opzione, a mio avviso, è la più ottimale per il riscaldamento dell'acqua. La comparsa di un vortice nel flusso inizia già all'ingresso del canale intermedio, e all'uscita dall'ugello inizia la seconda ondata di formazione di vortice (vedi Fig. 11). Tuttavia, un tale ugello è un po' più difficile da produrre, perché dovrai macinare un emisfero.

L'ugello a profilo c) è una versione precedente semplificata. C'era da aspettarsi che le ultime due opzioni avessero caratteristiche simili. Ma il diagramma di variazione della pressione mostrato in Fig. 9 indica che la differenza sarà la maggiore delle tre opzioni. La velocità del flusso del fluido sarà maggiore rispetto alla seconda versione dell'ugello e inferiore rispetto alla prima (vedi Fig. 10). La turbolenza che si verifica quando l'acqua si muove attraverso questo ugello è paragonabile alla seconda opzione, ma la formazione di un vortice avviene in modo diverso (vedi Fig. 11).

Ho dato come esempio solo i profili degli ugelli più facili da realizzare. Tutte e tre le opzioni possono essere utilizzate durante la progettazione di un generatore di calore e non si può dire che una delle opzioni sia corretta e le altre no. Puoi sperimentare tu stesso diversi profili di ugelli. Per fare questo, non è necessario realizzarli immediatamente dal metallo e condurre un vero esperimento. Ciò non è sempre giustificato. Innanzitutto, puoi analizzare l'ugello che hai inventato in uno qualsiasi dei programmi che simulano il movimento dei fluidi. Ho utilizzato l'app COSMOSFloWorks per analizzare gli ugelli nella foto sopra. Versione semplificata di questa applicazione fa parte del sistema di progettazione assistita da computer SolidWorks.

Nell'esperimento per creare il nostro modello di generatore di calore, abbiamo utilizzato una combinazione di semplici ugelli (vedi Fig. 12).

Esistono soluzioni progettuali molto più sofisticate, ma non vedo il motivo di presentarle tutte. Se sei veramente interessato a questo argomento, puoi sempre trovare altri modelli di cavitatori su Internet.

Realizzazione di un circuito idrodinamico

Dopo aver deciso il design dell'ugello, passiamo alla fase successiva: la realizzazione del circuito idrodinamico. Per fare ciò, devi prima disegnare uno schema elettrico. Lo abbiamo reso molto semplice disegnando un diagramma sul pavimento con il gesso (vedi Fig. 13)

1. Manometro all'uscita dell'ugello (misura la pressione all'uscita dell'ugello).
2. Termometro (misura la temperatura all'ingresso dell'impianto).
3. Valvola di sfiato aria(Rimuove serratura d'aria dal sistema).
4. Tubo di scarico con rubinetto.
5. Custodia per termometro.
6. Condotto d'ingresso con rubinetto.
7. Manicotto per termometro in ingresso.
8. Manometro in ingresso all'ugello (misura la pressione in ingresso all'impianto).

Ora descriverò il progetto del circuito. È una tubazione, il cui ingresso è collegato al tubo di uscita della pompa e l'uscita all'ingresso. In questa tubazione è saldato un ugello 9, tubi per il collegamento dei manometri 8 (prima e dopo l'ugello), manicotti per l'installazione di un termometro 7.5 (non abbiamo saldato i fili per i manicotti, ma li abbiamo semplicemente saldati), un raccordo per l'aria valvola di sfiato 3 (abbiamo utilizzato un normale Sharkran, raccordi per la valvola di controllo e raccordi per il collegamento del circuito di riscaldamento.

Nel diagramma che ho disegnato, l'acqua si muove in senso antiorario. L'acqua viene fornita al circuito attraverso il tubo inferiore (sharkran con volano rosso e valvola di ritegno) e l'acqua viene erogata da esso, rispettivamente, attraverso quello superiore (sharkran con volano rosso). La differenza di pressione è regolata da una valvola posta tra i tubi di ingresso e di uscita. Nella foto fig. 13 è mostrato solo nel diagramma e non si trova accanto alla sua designazione, perché lo abbiamo già avvitato ai cavetti, avendo precedentemente avvolto il sigillo (vedi Fig. 14).

Per realizzare il circuito abbiamo preso un tubo DN 50, perché... I tubi di collegamento della pompa hanno lo stesso diametro. In questo caso si tratta dei tubi di ingresso e di uscita del circuito a cui è collegato circuito di riscaldamento, l'abbiamo realizzato da un tubo DN 20. Puoi vedere cosa abbiamo ottenuto alla fine in Fig. 15.

La foto mostra una pompa con motore da 1 kW. Successivamente l'abbiamo sostituita con la pompa da 5,5 kW sopra descritta.

La vista, ovviamente, non era delle più esteticamente gradevoli, ma non ci eravamo prefissati un compito del genere. Forse uno dei lettori si chiederà perché tali dimensioni del contorno, perché puoi rimpicciolirlo? Intendiamo disperdere leggermente l'acqua a causa della lunghezza del tubo davanti all'ugello. Se effettui una ricerca su Internet, probabilmente troverai immagini e schemi dei primi modelli di generatori di calore. Quasi tutti funzionavano senza ugelli. L'effetto del riscaldamento del liquido è stato ottenuto accelerandolo a velocità abbastanza elevate. A questo scopo sono stati utilizzati i cilindri piccola altezza Con ingresso tangenziale E uscita coassiale.

Non abbiamo utilizzato questo metodo per accelerare l'acqua, ma abbiamo deciso di rendere il nostro design il più semplice possibile. Sebbene stiamo pensando a come accelerare il fluido con questo progetto di circuito, ne parleremo più avanti.

Nella foto il manometro davanti all'ugello e l'adattatore con manicotto per il termometro, che è montato davanti al contatore dell'acqua, non sono ancora stati avvitati (a quel tempo non era ancora pronto). Non resta che installare gli elementi mancanti e procedere alla fase successiva.

Avvio del generatore di calore

Penso che non abbia senso parlare di come collegare il motore della pompa e il radiatore del riscaldamento. Sebbene non abbiamo affrontato la questione del collegamento del motore elettrico in modo completamente standard. Poiché a casa viene solitamente utilizzata una rete monofase e le pompe industriali sono prodotte con un motore trifase, abbiamo deciso di utilizzare un convertitore di frequenza , disegnato per rete monofase. Ciò ha permesso anche di aumentare la velocità di rotazione della pompa oltre i 3000 giri al minuto. e quindi trovare la frequenza di rotazione di risonanza della pompa.

Per parametrizzare il convertitore di frequenza, abbiamo bisogno di un laptop con una porta COM per parametrizzare e controllare il convertitore di frequenza. Il convertitore stesso è installato in un armadio di controllo, dove viene fornito il riscaldamento condizioni invernali funzionamento e ventilazione per condizioni estive operazione. Per ventilare l'armadio abbiamo utilizzato una ventola standard e per riscaldare l'armadio utilizziamo un riscaldatore da 20 W.

Il convertitore di frequenza consente di regolare la frequenza della pompa su un ampio intervallo, sia al di sotto di quella principale che al di sopra di quella principale. La frequenza del motore può essere aumentata non oltre il 150%.

Nel nostro caso è possibile aumentare il regime del motore a 4500 giri/min.

È possibile aumentare brevemente la frequenza fino al 200%, ma ciò porta a un sovraccarico meccanico del motore e aumenta la probabilità di guasto. Inoltre, utilizzando un convertitore di frequenza, il motore è protetto da sovraccarico e corto circuito. Inoltre, il convertitore di frequenza consente di avviare il motore tempo a disposizione accelerazione, che limita l'accelerazione delle pale della pompa all'avvio e limita correnti di avviamento motore. Il convertitore di frequenza è installato in pensile(vedi Fig. 16).

Tutti i comandi e gli elementi di indicazione si trovano sul pannello frontale del quadro elettrico. I parametri di funzionamento del sistema sono visualizzati sul pannello frontale (sul dispositivo MTM-RE-160).

Il dispositivo ha la capacità di registrare letture da 6 diversi canali di segnali analogici durante il giorno. In questo caso, registriamo le letture della temperatura all'ingresso del sistema, le letture della temperatura all'uscita del sistema e i parametri di pressione all'ingresso e all'uscita del sistema.

L'impostazione della velocità della pompa principale viene effettuata utilizzando i dispositivi MTM-103; i pulsanti verde e giallo vengono utilizzati per avviare e arrestare i motori della pompa di lavoro del generatore di calore e pompa di circolazione. Prevediamo di utilizzare una pompa di circolazione per ridurre il consumo energetico. Dopotutto, quando l'acqua si riscalda temperatura impostata, la circolazione è ancora necessaria.

Quando si utilizza un convertitore di frequenza Micromaster 440, è possibile utilizzare programma speciale Starter installandolo sul laptop (vedi Fig. 18).

Innanzitutto, i dati iniziali del motore scritti sulla targhetta (una targhetta con i parametri di fabbrica del motore attaccata allo statore del motore) vengono inseriti nel programma

• Potenza nominale R kW,
• Corrente nominale I nom.,
• Coseno,
• Tipo di motore,
• Velocità di rotazione nominale N nom.

Successivamente, viene avviato il rilevamento automatico del motore e lo determina il convertitore di frequenza stesso parametri richiesti motore. Successivamente la pompa è pronta per il funzionamento.

Prova del generatore di calore

Una volta connessa l'installazione, puoi iniziare il test. Avviamo il motore elettrico della pompa e, osservando le letture dei manometri, impostiamo la caduta di pressione richiesta. A tale scopo nel circuito è prevista una valvola, posizionata tra i tubi di ingresso e di uscita. Ruotando la maniglia della valvola, impostiamo la pressione nella tubazione dopo l'ugello nell'intervallo 1,2…1,5 atm. Nel tratto di circuito compreso tra l'ingresso dell'ugello e l'uscita della pompa la pressione ottimale sarà compresa tra 8…12 atm.

La pompa è riuscita a fornirci una pressione all'ingresso dell'ugello di 9,3 atm. Dopo aver impostato la pressione all'uscita dell'ugello su 1,2 atm, lasciamo scorrere l'acqua in cerchio (chiudiamo la valvola di uscita) e annotiamo l'ora. Man mano che l'acqua si muoveva lungo il circuito, abbiamo registrato un aumento della temperatura di circa 4°C al minuto. Quindi dopo 10 minuti abbiamo già riscaldato l'acqua da 21°C a 60°C. Volume del contorno s pompa installata ammontava a quasi 15 litri Il consumo di elettricità è stato calcolato misurando la corrente. Da questi dati possiamo calcolare il rapporto di conversione energetica.

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

• C - capacità termica specifica dell'acqua, 4200 J/(kg*K);
• m è la massa dell'acqua riscaldata, kg;
• Tn - temperatura iniziale dell'acqua, 294° K;
• Tk - temperatura finale dell'acqua, 333° K;
• Qn - prime letture del contatore elettrico, 0 kWh;
• Qk - letture finali del contatore elettrico, 0,5 kWh.

Sostituiamo i dati nella formula e otteniamo:

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

Ciò significa che consumando 5 kWh di energia elettrica, il nostro generatore di calore produce 1.365 volte più calore, ovvero 6.825 kWh. Possiamo quindi tranquillamente affermare la validità di questa idea. Questa formula non tiene conto del rendimento del motore, il che significa che il rapporto di trasformazione effettivo sarà ancora più elevato.

Nel calcolare la potenza termica necessaria per riscaldare la nostra casa, procediamo dalla formula semplificata generalmente accettata. Secondo questa formula, quando altezza standard soffitto (fino a 3 m), per la nostra regione avremo bisogno di 1 kW di potenza termica ogni 10 m2. Pertanto, per la nostra casa con una superficie di 10x10 = 100 m2 avremo bisogno di 10 kW di potenza termica. Quelli. per riscaldare questa casa non è sufficiente un generatore di calore con una potenza di 5,5 kW, ma questo è solo a prima vista. Se non te lo sei ancora dimenticato, per riscaldare la stanza utilizzeremo un sistema “pavimento caldo”, che consente di risparmiare fino al 30% dell’energia consumata. Ne consegue che i 6,8 kW di energia termica generati dal generatore di calore dovrebbero essere appena sufficienti per riscaldare la casa. Inoltre, connessione successiva pompa di calore e un collettore solare ci consentirà di ridurre ulteriormente i costi energetici.

Conclusione

In conclusione, vorrei proporre un’idea controversa da discutere.

Ho già accennato che nei primi generatori di calore l'acqua veniva accelerata imprimendole un movimento rotatorio in appositi cilindri. Sai che non siamo andati in questa direzione. Eppure per aumentando l’efficienzaÈ necessario che oltre al movimento traslatorio, l'acqua acquisisca anche un movimento rotatorio. Allo stesso tempo, la velocità del movimento dell'acqua aumenta notevolmente. Una tecnica simile viene utilizzata nelle competizioni per bere velocemente una bottiglia di birra. Prima di berla, la birra nella bottiglia viene fatta roteare accuratamente. E il liquido fuoriesce attraverso il collo stretto molto più velocemente. E ci è venuta un'idea su come provare a farlo senza praticamente modificare il design esistente del circuito idrodinamico.

Per dare all'acqua il movimento rotatorio useremo statore motore asincrono Con rotore a gabbia di scoiattolo l'acqua passata attraverso lo statore deve prima essere magnetizzata. Per questo puoi usare un solenoide o anello magnetico permanente. Cosa è venuto fuori da questa idea ti racconterò più tardi, perché ora purtroppo non c'è più la possibilità di fare esperimenti.

Abbiamo anche idee su come migliorare il nostro ugello, ma anche di questo parleremo dopo gli esperimenti e i brevetti se avranno successo.

Restano popolari vari modi per risparmiare energia o ottenere elettricità gratuita. Grazie allo sviluppo di Internet, le informazioni su tutti i tipi di "invenzioni miracolose" stanno diventando più accessibili. Un disegno, avendo perso popolarità, viene sostituito da un altro.

Oggi esamineremo il cosiddetto generatore di cavitazione a vortice, un dispositivo i cui inventori ci promettono riscaldamento degli ambienti altamente efficiente in cui è installato. Cos'è? Questo dispositivo utilizza l'effetto del riscaldamento di un liquido durante la cavitazione - un effetto specifico della formazione di microbolle di vapore in aree di riduzione locale della pressione nel liquido, che si verifica quando la girante della pompa ruota o quando il liquido è esposto a vibrazioni sonore. Se hai mai utilizzato un bagno ad ultrasuoni, potresti aver notato come il suo contenuto si riscalda notevolmente.

Articoli su generatori di vortici di tipo rotativo, il cui principio di funzionamento è quello di creare zone di cavitazione quando una girante di forma specifica ruota in un liquido. Questa soluzione è praticabile?

Cominciamo con i calcoli teorici. In questo caso, spendiamo elettricità per azionare il motore elettrico (efficienza media - 88%), e spendiamo in parte l'energia meccanica risultante per l'attrito nelle guarnizioni della pompa di cavitazione e in parte per riscaldare il liquido dovuto alla cavitazione. Cioè, in ogni caso, solo una parte dell'elettricità sprecata verrà convertita in calore. Ma se ricordi che l'efficienza di un elemento riscaldante convenzionale va dal 95 al 97%, diventa chiaro che non ci sarà alcun miracolo: molto più costoso e complesso pompa a vortice sarà meno efficace di una semplice spirale di nicromo.

Si può sostenere che quando si utilizzano elementi riscaldanti, è necessario introdurre ulteriori pompe di circolazione nel sistema di riscaldamento, mentre una pompa a vortice può pompare il liquido di raffreddamento stesso. Ma, stranamente, i creatori di pompe stanno lottando con il verificarsi della cavitazione, che non solo riduce significativamente l'efficienza della pompa, ma ne provoca anche l'erosione. Di conseguenza, una pompa per un generatore di calore non solo deve essere più potente di una pompa di trasferimento specializzata, ma richiederà anche l’uso di materiali e tecnologie più avanzati per fornire una risorsa comparabile.

Strutturalmente, il nostro ugello Laval sembrerà un tubo metallico filettatura del tubo alle estremità, consentendone il collegamento alla tubazione tramite raccordi filettati. Per realizzare la pipa avrai bisogno di un tornio.

• La forma dell'ugello stesso, o più precisamente, la sua parte di uscita, può differire nel design. L'opzione "a" è la più semplice da produrre e le sue caratteristiche possono essere variate modificando l'angolo del cono di uscita entro 12-30 gradi. Tuttavia, questo tipo di ugello fornisce una resistenza minima al flusso del fluido e, di conseguenza, una minima cavitazione nel flusso.
• L'opzione “b” è più difficile da realizzare, ma a causa della massima caduta di pressione all'uscita dell'ugello creerà anche la massima turbolenza del flusso. Le condizioni per il verificarsi della cavitazione in questo caso sono ottimali.
• L’opzione “c” è un compromesso in termini di complessità ed efficienza produttiva, quindi vale la pena sceglierla.

Nel riscaldamento di una casa privata o locali di produzione Vengono utilizzati vari schemi per la generazione di energia termica.

Uno di questi sono i generatori di cavitazione, che ti permetteranno di riscaldare gli ambienti a costi inferiori.

Per autoassemblaggio Quando si installa un dispositivo del genere, è necessario comprendere il principio di funzionamento e le sfumature tecnologiche.

Nozioni di base fisiche

La cavitazione è la formazione di vapore in una massa d'acqua con una lenta diminuzione della pressione e un'elevata velocità.

Le bolle di vapore possono formarsi sotto l'influenza di un'onda sonora di una certa frequenza o di una radiazione proveniente da una sorgente luminosa coerente.

Durante il processo di miscelazione dei vuoti di vapore con acqua sotto pressione porta al collasso spontaneo delle bolle e al verificarsi del movimento dell'acqua della forza d'impatto (è scritto sul calcolo dello shock idraulico nelle tubazioni).

In tali condizioni, molecole di gas disciolti vengono rilasciate nelle cavità risultanti.

Man mano che il processo di cavitazione avanza, la temperatura all'interno delle bolle sale a 1200 gradi.

Ciò influisce negativamente sui materiali contenitori d'acqua, poiché l'ossigeno a tali temperature inizia a ossidare intensamente il materiale.

Gli esperimenti hanno dimostrato che in tali condizioni anche le leghe di metalli preziosi sono soggette a distruzione.

Realizzare da solo un generatore di cavitazione è abbastanza semplice. La tecnologia ben studiata è stata incorporata nei materiali e utilizzata per il riscaldamento degli ambienti per diversi anni.

In Russia, il primo dispositivo è stato brevettato nel 2013.

Il generatore era un contenitore chiuso attraverso il quale veniva fornita acqua sotto pressione. Le bolle di vapore si formano sotto l'influenza di un campo elettromagnetico alternato.

Vantaggi e svantaggi

Uno scaldabagno a cavitazione è un semplice dispositivo che converte l'energia liquida in calore.

Questa tecnologia presenta dei vantaggi:

• efficienza;
• risparmio di carburante;
• disponibilità.

Il generatore di calore è assemblato con le proprie mani dai componenti, che può essere acquistato presso un negozio di ferramenta ().

Tale dispositivo in termini di parametri non differirà dai modelli di fabbrica.

Gli svantaggi sono:

IMPORTANTE!
Per controllare la velocità del movimento del fluido, utilizzare dispositivi speciali, capace di rallentare il movimento dell'acqua.

Principi di funzionamento

Il processo lavorativo si svolge contemporaneamente in due fasi ambiente:

• liquidi,
• paio.

I dispositivi di pompaggio non sono progettati per funzionare in tali condizioni, il che porta al collasso delle cavità con perdita di efficienza.

I generatori di calore mescolano le fasi, provocando la conversione termica.

Riscaldatori per uso domestico convertire l'energia meccanica in energia termica con il ritorno del liquido alla fonte (circa la caldaia riscaldamento indiretto con riciclaggio leggere a pag.).

Il brevetto non è stato ottenuto perché non esiste ancora una logica precisa per il processo.

In pratica vengono utilizzati i dispositivi progettati da Schauberger e Lazarev.

Per creare il generatore vengono utilizzati i disegni di Larionov, Fedoskin e Petrakov.

Prima di iniziare il lavoro, viene selezionata una pompa(leggi l'articolo su come calcolare la circolazione per un impianto di riscaldamento).

Vengono presi in considerazione i seguenti parametri:

• energia;
• quantità richiesta di energia termica;
• la quantità di pressione.

La maggior parte dei modelli sono realizzati sotto forma di ugelli, il che si spiega con la facilità di modernizzazione, praticità e maggiore potenza.

Il foro tra il diffusore e il confusore dovrebbe avere un diametro di 8-15 centimetri. Con una sezione trasversale più piccola otteniamo alta pressione, ma a bassa potenza.

Il generatore di calore è dotato di camera di espansione, la cui dimensione è calcolata in base alla potenza richiesta.

Caratteristiche del progetto

Nonostante la semplicità del dispositivo, ci sono caratteristiche che devono essere prese in considerazione durante il montaggio:

I calcoli del calore vengono effettuati utilizzando le seguenti formule:

Epot = - 2*Ekin, dove

Ekin = mV2/2 – grandezza cinetica instabile.

Assemblaggio generatore di cavitazione fai-da-te ti permetterà di risparmiare non solo sul carburante, ma anche sull'acquisto di modelli di serie.

La produzione di tali generatori di calore è stata stabilita in Russia e all'estero.

I dispositivi hanno molti vantaggi, ma principale svantaggio– costo – li riduce a zero. prezzo medio per un modello domestico è di circa 50-55 mila rubli.

Conclusione

Assemblando in modo indipendente un generatore di calore a cavitazione, otteniamo un dispositivo ad alta efficienza.

Per il corretto funzionamento del dispositivo è necessario proteggere le parti metalliche mediante verniciatura. È meglio realizzare parti che entrano in contatto con il liquido a pareti spesse, il che aumenterà la durata.

Guarda il video fornito chiaro esempio funzionamento di un generatore di calore a cavitazione fatto in casa.

Per garantire il massimo riscaldamento economico, usano i proprietari di casa vari sistemi. Proponiamo di considerare come funziona un generatore di calore a cavitazione, come realizzare il dispositivo con le proprie mani, nonché la sua struttura e il circuito.

Pro e contro delle fonti energetiche di cavitazione

I riscaldatori a cavitazione lo sono dispositivi semplici, che convertono l'energia meccanica del fluido di lavoro in energia termica. Infatti, questo dispositivo comprende pompa centrifuga(per bagni, pozzi, sistemi di approvvigionamento idrico di case private), che ha un indicatore di bassa efficienza. La conversione dell'energia nel riscaldatore a cavitazione è ampiamente utilizzata in imprese industriali, dove gli elementi riscaldanti possono danneggiarsi se entrano in contatto con un fluido di lavoro che presenta una notevole differenza di temperatura.

Foto – Progettazione di un generatore di calore a cavitazione

Pro del dispositivo:

1. Efficienza;
2. Fornitura di calore economica;
3. Disponibilità;
4. Puoi assemblarlo da solo elettrodomestico produzione di energia termica. Come dimostra la pratica, dispositivo fatto in casa Non è di qualità inferiore a quello acquistato.

Svantaggi del generatore:

1. Rumorosità;
2. È difficile ottenere materiali per la produzione;
3. Il potere è troppo grande per stanza piccola fino a 60-80 metri quadrati, un generatore domestico è più facile da acquistare;
4. Anche i mini-dispositivi occupano molto spazio (in media almeno un metro e mezzo di spazio).

Video: dispositivo di un generatore di calore a cavitazione

Principio di funzionamento

"Cavitazione" si riferisce quindi alla formazione di bolle in un liquido Ruota funzionante opera in una fase mista (periodo di bolle di liquido e gas) dell'ambiente. Le pompe, di norma, non sono progettate per il flusso in fase mista (il loro funzionamento distrugge le bolle, facendo perdere efficienza al generatore di cavitazione). Questi dispositivi termici sono progettati per indurre un flusso di fase mista come parte della miscelazione del fluido, con conseguente conversione termica.

Foto – Disegno del generatore di calore

Nei riscaldatori a cavitazione commerciali, l'energia meccanica aziona il riscaldatore di energia in ingresso (ad esempio, motore, unità di controllo), facendo sì che il fluido che produce l'energia in uscita ritorni alla fonte. Questo accumulo converte l'energia meccanica in energia termica con poca perdita (tipicamente inferiore all'1%), quindi gli errori di conversione vengono presi in considerazione durante la conversione.

Un generatore di energia a getto di supercavitazione funziona in modo leggermente diverso. Un tale riscaldatore viene utilizzato in imprese potenti quando energia termica la potenza viene trasferita al fluido in un determinato dispositivo, la sua potenza supera significativamente la quantità di energia meccanica richiesta per azionare il riscaldatore. Questi dispositivi sono più efficienti dal punto di vista energetico rispetto a meccanismi di restituzione, in particolare perché non richiedono controlli regolari e impostazioni.

Esistere tipi diversi tali generatori. Il tipo più comune è il meccanismo Griggs rotativo idrodinamico. Il suo principio di funzionamento si basa sul funzionamento di una pompa centrifuga. È costituito da tubi, uno statore, un alloggiamento e una camera di lavoro. SU questo momento Esistono molti aggiornamenti, il più semplice è una pompa dell'acqua con azionamento rotativo o disco (sferico). Consiste in una superficie del disco in cui molti vari fori tipo cieco (nessuna uscita), dati elementi strutturali chiamate cellule di Griggs. I loro parametri dimensionali e il loro numero dipendono direttamente dalla potenza del rotore, dalla struttura del generatore di calore e dalla velocità di azionamento.

Foto – Meccanismo idrodinamico di Griggs

C'è un certo spazio tra il rotore e lo statore, necessario per riscaldare l'acqua. Questo processo viene effettuato mediante un rapido movimento del liquido lungo la superficie del disco, che ne aumenta la temperatura. In media, il rotore si muove a circa 3.000 giri al minuto, sufficienti per aumentare la temperatura fino a 90 gradi.

Il secondo tipo di generatore di cavitazione è solitamente chiamato statico. A differenza di quello rotativo, non ha parti rotanti; affinché possa avvenire la cavitazione necessita di ugelli. In particolare si tratta di parti del famoso Laval, collegate alla camera di lavoro.

Per funzionare, è collegata una pompa convenzionale, come in un generatore rotativo, aumenta la pressione nella camera di lavoro, garantendo una maggiore velocità di movimento dell'acqua e, di conseguenza, un aumento della sua temperatura. La velocità del fluido all'uscita dell'ugello è assicurata dalla differenza dei diametri dei tubi di mandata e di uscita. Il suo svantaggio è che l'efficienza è notevolmente inferiore rispetto a quella rotativa, soprattutto perché è più grande e più pesante.

Come creare il tuo generatore

La prima unità tubolare è stata sviluppata da Potapov. Ma non ne ha ricevuto il brevetto, perché... Fino ad ora, la giustificazione per il funzionamento di un generatore ideale è considerata “ideale” incompleta, in pratica hanno anche provato a ricreare il dispositivo da Schauberger e Lazarev; Al momento è consuetudine lavorare secondo i disegni di Larionov, Fedoskin, Petrakov, Nikolai Zhuk.

Foto – Generatore di cavitazione a vortice di Potapov

Prima di iniziare il lavoro, è necessario scegliere una pompa per vuoto o senza contatto (adatta anche per pozzi) in base ai propri parametri. Per fare ciò è necessario tenere conto dei seguenti fattori:

1. Potenza della pompa (viene effettuato un calcolo separato);
2. Energia termica richiesta;
3. La quantità di pressione;
4. Tipo di pompa (boost o step down).

Nonostante grande varietà forme e tipologie di cavitatori, quasi tutti industriali e elettrodomestici realizzato sotto forma di ugello, questa forma è la più semplice e pratica. Inoltre, è facile da aggiornare, il che aumenta notevolmente la potenza del generatore. Prima di iniziare il lavoro, prestare attenzione alla sezione trasversale del foro tra il confusore e il diffusore. Deve essere reso non troppo stretto, ma nemmeno largo, circa da 8 a 15 cm. Nel primo caso aumenterai la pressione nella camera di lavoro, ma la potenza non sarà elevata, perché Il volume dell'acqua riscaldata sarà relativamente piccolo rispetto all'acqua fredda. Oltre a questi problemi, una piccola differenza nelle sezioni trasversali contribuisce alla saturazione di ossigeno nell'acqua in entrata dal tubo di lavoro, questo indicatore influisce sul livello di rumore della pompa e sul verificarsi di fenomeni di cavitazione nel dispositivo stesso, che, in principio, incide negativamente sul suo funzionamento.

Foto – Generatore di calore per cavitazione

I generatori di calore a cavitazione degli impianti di riscaldamento devono essere dotati di camere di espansione. Possono avere profilo diverso a seconda dei requisiti e potenza richiesta. A seconda di questo indicatore, il design del generatore potrebbe cambiare.

Consideriamo il design del generatore:

1. Il tubo da cui proviene l'acqua 1 è collegato tramite una flangia a una pompa, la cui essenza è fornire acqua ad una certa pressione nella camera di lavoro.
2. Dopo che l'acqua è entrata nel tubo, deve acquisire la velocità e la pressione richieste. Ciò richiede diametri dei tubi appositamente selezionati. L'acqua si sposta rapidamente al centro della camera di lavoro, al raggiungimento della quale si mescolano diversi flussi di liquido, dopodiché si forma una pressione di energia;
3. Per controllare la velocità del fluido viene utilizzato uno speciale dispositivo di frenatura. Deve essere installato all'uscita e all'uscita della camera di lavoro, questo viene spesso fatto per i prodotti petroliferi (rifiuti petroliferi, lavorazione o lavaggio), acqua calda in un elettrodomestico.
4. Attraverso la valvola di sicurezza, il liquido si sposta nel tubo opposto, nel quale il carburante viene riportato al punto di partenza tramite la pompa di circolazione. A causa del movimento costante, vengono prodotti calore e calore, che possono essere convertiti in energia meccanica costante.

In linea di principio, il lavoro è semplice e si basa su un principio simile a quello del dispositivo a vortice, anche le formule per il calcolo del calore prodotto sono identiche. Questo:

Epot = - 2 Ekin

Dove Ekin =mV2/2 è il movimento del Sole (valore cinetico, non costante);

La massa del pianeta è m, kg.

Panoramica dei prezzi

Certo, un generatore di calore a cavitazione è praticamente un dispositivo anomalo; generatore ideale, è difficile da acquistare, il prezzo è troppo alto. Proponiamo di considerare quanto costa un dispositivo di riscaldamento a cavitazione in diverse città della Russia e dell'Ucraina:

I generatori di calore a vortice di cavitazione hanno di più disegni semplici, ma hanno un'efficienza leggermente inferiore. Al momento, ci sono diverse aziende leader di mercato: generatore di calore con pompa rotativa a impatto idroelettrico "Radex", NPP "New Technologies", scossa elettrica "Tornado" e scossa elettroidraulica "Vektorplus", mini-apparecchio per una casa privata (LATR) TSGC2-3k ( 3 kVA) e Yurle-K bielorusso.

Foto – Generatore di calore Tornado

Le vendite vengono effettuate presso centri concessionari e negozi partner in Russia, Kirghizistan, Bielorussia e altri paesi della CSI.

Ogni anno l’aumento dei prezzi del riscaldamento ci costringe a cercare soluzioni più economiche per riscaldare gli spazi abitativi durante la stagione fredda. Ciò vale soprattutto per quelle case e appartamenti che hanno una grande metratura. Uno di questi metodi di salvataggio è il vortice. Ha molti vantaggi e anche ti permette di risparmiare sulla creazione. La semplicità del design non renderà difficile il montaggio anche per i principianti. Successivamente, considereremo i vantaggi di questo metodo di riscaldamento e proveremo anche a elaborare un piano per assemblare un generatore di calore con le nostre mani.

Un generatore di calore è un dispositivo speciale il cui scopo principale è generare calore bruciando il combustibile caricato al suo interno. In questo caso viene generato calore, che viene speso per riscaldare il liquido di raffreddamento, che a sua volta svolge direttamente la funzione di riscaldamento dello spazio abitativo.

I primi generatori di calore apparvero sul mercato nel 1856, grazie all'invenzione del fisico britannico Robert Bunsen, il quale, durante una serie di esperimenti, notò che il calore generato durante la combustione poteva essere diretto in qualsiasi direzione.

Da allora, i generatori sono stati ovviamente modificati e sono in grado di riscaldare un’area molto più ampia rispetto a 250 anni fa.

Il criterio principale con cui i generatori differiscono l'uno dall'altro è il carburante che caricano. A seconda di ciò, si distinguono i seguenti tipi:

1. Generatori di calore diesel: generano calore come risultato della combustione del carburante diesel. Capace di riscaldarsi bene grandi aree, ma è meglio non utilizzarli in ambito domestico a causa della presenza di sostanze tossiche prodotte a seguito della combustione del carburante.
2. I generatori di calore a gas funzionano secondo il principio dell'erogazione continua di gas, bruciando in una camera speciale che produce anche calore. È considerata un'opzione completamente economica, ma l'installazione richiede un'autorizzazione speciale e una maggiore sicurezza.
3. I generatori a combustibile solido sono simili nel design a un forno a carbone convenzionale, dove è presente una camera di combustione, un compartimento per fuliggine e cenere e un elemento riscaldante. Conveniente per l'uso in aree aperte, poiché il loro funzionamento non dipende dalle condizioni meteorologiche.
4. – il loro principio di funzionamento si basa sul processo di conversione termica, in cui le bolle formate nel liquido provocano un flusso misto di fasi, aumentando la quantità di calore generato.