Acest articol descrie cum să faci singur un generator de căldură.

Principiul de funcționare al unui generator de căldură static și rezultatele cercetării sale sunt descrise în detaliu. Sunt prezentate recomandări pentru calcularea acestuia și selectarea componentelor.

Ideea de creație

Ce să faci dacă nu ai suficienți bani pentru a cumpăra un generator de căldură? Cum să-l faci singur? O să vă povestesc despre propria experiențăîn acest caz.

Ne-a venit ideea să ne facem propriul generator de căldură după ce ne-am familiarizat cu diverse tipuri de generatoare de căldură. Design-urile lor păreau destul de simple, dar nu pe deplin gândite.

Există două modele cunoscute de astfel de dispozitive: rotative și statice. În primul caz, un rotor este utilizat pentru a crea cavitație, după cum ați putea ghici din nume, în al doilea, elementul principal al dispozitivului este o duză. Pentru a face o alegere în favoarea uneia dintre opțiunile de design, să comparăm ambele modele.

Generator de căldură rotativ

Ce este un generator de căldură rotativ? În esență, este un ușor modificat pompa centrifuga, Adică există o carcasă a pompei (care în în acest caz, este un stator) cu țevi de intrare și de evacuare și o cameră de lucru, în interiorul căreia se află un rotor care acționează ca rotor. Principala diferență față de o pompă convențională este rotorul. Există o mulțime de modele de rotoare generatoare de căldură vortex și, desigur, nu le vom descrie pe toate. Cel mai simplu dintre ele este un disc, pe suprafața cilindrică a căruia sunt găurite multe găuri oarbe de o anumită adâncime și diametru. Aceste găuri se numesc celule Griggs, numite după inventatorul american care a fost primul care a testat un generator de căldură rotativ de acest design. Numărul și dimensiunile acestor celule sunt determinate în funcție de dimensiunea discului rotorului și de viteza de rotație a motorului electric care îl antrenează în rotație. Statorul (aka carcasa generatorului de căldură), de regulă, este realizat sub forma unui cilindru gol, adică o conductă astupată pe ambele părți cu flanșe În acest caz, spațiul dintre peretele interior al statorului și rotor este foarte mic și se ridică la 1...1,5 mm.

Apa este încălzită în spațiul dintre rotor și stator. Acest lucru este facilitat de frecarea acestuia pe suprafața statorului și a rotorului, în timpul rotației rapide a acestuia din urmă. Și, desigur, procesele de cavitație și turbulența apei din celulele rotorului joacă un rol semnificativ în încălzirea apei. Viteza de rotație a rotorului este de obicei de 3000 rpm cu un diametru de 300 mm. Pe măsură ce diametrul rotorului scade, este necesară creșterea vitezei de rotație.

Nu este greu de ghicit că, în ciuda simplității sale, un astfel de design necesită o precizie de fabricație destul de mare. Și este evident că va fi necesară echilibrarea rotorului. În plus, trebuie să rezolvăm problema etanșării arborelui rotorului. Desigur, elementele de etanșare necesită înlocuire regulată.

Din cele de mai sus rezultă că resursa unor astfel de instalații nu este atât de mare. În plus față de orice altceva, funcționarea generatoarelor de căldură rotative este însoțită de zgomot crescut. Deși au o productivitate cu 20-30% mai mare în comparație cu generatoarele statice de căldură. Generatoarele de căldură rotative sunt chiar capabile să producă abur. Dar este acesta un avantaj pentru o durată de viață scurtă (comparativ cu modelele statice)?

Generator de căldură static

Al doilea tip de generator de căldură se numește static. Acest lucru se datorează absenței pieselor rotative în proiectarea cavitatorului. Pentru a crea procese de cavitație se folosesc tipuri diferite adulmecat. Cea mai des folosită este așa-numita duză Laval

Pentru ca cavitația să apară, este necesar să se asigure o viteză mare de mișcare a fluidului în cavitator. Pentru aceasta, se folosește o pompă centrifugă convențională. Pompa acumulează presiunea lichidului în fața duzei, se repezi în deschiderea duzei, care are o secțiune transversală semnificativ mai mică decât conducta de alimentare, ceea ce asigură de mare viteză la ieșirea duzei. Datorită expansiunii puternice a lichidului la ieșirea din duză, apare cavitația. Acest lucru este facilitat și de frecarea lichidului pe suprafața canalului duzei și de turbulența apei care apare atunci când jetul iese brusc din duză. Adică, apa este încălzită din aceleași motive ca într-un generator de căldură rotativ, dar cu o eficiență ceva mai mică.

Proiectarea unui generator de căldură static nu necesită fabricarea de înaltă precizie a pieselor. Restaurare mecanicăîn fabricarea acestor piese este redusă la minimum în comparație cu designul rotorului. Datorită absenței pieselor rotative, problema etanșării unităților și pieselor de îmbinare este ușor de rezolvat. De asemenea, echilibrarea nu este necesară. Durata de viață a cavitatorului este semnificativ mai lungă (garanție de 5 ani) Chiar dacă duza ajunge la sfârșitul duratei de viață, fabricarea și înlocuirea acesteia vor necesita costuri semnificativ mai mici ale materialelor (generatorul de căldură rotativ într-un astfel de caz va avea în esență. pentru a fi fabricat din nou).

Poate cel mai important dezavantaj al unui generator de căldură static este costul pompei. Cu toate acestea, costul de fabricație a unui generator de căldură cu acest design nu este practic diferit de versiune rotativă, iar dacă ne amintim despre durata de viață a ambelor instalații, atunci acest dezavantaj se va transforma într-un avantaj, deoarece dacă cavitatorul este înlocuit, pompa nu trebuie schimbată.

Astfel, vom opta pentru un generator de caldura de design static, mai ales ca avem deja pompa si nu va trebui sa cheltuim bani pentru achizitionarea acesteia.

Fabricarea generatoarelor de caldura

Selectarea pompei

Să începem cu alegerea unei pompe pentru generatorul de căldură. Pentru a face acest lucru, să stabilim parametrii săi de funcționare. Indiferent dacă această pompă este o pompă de circulație sau o pompă de creștere a presiunii, nu are o importanță fundamentală. În fotografia din figura 6, se folosește o pompă de circulație cu rotor uscat Grundfos. Ceea ce contează este presiunea de funcționare, performanța pompei, maxim temperatura admisa lichid pompat.

Nu toate pompele pot fi folosite pentru pomparea lichidelor temperatura ridicata. Și, dacă nu acordați atenție acestui parametru atunci când alegeți o pompă, durata de viață a acesteia va fi semnificativ mai mică decât cea declarată de producător.

Eficiența generatorului de căldură va depinde de cantitatea de presiune dezvoltată de pompă. Acestea. cu cât presiunea este mai mare, cu atât căderea de presiune furnizată de duză este mai mare. Ca urmare, cu atât are loc încălzirea mai eficientă a lichidului pompat prin cavitator. Cu toate acestea, nu ar trebui să urmăriți numărul maxim specificatii tehnice pompe Deja la o presiune în conductă în fața duzei egală cu 4 atm, se va observa o creștere a temperaturii apei, deși nu la fel de rapidă ca la o presiune de 12 atm.

Performanța pompei (volumul de lichid pe care îl pompează) nu are practic niciun efect asupra eficienței încălzirii apei. Acest lucru se datorează faptului că, pentru a asigura o cădere de presiune în duză, facem secțiunea transversală a acesteia semnificativ mai mică decât diametrul nominal al conductei circuitului și al duzelor pompei. Debitul de lichid pompat prin cavitator nu va depăşi 3...5 m3/h, deoarece Toate pompele pot furniza cea mai mare presiune numai la cel mai mic debit.

Puterea pompei de lucru a generatorului de căldură va determina coeficientul de conversie energie electrica la termică. Citiți mai multe despre factorul de conversie a energiei și calculul acestuia mai jos.

Atunci când am ales o pompă pentru generatorul nostru de căldură, ne-am bazat pe experiența noastră cu instalațiile Warmbotruff (acest generator de căldură este descris în articolul despre casă ecologică). Știam că generatorul de căldură pe care l-am instalat folosea o pompă WILO IL 40/170-5,5/2 (vezi Fig. 6). Aceasta este o pompă de circulație cu rotor uscat în linie, cu o putere de 5,5 kW, o presiune maximă de funcționare de 16 atm, oferind o înălțime maximă de 41 m (adică asigură o cădere de presiune de 4 atm). Pompe similare sunt produse de alți producători. De exemplu, Grundfos produce un analog al unei astfel de pompe - acesta este modelul TP 40-470/2.

Figura 6 - Pompa de funcționare a generatorului de căldură „Warmbotruff 5.5A”

Și totuși, comparând caracteristicile de performanță ale acestei pompe cu alte modele produse de același producător, am ales pompa centrifugă multietajată de înaltă presiune MVI 1608-06/PN 16. Această pompă asigură mai mult de două ori presiunea, cu același motor. putere, deși costă cu aproape 300 € mai mult.

Disponibil acum mare oportunitate economisiți bani folosind echivalentul chinezesc. La urma urmei, producătorii chinezi de pompe îmbunătățesc în mod constant calitatea contrafacerilor din întreaga lume. mărci celebreși extinde gama. Costul „grundfos” chinezesc este adesea de câteva ori mai mic, în timp ce calitatea nu este întotdeauna la fel de proastă și, uneori, nu este cu mult inferioară.

Dezvoltarea și producția de cavitator

Ce este un cavitator? Există o cantitate mare modele de cavitatoare statice (puteți verifica acest lucru pe Internet), dar în aproape toate cazurile sunt realizate sub forma unei duze. De regulă, duza Laval este luată ca bază și modificată de proiectant. Duza clasică Laval este prezentată în Fig. 7.

Primul lucru la care ar trebui să acordați atenție este secțiunea transversală a canalului dintre difuzor și confuzor.

Nu îngustați prea mult secțiunea transversală a acestuia, încercând să asigurați căderea maximă a presiunii. Desigur, atunci când apa părăsește un orificiu cu secțiune transversală mică și intră în camera de expansiune, se va obține cel mai mare grad de rarefacție și, în consecință, cavitația mai activă. Acestea. Apa se va încălzi la o temperatură mai mare într-o singură trecere prin duză. Cu toate acestea, volumul de apă pompat prin duză va fi prea mic și, amestecând cu apă rece, nu îi va transfera suficientă căldură. Astfel, volumul total de apă se va încălzi încet. În plus, secțiunea transversală mică a canalului va contribui la aerisirea apei care intră în conducta de admisie a pompei de lucru. Ca urmare, pompa va funcționa mai zgomotos și poate apărea cavitația în pompa însăși, iar acestea sunt deja fenomene nedorite. De ce se întâmplă acest lucru va deveni clar atunci când luăm în considerare proiectarea circuitului hidrodinamic al generatorului de căldură.

Cea mai bună performanță este obținută cu un diametru al deschiderii canalului de 8-15 mm. În plus, eficiența încălzirii va depinde și de configurația camerei de expansiune a duzei. Deci trecem la a doua punct importantîn proiectarea duzei - cameră de expansiune.

Ce profil ar trebui să alegi? Mai mult, asta nu este tot opțiuni posibile profilele duzei. Prin urmare, pentru a determina proiectarea duzei, am decis să recurgem la modelarea matematică a fluxului de fluid în ele. Voi prezenta câteva rezultate ale modelării duzelor prezentate în Fig. 8.

Cifrele arată că aceste modele de duze permit încălzirea prin cavitație a lichidelor pompate prin ele. Ei arată că atunci când lichidul curge, zonele de înaltă și presiune scăzută, care provoacă formarea de cavități și prăbușirea ei ulterioară.

După cum se poate observa din Figura 8, profilul duzei poate fi foarte diferit. Opțiunea a) este în esență un profil clasic de duză Laval. Folosind un astfel de profil, puteți varia unghiul de deschidere al camerei de expansiune, modificând astfel caracteristicile cavitatorului. De obicei, valoarea este în intervalul 12...30°. După cum se poate observa din diagrama vitezei din fig. 9 o astfel de duză asigură cea mai mare viteză de mișcare a fluidului. Cu toate acestea, o duză cu un astfel de profil asigură cea mai mică cădere de presiune (vezi Fig. 10). Cea mai mare turbulență se va observa deja la ieșirea din duză (vezi Fig. 11).

Evident, opțiunea b) va crea mai eficient un vid atunci când lichidul curge din canalul care conectează camera de expansiune la camera de compresie (vezi Fig. 9). Viteza curgerii lichidului prin această duză va fi cea mai mică, așa cum este evidențiată de diagrama de viteză prezentată în Fig. 10. Turbulența rezultată din trecerea lichidului prin duza celei de-a doua opțiuni, după părerea mea, este cea mai optimă pentru încălzirea apei. Apariția unui vârtej în flux începe deja la intrarea în canalul intermediar, iar la ieșirea din duză începe al doilea val de formare a vârtejului (vezi Fig. 11). Cu toate acestea, o astfel de duză este puțin mai dificil de fabricat, deoarece va trebui să măcinați o emisferă.

Duza cu profil c) este o versiune anterioară simplificată. Era de așteptat ca ultimele două opțiuni să aibă caracteristici similare. Dar diagrama de schimbare a presiunii prezentată în Fig. 9 indică faptul că diferența va fi cea mai mare dintre cele trei opțiuni. Viteza fluxului de fluid va fi mai mare decât în ​​a doua versiune a duzei și mai mică decât în ​​prima (vezi Fig. 10). Turbulența care apare atunci când apa trece prin această duză este comparabilă cu cea de-a doua opțiune, dar formarea unui vârtej are loc diferit (vezi Fig. 11).

Am dat ca exemplu doar cele mai ușor de fabricat profile de duză. Toate cele trei opțiuni pot fi folosite la proiectarea unui generator de căldură și nu se poate spune că una dintre opțiuni este corectă, iar celelalte nu. Puteți experimenta singur cu diferite profile de duză. Pentru a face acest lucru, nu este necesar să le faceți imediat din metal și să efectuați un experiment real. Acest lucru nu este întotdeauna justificat. În primul rând, puteți analiza duza pe care ați inventat-o ​​în oricare dintre programele care simulează mișcarea fluidului. Am folosit aplicația COSMOSFloWorks pentru a analiza duzele din imaginea de mai sus. Versiune simplificată a acestei aplicații face parte din sistemul de proiectare asistată de calculator SolidWorks.

În experimentul pentru a crea propriul nostru model de generator de căldură, am folosit o combinație de duze simple (vezi Fig. 12).

Există soluții de design mult mai sofisticate, dar nu văd rostul să le prezint pe toate. Dacă sunteți cu adevărat interesat de acest subiect, puteți găsi întotdeauna alte modele de cavitatoare pe Internet.

Realizarea unui circuit hidrodinamic

După ce ne-am hotărât asupra designului duzei, trecem la următoarea etapă: fabricarea circuitului hidrodinamic. Pentru a face acest lucru, trebuie mai întâi să schițați o diagramă de circuit. Am făcut-o foarte simplu desenând o diagramă pe podea cu cretă (vezi Fig. 13)

1. Manometru la ieșirea duzei (măsoară presiunea la ieșirea duzei).
2. Termometru (măsoară temperatura la intrarea în sistem).
3. Supapa de aerisire (Se îndepărtează blocaj de aer din sistem).
4. Conducta de evacuare cu robinet.
5. Manșon pentru termometru.
6. Canal de intrare cu robinet.
7. Manșon pentru termometru la intrare.
8. Manometru la intrarea duzei (măsoară presiunea la intrarea în sistem).

Acum voi descrie designul circuitului. Este o conductă, a cărei admisie este conectată la conducta de evacuare a pompei, iar evacuarea la admisie. O duză 9 este sudată în această conductă, țevi pentru conectarea manometrelor 8 (înainte și după duză), manșoane pentru instalarea unui termometru 7,5 (nu am sudat fire pentru manșoane, ci pur și simplu le-am sudat), un fiting pentru aer supapa de aerisire 3 (am folosit un Sharkran obișnuit, fitinguri pentru supapa de control și fitinguri pentru conectarea circuitului de încălzire.

În diagrama pe care am desenat-o, apa se mișcă în sens invers acelor de ceasornic. Apa este furnizată circuitului prin conducta inferioară (sharkran cu un volant roșu și verifica valva), iar apa este distribuită din acesta, respectiv, prin cea superioară (sharkran cu volant roșu). Diferența de presiune este reglată de o supapă situată între conductele de intrare și de evacuare. În fotografie fig. 13 este prezentat doar în diagramă și nu se află lângă denumirea sa, deoarece l-am înșurubat deja pe cabluri, având înfășurat anterior sigiliul (vezi Fig. 14).

Pentru realizarea circuitului am luat o conducta DN 50, pentru ca... Conductele de legătură ale pompei au același diametru. În acest caz, conductele de intrare și ieșire ale circuitului la care este conectat circuit de incalzire, am facut-o dintr-o teava DN 20 Ce am obtinut pana la urma in Fig. 15.

Fotografia prezintă o pompă cu un motor de 1 kW. Ulterior, am înlocuit-o cu pompa de 5,5 kW descrisă mai sus.

Priveliștea, desigur, nu a fost cea mai plăcută din punct de vedere estetic, dar nu ne-am propus o asemenea sarcină. Poate că unul dintre cititori va întreba de ce astfel de dimensiuni ale conturului, pentru că îl puteți micșora? Intenționăm să dispersăm oarecum apa datorită lungimii țevii din fața duzei. Daca cauti pe internet, probabil vei gasi imagini si diagrame ale primelor modele de generatoare de caldura. Aproape toate au funcționat fără duze. Efectul de încălzire a lichidului a fost obținut prin accelerarea acestuia la viteze destul de mari. În acest scop s-au folosit cilindri înălțime mică Cu intrare tangenţialăȘi ieșire coaxială.

Nu am folosit această metodă pentru a accelera apa, dar am decis să ne facem designul cât mai simplu posibil. Deși avem gânduri despre cum să accelerăm fluidul cu acest design de circuit, mai multe despre asta mai târziu.

În fotografie, manometrul din fața duzei și adaptorul cu manșon pentru termometru, care este montat în fața apometrului, nu au fost încă înșurubate (la momentul respectiv nu era încă gata). Tot ce rămâne este să instalați elementele lipsă și să treceți la etapa următoare.

Pornirea generatorului de căldură

Cred că nu are rost să vorbim despre cum să conectați motorul pompei și radiatorul de încălzire. Deși nu am abordat problema conectării motorului electric într-un mod complet standard. Deoarece acasă se folosește de obicei o rețea monofazată, iar pompele industriale sunt produse cu un motor trifazat, am decis să folosim un convertor de frecvență , proiectat pentru retea monofazata. Acest lucru a făcut posibilă și creșterea vitezei de rotație a pompei peste 3000 rpm. și apoi găsiți frecvența de rotație rezonantă a pompei.

Pentru a parametriza convertizorul de frecvență, avem nevoie de un laptop cu port COM pentru parametrizarea și controlul convertizorului de frecvență. Convertorul în sine este instalat într-un dulap de comandă, unde este prevăzută încălzirea conditii de iarna functionare si ventilatie pt conditii de vara Operațiune. Pentru a ventila dulapul am folosit un ventilator standard, iar pentru a încălzi dulapul folosim un încălzitor de 20 W.

Convertorul de frecvență vă permite să reglați frecvența pompei pe o gamă largă, atât sub cea principală, cât și deasupra celei principale. Frecvența motorului poate fi crescută nu mai mult de 150%.

În cazul nostru, puteți crește turația motorului la 4500 rpm.

Puteți crește pentru scurt timp frecvența la 200%, dar acest lucru duce la suprasarcina mecanică a motorului și crește probabilitatea defecțiunii acestuia. În plus, folosind un convertor de frecvență, motorul este protejat de suprasarcină și scurt circuit. De asemenea, convertizorul de frecvență vă permite să porniți motorul cu timp dat accelerație, care limitează accelerația palelor pompei la pornire și limitează curenti de pornire motor. Convertorul de frecvență este instalat în dulap de perete(vezi Fig. 16).

Toate comenzile și elementele de indicare sunt situate pe panoul frontal al dulapului de comandă. Parametrii de funcționare a sistemului sunt afișați pe panoul frontal (pe dispozitivul MTM-RE-160).

Dispozitivul are capacitatea de a înregistra citiri de la 6 canale diferite de semnale analogice pe parcursul zilei. În acest caz, înregistrăm citirile de temperatură la intrarea în sistem, citirile de temperatură la ieșirea sistemului și parametrii de presiune la intrarea și la ieșirea sistemului.

Setarea vitezei pompei principale se realizează cu ajutorul dispozitivelor MTM-103, butoanele verzi și galbene sunt folosite pentru a porni și opri motoarele pompei de funcționare a generatorului de căldură; pompă de circulație. Intenționăm să folosim o pompă de circulație pentru a reduce consumul de energie. La urma urmei, când apa se încălzește până la temperatura setata, circulația este încă necesară.

Când utilizați un convertor de frecvență Micromaster 440, puteți utiliza program special Starter prin instalarea lui pe laptop (vezi Fig. 18).

În primul rând, datele inițiale ale motorului scrise pe plăcuța de identificare (o placă cu parametrii din fabrică ai motorului atașați la statorul motorului) sunt introduse în program

• Puterea nominală R kW,
• Curent nominal I nom.,
• Cosinus,
• tipul motorului,
• Viteza nominală de rotație N nom.

După aceasta, pornește autodetecția motorului și convertorul de frecvență însuși determină parametrii necesari motor. După aceasta, pompa este gata de funcționare.

Testul generatorului de căldură

Odată ce instalarea este conectată, puteți începe testarea. Pornim motorul electric al pompei și, observând citirile manometrelor, setăm căderea de presiune necesară. În acest scop, în circuit este prevăzută o supapă, situată între conductele de intrare și de evacuare. Prin rotirea mânerului supapei, setăm presiunea în conductă după duză în intervalul 1,2...1,5 atm. În secțiunea circuitului dintre intrarea duzei și ieșirea pompei, presiunea optimă va fi în intervalul 8…12 atm.

Pompa a fost capabilă să ne asigure o presiune la intrarea duzei de 9,3 atm. După ce se stabilește presiunea la ieșirea duzei la 1,2 atm, lăsăm apa să curgă într-un cerc (închidem supapa de evacuare) și notăm timpul. Pe măsură ce apa s-a deplasat de-a lungul circuitului, am înregistrat o creștere a temperaturii de aproximativ 4°C pe minut. Astfel, dupa 10 minute am incalzit deja apa de la 21°C la 60°C. Volumul contur s pompa instalata a fost de aproape 15 litri consumul de energie electrică a fost calculat prin măsurarea curentului. Din aceste date putem calcula raportul de conversie a energiei.

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

• C - capacitatea termică specifică a apei, 4200 J/(kg*K);
• m este masa apei încălzite, kg;
• Tn - temperatura inițială a apei, 294° K;
• Tk - temperatura finală a apei, 333° K;
• Qn - citirile inițiale ale contorului electric, 0 kWh;
• Qk - citiri finale ale contorului electric, 0,5 kWh.

Să înlocuim datele în formulă și să obținem:

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

Aceasta înseamnă că, consumând 5 kWh de energie electrică, generatorul nostru de căldură produce de 1.365 de ori mai multă căldură, și anume 6.825 kWh. Astfel, putem afirma cu siguranță validitatea acestei idei. Această formulă nu ține cont de eficiența motorului, ceea ce înseamnă că raportul de transformare real va fi și mai mare.

Când calculăm puterea termică necesară pentru încălzirea casei noastre, pornim de la formula simplificată general acceptată. Conform acestei formule, când înălțime standard plafon (până la 3 m), pentru regiunea noastră avem nevoie de 1 kW de putere termică pentru fiecare 10 m2 Astfel, pentru casa noastră cu o suprafață de 10x10 = 100 m2 vom avea nevoie de 10 kW de putere termică. Acestea. un generator de căldură cu o putere de 5,5 kW nu este suficient pentru a încălzi această casă, dar acest lucru este doar la prima vedere. Dacă nu ați uitat încă, pentru a încălzi camera vom folosi un sistem „pardoseală caldă”, care economisește până la 30% din energia consumată. De aici rezultă că cei 6,8 kW de energie termică generată de generatorul de căldură ar trebui să fie suficient pentru a încălzi casa. În plus, conexiunea ulterioară pompa de caldura iar un colector solar ne va permite să reducem și mai mult costurile cu energia.

Concluzie

În concluzie, aș dori să propun o idee controversată spre discuție.

Am menționat deja că în primele generatoare de căldură, apa era accelerată prin transmiterea mișcării de rotație în cilindri speciali. Știți că nu am mers pe aici. Și totuși pentru creşterea eficienţei Este necesar ca, pe lângă mișcarea de translație, apa să dobândească și mișcare de rotație. În același timp, viteza de mișcare a apei crește considerabil. O tehnică similară este folosită în competiții pentru a bea rapid o sticlă de bere. Înainte de a o bea, berea din sticlă este bine învârtită. Și lichidul se revarsă printr-un gât îngust mult mai repede. Și am venit cu o idee despre cum am putea încerca să facem acest lucru fără a schimba practic designul existent al circuitului hidrodinamic.

Pentru a da mișcarea de rotație apei vom folosi stator motor asincron Cu rotor cu colivie apa trecută prin stator trebuie mai întâi magnetizată. Pentru aceasta puteți folosi un solenoid sau magnet inel permanent. Vă voi spune mai târziu ce a ieșit din această idee, pentru că acum, din păcate, nu există nicio oportunitate de a face experimente.

Avem și idei despre cum să ne îmbunătățim duza, dar vom vorbi și despre acest lucru după experimente și brevetare dacă au succes.

Diverse moduri de a economisi energie sau de a obține electricitate gratuită rămân populare. Datorită dezvoltării internetului, informațiile despre tot felul de „invenții miraculoase” devin din ce în ce mai accesibile. Un design, care și-a pierdut popularitatea, este înlocuit cu altul.

Astăzi ne vom uita la așa-numitul generator de cavitație vortex - un dispozitiv ai cărui inventatori ne promit încălzire foarte eficientă a camereiîn care este instalat. Ce este? Acest aparat folosește efectul de încălzire a unui lichid în timpul cavitației - un efect specific al formării de microbule de abur în zonele de reducere locală a presiunii în lichid, care apare fie atunci când rotorul pompei se rotește, fie atunci când lichidul este expus la vibrații sonore. Dacă ați folosit vreodată o baie cu ultrasunete, este posibil să fi observat cum conținutul acesteia se încălzește vizibil.

Articole despre generatoare de vortex tip rotativ, al cărui principiu de funcționare este de a crea zone de cavitație atunci când un rotor de o formă specifică se rotește într-un lichid. Este viabilă această soluție?

Să începem cu calculele teoretice. În acest caz, cheltuim energie electrică pentru a acționa motorul electric (eficiență medie - 88%) și cheltuim parțial energia mecanică rezultată pe frecarea în garniturile pompei de cavitație și parțial pe încălzirea lichidului din cauza cavitației. Adică, în orice caz, doar o parte din energia electrică irosită va fi transformată în căldură. Dar dacă vă amintiți că eficiența unui element de încălzire convențional este de la 95 la 97 la sută, devine clar că nu va exista niciun miracol: mult mai costisitoare si mai complexe pompa vortex va fi mai puțin eficientă decât o simplă spirală de nicrom.

Se poate argumenta că atunci când se utilizează elemente de încălzire, este necesar să se introducă pompe de circulație suplimentare în sistemul de încălzire, în timp ce o pompă vortex poate pompa lichidul de răcire în sine. Dar, în mod ciudat, creatorii de pompe se luptă cu apariția cavitației, care nu numai că reduce semnificativ eficiența pompei, dar provoacă și eroziunea acesteia. În consecință, o pompă generatoare de căldură nu trebuie doar să fie mai puternică decât o pompă de transfer specializată, dar va necesita și utilizarea unor materiale și tehnologii mai avansate pentru a oferi o resursă comparabilă.

Din punct de vedere structural, duza noastră Laval va arăta ca o țeavă metalică cu filetul conductei la capete, permițându-i să fie conectat la conductă folosind cuplaje filetate. Pentru a face țeava veți avea nevoie de un strung.

• Forma duzei în sine, sau mai precis, partea sa de ieșire, poate diferi ca design. Opțiunea „a” este cea mai ușor de fabricat, iar caracteristicile sale pot fi variate prin modificarea unghiului conului de ieșire cu 12-30 de grade. Cu toate acestea, acest tip de duză asigură o rezistență minimă la curgerea fluidului și, în consecință, cea mai mică cavitație în flux.
• Opțiunea „b” este mai dificil de fabricat, dar datorită scăderii maxime de presiune la ieșirea duzei, va crea și cea mai mare turbulență a fluxului. Condițiile pentru apariția cavitației în acest caz sunt optime.
• Opțiunea „c” este un compromis în ceea ce privește complexitatea și eficiența producției, așa că merită să o alegeți.

În încălzirea unei locuințe private sau spațiile de producție Sunt utilizate diverse scheme de generare a energiei termice.

Unul dintre ele este generatoarele de cavitație, care vă vor permite să încălziți încăperi la costuri mai mici.

Pentru auto-asamblare Când instalați un astfel de dispozitiv, trebuie să înțelegeți principiul de funcționare și nuanțele tehnologice.

Bazele fizice

Cavitația este formarea de abur într-o masă de apă cu o scădere lentă a presiunii și viteză mare.

Bulele de vapori pot apărea sub influența unei unde sonore de o anumită frecvență sau a radiației dintr-o sursă de lumină coerentă.

În timpul procesului de amestecare a golurilor de vapori cu apă sub presiune duce la prăbușirea spontană a bulelor și apariția mișcării apei a forței de impact (se scrie despre calculul șocului hidraulic în conducte).

În astfel de condiții, moleculele de gaze dizolvate sunt eliberate în cavitățile rezultate.

Pe măsură ce procesul de cavitație progresează, temperatura din interiorul bulelor crește la 1200 de grade.

Acest lucru afectează negativ materialele recipiente de apă, deoarece oxigenul la astfel de temperaturi începe să oxideze intens materialul.

Experimentele au arătat că în astfel de condiții chiar și aliajele de metale prețioase sunt supuse distrugerii.

A face singur un generator de cavitație este destul de simplu. Tehnologia bine studiată a fost întruchipată în materiale și folosită pentru încălzirea spațiilor de câțiva ani.

În Rusia, primul dispozitiv a fost brevetat în 2013.

Generatorul era un recipient închis prin care era furnizată apă sub presiune. Bulele de vapori se formează sub influența unui câmp electromagnetic alternativ.

Avantaje și dezavantaje

Un încălzitor de apă prin cavitație este un dispozitiv simplu care transformă energia lichidă în căldură.

Această tehnologie are avantaje:

• eficienţă;
• economie de combustibil;
• disponibilitate.

Generatorul de căldură este asamblat cu propriile mâini din componente, care poate fi achiziționat de la un magazin de hardware ().

Un astfel de dispozitiv, din punct de vedere al parametrilor, nu va diferi de modelele din fabrică.

Dezavantajele sunt:

IMPORTANT!
Pentru a controla viteza de mișcare a fluidului, utilizați dispozitive speciale, capabil să încetinească mișcarea apei.

Principii de funcționare

Procesul de lucru se desfășoară simultan în două faze mediu inconjurator:

• lichide,
• pereche.

Dispozitivele de pompare nu sunt proiectate să funcționeze în astfel de condiții, ceea ce duce la prăbușirea cavităților cu pierderea eficienței.

Generatoarele de căldură amestecă faze, provocând conversie termică.

Incalzitoare pt uz casnic converti energia mecanică în energie termică cu lichidul revenind la sursă (despre cazan încălzire indirectă cu reciclare citit pe pagina).

Brevetul nu a fost obținut deoarece nu există încă o justificare precisă a procesului.

În practică, sunt utilizate dispozitive proiectate de Schauberger și Lazarev.

Desenele lui Larionov, Fedoskin și Petrakov sunt folosite pentru a crea generatorul.

Înainte de a începe lucrul, este selectată o pompă(citește articolul despre cum se calculează circulația pentru un sistem de încălzire).

Sunt luați în considerare următorii parametri:

• putere;
• cantitatea necesară de energie termică;
• cantitatea de presiune.

Majoritatea modelelor sunt realizate sub formă de duze, ceea ce se explică prin ușurința de modernizare, caracter practic și putere mai mare.

Orificiul dintre difuzor și confuzor trebuie să aibă un diametru de 8-15 centimetri. Cu o secțiune transversală mai mică obținem presiune ridicata, dar putere redusă.

Generatorul de căldură are o cameră de expansiune, a cărui dimensiune este calculată pe baza puterii necesare.

Caracteristici de design

În ciuda simplității dispozitivului, există caracteristici care trebuie luate în considerare în timpul asamblarii:

Calculele de căldură se fac folosind următoarele formule:

Epot = - 2*Ekin, unde

Ekin = mV2/2 – mărime cinetică instabilă.

Ansamblu generator de cavitație DIY vă va permite să economisiți nu numai combustibil, ci și achiziționarea de modele de serie.

Producția de astfel de generatoare de căldură a fost stabilită în Rusia și în străinătate.

Dispozitivele au multe avantaje, dar dezavantajul principal– cost – le reduce la nimic. prețul mediu pentru un model de uz casnic este de aproximativ 50-55 mii de ruble.

Concluzie

Prin asamblarea independentă a unui generator de căldură prin cavitație, obținem un dispozitiv cu eficiență ridicată.

Pentru funcționarea corectă a dispozitivului, este necesară protejarea pieselor metalice prin vopsire. Este mai bine să faceți piese care vin în contact cu lichidul cu pereți groși, ceea ce va crește durata de viață.

Urmărește videoclipul oferit exemplu clar funcționarea unui generator de căldură de cavitație de casă.

Pentru a asigura maxim incalzire economica, proprietarii casei folosesc diverse sisteme. Vă propunem să luați în considerare modul în care funcționează un generator de căldură prin cavitație, cum să faceți dispozitivul cu propriile mâini, precum și structura și circuitul acestuia.

Avantajele și dezavantajele surselor de energie de cavitație

Încălzitoarele cu cavitație sunt dispozitive simple, care transformă energia mecanică a fluidului de lucru în energie termică. De fapt, acest aparat cuprinde pompa centrifuga(pentru băi, fântâni, sisteme de alimentare cu apă a caselor private), care are un indicator de eficiență scăzut. Conversia energiei în încălzitorul cu cavitație este utilizată pe scară largă în întreprinderile industriale, unde elementele de încălzire pot fi deteriorate dacă intră în contact cu un fluid de lucru care are o diferență serioasă de temperatură.

Foto – Proiectarea unui generator de căldură prin cavitație

Avantajele dispozitivului:

1. Eficienţă;
2. Furnizare economică de căldură;
3. Disponibilitate;
4. Îl poți asambla singur electrocasnice producerea energiei termice. După cum arată practica, dispozitiv de casă Nu este inferioara ca calitate celui achizitionat.

Dezavantajele generatorului:

1. Zgomot;
2. Este dificil să obțineți materiale pentru producție;
3. Puterea este prea mare pentru camera mica până la 60-80 metri patrati, un generator de uz casnic este mai ușor de cumpărat;
4. Chiar și mini-dispozitivele ocupă mult spațiu (în medie, cel puțin un metru și jumătate de spațiu).

Video: dispozitivul unui generator de căldură prin cavitație

Principiul de funcționare

„Cavitația” se referă la formarea de bule într-un lichid, astfel Roata de lucru operează într-o fază mixtă (perioada cu bule de lichid și gaz) a mediului. Pompele, de regulă, nu sunt proiectate pentru flux în fază mixtă (funcționarea lor distruge bulele, ceea ce face ca generatorul de cavitație să își piardă eficiența). Aceste dispozitive termice sunt proiectate pentru a induce fluxul de fază mixtă ca parte a amestecării fluidelor, rezultând conversie termică.

Foto – Desen generator de căldură

În încălzitoarele comerciale cu cavitație, energia mecanică antrenează încălzitorul de energie de intrare (de exemplu, motorul, unitatea de control), determinând ca fluidul care produce energia de ieșire să revină la sursă. Această stocare transformă energia mecanică în energie termică cu pierderi mici (de obicei, mai puțin de 1 la sută), astfel încât erorile de conversie sunt luate în considerare la conversie.

Un generator de energie cu jet de supercavitație funcționează puțin diferit. Un astfel de încălzitor este folosit în întreprinderi puternice când energie termală ieșirea este transferată fluidului dintr-un anumit dispozitiv, puterea acestuia depășește semnificativ cantitatea de energie mecanică necesară pentru a funcționa încălzitorul. Aceste dispozitive sunt mai eficiente energetic decât mecanisme de returnare, în special pentru că nu necesită controale regulateși setări.

Exista tipuri diferite astfel de generatoare. Cel mai comun tip este mecanismul rotativ hidrodinamic Griggs. Principiul său de funcționare se bazează pe funcționarea unei pompe centrifuge. Este format din conducte, un stator, o carcasă și o cameră de lucru. Pe acest moment Există multe upgrade-uri, cel mai simplu este o unitate rotativă sau o pompă de apă cu disc (sferică). Este format dintr-o suprafață de disc în care multe diverse orificii tip orb (fără ieșire), date elemente structurale numite celule Griggs. Parametrii lor dimensionali și numărul lor depind direct de puterea rotorului, de designul generatorului de căldură și de viteza de antrenare.

Foto – mecanism hidrodinamic Griggs

Există un anumit decalaj între rotor și stator, care este necesar pentru încălzirea apei. Acest proces se realizează prin mișcarea rapidă a lichidului de-a lungul suprafeței discului, ceea ce crește temperatura. În medie, rotorul se mișcă la aproximativ 3.000 rpm, ceea ce este suficient pentru a ridica temperatura la 90 de grade.

Al doilea tip de generator de cavitație este de obicei numit static. Spre deosebire de una rotativă, nu are piese rotative pentru a se produce cavitația, are nevoie de duze. În special, acestea sunt părți ale celebrului Laval, care sunt conectate la camera de lucru.

Pentru a funcționa, o pompă convențională este conectată, ca într-un generator rotativ, pompează presiunea în camera de lucru, ceea ce asigură o viteză mai mare de mișcare a apei și, în consecință, o creștere a temperaturii acesteia. Viteza fluidului la ieșirea duzei este asigurată de diferența dintre diametrele conductelor de înainte și de evacuare. Dezavantajul său este că eficiența este semnificativ mai mică decât la unul rotativ, mai ales că este mai mare și mai greu.

Cum să-ți faci propriul generator

Prima unitate tubulară a fost dezvoltată de Potapov. Dar nu a primit brevet pentru el, pentru că... Până acum, justificarea funcționării unui generator ideal este considerată „ideală” incompletă, de asemenea, au încercat să recreeze dispozitivul de către Schauberger și Lazarev. În prezent, se obișnuiește să lucreze conform desenelor lui Larionov, Fedoskin, Petrakov, Nikolai Zhuk.

Foto – Potapov generator de cavitație vortex

Înainte de a începe lucrul, trebuie să alegeți o pompă de vid sau fără contact (potrivită chiar și pentru puțuri) în funcție de parametrii dvs. Pentru a face acest lucru, trebuie luați în considerare următorii factori:

1. Puterea pompei (se face un calcul separat);
2. Energia termică necesară;
3. Cantitatea de presiune;
4. Tipul pompei (boost sau step down).

În ciuda varietate uriașă forme si tipuri de cavitatoare, aproape toate industriale si aparate de uz casnic realizată sub formă de duză, această formă este cea mai simplă și cea mai practică. În plus, este ușor de actualizat, ceea ce crește semnificativ puterea generatorului. Înainte de a începe lucrul, acordați atenție secțiunii transversale a orificiului dintre confuzor și difuzor. Trebuie făcută nu prea îngustă, dar nici lată, aproximativ de la 8 la 15 cm În primul caz, vei crește presiunea în camera de lucru, dar puterea nu va fi mare, pentru că Volumul de apă încălzită va fi relativ mic în comparație cu apa rece. În plus față de aceste probleme, o mică diferență de secțiuni transversale contribuie la saturarea oxigenului în apa de intrare din conducta de lucru, acest indicator afectează nivelul de zgomot al pompei și apariția fenomenelor de cavitație în dispozitivul în sine; principiul, afectează negativ funcționarea acestuia.

Foto – Generator de căldură prin cavitație

Generatoarele de căldură prin cavitație ale sistemelor de încălzire trebuie să aibă camere de expansiune. Pot avea profil diferit in functie de cerinte si puterea necesară. În funcție de acest indicator, designul generatorului se poate schimba.

Să luăm în considerare designul generatorului:

1. Conducta din care provine apa 1 este conectată printr-o flanșă la o pompă, a cărei esență este să furnizeze apă sub o anumită presiune în camera de lucru.
2. După ce apa intră în conductă, aceasta trebuie să dobândească viteza și presiunea necesare. Acest lucru necesită diametre ale țevilor special selectate. Apa se deplasează rapid în centrul camerei de lucru, la atingerea căreia se amestecă mai multe fluxuri de lichid, după care se formează o presiune de energie;
3. Pentru a controla viteza fluidului, se folosește un dispozitiv special de frânare. Trebuie instalat la ieșirea și ieșirea din camera de lucru, acest lucru se face adesea pentru produsele petroliere (deșeuri de ulei, procesare sau spălare), apa fierbinteîntr-un aparat electrocasnic.
4. Prin supapa de siguranță, lichidul se deplasează în conducta opusă, în care combustibilul este returnat la punctul său de pornire cu ajutorul pompei de circulație. Datorită mișcării constante, se produce căldură și căldură, care pot fi transformate în energie mecanică constantă.

În principiu, munca este simplă și se bazează pe un principiu similar cu dispozitivul vortex, chiar și formulele de calcul a căldurii produse sunt identice. Acest:

Epot = - 2 Ekin

Unde Ekin =mV2/2 este mișcarea Soarelui (valoare cinetică, neconstantă);

Masa planetei este m, kg.

Prezentare generală a prețurilor

Desigur, un generator de căldură prin cavitație este practic un dispozitiv anormal; generator ideal, este dificil de cumpărat, prețul este prea mare. Ne propunem să luăm în considerare cât costă un dispozitiv de încălzire prin cavitație în diferite orașe din Rusia și Ucraina:

Generatoarele de căldură vortex de cavitație au mai multe desene simple, dar sunt oarecum inferioare ca eficiență. În prezent, există mai multe companii lider pe piață: pompa rotativă de impact hidro-generator de căldură „Radex”, CNE „Noi tehnologii”, șocuri electrice „Tornado” și șocuri electrohidraulice „Vektorplus”, mini-aparat pentru o casă privată. (LATR) TSGC2-3k ( 3 kVA) și belarus Yurle-K.

Foto – Generator de căldură Tornado

Vânzările se fac la centrele de dealeri și magazinele partenere din Rusia, Kârgâzstan, Belarus și alte țări CSI.

În fiecare an, creșterea prețurilor la încălzire ne obligă să căutăm modalități mai ieftine de a încălzi spațiul de locuit în timpul sezonului rece. Acest lucru este valabil mai ales pentru acele case și apartamente care au o suprafață mare. O astfel de metodă de salvare este vortexul. Are multe avantaje și, de asemenea vă permite să economisiți asupra creației. Simplitatea designului nu va face dificilă asamblarea chiar și pentru începători. În continuare, vom lua în considerare avantajele acestei metode de încălzire și, de asemenea, vom încerca să elaborăm un plan pentru asamblarea unui generator de căldură cu propriile noastre mâini.

Un generator de căldură este un dispozitiv special al cărui scop principal este de a genera căldură prin arderea combustibilului încărcat în el. În acest caz, se generează căldură, care este cheltuită pentru încălzirea lichidului de răcire, care, la rândul său, îndeplinește direct funcția de încălzire a spațiului de locuit.

Primele generatoare de căldură au apărut pe piață încă din 1856, datorită invenției fizicianului britanic Robert Bunsen, care, în timpul unei serii de experimente, a observat că căldura generată în timpul arderii poate fi direcționată în orice direcție.

De atunci, generatoarele au fost, desigur, modificate și sunt capabile să încălzească o suprafață mult mai mare decât erau acum 250 de ani.

Principalul criteriu prin care generatoarele diferă unele de altele este combustibilul pe care îl încarcă. În funcție de aceasta, se disting următoarele tipuri:

1. Generatoare de căldură diesel – generează căldură ca urmare a arderii motorinei. Capabil să se încălzească bine suprafețe mari, dar este mai bine să nu le folosiți pentru casă din cauza prezenței substanțelor toxice produse ca urmare a arderii combustibilului.
2. Generatoarele de căldură pe gaz funcționează pe principiul alimentării continue cu gaz, ardând într-o cameră specială care produce și căldură. Este considerată o opțiune complet economică, dar instalarea necesită o permisiune specială și o siguranță sporită.
3. Generatoarele de combustibil solid sunt similare ca design cu un cuptor cu cărbune convențional, unde există o cameră de ardere, un compartiment pentru funingine și cenușă și un element de încălzire. Convenabil pentru utilizare în zone deschise, deoarece funcționarea lor nu depinde de condițiile meteorologice.
4. – principiul lor de funcționare se bazează pe procesul de conversie termică, în care bulele formate în lichid provoacă un flux mixt de faze, crescând cantitatea de căldură generată.