Вихревые насосы для отопления

Чтобы обеспечить экономное отопление жилого, подсобного или производственного помещения, хозяева используют различные схемы и приемы получения тепловой энергии. Для того чтобы собрать теплогенератор кавитационного действия своими руками, следует разобраться в процессах, которые позволяют осуществить выработку тепла.

Что лежит в основе работы

Кавитация обозначает процесс образования парообразных пузырьков в толще воды, чему способствует медленное понижение водяного давления при большой скорости потока. Возникновение каверн или полостей, заполненных паром, может быть вызвано и прохождением акустической волны или излучением лазерного импульса. Замкнутые области воздуха, или кавитационные пустоты, перемещаются водой в область высокого давления, где происходит процесс их схлопывания с излучением волны ударной силы. Явление кавитации не может возникнуть при отсутствии указанных условий.

Физический процесс кавитационного явления сродни закипанию жидкости, но при кипении давление воды и пара в пузырьках является средним по значению и одинаковым. При кавитации давление в жидкости выше среднего и выше парового давления. Понижение же напора носит локальный характер.

При создании нужных условий молекулы газа, которые всегда присутствуют в толще воды, начинают выделяться внутрь образующихся пузырьков. Этот явление проходит интенсивно, так как температура газа внутри полости достигает до 1200ºС из-за постоянного расширения и сжимания пузырьков. Газ в кавитационных полостях содержит большее число молекул кислорода и при взаимодействии с инертными материалами корпуса и других деталей теплогенератора приводит к их скорой коррозии и разрушению.

Исследования показывают, что разрушительному действию агрессивного кислорода подвергаются даже инертные к этому газу материалы – золото и серебро. Кроме того, явление схлопывания воздушных полостей вызывает достаточно шума, что является нежелательной проблемой.

Многие энтузиасты сделали процесс кавитации полезным для создания отопительных теплогенераторов частного дома. Суть системы заключена в замкнутом корпусе, в котором продвигается водяная струя через кавитационное устройство, для получения давления используется обыкновенный насос. В России на первое изобретение отопительной установки был выдан патент в 2013 году. Процесс образования разрыва пузырьков происходит под действием переменного электрического поля. При этом паровые полости являются маленькими по размеру и не взаимодействуют с электродами. Они передвигаются в толщу жидкости, и там происходит вскрытие с выделением дополнительной энергии в теле водяного потока.

Виды теплогенераторов

Роторный генератор тепла

Такое устройство представляет собой видоизмененный насос центробежного действия. В таком устройстве роль статора исполняет корпус насоса, в него установлена входящая и выходящая труба. Основным рабочим органом является камера, внутрь которой помещен подвижный ротор, работающий по типу колеса.

За время создания кавитационных насосов конструкция ротора претерпела много изменений, но самой продуктивной считается модель Григгса, который одним из первых достиг положительных результатов в создании теплогенератора кавитационного действия. В таком устройстве ротор выполнен в форме диска, на поверхности которого предусмотрены многочисленные отверстия. Они глухие, с определенным диаметром и глубиной. Количество ячеек зависит от частоты электрического тока и, следственно, вращения ротора.

Статор в теплогенераторе представляет собой цилиндр, запаянный с обоих концов, в котором вращается ротор. Зазор между диском ротора и стенками статора составляет около 1,5 мм.

Ячейки ротора нужны чтобы в толще струи жидкости, которая постоянно трется о поверхности подвижного и статического цилиндра, возникали завихрения для образования кавитационных полостей. В этом же зазоре и происходит нагрев жидкости. Для эффективной работы теплогенератора поперечный размер ротора должен быть не менее 30 см, при этом определяется скорость вращения 3000 оборотов за минуту. Если сделать ротор меньшего диаметра, тогда следует увеличить число оборотов.

При всей кажущейся простоте отработка четкого действия всех частей роторного теплогенератора требуется довольно точная, включая балансировку подвижного цилиндра. Нужно уплотнение роторного вала с постоянной заменой вышедших из строя изоляционных материалов.

Коэффициент полезного действия подобных генераторов не является впечатляющим, работа сопровождается шумовым эффектом. Срок их службы непродолжителен, хотя они работают на 25% производительнее статических моделей теплогенераторов.

Статический генераторный насос

Наименование статического теплогенератора оборудование получило условно, что связано с отсутствием деталей вращательного действия. Чтобы создать кавитационные процессы в жидкости применяют конструкцию из сопел.

Воссоздание явления кавитации требует обеспечения высокой скорости перемещения воды, для чего применяют мощный насос центробежного принципа. Насос придает повышенное давление потоку воды, которая устремляется во входное отверстие сопла. Выходной диаметр сопла гораздо уже предыдущего и жидкость получает дополнительную энергию движения, скорость ее увеличивается. На выходе из сопла из-за быстрого расширения воды получаются кавитационные эффекты с образованием полостей газа внутри тела жидкости. Прогревание воды происходит по тому же принципу, что и в роторной модели, только эффективность несколько снижена.

Теплогенераторы статического действия имеют ряд преимуществ перед роторными моделями:

• конструкция статорного прибора не требует принципиально точной балансировки и подгонки деталей ;
• механическая подготовительная операция не требует четкой шлифовки;
• из-за отсутствия подвижных деталей гораздо меньше изнашиваются уплотнительные материалы;
• эксплуатация оборудования более длительная, до 5 лет;
• в условиях прихода в негодность сопла, его замена потребует меньше затрат, чем в роторном варианте теплогенератора, который нужно воссоздать заново.

Технология работы теплогенератора отопления

Насос повышает давление воды и подает его в рабочую камеру, патрубок которой соединен с ним при помощи фланца.

В рабочем корпусе вода должна получить увеличенную скорость и давление, что осуществляется при помощи труб различного диаметра, сужающихся по ходу потока. В центре рабочей камеры происходит смешение нескольких напорных потоков, приводящее к явлению кавитации.

Чтобы можно было контролировать скоростные характеристики водного потока, на выходе и ходе рабочей полости устанавливают тормозные устройства.

Вода передвигается к патрубку в противоположном конце камеры, откуда поступает в возвратном направлении для повторного использования при помощи насоса циркуляционного действия. Нагрев и получение тепла происходит за счет движения и резкого расширения жидкости на выходе из узкого отверстия сопла.

Положительные и отрицательные свойства теплогенераторов

Кавитационные насосы относят к простым устройствам. В них происходит преобразование механической двигательной энергии воды в тепловую, которая расходуется на отопление помещения. Прежде чем построить кавитационный агрегат своими руками следует отметить плюсы и минусы такой установки. К положительным характеристикам относят:

• эффективное образование тепловой энергии;
• экономный в работе за счет отсутствия топлива как такового;
• доступный вариант приобретения и изготовления своими руками.

Теплогенераторы имеют недостатки:

• шумная работа насоса и явления кавитации;
• материалы для производства не всегда достать просто;
• использует приличную мощность для помещения в 60– 80 м2;
• занимает много полезного пространства комнаты.

Изготовление теплогенератора своими руками

Список деталей и приспособлений для создания генератора тепла:

• для измерения давления на входе и выходе из рабочей камеры нужны два манометра;
• термометр измерения температуры входной и вытекающей жидкости;
• вентиль для удаления воздушных пробок из системы отопления;
• входной и выходной патрубки с кранами;
• гильзы под термометры.

Выбор насоса циркуляционного действия

Для этого нужно определиться с требуемыми параметрами устройства. Первой характеристикой является возможность работы насоса с высокотемпературными жидкостями. Если пренебречь таким условием, то насос быстро выйдет из строя.

Далее нужно выбрать рабочее давление, которое может создавать насос.

Для теплогенератора достаточно, чтобы при входе жидкости сообщалось давление в 4 атмосферы, можно поднять такой показатель до 12 атмосфер, что увеличит скорость нагрева жидкости.

Производительность насоса существенного влияния на скорость нагрев оказывать не будет, так как при работе жидкость проходит через условно узкий диаметр сопла. Обычно транспортируется до 3–5 кубических метров воды в час. Гораздо большее влияние на работу теплогенератора будет иметь коэффициент перехода электричества в тепловую энергию.

Изготовление кавитационной камеры

Классическим примером является выполнение приспособление в виде сопла Лаваля, которое модернизируется мастером, изготовляющим генератор своими руками. Особое внимание следует уделить выбору размера сечения проходного канала. Оно должно обеспечить максимальный перепад давления жидкости. Если устроить наименьший диаметр, то вода будет вылетать из сопла под большим давлением, и процесс кавитации будет происходить более активно.

Но в таком случае будет уменьшен поток воды, что приведет к смешиванию ее с холодными массами. Маленькое отверстие сопла также работает на увеличение числа воздушных пузырьков, что увеличивает шумовой эффект работы и может привести к тому, что пузырьки начнут образовываться уже в камере насоса. Это уменьшит срок его службы. Наиболее приемлемым, как показала практика, считается диаметр 9– 16 мм.

По форме и профилю сопла бывают цилиндрической, конусной и закругленной формы. Однозначно нельзя сказать, какой выбор будет более эффективным, все зависит от остальных параметров установки. Главное, чтобы вихревой процесс возникал, уже на этапе начального входа жидкости в сопло.

Изготовление водяного контура

Предварительно следует составить схематично протяженность контура и его особенности, все это перенести на пол мелом. Принципиально о контуре можно сказать, что он представляет собой изогнутую трубу, которая присоединяется к выходу их кавитационной камеры, а потом жидкость подается снова на вход. В качестве дополнительных приборов подсоединяются два манометра, две гильзы, в которые устанавливают термометр. Также в контуре присутствует вентиль для сбора воздуха.

Вода в контуре поступает против часовой стрелки. Для регулирования давления ставим вентиль между входом и выходом. Применяется труба диаметром 50, что характерно для совпадения с размером патрубков.

Старые модели теплогенераторов работали без установки сопел, повышение напора воды было предусмотрено за счет разгона воды в трубопроводе достаточно большой протяженности. Но в нашем случае не стоит применять слишком большую длину труб.

Испытание генератора

Насос подключают к электричеству, а радиаторы — к системе отопления. После того как оборудование установлено, можно приступить к испытаниям. Осуществляем включение в сеть и двигатель начинает работу. При этом стоит обратить внимание на показание манометров давления и установить нужную разницу с помощью вентиля между входом и выходом воды. Разница атмосфер должна быть в диапазоне от 8 до 12 атмосфер.

После этого пускаем воду и наблюдаем за температурными параметрами. Достаточным будет нагревание в системе за десять минут на 3–5ºС за минуту. За небольшой промежуток времени нагрев достигает 60ºс. Наша система вместе с насосом запитана 15 литрами воды. Этого вполне достаточно для эффективной работы.

Для применения в быту теплогенераторов достаточно немного желания и навыков сборщика, так как все устройства применяются в готовом виде. А эффективность не заставит себя ждать.

Помощь технолога практика. Как сделать качественный и недорогой бетон и строительные материалы?

Главная >> Уникальные и необычные технологии. >> Вихревые, теплогенераторы, ВТГ, кавитация, тепловой, насос, экономичное, отопление, дома

Вихревые теплогенераторы или тепловой насос – самое экономичное отопление дома

Уважаемые коллеги и посетители моего сайта. Тема сегодняшней статьи может быть напрямую и не относится к формату моего сайта о бетоне и строительных технологиях, но будет чрезвычайно интересна, полезна, а самое главное экономически выгодна большинству моих пользователей.

Итак вихревые теплогенераторы — сокращенно ВТГ (для удобства так и будем их в дальнейшем именовать), еще их называют тепловой насос – гениальное изобретение Российских ученых и «Кулибиных», использующих принцип кавитация в жидкостных средах.

Чтобы было понятнее немного теории все таки нужно, это для особо «дотошных», только по Вашему желанию, чуть ниже я дам короткое объяснение этому феномену, как я сам это понял.

Для этого почитайте статью из Википедии ну очень подробно и обстоятельно написано, как впрочем всегда на этом ресурсе.

А вот это короткое видео, всего 4,0 минут советую посмотреть всем, очень популярно и доходчиво.

И все таки давайте, как говорится «вернемся к нашим баранам», попытаюсь объяснить своими словами этот процесс, как я его понял сам.

Кавитация (от латинского cavita — пустота), в процессе турбулентности , сильного завихрения потока жидкости образуются пузырьки пара этой жидкости, при схлопывнии энергия этих пузырьков передается самой жидкости и происходит повышение ее температуры.

Уж извиняйте за столь упрощенное толкование, как мог, как понял так и объяснил.

Просьба к читателям этого поста, сформулируйте по своему, но так же просто и доступно для понимания, заменю предыдущий абзац на Вашу трактовку.

Вообще должен Вам сказать, это удивительный по своей сути процесс, ученые «головы ломают», например официально зафиксирован такой факт, что КПД таких установок составляет от 1,4 до 1,8, что явно противоречит всем законам физики и термодинамики.

Получается затрачиваем например электроэнергии 1 квт, а тепловой энергии получаем 1,4 – 1,8 квт, вот такие дела.

Ниже даны фотографии ВТГ и схема их плдключения.

Основные преимущества, которые мы получаем применяя ВТГ – вихревые теплогенераторы

• Эффективное использование потребляемой электроэнергии:
• Кп — коэффициент преобразования эл. энергии в Тепловую 1.5-1.65.
• Для получения тепла не нужно топлива.
• Система автоматического управления обогревом помещений. Регулятор температуры по сигналу датчика включает и отключает систему. Обычное время работы ВТГ составляет 6-12 часов в сутки.
• Широкий диапазон температур: автомат управления позволяет задавать любые параметры теплоносителя в интервале от +35ºС до +95ºС, что позволяет легко устранять перегрев помещения и тем самым обеспечивает дополнительную экономию средств. Возможен поддерживающий режим отопления в неиспользуемых помещениях (от + 5º до +10ºС).
• В одной системе совмещены функции нагрева и циркуляции.
• В результате получаем экономичное отопление дома, по затратам в 2-3 раза дешевле чем получение теплоносителя от централизованных сетей.

Безопасность и экологическая чистота

1. При работе ВТГ мы не применяем загрязняющие окружающую среду вещества и естественно исключается выделение продуктов горения и загрязнение воздуха, также вероятность взрыва или пожара исключена.
2. Низкое рабочее давление жидкости в системе делает установки безопасными и долговечными.
3. Для подключения и эксплуатации не требуется разрешения ГосТехНадзора.
4. Вихревые теплогенераторы можно использовать в пожаро- и взрывоопасной среде.

Простота в монтаже и обслуживании

• Для монтажа ВТГ достаточно просто присоединить подающий и обратный патрубки к действующей системе отопления.
• Весь процесс управляется с помощью автоматики, достаточного следить за количеством воды в системе и устранению её утечек один раз в сутки.
• Отпадает необходимость прокладки теплотрасс и химической очистки воды.
• Исключено появление накипи на внутренних поверхностях труб и теплового насоса.

Универсальность в применении

• Вихревые теплогенераторы можно подключать как к новой, так и к уже существующей системе отопления.
• Эту систему можно применять как в обычных системах отопления, так и при отоплении с теплым полом.
• При использовании ВТГ можно применять в качестве теплоносителя не только воду, но и жидкость любого происхождения (кроме легковоспламеняющихся и летучих).
• Получается автономное отопление дома и не зависим о проблем ТЭЦ и теплоцентрали.
• Нет необходимости в сложной системе водоподготовки.

Ниже в таблице даны примерные характеристики и ориентировочные цены на вихревые теплогенераторы без монтажных и пусконаладочных работ, комментировать я не буду, сами прикиньте и подсчитайте.

Отопление дома, гаража, офиса, торговых площадей – вопрос, решать который надо сразу после того, как помещение построено. И не важно, какое время года на улице. Зима всё равно придёт. Так что побеспокоиться о том, чтобы внутри было тепло необходимо заранее. Тем, кто покупает квартиру в многоэтажном доме, волноваться не о чем – строители уже всё сделали. А вот тем, кто строит свой дом, оборудует гараж или отдельно стоящее небольшое здание, придётся выбирать, какую систему отопления устанавливать. И одним из решений будет вихревой теплогенератор.

История изобретения

Сепарация воздуха, иначе говоря, разделение его на холодную и горячую фракции в вихревой струе – явление, которое и легло в основу вихревого теплогенератора, было открыто около ста лет назад. И как это часто бывает, лет 50 никто не мог придумать, как его использовать. Так называемую вихревую трубу модернизировали самыми разными способами и пытались пристроить практически во все виды человеческой деятельности. Однако везде она уступала и по цене и по КПД уже имеющимся приборам. Пока русский учёный Меркулов не придумал запустить внутрь воду, не установил, что на выходе температура повышается в несколько раз и не назвал этот процесс кавитацией. Цена прибора уменьшилась не намного, а вот коэффициент полезного действия стал практически стопроцентным.

Принцип действия

Так что же такое эта загадочная и доступная кавитация? А ведь всё довольно просто. Во время прохождения через вихрь, в воде образуется множество пузырьков, которые в свою очередь лопаются, высвобождая некое количество энергии. Эта энергия и нагревает воду. Количество пузырьков подсчёту не поддаётся, а вот температуру воды вихревой кавитационный теплогенератор может повысить до 200 градусов. Не воспользоваться этим было бы глупо.

Два основных вида

Несмотря на то и дело появляющиеся сообщения о том, что кто-то где-то смастерил уникальный вихревой теплогенератор своими руками такой мощности, что можно отапливать целый город, в большинстве случаев это обычные газетные утки, не имеющие под собой никакой фактической основы. Когда-нибудь, возможно, это случиться, а пока принцип работы этого прибора можно использовать только двумя способами.

Роторный теплогенератор. Корпус центробежного насоса в этом случае будет выступать в качестве статора. В зависимости от мощности по всей поверхности ротора сверлят отверстия определённого диаметра. Именно за счёт их и появляются те самые пузырьки, разрушение которых и нагревает воду. Достоинство у такого теплогенератор только одно. Он намного производительнее. А вот недостатков существенно больше.

• Шумит такая установка очень сильно.
• Изношенность деталей повышенная.
• Требует частой замены уплотнителей и сальников.
• Слишком дорогое обслуживание.

Статический теплогенератор. В отличие от предыдущей версии, здесь ничего не вращается, а процесс кавитации происходит естественным путём. Работает только насос. И список достоинств и недостатков принимает резко противоположное направление.

• Прибор может работать при низком давлении.
• Разница температур на холодном и горячих концах довольно велика.
• Абсолютно безопасен, в каком бы месте не использовался.
• Быстрый нагрев.
• КПД 90 % и выше.
• Возможность использования, как для обогрева, так и для охлаждения.

Единственным недостатком статического ВТГ можно считать дороговизну оборудования и связанную с этим довольно долгую окупаемость.

Как собрать теплогенератор

При всех этих научных терминах, которые могут напугать незнакомого с физикой человека, смастерить в домашних условиях ВТГ вполне возможно. Повозиться, конечно, придётся, но если всё сделать правильно и качественно, можно будет наслаждаться теплом в любое время.

И начать, как и в любом другом деле, придётся с подготовки материалов и инструментов. Понадобятся:

• Сварочный аппарат.
• Шлифмашинка.
• Электродрель.
• Набор гаечных ключей.
• Набор свёрл.
• Металлический уголок.
• Болты и гайки.
• Толстая металлическая труба.
• Два патрубка с резьбой.
• Соединительные муфты.
• Электродвигатель.
• Центробежный насос.
• Жиклёр.

Вот теперь можно приступать непосредственно к работе.

Устанавливаем двигатель

Электродвигатель, подобранный в соответствии с имеющимся напряжением, устанавливается на станину, сваренную или собранную с помощью болтов, из уголка. Общий размер станины вычисляется таким образом, чтобы на ней можно было разместить не только двигатель, но и насос. Станину лучше покрасить во избежание появления ржавчины. Разметить отверстия, просверлить и установить электродвигатель.

Подсоединяем насос

Насос следует подбирать по двум критериям. Во-первых, он должен быть центробежным. Во вторых, мощности двигателя должно хватить, чтобы его раскрутить. После того, как насос будет установлен на станину, алгоритм действий следующий:

• В толстой трубе диаметром 100 мм и длиной 600 мм с двух сторон нужно сделать внешнюю проточку на 25 мм и в половину толщины. Нарезать резьбу.
• На двух кусках такой же трубы длинной каждый 50 мм нарезать внутреннюю резьбу на половину длины.
• Со стороны противоположной от резьбы приварить металлические крышки достаточной толщины.
• По центру крышек сделать отверстия. Одно по размеру жиклёра, второе по размеру патрубка. С внутренней стороны отверстия под жиклёр сверлом большого диаметра необходимо снять фаску, чтобы получилось подобие форсунки.
• Патрубок с форсункой подсоединяется к насосу. К тому отверстию, из которого вода подаётся под напором.
• Вход системы отопления подсоединяется ко второму патрубку.
• К входу насоса присоединяется выход из системы отопления.

Цикл замкнулся. Вода будет под давлением подаваться в форсунку и за счёт образовавшегося там вихря и возникшего эффекта кавитации станет нагреваться. Регулировку температуры можно осуществить, установив за патрубком, через который вода попадает обратно в систему отопления, шаровый кран.

Усовершенствуем теплогенератор

Это может звучать странно, но и эту довольно сложную конструкцию можно усовершенствовать, ещё больше повысив её производительность, что будет несомненным плюсом для обогрева частного дома большой площади. Основывается это усовершенствование на том факте, что сам насос имеет свойство терять тепло. Значит, нужно заставить расходовать его как можно меньше.

Добиться этого можно двумя путями. Утеплить насос при помощи любых подходящих для этой цели теплоизоляционных материалов. Или окружить его водяной рубашкой. Первый вариант понятен и доступен без каких-либо пояснений. А вот на втором следует остановиться подробнее.

Чтобы соорудить для насоса водяную рубашку придётся поместить его в специально сконструированную герметическую ёмкость, способную выдерживать давление всей системы. Вода будет подаваться именно в эту емкость, и насос будет забирать её уже оттуда. Внешняя вода так же нагреется, что позволит насосу работать намного продуктивнее.

Вихрегаситель

Но, оказывается и это ещё не всё. Хорошо изучив и поняв принцип работы вихревого теплогенератора, можно оборудовать его гасителем вихрей. Подаваемый под большим давлением поток воды ударяется в противоположную стенку и завихряется. Но этих вихрей может быть несколько. Стоит только установить внутрь устройства конструкцию напоминающую своим видом хвостовик авиационной бомбы. Делается это следующим образом:

• Из трубы чуть меньшего диаметра, чем сам генератор необходимо вырезать два кольца шириной 4-6 см.
• Внутрь колец приварите шесть металлических пластинок, подобранных таким образом, чтобы вся конструкция получилась длинной равной четверти длины корпуса самого генератора.
• Во время сборки устройства закрепите эту конструкцию внутри напротив сопла.

Пределу совершенства нет и быть не может и усовершенствованием вихревого теплогенератора занимаются и в наше время. Не всем это под силу. А вот собрать устройство по схеме, приведённой выше, вполне возможно.