Кавитационный теплогенератор своими руками для отопления помещения

Обзор кавитационного генератора тепла и его самостоятельное изготовление

Кавитационный теплогенератор пользуется популярностью в качестве экономичного отопительного оборудования. Кавитация – специфический эффект с образованием микропузырьков пара в зонах локального снижения давления рабочей жидкости. Процесс предусматривает воздействие насосного агрегата или звуковых колебаний.

Конструктивные особенности и принцип работы

На основе кавитационного теплогенератора механическая энергия движения воды (рабочей жидкости) преобразуется в тепло, которое используется для обогрева помещений любого назначения. Кавитация подразумевает образование пузырьков в жидкости, в результате разрушения которых вырабатывается тепловая энергия.

Принцип работы кавитатора:

• рабочий поток перемещается по устройству, в котором обеспечивается давление при помощи насоса,
• далее с повышением скорости происходит локальное снижение давления субстанции,
• в жидкости образуются свободные места, заполняемые пузырьками.

Впоследствии в центре камеры потоки перемешиваются, и происходит процесс кавитации: пузырьки схлопываются, в результате механическая энергия преобразуется в тепловой потенциал. Это объясняется тем, что при формировании вихревого потока кавитационные разрывы приводят к нагреву жидкой среды.

Возможности применения

Приборы кавитационного действия востребованы в различных отраслях, при этом в основном их применяют в качестве альтернативного вида отопительных установок для дома. Также оборудование находит применение и в других сферах:

• обогрев и очистка воды в бассейнах,
• очистка отложений внутри теплообменников,
• в промышленности.

В последнем случае, к примеру, при изготовлении бетона с высокими эксплуатационными характеристиками.

Отопление

Кавитационный прибор способствует преобразованию механической энергии перемещающейся воды в тепловой потенциал, который направляется на обогрев различных по назначению и масштабу зданий, включая частные домовладения и промышленные комплексы.

Кавитационный теплогенератор может быть использован при отоплении

Автономное нагревание воды для бытовых нужд

Генератор кавитационного тепла способен в полной мере обеспечить хозяйство горячей водой, которая подается в кухню, санузел, баню. Также оборудование находит применение при подготовке воды в бассейнах, прачечных и саунах, используется в автономном водопроводе.

Применение кавитации тепла в производстве

Приборы актуальны при необходимости качественного смешивания субстанций с разными параметрами плотности и применяются в лабораториях, производственных цехах и других объектах промышленности.

Разновидности

Кавитационные устройства делятся на следующие виды:

• роторные – вихревой кавитационный теплогенератор предусматривает видоизмененный центробежный насос, корпус которого представляет собой статор с входящей и выходящей трубой. Основной рабочий орган прибора – камера с подвижным ротором, который вращается по типу колеса,
• статические – в приборе отсутствуют вращающиеся детали, для кавитации применяют конструкцию из сопел с мощным центробежным насосом,
• трубчатые – в конструкции предусмотрены продольно расположенные трубки. КПД трубчатых теплогенераторов кавитации отличается высокими показателями,
• ультразвуковые – эффект кавитации обеспечивается при помощи ультразвуковых волн.

Кавитационный теплогенератор вихревой

КПД ультразвукового оборудования невероятно высок.

Принцип работы роторных генераторов

Пожалуй, к самым продуктивным моделям относится конструкция Григгса, в которой ротор в форме диска располагает поверхностью с многочисленными глухими отверстиями определенного диаметра и глубины. Статор представлен в виде цилиндра с запаянными концами, в котором вращается ротор. Между роторным диском и стенками статора есть зазор величиной около 1,5 мм. В ячейках устройства обеспечивается возникновение завихрений для образования кавитационных полостей. Количество ячеек определяется частотой вращения ротора.

Как отмечают специалисты, для эффективности работы прибора применяется ротор с поперечным размером от 30 см со скоростью вращения 3 000 оборотов/мин. При меньшем диаметре требуется увеличить параметры оборотов.

Особенности роторных теплогенераторов кавитационного действия:

• присутствует значительный уровень шума,
• КПД устройства не впечатляет,
• непродолжительный срок службы,
• показатели производительности на 25% выше, чем у статических моделей.

При эксплуатации роторной установки требуется отработка четкого действия всех элементов, в том числе и балансировка цилиндра. Также необходимо своевременно менять исчерпавшие свой потенциал изоляционные материалы для уплотнения вала.

Принцип работы статического теплогенератора

Кавитация предполагает высокую скорость перемещения рабочей жидкости при помощи мощного мотора центробежного типа. Так как dвыхода сопла значительно меньше, чем параметры противоположного конца, увеличивается скорость перемещения субстанции, и возникают кавитационные эффекты.

Статические кавитаторные приборы располагают массой преимуществ:

• не требуется балансировка и точная подгонка деталей,
• уплотнители изнашиваются меньше, чем в роторной модели, так как здесь отсутствуют подвижные детали,
• продолжительность срока службы статического кавитатора около 5 лет, что значительно больше, чем у предыдущего варианта прибора.

При необходимости производится замена сопла, для чего понадобится относительно небольшой расход времени и сил, тогда как в случае с роторным прибором придется воссоздать его заново, если оборудование выйдет из строя.

Трубчатые тепловые генераторы: устройство и принцип работы

В этой модели кавитационное тепло вырабатывается благодаря продольному расположению трубок:

• помпа способствует нагнетанию давления во входящую камеру, и рабочая субстанция направляется через трубки. При этом на входе образуются пузырьки,
• при попадании во вторую камеру, где установлено высокое давление, пузырьки разрушаются, в процессе образуется тепловой потенциал.

Трубчатый тепловой генератор

Выработанная таким способом энергия направляется вместе с паром на отопление дома. Как утверждают производители трубчатых теплогенераторов кавитации, как и специалисты в сфере климатического оборудования, эта модель отличается высокими показателями КПД.

Особенности ультразвуковых генераторов кавитационного действия

В установке создаются ультразвуковые волны, благодаря которым образуется кавитационное тепло. Для этого применяется кварцевая пластина, на ее основе под воздействием электрического тока создаются звуковые колебания. Они направляются на вход, впоследствии чего образуется вибрация. На обратной фазе звуковых волн возникают участки разряжения и наблюдается эффект кавитации. Принцип работы ультразвукового кавитатора предполагает минимальные потери энергии и практическое отсутствие трения. Всем этим обуславливается исключительно высокий КПД ультразвукового оборудования.

Плюсы и минусы

Основным достоинством кавитационного теплогенератора считается экономичность работы отопительного устройства. Также среди плюсов отмечают следующие факторы:

• высокий уровень производительности прибора,
• возможность самостоятельного изготовления и монтажа,
• оборудование можно установить без разрешительных документов.

Среди недостатков выделяют:

• необходимо обустроить отдельное помещение под котельную,
• достаточно высокий уровень шума при работе прибора.

Нельзя забывать, что оборудование занимает много места.

Критерии выбора

При выборе устройства кавитации учитывают следующие моменты:

1. Важно подобрать конструкцию в соответствии с условиями эксплуатации. Следует учесть масштабы отапливаемого пространства, возможности теплоизоляции помещений, климатические особенности местности в межсезонье и зимой.
2. Стоит решить вопросы комплектации при приобретении стандартного оборудования. В этом случае, желательно, чтобы изделие было укомплектовано датчиками защиты и приборами контроля тепла. Оптимальный вариант – приобретение техники с автоматическим блоком контроля и управления, также стоит заказать услугу «монтаж под ключ».
3. В случае приобретения оборудования по отдельным элементам, необходимо четко знать все особенности каждого компонента системы.

Если планируется самостоятельное изготовление, важно тщательно изучить схемы и вооружиться рекомендациями специалистов, далее приступают к выбору модели.

Популярные модели

Отечественными производителями предлагаются модели кавитаторов гидроударного и электрогидроударного типа. Линейка включает в себя агрегаты небольшой мощности.

ВТГ-2.2

Оборудование представляет собой прибор малой мощности, который подходит для отопления сооружения объемом до 90 м³. Стоимость продукции варьируется в пределах 32-35 т. р.

ВГТ-30

Агрегат средней мощности, разработан для обогрева зданий объемом до 1400 м³. Требуется комплектация в виде шкафа управления. Цена изделия – около 150 000 р.

Продукция ижевских производителей, как заявляют поставщики кавитаторов, располагает КПД до 150%. Несмотря на высокий диапазон стоимости, модель привлекает внимание широкой аудитории потребителей.

Как изготовить кавитационные теплогенераторы своими руками?

Оборудование представляет собой простое устройство, что позволяет при необходимости самостоятельно изготовить конструкцию.

Необходимые инструменты и материалы:

• манометры – для контроля давления на входе/выходе,
• термометры – для измерения температуры рабочей жидкости при входе/выходе,
• гильзы под термометры.

Также нужны патрубки с кранами – входные и для выхода.

Особенности выбора насоса

Параметры насоса должны соответствовать специфическим требованиям. Так, нужен агрегат с возможностью работы с высокотемпературными субстанциями. Также учитывается способность прибора создавать необходимое рабочее давление – при входе жидкости достаточно давления в 4 атмосферы, для увеличения скорости нагрева требуется показатель до 12 атмосфер.

Изготовление кавитационной камеры

В самодельных приборах кавитации чаще всего предусматривается вариант в виде сопла Лаваля. Выбирая размер сечения проходного канала, стоит учитывать, что требуется обеспечение максимального перепада давления рабочей субстанции. Для этого подбирают модель наименьшего диаметра, в результате получается достаточно активный процесс кавитации. Приемлемым считается d9-16 мм, при меньшем сечении уменьшается интенсивность водного потока, что приводит к смешиванию жидкости с холодными массами. Применение сопла с маленьким отверстием также чревато следующими последствиями:

• увеличивается число воздушных пузырьков. В результате наблюдается усиление шума при работе оборудования,
• есть риск образования пузырьков уже в камере насоса, что может стать причиной его быстрого выхода из строя.

В зависимости от параметров установки выбирают сопла цилиндрической формы, закругленного или конусного профиля. Главное – необходимо обеспечить образование вихревого процесса уже на начальном этапе входа рабочей субстанции в сопло.

Особенности изготовления водяного контура

При самостоятельном конструировании прибора предварительно выполняют схему: определяют протяженность контура, уточняют особенности модели и переносят все это мелом на пол.

Конструкция представляет собой изогнутую трубу, которая присоединяется к выходу камеры, далее рабочая среда снова подается на вход.Субстанцияв контур поступает по направлению против часовой стрелки. Контур снабжается двумя манометрами и парой гильз с термометрами. Модель дополняет вентиль для сбора воздуха. Для регулирования давления вентиль устанавливается между входом и выходом.

Испытание генератора

После установки оборудования и подключения радиаторов к системе отопления насосное устройство включают в сеть и запускают двигатель. При исправной работе конструкции подается необходимое количество воды. Показание манометров давления жидкой среды регулируют при помощи вентиля, учитывая, что требуется разница в диапазоне 8-12 атмосфер. После пуска рабочей жидкости наблюдают параметры температуры: корректным считается нагревание 3-5°C/10 минут. С учетом, что система и насос запитаны 15 л воды, за небольшой отрезок времени нагрев достигнет 60°C. Это хороший результат для эффективной работы отопительного оборудования.

Отопительное оборудование кавитационного типа – экономичный прибор, который способен обогреть помещение за короткий промежуток времени. Производители предлагают различные модели устройства, при необходимости несложно изготовить конструкции самостоятельно с учетом особенностей обустраиваемой площади.

Источник

Узнаем все про кавитационные теплогенераторы

Разнообразные способы экономии энергии или получения дарового электричества сохраняют свою популярность. Благодаря развитию Интернета информация о всевозможных «чудо-изобретениях» становится все доступнее. Одна конструкция, потеряв популярность, сменяется другой.

Сегодня мы рассмотрим так называемый вихревой кавитационный генератор — устройство, изобретатели которого обещают нам высокоэффективный обогрев помещения, в котором оно установлено. Что это такое? Данное устройство использует эффект нагрева жидкости при кавитации — специфическом эффекте образования микропузырьков пара в зонах локального снижения давления в жидкости, происходящем либо при вращении крыльчатки насоса, либо при воздействии на жидкость звуковых колебаний. Если Вам когда-либо доводилось пользоваться ультразвуковой ванной, то Вы могли заметить, как ее содержимое ощутимо нагревается.

Реальность использования кавитации для нагревания

В Интернете распространены статьи о вихревых генераторах роторного типа, принцип действия которых состоит в создании областей кавитации при вращении в жидкости крыльчатки специфической формы. Жизнеспособно ли данное решение?

Начнем с теоретических выкладок. В данном случае мы расходуем электроэнергию на работу электродвигателя (средний КПД — 88%), полученную механическую энергию же частично тратим на трение в уплотнениях кавитационного насоса, частично — на нагрев жидкости вследствие кавитации. То есть в любом случае в тепло будет преобразована лишь часть потраченной электроэнергии. Но если вспомнить, что КПД обычного ТЭНа составляет от 95 до 97 процентов, становится понятным, что чуда не будет: гораздо более дорогой и сложный вихревой насос окажется менее эффективен, чем простая нихромовая спираль.

Можно возразить, что при использовании ТЭНов в систему отопления необходимо вводить дополнительные циркуляционные насосы, в то время как вихревой насос сможет сам перекачивать теплоноситель. Но, как ни странно, создатели насосов борются с возникновением кавитации, не только значительно снижающей эффективность работы насоса, но и вызывающей его эрозию. Следовательно, насос-теплогенератор не только должен быть мощнее специализированного перекачивающего насоса, но и потребует применения более совершенных материалов и технологий для обеспечения сравнимого ресурса.

Важным моментом является тот факт, что, увеличивая кавитацию, создаваемую ротором, мы увеличиваем нагрев жидкости и одновременно снижаем эффективность насоса. Реально работающий как нагреватель кавитатор уже практически не сможет перекачивать теплоноситель, а значит, точно так же, как и ТЭН, потребует применения отдельного циркуляционного насоса. При этом общая эффективность вихревого насоса все равно будет меньше КПД его привода.

Кроме роторно-вихревых насосов, можно встретить такое устройство, как статический теплогенератор («вихревая труба»). В нем используется эффект кавитации, возникающий при прохождении потока жидкости сквозь сопло Лаваля и соответствующем резком изменении скорости и давления. Но по ряду причин такое устройство неэффективно в системах отопления:

• Чем больше перепад давлений, тем больше нагрев;
• Для большего перепада давлений необходимо уменьшение диаметра сопла, а следовательно — увеличение гидродинамического сопротивления системы;
• Следовательно, чем эффективнее работает сопло, тем больший запас мощности циркуляционного насоса потребуется.

Какой-либо расчет энергии, отбираемой кавитацией у потока жидкости, практически невозможен. Осознание низкой эффективности этой схемы настолько просто, что она не используется даже авторами «чудо-устройств».

Для оправдания заявляемого КПД выше единицы создатели вихревых кавитационных теплогенераторов зачастую приводят оправдания на грани комизма, вплоть до возникновения в зоне кавитации низкотемпературной ядерной реакции. Какое-либо доверие к этой технологии подобные заверения только снижают еще сильнее. Часто встречающиеся похвальные отзывы под статьями о подобных устройствах не выдерживают критики — каких-либо реальных данных, позволяющих провести расчет эффективности отопительных систем на основе вихревого насоса, они не предоставляют.

Распространенные устройства

Рассмотрим наиболее часто рекламируемые в Интернете вихревые насосы.

Выпускаемый НПП «ЭкоЭнергоМаш» насос НТГ-5,5 имеет следующие характеристики:

• Мощность электродвигателя: 5,5 кВт
• Теплопроизводительность: 6,6 кВт/ч

Здесь возникает первый вопрос к производителю: каким образом, в обход закона сохранения энергии, это устройство выделяет тепловой энергии больше, чем потребляет электрической? Точно такое же превышение тепловыделения над расходом энергии обещается и для других изделий этой фирмы.

Московская компания «Экотепло» выпускает несколько вариантов вихревого теплогенератора, наименее мощный из которых — это 55-киловаттный НТГ-055. Столь высокая мощность привода недвусмысленно указывает на реальную тепловую производительность устройств подобного класса, хотя производитель по-прежнему указывает в описании превосходство своих изделий над традиционными электрическими котлами.

В описании устройств, производимых НПО «Термовихрь», характеристики более завуалированы. Так, для трехкиловаттной модели вихревого теплогенератора заявленная теплопроизводительность составляет 3100 ккал/ч. Но, если вспомнить школьный курс физики, можно вычислить, что при стопроцентном преобразовании электрической энергии в тепловую 1 кВт*ч энергии равен 860 килокалориям, то есть идеальный вихревой насос с заявленной теплопроизводительностью потреблял бы 3,6 киловатт-часа электроэнергии. Следовательно, нам вновь предлагают устройство, часть тепловой энергии берущее из ниоткуда.

Информация от производителей таких устройств, репортаж телеканала Россия

Самодельные теплогенераторы

Наиболее проста в изготовлении «вихревая трубка», или статический теплогенератор.

Конструктивно наше сопло Лаваля будет выглядеть как металлический патрубок с трубной резьбой на концах, позволяющей при помощи резьбовых муфт соединить его с трубопроводом. Для изготовления патрубка понадобится токарный станок.

• Сама форма сопла, точнее, его выходной части, может отличаться по исполнению. Вариант «а» наиболее прост в изготовлении, а его характеристики можно варьировать изменением угла выходного конуса в пределах 12-30 градусов. Однако такой тип сопла обеспечивает минимальное сопротивление потоку жидкости, а, следовательно, и наименьшую кавитацию в потоке.
• Вариант «б» более сложен в изготовлении, но за счет максимального перепада давления на выходе сопла создаст и наибольшую турбулентность потока. Условия для возникновения кавитации в этом случае являются оптимальными.
• Вариант «в» — компромиссный по сложности изготовления и эффективности, поэтому стоит остановиться на нем.

Изготовив сопло, можно собрать экспериментальный контур, состоящий из электрического насоса, соединительных патрубков, непосредственно сопла и термометра, который мы используем для определения эффективности устройства. Для уменьшения влияния рассеивания тепла в окружающую среду патрубки лучше всего сделать короткими и замотать их теплоизоляционным материалом. Заполнив контур устройства водой и запомнив ее количество, включим насос ровно на час, чтобы по электросчетчику определить количество израсходованной электроэнергии.

Тепловую мощность самодельного теплогенератора можно определить по следующей формуле, известной по школьному курсу физики:

E=cm(T2-T1)

Где с — это удельная теплоемкость воды (4200 Дж/(кг*К)), m — ее масса, T2 — температура воды в конце работы насоса, Т1 — температура в начале. Полученную энергию, измеренную в джоулях. Сравнить ее с израсходованной электроэнергией можно, учитывая соотношение в 1000 Дж на 0.000277 киловатт-часов энергии. Иначе говоря, при стопроцентном КПД устройство, израсходовавшее 1 киловатт-час энергии, не сможет создать тепловой энергии больше 3600 килоджоулей.

ПРИМЕР: Наше устройство нагрело за час 1 литр воды с 10 до 60 градусов. Получаем тепловую энергию в 210 килоджоулей.

Посмотрите, что сообщают о таких устройствах производители

Заключение

По этой причине к их использованию стоит относиться скорее как к демонстрации интересного физического эффекта, чем как к реальному способу экономии электроэнергии.

Источник