Типичная структурная схема кавитационного теплогенератора. Как сделать бестопливный гидродинамический теплогенератор. Комплектация и принцип работы

Хозяева частных домов всячески стремятся сэкономить на отоплении, которое год от года требует немалых затрат. С целью создания обогревательных экономных систем в жилых, производственных, общественных помещениях разрабатываются и применяются на практике различные схемы по выработке выгодной тепловой энергии. Для этих целей подходит кавитационный теплогенератор.

Чтобы сэкономить на тепловой энергии – данный теплогенератор поможет вам сэтим

Вихревое устройство: общее понятие

Подобная установка конструктивно достаточно проста. Она используется для эффективного и выгодного отопления здания с минимальными финансовыми затратами. Экономичность обуславливается специальным нагревом воды через кавитацию. Такой метод заключается в создании мелких пузырьков из пара в зоне сниженного давления рабочей жидкости, которое обеспечивается специальными звуковыми колебаниями, функционированием насоса.

Кавитационный нагреватель справляется с переработкой механической энергии в тепловой поток, что немаловажно для промышленных объектов. В них нагревательные элементы периодически выходят из строя, поскольку функционируют с жидкостями большой разности по температуре.

Именно такие кавитаторы выступают надежной заменой устройствам, работа которых зависит от твердых видов топлива.

В этом видео вы узнаете, как устроен теплогенератор:

Кавитационные генераторы: преимущества

Такие установки нашли широкое применение в бутовых условиях и на производстве. Причиной тому выступают следующие факторы, их характеризующие:

ценовая доступность;
экономичность отопительной системы;
возможность создания конструкции своими руками;
высокий КПД обогрева.

Правила эксплуатации гласят, что нельзя устанавливать вихревые изделия внутри жилого помещения из-за создания высокоуровневого шума. Оптимальным вариантом станет обустройство отдельной хозпостройки, котельной.

К недостаткам относятся довольно большие размеры готового к эксплуатации обогревателя. Также отмечается чрезмерная мощность для частного дома, коттеджа, возможная сложность приобретения материалов, которые понадобятся в случае самостоятельного изготовления кавитатора.

В данном обогревателе, одним из плюсов является высокий КПД

Строение нагревателя и принцип работы

Кавитационное отопление характеризуется образованием пузырьков из пара в рабочей жидкости. В результате такого действия давление постепенно снижается благодаря высокой скорости потока. Следует отметить, что необходимое парообразование задается специальным излучением лазерных импульсов либо акустикой, заданной определенными звуками. Воздушные области закрытого типа смешиваются с водяной массой, после чего поступают в зону большого давления, где вскрываются и излучают ожидаемую ударную волну.

Оборудование кавитационного типа отличается способом функционирования. Схематично оно выглядит так:

Водяной поток перемещается по кавитатору, в котором с помощью циркуляционного насоса обеспечивается рабочее давление, поступающее в рабочую емкость.
Далее в таких емкостях повышается скорость, соответственно, и давление жидкости посредством установленных по чертежам трубок.
Потоки, достигая центральной части камеры, перемешиваются, в результате чего и образуется кавитация.
В результате описанного процесса пузырьки пара не увеличиваются в размерах, отсутствует их взаимодействие с электродами.
После этого вода перемещается в противоположную часть емкости и возвращается для совершения нового круга.
Нагревание обеспечивается передвижением и расширением жидкости в месте выхода из сопла.

Из работы вихревой установки видно, что ее конструкция незамысловата и проста, но при этом обеспечивает быстрый и выгодный обогрев помещения.

Типы обогревателей

Кавитационный котел отопления относится к одному из распространенных типов обогревателей. Наиболее востребованные из них:

Роторные установки, среди которых особого внимания заслуживает устройство Григгса. Суть его действия основана на центробежном насосе роторного действия. Внешне описываемая конструкция напоминает диск с несколькими отверстиями. Каждая такая ниша называется ячейкой Григгса, их количество и функциональные параметры взаимозависимы с частотой вращения привода, типом применяемой генераторной установки. Рабочая жидкость подогревается в пространстве между ротором и статором из-за быстрого перемещения по дисковой поверхности.
Статические обогреватели. Котлы лишены каких-либо передвигающихся деталей, кавитация в них обеспечивается за счет специальных элементов Лаваля. Установленный в отопительную систему насос задает необходимое давление воды, которая начинает быстро передвигаться и подогреваться. За счет узких отверстий в соплах жидкость перемещается в ускоренном режиме. Из-за ее быстрого расширения достигается необходимая для обогрева кавитация.

Выбор того или иного нагревателя зависит от потребностей человека. Следует учитывать, что роторный кавитатор более производителен, к тому же он отличается меньшими размерами.

Особенность статического агрегата заключается в отсутствии вращающихся деталей, чем и обуславливается его продолжительный эксплуатационный срок. Длительность работы без технического обслуживания достигает 5 лет. Если же сломается сопло, его без труда можно заменить, что стоит гораздо дешевле в сравнении с приобретением нового рабочего элемента в роторную установку.

Самостоятельное изготовление оборудования

Создать кавитатор своими руками вполне реально, но предварительно стоит ознакомиться со схематическими особенностями, точными чертежами агрегата, понять и подробно изучить принцип, по которому он действует. Наиболее простой моделью принято считать ВТГ Потапова с показателем КПД в 93%. Схематически теплогенератор довольно прост , будет уместен в быту и промышленном применении.

Приступая к сборке агрегата, необходимо подобрать в систему насос, который должен полностью соответствовать требованиям мощности, необходимой тепловой энергии. В большинстве своем описываемые генераторы по форме напоминают сопло, такие модели самые удобные и простые для домашнего применения.

При собственноручном создании теплогенератора не забываем нужные зап.части, например, гильзы

Создание кавитатора невозможно без предварительной подготовки определенных инструментов и приспособлений. К ним относятся:

патрубки входного и выходного типа, оснащенные краниками;
манометры, измеряющие давление;
термометр, без которого невозможно произвести замер температуры;
гильзы, которыми дополняются термометры;
вентили, с помощью которых из всей отопительной системы устраняются воздушные пробки.

Последовательность конструирования кавитационного теплогенератора своими руками представлена следующими действиями:

Выбор насоса, который предназначен для эксплуатации с жидкостями высоких температур. В противном случае он быстро выйдет из строя. К такому элементу предъявляется обязательное требование: создание давления от 4 атмосфер.
Выполнение емкости для кавитации. Главным условием выступает подбор необходимого по сечению проходного канала.
Выбор сопла с учетом особенностей конфигурации. Такая деталь может быть цилиндрического, конусообразного, округлого типа. Важно, чтобы на входе воды в емкость развивался вихревой процесс.
Подготовка внешнего контура - немаловажная процедура. Он представляет собой изогнутую трубку, которая отходит от кавитационной камеры. Далее она соединяется с двумя гильзами от термометра и двумя манометрами, а также с воздушным вентилем, помещенным в пространство между выходом и входом.

Когда закончена работа с корпусом, следует поэкспериментировать с обогревателем. Процедура заключается в подведении насосной установки к электросети, при этом радиаторы подключаются с обогревательной системой. Следующий шаг - включение сети.

Должен осуществляться строгий контроль показателей манометров. Разница между цифрами на входе и выходе должна колебаться в пределах 8-12 атмосфер.

Если конструкция работает исправно, в нее подается необходимое количество воды. Хороший показатель - подогрев жидкости на 3-5 градусов за 10-15 минут.

Нагреватель кавитационного типа представляет собой выгодную установку, за короткое время обогревает здание, к тому же максимально экономичен. При желании он легко конструируется в домашних условиях, для чего понадобятся доступные и недорогие приспособления.

Экология потребления. Усадьба: Для обеспечения максимально экономного отопления, домашние хозяева используют различные системы. Предлагаем рассмотреть, как работает кавитационный теплогенератор, как сделать прибор своим руками, а также его устройство и схема.

Плюсы и минусы кавитационных источников энергии

Кавитационные нагреватели – это простые устройства, которые преобразуют механическую энергию рабочей жидкости в тепловую. По сути, данный прибор состоит из центробежного насоса (для ванной, скважин, систем водоснабжения частных домов), который имеет низкий показатель эффективности. Преобразование энергии в кавитационном нагревателе широко используется в промышленных предприятиях, где нагревательные элементы могут быть повреждены при контакте с рабочей жидкостью, у которой серьезная разность в температурах.

Конструкция кавитационного теплогенератора

Плюсы устройства :

Эффективность;
Экономичность теплоснабжения;
Доступность;
Можно собрать своими руками домашний прибор производства тепловой энергии. Как показывает практика, самодельный прибор не уступает купленному по своим качествам.

Минусы генератора :

Шумность;
Сложно достать материалы для производства;
Мощность слишком большая для небольшого помещения до 60-80 квадратных метров, бытовой генератор проще купить;
Даже мини-приборы занимают много места (в среднем как минимум полтора метра комнаты).

Принцип работы

«Кавитация» относится к образованию пузырьков в жидкости, таким образом, рабочее колесо работает в смешанной фазе (период жидкости и пузырьков газа) окружающей среды. Насосы, как правило, не предназначены для смешанной фазы потока (их работа уничтожает пузыри, из-за чего кавитационный генератор теряет эффективность). Данные термические приспособления предназначены, чтобы вызывать смешанный поток фаз как часть перемешивания жидкости, что приводит к термической конверсии.

Чертеж теплогенератора

В коммерческих кавитационных обогревателях, механическая энергия приводит в действие нагреватель входной энергии (например, двигатель, блок управления), в результате чего жидкость, которая отвечает за образование выходной энергии, возвращается к источнику. Такое сохранение превращает механическую энергию в тепловую с небольшой потерей (как правило, менее 1 процента), поэтому при пересчете учитываются погрешности преобразования.

Немного по иному работает суперкавитационный реактивный генератор энергии. Такой нагреватель используется на мощных предприятиях, когда тепловая энергия выхода передается на жидкость в определенном устройстве, её мощность значительно превышает количество механической энергии, необходимой для приведения в действие нагревателя. Эти приборы более энергетически продуктивны, чем возвратные механизмы, в частности тем, что они не требуют регулярной проверки и настройки.

Существуют разные типы таких генераторов. Самый распространенный вид – это роторно-гидродинамический механизм Григгса. Его принцип действия основан на работе центробежного насоса. Состоит он из патрубков, статора, корпуса и рабочей камеры. На данный момент существует множество модернизаций, самый простой – приводной или дисковый (сферический) водяной насос ротационного действия. Он представляет собой дисковую поверхность, в которой просверлено много различных отверстий глухого типа (без выхода), данные конструктивные элементы называются ячейки Григгса. Их размерные параметры, число напрямую зависят от мощности ротора, конструкции теплогенератора и частоты вращения привода.

Гидродинамический механизм Григгса

Между ротором и статором находится определенный зазор, который необходим для нагрева воды. Данный процесс осуществляется при помощи быстрого движения жидкости по поверхности диска, что способствует повышению температуры. В среднем, ротор движется приблизительно со скоростью 3000 оборотов в минуту, чего достаточно для повышения температуры до 90 градусов.

Второй вид кавитационного генератора принято называть статическим. Он не имеет, в отличие от роторного, никаких вращающихся частей, для того, чтобы осуществлялась кавитация, ему необходимы сопла. В частности, это детали известного Лаваля, которые подключены к рабочей камере.

Для работы, подключается обычный насос, как в роторном виде генератора, он нагнетает в рабочей камере давление, чем обеспечивает большую скорость движения воды, соответственно, повышение её температуры. Скорость жидкости на выходе из сопла обеспечена разностью диаметров поступательного и выходного патрубков. Его недостатком является то, что эффективность значительно ниже, чем в роторном, тем более, он более габаритный, тяжелый.

Как самому сделать генератор

Первым трубчатый агрегат был разработанный Потаповым. Но патент на него он не получил, т.к. до сих пор обоснование работы идеального генератора считается неполными «идеальным», на практике также пытались воссоздать прибор Шаубергер, Лазарев. На данный момент принято работать по чертежам Ларионова, Федоскина, Петракова, Николая Жука.

Вихревой кавитационных генератор Потапова

Перед началом работы нужно выбрать вакуумный или бесконтактный насос (подойдет даже для скважин) по своим параметрам. Для этого необходимо учесть следующие факторы:

Мощность насоса (производится отдельный расчет);
Потребная тепловая энергия;
Величина напора;
Тип насоса (повышающий или понижающий).

Несмотря на огромное разнообразие форм и видов кавитаторов, практически все промышленные и бытовые устройства выполнены в виде сопла, такая форма является наиболее простой и практичной. Кроме того, её легко модернизировать, благодаря чему значительно повышается мощность генератора. Перед началом работы обратите свое внимание на сечение отверстия между конфузором и диффузором. Его необходимо сделать не слишком узким, но и не широким, приблизительно от 8 до 15 см. В первом случае Вы повысите давление в рабочей камере, но мощность будет не высокой, т.к. объем нагретой воды будет относительно мал, по отношению к холодной. Помимо этих проблем, небольшая разность сечений способствует насыщению кислородом входящей воды из рабочего патрубка, этот показатель влияет на уровень шума насоса и возникновение кавитационных явлений в самом устройстве, что в принципе, негативно сказывается на его работе.

Кавитационный теплогенератор

Кавитационные теплогенераторы систем отопления обязательно имеют камеры расширения. У них может быть различный профиль в зависимости от требований и необходимой мощности. В зависимости от этого показателя может меняться конструкция генератора.

Рассмотрим конструкцию генератора:

Патрубок, из которого поступает вода 1 соединен при помощи фланца с насосом, суть работы которого заключается в подаче воды под определенным давлением в рабочую камеру.
После того, как вода попадает в патрубок, она должна приобрести нужную скорость и давление. Для этого необходимы специально подобранные диаметры труб. Вода быстро движется к центру рабочей камеры, достигнув которой осуществляется смешение нескольких потоков жидкости, после чего образуется напор энергии;
Для контроля скорости жидкости используется специальное тормозное приспособление. Его нужно установить на выходе и выходе рабочей камеры, так часто делают для нефтепродуктов (нефтяных отходов, переработок или промывок), горячей воды в бытовом приборе.
Через защитный клапан жидкость продвигается к противоположному патрубку, в котором осуществляется возврат топлива в исходную точку при помощи работы циркуляционного насоса. За счет постоянного движения и производится нагрев и тепло, которое может преобразовываться в постоянную механическую энергию.

В принципе, работа проста и основана на похожем принципе, как и у вихревого устройства, даже формулы для расчета производимого тепла идентичны. Это:

Епот = - 2 Екин

Где Екин =mV2/2 – это движение Солнца (кинетическое, непостоянная величина);

В этой статье: история теплогенераторов; принцип работы и устройство; типы теплогенераторов; производители и средняя стоимость теплогенераторов; история вихревого кавитационного теплогенератора; принцип работы вихревого теплогенератора; производители кавитационных теплогенераторов в СНГ.

В зимний сезон помещения нуждаются в искусственном обогреве, иначе его обитатели на личном опыте испытают все прелести ледникового периода. Центральное отопление в многоквартирных домах, индивидуальное — в частных коттеджах… а как быть с помещениями больших площадей, к примеру, торговыми залами и складами? А со строительными площадками или, скажем, автосервисами, куда постоянно поступает холодный воздух извне? Единственный способ отопления помещений большой площади — воздушное, построенное либо на тепловых пушках либо на теплогенераторах. В этой статье будут рассмотрены теплогенераторы.

История теплогенераторов

Изобретение конвективного теплогенератора напрямую связано с изобретением Роберта Бунзена — атмосферной горелки, названной в его честь. Первые теплогенераторы, выпущенные в 1856 году на рынок английской компанией «Pettit and Smith», оснащались атмосферной горелкой схожей с горелкой Бунзена, только большего размера.

Немецкий химик-экспериментатор Роберт Вильгельм Бунзен

В 1881 году англичанин Сигизмунд Леони получил патент на новый тип теплогенераторов — пламя горелки в них нагревало асбестовую плиту, передающую тепло воздуху. Впоследствии асбест был заменен на огнеупорную глину, сегодня замененную на более прочные огнеупорные материалы.

Атмосферная горелка и огнеупорная плита над ней — это основные элементы в конструкции любого современного теплогенератора.

По своим задачам теплогенераторы схожи с тепловыми пушками — разница в том, что эти агрегаты могут быть только стационарными. Типовая конструкция теплогенератора: вентилятор (осевой или центробежный), над ним камера сгорания, в ее нижнюю часть введена горелка, над горелкой расположен воздушный теплообменник. Образованные в камере сгорания горячие газы поступают к теплообменнику, после чего уводятся в дымоход. Поток воздуха, нагнетаемый вентилятором, нагревается в теплообменнике до 20-70 оС, затем поступает в обогреваемое помещение или в систему канальной вентиляции.

В зависимости от мощности установленных в их конструкции вентиляторов, теплогенераторы могут развивать выходное статическое давление в 100-2 000 Па.

По тепловой мощности теплогенераторы различаются на два типа — до 350-400 кВт (в едином корпусе) и до 1000 кВт (состоят из теплообменной и вентиляционной секций).

В теплогенераторах, предназначенных для систем воздушного канального отопления, теплообменник и камера сгорания выполнены из нержавеющей стали, в их конструкцию дополнительно введена система отвода конденсата.

Виды теплогенераторов

Основное различие среди существующих моделей теплогенераторов в том, какое топливо используется в них и какой теплоноситель предстоит нагревать. Теплогенераторы могут работать на твердом топливе, газе, дизтопливе и быть оснащенными универсальной горелкой. Теплоносителем в системах отопления, нагрев которого производится генератором тепла, могут быть как вода, так и воздух.

Рассчитаны на непрерывную подачу теплого воздуха в помещения, они устанавливаются в вертикальном положении. Установленный в них теплообменник извлекает из продуктов горения значительную часть тепла, понижая летучесть дымовых газов — вытяжная труба для газовых теплогенераторов должна оснащаться вентилятором. Если же конструкция теплогенератора содержит замкнутую камеру сгорания, под которой расположен нагнетательный вентилятор, то вероятность обратной тяги минимальна — все продукты горения будут удалены через вытяжную трубу, поэтому такие газовые генераторы тепла признаются наиболее безопасными. В большинстве случаев КПД теплогенераторов, работающих на газе, составляет 85-90%.

При выборе модели газового теплогенератора необходимо обратить особое внимание на его способности работы при пониженном давлении газа. При построении отопления на газовом теплогенераторе в отсутствии центрального газоснабжения будет особенно удобна установка газгольдера объемом от 2 500 л (требуемый объем зависит от отапливаемой площади здания).

Топливом для которых служит керосин или солярка, хорошо подходят для обогрева помещений промышленного назначения, имеющих значительную площадь. Они оборудуются либо форсункой, распыляющей топливо по камере сгорания, либо подача топлива производится капельным методом. При условии непрерывной работы их заправка производится дважды за сутки.

Для горения в теплогенераторах с универсальной горелкой используется как дизтопливо, так и отработанное масло, жиры растительного и животного происхождения. Они особенно удобны на предприятиях, где существует проблема с утилизацией жиров и отработанного масла. Однако тепловая мощность теплогенератора, в котором сжигается отработанное масло и жиры, не превысит 200 кВт, при сжигании дизтоплива достигается более высокая тепловая мощность на выходе. Независимо от применяемого вида топлива, этот тип теплогенераторов равно, как и любой другой, нуждается в дымоходе. При сжигании отработанного масла неизбежно образование шлаков, которые необходимо удалять ежедневно — для большего удобства потребуются две чаши сгорания, одна из которых пойдет на замену другой на время очистки и для уменьшения времени простоя теплогенератора.

Имеют иную конструкцию, чем описанные выше — являясь чем-то средним между газовыми/дизельными теплогенераторами и между обычной печью. Они оснащены вентилятором, прогоняющим воздух через теплообменник и подающим его к отапливаемым помещениям, имеют колосники и дверцу загрузки топлива. В твердотопливных теплогенераторах сжигают сухое дерево, брикеты торфа, каменный уголь, различные отходы сельского хозяйства. Такие теплогенераторы имеют КПД порядка 80-85%, что несколько меньше, чем у работающих на газообразном и жидком топливе — 85-90%. Нужно отметить также большие размеры твердотопливных теплогенераторов и значительный отход в виде несгораемой части топлива.

Теплообменники в тепловых генераторах могут быть чугунными либо стальными: первый их тип более устойчив к коррозии, но достаточно массивен, теплообменники второго типа наоборот — имеют меньший вес, но подвергаются коррозии. Оба типа теплообменников плохо переносят удары, поэтому перевозка и установка теплогенераторов должна выполняться с максимальной осторожностью.

Преимущества воздушных теплогенераторов в более высокой, по сравнению с водяным отоплением, эффективности и быстроте обогрева помещений, а при работе на отработанном масле — экономия денежных средств на топливе, не говоря уже о решении проблемы с утилизацией отработки.

Средняя стоимость теплогенератора мощностью 400 кВт составит 90 000 руб. На российском рынке присутствуют теплогенератора компаний «Master» (США), «Kroll» (Германия), «Sial» и «ITM» (Италия), «Benson Heating» (Англия), «FEG Konvektor GF» (Венгрия).

Подбирая воздушный теплогенератор, следует рассматривать те модели, в которых нагрев воздуха производится не напрямую, т.е. камера сгорания полностью изолирована от теплоносителя. В этом случае в каналы воздушного отопления гарантированно не проникнут продукты горения, отпадет необходимость подмешивания к воздуху внутри помещений воздуха извне. Однако такие теплогенераторы имеют более высокую цену, вес и габариты.

Полностью решить вопросы теплоснабжения могут теплогенераторы с функциями обеспечения горячей водой и отопления, в своем большинстве они работают на твердом топливе.

Вихревой теплогенератор — история

Этот тип теплогенераторов заслуживает особого внимания, во многом благодаря противостоянию его сторонников и противников.

В 20-х годах прошлого века француз Жозеф Ранк, проводя исследования в воздушной камере циклонной установки, обнаружил, что, будучи закрученными, в камере цилиндрической или конической формы газы разделяются на две фракции — с более высокой температурой по краям и более низкой в центре, причем фракция в центре, в отличие от окраинной, вращается в обратном направлении. В 1934 году на изобретенную им «вихревую трубу» Ранк получает патент в США.

Немец Роберт Хилш в 40-х продолжил исследования своего французского коллеги, добившись большей разности между температурами двух воздушных потоков, выходящих из вихревой трубы Ранка за счет ее улучшенной конструкции.

В 50-х годах советский ученый А. Меркулов поставил ряд экспериментов с вихревой трубой Ранка, решив закачать в нее воду вместо газа — теоретически разности температур в воде, которую прогнали через трубку Ранка, не должно быть, ведь в отличие от газов воду невозможно сжать. Вопреки ожиданиям, раздвоенный вихревой поток воды нагревался и охлаждался аналогично газам, чем поставил профессора Меркулова в тупик — он не смог объяснить причины этого явления.

Кстати, создателем первого вихревого теплогенератора часто называют австрийского изобретателя-самоучку Виктора Шаубергера, известного построенной им в 1921 году всасывающей турбиной, работающей только на воде…

Двадцать лет назад американец Джеймс Григгс, чья сфера интересов лежала в области отопления, первым решил построить водяной теплогенератор, основанный на принципе трубы Ранка. Джеймс был разочарован водонагревателями с тэнами — содержащиеся в воде соли образовывали накипь на тэнах, вызывая перегрев спирали и выход тэна из строя. Исходя из того, что тэны имеют КПД, близкий к 100%, а электромотор, вращающий теплогенератор — около 90-95%, Джеймс Григгс решил компенсировать больший расход энергии отсутствием необходимости замены тэнов, перегоревших от образования накипи. Расчет Григгса был на трение, должное вызывать нагрев воды. Американский инженер оказался прав — созданный им теплогенератор действительно нагревал воду, а его внутренняя конструкция не подвергалась износу от различных примесей и солей, присутствующих в воде. Но, к крайнему удивлению Джеймса, подсчет энергетических затрат выявил не плановые 10% потери энергии, а, по сравнению с системами отопления на тэнах, 14% экономию! Проведя в 1992 году опытные испытания, Григгс установил, что на каждый затраченный на работу теплогенератора джоуль электроэнергии отопительный прибор создает 1,5 джоуля тепла. Потратив еще два года в попытках выяснить причины возникновения избыточной энергии и так не выяснив их, Джеймс Григгс в 1994 году получил патент в США на созданный им роторно-кавитационный теплогенератор.

Откуда берется избыточная тепловая энергия в вихревых теплогенераторах

Теплогенератор Григгса устроен так: в стальной корпус цилиндрической формы помещен ротор из алюминия, по поверхности обода которого высверлены отверстия; корпус закрыт плоской стальной крышкой, закрепленной на нем винтами. В плоских крышках, на каждой из них, имеется ввод для поступления воды, по отношению друг к другу вводы на обеих крышках, монтируемых на противоположных сторонах корпуса, расположены на одной линии. Вода, поступая с одной стороны к ротору, обходит его по ободу и вытекает с противоположной стороны с более высокой температурой, чем была изначально.

Причина, по которой происходит нагрев воды, скорее всего, связана с кавитацией. Поступая к ротору и наполняя отверстия по его ободу, вода слипается с ними, однако центробежная сила вызывает растягивание воды, налипшей в отверстиях — ее капли вырываются из них, несутся к стенкам корпуса и врезаются в них. Возникшая в результате ударная волна и растущее давление «схлопывают» присутствующие в большом числе пузырьки из газа и пара, вызывая в каждом из них давление в сотни тысяч атмосфер и температуру более 106 оС — происходит акустическая кавитация.

Описанная выше теория основывается на явлении сонолюминесценции, обнаруженной в 1934 году немецкими учеными Н. Френцелем и Х. Шультесом, работающим над гидролокатором для подводных лодок. Они обнаружили, что звуковые волны вызывают расширение и сжатие газовых пузырьков в воде — под воздействием колебаний и в такт им, размеры пузырьков меняются от нескольких десятков до нескольких микрон, их объем меняется в разы. В результате содержащийся в пузырьках газ приобретает высокую температуру, достаточную, чтобы расплавить сталь и даже излучает свет.

Производители вихревых теплогенераторов и их стоимость

Выпуск вихревых теплогенераторов для рынка СНГ осуществляют ряд производителей, каждый из них имеет патент на производимую им на основании разработанных ТУ модель — каких-либо государственных стандартов на вихревые генераторы тепла не существует. Их производство осуществляют компании ООО «ЮСМАР» (Молдова), российские НПП «Альтернативные технологии энергетики и коммуникации», ООО «Нотека-С», НПП «Ангстрем», ООО УК «ОРБИ», ОАО «Завод КОММАШ и другие. За прошедшие 20 лет изобретателями вихревых теплогенераторов получено порядка 50 патентов.

Стоимость вихревых теплогенераторов с мощностью электродвигателя 55 кВт/ч в среднем составит 290 000 руб.

Абдюжанов Рустам, рмнт.ру

Для обеспечения максимально экономного отопления, домашние хозяева используют различные системы. Предлагаем рассмотреть, как работает кавитационный теплогенератор, как сделать прибор своим руками, а также его устройство и схема.

Плюсы и минусы кавитационных источников энергии

Фото – Конструкция кавитационного теплогенератора

Плюсы устройства :

Эффективность;
Экономичность теплоснабжения;
Доступность;
Можно собрать своими руками домашний прибор производства тепловой энергии. Как показывает практика, самодельный прибор не уступает купленному по своим качествам.

Минусы генератора :

Шумность;
Сложно достать материалы для производства;
Мощность слишком большая для небольшого помещения до 60-80 квадратных метров, бытовой генератор проще купить;
Даже мини-приборы занимают много места (в среднем как минимум полтора метра комнаты).

Видео: устройство кавитационного теплогенератора

Принцип работы

Фото – Чертеж теплогенератора

Фото – Гидродинамический механизм Григгса

Как самому сделать генератор

Фото – Вихревой кавитационных генератор потапова

Мощность насоса (производится отдельный расчет);
Потребная тепловая энергия;
Величина напора;
Тип насоса (повышающий или понижающий).

Фото – Кавитационный теплогенератор

Рассмотрим конструкцию генератора:

Патрубок, из которого поступает вода 1 соединен при помощи фланца с насосом, суть работы которого заключается в подаче воды под определенным давлением в рабочую камеру.
После того, как вода попадает в патрубок, она должна приобрести нужную скорость и давление. Для этого необходимы специально подобранные диаметры труб. Вода быстро движется к центру рабочей камеры, достигнув которой осуществляется смешение нескольких потоков жидкости, после чего образуется напор энергии;
Для контроля скорости жидкости используется специальное тормозное приспособление. Его нужно установить на выходе и выходе рабочей камеры, так часто делают для нефтепродуктов (нефтяных отходов, переработок или промывок), горячей воды в бытовом приборе.
Через защитный клапан жидкость продвигается к противоположному патрубку, в котором осуществляется возврат топлива в исходную точку при помощи работы циркуляционного насоса. За счет постоянного движения и производится нагрев и тепло, которое может преобразовываться в постоянную механическую энергию.

Епот = - 2 Екин

Где Екин =mV2/2 – это движение Солнца (кинетическое, непостоянная величина);

Масса планеты – m, кг.

Обзор цен

Конечно, кавитационный теплогенератор – это практически аномальный прибор, он почти идеальный генератор, купить его сложно, цена завышена. Предлагаем рассмотреть, сколько стоит кавитационный прибор отопления в разных городах России и Украины:

Кавитационные вихревые теплогенераторы имеют более простые чертежи, но по эффективности несколько уступают. На данный момент существует несколько компаний-лидеров рынка: роторный гидро-ударный насос-теплогенератор «Радекс», НПП «Новые технологии», электроударный «Торнадо» и электрогидроударный «Vektorplus», мини-прибор для частного дома (ЛАТР) TSGC2-3k (3 кВА) и беларусский Юрле-К.

Фото – Теплогенератор торнадо

Продажа производится в диллерских центрах и в магазинах-партнерах в России, Кыргизстане, Беларуси и прочих странах СНГ.

Множество полезных изобретений осталось невостребованными. Это происходит из-за человеческой лени или из-за страха перед непонятным. Одним из таких открытий долгое время был вихревой теплогенератор. Сейчас на фоне тотальной экономии ресурсов, стремлению к использованию экологически чистых источников энергии, теплогенераторы стали применять на практике для отопления дома или офиса. Что же это такое? Прибор, который раньше разрабатывался только в лабораториях, или новое слово в теплоэнергетике.

Система отопления с вихревым теплогенератором

Принцип действия

Основой работы теплогенераторов является преобразование механической энергии в кинетическую, а затем – в тепловую.

Еще в начале ХХ столетия Жозеф Ранк обнаружил сепарацию вихревой струи воздуха на холодную и горячую фракции. В середине прошлого века немецкий изобретатель Хилшем модернизировал устройство вихревой трубы. Спустя немного времени, русский ученый А. Меркулов запустил в трубу Ранке вместо воздуха воду. На выходе температура воды значительно повысилась. Именно этот принцип лежит в основе работы всех теплогенераторов.

Проходя через водяной вихрь, вода образует множество воздушных пузырьков. Под воздействием давления жидкости пузырьки разрушаются. Вследствие этого освобождается какая-то часть энергии. Происходит нагрев воды. Этот процесс получил название кавитация. На принципе кавитации рассчитывается работа всех вихревых теплогенераторов. Генератор такого типа называется «кавитационный».

Виды теплогенераторов

Все теплогенераторы делятся на два основных вида:

Роторный. Теплогенератор, в котором вихревой поток создается при помощи ротора.
Статический. В таких видах водяной вихрь создается при помощи специальных кавитационных трубок. Давление воды производит центробежный насос.

Каждый вид обладает своими преимуществами и недостатками, на которых следует остановиться подробнее.

Роторный теплогенератор

Статором в данном устройстве служит корпус центробежного насоса.

Роторы могут быть различные. В интернете представлено множество схем и инструкций по их выполнению. Теплогенераторы – скорее научный эксперимент, постоянно находящийся в процессе разработки.

Конструкция роторного генератора

Корпусом является пустотелый цилиндр. Расстояние между корпусом и вращающейся частью рассчитывается индивидуально (1.5-2 мм).

Нагревание среды происходит благодаря ее трению с корпусом и ротором. Помогают этому пузырьки, которые образуются за счет кавитации воды в ячейках ротора. Производительность таких устройств на 30% выше статических. Установки довольно шумные. Имеют повышенную изношенность деталей, за счет постоянного воздействия агрессивной среды. Требуется постоянный контроль: за состоянием сальников, уплотнителей и др. Это значительно усложняет и удорожает обслуживание. При их помощи редко монтируют отопление дома, им нашли немного другое применение – обогрев больших производственных помещений.

Модель промышленного кавитатора

Статический теплогенератор

Основной плюс данных установок в том, что в них ничего не вращается. Электроэнергия тратится только на работу насоса. Кавитация происходит при помощи естественных физических процессов в воде.

КПД таких установок иногда превышает 100%. Средой для генераторов может быть жидкость, сжатый газ, тосол, антифриз.

Разница между температурой входа и выхода может достигать 100⁰С. При работе на сжатом газе, его вдувают по касательной в вихревую камеру. В ней он ускоряется. При создании вихря, горячий воздух проходит сквозь коническую воронку, а холодный возвращается. Температура может достигать 200⁰С.

Достоинства:

Может обеспечить большую разность температур на горячем и холодном концах, работать при низком давлении.
КПД не ниже 90%.
Никогда не перегревается.
Пожаро,- и взрывобезопасен. Может использоваться во взрывоопасной среде.
Обеспечивает быстрый и эффективный нагрев всей системы.
Может использоваться как для обогрева, так и для охлаждения.

В настоящее время применяется недостаточно часто. Используют кавитационный теплогенератор, чтобы удешевить отопление дома или производственных помещений при наличии сжатого воздуха. Недостатком остается довольно высокая стоимость оборудования.

Теплогенератор Потапова

Популярным и более изученным является изобретение теплогенератора Потапова. Он считается статическим устройством.

Сила давления в системе создается центробежным насосом. Струя воды подается с большим напором в улитку. Жидкость начинает разогреваться благодаря вращению по изогнутому каналу. Она попадает в вихревую трубу. Метраж трубы должен быть больше ширины в десятки раз.

Схема устройства генератора

Патрубок
Улитка.
Вихревая труба.
Верхний тормоз.
Выпрямитель воды.
Соединительная муфта.
Нижнее тормозное кольцо.
Байпас.
Отводная линия.

Вода проходит по расположенной вдоль стенок винтовой спирали. Дальше поставлено тормозное устройство для выведения части горячей воды. Струя немного разравнивается пластинами, прикрепленными к втулке. Внутри имеется пустое пространство, соединенное с еще одним тормозным устройством.

Вода с высокой температурой поднимается, а холодный вихревой поток жидкости спускается по внутреннему пространству. Холодный поток соприкасается с горячим через пластины на втулке и нагревается.

Теплая вода спускается к нижнему тормозному кольцу и еще подогревается благодаря кавитации. Подогретый поток от нижнего тормозного устройства проходит через байпас в отводящий патрубок.

Верхнее тормозное кольцо имеет проход, диаметр которого равен поперечнику вихревой трубы. Благодаря ему горячая вода может попасть в патрубок. Происходит смешивание горячего и теплого потока. Дальше вода используется по назначению. Обычно для обогрева помещений или бытовых нужд. Обрат присоединяется к насосу. Патрубок – к входу в систему отопления дома.

Чтобы установить теплогенератор Потапова, необходима диагональная разводка. Горячий теплоноситель нужно подавать в верхний ход батареи, а из нижнего будет выходить холодный.

Генератор Потапова собственными силами

Существует много промышленных моделей генератора. Для опытного мастера не составит труда изготовить вихревой теплогенератор своими руками :

Вся система должна быть надежно закреплена. При помощи уголков изготавливают каркас. Можно использовать сварку или болтовое соединение. Главное, чтобы конструкция была прочной.
На станине укрепляют электродвигатель. Его подбирают соответственно площади помещения, внешним условиям и имеющемуся напряжению.
На раме крепится водяной насос. При его выборе учитывают:

насос необходим центробежный;
у двигателя хватит сил для его раскрутки;
насос должен выдерживать жидкость любой температуры.

Насос присоединяется к двигателю.
Из толстой трубы диаметром 100 мм изготавливается цилиндр длиной 500-600 мм.
Из толстого плоского металла необходимо изготовить две крышки:

одна должна иметь отверстие под патрубок;
вторая под жиклер. На краю делается фаска. Получается форсунка.

Крышки к цилиндру лучше крепить резьбовым соединением.
Жиклер находится внутри. Его диаметр должен быть в два раза меньше ¼ части диаметра цилиндра.

Очень маленькое отверстие приведет к перегреву насоса и быстрому износу деталей.

Патрубок со стороны форсунки подключается к подаче насоса. Второй подключают к верхней точке системы отопления. Остывшая вода из системы подключается к входу насоса.
Вода под давлением насоса подается в форсунку. В камере теплогенератора ее температура увеличивается благодаря вихревым потокам. Потом она подается в отопление.

Схема кавитационного генератора

Жиклер.
Вал электродвигателя.
Вихревая труба.
Входящая форсунка.
Отводящий патрубок.
Гаситель вихрей.

Для регулирования температуры, за патрубком ставят задвижку. Чем меньше она открыта, тем дольше вода в кавитаторе, и тем выше ее температура.

При прохождении воды через жиклер, получается сильный напор. Он бьет в противоположную стену и за счет этого закручивается. Поместив в середину потока дополнительную преграду, можно добиться большей отдачи.

Гаситель вихрей

На этом основана работа гасителя вихрей:

Изготавливается два кольца, ширина 4-5 см, диаметр немного меньше цилиндра.
Из толстого металла вырезается 6 пластин длиной ¼ корпуса генератора. Ширина зависит от диаметра и подбирается индивидуально.
Пластины закрепляются внутрь колец друг напротив друга.
Гаситель вставляется напротив сопла.

Разработки генераторов продолжаются. Для увеличения производительности с гасителем можно экспериментировать.

В результате работы происходят теплопотери в атмосферу. Для их устранения можно изготовить теплоизоляцию. Сначала ее делают из металла, а поверх обшивают любым изолирующим материалом. Главное, чтобы он выдерживал температуру кипения.

Для облегчения введения в эксплуатацию и обслуживания генератора Потапова необходимо:

окрасить все металлические поверхности;
изготавливать все детали из толстого металла, так теплогенератор дольше прослужит;
во время сборки есть смысл изготовить несколько крышек с различным диаметром отверстий. Опытным путем подбирается оптимальный вариант для данной системы;
до подключения потребителей, закольцевав генератор, необходимо проверить его герметичность и работоспособность.

Гидродинамический контур

Для правильного монтажа вихревого теплогенератора необходим гидродинамический контур.

Схема подключения контура

Для его изготовления необходимы:

выходной манометр, для измерения давления на выходе из кавитатора;
термометры для измерения температуры до и после теплогенератора;
сбросной кран для удаления воздушных пробок;
краны на входе и выходе;
манометр на входе, для контроля давления насоса.

Гидродинамический контур упростит обслуживание и контроль за работой системы.

При наличии однофазной сети, можно использовать частотный преобразователь. Это позволит поднять скорость вращения насоса, подобрать правильную.

Вихревой теплогенератор применяется для отопления дома и подачи горячей воды. Имеет ряд преимуществ перед другими обогревателями:

установка теплогенератора не требует разрешительных документов;
кавитатор работает в автономном режиме и не требует постоянного контроля;
является экологически чистым источником энергии, не имеет вредных выбросов в атмосферу;
полная пожаро,- и взрывобезопасность;
меньший расход электричества. Неоспоримая экономичность, КПД приближается к 100%;
вода в системе не образует накипи, не требуется дополнительная водоподготовка;
может использоваться как для отопления, так и для подачи горячей воды;
занимает мало места и легко монтируется в любую сеть.

С учетом всего этого, кавитационный генератор становится более востребованным на рынке. Такое оборудование с успехом применяют для отопления жилых и офисных помещений.

Видео. Вихревой теплогенератор своими руками.

Налаживается производство таких генераторов. Современная промышленность предлагает роторные генераторы и статические. Они оборудованы приборами контроля и датчиками защиты. Можно подобрать генератор, чтобы смонтировать отопление помещений любой площади.

Научные лаборатории и народные умельцы продолжают эксперименты по усовершенствованию теплогенераторов. Возможно, скоро вихревой теплогенератор займет свое достойное место среди приборов отопления.