Для отопления частного дома и квартиры, часто используются автономные генераторы. Предлагаем рассмотреть, что такое индукционный вихревой теплогенератор, его принцип работы, как сделать устройство своими руками, а также чертежи приборов.

Описание генератора

Существуют разные виды вихревых тепрогенераторов, в основном различают их по форме. Ранее использовались только трубчатые модели, сейчас активно применяют круглые, ассиметричные или овальные. Нужно отметить, что это небольшое устройство может обеспечить полностью автономное отопление, а при правильном подходе еще и горячее водоснабжение.

Фото – Мини-теплогенератор вихревого типа

Вихревой и гидровихревой теплогенератор, представляет собой механическое устройство, которое отделяет сжатый газ их горячих и холодных потоков. Воздух, выходящий из «горячего» конца, может достигать температуры 200 ° С, а из холодного доходить до -50. Нужно отметить, что главным преимуществом такого генератора является то, что это электрическое устройство не имеет движущихся частей, все стационарно закреплено. Трубы чаще всего изготовлены из нержавеющей легированной стали, которая отлично противостоит высоким температурам и внешним разрушающим факторам (давлению, коррозии, ударным нагрузкам).

Фото – Вихревой теплогенератор

Сжатый газ вдувают по касательной в вихревую камеру, после чего он ускоряется до высокой скорости вращения. В связи с коническим соплом на конце выходной трубы, только «входящая» часть сжатого газа допускается для движения в данном направлении. Остальная часть вынуждено возвращается во внутренний вихрь, который является меньшего диаметра, чем наружный.

Где используются вихревые теплогенераторы энергии:

1. В холодильных установках;
2. Для обеспечения отопления жилых зданий;
3. Для нагрева промышленных помещений;

Нужно учитывать, что вихревой газовый и гидравлический генератор имеет меньшую эффективность, чем традиционное оборудование для кондиционирования воздуха. Они широко используются для недорогого точечного охлаждения, когда доступен сжатый воздух из локальной сети обогрева.

Видео: изучение вихревых теплогенераторов

Принцип действия

Существуют различные объяснения причин возникновения вихревого эффекта вращения при полном отсутствии движения и магнитных полей.

Фото – Схема вихревого теплогенератора

В данном случае, газ выступает телом вращения, за счет быстрого перемещения внутри устройства. Такой принцип работы отличается от общепринятого стандарта, где отдельно идет холодный и горячий воздух, т.к. при совмещении потоков согласно законам физики образуется разное давление, которое в нашем случае вызывает вихревое движение газов.

Благодаря наличию центробежной силы, температура воздуха на выходе намного больше температуры её на входе, это позволяет использовать устройства, как для получения тепла, так и для эффективного охлаждения.

Существует еще одна теория принципа работы теплогенератора, за счет того, что оба вихря вращаются с одинаковой угловой скоростью и направлением, внутренний вихревой угол теряет свой угловой момент. Уменьшение момента передается кинетической энергии к внешнему вихрю, в результате чего образуются отрывные течения горячего и холодного газа. Такой принцип работы является полным аналогом эффекта Пельтье, в котором устройство использует электрическую энергию давления (напряжения) для перемещения тепла к одной стороне перехода разнородных металлов, в результате чего другая сторона охлаждается и потребляемая энергия возвращается к источнику.

Фото – Принцип работы генератора гидротипа

Достоинства вихревого теплогенератора :

• Обеспечивает значительную (до 200 º С) разность температур между «холодным» и «горячим» газом, работает даже при низком входном давлении;
• Работает с эффективностью до 92%, не нуждается в принудительном охлаждении;
• Преобразует весь поток на входе в один охлаждающий. Благодаря чему практически исключена вероятность перегрева систем отопления
• Используется энергия, вырабатываемая в вихревой трубки единым потоком, что способствует эффективному нагреву природного газа при минимальных теплопотерях;
• Обеспечивает эффективное разделение вихревой температуры входного газа при атмосферном давлении и выходного газа при отрицательном давлении.

Такое альтернативное отопление при практически нулевой затрате вольт отлично нагревает помещение от 100 квадратных метров (в зависимости от модификации). Главные минусы : это высокая стоимость и редкое применение на практике.

Как сделать теплогенератор своими руками

Вихревые теплогенераторы – это очень сложные приспособления, на практике можно сделать автоматический ВТГ Потапова, схема которой подходит как для дома, так и для промышленных работ.

Фото – Вихревой теплогенератор Потапова

Так появился механический теплогенератор Потапова (КПД 93%), схема которого приведена на рисунке. Несмотря на то, что первым патент получил Николай Петраков, именно устройство Потапова пользуется особым успехом у домашних мастеров.

На данной схеме изображена конструкция вихрегенератора. Патрубок смешения 1 присоединен к напорному насосу фланцем, который в свою очередь подает жидкость с давлением от 4 до 6 атмосфер. Когда вода попадает в коллектор, на чертеже 2,образовывается вихрь, и она подается в специальную вихревую трубу (3), которая сконструирована так, что длина в 10 раз больше, чем диаметр. Вихрь воды передвигается по спиральной трубе у стенок к горячему патрубку. Этот конец заканчивается донышком 4, в центре которого есть специальное отверстие для выхода горячей воды.

Чтобы контролировать поток, перед донышком расположено специальное тормозящее приспособление, или выпрямитель потока воды 5, он представляет собой несколько рядов пластин, которые приварены к втулке по центру. Втулка соосна тубе 3. В тот момент, когда вода движется по трубе к выпрямителю по стенкам, в осевом участке образовывается противоточное течение. Здесь вода движется по направлению к штуцеру 6, который врезан в стенку улитки и трубе подачи жидкости. Здесь производитель установил еще один дисковый выпрямитель потока 7, чтобы контролировать течение холодной воды. Если из жидкости выходит тепло, то его направляет по специальному байпасу 8 к горячему концу 9, где вода смешивается с нагретой при помощи смесителя 5.

Непосредственно из патрубка горячей воды жидкость поступает в радиаторы, после чего делая «круг», возвращается к теплоносителю для повторного нагрева. Далее источник нагревает жидкость, насос повторяет круг.

По такой теории даже существуют модификации теплогенератора для серийного производства низкого давления. К сожалению, проекты хороши только на бумаге, реально их мало кто использует, особенно, если учитывать, что расчет осуществляется при помощи теоремы Вириала, которая обязана учитывать энергию Солнца (непостоянную величину), и центробежную силу в трубе.

Формула представляет собой следующее:

Епот = – 2 Екин

Где Екин =mV2/2 – это кинетическое движения Солнца;

Масса планеты – m, кг.

Бытовой теплогенератор вихревого типа для воды Потапова может иметь следующие технические характеристики:

Фото – Модификации вихревых теплогенераторов

Обзор цен

Несмотря на относительную простоту, чаще проще купить вихревые кавитационные теплогенераторы, чем самостоятельно собрать самодельный прибор. Продажа генераторов нового поколения осуществляется во многих крупных городах России, Украины, Беларуси и Казахстана.

Рассмотрим прайс-лист из открытых источников (мини-приборы будут дешевле), сколько стоит генератор Мустафаева, Болотова и Потапова:

Наиболее низкая цена на теплогенератор вихревой энергии марки Акойл, Вита, Гравитон, Муст, Евроальянс, Юсмар, НТК, в Ижевске, к примеру, около 700 000 рублей. При покупке обязательно проверяйте паспорт прибора и сертификаты качества.

Вихревой теплогенератор (ВТГ), работающий на воде и предназначенный для преобразования электрической энергии в тепловую, был разработан в начале 90-х годов. Вихревой теплогенератор используются для обогрева жилых, производственных и иных помещений горячего водоснабжения. Вихревой теплогенератор возможно использовать для получения электрической или механической энергии.

Вихревой теплогенератор представляет собой цилиндрический корпус, оснащенный циклоном (улиткой с тангенциальным входом) и гидравлическим тормозным устройством. Рабочая жидкость под давлением подается на вход циклона, после чего по сложной траектории проходит через него и тормозится в тормозном устройстве. Дополнительного давления в трубах тепловой сети не создается. Система работает в импульсном режиме, обеспечивая заданный режим температур.

ПРИНЦИП РАБОТЫ:

В качестве теплоносителя в Вихревом теплогенераторе используется вода или иные неагрессивные жидкости (антифриз, тосол) в зависимости от климатической зоны. При этом специальной подготовки воды (химической очистки) не требуется, так как процесс нагревания жидкости происходит за счет ее вращения по определенным физическим законам, а не под воздействием нагревательного элемента.

Коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую у Вихревого теплогенератора первого поколения был не менее 1,2 (то есть КПЕ не менее 120%), что на 40-80% превышало КПЕ существовавших в то время систем отопления. Так, парогазовые турбины фирмы "Сименс" имеют эффективность около 58%. Теплоэлектроцентрали в Московском регионе - 55%, и учитывая потери в теплотрассах их эффективность снижается еще на 10-15%. Принципиальное отличие Вихревого теплогенератора состоит в том, что электроэнергия расходуется только на электронасос, прокачивающий воду, а вода выделяет дополнительную тепловую энергию.

Работает установка в автоматическом режиме с учётом температуры окружающего воздуха. Режим работы контролируется надежной автоматикой. Возможен прямоточный нагрев жидкости (без замкнутого контура), например для получения горячей воды. Производство тепловой энергии экологически чистое и пожаро-взрыво-безопасное. Нагрев происходит за 1-2 часа в зависимости от наружной температуры и объёма обогреваемого помещения. Коэффициент преобразования электрической энергии (КПЭ) в тепловую намного выше 100%. При работе установки, накипь не образуется. При использовании установки для получения горячей воды.

Вихревые теплогенераторы испытывались в различных НИИ, в том числе в РКК «Энергия» им. С.П. Королёва в 1994 г, в Центральном Аэродинамическом институте (ЦАГИ) им. Жуковского в 1999 г. Испытания подтвердили высокую эффективность Вихревые теплогенераторы по сравнению с другими типами нагревателей (электрическими, газовыми, а также работающими на жидком и твёрдом топливах). При той же тепловой мощности, что и у традиционных тепловых установок, кавитационные вихревые теплогенераторные установки потребляют меньше электроэнергии. Установка отличается самой высокой эффективностью работы, проста в обслуживании и имеет срок эксплуатации более 10 лет. ВТГ отличается своими небольшими габаритами: занимаемая площадь в зависимости от вида теплогенераторной установки составляет 0,5-4 кв.м. По желанию заказчика возможно изготовление генератора для работы в агрессивных средах. Гарантийный срок работы теплогенераторной установки – 12 месяцев. Вихревые теплогенераторы изготовлены по ТУ 3614-001-16899172-2004, и сертифицированы: сертификат соответствия РОСС RU.АЯ09.В03495.

Способ производства тепловой энергии и устройство запатентовано в России. Установки ВТГ производятся по лицензионному договору от автора (Потапова Ю.С.). Копирование способа получения тепловой энергии и производство установок без лицензионного договора с автором (Потаповым Ю.С), преследуется по закону об авторском праве.

Характеристики вихревых теплогенераторов

Наименование установки	Мощность двигателя, напряжение, кВт / В	Масса, кг	Обогреваемый объём, м 3	Габариты: длина, ширина, высота, мм	Кол-во тепла, производимого установкой, ккал / час
ВТГ-2	2,2 / 220
ВТГ-3	7,5 / 380
ВТГ-4	11 / 380
ВТГ-5	15 / 380
ВТГ-6	22 / 380
ВТГ-7	37 / 380
ВТПГ-8	55 / 380
ВТПГ-9	75 / 380
ВТПГ-10	110 / 380 - 10000
ВТПГ-11	160 / 380 - 10000
ВТПГ-12	315 / 380 - 10000			2200x 1000x 1000
ВТПГ-13	500 / 380 - 10000			3000x 1000 x 1000

Возрастающая стоимость энергоресурсов, используемых для теплоснабжения, ставит перед потребителями задачу поиска более дешевых источников тепла. Тепловые установки ТС1 (дисковые вихревые теплогенераторы) - источник тепла XXI века.
Выделение тепловой энергии основано на физическом принципе преобразования одного вида энергии в другой. Механическая энергия вращения электродвигателя передается на дисковый активатор - основной рабочий орган теплогенератора. Жидкость внутри полости активатора закручивается, приобретая кинетическую энергию. Затем, при резком торможении жидкости, возникает кавитация. Кинетическая энергия преобразуется в тепловую, нагревая жидкость до температуры 95 град. С.

Тепловые установки ТС1 предназначены для:

Автономного отопления жилых, офисных, производственных помещений, теплиц, других сельскохозяйственных сооружений и т.п.;
- нагрева воды для бытовых целей, бань, прачечных, бассейнов и т.п.

Тепловые установки ТС1 соответствует ТУ 3113-001-45374583-2003, сертифицированы. Не требуют согласований на установку, т.к. энергия используется для вращения электродвигателя, а не для нагрева теплоносителя. Эксплуатация теплогенераторов с электрической мощностью до 100 кВт осуществляется без лицензии (Федеральный закон № 28-ФЗ от 03.04.96 г.). Они полностью подготовлены для подключения к новой или существующей системе отопления, а конструкция и габариты установки упрощают ее размещение и монтаж. Необходимое напряжение сети - 380 В.
Тепловые установки ТС1 выпускаются в виде модельного ряда с установленной мощностью электродвигателя: 55; 75; 90; 110; 160; 250 и 400 кВт.

Тепловые установки ТС1 работают в автоматическом режиме с любым теплоносителем в заданном диапазоне температур (импульсный режим работы). В зависимости от температуры наружного воздуха время работы составляет от 6 до 12 часов в сутки.
Тепловые установки ТС1 надежны, взрыво - пожаро - безопасны, экологичны, компактны и высокоэффективны в сравнении с другими нагревательными устройствами. Сравнительные характеристики устройств, при отоплении помещений площадью 1000 кв.м. приведены в таблице:

В настоящее время тепловые установки ТС1 эксплуатируются во многих регионах Российской Федерации, ближнем и дальнем зарубежье: в Москве, городах Московской области: в Домодедове, Лыткарино, Ногинске, Рошале, Чехове; в Липецке, Нижнем Новгороде, Туле, и других городах; в Калмыкии, Красноярском и Ставропольском краях; в Казахстане, Узбекистане, Южной Корее и Китае.

Совместно с партнерами мы оказываем полный цикл услуг, начиная от очистки внутренних инженерных систем и агрегатов от твердокристаллических, коррозионных и органических отложений без демонтажа элементов систем в любое время года. Далее - разработка ТЗ (технического задания на проектирование), проектирование, монтаж, пуско-наладка, обучение персонала заказчика и техническое обслуживание.

Поставка тепловых узлов на базе наших установок может осуществляться в блочно-модульном варианте. Автоматизация системы теплоснабжения здания, и внутренних инженерных систем, может быть доведена нами до уровня ИАСУП (индивидуальной автоматической системы управления предприятием).

В случае нехватки места для размещения блочного теплового узла внутри здания они монтируются в специальных контейнерах, как это на практике осуществлено в г. Клин Московской области.
В целях увеличения эксплуатационного ресурса электродвигателей рекомендуется применять системы оптимизации работы электродвигателей, включающие в себя систему плавного пуска и которые мы так же поставляем по согласованию с заказчиком.

Преимущества использования:

Простота конструкции и сборки, малые габариты и масса позволяют быстро устанавливать смонтированную на одной платформе установку в любом месте, а также подключать ее непосредственно к действующей схеме отопления.

Не требуется водоподготовка.

Применение системы автоматического управления не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Отсутствие тепловых потерь в теплотрассах, при монтаже тепловых станций непосредственно у потребителей тепла.

Работа не сопровождается выбросами в атмосферу продуктов горения, других вредных веществ, что позволяет применять его в зонах с ограниченными нормами ПДВ.

Сроки окупаемости затрат по внедрению тепловых станций от шести до восемнадцати месяцев.

При недостатке мощности трансформатора возможна установка электродвигателя с напряжением питания 6000-10000 вольт (только для 250 и 400 кВт).

В системе двойного тарифа при нагреве установкой ночью достаточно небольшого количества воды, аккумуляции ее в баке-накопителе и распределении ее циркуляционным насосом малой мощности в дневное время. Это позволяет сократить затраты на отопление от 40 до 60%.

НГ-насос генератора; НС-насосная станция; ЭД-электродвигатель; ДТ-датчик температуры;
РД - реле давления; ГР - гидрораспределитель; М - манометр; РБ - расширительный бачок;
ТО - теплообменник; ЩУ - щит управления.

Сравнение существующих отопительных систем.

Задача экономически эффективного нагрева воды, которая используется в качестве теплоносителя в системах водяного отопления и горячего водоснабжения, была и остается актуальной независимо от способа осуществления этих процессов, конструкции системы отопления и источников получения тепла.

Известны четыре основных вида источников получения тепла для решения этой задачи:

· физико-химический (сжигание органического топлива: нефтепродуктов, газа, угля, дров и использование других экзотермических химических реакций);

· электроэнергетический , когда выделение тепла осуществляется на включенных в электрическую цепь элементах, обладающих достаточно большим омическим сопротивлением;

· термоядерный , основанный на использовании тепла возникающего при распаде радиоактивных материалов или синтезе тяжелых ядер водорода, в том числе происходящих на солнце и в глубине земной коры;

· механический , когда тепло получается за счет поверхностного или внутреннего трения материалов. Следует отметить, что свойство трения присуще не только твердым телам, но и жидким и газообразным.

На рациональный выбор системы отопления влияет много факторов:

· доступность конкретного вида топлива,

· экологические аспекты, проектно-архитектурные решения,

· объем строящегося объекта,

· финансовые возможности человека и многое другое.

1. Электрический котел – любые отопительные электрокотлы, из-за теплопотерь, должны покупаться с запасом мощности (+20%). Они достаточно просты в обслуживании, но требуют наличия приличной электрической мощности. Это требует подводки мощного силового кабеля, что не всегда реально сделать за городом.

Электричество – дорогой вид топлива. Оплата за электроэнергию очень быстро (спустя один сезон) перевалит за стоимость самого котла.

2. Электрические тэны (воздушные, масляные и др.) – просты в обслуживании.

Крайне неравномерный прогрев помещений. Быстрое остывание обогреваемого пространства. Большой расход электроэнергии. Постоянное нахождение человека в электрическом поле, дыхание перегретым воздухом. Низкий срок службы. В ряде регионов оплата за электричество, используемое на отопление, производится с увеличивающим коэффициентом К=1,7.

3. Электрический теплый пол – сложность и дороговизна при монтаже.

Недостаточен для обогрева помещения в холодное время. Использование в кабеле высокоомного нагревательного элемента (нихром, вольфрам) предусматривает хороший теплоотвод. Проще говоря, ковер на полу создаст предпосылки к перегреву и выходу из строя данной отопительной системы. При использовании кафельной плитки на полу, бетонная стяжка должна высохнуть полностью. Иными словами, первое пробное безопасное включение системы – не менее чем через 45 суток. Постоянное нахождение человека в электрическом и/или электромагнитном поле. Значительное энергопотребление.

4. Газовый котел – существенные стартовые затраты. Проект, разрешительная документация, подводка газа от магистрали до дома, специальное помещение под котел, вентиляция и мн. другое. Отрицательно сказывается на работе пониженное давление газа в магистралях. Некачественное жидкое топливо приводит к преждевременному износу узлов и агрегатов системы. Загрязнение окружающей среды. Высокие цены на сервисное обслуживание.

5. Дизельный котел – имеют самую дорогую установку. Дополнительно требуется монтаж емкости для нескольких тонн топлива. Наличие подъездных путей для топливозаправщика. Экологическая проблема. Небезопасны. Дорогой сервис.

6. Электродные генераторы – требуется высокопрофессиональный монтаж. Крайне небезопасны. Обязательное заземление всех металлических деталей отопления. Высокий риск поражения людей током в случае малейшей неполадки. Требуют не прогнозированного добавления в систему щелочных компонентов. Нет стабильности в работе.

Тенденция развития источников тепла идет в направлении перехода к экологически чистым технологиям, среди которых в настоящее время наиболее распространенными являются электроэнергетический.

История создания вихревого теплогенератора

Удивительные свойства вихря были отмечены и описаны еще 150 лет назад английским ученым Джорджем Стоксом.

Работая над совершенствованием циклонов для очистки газов от пыли, французский инженер Джозеф Ранке заметил, что струя газа, выходящая из центра циклона, имеет более низкую температуру, чем исходный газ, подаваемый в циклон. Уже в конце 1931 г. Ранке подаёт заявку на изобретенное устройство, названное им "вихревой трубой". Но получить патент ему удаётся только в 1934 г., и то не на родине, а в Америке (Патент США № 1952281).

Французские же учёные тогда с недоверием отнеслись к этому изобретению и высмеяли доклад Ж. Ранке, сделанный в 1933 г. на заседании Французского физического общества. По мнению этих учёных, работа вихревой трубы, в которой происходило разделение подаваемого в неё воздуха на горячий и холодный потоки, противоречила законам термодинамики. Тем не менее, вихревая труба работала и позже нашла широкое применение во многих областях техники, в основном для получения холода.

Не зная об опытах Ранке, в 1937 г. советский ученый К. Страхович, в курсе лекций по прикладной газодинамике теоретически доказывал, что во вращающихся потоках газа должны возникать разности температур.

Интересны работы ленинградца В. Е. Финько, который обратил внимание на ряд парадоксов вихревой трубы, разрабатывая вихревой охладитель газов для получения сверхнизких температур. Он объяснил процесс нагрева газа в пристеночной области вихревой трубы "механизмом волнового расширения и сжатия газа" и обнаружил инфракрасное излучение газа из ее осевой области, имеющее полосовой спектр.

Законченной и непротиворечивой теории вихревой трубы до сих пор не существует, несмотря на простоту этого устройства. "На пальцах" же объясняют, что при раскручивании газа в вихревой трубе он под действием центробежных сил сжимается у стенок трубы, в результате чего нагревается тут, как нагревается при сжатии в насосе. А в осевой зоне трубы, наоборот, газ испытывает разрежение, и тут он охлаждается, расширяясь. Выводя газ из пристеночной зоны через одно отверстие, а из осевой - через другое, достигают разделения исходного потока газа на горячий и холодный потоки.

Уже после второй мировой войны - в 1946 г, немецкий физик Роберт Хильш значительно улучшил эффективность вихревой «трубки Ранка». Однако невозможность теоретического обоснования вихревых эффектов отложила техническое применение открытия Ранка-Хильша на десятилетия.

Основной вклад в развитие основ вихревой теории в нашей стране в конце 50-х - начале 60-х годов прошлого столетия внес профессор Александр Меркулов. Парадокс, но до Меркулова никому и в голову не приходило запустить в «трубку Ранка» жидкость. А произошло следующее: при прохождении жидкости через «улитку» она быстро нагревалась с аномально высокой эффективностью (коэффициент преобразования энергии - около 100%). И опять же полного теоретического обоснования А. Меркулов дать не смог, и до практического применения дело не дошло. Лишь в начале 90-х годов прошлого века появились первые конструктивные решения применения жидкостного теплогенератора, работающего на основе вихревого эффекта.

Тепловые станции на основе вихревых тепловых генераторов

Поисковые исследования наиболее экономичных источников получения тепла для нагрева воды привели к идее использования для получения тепла свойств вязкости (трения) воды характеризующих ее способность взаимодействовать с поверхностями твердых тел составляющих материал, в котором она перемещается, и между внутренними слоями жидкости.

Как любое материальное тело вода испытывает сопротивление своему движению в результате трения о стенки направляющей системы (трубы), однако, в отличие от твердого тела, которое в процессе такого взаимодействия (трения) разогревается и частично начинает разрушаться, приповерхностные слои воды тормозятся, снижают скорость у поверхности и завихряются. При достижении достаточно высоких скоростей вихрения жидкости вдоль стенки направляющей системы (трубы) начинает выделятся тепло поверхностного трения.

Возникает эффект кавитации, заключающийся в образовании пузырьков пара, поверхность которых вращается с большой скоростью за счет кинетической энергии вращения. Противодействие внутреннему давлению пара и кинетической энергии вращения оказывают давление в массе воды и силы поверхностного натяжения. Таким образом создается состояние равновесия до момента пока пузырек не сталкивается с препятствием при движении потока или между собой. Происходит процесс упругого столкновения и разрушения оболочки с выделением импульса энергии. Как известно величина мощности энергия импульса определяется крутизной его фронта. В зависимости от диаметра пузырьков фронт импульса энергии в момент разрушения пузырька будет иметь различную крутизну, а, следовательно, и различное распределение энергетического спектра частот. астот.

При определенной температуре и скорость вихрения возникают пузырьки пара, которые ударяясь о препятствия разрушаются с выделением импульса энергии в низкочастотном (звуковом), оптическом и инфракрасном диапазоне частот, при этом температура импульса в инфракрасном диапазоне при разрушении пузырька может составлять десятки тысяч градусов (оС). Размеры образующихся пузырьков и распределение плотности выделяемой энергии по участкам диапазона частот пропорционально линейной скорости взаимодействия трущихся поверхностей воды и твердого тела и обратно пропорционально давлению в воде. В процессе взаимодействия поверхностей трения в условиях сильной турбулентности для получения тепловой энергии, сосредоточенной в инфракрасном диапазоне, необходимо сформировать микропузырьки пара размером в пределах 500- 1500 нм, которые при столкновении с твердыми поверхностями или в областях повышенного давления «лопаются» создавая эффект микрокавитации с выделением энергии в тепловом инфракрасном диапазоне.

Однако, при линейном движении воды в трубе при взаимодействии со стенками направляющей системы эффект преобразования энергии трения в тепло оказывается небольшим, и, хотя температура жидкости на внешней стороне трубы оказывается несколько выше, чем в центре трубы особого эффекта нагрева не наблюдается. Поэтому одним из рациональных способов решения вопроса увеличения поверхности трения и времени взаимодействия трущихся поверхностей является закручивание воды в поперечном направлении, т.е. искусственное завихрение в поперечной плоскости. При этом возникает дополнительное турбулентное трение между слоями жидкости.

Вся сложность возбуждения трения в жидкости состоит в том, чтобы удерживать жидкость в положениях, когда поверхность трения оказывается наибольшей и достичь состояния, при котором давление в массе воды, время трения, скорость трения и поверхность трения, были оптимальны для данной конструкции системы и обеспечивалась заданная теплопроизводительность.

Физика возникновения трения и причины возникающего при этом эффекта выделения тепла, в особенности между слоями жидкости или между поверхностью твердого тела и поверхностью жидкости недостаточно изучена и существуют различные теории, однако, это область гипотез и физических опытов.

Подробнее о теоретическом обосновании эффекта выделения тепла в теплогенераторе смотри в разделе «Рекомендуемая литература».

Задача строительства жидкостных (водяных) генераторов тепла состоит в поиске конструкций и способов управления массой водного переносчика, при которых можно было бы получить наибольшие поверхности трения, удерживать в генераторе массу жидкости в течение определенного времени, чтобы получить необходимую температуру и обеспечить при этом достаточную пропускную способность системы.

С учетом этих условий строятся тепловые станции, которые включают: двигатель (как правило, электрический), который механическим путем приводит в движение воду в генераторе тепла, и насос, обеспечивающий необходимую прокачку воды.

Поскольку количество тепла в процессе механического трения пропорционально скорости движения поверхностей трения, то для увеличение скорости взаимодействия трущихся поверхностей используется разгон жидкости в поперечном направлении перпендикулярном к направлению основного движения с помощью специальных завихрителей или дисков вращающих поток жидкости, т. е. создание вихревого процесса и реализация таким образом вихревого теплового генератора. Однако конструирование подобных систем является сложной технической задачей поскольку необходимо найти оптимальную область параметров линейной скорости движения, угловой и линейной скорости вращения жидкости, коэффициента вязкости, теплопроводности и не допустить фазового перехода в парообразное состояние или граничное состояние, когда диапазон выделения энергии переместится в оптический или звуковой диапазон, т.е. когда превалирующим становится процесс приповерхностной кавитации в оптическом и низкочастотном диапазоне, который, как известно, разрушает поверхность, на которой образуется кавитационные пузырьки.

Принципиальная блок-схема тепловой установки с приводом от электродвигателя, приведена на рисунке 1. Расчет системы отопления объекта производится проектной организацией по техническому заданию заказчика. Подбор тепловых установок осуществляется на основании проекта.

Рис. 1. Принципиальная блок-схема тепловой установки.

Тепловая установка (ТС1) включает: вихревой теплогенератор (активатор), электродвигатель (электродвигатель и тепловой генератор установлены на опорной раме и механически соединены муфтой) и аппаратуру автоматического управления.

Вода от насоса прокачки поступает во входной патрубок теплового генератора и выходит из выходного патрубка с температурой от 70-до 95 С.

Производительность насоса прокачки, обеспечивающая необходимое давление в системе и прокачку воды через тепловую установку, рассчитывается для конкретной системы теплоснабжения объекта. Для обеспечения охлаждения торцевых уплотнений активатора давление воды на выходе из активатора должно быть не менее 0,2 МПа (2 атм.).

При достижении заданной максимальной температуры воды на выходном патрубке, по команде от датчика температуры тепловая установка выключается. При охлаждении воды до достижения заданной минимальной температуры, по команде от датчика температуры тепловая установка включается. Разница между задаваемыми температурами включения и выключения должна быть не менее 20 оС.

Устанавливаемая мощность теплового узла выбирается исходя из пиковых нагрузок (одна декада декабря). Для выбора необходимого количества тепловых установок пиковая мощность делится на мощность тепловых установок из модельного ряда. При этом лучше устанавливать большее число менее мощных установок. При пиковых нагрузках и при начальном разогреве системы будут работать все установки, в осеннее - весенние сезоны будет работать только часть установок. При правильном выборе количества и мощности тепловых установок, в зависимости от температуры наружного воздуха и теплопотерь объекта, установки работают 8-12 часов в сутки.

Тепловая установка надежна в работе, обеспечивает экологическую чистоту в работе, компактна и высокоэффективна по сравнению с любыми другими нагревательными устройствами, не требует и согласований с энергоснабжающей организацией на установку, проста конструктивно и в монтаже, не требуют химической подготовки воды, пригодна к использованию на любых объектах. Тепловая станция полностью укомплектована всем необходимым для подключения к новой или существующей системе отопления, а конструкция и размеры упрощают размещение и монтаж. Станция работает автоматически в заданном диапазоне температур, не требует дежурного обслуживающего персонала.

Тепловая станция сертифицирована и соответствует ТУ 3113-001-45374583-2003.

Устройства плавного пуска (софтстартеры).

Устройства плавного пуска (софтстартеры) предназначены для плавного пуска и останова асинхронных электродвигателей 380 В (660, 1140, 3000 и 6000 В по спецзаказу). Основные области применения: насосное, вентиляционное, дымососное оборудование и т.п.

Применение устройств плавного пуска позволяет уменьшить пусковые токи, снизить вероятность перегрева двигателя, обеспечить полную защиту двигателя, повысить срок службы двигателя, устранить рывки в механической части привода или гидравлические удары в трубах и задвижках в момент пуска и останова двигателей.

Микропроцессорное управление моментом с 32-символьным дисплеем

Ограничение тока, бросок момента, двойной наклон кривой разгона

Плавный останов двигателя

Электронная защита двигателя:

Перегрузка и КЗ

Пониженное и повышенное напряжение сети

Заклинивание ротора, защита от затянувшегося запуска

Пропадание и/или дисбаланс фаз

Перегрев устройства

Диагностика состояния, ошибок и сбоев

Дистанционное управление

Модели от 500 до 800 кВт поставляются по спецзаказу. Состав и условия поставки формируются при согласовании технического задания.

Теплогенераторы на основе «вихревой трубы».

Вихревую трубу теплогенератора, схема которого приведена на Рис. 1, присоединяют инжекторным патрубком 1 к фланцу центробежного насоса (на рисунке не показан), подающему воду под давлением 4 – 6 атм. Попадая в улитку 2, поток воды сам закручивается в вихревом движении и поступает в вихревую трубу 3, длина которой в 10 раз больше ее диаметра. Закрученный вихревой поток в трубе 3 перемещается по винтовой спирали у стенок трубы к ее противоположному (горячему) концу, заканчивающемуся донышком 4 с отверстием в его центре для выхода горячего потока. Перед донышком 4 закреплено тормозное устройство 5 – спрямитель потока, выполненный в виде нескольких плоских пластин, радиально приваренных к центральной втулке, сосной с трубой 3. В виде сверху он напоминает оперение авиабомбы.

Когда вихревой поток в трубе 3 движется к этому спрямителю 5, в осевой зоне трубы 3 образуется противоток. В нем вода тоже вращаясь движется к штуцеру 6, врезанному в плоскую стенку улитки 2 соосно с трубой 3 и предназначенному для выпуска «холодного» потока. В штуцере 6 установлен еще один спрямитель потока 7, аналогичный тормозному устройству 5. Он служит для частичного превращения энергии вращения «холодного» потока в тепло. Выходящая теплая вода направляется по байпасу 8 в патрубок 9 горячего выхода, где она смешивается с горячим потоком, выходящим из вихревой трубы через спрямитель 5. Из патрубка 9 нагретая вода поступает либо непосредственно к потребителю, либо в теплообменник, передающий тепло в контур потребителя. В последнем случае отработанная вода первичного контура (уже с меньшей температурой) возвращается в насос, который вновь подает ее в вихревую трубу через патрубок 1.

Особенности монтажа систем отопления с использованием теплогенераторов на основе «вихревых» труб.

Теплогенератор на основе «вихревой» трубы должен подключаться к системе отопления только через бак-аккумулятор.

При первом включении теплогенератора, до его выхода на рабочий режим, прямая магистраль системы отопления должна быть перекрыта, то есть теплогенератор должен работать по «малому контуру». Теплоноситель в баке аккумуляторе нагревается до температуры 50-55 оС. Затем производится периодическое открытие крана на выходной магистрали на ¼ хода. При увеличении температуры в магистрали системы отопления кран открывается еще на ¼ хода. Если происходит падение температуры в баке-аккумуляторе на 5 оС, кран прикрывается. Открытие - закрытие крана производится до полного прогрева системы отопления.

Данная процедура обусловлена тем, что при резкой подаче холодной воды на вход «вихревой» трубы, в следствии ее малой мощности, может произойти «срыв» вихря и потеря эффективности работы тепловой установки.

Из опыта эксплуатации систем теплоснабжения рекомендуемые температуры:

В выходной магистрали 80 оС,

Ответы на Ваши вопросы

1. Какие преимущества данного теплогенератора перед другими источниками тепла?

2. В каких условиях может работать теплогенератор?

3. Требования к теплоносителю: жесткость (для воды), содержание солей и т.д., то есть что может критично сказаться на внутренних частях теплогенератора? Будет ли образовываться накипь на трубах?

4. Что такое установленная мощность электродвигателя?

5. Сколько теплогенераторов нужно устанавливать в тепловом узле?

6. Какова производительность теплогенератора?

7. До какой температуры можно нагревать теплоноситель?

8. Можно ли регулировать температурный режим изменением числа оборотов электродвигателя?

9. Какая может быть альтернатива воде для предохранения от замерзания жидкости в случае «ЧП» с электроэнергией?

10. Каков диапазон рабочих давлений теплоносителя?

11. Нужен ли циркуляционный насос и как выбрать его мощность?

12. Что входит в комплект тепловой установки?

13. Какова надежность автоматики?

14. Как сильно шумит теплогенератор?

15. Можно ли использовать в тепловой установки однофазные электродвигатели с напряжением 220 В?

16. Можно ли использовать для вращения активатора теплогенератора дизельные двигатели или другой привод?

17. Как выбрать сечение кабеля электропитания тепловой установки?

18. Какие согласования нужно проводить для получения разрешения на установку теплогенератора?

19. Какие основные неисправности возникают при эксплуатации теплогенераторов?

20. Разрушает ли кавитация диски? Какой ресурс тепловой установки?

21. В чем отличия дисковых и трубчатых теплогенераторов?

22. Каков коэффициент преобразования (отношение полученной тепловой энергии к затраченной электрической) и каким образом он определен?

24. Готовы ли разработчики обучить персонал для обслуживания теплогенератора?

25. Почему гарантия на тепловую установку 12 месяцев?

26. В какую сторону должен вращаться теплогенератор?

27. Где входной и выходной патрубки теплогенератора?

28. Как задать температуру включения-выключения тепловой установки?

29. Каким требованиям должен соответствовать тепловой пункт, в котором монтируются тепловые установки?

30. На объекте ООО «Рубеж» г. Лыткарино в складских помещениях поддерживается температура 8-12 оС. Можно ли поддерживать с помощью такой тепловой установки температуру 20 оС?

В1: Какие преимущества данного теплогенератора перед другими источниками тепла?

О: При сравнении с газовыми и жидкотопливными котлами главное преимущество теплогенератора заключается в полном отсутствии инфраструктуры обслуживания: не нужна котельная, обслуживающий персонал, химподготовка и регулярная профилактика. Например, при отключении электричества теплогенератор снова включится автоматически, в то время как для повторного включения жидкотопливных котлов требуется присутствие человека. При сравнении с электроотоплением (ТЭНы, электрокотлы), теплогенератор выигрывает как и в обслуживании (отсутствие прямых нагревательных элементов, водоподготовки), так и в экономическом выражении. При сравнении с теплоцентралью теплогенератор позволяет отапливать каждое здание отдельно, что исключает потери при доставке тепла и отпадает потребность в ремонте теплосети и ее эксплуатации. (Подробнее см. раздел сайта «Сравнение существующих отопительных систем»).

В2: В каких условиях может работать теплогенератор?

О: Условия работы теплогенератора определяются техническими условиями на его электродвигатель. Возможна установка электродвигателей во влагозащитном, пылезащитном, тропическом исполнении.

В3: Требования к теплоносителю: жесткость (для воды), содержание солей и т.д., то есть что может критично сказаться на внутренних частях теплогенератора? Будет ли образовываться накипь на трубах?

О: Вода должна соответствовать требованиям ГОСТ Р 51232-98. Дополнительная водоподготовка не требуется. Перед входным патрубком теплогенератора необходимо устанавливать фильтр грубой очистки. В процессе эксплуатации накипь не образовывается, ранее имевшаяся накипь разрушается. Не допускается использование в качестве теплоносителя воды с повышенным содержанием солей и карьерной жидкости.

В4: Что такое установленная мощность электродвигателя?

О: Установленная мощность электродвигателя это – мощность необходимая для раскрутки активатора теплогенератора при запуске. После выхода двигателя на рабочий режим, потребляемая мощность падает на 30-50%.

В5: Сколько теплогенераторов нужно устанавливать в тепловом узле?

О: Устанавливаемая мощность теплового узла выбирается исходя из пиковых нагрузок (- 260С одна декада декабря). Для выбора необходимого количества тепловых установок пиковая мощность делится на мощность тепловых установок из модельного ряда. При этом лучше устанавливать большее число менее мощных установок. При пиковых нагрузках и при начальном разогреве системы будут работать все установки, в осеннее - весенние сезоны будет работать только часть установок. При правильном выборе количества и мощности тепловых установок, в зависимости от температуры наружного воздуха и теплопотерь объекта, установки работают 8-12 часов в сутки. Если поставить более мощные тепловые установки они будут работать меньшее время, менее мощные – большее время, но расход электроэнергии будет один и тот же. Для укрупненного расчета энергопотребления тепловой установки за отопительный сезон применяется коэффициент 0,3. Не рекомендуется использовать в тепловом узле только одну установку. При использовании одной тепловой установки необходимо иметь резервное устройство отопления.

В6: Какова производительность теплогенератора?

О: За один проход вода в активаторе нагревается на 14-20оС. В зависимости от мощности, теплогенераторы прокачивают: ТС1-055 – 5,5 м3/час; ТС1-075 – 7,8 м3/час; ТС1-090 – 8,0 м3/час. Время нагрева зависит от объема системы отопления и ее теплопотерь.

В7: До какой температуры можно нагревать теплоноситель?

О: Максимальная температура нагрева теплоносителя 95оС. Эта температура определяется характеристиками устанавливаемых торцевых уплотнений. Теоретически возможен нагрев воды до 250 оС, но для создания теплогенератора с такими характеристиками необходимо проведение НИИОКР.

В8: Можно ли регулировать температурный режим изменением числа оборотов?

О: Конструкция тепловой установки рассчитана на работу при оборотах двигателя 2960 + 1,5%. На других оборотах двигателя эффективность теплогенератора снижается. Регулирование температурного режима осуществляется включением-выключением электродвигателя. При достижении заданной максимальной температуры электродвигатель выключается, при охлаждении теплоносителя до минимальной заданной температуры – включается. Диапазон заданных температур должен быть не менее 20ОС

В9: Какая может быть альтернатива воде для предохранения от замерзания жидкости в случае «ЧП» с электроэнергией?

О: Теплоносителем может выступать любая жидкость. Возможно использование тосола. Не рекомендуется использовать в тепловом узле только одну установку. При использовании одной тепловой установки необходимо иметь резервное устройство отопления.

В10: Каков диапазон рабочих давлений теплоносителя?

О: Теплогенератор рассчитан на работу в диапазоне давлений от 2 до 10 атм. Активатор только закручивает воду, давление в системе отопления создается за счет циркуляционного насоса.

В11: Нужен ли циркуляционный насос и как выбрать его мощность?

О: Производительность насоса прокачки, обеспечивающая необходимое давление в системе и прокачку воды через тепловую установку, рассчитывается для конкретной системы теплоснабжения объекта. Для обеспечения охлаждения торцевых уплотнений активатора давление воды на выходе из активатора должно быть не менее 0,2 МПа (2 атм.) Усредненная производительность насоса для: ТС1-055 – 5,5 м3/час; ТС1-075 – 7,8 м3/час; ТС1-090 – 8,0 м3/час. Насос является нагнетающим, устанавливается перед тепловой установкой. Насос является принадлежностью системы теплоснабжения объекта и в комплект поставки тепловой установки ТС1 не входит.

В12: Что входит в комплект тепловой установки?

О: В комплект поставки тепловой установки входят:

1. Вихревой теплогенератор ТС1-______ № ______________
1 шт

2. Щит управления ________ № _______________
1 шт

3. Рукава напорные (гибкие вставки) с фитингами Ду25
2 шт

4. Датчик температуры ТСМ 012-000.11.5 L=120 кл. В
1 шт

5. Паспорт на изделие
1 шт

В13: Какова надежность автоматики?

О: Автоматика сертифицирована производителем и имеет гарантийный срок работы. Возможно комплектование тепловой установки щитом управления или контроллером асинхронных электродвигателей «ЭнерджиСейвер».

В14: Как сильно шумит теплогенератор?

О: Сам активатор тепловой установки практически не шумит. Шумит только электродвигатель. В соответствии с техническими характеристиками электродвигателей, указанных в их паспортах, Максимально допустимый уровень звуковой мощности электродвигателя – 80-95 дБ (А). Для снижения уровня шума и вибрации необходимо монтировать тепловую установку на вибропоглощающие опоры. Применение контроллеров асинхронных электродвигателей «ЭнерджиСейвер» позволяет в полтора раза снизить уровень шума. В производственных зданиях тепловой установки размещаются в отдельных помещениях, подвалах. В жилых и административных зданиях тепловой пункт может быть расположен автономно.

В15: Можно ли использовать в тепловой установки однофазные электродвигатели с напряжением 220 В?

О: Выпускаемые в настоящее время модели тепловых установок не допускают использования однофазных электродвигателей с напряжением 220 В.

В16: Можно ли использовать для вращения активатора теплогенератора дизельные двигатели или другой привод?

О: Конструкция тепловой установки типа ТС1 рассчитана на стандартные асинхронные трехфазные двигатели напряжением 380 в. с частотой вращения 3000 об/мин. Принципиально вид двигателя не имеет значения, необходимым условием является только обеспечение частоты вращения 3000 об/мин. Однако, для каждого такого варианта двигателя, конструкция рамы тепловой установки должна проектироваться индивидуально.

В17: Как выбрать сечение кабеля электропитания тепловой установки?

О: Сечение и марку кабелей необходимо выбрать в соответствие с ПУЭ – 85 по расчетным токовым нагрузкам.

В18: Какие согласования нужно проводить для получения разрешения на установку теплогенератора?

О: Согласования на установку не требуются, т.к. электроэнергия используется для вращения электродвигателя, а не для нагрева теплоносителя. Эксплуатация теплогенераторов с электрической мощностью до 100 кВт осуществляется без лицензии (Федеральный закон № 28-ФЗ от 03.04.96 г.).

В19: Какие основные неисправности возникают при эксплуатации теплогенераторов?

О: Большинство отказов происходит вследствие неправильной эксплуатации. Работа активатора при давлении менее 0,2 МПа приводит к перегреву и разрушению торцевых уплотнений. Работа при давлении более 1,0 МПа также приводит к потере герметичности торцевых уплотнений. При неправильном подключении элетродвигателя (звезда-треугольник) двигатель может сгореть.

В20: Разрушает ли кавитация диски? Какой ресурс тепловой установки?

О: Четырехлетний опыт эксплуатации вихревых теплогенераторов показывает, что активатор практически не изнашивается. Меньший ресурс имеют электродвигатель, подшипники и торцевые уплотнения. Срок эксплуатации комплектующих указывается в их паспортах.

В21: В чем отличия дисковых и трубчатых теплогенераторов?

О: В дисковых теплогенераторах вихревые потоки создаются за счет вращения дисков. В трубчатых теплогенераторах закручивается в «улитке», а затем тормозится в трубе выделяя тепловую энергию. При этом эффективность трубчатых теплогенераторов на 30% ниже, чем у дисковых.

В22: Каков коэффициент преобразования (отношение полученной тепловой энергии к затраченной электрической) и каким образом он определен?

О: Ответ на этот вопрос Вы найдете в нижеприведенных Актах.

Акт результатов эксплутационных испытаний вихревого теплогенератора дискового типа марки ТС1-075

Акт об испытании тепловой установки ТС-055

О: Эти вопросы отражены в проекте на объект. При расчете требуемой мощности теплогенератора, наши специалисты по техническим условия заказчика рассчитывают также и теплосъем системы отопления, дают рекомендации по оптимальной разводке теплосети в здании, а также и по месту установки теплогенератора.

В24: Готовы ли разработчики обучить персонал для обслуживания теплогенератора?

О: Наработка торцового уплотнения до замены 5 000 часов беспрерывной работы (~ 3 года). Наработка двигателя до замены подшипника 30 000 часов. Тем не менее, рекомендуется раз в год в конце отопительного сезона проводить профилактический осмотр электродвигателя и системы автоматического управления. Наши специалисты готовы обучить персонал Заказчика для проведения всех профилактических и ремонтных работ. (Подробнее см. раздел сайта «Обучение персонала»).

В25: Почему гарантия на тепловую установку 12 месяцев?

О: Гарантийный срок 12 месяцев один из наиболее распространенных гарантийных сроков. Производители комплектующих тепловой установки (щитов управления, соединительных шлангов, датчиков и т.д.) устанавливают на свои изделия гарантийный срок 12 месяцев. Гарантийный срок установки в целом не может быть больше, чем гарантийный срок ее комплектующих, поэтому в технических условиях на изготовление тепловой установки ТС1 задается такой гарантийный срок. Опыт эксплуатации тепловых установок ТС1 показывает, что ресурс активатора может составить не менее 15 лет. Накопив статистику и согласовав с поставщиками увеличение гарантийного срока на комплектующие, мы сможем увеличить гарантийный срок тепловой установки до 3 лет.

В26: В какую сторону должен вращаться теплогенератор?

О: Направление вращения теплогенератора задается электродвигателем, который вращается по часовой стрелке. При пробных пусках вращение активатора против часовой стрелки не приведет к его поломке. Перед первыми пусками необходимо проверить свободный ход роторов, для этого теплогенератор на один/половину оборота прокручивается вручную.

В27: Где входной и выходной патрубки теплогенератора?

О: Входной патрубок активатора теплогенератора расположен со стороны электродвигателя, выходной патрубок – с противоположной стороны активатора.

В28: Как задать температуру включения-выключения тепловой установки?

О: Инструкция по установке температуры включения-выключения тепловой установки приведена в разделе «Партнеры» / «Овен».

В29: Каким требованиям должен соответствовать тепловой пункт, в котором монтируются тепловые установки?

О: Тепловой пункт, в котором монтируются тепловые установки, должен соответствовать требованиям СП41-101-95. Текст документа можно скачать с сайта: «Информация по теплоснабжению», www.rosteplo.ru

В30: На объекте ООО «Рубеж» г. Лыткарино в складских помещениях поддерживается температура 8-12 оС. Можно ли поддерживать с помощью такой тепловой установки температуру 20 о С?

О: В соответствии с требованиями СНиП тепловая установка может нагревать теплоноситель до максимальной температуры 95 оС. Температуру в обогреваемых помещениях задает с помощью ОВЕНА сам потребитель. Одна и та же тепловая установка может поддерживать температурные диапазоны: для складских помещений 5-12 оС; для производственных 18-20 оС; для жилых и офисных 20-22 оС.

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:

1. Роторный. Теплогенератор, в котором вихревой поток создается при помощи ротора.
2. 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:

1. Может обеспечить большую разность температур на горячем и холодном концах, работать при низком давлении.
2. КПД не ниже 90%.
3. Никогда не перегревается.
4. Пожаро,- и взрывобезопасен. Может использоваться во взрывоопасной среде.
5. Обеспечивает быстрый и эффективный нагрев всей системы.
6. 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

1. Патрубок
2. Улитка.
3. Вихревая труба.
4. Верхний тормоз.
5. Выпрямитель воды.
6. Соединительная муфта.
7. Нижнее тормозное кольцо.
8. Байпас.
9. 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 :

1. Вся система должна быть надежно закреплена. При помощи уголков изготавливают каркас. Можно использовать сварку или болтовое соединение. Главное, чтобы конструкция была прочной.
2. На станине укрепляют электродвигатель. Его подбирают соответственно площади помещения, внешним условиям и имеющемуся напряжению.
3. 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.

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

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

1. Крышки к цилиндру лучше крепить резьбовым соединением.
2. 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.

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

Схема кавитационного генератора

1. Жиклер.
2. Вал электродвигателя.
3. Вихревая труба.
4. Входящая форсунка.
5. Отводящий патрубок.
6. 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:

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

Добавить сайт в закладки

Теплоустановка Потапова

Теплогенератор Потапова не известен широким народным массам и еще мало изучен с научной точки зрения. Впервые попробовать осуществить пришедшую в голову идею Юрий Семенович Потапов осмелился уже ближе к концу восьмидесятых годов прошлого столетия. Исследования проводились в городе Кишиневе. Исследователь не ошибся, и результаты попыток превзошли все его ожидания.

Готовый теплогенератор удалось запатентовать и пустить в общее пользование лишь в начале февраля 2000 года.

Все имеющиеся мнения в отношении созданного Потаповым теплогенератора достаточно сильно расходятся. Кто-то считает его практически мировым изобретением, приписывают ему очень высокую экономичность при эксплуатации - до 150%, а в отдельных случаях и до 200% экономии энергии. Считают, что практически создан неиссякаемый источник энергии на Земле без вредных последствий для окружающей среды. Другие же утверждают обратное - мол, все это шарлатанство, и теплогенератор, на самом деле, требует ресурсов даже больше, чем при использовании его типовых аналогов.

По некоторым источникам, разработки Потапова запрещены в России, Украине и на территории Молдовы. По другим источникам, все-таки, на настоящий момент в нашей стране термогенераторы подобного типа выпускают несколько десятков заводов и продаются они по всему миру, давно пользуются спросом и занимают призовые места на различных технических выставках.

Описательная характеристика строения теплогенератора

Представить, как выглядит теплогенератор Потапова можно, тщательно изучив схему его строения. Тем более, что состоит он из достаточно типовых деталей, и о чем идет речь, понять будет не сложно.

Итак, центральной и самой основательной частью теплогенератора Потапова является его корпус. Он занимает центральное положение во всей конструкции и имеет цилиндрическую форму, установлен он вертикально. К нижней части корпуса, его фундаменту, торцом присоединен циклон для зарождения в нем вихревых потоков и увеличения скорости продвижения жидкости. Поскольку установка в основе своего действия имеет большие скоростные явления, то в ее конструкции необходимо было предусмотреть элементы, тормозящие весь процесс для более удобного управления.

Для таких целей в противоположной стороне от циклона к корпусу присоединяется специальное тормозное устройство. Оно тоже цилиндрической формы, в центре его установлена ось. На оси по радиусам прикреплены несколько ребер, количеством от двух. Следом за тормозным устройством предусмотрено дно, снабженное выходным отверстием для жидкости. Далее по ходу отверстие преобразуется в патрубок.

Это основные элементы теплогенератора, все они расположены в вертикальной плоскости и плотно соединены. Дополнительно патрубок для выхода жидкости оснащен перепускным патрубком. Они плотно скреплены и обеспечивают контакт двух концов цепочки основных элементов: то есть патрубок верхней части соединен с циклоном в нижней части. В месте сцепления перепускного патрубка с циклоном предусмотрено добавочное малое тормозное устройство. К торцевой части циклона под прямым углом к оси основной цепочки элементов прибора присоединен инжекционный патрубок.

Инжекционный патрубок предусмотрен конструкцией устройства с целью соединения насоса с циклоном, приводящими и отводящими трубопроводами для жидкости.

Прототип теплогенератора Потапова

Вдохновителем Юрия Семеновича Потапова на создание теплогенератора стала вихревая труба Ранка. Труба Ранка была изобретена с целью разделения горячей и холодной масс воздуха. Позже в трубу Ранка стали запускать и воду с целью получения аналогичного результата. Вихревые потоки брали свое начало в так называемой улитке - конструктивной части прибора. В процессе применения трубы Ранка было замечено, что вода после прохождения улиткообразного расширения прибора изменяла свою температуру в положительную сторону.

На это необычное, до конца не обоснованное с научной точки зрения явление и обратил внимание Потапов, применив его для изобретения теплогенератора с одним лишь небольшим отличием в результате. После прохождения воды через вихрь ее потоки не резко делились на горячий и холодный, как это происходило с воздухом в трубе Ранка, а на теплый и горячий. В результате некоторых измерительных исследований новой разработки Юрий Семенович Потапов выяснил, что самая энергозатратная часть всего прибора - электрический насос - затрачивает намного меньше энергии, чем ее вырабатывается в результате работы. В этом и заключается принцип экономичности, на котором основан теплогенератор.

Физические явления, на основе которых действует теплогенератор

В общем-то, в способе действия теплогенератора Потапова ничего сложного или необычного нет.

Принцип действия этого изобретения основан на процессе кавитации, отсюда его еще называют вихревым теплогенератором. Кавитация основана на образовании пузырьков воздуха в толще воды, вызванном силой вихревой энергии потока воды. Образование пузырьков всегда сопровождается специфическим звуком и образованием некой энергии в результате их ударов на большой скорости. Пузырьки представляют собой полости в воде, заполненные испарениями от воды, в которой они сами и образовались. Жидкость оказывает постоянное давление на пузырек, соответственно, он стремится перемещаться из области высокого давления в область низкого, дабы уцелеть. В итоге, он не выдерживает давления и резко сжимается или «лопается», при этом выплескивая энергию, образующую волну.

Выделяемая «взрывная» энергия большого количества пузырьков обладает такой силой, что способна разрушить внушительные металлические конструкции. Именно такая энергия и служит добавочной при нагреве. Для теплогенератора предусмотрен полностью закрытый контур, в котором образуются пузырьки очень малого размера, лопающиеся в толще воды. Они не обладают такой разрушительной силой, но обеспечивают прирост тепловой энергии до 80%. В контуре обеспечивается поддержание переменного тока напряжением до 220В, целостность важных для процесса электронов при этом сохраняется.

Как уже было сказано, для работы тепловой установки необходимо образование «водяного вихря». За это отвечает встроенный в тепловую установку насос, который образовывает необходимый уровень давления и с силой направляет его в рабочую емкость. Во время возникновения завихрения в воде происходят определенные перемены с механической энергией в толще жидкости. В результате начинает устанавливаться одинаковый температурный режим. Дополнительная энергия создается, по Эйнштейну, переходом некой массы в необходимое тепло, весь процесс сопровождается холодным ядерным синтезом.

Принцип действия теплогенератора Потапова

Для полного понимания всех тонкостей в характере работы такого устройства, как теплогенератор, следует рассмотреть поэтапно все стадии процесса нагрева жидкости.

В системе теплогенератора насос создает давление на уровне от 4 до 6 атм. Под созданным давлением вода с напором поступает в инжекционный патрубок, присоединенный к фланцу запущенного центробежного насоса. Поток жидкости стремительно врывается в полость улитки, подобной улитке в трубе Ранка. Жидкость, как и в проделанном с воздухом опыте, начинает быстро вращаться по изогнутому каналу для достижения эффекта кавитации.

Следующий элемент, который содержит теплогенератор и куда попадает жидкость - это вихревая труба, в этот момент вода уже достигла одноименного характера и движется стремительно. В соответствии с разработками Потапова, длина вихревой трубы в разы превышает размеры ее ширины. Противоположный край вихревой трубы является уже горячим, туда-то и направляется жидкость.

Чтобы достичь необходимой точки, она проходит свой путь по винтообразно закрученной спирали. Винтовая спираль располагается около стенок вихревой трубы. Через мгновение жидкость достигает своего пункта назначения - горячей точки вихревой трубы. Этим действием завершается движение жидкости по основному корпусу устройства. Следом конструктивно предусмотрено основное тормозное устройство. Это устройство предназначено для частичного вывода горячей жидкости из обретенного ею состояния, то есть поток несколько выравнивается благодаря радиальным пластинам, закрепленным на втулке. Втулка имеет внутреннюю пустую полость, которая соединяется с малым тормозным устройством, следующим за циклоном в схеме строения теплогенератора.

Вдоль стенок тормозного устройства горячая жидкость все ближе продвигается к выходу из устройства. Тем временем, по внутренней полости втулки основного тормозного устройства навстречу потоку горячей жидкости протекает вихревой поток отведенной холодной жидкости.

Времени контакта двух потоков через стенки втулки достаточно, чтобы нагреть холодную жидкость. И теперь уже теплый поток направляется к выходу через малое тормозное устройство. Дополнительный нагрев теплого потока осуществляется во время прохождения его по тормозному устройству под действием явления кавитации. Хорошо прогретая жидкость готова выйти из малого тормозного устройства по байпасу и пройти по основному отводящему патрубку, соединяющему два конца основной цепи элементов теплового устройства.

Горячий теплоноситель также направляется на выход, но в противоположном направлении. Вспомним, что к верхней части тормозного устройства прикрепляется дно, в центральной части дна предусмотрено отверстие с диаметром, равным диаметру вихревой трубы.

Вихревая труба, в свою очередь, соединена отверстием в дне. Следовательно, горячая жидкость заканчивает свое движение по вихревой трубе проходом в отверстие дна. После горячая жидкость попадает в основной отводящий патрубок, где смешивается с теплым потоком. На этом движение жидкостей по системе теплогенератора Потапова закончено. На выход из нагревателя вода поступает с верхней части отводного патрубка - горячая, а из нижней его части - теплая, в нем же она смешивается, готовая к использованию. Горячая вода может применяться либо в водопроводе для хозяйственных нужд, либо в качестве теплоносителя в системе отопления. Все этапы работы теплогенератора проходят в присутствии эфира.

Особенности применения теплогенератора Потапова для отопления помещений

Как известно, нагретую воду в термогенераторе Потапова можно использовать в различных бытовых целях. Достаточно выгодным и удобным может быть применение теплогенератора в качестве конструктивной единицы отопительной системы. Если исходить из указанных экономических параметров установки, то ни одно другое устройство не сравнится по экономии.

Итак, при использовании теплогенератора Потапова для нагрева теплоносителя и пуска его в систему предусмотрен следующий порядок: отработанная уже жидкость с более низкой температурой от первичного контура снова поступает в центробежный насос. В свою очередь, центробежный насос отправляет теплую воду через патрубок непосредственно в систему отопления.

Преимущества теплогенераторов при использовании для отопления

Наиболее явное преимущество теплогенераторов - достаточно простое обслуживание, несмотря на возможность свободной установки без спроса специального разрешения на то у сотрудников электросетей. Достаточно раз в полгода проверить трущиеся детали устройства - подшипники и сальники. При этом, по заявлениям поставщиков, средний гарантированный срок службы - до 15 лет и более.

Теплогенератор Потапова отличается полной безопасностью и безвредностью для окружающей среды и использующих его людей. Экологичность обоснована тем, что при работе кавитационного теплогенератора исключаются выбросы в атмосферу вреднейших продуктов от переработки природного газа, твердотопливных материалов и дизельного топлива. Они просто не используются.

Подпитка работы происходит от электросети. Исключается возможность возникновения возгорания по причине отсутствия контакта с открытым огнем. Дополнительную безопасность обеспечивает приборная панель устройства, с ней производится тотальный контроль за всеми процессами изменения температуры и давления в системе.

Экономическая эффективность при отоплении помещения теплогенераторами выражается в нескольких преимуществах. Во-первых, не нужно заботиться о качестве воды, когда она играет роль теплоносителя. Думать о том, что она причинит вред всей системе только по причине ее низкого качества, не придется. Во-вторых, финансовых вложений в обустройство, прокладку и обслуживание тепловых трасс делать не нужно. В третьих, нагрев воды с использованием физических законов и применения кавитации и вихревых потоков полностью исключает появления кальциевых камней на внутренних стенках установки. В четвертых, исключаются траты денежных средств на транспортировку, хранение и приобретение ранее необходимых топливных материалов (природного угля, твердотопливных материалов, нефтяных продуктов).

Неоспоримое преимущество теплогенераторов для домашнего пользования заключается в их исключительной универсальности. Спектр применения теплогенераторов в бытовом обиходе очень широк:

• в результате прохождения через систему вода преобразуется, структурируется, а болезнетворные микробы в таких условиях погибают;
• водой из теплогенератора можно поливать растения, что будет способствовать их бурному росту;
• теплогенератор способен нагреть воду до температуры, превышающей точку кипения;
• теплогенератор может работать в совокупности с уже используемыми системами или быть встроенным в новую отопительную систему;
• теплогенератор уже давно используется осведомленными о нем людьми в качестве основного элемента отопительной системы в домах;
• теплогенератор легко и без особых затрат подготавливает горячую воду для использования ее в хозяйственных нуждах;
• теплогенератор может нагревать жидкости, используемые по различным назначениям.

Совершенно неожиданным преимуществом является то, что теплогенератор можно применять даже для переработки нефти. Ввиду уникальности разработки, вихревая установка способна разжижать тяжелые пробы нефти, провести подготовительные мероприятия перед транспортировкой на нефтеперерабатывающие заводы. Все указанные процессы проводятся с минимальными затратами.

Следует отметить способность теплогенераторов к абсолютно автономной работе. То есть режим интенсивности его работы можно задать самостоятельно. К тому же, все конструкции теплогенератора Потапова очень просты при монтаже. Привлекать работников сервисных организаций не потребуется, все операции по установке можно проделать самостоятельно.

Самостоятельная установка теплогенератора Потапова

Для установки своими руками вихревого теплогенератора Потапова в качестве основного элемента отопительной системы требуется достаточно мало инструментов и материалов. Это при условии, что разводка самой отопительной системы уже готова, то есть регистры подвешены под окнами и соединены между собой трубами. Остается только подключить устройство, подающее горячий теплоноситель. Необходимо подготовить:

• хомуты - для плотного соединения труб системы и труб теплогенератора, типы соединений будут зависеть от используемых материалов труб;
• инструменты для холодной или горячей сварки - при использовании труб с обеих сторон;
• герметик для уплотнения соединений;
• плоскогубцы для утяжки хомутов.

При установке теплогенератора предусмотрена диагональная разводка труб, то есть по ходу движения горячий теплоноситель будет подаваться в верхний патрубок батареи, проходить через нее, а остывающий теплоноситель будет выходить из противоположного нижнего патрубка.

Непосредственно перед установкой теплогенератора необходимо убедиться в целостности и исправности всех его элементов. Затем выбранным способом нужно подсоединить подающий воду патрубок к подающему в систему. То же самое проделать с отводящими патрубками - соединить соответствующие. Затем следует позаботиться о подключении в систему отопления необходимых контролирующих приборов:

• предохранительный клапан для поддержания давления системы в норме;
• циркуляционный насос для принуждения движения жидкости по системе.

После теплогенератор подключается к электропитанию напряжением 220В, и проводится заполнение системы водой при открытых воздушных задвижках.