Kavitačné vírové generátory tepla - všetko, čo potrebujete vedieť o technológii a jej praktickom použití. Vortexový tepelný generátor Potapovov vynález pre zariadenia na ohrev vody

Odvtedy boli generátory, samozrejme, upravené a sú schopné vykurovať oveľa väčšiu plochu ako pred 250 rokmi.

Hlavným kritériom, ktorým sa generátory navzájom líšia, je palivo, ktoré nakladajú. V závislosti od toho rozlišujú nasledujúce typy:

1. Dieselové generátory tepla – vytvárajú teplo ako výsledok spaľovania motorovej nafty. Sú schopné dobre vykurovať veľké plochy, ale je lepšie ich nepoužívať pre domácnosť kvôli prítomnosti toxických látok vznikajúcich v dôsledku spaľovania paliva.
2. Plynové generátory tepla pracujú na princípe kontinuálneho prívodu plynu, horiaceho v špeciálnej komore, ktorá zároveň produkuje teplo. Považuje sa to za úplne ekonomickú možnosť, ale inštalácia si vyžaduje špeciálne povolenie a zvýšenú bezpečnosť.
3. Generátory na tuhé palivo sú navrhnuté tak, aby pripomínali konvenčné uhoľné pece, ktoré majú spaľovaciu komoru, oddelenie na sadze a popol a vykurovacie teleso. Vhodné na použitie v otvorených priestoroch, pretože ich prevádzka nezávisí od poveternostných podmienok.
4. – ich princíp fungovania je založený na procese tepelnej premeny, pri ktorej bubliny vytvorené v kvapaline vyvolávajú zmiešaný tok fáz, čím sa zvyšuje množstvo vytvoreného tepla.

Vysoké náklady na vykurovacie zariadenia nútia mnohých ľudí premýšľať o tom, či stojí za to kúpiť priemyselný model, alebo či je lepšie ho zostaviť sami. Generátor tepla je v podstate mierne upravené odstredivé čerpadlo. Každý, kto má minimálne znalosti v tomto odvetví, môže zostaviť takúto jednotku svojpomocne. Ak nemáte svoje vlastné návrhy, hotové schémy môžete vždy nájsť na internete. Hlavná vec je vybrať ten, ktorý uľahčí zostavenie generátora tepla vlastnými rukami. Najprv však nezaškodí dozvedieť sa o tomto zariadení čo najviac.

Čo je generátor tepla

Zariadenia tejto triedy predstavujú dva hlavné typy zariadení:

• stator;
• Notorný (vír).

Nie tak dávno sa však objavili aj kavitačné modely, ktoré sa môžu v blízkej budúcnosti stať dôstojnou náhradou za jednotky pracujúce na konvenčných druhoch paliva.

Rozdiel medzi statorovými a rotorovými zariadeniami je v tom, že v prvom sa kvapalina ohrieva pomocou dýz umiestnených na vstupných a výstupných otvoroch jednotky. V druhom type generátorov sa teplo vytvára počas otáčania čerpadla, čo vedie k turbulenciám vo vode.

Pozrime sa na video, generátor v prevádzke, merania:

Pokiaľ ide o výkon, vírový generátor tepla zostavený sami je o niečo lepší ako statorový. Má o 30% vyšší prenos tepla. A hoci takéto zariadenia sú dnes na trhu prezentované v rôznych modifikáciách, ktoré sa líšia rotormi a dýzami, podstata ich práce sa nemení. Na základe týchto parametrov je stále lepšie zostaviť generátor tepla na vlastnú päsť typu vír. Ako to urobiť, bude diskutované nižšie.

Zariadenie a princíp činnosti

Najjednoduchším dizajnom je zariadenie pozostávajúce z nasledujúcich prvkov:

1. Rotor vyrobený z uhlíkovej ocele;
2. Stator (zváraný alebo monolitický);
3. Tlaková manžeta s vnútorným priemerom 28 mm;
4. Oceľový krúžok.

Uvažujme o princípe činnosti generátora na príklade kavitačného modelu. V ňom voda vstupuje do kavitátora, po ktorom sa roztáča motorom. Počas prevádzky jednotky sa vzduchové bubliny v chladiacej kvapaline zrútia. V tomto prípade sa kvapalina vstupujúca do kavitátora zahrieva.

Ak chcete pracovať so zariadením zostaveným vlastnými rukami pomocou nákresov zariadenia nájdeného na internete, mali by ste si uvedomiť, že to vyžaduje energiu, ktorá sa vynakladá na prekonanie trecej sily v zariadení, vytváranie zvukových vibrácií a zahrievanie kvapaliny. Okrem toho má zariadenie takmer 100% účinnosť.

Nástroje potrebné na zostavenie jednotky

Nie je možné zostaviť takúto jednotku od nuly sami, pretože jej výroba si bude vyžadovať použitie technologického vybavenia, ktoré domáci majster jednoducho nemá. Preto väčšinou vlastnými rukami zostavujú iba zostavu, ktorá sa nejakým spôsobom opakuje. Nazýva sa Potapovov prístroj.

Avšak aj na zostavenie tohto zariadenia potrebujete nasledujúce vybavenie:

1. Vŕtačka a súprava vrtákov k nej;
2. Zváračka;
3. Brúska;
4. kľúče;
5. Spojovacie prvky;
6. Základný náter a štetec.

Okrem toho budete musieť zakúpiť motor pracujúci zo siete 220 V a pevnú základňu na inštaláciu samotného zariadenia.

Etapy výroby generátora

Montáž zariadenia začína pripojením zmiešavacieho potrubia k čerpadlu požadovaného typu tlaku. Pripája sa pomocou špeciálnej príruby. V strede spodnej časti potrubia je otvor, cez ktorý bude vypúšťaná horúca voda. Na reguláciu jeho prietoku sa používa brzdové zariadenie. Nachádza sa v prednej časti spodnej časti.

No keďže v systéme cirkuluje aj studená voda, treba regulovať aj jej prietok. Na tento účel sa používa diskový usmerňovač. Keď sa kvapalina ochladí, smeruje na horúci koniec, kde sa v špeciálnom mixéri zmieša s ohriatou chladiacou kvapalinou.

Ďalej prechádzajú na zostavenie konštrukcie vírivého generátora tepla vlastnými rukami. Na to používam brúsku na rezanie uhlov, z ktorých je zostavená hlavná konštrukcia. Ako to urobiť, je možné vidieť na obrázku nižšie.

Existujú dva spôsoby, ako zostaviť štruktúru:

• Použitie skrutiek a matíc;
• Pomocou zváracieho stroja.

V prvom prípade sa pripravte na to, že budete musieť urobiť otvory pre upevňovacie prvky. Na to potrebujete vŕtačku. Počas procesu montáže je potrebné vziať do úvahy všetky rozmery - to pomôže získať jednotku so špecifikovanými parametrami.

Úplne prvou etapou je vytvorenie rámu, na ktorom je nainštalovaný motor. Je zostavený zo železných rohov. Rozmery konštrukcie závisia od veľkosti motora. Môžu sa líšiť a sú vybrané pre konkrétne zariadenie.

Na upevnenie motora k zmontovanému rámu budete potrebovať ďalší štvorec. V štruktúre bude pôsobiť ako priečny člen. Pri výbere motora odborníci odporúčajú venovať pozornosť jeho výkonu. Množstvo chladiacej kvapaliny, ktorá sa má zahriať, závisí od tohto parametra.

Pozrime sa na video, fázy montáže generátora tepla:

Poslednou fázou montáže je lakovanie rámu a príprava otvorov na inštaláciu jednotky. Ale skôr ako začnete s inštaláciou čerpadla, mali by ste vypočítať jeho výkon. V opačnom prípade nemusí byť motor schopný naštartovať jednotku.

Po príprave všetkých komponentov sa čerpadlo pripojí k otvoru, z ktorého vyteká voda pod tlakom a jednotka je pripravená na prevádzku. Teraz sa pomocou druhého potrubia pripojí k vykurovaciemu systému.

Tento model je jedným z najjednoduchších. Ak však chcete regulovať teplotu chladiacej kvapaliny, nainštalujte blokovacie zariadenie. Môžu sa použiť aj elektronické monitorovacie zariadenia, ale treba mať na pamäti, že sú dosť drahé.

Zariadenie je pripojené k systému nasledovne. Najprv sa pripojí k otvoru, cez ktorý preteká voda. Je pod tlakom. Druhé potrubie slúži na priame pripojenie k vykurovaciemu systému. Na zmenu teploty chladiacej kvapaliny je za potrubím blokovacie zariadenie. Keď je zatvorený, teplota v systéme sa postupne zvyšuje.

Môžu sa použiť aj ďalšie uzly. Náklady na takéto vybavenie sú však dosť vysoké.

Pozrite si video, dizajn po výrobe:

Puzdro budúceho generátora môže byť zvárané. A ktorýkoľvek sústružník vám natočí diely podľa vašich výkresov. Zvyčajne má tvar valca, uzavretý na oboch stranách. Na bokoch tela sú priechodné otvory. Sú potrebné na pripojenie jednotky k vykurovaciemu systému. Vo vnútri krytu je umiestnená tryska.

Vonkajší kryt generátora je zvyčajne vyrobený z ocele. Potom sa v ňom vytvoria otvory pre skrutky a centrálny, ku ktorému sa následne privarí armatúra na prívod kvapaliny.

Na prvý pohľad sa zdá, že na montáži generátora tepla vlastnými rukami pomocou dreva nie je nič ťažké. Ale v skutočnosti táto úloha nie je taká jednoduchá. Samozrejme, ak sa neponáhľate a dobre si problém preštudujete, môžete si poradiť. Ale rozmerová presnosť obrábaných dielov je veľmi dôležitá. A výroba rotora si vyžaduje osobitnú pozornosť. V skutočnosti, ak je spracované nesprávne, jednotka začne pracovať s vysokou úrovňou vibrácií, čo negatívne ovplyvní všetky časti. No ložiská v takejto situácii trpia najviac. Veľmi rýchlo sa zlomia.

Iba správne zostavený generátor tepla bude fungovať efektívne. Navyše jeho účinnosť môže dosiahnuť 93%. Preto radia odborníci.

Na vykurovanie miestností alebo ohrev kvapalín sa často používajú klasické zariadenia - vykurovacie telesá, spaľovacie komory, vlákna atď. Ale spolu s nimi sa používajú zariadenia so zásadne odlišným typom účinku na chladiacu kvapalinu. Medzi takéto zariadenia patrí generátor kavitačného tepla, ktorého úlohou je vytvárať bubliny plynu, vďaka čomu sa uvoľňuje teplo.

Dizajn a princíp činnosti

Princípom činnosti generátora kavitačného tepla je vykurovací efekt v dôsledku premeny mechanickej energie na tepelnú energiu. Teraz sa pozrime bližšie na samotný fenomén kavitácie. Keď sa v kvapaline vytvorí pretlak, dochádza k turbulencii, pretože tlak kvapaliny je väčší ako tlak plynu v nej obsiahnutého, molekuly plynu sa uvoľňujú do samostatných inklúzií - kolaps bublín. V dôsledku tlakového rozdielu má voda tendenciu stláčať bublinu plynu, ktorá akumuluje na svojom povrchu veľké množstvo energie a teplota vo vnútri dosahuje asi 1000 - 1200ºC.

Keď sa kavitačné dutiny presunú do normálnej tlakovej zóny, bubliny sa zničia a energia z ich zničenia sa uvoľní do okolitého priestoru. Vďaka tomu sa uvoľňuje tepelná energia a kvapalina sa zahrieva vírivým prúdom. Prevádzka generátorov tepla je založená na tomto princípe, potom zvážte princíp fungovania najjednoduchšej verzie kavitačného ohrievača.

Najjednoduchší model

Pozrite sa na obrázok 1, tu je zariadenie najjednoduchšieho generátora kavitačného tepla, ktorý pozostáva z čerpania vody do miesta, kde sa potrubie zužuje. Keď prúd vody dosiahne trysku, tlak kvapaliny sa výrazne zvýši a začne sa vytvárať kavitačné bubliny. Pri opustení dýzy bubliny uvoľňujú tepelnú energiu a tlak po prejdení dýzy sa výrazne zníži. V praxi môže byť na zvýšenie účinnosti nainštalovaných viacero trysiek alebo rúrok.

Potapovov ideálny generátor tepla

Ideálnou možnosťou inštalácie je tepelný generátor Potapov, ktorý má otočný kotúč (1) inštalovaný oproti stacionárnemu (6). Studená voda sa privádza z potrubia umiestneného na dne (4) kavitačnej komory (3) a už ohriata voda sa vypúšťa z horného bodu (5) tej istej komory. Príklad takéhoto zariadenia je znázornený na obrázku 2 nižšie:

Ale zariadenie nebolo široko používané kvôli nedostatku praktického zdôvodnenia jeho prevádzky.

Druhy

Hlavnou úlohou generátora kavitačného tepla je tvorba plynových inklúzií a kvalita vykurovania bude závisieť od ich množstva a intenzity. V modernom priemysle existuje niekoľko typov takýchto generátorov tepla, ktoré sa líšia princípom tvorby bublín v kvapaline. Najbežnejšie sú tri typy:

• Rotačné generátory tepla– pracovný prvok sa otáča vďaka elektrickému pohonu a vytvára turbulenciu tekutiny;
• Rúrkový– zmeniť tlak v dôsledku systému potrubí, cez ktoré sa pohybuje voda;
• Ultrazvukové– heterogenita kvapaliny v takýchto generátoroch tepla vzniká v dôsledku nízkofrekvenčných zvukových vibrácií.

Okrem vyššie uvedených typov existuje laserová kavitácia, ale táto metóda ešte nenašla priemyselnú realizáciu. Teraz sa pozrime na každý typ podrobnejšie.

Rotačný generátor tepla

Pozostáva z elektromotora, ktorého hriadeľ je spojený s rotorovým mechanizmom určeným na vytváranie turbulencií v kvapaline. Zvláštnosťou konštrukcie rotora je utesnený stator, v ktorom dochádza k zahrievaniu. Samotný stator má vo vnútri valcovú dutinu - vírivú komoru, v ktorej sa otáča rotor. Rotor generátora kavitačného tepla je valec so sadou priehlbín na povrchu; keď sa valec otáča vo vnútri statora, tieto priehlbiny vytvárajú vo vode heterogenitu a spôsobujú kavitačné procesy.

Počet vybraní a ich geometrické parametre sa určujú v závislosti od modelu. Pre optimálne parametre ohrevu je vzdialenosť medzi rotorom a statorom asi 1,5 mm. Tento dizajn nie je jediný svojho druhu, počas dlhej histórie modernizácií a vylepšení prešiel pracovný prvok rotorového typu mnohými transformáciami.

Jedným z prvých efektívnych modelov kavitačných meničov bol Griggsov generátor, ktorý využíval kotúčový rotor so slepými otvormi na povrchu. Jeden z moderných analógov diskových kavitačných generátorov tepla je znázornený na obrázku 4 nižšie:

Napriek jednoduchosti konštrukcie sú jednotky rotačného typu pomerne zložité na použitie, pretože vyžadujú presnú kalibráciu, spoľahlivé tesnenia a dodržiavanie geometrických parametrov počas prevádzky, čo sťažuje ich prevádzku. Takéto generátory kavitačného tepla sa vyznačujú pomerne nízkou životnosťou - 2 - 4 roky v dôsledku kavitačnej erózie krytu a častí. Okrem toho vytvárajú pomerne veľkú hlukovú záťaž počas prevádzky rotujúceho prvku. Medzi výhody tohto modelu patrí vysoká produktivita - o 25% vyššia ako u klasických ohrievačov.

Rúrkový

Statický generátor tepla nemá žiadne rotujúce prvky. Proces vykurovania v nich nastáva v dôsledku pohybu vody cez potrubia, ktoré sa zužujú na dĺžku alebo v dôsledku inštalácie dýz Laval. Voda je k pracovnému prvku privádzaná hydrodynamickým čerpadlom, ktoré v zužujúcom sa priestore vytvára mechanickú silu tekutiny a pri prechode do širšej dutiny vznikajú kavitačné víry.

Na rozdiel od predchádzajúceho modelu rúrkové vykurovacie zariadenie nevydáva veľa hluku a neopotrebuje sa tak rýchlo. Pri inštalácii a prevádzke sa nemusíte starať o presné vyváženie a v prípade zničenia vykurovacích telies bude ich výmena a oprava stáť oveľa menej ako pri rotačných modeloch. Nevýhody rúrkových generátorov tepla zahŕňajú výrazne nižšiu produktivitu a objemné rozmery.

Ultrazvukové

Tento typ zariadenia má rezonančnú komoru naladenú na určitú frekvenciu zvukových vibrácií. Na jeho vstupe je nainštalovaná kremenná doska, ktorá pri použití elektrických signálov vytvára oscilácie. Chvenie dosky vytvára vlnový efekt vo vnútri kvapaliny, ktorý sa dostáva k stenám komory rezonátora a odráža sa. Pri spätnom pohybe sa vlny stretávajú s priamymi vibráciami a vytvárajú hydrodynamickú kavitáciu.

Ďalej sú bubliny odvádzané prúdom vody cez úzke prívodné potrubia tepelného zariadenia. Pri pohybe do širokého priestoru sa bubliny zrútia a uvoľnia tepelnú energiu. Ultrazvukové kavitačné generátory majú tiež dobré výkonové charakteristiky, pretože nemajú rotačné prvky.

Aplikácia

V priemysle av každodennom živote našli kavitačné generátory tepla uplatnenie v širokej škále oblastí činnosti. V závislosti od pridelených úloh sa používajú na:

• Kúrenie– vo vnútri zariadení sa mechanická energia premieňa na tepelnú energiu, vďaka ktorej sa ohrievaná kvapalina pohybuje vykurovacím systémom. Treba poznamenať, že generátory kavitačného tepla môžu vykurovať nielen priemyselné zariadenia, ale aj celé dediny.
• Ohrev tečúcej vody– kavitačná jednotka je schopná rýchlo ohrievať kvapalinu, vďaka čomu môže ľahko nahradiť plynový alebo elektrický ohrievač vody.
• Miešanie tekutín– v dôsledku riedenia vo vrstvách s tvorbou malých dutín umožňujú takéto jednotky dosiahnuť správnu kvalitu miešania kvapalín, ktoré sa prirodzene nespájajú v dôsledku rôznych hustôt.

Výhody a nevýhody

V porovnaní s inými generátormi tepla majú kavitačné jednotky množstvo výhod a nevýhod.

Medzi výhody takýchto zariadení patria:

• Oveľa efektívnejší mechanizmus na výrobu tepelnej energie;
• Spotrebuje podstatne menej zdrojov ako generátory paliva;
• Môže byť použitý na vykurovanie malých aj veľkých spotrebiteľov;
• Úplne šetrné k životnému prostrediu - počas prevádzky nevypúšťa škodlivé látky do životného prostredia.

Nevýhody kavitačných generátorov tepla zahŕňajú:

• Pomerne veľké rozmery - elektrické a palivové modely majú oveľa menšie rozmery, čo je dôležité pri inštalácii v už používanej miestnosti;
• Veľký hluk v dôsledku prevádzky vodného čerpadla a samotného kavitačného prvku, čo sťažuje inštaláciu v domácich priestoroch;
• Neefektívny pomer výkonu a výkonu pre miestnosti s malou rozlohou (do 60 m2 je výhodnejšie použiť plyn, kvapalné palivo alebo ekvivalentný elektrický výkon s vykurovacím telesom).\

DIY CTG

Najjednoduchšou možnosťou pre realizáciu doma je kavitačný generátor rúrkového typu s jednou alebo viacerými tryskami na ohrev vody. Preto sa pozrime na príklad výroby práve takéhoto zariadenia; na to budete potrebovať:

• Čerpadlo – na vykurovanie si určite vyberte také tepelné čerpadlo, ktoré sa nebojí neustáleho vystavenia vysokým teplotám. Mal by poskytovať pracovný výstupný tlak 4 - 12 atm.
• 2 tlakomery a objímky na ich inštaláciu - umiestnené na oboch stranách trysky na meranie tlaku na vstupe a výstupe kavitačného prvku.
• Teplomer na meranie množstva ohrevu chladiacej kvapaliny v systéme.
• Ventil na odstránenie prebytočného vzduchu z generátora kavitačného tepla. Inštaluje sa v najvyššom bode systému.
• Tryska - musí mať priemer vŕtania 9 až 16 mm, jej zmenšovanie sa neodporúča, pretože už v čerpadle môže vzniknúť kavitácia, čo výrazne zníži jeho životnosť. Tvar dýzy môže byť valcový, kužeľový alebo oválny, z praktického hľadiska vám bude vyhovovať akýkoľvek.
• Rúry a spojovacie prvky (vykurovacie radiátory, ak nie sú k dispozícii) sa vyberajú v súlade s danou úlohou, ale najjednoduchšou možnosťou sú plastové rúrky na spájkovanie.
• Automatické zapínanie/vypínanie generátora kavitačného tepla - spravidla je viazané na teplotný režim, nastavený na vypnutie pri cca 80ºC a zapnutie pri poklese pod 60ºC. Prevádzkový režim generátora kavitačného tepla si však môžete zvoliť sami.

Pred pripojením všetkých prvkov je vhodné nakresliť schému ich umiestnenia na papier, steny alebo na podlahu. Miesta musia byť umiestnené mimo dosahu horľavých prvkov alebo musia byť tieto odstránené v bezpečnej vzdialenosti od vykurovacieho systému.

Zostavte všetky prvky, ako je znázornené na obrázku, a skontrolujte tesnosť bez zapnutia generátora. Potom vyskúšajte generátor kavitačného tepla v prevádzkovom režime, za normálny nárast teploty kvapaliny sa považuje 3-5ºC za jednu minútu.

Nie všetky priemyselné zariadenia majú možnosť vykurovať priestory klasickými generátormi tepla na spaľovanie plynného, ​​kvapalného alebo tuhého paliva a použitie ohrievača s vykurovacími telesami je nepraktické alebo nebezpečné. V takýchto situáciách prichádza na záchranu vírivý generátor tepla, ktorý využíva kavitačné procesy na ohrev pracovnej tekutiny. Základné princípy fungovania týchto zariadení boli objavené už v 30-tych rokoch minulého storočia a aktívne sa rozvíjali od 50-tych rokov. K zavedeniu ohrevu kvapalín do výrobného procesu v dôsledku vírivých efektov však došlo až v 90. rokoch, keď sa otázka šetrenia energetických zdrojov stala najakútnejšou.

Dizajn a princíp činnosti

Spočiatku sa vďaka vírivým prúdom naučili ohrievať vzduch a iné zmesi plynov. V tej chvíli nebolo možné ohrievať vodu týmto spôsobom pre nedostatok kompresných vlastností. Prvé pokusy v tomto smere urobil Merkulov, ktorý navrhol naplniť potrubie Ranque vodou namiesto vzduchu. Uvoľňovanie tepla sa ukázalo ako vedľajší efekt vírivého pohybu kvapaliny a dlho tento proces ani nemal opodstatnenie.

Dnes je známe, že keď sa kvapalina pohybuje špeciálnou komorou, nadmerný tlak spôsobí, že molekuly vody vytlačia molekuly plynu, ktoré sa hromadia do bublín. Vzhľadom na percentuálnu výhodu vody majú jej molekuly tendenciu rozdrviť plynové inklúzie a povrchový tlak v nich sa zvyšuje. S ďalším prílevom molekúl plynu sa teplota vo vnútri inklúzií zvyšuje a dosahuje 800 – 1000ºС. A po dosiahnutí zóny s nižším tlakom nastáva proces kavitácie (kolapsu) bublín, pri ktorom sa nahromadená tepelná energia uvoľňuje do okolitého priestoru.

V závislosti od spôsobu tvorby kavitačných bublín vo vnútri kvapaliny sú všetky vírivé generátory tepla rozdelené do troch kategórií:

• Pasívne tangenciálne systémy;
• Pasívne axiálne systémy;
• Aktívne zariadenia.

Teraz sa pozrime na každú z kategórií podrobnejšie.

Pasívne tangenciálne VTG

Ide o vírivé generátory tepla, v ktorých má termogeneračná komora statický dizajn. Štrukturálne sú takéto vírové generátory komorou s niekoľkými rúrkami, cez ktoré sa dodáva a odstraňuje chladivo. Nadmerný tlak v nich vzniká prečerpávaním kvapaliny kompresorom, tvar komory a jej obsah je rovné alebo skrútené potrubie. Príklad takéhoto zariadenia je znázornený na obrázku nižšie.

Obrázok 1: Schéma zapojenia pasívneho tangenciálneho generátora

Keď sa kvapalina pohybuje cez prívodné potrubie, dochádza k brzdeniu na vstupe do komory v dôsledku brzdového zariadenia, čo spôsobuje, že sa v zóne objemovej expanzie objaví riedky priestor. Potom sa bubliny zrútia a voda sa zohreje. Na získanie vírivej energie v pasívnych vírivých generátoroch tepla je nainštalovaných niekoľko vstupov/výstupov z komory, trysky, variabilný geometrický tvar a ďalšie techniky na vytvorenie premenlivého tlaku.

Pasívne axiálne generátory tepla

Rovnako ako predchádzajúci typ, pasívne axiálne nemajú pohyblivé prvky na vytváranie turbulencií. Vírivé generátory tepla tohto typu ohrievajú chladivo inštaláciou membrány s valcovými, špirálovými alebo kužeľovými otvormi, dýzy, matrice a škrtiacej klapky v komore, ktorá pôsobí ako obmedzovacie zariadenie. V niektorých modeloch je nainštalovaných niekoľko vykurovacích telies s rôznymi charakteristikami priechodných otvorov, aby sa zvýšila ich účinnosť.

Pozrite sa na obrázok; tu je princíp činnosti jednoduchého axiálneho generátora tepla. Táto tepelná inštalácia pozostáva z vykurovacej komory, prívodného potrubia privádzajúceho studený prúd kvapaliny, tvarovača prúdenia (nie je súčasťou všetkých modelov), obmedzovacieho zariadenia a výstupného potrubia s horúcim prúdom vody.

Aktívne generátory tepla

Ohrievanie kvapaliny v takýchto vírových generátoroch tepla sa uskutočňuje v dôsledku činnosti aktívneho pohyblivého prvku, ktorý interaguje s chladivom. Sú vybavené komorami kavitačného typu s diskovými alebo bubnovými aktivátormi. Jedná sa o rotačné generátory tepla, z ktorých jedným z najznámejších je tepelný generátor Potapov. Najjednoduchšia schéma aktívneho generátora tepla je znázornená na obrázku nižšie.

Keď sa aktivátor otáča, vytvárajú sa bubliny v dôsledku otvorov na povrchu aktivátora a otvorov v rôznych smeroch s nimi na protiľahlej stene komory. Tento dizajn je považovaný za najefektívnejší, ale aj dosť náročný pri výbere geometrických parametrov prvkov. Preto veľká väčšina vírových generátorov tepla má perforáciu iba na aktivátore.

Účel

Na úsvite uvedenia kavitačného generátora do prevádzky sa používal iba na určený účel - na prenos tepelnej energie. V súčasnosti, v súvislosti s rozvojom a zlepšovaním tejto oblasti, sa vírivé generátory tepla používajú na:

• Vykurovanie priestorov v domácich aj priemyselných priestoroch;
• Ohrievacia kvapalina pre technologické operácie;
• Ako prietokové ohrievače vody, avšak s vyššou účinnosťou ako klasické kotly;
• Na pasterizáciu a homogenizáciu potravinárskych a farmaceutických zmesí pri nastavenej teplote (táto zabezpečuje odstránenie vírusov a baktérií z kvapaliny bez tepelného spracovania);
• Príjem studeného prúdu (v takýchto modeloch je horúca voda vedľajším účinkom);
• Miešanie a oddeľovanie ropných produktov, pridávanie chemických prvkov do výslednej zmesi;
• Generovanie pary.

S ďalším zlepšovaním vírivých generátorov tepla sa rozsah ich použitia rozšíri. Navyše tento typ vykurovacieho zariadenia má množstvo predpokladov na vytlačenie stále konkurenčných technológií minulosti.

Výhody a nevýhody

V porovnaní s identickými technológiami určenými na vykurovanie miestností alebo ohrev kvapalín majú vírivé generátory tepla množstvo významných výhod:

• Šetrnosť k životnému prostrediu– v porovnaní s generátormi tepla na plyn, tuhé palivo a naftu neznečisťujú životné prostredie;
• Požiarna a výbušná bezpečnosť– vírové modely v porovnaní s plynovými generátormi tepla a zariadeniami využívajúcimi ropné produkty nepredstavujú takú hrozbu;
• Variabilita— vírivý generátor tepla môže byť inštalovaný v existujúcich systémoch bez potreby inštalácie nových potrubí;
• ekonomika– v určitých situáciách sú oveľa výnosnejšie ako klasické generátory tepla, pretože poskytujú rovnaký tepelný výkon, pokiaľ ide o spotrebovaný elektrický výkon;
• Nie je potrebné organizovať chladiaci systém;
• Nevyžaduje organizáciu odstraňovania produktov spaľovania, nevypúšťajú oxid uhoľnatý a neznečisťujú ovzdušie pracovného priestoru alebo obytného priestoru;
• Poskytujte pomerne vysokú účinnosť– asi 91 – 92 % pri relatívne nízkom výkone elektromotora alebo čerpadla;
• Vodný kameň sa pri zahrievaní kvapaliny nevytvára, čo výrazne znižuje pravdepodobnosť poškodenia v dôsledku korózie a zanášania vápennými usadeninami;

Ale okrem výhod majú vírivé generátory tepla aj množstvo nevýhod:

• Vytvára silné hlukové zaťaženie na mieste inštalácie, čo značne obmedzuje ich použitie priamo v spálňach, halách, kanceláriách a podobných miestach;
• Vyznačuje sa veľkými rozmermi, v porovnaní s klasickými kvapalinovými ohrievačmi;
• Vyžaduje jemné doladenie procesu kavitácie, pretože bubliny narážajú na steny potrubia a pracovné prvky čerpadla vedú k ich rýchlemu opotrebovaniu;
• Dosť drahá oprava keď zlyhajú prvky vírivého generátora tepla.

Kritériá výberu

Pri výbere vírivého generátora tepla je dôležité určiť aktuálne parametre zariadenia, ktoré sú najvhodnejšie na riešenie úlohy. Tieto parametre zahŕňajú:

• Spotreba energie– určuje množstvo elektriny spotrebovanej zo siete potrebné na prevádzku zariadenia.
• Konverzný faktor– určuje pomer spotrebovanej energie v kW a uvoľnenej ako tepelná energia v kW.
• Prietok– určuje rýchlosť pohybu tekutiny a možnosť jej regulácie (umožňuje regulovať výmenu tepla vo vykurovacích systémoch alebo tlak v ohrievači vody).
• Typ vírivej komory– určuje spôsob získavania tepelnej energie, účinnosť procesu a náklady na to potrebné.
• rozmery– dôležitý faktor ovplyvňujúci možnosť inštalácie generátora tepla na akomkoľvek mieste.
• Počet cirkulačných okruhov– niektoré modely majú okrem vykurovacieho okruhu aj okruh vypúšťania studenej vody.

Parametre niektorých vírivých generátorov tepla sú uvedené v tabuľke nižšie:

Tabuľka: charakteristiky niektorých modelov vírových generátorov

Dôležitým faktorom je aj cena vírového generátora tepla, ktorá je stanovená výrobcom a môže závisieť od jeho konštrukčných vlastností a prevádzkových parametrov.

DIY VTG

Na výrobu vírivého generátora tepla doma budete potrebovať: elektrický motor, plochú uzavretú komoru s rotujúcim diskom, čerpadlo, uhlovú brúsku, zváranie (na kovové rúry), spájkovačku (na plastové rúry) , elektrická vŕtačka, rúrky a armatúry k nim, rám alebo stojan na umiestnenie zariadenia. Montáž zahŕňa nasledujúce kroky:

Takýto vírivý generátor tepla môže byť pripojený k existujúcemu systému zásobovania teplom a môžu byť preň inštalované samostatné vykurovacie telesá.

Video k téme

Potapovov generátor tepla nie je širokej verejnosti známy a z vedeckého hľadiska ešte nie je dostatočne preskúmaný. Jurij Semenovič Potapov sa prvýkrát odvážil pokúsiť sa zrealizovať myšlienku, ktorá prišla na myseľ koncom osemdesiatych rokov minulého storočia. Výskum sa uskutočnil v meste Kišiňov. Výskumník sa nemýlil a výsledky pokusov prekonali všetky jeho očakávania.

Hotový generátor tepla bol patentovaný a uvedený do všeobecného používania až začiatkom februára 2000.

Všetky existujúce názory týkajúce sa generátora tepla vytvoreného Potapovom sa značne líšia. Niektorí ho považujú za takmer celosvetový vynález, pripisujú mu veľmi vysokú prevádzkovú účinnosť - až 150%, v niektorých prípadoch až 200% úsporu energie. Predpokladá sa, že na Zemi bol prakticky vytvorený nevyčerpateľný zdroj energie bez škodlivých následkov pre životné prostredie. Iní tvrdia opak - hovoria, že to všetko je šarlatánstvo a generátor tepla v skutočnosti vyžaduje ešte viac zdrojov ako pri použití jeho štandardných analógov.

Podľa niektorých zdrojov je Potapovov vývoj zakázaný v Rusku, na Ukrajine a v Moldavsku. Podľa iných zdrojov v súčasnosti u nás vyrába termogenerátory tohto typu niekoľko desiatok tovární a predávajú sa po celom svete, sú dlhodobo žiadané a získavajú ceny na rôznych technických výstavách.

Opisné charakteristiky konštrukcie generátora tepla

Môžete si predstaviť, ako vyzerá Potapovov generátor tepla, pozorným preštudovaním schémy jeho štruktúry. Navyše sa skladá z pomerne štandardných častí a to, o čom hovoríme, nebude ťažké pochopiť.

Centrálnou a najzákladnejšou časťou tepelného generátora Potapov je teda jeho telo. Zaberá centrálnu polohu v celej konštrukcii a má valcový tvar, je inštalovaný vertikálne. K spodnej časti tela, jeho základu, je na konci pripevnený cyklón, ktorý v ňom vytvára vírové prúdy a zvyšuje rýchlosť pohybu tekutiny. Keďže inštalácia je založená na vysokorýchlostných javoch, jej návrh musel obsahovať prvky, ktoré celý proces spomaľujú pre pohodlnejšie ovládanie.

Na takéto účely je k telu na opačnej strane cyklónu pripevnené špeciálne brzdové zariadenie. Má tiež valcový tvar s osou inštalovanou v strede. Niekoľko rebier, nie viac ako dve, je pripevnených k osi pozdĺž polomerov. Za brzdovým zariadením je dno vybavené výpustom kvapaliny. Ďalej po línii sa otvor premení na potrubie.

Toto sú hlavné prvky generátora tepla, všetky sú umiestnené vo vertikálnej rovine a sú pevne spojené. Okrem toho je výstupné potrubie kvapaliny vybavené obtokovým potrubím. Sú pevne pripevnené a zabezpečujú kontakt medzi dvoma koncami reťazca hlavných prvkov: to znamená, že potrubie v hornej časti je spojené s cyklónom v spodnej časti. Prídavné malé brzdové zariadenie je umiestnené na križovatke obtokového potrubia s cyklónom. Vstrekovacie potrubie je pripevnené ku koncovej časti cyklónu v pravom uhle k osi hlavného reťazca prvkov zariadenia.

Vstrekovacie potrubie je zabezpečené konštrukciou zariadenia za účelom prepojenia čerpadla s cyklónom, vstupným a výstupným potrubím pre kvapalinu.

Prototyp tepelného generátora Potapov

Jurij Semenovič Potapov bol inšpirovaný vírovou trubicou Ranque k vytvoreniu generátora tepla. Ranqueova trubica bola vynájdená na oddelenie hmôt horúceho a studeného vzduchu. Neskôr začali dávať vodu do potrubia Ranka, aby dosiahli podobný výsledok. Vírivé prúdy vznikli v takzvanej kochlei - konštrukčnej časti zariadenia. Počas používania fajky Ranque bolo zaznamenané, že voda po prechode slimačím roztiahnutím zariadenia zmenila svoju teplotu v kladnom smere.

Potapov upozornil na tento nezvyčajný jav, z vedeckého hľadiska nie celkom podložený, a použil ho na vynájdenie generátora tepla s jediným nepatrným rozdielom vo výsledku. Po prechode vody vírom sa jej prúdy prudko nerozdelili na horúce a studené, ako sa to stalo pri vzduchu v potrubí Ranka, ale na teplé a horúce. V dôsledku niektorých meracích štúdií nového vývoja Jurij Semenovič Potapov zistil, že energeticky najnáročnejšia časť celého zariadenia - elektrické čerpadlo - spotrebuje oveľa menej energie, ako sa vytvorí v dôsledku práce. Toto je princíp účinnosti, na ktorom je založený generátor tepla.

Fyzikálne javy, na základe ktorých funguje generátor tepla

Vo všeobecnosti nie je v spôsobe prevádzky Potapovovho tepelného generátora nič zložité ani nezvyčajné.

Princíp činnosti tohto vynálezu je založený na procese kavitácie, preto sa nazýva aj vírivý generátor tepla. Kavitácia je založená na tvorbe vzduchových bublín vo vodnom stĺpci, spôsobených silou vírovej energie prúdu vody. Vznik bublín je vždy sprevádzaný špecifickým zvukom a vznikom určitej energie v dôsledku ich dopadov pri vysokej rýchlosti. Bubliny sú dutiny vo vode naplnené parami z vody, v ktorej sa sami vytvorili. Kvapalina vyvíja konštantný tlak na bublinu, preto má tendenciu pohybovať sa z oblasti vysokého tlaku do oblasti s nízkym tlakom, aby prežila. Výsledkom je, že nemôže odolať tlaku a prudko sa stiahne alebo „praskne“, pričom vyžaruje energiu a vytvorí vlnu.

Uvoľnená „výbušná“ energia veľkého množstva bublín je taká silná, že dokáže zničiť pôsobivé kovové konštrukcie. Práve táto energia slúži ako dodatočná energia pri vykurovaní. Tepelný generátor je vybavený úplne uzavretým okruhom, v ktorom sa tvoria veľmi malé bublinky, ktoré praskajú vo vodnom stĺpci. Nemajú takú deštruktívnu silu, ale poskytujú zvýšenie tepelnej energie až o 80%. Obvod udržuje napätie striedavého prúdu do 220V, pričom zachováva integritu elektrónov dôležitých pre proces.

Ako už bolo uvedené, na prevádzku tepelného zariadenia je potrebné vytvorenie „vodného víru“. Za to je zodpovedné čerpadlo zabudované vo vykurovacej jednotke, ktoré vytvára požadovanú úroveň tlaku a silou ho nasmeruje do pracovnej nádoby. Keď vo vode dochádza k turbulencii, dochádza k určitým zmenám s mechanickou energiou v hrúbke kvapaliny. V dôsledku toho sa začína vytvárať rovnaký teplotný režim. Dodatočná energia vzniká podľa Einsteina prechodom určitej hmoty na potrebné teplo, celý proces sprevádza studená jadrová fúzia.

Princíp činnosti tepelného generátora Potapov

Aby sme úplne porozumeli všetkým jemnostiam v povahe prevádzky zariadenia, ako je generátor tepla, mali by sa postupne zvážiť všetky fázy procesu ohrevu kvapaliny.

V systéme generátora tepla čerpadlo vytvára tlak 4 až 6 atm. Pod vytvoreným tlakom prúdi voda pod tlakom do vstrekovacieho potrubia pripojeného k prírube bežiaceho odstredivého čerpadla. Prúd tekutiny sa rýchlo rúti do dutiny slimáka, podobne ako slimák v Ranqueho trubici. Kvapalina, ako pri experimente so vzduchom, sa začne rýchlo otáčať pozdĺž zakriveného kanála, aby sa dosiahol kavitačný efekt.

Ďalším prvkom, ktorý obsahuje generátor tepla a kam vstupuje kvapalina, je vírivá trubica, v tomto okamihu už voda dosiahla rovnaký charakter a rýchlo sa pohybuje. V súlade s vývojom Potapova je dĺžka vírivej trubice niekoľkonásobne väčšia ako jej šírka. Opačný okraj vírivej trubice je už horúci a kvapalina smeruje tam.

Aby dosiahol požadovaný bod, pohybuje sa po špirálovej špirále. Skrutkovitá špirála sa nachádza v blízkosti stien vírivej trubice. Po chvíli kvapalina dosiahne svoje miesto určenia - horúce miesto vírivej trubice. Táto akcia dokončí pohyb kvapaliny cez hlavné telo zariadenia. Ďalej je konštrukčne poskytnuté hlavné brzdové zariadenie. Toto zariadenie je navrhnuté tak, aby čiastočne odstránilo horúcu kvapalinu z jej získaného stavu, to znamená, že prietok je trochu vyrovnaný vďaka radiálnym doskám namontovaným na objímke. Puzdro má vnútornú prázdnu dutinu, ktorá je pripojená k malému brzdiacemu zariadeniu sledujúcemu cyklón v konštrukcii generátora tepla.

Pozdĺž stien brzdového zariadenia sa horúca kvapalina pohybuje bližšie a bližšie k výstupu zariadenia. Medzitým prúdi vírivý prúd odoberanej studenej tekutiny cez vnútornú dutinu puzdra hlavného brzdového zariadenia smerom k prúdu horúcej tekutiny.

Kontaktný čas dvoch tokov cez steny objímky je dostatočný na zahriatie studenej kvapaliny. A teraz je teplý prúd nasmerovaný na výstup cez malé brzdové zariadenie. Dodatočné zahrievanie teplého prúdu sa vykonáva počas jeho prechodu cez brzdové zariadenie pod vplyvom fenoménu kavitácie. Dobre zahriata kvapalina je pripravená opustiť malé brzdové zariadenie cez obtok a prejsť cez hlavné výstupné potrubie spájajúce dva konce hlavného okruhu prvkov tepelného zariadenia.

Horúca chladiaca kvapalina je tiež nasmerovaná na výstup, ale v opačnom smere. Pripomeňme si, že k hornej časti brzdového zariadenia je pripevnené dno, v strednej časti dna je otvor s priemerom rovným priemeru vírivej trubice.

Vírivá trubica je zasa spojená otvorom na dne. V dôsledku toho horúca kvapalina končí svoj pohyb cez vírivú trubicu prechodom do spodného otvoru. Horúca kvapalina potom vstupuje do hlavného výstupného potrubia, kde sa mieša s teplým prúdom. Tým sa dokončí pohyb kvapalín cez systém tepelného generátora Potapov. Na výstupe z ohrievača voda prichádza z hornej časti výstupného potrubia - horúca a zo spodnej časti - teplá, v ktorej je zmiešaná, pripravená na použitie. Horúcu vodu možno použiť buď v zásobovaní vodou pre potreby domácnosti, alebo ako chladivo vo vykurovacom systéme. Všetky fázy prevádzky generátora tepla prebiehajú v prítomnosti éteru.

Vlastnosti použitia tepelného generátora Potapov na vykurovanie priestorov

Ako viete, ohriata voda v termogenerátore Potapov môže byť použitá na rôzne účely v domácnosti. Použitie generátora tepla ako konštrukčnej jednotky vykurovacieho systému môže byť celkom výhodné a pohodlné. Na základe uvedených ekonomických parametrov inštalácie sa z hľadiska úspor nemôže porovnávať žiadne iné zariadenie.

Takže pri použití tepelného generátora Potapov na ohrev chladiacej kvapaliny a jej uvedenie do systému je poskytnuté nasledujúce poradie: už použitá kvapalina s nižšou teplotou z primárneho okruhu opäť vstupuje do odstredivého čerpadla. Odstredivé čerpadlo zase posiela teplú vodu potrubím priamo do vykurovacieho systému.

Výhody generátorov tepla pri použití na vykurovanie

Najviditeľnejšou výhodou generátorov tepla je pomerne jednoduchá údržba, a to aj napriek možnosti bezplatnej inštalácie bez potreby špeciálneho povolenia od zamestnancov elektrickej siete. Stačí raz za šesť mesiacov skontrolovať trecie časti zariadenia - ložiská a tesnenia. Zároveň je podľa dodávateľov priemerná garantovaná životnosť až 15 a viac rokov.

Potapovov generátor tepla je úplne bezpečný a neškodný pre životné prostredie a ľudí, ktorí ho používajú. Šetrnosť k životnému prostrediu je odôvodnená skutočnosťou, že počas prevádzky generátora kavitačného tepla sú vylúčené emisie škodlivých produktov do ovzdušia zo spracovania zemného plynu, pevných palivových materiálov a motorovej nafty. Jednoducho sa nepoužívajú.

Dielo je napájané elektrickou sieťou. Možnosť požiaru v dôsledku nedostatočného kontaktu s otvoreným plameňom je vylúčená. Dodatočnú bezpečnosť poskytuje prístrojová doska zariadenia, ktorá poskytuje úplnú kontrolu nad všetkými procesmi zmien teploty a tlaku v systéme.

Ekonomická efektívnosť pri vykurovaní miestnosti pomocou generátorov tepla je vyjadrená niekoľkými výhodami. Po prvé, nie je potrebné sa obávať o kvalitu vody, keď hrá úlohu chladiacej kvapaliny. Netreba si myslieť, že to poškodí celý systém len pre jeho nekvality. Po druhé, nie sú potrebné finančné investície do usporiadania, kladenia a údržby vykurovacích trás. Po tretie, ohrev vody pomocou fyzikálnych zákonov a využitia kavitácie a vírových prúdov úplne eliminuje výskyt vápenatých kameňov na vnútorných stenách inštalácie. Po štvrté, odpadá míňanie peňazí na dopravu, skladovanie a nákup predtým potrebných palivových materiálov (prírodné uhlie, tuhé palivá, ropné produkty).

Nepopierateľnou výhodou generátorov tepla pre domáce použitie je ich výnimočná všestrannosť. Rozsah použitia generátorov tepla v každodennom živote je veľmi široký:

• v dôsledku prechodu systémom sa voda transformuje, štruktúruje a patogénne mikróby za takýchto podmienok zomierajú;
• Rastliny môžete zalievať vodou z generátora tepla, čo podporí ich rýchly rast;
• generátor tepla je schopný ohriať vodu na teplotu nad bodom varu;
• generátor tepla môže pracovať v spojení s existujúcimi systémami alebo môže byť zabudovaný do nového vykurovacieho systému;
• generátor tepla už dlho používajú ľudia, ktorí si ho uvedomujú ako hlavný prvok vykurovacieho systému v domácnostiach;
• generátor tepla ľahko a lacno pripravuje teplú vodu na použitie v domácnostiach;
• Tepelný generátor môže ohrievať kvapaliny používané na rôzne účely.

Úplne neočakávanou výhodou je, že generátor tepla možno použiť dokonca aj na rafináciu ropy. Vzhľadom na jedinečnosť vývoja je vortexové zariadenie schopné skvapalňovať vzorky ťažkého oleja a vykonávať prípravné opatrenia pred prepravou do ropných rafinérií. Všetky tieto procesy sa vykonávajú s minimálnymi nákladmi.

Treba poznamenať, že generátory tepla sú schopné úplne autonómnej prevádzky. To znamená, že režim intenzity jeho prevádzky je možné nastaviť nezávisle. Okrem toho sa všetky konštrukcie tepelného generátora Potapov veľmi jednoducho inštalujú. Nie je potrebné zapájať servisných pracovníkov, všetky inštalačné operácie je možné vykonať nezávisle.

Samoinštalácia tepelného generátora Potapov

Na inštaláciu vírového tepelného generátora Potapov vlastnými rukami ako hlavného prvku vykurovacieho systému potrebujete pomerne málo nástrojov a materiálov. To za predpokladu, že zapojenie samotného vykurovacieho systému je už pripravené, to znamená, že registre sú zavesené pod oknami a navzájom spojené potrubím. Zostáva len pripojiť zariadenie, ktoré dodáva horúcu chladiacu kvapalinu. Potrebujete pripraviť:

• svorky - pre tesné spojenie medzi potrubím systému a potrubím generátora tepla budú typy pripojení závisieť od použitých materiálov potrubia;
• nástroje na zváranie za studena alebo za tepla - pri použití rúr na oboch stranách;
• tmel na utesnenie škár;
• kliešte na uťahovanie svoriek.

Pri inštalácii generátora tepla je zabezpečené diagonálne vedenie potrubia, to znamená, že v smere jazdy bude horúca chladiaca kvapalina privádzaná do hornej odbočnej rúrky batérie, prechádzať cez ňu a chladiaca kvapalina bude vychádzať z opačného smeru. spodná odbočná rúrka.

Bezprostredne pred inštaláciou generátora tepla sa musíte uistiť, že všetky jeho prvky sú neporušené a v dobrom prevádzkovom stave. Potom pomocou zvolenej metódy musíte pripojiť vodovodné potrubie k prívodnému potrubiu do systému. Urobte to isté s výstupnými rúrkami - pripojte zodpovedajúce. Potom by ste sa mali postarať o pripojenie potrebných ovládacích zariadení k vykurovaciemu systému:

• poistný ventil na udržanie normálneho tlaku v systéme;
• obehové čerpadlo na nútený pohyb tekutiny cez systém.

Potom sa generátor tepla pripojí k zdroju 220 V a systém sa naplní vodou s otvorenými vzduchovými ventilmi.