Как своими силами сделать вихревой теплогенератор. Вихревой теплогенератор – новый источник тепла в доме Генератор потапова с самозапиткой своими руками схема

Вихревой тепловой генератор считается перспективной и инновационной разработкой. А между тем, технология не нова, так как уже почти 100 лет назад ученые думали над тем, как применить явление кавитации.

Первая действующая опытная установка, так-называемая «вихревая труба», была изготовлена и запатентована французским инженером Джозефом Ранком в 1934 году.

Ранк первым заметил, что температура воздуха на входе в циклон (воздухоочиститель) отличается от температуры той же воздушной струи на выходе. Впрочем, на начальных этапах стендовых испытаний, вихревую трубу проверяли не на эффективность нагрева, а наоборот, на эффективность охлаждения воздушной струи.

Технология получила новое развитие в 60- х годах двадцатого века, когда советские ученые догадались усовершенствовать трубу Ранка, запустив в нее вместо воздушной струи жидкость.

За счет большей, в сравнении воздухом, плотности жидкой среды, температура жидкости, при прохождении через вихревую трубу, менялась более интенсивно. В итоге, опытным путем было установлено, что жидкая среда, проходя через усовершенствованную трубу Ранка, аномально быстро разогревалась с коэффициентом преобразования энергии в 100%!

К сожалению, необходимости в дешёвых источниках тепловой энергии на тот момент не было, и технология не нашла практического применения. Первые действующие кавитационные установки, предназначенные для нагрева жидкой среды, появились только в середине 90-х годов двадцатого века.

Череда энергетических кризисов и, как следствие, увеличивающийся интерес к альтернативным источникам энергии послужили причиной для возобновления работ над эффективными преобразователями энергии движения водяной струи в тепло. В результате, сегодня можно купить установку необходимой мощности и использовать ее в большинстве отопительных систем.

Принцип действия

Кавитация позволяет не давать воде тепло, а извлекать тепло из движущейся воды, при этом нагревая ее до значительных температур.

Устройство действующих образцов вихревых теплогенераторов внешне несложное. Мы можем видеть массивный двигатель, к которому подключена цилиндрическое приспособление «улитка».

«Улитка» — это доработанная версия трубы Ранка. Благодаря характерной форме, интенсивность кавитационных процессов в полости «улитки» значительно выше в сравнении с вихревой трубой.

В полости «улитки» располагается дисковый активатор — диск с особой перфорацией. При вращении диска, жидкая среда в «улитке» приводится в действие, за счет чего происходят кавитационные процессы:

• Электродвигатель крутит дисковый активатор
  . Дисковый активатор — это самый важный элемент в конструкции теплогенератора, и он, посредством прямого вала или посредством ременной передачи, подсоединён к электродвигателю. При включении устройства в рабочий режим, двигатель передает крутящий момент на активатор;
• Активатор раскручивает жидкую среду
  . Активатор устроен таким образом, что жидкая среда, попадая в полость диска, закручивается и приобретает кинетическую энергию;
• Преобразование механической энергии в тепловую
  . Выходя из активатора, жидкая среда теряет ускорение и, в результате резкого торможения, возникает эффект кавитации. В результате, кинетическая энергия нагревает жидкую среду до + 95 °С, и механическая энергия становится тепловой.

Установка насоса

Теперь надо будет подобрать водяной насос. Сейчас в специализированных магазинах можно приобрести агрегат любой модификации и мощности

На что надо обратить внимание?

1. Насос должен быть центробежным.
2. Ваш двигатель сможет его раскрутить.

Установите на раме насос, если надо будет сделать еще поперечины, то изготовьте их либо из уголка, либо из полосового железа такой же толщины, как и уголок. Соединительную муфту вряд ли возможно сделать без токарного станка. Поэтому придется ее где-то заказывать.

Схема гидровихревого теплогенератора.

Вихревой теплогенератор Потапова состоит из корпуса, сделанного в виде закрытого цилиндра. На его концах должны быть сквозные отверстия и патрубки для присоединения к системе отопления. Секрет конструкции находится внутри цилиндра. За входным отверстием должен располагаться жиклер. Его отверстие подбирается для данного устройства индивидуально, но желательно, чтобы оно было в два раза меньше четвертой части диаметра корпуса трубы. Если делать меньше, то насос не сможет пропускать воду через это отверстие и начнет сам нагреваться. Кроме того, начнут интенсивно за счет явления кавитации разрушаться внутренние детали.

Инструменты: угловая шлифовальная машинка или ножовка по металлу, сварочный аппарат, электродрель, разводной ключ.

Материалы: толстая металлическая труба, электроды, сверла, 2 патрубка с резьбой, соединительные муфты.

1. Отрежьте кусок толстой трубы диаметром 100 мм и длиной 500-600 мм. Сделайте на ней внешнюю проточку примерно 20-25 мм и в половину толщины трубы. Нарежьте резьбу.
2. Сделайте из такого же диаметра трубы два кольца длиной 50 мм. Нарежьте внутреннюю резьбу с одной стороны каждого полукольца.
3. Из такой же толщины плоского металла, что и труба, сделайте крышки и приварите их с той стороны колец, где нет резьбы.
4. Сделайте в крышках центральное отверстие: у одной по диаметру жиклера, а у другой по диаметру патрубка. С внутренней стороны крышки, где стоит жиклер, сверлом большего диаметра сделайте фаску. В результате должна получиться форсунка.
5. Подключите теплогенератор к системе. Патрубок, где стоит форсунка, присоедините к насосу в отверстие, из которого вода подается под давлением. Ко второму патрубку подсоедините вход системы отопления. Выход из системы соедините с входом насоса.

Вода под давлением, которое создаст насос, будет проходить через форсунку вихревого теплогенератора, который вы делаете своими руками. В камере она начнет нагреваться за счет интенсивного перемешивания. Потом ее подадите в систему для обогрева. Чтобы регулировать температуру, поставьте за патрубком шаровое запирающее устройство. Прикройте его, и вихревой теплогенератор будет дольше гонять воду внутри корпуса, а значит, температура в нем начнет подниматься. Примерно так работает этот нагреватель.

Принцип работы индукционного нагрева

В работе индукционного нагревателя используется энергия электромагнитного поля, которую нагреваемый объект поглощает и преобразует в тепловую. Для генерирования магнитного поля используется индуктор, т. е. многовитковая цилиндрическая катушка. Проходя через этот индуктор, переменный электрический ток создает вокруг катушки переменное магнитное поле.

Самодельный инвенторный нагреватель позволяет производить нагрев быстро и до очень высоких температур. С помощью таких устройств можно не только нагревать воду, но даже плавить различные металлы

Если внутрь индуктора или близ него разместить нагреваемый объект, его будет пронизывать поток вектора магнитной индукции, который постоянно меняется во времени. При этом возникает электрическое поле, линии которого располагаются перпендикулярно направлению магнитного потока и движутся по замкнутому кругу. Благодаря этим вихревым потокам электрическая энергия трансформируется в тепловую и объект нагревается.

Таким образом, электрическая энергия индуктора передается объекту без использования контактов, как это происходит в печах сопротивления. В результате тепловая энергия расходуется более эффективно, а скорость нагрева заметно повышается. Широко применяется этот принцип в области обработки металла: его плавки, ковки, пайки наплавки и т. п. С не меньшим успехом вихревой индукционный нагреватель можно использовать для подогрева воды.

Принцип действия

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

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.

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.

Сфера применения

Иллюстрация	Описание сферы применения
	Отопление . Оборудование, преобразующее механическую энергию движения воды в тепло, с успехом применяется при обогреве различных зданий, начиная с небольших частных построек и заканчивая крупными промышленными объектами. Кстати, на территории России уже сегодня можно насчитать не менее десяти населённых пунктов, где централизованное отопление обеспечивается не традиционными котельными, а гравитационными генераторами.
	Нагрев проточной воды для бытового использования . Теплогенератор, при включении в сеть, очень быстро нагревает воду. Поэтому такое оборудование можно использовать для разогрева воды в автономном водопроводе, в бассейнах, банях, прачечных и т.п.
	Смешивание несмешиваемых жидкостей . В лабораторных условиях, кавитационные установки могут использоваться для высококачественного перемешивания жидких сред с разной плотностью, до получения однородной консистенции.

Интеграция в отопительную систему частного дома

Для того, чтобы применить теплогенератор в отопительной системе, его в нее надо внедрить. Как это правильно сделать? На самом деле, в этом нет ничего сложного.

Перед генератором (на рисунке отмечен цифрой 2) устанавливается центробежный насос (на рисунке — 1), которой будет поддавать воду с давлением до 6 атмосфер. После генератора устанавливается расширительный бак (на рисунке — 6) и запорная арматура.

Преимущества применения кавитационных теплогенераторов

Достоинства вихревого источника альтернативной энергии
	Экономичность . Благодаря эффективному расходованию электричества и высокому КПД, теплогенератор экономичнее в сравнении с другими видами отопительного оборудования.
	Малые габариты в сравнении с обычным отопительным оборудованием сходной мощности . Стационарный генератор, подходящий для отопления небольшого дома, вдвое компактнее современного газового котла. Если установить теплогенератор в обычную котельную вместо твёрдотопливного котла, останется много свободного места.
	Небольшая масса установки . За счет небольшого веса, даже крупные установки высокой мощности можно запросто расположить на полу котельной, не строя специальный фундамент. С расположением компактных модификаций проблем вообще нет.
	Простая конструкция . Теплогенератор кавитационного типа настолько прост, что в нем нечему ломаться. В устройстве небольшое количество механически подвижных элементов, а сложная электроника отсутствует в принципе. Поэтому вероятность поломки прибора, в сравнении с газовыми или даже твердотопливными котлами, минимальна.
	Нет необходимости в дополнительных доработках . Теплогенератор можно интегрировать в уже существующую отопительную систему. То есть, не потребуется менять диаметр труб или их расположение.
	Нет необходимости в водоподготовке . Если для нормальной работы газового котла нужен фильтр проточной воды, то устанавливая кавитационный нагреватель, можно не бояться засоров. За счет специфических процессов в рабочей камере генератора, засоры и накипь на стенках не появляются.
	Работа оборудования не требует постоянного контроля . Если за твёрдотопливными котлами нужно присматривать, то кавитационный обогреватель работает в автономном режиме. Инструкция эксплуатации устройства проста — достаточно включить двигатель в сеть и, при необходимости, выключить.
	Экологичность . Кавитационные установки никак не влияют на экосистему, ведь единственный энергопотребляющий компонент — это электродвигатель.

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.

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:

Роторный теплогенератор

Этот агрегат представляет собой модернизированный центробежный насос, точнее его корпус, который будет служить в качестве статора. Не обойтись и без рабочей камеры и патрубков.

Внутри корпуса нашей гидродинамической конструкции стоит маховик в качестве рабочего колеса. Существует огромное количество разнообразных роторных конструкций генераторов тепла. Самой простой среди них является конструкция с диском.

На цилиндрическую поверхность диска ротора наноситься необходимое количество отверстий, которые должны иметь определенный диаметр и глубину. Их принято называть «ячейки Григгса». Стоит отметить, что размеры и количество просверленных отверстий будут изменяться в зависимости от калибра роторного диска и частоты вращения вала электромотора.

Корпус такого источника тепла чаще всего изготавливают в виде пустотелого цилиндра. По сути – это обычная труба с заваренными фланцами на концах. Зазор между внутренней частью корпуса и маховиком будет очень мал (примерно 1,5-2 мм).

Непосредственный подогрев воды будет происходить именно в данном зазоре. Нагревание жидкости получается за счет ее трения о поверхность ротора и корпуса одновременно, при этом диск маховика движется практически на предельных скоростях.

Кавитационные (образование пузырей) процессы, которые происходят в роторных ячейках, оказывают большое влияние на нагрев жидкости.

Роторный теплогенератор - это модернизированный центробежный насос, точнее его корпус, который будет служить в качестве статора

Как правило, диаметр диска в данном типе генераторов тепла составляет 300 мм, а скорость вращения гидроустройства 3200 оборотов в минуту. В зависимости от размеров ротора частота вращения будет различаться.

Анализируя конструкцию данной установки можно сделать вывод, что ее ресурс функционирования достаточно мал. Из-за постоянного нагрева и абразивного действия воды зазор постепенно расширяется.

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.

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).

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

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.

Назначение вихревого теплогенератора Потапова (ВТГ), сделанного своими руками, состоит в том, чтобы получить тепло только при помощи электродвигателя и насоса. В основном это устройство используют как экономичный нагреватель.

Схема устройства вихревой теплосистемы.

Проще всего делать вихревой теплогенератор из стандартных деталей. Для этого подойдет любой электродвигатель. Чем он будет мощней, тем больший объем воды нагреет до заданной температуры.

Утепление вихревого двигателя

Перед тем как запускать в работу устройство следует его утеплить. Делается это после сооружения кожуха. Конструкцию рекомендуется обмотать тепловой изоляцией. Как правило, в этих целях используется стойкий к высоким температурам материал. Слой утепления крепится к кожуху прибора проволокой. В качестве тепловой изоляции стоит использовать один из следующих материалов:

Готовый тепловой генератор.

• стекловата;
• минеральная вата;
• базальтовая вата.

Как видно из списка, подойдет практически любая волокнистая теплоизоляция. Вихревой индукционный нагреватель, отзывы о котором можно найти по всему рунету, должен утепляться качественно. В ином случае есть риск, что прибор будет отдавать больше теплоты в помещение, где он установлен. Полезно знать: «Утепление трубопроводов минеральной ватой».

Какими особенностями наделены древесные печи длительного горения читайте в этой статье.

В конце следует дать несколько советов. Первое – поверхность изделия рекомендуется окрасить. Это защитит его от коррозии. Второе – все внутренние элементы прибора желательно сделать потолще. Такой подход повысит их износостойкость и сопротивляемость агрессивной среде. Третье – стоит изготовить несколько запасных крышек. Они также должны иметь на плоскости отверстия требуемого диаметра в необходимых местах. Это необходимо, чтобы путем подбора добиться более высокого КПД агрегата.

Пути повышения производительности

Схема теплового насоса.

В насосе происходят потери тепла. Так что вихревой теплогенератор Потапова в таком варианте имеет существенный недостаток. Поэтому логично погруженный насос окружить водяной рубашкой, чтобы его тепло тоже шло на полезное нагревание.

Внешний корпус всего устройства сделайте чуть больше диаметра имеющегося в наличии насоса. Это может быть либо готовая труба, что желательно, либо сделанный из листового материала параллелепипед. Его размеры должны быть такими, чтобы внутрь входил насос, соединительная муфта и сам генератор. Толщина стенок должна выдерживать давление в системе.

Для того чтобы потери тепла снизились, сделайте вокруг корпуса устройства теплоизоляцию. Защитить ее можно кожухом, сделанным из жести. В качестве изолятора используйте любой теплоизоляционный материал, выдерживающий температуру кипения жидкости.

1. Соберите компактное устройство, состоящее из погружного насоса, соединительного патрубка и теплогенератора, который вы собрали своими руками.
2. Определитесь в его габаритах и подберите трубу такого диаметра, внутри которой все эти механизмы легко бы разместились.
3. Сделайте крышки с одной и другой стороны.
4. Обеспечьте жесткость крепления внутренних механизмов и возможность насосу качать через себя воду из полученного резервуара.
5. Сделайте входное отверстие и закрепите на нем патрубок. Насос должен своим забором воды располагаться внутри как можно ближе к этому отверстию.

На противоположном конце трубы приварите фланец. С его помощью будет крепиться через резиновую прокладку крышка. Чтобы проще монтировать внутренности, сделайте несложный легкий каркас или скелет. Внутри него соберите устройство. Проверьте подгонку и герметичность всех узлов. Вставьте в корпус и закройте крышкой.

Подключите к потребителям и проверьте все на герметичность. Если протечек нет, включите насос. Открывая и закрывая кран, который находится на выходе из генератора, отрегулируйте температуру.

Вихревые индукционные обогреватели — принцип работы

Вихревые индукционные обогреватели работают на основе физического закона, что вихревые токи возникающие (индуцируемые) переменным магнитным полем нагревают окружающую среду.

В теории. Полый электромагнитный сердечник с индукционной катушкой защищены экранирующей оболочкой от воздействия окружающей среды. При подаче напряжения через клеммную коробку, создается переменное магнитное поле, индуцирующее вихревые токи в катушке сердечника, что приводит к нагреванию металлических систем теплообменной системы. Тепло поступает в систему циркуляции теплоносителя, нагревая его. Температура устанавливается с помощью терморегулятора, а термостат автоматически поддерживает заданную температуру.

На практике. Вихревые индукционные обогреватели это труба, обмотанная проводом, на который подается переменный ток. В трубу, чаще снизу, но можно и с боку, поступает холодный теплоноситель. Вихревые токи, которые создает переменный ток в проводах обмотанных вокруг трубы, нагревает трубу, а, следовательно, и нагревают воду.

Подведем итоги

Теперь вы знаете, что собой представляет популярный и востребованный источник альтернативной энергии. А значит, вам будет просто решить: подходит такое оборудование или нет. Также рекомендую к просмотру видео в этой статье.

Готовый тепловой генератор.

В зависимости от типа устройства изменяется и методика его изготовления. Стоит ознакомиться с каждым типом прибора, изучить особенности производства, прежде чем браться за работу. Простой способ изготовить вихревую трубу Ранке своими руками – использовать готовые элементы. Для этого понадобится любой двигатель. При этом прибор большей мощности способен подогреть больше теплоносителя, что увеличит продуктивность системы.

Для успешного сооружения следует найти готовые решения. Создать вихревой теплогенератор своими руками, чертежи и схемы которого будут в наличии, можно без особых сложностей. Для проведения работ по сооружению понадобится следующий инструментарий:

• болгарка;
• железные уголки;
• сварка;
• дрель и набор из нескольких сверл;
• фурнитура и набор ключей;
• грунтовка, красящее вещество и кисточки.

Стоит понимать, что роторные приборы издают достаточно сильный шум при работе. Но в сравнении с прочими устройствами они характеризуются большей производительностью. Чертежи и схемы для изготовления вихревого теплогенератора своими руками можно найти повсеместно. Стоит понимать, что работа будет выполнена успешно исключительно при полном соответствии технологии производства.

Теплогенератор Ю. С. Потапова очень похож на вихревую трубу Ж. Ранке, изобретенную этим французским инженером ещё в конце 20-х годов XX века. Работая над совершенствованием циклонов для очистки газов от пыли, тот 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. Ибо по мнению этих учёных, работа вихревой трубы, в которой происходило разделение подаваемого в неё воздуха на горячий и холодный потоки как фантастическим «демоном Максвелла», противоречила законам термодинамики. Тем не менее вихревая труба работала и позже нашла широкое применение во многих областях техники, в основном для получения холода.

Для нас наиболее 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, что потом помогло нам разобраться и с работой вихревого теплогенератора Потапова.

В вихревой трубе Ранке, схема которой приведена на рисунке 1, цилиндрическая труба 1 присоединена одним концом к улитке 2, которая заканчивается сопловым вводом прямоугольного сечения, обеспечивающим подачу сжатого рабочего газа в трубу по касательной к окружности её внутренней поверхности. С другого торца улитка закрыта диафрагмой 3 с отверстием в центре, диаметр которого существенно меньше внутреннего диметра трубы 1. Через это отверстие из трубы 1 выходит холодный поток газа, разделяющийся при его вихревом движении в трубе 1 на холодную (центральную) и горячую (периферийную) части. Горячая часть потока, прилегающая к внутренней поверхности трубы 1, вращаясь, движется к дальнему концу трубы 1 и выходит из нее через кольцевой зазор между её краем и регулировочным конусом 4.

Рисунок 1. Вихревая труба Ранке: 1-труба; 2- улитка; 3- диафрагма с отверстием в центре; 4- регулировочный конус.

Законченной и непротиворечивой теории вихревой трубы до сих пор не существует, несмотря на простоту этого устройства. «На пальцах» получается, 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, и достигают разделения исходного потока газа на горячий и холодный потоки.

Жидкости, в отличие от газов, практически не сжимаемы. Поэтому более полувека никому и в голову не приходило подать в вихревую трубу воду вместо газа или пара. И автор решился на, казалось бы, безнадёжный эксперимент — подал в вихревую трубу вместо газа воду из водопровода.

К его удивлению, вода в вихревой трубе разделилась на два потока, имеющих разные температуры. Но не на горячий и холодный, а на горячий и тёплый. Ибо температура «холодного» потока оказалась чуть выше, чем температура исходной воды, подаваемой насосом в вихревую трубу. Тщательная же калориметрия показала, что тепловой энергии такое устройство вырабатывает больше, чем потребляет электрической двигатель насоса, подающего воду в вихревую трубу.

Так родился теплогенератор Потапова .

Конструкция теплогенератора

Правильнее говорить об эффективности теплогенератора — отношении величины вырабатываемой им тепловой энергии к величине потребленной им для этого извне электрической или механической энергии. Но поначалу исследователи не могли понять, откуда и как в этих устройствах появляется избыточное тепло. Предполагали даже, что туг нарушается закон сохранения энергии.

Рисунок 2. Схема вихревого теплогенератора: 1-инжекционный патрубок; 2- улитка; 3- вихревая труба; 4- донышко; 5- спрямитель потока; 6- штуцер; 7- спрямитель потока; 8- байпас; 9- патрубок.

Вихревой теплогенератор, схема которого приведена на рисунке 2, присоединяют инжекционным патрубком 1 к фланцу центробежного насоса (на рисунке не показан), подающего 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 раз в 10 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, соосной с трубой 3. В виде сверху он напоминает оперенные авиабомбы или мины.

Когда вихревой поток в трубе 3 движется к этому спрямителю 5, в осевой зоне трубы 3 рождается противоток. В нём 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 изобретатель установил ещё один спрямитель потока 7, аналогичный тормозному устройству 5 Он служит для частичного превращения энергии вращения «холодного» потока в тепло. А выходящую из него тёплую воду направил 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 (все про ), передающий тепло в контур потребителя. В последнем случае отработанная вода первичного контура (уже с меньшей температурой) возвращается в насос, который вновь подаёт её в вихревую трубу через патрубок 1.

После тщательных и всесторонних испытаний и проверок нескольких экземпляров теплогенератора «ЮСМАР» они пришли к заключению, что ошибок нет, тепла получается действительно больше, чем вкладывается механической энергии от двигателя насоса, подающего воду в теплогенератор и являющегося единственным потребителем энергии извне в этом устройстве.

Но непонятно было, откуда появляется «лишнее» тепло. Были предположения и о скрытой огромной внутренней энергии колебаний «элементарных осцилляторов» воды, высвобождающейся в вихревой трубе, и даже о высвобождении в её неравновесных условиях гипотетической энергии физического вакуума. Но это только предположения, не подкреплённые конкретными расчетами, подтверждающими экспериментально полученные цифры. Было ясно только одно: обнаружен новый источник энергии и похоже, что это фактически даровая энергия.

В первых модификациях тепловых установок Ю. С. Потапов подсоединял свой вихревой теплонагреватель, изображённый на рисунке 2, к выпускному фланцу обыкновенного рамногоцентробежного насоса для перекачивания воды. При этом вся конструкция находилась в окружении воздуха (Если что про воздушное отопление дома своими руками) и была легко доступна для обслуживания.

Но КПД насоса, как и КПД электродвигателя, меньше ста процентов. Произведение этих КПД составляет 60-70%. Остальное — потери, идущие в основном на нагрев окружающего воздуха. А ведь изобретатель стремился греть воду, а не воздух. Поэтому он решился поместить насос и его электромотор в воду, подлежащую нагреву теплогенератором. Для этого использовал погружной (скважный) насос. Теперь тепло от нагрева мотора и насоса отдавалось уже не в воздух, а той воде, которую требовалось нагреть. Так появилось второе поколение вихревых теплоустановок.

Теплогенератор Потапова превращает в тепло часть своей внутренней энергии, а точнее часть внутренней энергии своей рабочей жидкости — воды.

Но вернёмся к серийным тепловым установкам второго поколения. В них вихревая труба по-прежнему находилась в воздухе сбоку от термоизолированного сосуда, в который был погружён скважный мотор-насос. От горячей поверхности вихревой трубы нагревался окружающий воздух, унося часть тепла, предназначавшегося для нагрева воды. Приходилось трубу обматывать стекловатой для уменьшения этих потерь. И чтобы не бороться с этими потерями трубу погрузили в тот сосуд, в котором уже находятся мотор и насос. Так появилась последняя серийная конструкция установки для нагрева воды, получившая имя «ЮСМАР» .

Рисунок 3. Схема теплоустановки «ЮСМАР-М»: 1 — вихревой теплогенератор, 2 — электронасос, 3 — бойлер, 4 — циркуляционный насос, 5 — вентилятор, 6 — радиаторы, 7 — пульт управления, 8 — датчик температуры.

Установка ЮСМАР-М

В установке «ЮСМАР-М» вихревой теплогенератор в комплекте с погружным насосом помещены в общий сосуд-бойлер с водой (см. рисунок 3) для того, чтобы потери тепла со стенок теплогенератора, а также тепло, выделяющееся при работе электродвигателя насоса, тоже шли на нагрев воды, а не терялись. Автоматика периодически включает и отключает насос теплогенератора, поддерживая температуру воды в системе (или температуру воздуха в обогреваемом помещении) в заданных потребителем пределах. Снаружи сосуд-бойлер покрыт слоем теплоизоляции, которая одновременно служит звукоизоляцией и делает практически неслышимым шум теплогенератора даже непосредственно рядом с бойлером.

Установки «ЮСМАР» предназначены для нагрева воды и подачи её в системы автономного , промышленных и административных зданий, а также в душевые, бани, на кухни, в прачечные, мойки, для обогрева сушилок сельхозпродуктов, трубопроводов вязких нефтепродуктов для предотвращения их замерзания на морозе и других промышленных и бытовых нужд.

Рисунок 4. Фото тепловой установки «ЮСМАР-М»

Установки «ЮСМАР-М» питаются от промышленной трёхфазной сети 380 В, полностью автоматизированы, поставляются заказчикам в комплекте со всем необходимым для их работы и монтируются поставщиком «под ключ».

Все эти установки имеют одинаковый сосуд-бойлер (см. рисунок 4), в который погружают вихревые трубы и мотор-насосы разной мощности, выбирая наиболее подходящие конкретному заказчику. Габариты сосуда-бойлера: диаметр 650 мм, высота 2000 мм. На эти установки, рекомендуемые для использования как в промышленности, так и в быту (для обогрева жилых помещений путем подачи горячей воды в батареи водяного отопления), имеются технические условия ТУ У 24070270,001 -96 и сертификат соответствия РОСС RU. МХОЗ. С00039.

Установки «ЮСМАР» используют на многих предприятиях и в частных домовладениях, они получили сотни похвальных отзывов от пользователей. В настоящее время Уже тысячи теплоустановок «ЮСМАР» успешно работают в странах СНГ и ряде других стран Европы и Азии.

Их использование особенно выгодно там, куда ещё не дотянулись газопроводы и где люди вынуждены использовать для нагрева воды и обогрева помещений электроэнергию, которая с каждым годом становится всё дороже.

Рисунок 5. Схема подключения тепловой установки «ЮСМАР-М» к системе водяного отопления: 1 -теплогенератор «ЮСМАР»; 2 — циркулярный насос; 3-пульт управления; 4 -терморегулятор.

Теплоустановки «ЮСМАР» позволяют экономить треть той электроэнергии, которая необходима для нагрева воды и отопления помещений традиционными методами электронагрева.

Отработаны две схемы подключения потребителей к теплоустановке «ЮСМАР-М»: непосредственно к бойлеру (см. рисунок 5) — когда расход горячей воды в системе потребителя не подвержен резким изменениям (например, для отопления здания), и через теплообменник (см. рисунок 6) — когда расход воды потребителем колеблется во времени.

У теплоустановок «ЮСМАР» нет деталей, нагревающихся до температуры свыше 100°С, что делает эти установки особенно приемлемыми с точки зрения пожарной безопасности и техники безопасности.

Рисунок 6. Схема подключения тепловой установки «ЮСМАР-М» к душевой: 1-теплогенератор «ЮСМАР»; 2 -циркулярный насос; 3- пульт управления; 4 -термодатчик, 5 — теплообменник.

Высокая стоимость отопительного оборудования заставляет многих задуматься о том, стоит ли покупать промышленную модель или лучше собрать самому. По сути теплогенератор – это несколько видоизмененный центробежный насос. Собрать такой агрегат самостоятельно по силам тому, кто имеет минимальные знания в этой отрасли. Если нет собственных разработок, то готовые схемы всегда можно найти в сети. Главное выбрать такую по которой будет несложно собрать теплогенератор своими руками. Но сначала не помешает узнать об этом приборе как можно больше.

Что представляет собой теплогенератор

Оборудование этого класса представлено двумя основными видами приборов:

• Статорным;
• Hоторным (вихревым).

Однако не так давно появились и кавитационные модели, которые возможно в скором будущем станут достойной заменой агрегатам, работающим на привычных видах топлива.

Различие между статорными и роторными приборами состоит в том, что в первом жидкость нагревается при помощи сопел, расположенных на входном и выходном отверстиях агрегата. У второго типа генераторов тепло образуется в процессе оборотов насоса, приводящих к завихрениям воды.

Смотрим видео, генератор в работе, замеры:

По эксплуатационным качествам вихревой теплогенератор собранный своими руками несколько превосходит статорный. У него теплоотдача на 30% больше. И хотя сегодня на рынке такое оборудование представлено различными модификациями, отличающимися роторами и соплами, суть их работы от этого не меняется. Исходя из этих параметров собирать теплогенератор своими силами лучше все же вихревого типа. Как это сделать будет рассмотрено ниже.

Комплектация и принцип работы

Самой простой конструкцией обладает прибор, состоящий из следующих элементов:

1. Ротора, выполненного из углеродистой стали;
2. Статора (сварного или монолитного);
3. Прижимной втулки с внутренним диаметром 28 мм;
4. Стального кольца.

Принцип работы генератора рассмотрим на примере кавитационной модели. В нем вода поступает в кавитатор, после чего он раскручивается двигателем. В процессе работы узла происходит схлопывание пузырьков воздуха в теплоносителе. При этом попавшая в кавитатор жидкость разогревается.

Для работы , собранного своими руками, используя найденные в сети чертежи устройства следует помнить, что ему требуется энергия, которая расходуется на преодоление силы трения в устройстве, образование звуковых колебаний, нагревание жидкости. Кроме того, прибор обладает практически 100% КПД.

Инструмент, необходимый для сборки агрегата

С нуля собрать такой агрегат самостоятельно невозможно, так как для его изготовления потребуется задействовать технологическое оборудование, которого у домашнего мастера просто нет. Поэтому своими руками обычно собирают лишь агрегат, в некотором роде повторяющий . Его называют прибором Потапова.

Однако даже для сборки этого устройства необходимо оборудование:

1. Дрель и набор сверл для нее;
2. Сварочный аппарат;
3. Машинка для шлифовки;
4. Ключи;
5. Крепеж;
6. Грунтовка и малярная кисть.

Кроме этого потребуется приобретение двигателя, работающего от сети в 220 В и неподвижная основа для установки на ней самого прибора.

Этапы изготовления генератора

Сборка устройства начинается с подключения к насосу, желательного напорного типа, патрубка смешивания. Его присоединяют, используя специальный фланец. В центре донышка патрубка выполняется отверстие, по которому будет выводиться горячая вода. Чтобы контролировать ее поток используется тормозящее приспособление. Оно находится перед донышком.

Но так как в системе циркулирует и холодная вода, то ее течение должно также регулироваться. Для этого используют дисковый выпрямитель. При остывании жидкости она направляется к горячему концу, где в специальном смесителе происходит ее смешивание с нагретым теплоносителем.

Далее переходят к сборке конструкции вихревого теплогенератора своими руками. Для этого использую шлифовальную машинку нарезают угольники из которых собирается основная конструкция. Как это сделать видно на расположенном ниже чертеже.

Собирать конструкцию можно двумя способами:

• Используя болты и гайки;
• При помощи сварочного аппарата.

В первом случае приготовьтесь к тому, что придется выполнить отверстия под крепеж. Для этого нужна дрель. В процессе сборки необходимо учитывать все размеры – это поможет получить агрегат с заданными параметрами.

Самый первый этап – это создание станины, на которой устанавливается двигатель. Ее собирают из железных уголков. Размеры конструкции зависят от размеров двигателя. Они могут отличаться и подбираются под конкретное устройство.

Чтобы закрепить двигатель на собранной станине потребуется еще один угольник. Он будет выполнять роль поперечины в конструкции. При выборе двигателя специалисты рекомендуют обращать внимание на его мощность. От этого параметра зависит количество нагреваемого теплоносителя.

Смотрим видео, этапы сборки теплогенератора:

Последний этап сборки – это покраска рамы и подготовка отверстий для установки агрегата. Но прежде, чем приступать к монтажу насоса следует рассчитать его мощность. Иначе двигатель может не справиться с запуском установки.

После того, как все комплектующие подготовлены насос присоединяется к отверстию из которого поступает под давлением вода и агрегат готов к работе. Теперь, используя второй патрубок его подсоединяют к отопительной системе.

Эта модель одна из самых простых. Но если есть желание регулировать температуру теплоносителя, то устанавливают запирающее устройство. Также могут использоваться электронные устройства контроля, но следует учитывать, что стоят они достаточно дорого.

Подключение прибора к системе происходит следующим образом. Сначала его подсоединяют к отверстию, по которому поступает вода. Она при этом находится под давлением. Второй патрубок используется для непосредственного подсоединения к системе отопления. Чтобы изменять температуру теплоносителя за патрубком находится запирающее устройство. При его перекрытии температура в системе постепенно увеличивается.

Могут использоваться и дополнительные узлы. Однако стоимость такого оборудования достаточно высокая.

Смотрим видео, конструкция после изготовления:

Корпус будущего генератора можно выполнить сварным. А детали к нему по вашим чертежам выточит любой токарь. Обычно он имеет форму цилиндра, закрытого с обеих сторон. По сторонам корпуса выполняются сквозные отверстия. Они нужны для подсоединения агрегата к системе отопления. Внутри корпуса помещают жиклер.

Наружную крышку генератора обычно изготавливают из стали. Затем в ней выполняются отверстия под болты и центральное, к которому впоследствии приваривается штуцер для подачи жидкости.

На первый взгляд кажется, что ничего сложного в сборке теплогенератора своими руками на дровах нет. Но на самом деле эта задача не такая уже и легкая. Конечно, если не спешить и хорошо изучить вопрос, то справиться можно. Но при этом очень важна точность размеров выточенных деталей. И особого внимания требует изготовление ротора. Ведь в случае, если он будет выточен неправильно агрегат станет работать с высоким уровнем вибрации, что негативно скажется на всех деталях. Но большего всего в такой ситуации страдают подшипники. Они будут очень быстро разбиваться.

Только правильно собранный теплогенератор будет работать эффективно. При этом его КПД может достигать 93%. Поэтому специалисты советуют.

В связи с высокими ценами на промышленное отопительное оборудование многие умельцы собираются делать своими руками экономичный нагреватель вихревой теплогенератор.

Такой теплогенератор представляет собой всего лишь немного видоизмененный центробежный насос. Однако, чтобы собрать самостоятельно подобное устройство, даже имея все схемы и чертежи, нужно иметь хотя бы минимальные знания в данной сфере.

Принцип работы

Теплоноситель (чаще всего используют воду) попадает в кавитатор, где установленный электродвигатель производит его раскручивание и рассечение винтом, в результате образуются пузырьки с парами (это же происходит, когда плывет подводная лодка и корабль, оставляя за собой специфический след).

Двигаясь по теплогенератору, они схлопываются, за счет чего выделяется тепловая энергия. Такой процесс и называется кавитацией.

Исходя из слов Потапова, создателя кавитационного теплогенератора, принцип работы данного типа устройства основан на возобновляемой энергии. За счет отсутствия дополнительного излучения, согласно теории, КПД такого агрегата может составлять около 100%, так как практически вся используемая энергия уходит на нагрев воды (теплоносителя).

Создание каркаса и выбор элементов

Чтобы сделать самодельный вихревой теплогенератор, для подключения его к отопительной системе, потребуется двигатель.

И, чем больше будет его мощность, тем больше он сможет нагреть теплоноситель (то есть быстрее и больше будет производить тепла). Однако здесь необходимо ориентироваться на рабочее и максимальное напряжение в сети, которое к нему будет подаваться после установки.

Производя выбор водяного насоса, необходимо рассматривать только те варианты, которые двигатель сможет раскрутить. При этом, он должен быть центробежного типа, в остальном ограничений по его выбору нет.

Также нужно приготовить под двигатель станину. Чаще всего она представляет собой обычный железный каркас, куда крепятся железные уголки. Размеры такой станины будут зависеть, прежде всего, от габаритов самого двигателя.

После его выбора необходимо нарезать уголки соответствующей длины и осуществить сварку самой конструкции, которая должна позволить разместить все элементы будущего теплогенератора.

Далее нужно для крепления электродвигателя вырезать еще один уголок и приварить к каркасу, но уже поперек. Последний штрих, в подготовке каркаса – это покраска, после которой уже можно крепить силовую установку и насос.

Конструкция корпуса теплогенератора

Такое устройство (рассматривается гидродинамический вариант) имеет корпус в виде цилиндра.

Соединяется с отопительной системой он через сквозные отверстия, которые у него находятся по бокам.

Но основным элементом этого устройства является именно жиклер, находящийся внутри этого цилиндра, непосредственно рядом с входным отверстием.

Обратите внимание: важно, чтобы размер входного отверстия жиклера имел размеры соответствующие 1/8 от диаметра самого цилиндра. Если его размер будет меньше этого значения, то вода физически не сможет в нужном количестве через него проходить. При этом насос будет сильно нагреваться, из-за повышенного давления, что также будет оказывать негативное влияние и на стенки деталей.

Как изготовить

Для создания самодельного генератора тепла понадобится шлифовальная машинка, электродрель, а также сварочный аппарат.

Процесс будет происходить следующим образом:

1. Сначала нужно отрезать кусок достаточно толстой трубы, общим диаметром 10 см, а длиной не более 65 см. После этого на ней нужно сделать внешнюю проточку в 2 см и нарезать резьбу.
2. Теперь из точно такой же трубы необходимо сделать несколько колец, длиной по 5 см, после чего нарезается внутренняя резьба, но только с одной её стороны (то есть полукольца) на каждой.
3. Далее нужно взять лист металла толщиной, аналогичной с толщиной трубы. Сделайте из него крышки. Их нужно приварить к кольцам с той стороны, где у них нет резьбы.
4. Теперь нужно сделать в них центральные отверстия. В первой оно должно соответствовать диаметру жиклера, а во второй диаметру патрубка. При этом, с внутренней стороны той крышки, которая будет использоваться с жиклером, нужно сделать, используя сверло, фаску. В итоге должна выйти форсунка.
5. Теперь подключаем ко всей этой системе теплогенератор. Отверстие насоса, откуда вода подается под давлением, нужно присоединить к патрубку, находящемуся возле форсунки. Второй патрубок соедините со входом уже в саму отопительную систему. А вот выход из последней подключите ко входу насоса.

Таким образом, под давлением, создаваемым насосом, теплоноситель в виде воды начнет проходить через форсунку. За счет постоянного движения теплоносителя внутри этой камеры он и будет нагреваться. После этого она попадает уже непосредственно в систему отопления. А чтобы была возможность регулировать получаемую температуру, нужно за патрубком установить шаровой кран.

Изменение температуры будет происходить при изменении его положения, если он будет меньше пропускать воды (будет находиться в полузакрытом положении). Вода будет дольше находиться и двигаться внутри корпуса, за счет чего её температура увеличится. Именно таким образом и работает подобный водонагреватель.

Смотрите видео, в котором даются практические советы по изготовлению вихревого теплогенератора своими руками:

Для отопления помещений или нагрева жидкостей зачастую применяются классические приспособления – тэны, камеры сгорания, нити накаливания и т.д. Но наряду с ними применяются устройства с принципиально иным типом воздействия на теплоноситель. К таким устройствам относится кавитационный теплогенератор, работа которого заключается в формировании пузырьков газа, за счет которых и возникает выделение тепла.

Устройство и принцип работы

Принцип действия кавитационного теплогенератора заключается в эффекте нагрева за счет преобразования механической энергии в тепловую. Теперь более детально рассмотрим само кавитационное явление. При создании избыточного давления в жидкости возникают завихрения, из-за того, что давление жидкости больше чем у содержащегося в ней газа, молекулы газа выделяются в отдельные включения – схлопывание пузырьков. За счет разности давления вода стремиться сжать газовый пузырь, что аккумулирует на его поверхности большое количество энергии, а температура внутри достигает порядка 1000 — 1200ºС.

При переходе кавитационных полостей в зону нормального давления пузырьки разрушаются, и энергия от их разрушения выделяется в окружающее пространство. За счет чего происходит выделение тепловой энергии, а жидкость нагревается от вихревого потока. На этом принципе основана работа тепловых генераторов, далее рассмотрите принцип работы простейшего варианта кавитационного обогревателя.

Простейшая модель

Рис. 1: Принцип работы кавитационного теплогенератора

Посмотрите на рисунок 1, здесь представлено устройство простейшего кавитационного теплогенератора, который заключается в нагнетании насосом воды к месту сужения трубопровода. При достижении водяным потоком сопла давление жидкости значительно возрастает и начинается образование кавитационных пузырьков. При выходе из сопла пузырьки выделяют тепловую мощность, а давление после прохождения сопла значительно снижается. На практике может устанавливаться несколько сопел или трубок для повышения эффективности.

Идеальный теплогенератор Потапова

Идеальным вариантом установки считается теплогенератор Потапова, который имеет вращающийся диск (1) установленный напротив стационарного (6). Подача холодной воды осуществляется с трубы расположенной внизу (4) кавитационной камеры (3), а отвод уже нагретой с верхней точки (5) той же камеры. Пример такого устройства приведен на рисунке 2 ниже:

Рис. 2: кавитационный теплогенератор Потапова

Но широкого распространения устройство не получило из-за отсутствия практического обоснования его работы.

Виды

Основная задача кавитационного теплогенератора – образование газовых включений, а от их количества и интенсивности будет зависеть качество нагрева. В современной промышленности существует несколько видов таких теплогенераторов, отличающихся принципом выработки пузырьков в жидкости. Наиболее распространенными являются три вида:

• Роторные теплогенераторы – рабочий элемент вращается за счет электропривода и вырабатывает завихрения жидкости;
• Трубчатые – изменяют давление за счет системы труб, по которым движется вода;
• Ультразвуковые – неоднородность жидкости в таких теплогенераторах создается за счет звуковых колебаний низкой частоты.

Помимо вышеперечисленных видов существует лазерная кавитация, но промышленной реализации этот метод еще не нашел. Теперь рассмотрим каждый из видов более детально.

Роторный теплогенератор

Состоит из электрического двигателя, вал которого соединен с роторным механизмом, предназначенным для создания завихрений в жидкости. Особенностью роторной конструкции является герметичный статор, в котором и происходит нагревание. Сам статор имеет цилиндрическую полость внутри – вихревую камеру, в которой происходит вращение ротора. Ротор кавитационного теплогенератора представляет собой цилиндр с набором углублений на поверхности, при вращении цилиндра внутри статора эти углубления создают неоднородность в воде и обуславливают протекание кавитационных процессов.

Рис. 3: конструкция генератора роторного типа

Количество углублений и их геометрические параметры определяются в зависимости от модели . Для оптимальных параметров нагрева расстояние между ротором и статором составляет порядка 1,5мм. Данная конструкция является не единственной в своем роде, за долгую историю модернизаций и улучшений рабочий элемент роторного типа претерпел массу преобразований.

Одной первых эффективных моделей кавитационных преобразователей был генератор Григгса, в котором использовался дисковый ротор с несквозными отверстиями на поверхности. Один из современных аналогов дисковых кавитационных теплогенераторов приведен на рисунке 4 ниже:

Рис. 4: дисковый теплогенератор

Несмотря на простоту конструкции, агрегаты роторного типа достаточно сложные в применении, так как требуют точной калибровки, надежных уплотнений и соблюдения геометрических параметров в процессе работы, что обуславливает трудности их эксплуатации. Такие кавитационные теплогенераторы характеризуются достаточно низким сроком службы – 2 — 4 года из-за кавитационной эрозии корпуса и деталей. Помимо этого они создают достаточно большую шумовую нагрузку при работе вращающегося элемента. К преимуществам такой модели относится высокая продуктивность – на 25% выше, чем у классических нагревателей.

Трубчатые

Статический теплогенератор не имеет вращающихся элементов. Нагревательный процесс в них происходит за счет движения воды по трубам, сужающимся по длине или за счет установки сопел Лаваля. Подача воды на рабочий орган осуществляется гидродинамическим насосом, который создает механическое усилие жидкости в сужающемся пространстве, а при ее переходе в более широкую полость возникают кавитационные завихрения.

В отличии от предыдущей модели трубчатое отопительное оборудование не производит большого шума и не изнашивается так быстро. При установке и эксплуатации не нужно заботиться о точной балансировке, а при разрушении нагревательных элементов их замена и ремонт обойдутся куда дешевле, чем у роторных моделей. К недостаткам трубчатых теплогенераторов относят значительно меньшую производительность и громоздкие габариты.

Ультразвуковые

Данный тип устройства имеет камеру-резонатор, настроенную на определенную частоту звуковых колебаний. На ее входе устанавливается кварцевая пластина, которая производит колебания при подаче электрических сигналов. Вибрация пластины создает волновой эффект внутри жидкости, который достигая стенок камеры-резонатора и отражается. При возвратном движении волны встречаются с прямыми колебаниями и создают гидродинамическую кавитацию.

Рис. 5: принцип работы ультразвукового теплогенератора

Далее пузырьки уносятся водным потоком по узким входным патрубкам тепловой установки. При переходе в широкую область пузырьки разрушаются, выделяя тепловую энергию. Ультразвуковые кавитационные генераторы также обладают хорошими эксплуатационными показателями, так как не имеют вращающихся элементов.

Применение

В промышленности и в быту кавитационные теплогенераторы нашли реализацию в самых различных сферах деятельности. В зависимости от поставленных задач они применяются для:

• Отопления – внутри установок происходит преобразование механической энергии в тепловую, благодаря чему нагретая жидкость двигается по системе отопления. Следует отметить, что кавитационные теплогенераторы могут отапливать не только промышленные объекты, но и целые поселки.
• Нагревание проточной воды – кавитационная установка способна быстро нагревать жидкость, за счет чего может легко заменять газовую или электрическую колонку.
• Смешение жидких веществ – за счет разрежения в слоях с получением мелких полостей такие агрегаты позволяют добиться надлежащего качества перемешивания жидкостей, которые естественным образом не совмещаются из-за разной плотности.

Плюсы и минусы

В сравнении с другими теплогенераторами, кавитационные агрегаты отличаются рядом преимуществ и недостатков.

К плюсам таких устройств следует отнести:

• Куда более эффективный механизм получения тепловой энергии;
• Расходует значительно меньше ресурсов, чем топливные генераторы;
• Может применяться для обогрева как маломощных, так и крупных потребителей;
• Полностью экологичен – не выделяет в окружающую среду вредных веществ во время работы.

К недостаткам кавитационных теплогенераторов следует отнести:

• Сравнительно большие габариты – электрические и топливные модели имеют куда меньшие размеры, что немаловажно при установке в уже эксплуатируемом помещении;
• Большая шумность за счет работы водяного насоса и самого кавитационного элемента, что затрудняет его установку в бытовых помещениях;
• Неэффективное соотношение мощности и производительности для помещений с малой квадратурой (до 60м 2 выгоднее использовать установку на газу, жидком топливе или эквивалентной электрической мощности с нагревательным тэном).\

КТГ своими руками

Наиболее простым вариантом для реализации в домашних условиях является кавитационный генератор трубчатого типа с одним или несколькими соплами для нагревания воды. Поэтому разберем пример изготовления именно такого устройства, для этого вам понадобится:

• Насос – для нагревания обязательно выбирайте тепловой насос, который не боится постоянного воздействия высоких температур. Он должен обеспечивать рабочее давление на выходе в 4 – 12атм.
• 2 манометра и гильзы для их установки – размещаются с двух сторон от сопла для измерения давления на входе и выходе из кавитационного элемента.
• Термометр для измерения величины нагрева теплоносителя в системе.
• Клапан для удаления лишнего воздуха из кавитационного теплогенератора. Устанавливается в самой верхней точке системы.
• Сопло – должно иметь диаметр проходного отверстия от 9 до 16мм, делать меньше не рекомендуется, так как кавитация может возникнуть уже в насосе, что значительно снизит срок его эксплуатации. По форме сопло может быть цилиндрическим, коническим или овальным, с практической точки зрения вам подойдет любое.
• Трубы и соединительные элементы (радиаторы отопления при их отсутствии) – выбираются в соответствии с поставленной задачей, но наиболее простым вариантом являются пластиковые трубы под пайку.
• Автоматика включения/отключения кавитационного теплогенератора – как правило, подвязывается под температурный режим, устанавливается на отключение примерно при 80ºС и на включение при снижении менее 60ºС. Но режим работы кавитационного теплогенератора вы можете выбрать самостоятельно.

Рис. 6: схема кавитационного теплогенератора

Перед соединением всех элементов желательно нарисовать схему их расположения на бумаге, стенах или на полу. Места расположения необходимо размещать вдали от легковоспламеняемых элементов или последние нужно убрать на безопасное расстояние от системы отопления.

Соберите все элементы, как вы изобразили на схеме, и проверьте герметичность без включения генератора. Затем опробуйте в рабочем режиме кавитационного теплогенератора, нормальным нарастанием температуры жидкости считается 3- 5ºС за одну минуту.