Кавитационные вихревые теплогенераторы

Кавитационный нагреватель и его типы

Нагреватель, работающий с кавитацией, может быть нескольких типов. Чтобы понять, какой генератор вам нужен, следует разобраться в его типажах.

Кавитационный нагреватель следует время от времени осматривать на наличие изношенных деталей

Виды кавитационного нагревателя:

1. Роторный – самый популярный из них это аппарат Григгса, работающий с помощью центробежного насоса ротационного действия. Внешне он выглядит как диск с отверстиями без выхода. Одно такое отверстие носит название: ячейка Григгса. Параметры этих ячеек и их число зависят от типа генератора и частоты вращения привода. Нагрев воды происходит между статором и ротором посредством быстрого ее движения по поверхности диска.
2. Статический – он не имеет никаких вращающихся элементов, а кавитацию создают специальные сопла (элементы Лаваля). Насос нагнетает давление воды, что проводит к ее быстрому движению и нагреву. Выходные отверстия сопел более узкие, чем предыдущие и жидкость начинает двигаться еще быстрее. Из-за быстрого расширения воды и получается кавитация, дающая в итоге тепло.

Правда, статический нагреватель меньше изнашивается из-за отсутствия вращающихся элементов. Использовать аппарат можно до 5 лет, а если выйдет из строя сопло – его с легкостью можно заменить, затрачивая на это куда меньше средств, чем на теплогенератор в роторном кавитаторе.

Плюсы и минусы электростанции на дровах

Электростанция на дровах – это:

• Доступность топлива;
• Возможность получить электроэнергию в любом месте;
• Параметры получаемой электроэнергии – самые разные;
• Можно сделать устройство и самому.
• Среди недостатков же отмечается:
• Не всегда высокое КПД;
• Громоздкость конструкции;
• В некоторых случаях получение электроэнергии – лишь побочный эффект;
• Для получения электроэнергии для промышленного использования нужно сжечь большое количество топлива.

В целом, изготовление и использование электростанций, работающих на твердом топливе – вариант, заслуживающий внимания, и он может стать не только альтернативой электросетям, но еще и помочь в местах, удаленных от цивилизации.

Возможности применения

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

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

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

Отопление

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

Кавитационный теплогенератор может быть использован при отоплении

Автономное нагревание воды для бытовых нужд

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

Применение кавитации тепла в производстве

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

Теплогенератор своими руками (видео)

Кавитационный нагреватель достаточно интересный и экономный способ обогреть помещение. Он легко доступен и при желании может создаваться самостоятельно. Для этого нужно докупить необходимые материалы и сделать все в соответствии со схемами. И эффективность аппарата не заставит себя долго ждать.

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.

Как собрать вихревой теплогенератор для частного дома своими руками

Для конструирования вихревого генератора для частного дома своими руками потребуются камера со встроенным диском, электродвигатель, насос, дрель-болгарка, сварка, паяльник, комплект труб и запорной фурнитуры, надежная станина. Сборку следует осуществлять в строго определенной последовательности:

• на диск наносится неглубокая хаотичная перфорация;
• диск закрывается кожухом, после чего камера проверяется на герметичность;
• вал двигателя подключается к валу вращения диска;
• двигатель с камерой надежно фиксируется на станине;
• к теплогенерирующей трубе подключаются вход для холодной воды и выход для нагретого теплоносителя;
• к устройству подводится внешнее электропитание;
• генератор тестируется на предмет работоспособности и эксплуатации.

Конструктивные особенности устройства позволяют подключать его в уже действующую систему отопления или предусмотреть комплект отдельных радиаторов.

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.

Кавитация

На первый взгляд, тема кавитационных теплогенераторов представляется фантастичной и вычеркнута из Википедии, но по детальному изучению оказалась любопытной. Тем интереснее становился вопрос, чем дальше авторы углублялись в изучение. Книга Фоминского о дармовых источниках энергии начинается с описания глобальной экологической катастрофы конца XX века. Среди общеизвестных фактов о вреде двигателей внутреннего сгорания, невероятных сведений о ценности кавитационных теплогенераторов выдвигаются гипотезы об изменении режима дыхания лесов планеты и… об остановке тёплого течения Гольфстрим. В 2003 году книжка читалась как сборник фантастики. Напомним, сейчас Европа обеспокоена остановкой Гольфстрима, становится ясным, что автор сумел предсказать будущее на 10 лет вперёд.

Это наталкивает на мысль, что идея кавитационных теплогенераторов не столь утопична, как пытаются представить средства массовой информации. Известно, что КПД термоэлектрических источников составлял доли процента в начале XX века, сегодня это направление считается перспективным. Эффективность первых термопар достигала 3%, что сопоставимо с успехами паровых двигателей начала XIX века. Уже сегодня инженеры (см. скрин) говорят, что КПД кавитационного теплогенератора допустим выше единицы.

Кавитационный теплогенератор – насос. Поток жидкости просто переносит энергию из места в место. Любой кондиционер и холодильник показывают КПД выше 100%, работают по принципу теплового насоса, перекачивая энергию из одной области пространства в другую. Сопоставим с поливом деревьев: энергия электричества не может напитать корни, но стоит к двигателю приделать гребной винт, как потоки воды устремляются, чтобы принести живительную влагу. Принцип действия кавитационного теплогенератора в точности аналогичен.

Тепловой насос считается дорогим типом оборудования. Обычно качает тепло Земных недр или речного потока. Температура в указанных источниках невысока, понижая давление фреона, удаётся добиться забора тепла и доставки в нужное место. Холодильник не вырабатывает мороз непосредственно. Он разряжает фреон, за счёт законов термодинамики тепло переходит на испаритель, оттуда доставляется к радиатору на задней стенке.

Аналогичным образом кавитационные пузырьки образуются в местах, где давление воды ниже точки перехода в иное агрегатное состояние (см. рис.). Как результат, поглощается большое количество энергии. На перевод вещества в иное агрегатное состояние приходится затратить тепло. Которое берётся из окружающей воды, а та – перекачивает с корпуса кавитационного теплогенератора, потом из помещения. На корпусе тепло образуется за счёт нагнетания давления помпой. КПД выше единицы объясняется отбором тепла у окружающей среды. Высок процент использования собственных потерь генератора на нагрев обмоток и трение.

Немного истории

Теплогенератор, или тепловой насос – это прибор, который преобразовывает механическую энергию в кинетическую, а кинетическую – в тепловую. Таким образом, его можно отнести к приборам отопления или нагревателям воды.

История этого аппарата начинается в начале ХХ века, когда ученый Жозеф Ранк обнаружил, что в воздушной вихревой струе происходит сепарация на фракции нагретого воздуха и холодного. Прибор для образования вихревого воздушного потока назвали трубой Ранке.

Позже, в середине прошлого века, трубу Ранка модернизировал немецкий изобретатель Хилшем. Еще спустя некоторое время в модернизированную трубу Ранке советский ученый Меркулов запустил воду вместо воздуха. При этом он обнаружил, что на выходе вода сильно нагрелась.

Схема устройства трубы Ранка

Такое свойство связано с тем, что в воде, когда она проходит через вихревую трубу, образуется множество водяных пузырьков. В результате воздействия давления воды, эти пузырьки разрушаются. При этом высвобождается некоторое количество энергии, которая нагревает воду.

Данный процесс называется кавитацией. Этот принцип и лег в основу всех современных тепловых генераторов.

Технология работы теплогенератора отопления

Насос повышает давление воды и подает его в рабочую камеру, патрубок которой соединен с ним при помощи фланца.

В рабочем корпусе вода должна получить увеличенную скорость и давление, что осуществляется при помощи труб различного диаметра, сужающихся по ходу потока. В центре рабочей камеры происходит смешение нескольких напорных потоков, приводящее к явлению кавитации.

Чтобы можно было контролировать скоростные характеристики водного потока, на выходе и ходе рабочей полости устанавливают тормозные устройства.

Вода передвигается к патрубку в противоположном конце камеры, откуда поступает в возвратном направлении для повторного использования при помощи насоса циркуляционного действия. Нагрев и получение тепла происходит за счет движения и резкого расширения жидкости на выходе из узкого отверстия сопла.

Положительные и отрицательные свойства теплогенераторов

Кавитационные насосы относят к простым устройствам. В них происходит преобразование механической двигательной энергии воды в тепловую, которая расходуется на отопление помещения. Прежде чем построить кавитационный агрегат своими руками следует отметить плюсы и минусы такой установки. К положительным характеристикам относят:

• эффективное образование тепловой энергии;
• экономный в работе за счет отсутствия топлива как такового;
• доступный вариант приобретения и изготовления своими руками.

Теплогенераторы имеют недостатки:

• шумная работа насоса и явления кавитации;
• материалы для производства не всегда достать просто;
• использует приличную мощность для помещения в 60– 80 м2;
• занимает много полезного пространства комнаты.

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 60м2 выгоднее использовать установку на газу, жидком топливе или эквивалентной электрической мощности с нагревательным тэном).\

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 вихревого теплогенератора. 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.

Принцип работы

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

Фото – Чертеж теплогенератора

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

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

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

Фото – Гидродинамический механизм Григгса

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

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

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

Принцип работы

Процесс кавитации. (Для увеличения нажмите)

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).

Разновидности

Кавитационные устройства делятся на следующие виды:

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

Кавитационный теплогенератор вихревой КПД ультразвукового оборудования невероятно высок.

Принцип работы роторных генераторов

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

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

Особенности роторных теплогенераторов кавитационного действия:

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

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

Принцип работы статического теплогенератора

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

Статические кавитаторные приборы располагают массой преимуществ:

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

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

Трубчатые тепловые генераторы: устройство и принцип работы

В этой модели кавитационное тепло вырабатывается благодаря продольному расположению трубок:

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

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

Особенности ультразвуковых генераторов кавитационного действия

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