Кавитационный теплогенератор. Устройство и работа. Применение

Кавитационный теплогенератор – специальное устройство, в котором применяется эффект нагрева жидкости кавитационным способом. То есть это эффект, при котором образуются микроскопические пузырьки пара в областях локального уменьшения давления в воде. Это может наблюдаться во время вращения насосной крыльчатки или вследствие воздействия на воду звукового колебания. В результате этого жидкость нагревается, а это значит, что при помощи нее можно обогревать дом или квартиру.

На сегодняшний день кавитационный теплогенератор считается инновационным изобретением. Однако уже практически век тому назад ученые размышляли над тем, как можно использовать эффект кавитации. Впервые подобную установку собрал Джозеф Ранк в 1934 году. Именно он отметил, что входные и выходные температуры воздушных масс этой трубы отличаются. Советские ученые несколько усовершенствовали трубы Ранка, использовав для этой цели жидкость. Опыты показали, что установка позволяет быстро разогревать воду. Однако на тот период необходимость в такой установке была минимальна, ведь энергия стоила копейки. Сегодня же, вследствие удорожания электричества, нефти и газа, потребность в таких установках возрастает.

Виды

Кавитационный теплогенератор по своему устройству может быть роторным, трубчатым или ультразвуковым:

• Роторные устройства представляют агрегаты, в которых используются центробежные насосы с измененной конструкцией. В качестве статора здесь применяется насосный корпус, куда устанавливается входная и выходная труба. Главным рабочим элементом здесь выступает камера, где размещается подвижный ротор, он работает по принципу колеса.

Роторная установка имеет сравнительно простую конструкцию, однако для эффективной ее работы необходим очень точный монтаж всех его элементов. В том числе здесь требуется точнейшее балансирование двигающегося цилиндра. Необходима плотная посадка роторного вала, а также тщательная выверка и замена пришедших в негодность материалов изоляции. КПД таких устройств не являются довольно большим. Они имеют не очень большой срок службы. К тому же такие агрегаты работают с выделением достаточно большого шума.

• Трубчатые тепловые генераторы осуществляют кавитационное нагревание благодаря продольному расположению трубок. При помощи помпы нагнетается давление во входящую камеру. В результате жидкость направляется через указанные трубки. На входе вследствие этого появляются пузырьки. Во второй камере устанавливается высокое давление. Пузырьки, которые при попадании во вторую камеру разрушаются, вследствие чего они отдают свою тепловую энергию. Эта энергия вместе с паром направляется на обогрев дома. Коэффициент полезного действия подобных конструкций может достигать высоких показателей.
• Ультразвуковые тепловые генераторы. Кавитация здесь образуется благодаря ультразвуковым волнам, которые создает установка. В результате такого принципа работы обеспечиваются минимальные потери энергии. Трения здесь практически нет, вследствие чего коэффициент полезного действия ультразвукового теплового генератора невероятно высок.

Устройство

Кавитационный теплогенератор имеет устройство в зависимости от принципа действия. Типичным и наиболее распространенным представителем роторных тепловых генераторов является центрифуга Григгса. В такой агрегат заливается вода, после чего запускается ось вращения при помощи электрического двигателя. Главным достоинством такой конструкции является то, что привод нагревает жидкость, а также выступает в качестве насоса. Поверхность цилиндра имеет огромное количество неглубоких круглых отверстий, которые позволяют создать эффект турбулентности. Нагревание жидкости обеспечивается благодаря силам трения и кавитации.

Число отверстий в установке зависит от используемой роторной частоты вращения. Статор в тепловом генераторе выполнен в виде цилиндра, который запаян с двух концов, где непосредственно вращается ротор. Существующий зазор между статором и ротором равняется примерно 1,5 мм. Отверстия в роторе необходимы для того, чтобы в жидкости, трущейся о поверхности цилиндра, появлялись завихрения с целью создания кавитационных полостей.

В указанном зазоре также наблюдается и нагревание жидкости. Чтобы тепловой генератор эффективно работал, поперечный размер ротора должен составлять минимум 30 см. В то же время скорость его вращения должна достигать 3000 оборотов в минуту.

В ультразвуковых устройствах для создания эффекта кавитации используется кварцевая пластина. Она под воздействием электрического тока создает колебания звука. Эти звуковые колебания направляются на вход, вследствие чего устройство производит вибрации. На обратной фазе волны создаются участки разряжения, вследствие чего можно наблюдать кавитационные процессы, которые создают пузырьки.

Чтобы обеспечить максимальный коэффициент полезного действия, рабочая камера теплового генератора выполняется в виде резонатора, который настроен на ультразвуковую частоту. Образованные пузырьки моментально переносятся потоком через узкие трубки. Это необходимо, чтобы получить разряжение, так как пузырьки в тепловом генераторе могут быстро смыкаться, отдавая свою энергию обратно.

Принцип работы

Кавитационный теплогенератор позволяет создать процесс, во время которого в жидкости создаются пузырьки. Если рассматривать этот процесс, то он сравним с закипанием воды. Однако при кавитации наблюдается локальное падение давления, что и приводит к появлению пузырьков. В тепловом генераторе формируются вихревые потоки, вследствие них происходит кавитационный разрыв пузырьков, что приводит к нагреванию жидкости. Нагревание приводит к резкому снижению давления жидкости. Полученная энергия получается довольно дешевой, она отлично подходит для отопления помещений. В качестве теплоносителя можно использовать антифриз.

Для подобных установок обычно нужно примерно в 1,5 раза меньше электрической энергии, чем это необходимо для радиаторных и иных систем. При этом нагревание жидкости осуществляется в замкнутой системе. Работают такие агрегаты посредством преобразования одной энергии в другую. В итоге она превращается в тепловую.

Кавитационный теплогенератор своими руками

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

Вихревое устройство: общее понятие

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

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

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

В этом видео вы узнаете, как устроен теплогенератор:

Кавитационные генераторы: преимущества

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

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

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

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

В данном обогревателе, одним из плюсов является высокий КПД

Строение нагревателя и принцип работы

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

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

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

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

Типы обогревателей

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

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

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

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

Самостоятельное изготовление оборудования

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

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

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

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

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

Специалисты рекомендуют следить за диаметральным показателем сечения отверстия, которое присутствует между конфузором и диффузором. Оптимальные пределы варьируются от 8 до 15 единиц, выход за эти рамки нежелателен.

Последовательность конструирования кавитационного теплогенератора своими руками представлена следующими действиями:

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

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

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

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

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