Теплогенератор кавитационный для отопления помещения

Чтобы обеспечить экономное отопление жилого, подсобного или производственного помещения, хозяева используют различные схемы и приемы получения тепловой энергии. Для того чтобы собрать теплогенератор кавитационного действия своими руками, следует разобраться в процессах, которые позволяют осуществить выработку тепла.

Что лежит в основе работы

Кавитация обозначает процесс образования парообразных пузырьков в толще воды, чему способствует медленное понижение водяного давления при большой скорости потока. Возникновение каверн или полостей, заполненных паром, может быть вызвано и прохождением акустической волны или излучением лазерного импульса. Замкнутые области воздуха, или кавитационные пустоты, перемещаются водой в область высокого давления, где происходит процесс их схлопывания с излучением волны ударной силы. Явление кавитации не может возникнуть при отсутствии указанных условий.

Физический процесс кавитационного явления сродни закипанию жидкости, но при кипении давление воды и пара в пузырьках является средним по значению и одинаковым. При кавитации давление в жидкости выше среднего и выше парового давления. Понижение же напора носит локальный характер.

При создании нужных условий молекулы газа, которые всегда присутствуют в толще воды, начинают выделяться внутрь образующихся пузырьков. Этот явление проходит интенсивно, так как температура газа внутри полости достигает до 1200ºС из-за постоянного расширения и сжимания пузырьков. Газ в кавитационных полостях содержит большее число молекул кислорода и при взаимодействии с инертными материалами корпуса и других деталей теплогенератора приводит к их скорой коррозии и разрушению.

Исследования показывают, что разрушительному действию агрессивного кислорода подвергаются даже инертные к этому газу материалы – золото и серебро. Кроме того, явление схлопывания воздушных полостей вызывает достаточно шума, что является нежелательной проблемой.

Многие энтузиасты сделали процесс кавитации полезным для создания отопительных теплогенераторов частного дома. Суть системы заключена в замкнутом корпусе, в котором продвигается водяная струя через кавитационное устройство, для получения давления используется обыкновенный насос. В России на первое изобретение отопительной установки был выдан патент в 2013 году. Процесс образования разрыва пузырьков происходит под действием переменного электрического поля. При этом паровые полости являются маленькими по размеру и не взаимодействуют с электродами. Они передвигаются в толщу жидкости, и там происходит вскрытие с выделением дополнительной энергии в теле водяного потока.

Виды теплогенераторов

Роторный генератор тепла

Такое устройство представляет собой видоизмененный насос центробежного действия. В таком устройстве роль статора исполняет корпус насоса, в него установлена входящая и выходящая труба. Основным рабочим органом является камера, внутрь которой помещен подвижный ротор, работающий по типу колеса.

За время создания кавитационных насосов конструкция ротора претерпела много изменений, но самой продуктивной считается модель Григгса, который одним из первых достиг положительных результатов в создании теплогенератора кавитационного действия. В таком устройстве ротор выполнен в форме диска, на поверхности которого предусмотрены многочисленные отверстия. Они глухие, с определенным диаметром и глубиной. Количество ячеек зависит от частоты электрического тока и, следственно, вращения ротора.

Статор в теплогенераторе представляет собой цилиндр, запаянный с обоих концов, в котором вращается ротор. Зазор между диском ротора и стенками статора составляет около 1,5 мм.

Ячейки ротора нужны чтобы в толще струи жидкости, которая постоянно трется о поверхности подвижного и статического цилиндра, возникали завихрения для образования кавитационных полостей. В этом же зазоре и происходит нагрев жидкости. Для эффективной работы теплогенератора поперечный размер ротора должен быть не менее 30 см, при этом определяется скорость вращения 3000 оборотов за минуту. Если сделать ротор меньшего диаметра, тогда следует увеличить число оборотов.

При всей кажущейся простоте отработка четкого действия всех частей роторного теплогенератора требуется довольно точная, включая балансировку подвижного цилиндра. Нужно уплотнение роторного вала с постоянной заменой вышедших из строя изоляционных материалов.

Коэффициент полезного действия подобных генераторов не является впечатляющим, работа сопровождается шумовым эффектом. Срок их службы непродолжителен, хотя они работают на 25% производительнее статических моделей теплогенераторов.

Статический генераторный насос

Наименование статического теплогенератора оборудование получило условно, что связано с отсутствием деталей вращательного действия. Чтобы создать кавитационные процессы в жидкости применяют конструкцию из сопел.

Воссоздание явления кавитации требует обеспечения высокой скорости перемещения воды, для чего применяют мощный насос центробежного принципа. Насос придает повышенное давление потоку воды, которая устремляется во входное отверстие сопла. Выходной диаметр сопла гораздо уже предыдущего и жидкость получает дополнительную энергию движения, скорость ее увеличивается. На выходе из сопла из-за быстрого расширения воды получаются кавитационные эффекты с образованием полостей газа внутри тела жидкости. Прогревание воды происходит по тому же принципу, что и в роторной модели, только эффективность несколько снижена.

Теплогенераторы статического действия имеют ряд преимуществ перед роторными моделями:

• конструкция статорного прибора не требует принципиально точной балансировки и подгонки деталей ;
• механическая подготовительная операция не требует четкой шлифовки;
• из-за отсутствия подвижных деталей гораздо меньше изнашиваются уплотнительные материалы;
• эксплуатация оборудования более длительная, до 5 лет;
• в условиях прихода в негодность сопла, его замена потребует меньше затрат, чем в роторном варианте теплогенератора, который нужно воссоздать заново.

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.

Изготовление теплогенератора своими руками

Список деталей и приспособлений для создания генератора тепла:

• для измерения давления на входе и выходе из рабочей камеры нужны два манометра;
• термометр измерения температуры входной и вытекающей жидкости;
• вентиль для удаления воздушных пробок из системы отопления;
• входной и выходной патрубки с кранами;
• гильзы под термометры.

Выбор насоса циркуляционного действия

Для этого нужно определиться с требуемыми параметрами устройства. Первой характеристикой является возможность работы насоса с высокотемпературными жидкостями. Если пренебречь таким условием, то насос быстро выйдет из строя.

Далее нужно выбрать рабочее давление, которое может создавать насос.

Для теплогенератора достаточно, чтобы при входе жидкости сообщалось давление в 4 атмосферы, можно поднять такой показатель до 12 атмосфер, что увеличит скорость нагрева жидкости.

Производительность насоса существенного влияния на скорость нагрев оказывать не будет, так как при работе жидкость проходит через условно узкий диаметр сопла. Обычно транспортируется до 3–5 кубических метров воды в час. Гораздо большее влияние на работу теплогенератора будет иметь коэффициент перехода электричества в тепловую энергию.

Изготовление кавитационной камеры

Классическим примером является выполнение приспособление в виде сопла Лаваля, которое модернизируется мастером, изготовляющим генератор своими руками. Особое внимание следует уделить выбору размера сечения проходного канала. Оно должно обеспечить максимальный перепад давления жидкости. Если устроить наименьший диаметр, то вода будет вылетать из сопла под большим давлением, и процесс кавитации будет происходить более активно.

Но в таком случае будет уменьшен поток воды, что приведет к смешиванию ее с холодными массами. Маленькое отверстие сопла также работает на увеличение числа воздушных пузырьков, что увеличивает шумовой эффект работы и может привести к тому, что пузырьки начнут образовываться уже в камере насоса. Это уменьшит срок его службы. Наиболее приемлемым, как показала практика, считается диаметр 9– 16 мм.

По форме и профилю сопла бывают цилиндрической, конусной и закругленной формы. Однозначно нельзя сказать, какой выбор будет более эффективным, все зависит от остальных параметров установки. Главное, чтобы вихревой процесс возникал, уже на этапе начального входа жидкости в сопло.

Изготовление водяного контура

Предварительно следует составить схематично протяженность контура и его особенности, все это перенести на пол мелом. Принципиально о контуре можно сказать, что он представляет собой изогнутую трубу, которая присоединяется к выходу их кавитационной камеры, а потом жидкость подается снова на вход. В качестве дополнительных приборов подсоединяются два манометра, две гильзы, в которые устанавливают термометр. Также в контуре присутствует вентиль для сбора воздуха.

Вода в контуре поступает против часовой стрелки. Для регулирования давления ставим вентиль между входом и выходом. Применяется труба диаметром 50, что характерно для совпадения с размером патрубков.

Старые модели теплогенераторов работали без установки сопел, повышение напора воды было предусмотрено за счет разгона воды в трубопроводе достаточно большой протяженности. Но в нашем случае не стоит применять слишком большую длину труб.

Испытание генератора

Насос подключают к электричеству, а радиаторы — к системе отопления. После того как оборудование установлено, можно приступить к испытаниям. Осуществляем включение в сеть и двигатель начинает работу. При этом стоит обратить внимание на показание манометров давления и установить нужную разницу с помощью вентиля между входом и выходом воды. Разница атмосфер должна быть в диапазоне от 8 до 12 атмосфер.

После этого пускаем воду и наблюдаем за температурными параметрами. Достаточным будет нагревание в системе за десять минут на 3–5ºС за минуту. За небольшой промежуток времени нагрев достигает 60ºс. Наша система вместе с насосом запитана 15 литрами воды. Этого вполне достаточно для эффективной работы.

Для применения в быту теплогенераторов достаточно немного желания и навыков сборщика, так как все устройства применяются в готовом виде. А эффективность не заставит себя ждать.

Все плюсы и минусы кавитационного теплогенератора

В последнее время большое внимание уделяется альтернативным источникам энергии. Это связано не только и возможно даже не столько для того, чтобы улучшить экологическую обстановку на Земле, сколько с все возрастающими ценами на энергоносители. Хотя многие из потребителей и задумываются над тем, что современное поколение оставит после себя потомкам.

Так или иначе, но использование различных альтернативных источников становится все более популярным. Одним из приборов, работа которого основана на совершенно новом принципе получения энергии, является кавитационный теплогенератор. В последнее время производство таких агрегатов осваивают многие производители и они все в большем количестве появляются на отечественном рынке.

Что представляет собой агрегат

Этот прибор можно назвать вполне приемлемой заменой любого отопительного котла. В нем нагрев воды осуществляется за счет кавитации, в процессе которой в жидкости образуются свободные места, заполняемые пузырьками. Он возникает за счет снижения давления, происходящего в результате увеличения скорости прохождении акустической волны. Однако есть и другие объяснения происхождения. С физической точки зрения этот процесс можно сравнить с закипанием воды, но при этом отличием является тот факт, что падение давления является локальный.

Смотрим видео, сфера применения оборудования:

Сфера использования кавитационных генераторов сегодня не ограничивается только отоплением. Они применяются для очистки отложений внутри теплообменных аппаратов. Это проще и удобнее, чем механический или другой способы.

Обогрев и очистка воды в бассейнах также может осуществляться при помощи теплового насоса. Это происходит за счет кавитационного процесса, протекающего в процессе работы оборудования.

Популярны такие устройства и в промышленной отрасли. Здесь с использованием такой воды, изготавливают бетон, который отличается от произведенного обычным способом более качественными эксплуатационными характеристиками.

Конструктивные особенности оборудования

Что же представляет собой такой агрегат? Основным узлом в нем является кавитационный теплогенератор, выполненный в виде насоса, со специальным профилем проточной части. Проходя через него, вода нагревается. Происходит это за счет формирования вихревого потока. Возникая в нем, кавитационные разрывы приводят к нагреву жидкости. Причем роль теплоносителя может играть любой антифриз.

Смотрим видео, устройство генератора:

Нагрев приводит к изменению химического состава жидкости за счет резкого снижения ее давления. Выделяемая при этом энергия может использоваться для отопления и является достаточно дешевой.

Такие установки, как правило потребляют в 1,5 раза меньше энергии, чем радиаторные и другие системы. При этом нагрев жидкости в них происходит в замкнутом контуре при его прохождении через кавитатор.

Принцип работы таких устройств заключается в превращении одного вида энергии в другой. Она в свою очередь преобразуется в тепловую, причем разница между выделяемой и потребляемой достаточно существенная.

К достоинствам кавитационных теплогенераторов следует отнести возможность их монтажа без каких-либо разрешительных документов. Это связано с тем, что электроэнергия в них используется лишь для работы электродвигателя.

И хотя сегодня ни одна из существующих теорий не может полностью описать процессы, происходящие в кавитаторе, они все же, эксплуатируются по всему миру и причем довольно успешно. Что касается научных исследований в этой сфере, то они сводятся к фиксации особенностей работы тепловых установок такого типа.

Обзор популярных моделей

Не смотря на то, что пока еще процесс кавитации не совсем изучен, оборудование, работающее на его принципах, уже разрабатывается специалистами на многих предприятиях. Причем некоторые модели уже находятся в стадии подготовки к серийному выпуску. Они представляют собой электроустановки, которые используют для отопления и приготовления горячей воды.

Но есть и уже выпускаемые модели. В качестве примера можно рассмотреть кавитационный теплогенератор TC1. Это современный и высокоэффективный прибор, с широким спектром действия. Он может использоваться для систем отопления, вентилирования, приготовления горячей воды.

Прибор укомплектован стандартным двигателем на 3000 об/мин, питающимся от сети в 380 В. Он устанавливается на одной раме с активатором, отвечающим за преобразование механической энергии в тепловую.

Кавитационные теплогенераторы производятся в некоторых из стран СНГ. Причем у различных производителей они имеют свои названия.

Наиболее известны на постсоветском пространстве следующие компании:

• ЮСМАР (Молдова);
• ЮрЛе и Ко (Беларусь);
• Текмаш (Украина);
• Гравитон (Россия).

Но все же купить такой прибор еще довольно сложно, поэтому и цены на них завышены. Например, у бытового кавитационного теплогенератора мощностью до 50 кВт цена составляет в среднем 50-55 тысяч рублей.

Если рассматривать вихревые модели, то они являются более простыми в конструктивном плане, однако и эффективность у такого оборудования несколько ниже. Сегодня на рынке продукцию такого класса предлагает всего несколько компаний. Среди них роторный гидроударный насос марки Радекс выпускает НПП Новые технологии.

Электрогидроударные и гидроударные модели Торнадо и Vektorplus производят в белорусской компании Юрле-К. Купить их можно в дилерских центрах и магазинах в странах СНГ.

Аналогичное оборудование выпускается и некоторыми российскими заводами. В их линейку входят в основном агрегаты небольшой мощности. Из них самой малой является ВТГ – 2,2. Она способна обогревать здание объемом не более 90 м³. Принцип его работы идентичен аналогичным приборам. На ротор двигателя теплогенератора установлен шнек, через него проходит поток жидкости. После нагрева она подается в трубопровод отопления. Стоимость этой модели не превышает 34 тысяч рублей.

К аппаратам со средними показателями мощности относятся кавитационные теплогенераторы ВТГ – 30. Эта модель рассчитана на дома объемом до 1400 м³. Однако с ней в комплекте необходимо приобретать шкаф управления. В этом случае процесс нагрева жидкости будет полностью автоматизирован. Но и стоит такой прибор около 150 тысяч рублей.

Смотрим видео немного о вихревых теплогенераторах:

Ижевские производители выпускают кавитационные вихревые теплогенераторы ИТПО. Они комплектуются двигателем и цилиндрической насадкой. Работая в режиме насоса, агрегат нагнетает жидкость. Затем происходит создание вихревого потока, остановка которого возможна при помощи тормозного устройства. Именно на этом этапе и осуществляется нагрев теплоносителя.

Если верить заявлениям производителя, то КПД для этой модели может достигать 150%. Возможно именно этот показатель и привлекает к еще новому оборудованию большую аудиторию потребителей, желающих кавитационный теплогенератор купить для отопления собственного дома.