Вихревой двигатель для отопления

Виды генераторов

Принципиальным критерием, по которому генераторы отличаются друг от друга, является загружаемое топливо. В зависимости от этого выделяют следующие виды:

1. Дизельные теплогенераторы – вырабатывают тепло в результате сгорания дизельного топлива. Способны хорошо обогревать большие площади, но для дома их лучше не использовать в силу наличия выработки токсичных веществ, образуемых в результате сгорания топлива.
2. Газовые теплогенераторы – работают по принципу непрерывной подачи газа, сгорая в специальной камере который также вырабатывает тепло. Считается вполне экономичным вариантом, однако установка требует специального разрешения и соблюдения повышенной безопасности.
3. Генераторы, работающие на твердом топливе – по конструкции напоминают обычную угольную печь, где имеется камера сгорания, отсек для сажи и пепла, а также нагревательный элемент. Удобны для эксплуатации на открытой местности, поскольку их работа не зависит от погодных условий.
4. Кавитационный теплогенератор – их принцип работы основывается на процессе термической конверсии, при которой пузырьки, образуемые в жидкости, провоцируют смешанный поток фаз, увеличивающий вырабатываемое количество тепла.

Технология производства и необходимый инструмент

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.

Процесс изготовления

Прежде всего, вам следует отрезать кусок трубы, длина которого будет около 50-60 см и на ее поверхности необходимо будет сделать внешнюю проточку 2-2.5 см, а также нарезать резьбу. Далее вам нужно будет взять еще два куска этой самой трубу по 5 см каждый и сделать из них пару колец. После этого, нужно будет взять лист металла по толщине такой же, как и трубы и вырезать с него своего рода крышки. Далее эти крышки нужно будет приварить в тех местах, где нет резьбы. В центре крышек нужно будет проделать два отверстия, первое должно быть выполнено по окружности патрубка, второе же выполняется по окружности жиклера.

Со внутренней стороны крышки рядом с жиклером необходимо просверлить фаску, для того чтобы получилась форсунка. Затем можно выполнять подключение генератора к системе отопления. Патрубок возле форсунки необходимо подсоединить к насосу, правда только к отверстию, откуда под давлением поступает вода. Второй патрубок нужно подсоединить ко входу в отопительную систему. Выход же подсоединяем к входу насоса. В результате создаваемого насосом давления вода будет проходить через форсунку конструкции. Нагретая перемешиванием вода в специальной камере будет подаваться в отопительный контур. Для регулировки температуры устройство оснащается специальным запорным механизмов, которое находится рядом с патрубком. Если немного прикрыть запор, вода будет проходить с меньшей скоростью по камере, вследствие чего ее температура увеличиться.

Принцип работы

Работает генератор следующим образом. Вода (или любой другой используемый теплоноситель) попадает в кавитатор. Электродвигатель затем раскручивает кавитатор, в котором при этом схлопываются пузырьки – это и есть кавитация, отсюда и название элемента. Так вся жидкость, которая в него попадает, начинает греться.

Электроэнергия, требуемая для работы генератора, тратится на три вещи:

• На образование звуковых колебаний.
• На то, чтобы преодолеть силу трения в устройстве.
• На нагревание жидкости.

При этом как утверждают создатели устройства, в частности, сам молдаванин Потапов, для работы используется возобновляемая энергия, хотя не совсем понятно, откуда она появляется. Как бы то ни было, дополнительного излучения не наблюдается, следовательно, можно говорить чуть ли не о стопроцентном КПД, ведь почти все энергия тратится на нагрев теплоносителя. Но это в теории.

Видео

https://youtube.com/watch?v=QhSsqwPU2a8

Главное это двигатель

Выбирать двигатель нужно в зависимости от того, какое напряжение имеется. Есть много схем, при помощи которых можно подключить к сети 220 Вольт двигатель на 380 Вольт и наоборот. Но это другая тема.

Начинают сборку теплового генератора с электродвигателя. Его надо будет закрепить на станине. Конструкция этого устройства представляет собой металлический каркас, который проще всего сделать из угольника. Размеры надо будет подбирать на месте для тех устройств, которые будут в наличии.

Чертеж вихревого теплогенератора.

Список инструментов и материалов:

• угловая шлифовальная машинка;
• сварочный аппарат;
• электродрель;
• набор сверл;
• рожковые или накидные ключи на 12 и на 13;
• болты, гайки, шайбы;
• металлический уголок;
• грунтовка, краска, кисть малярная.

1. Нарежьте при помощи угловой шлифовальной машинки угольники. Используя сварочный аппарат, соберите прямоугольную конструкцию. Как вариант — сборку можете сделать при помощи болтов и гаек. На конечном варианте конструкции это не скажется. Длину и ширину подберите так, чтобы все детали оптимально разместились.
2. Вырежьте еще один кусок угольника. Прикрепите его как поперечину с таким расчетом, чтобы можно было закрепить двигатель.
3. Сделайте покраску рамы.
4. Просверлите отверстия в каркасе под болты и установите двигатель.

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.

Самодельные теплогенераторы

Тем не менее, как демонстрация интересного физического процесса, сделанный своими руками теплогенератор имеет право на жизнь.

Наиболее проста в изготовлении «вихревая трубка», или статический теплогенератор.

Конструктивно наше сопло Лаваля будет выглядеть как металлический патрубок с трубной резьбой на концах, позволяющей при помощи резьбовых муфт соединить его с трубопроводом. Для изготовления патрубка понадобится токарный станок.

• Сама форма сопла, точнее, его выходной части, может отличаться по исполнению. Вариант «а» наиболее прост в изготовлении, а его характеристики можно варьировать изменением угла выходного конуса в пределах 12-30 градусов. Однако такой тип сопла обеспечивает минимальное сопротивление потоку жидкости, а, следовательно, и наименьшую кавитацию в потоке.
• Вариант «б» более сложен в изготовлении, но за счет максимального перепада давления на выходе сопла создаст и наибольшую турбулентность потока. Условия для возникновения кавитации в этом случае являются оптимальными.
• Вариант «в» — компромиссный по сложности изготовления и эффективности, поэтому стоит остановиться на нем.

Изготовив сопло, можно собрать экспериментальный контур, состоящий из электрического насоса, соединительных патрубков, непосредственно сопла и термометра, который мы используем для определения эффективности устройства. Для уменьшения влияния рассеивания тепла в окружающую среду патрубки лучше всего сделать короткими и замотать их теплоизоляционным материалом. Заполнив контур устройства водой и запомнив ее количество, включим насос ровно на час, чтобы по электросчетчику определить количество израсходованной электроэнергии.

Тепловую мощность самодельного теплогенератора можно определить по следующей формуле, известной по школьному курсу физики:

E=cm(T2-T1)

Где с — это удельная теплоемкость воды (4200 Дж/(кг*К)), m — ее масса, T2 — температура воды в конце работы насоса, Т1 — температура в начале. Полученную энергию, измеренную в джоулях. Сравнить ее с израсходованной электроэнергией можно, учитывая соотношение в 1000 Дж на 0.000277 киловатт-часов энергии. Иначе говоря, при стопроцентном КПД устройство, израсходовавшее 1 киловатт-час энергии, не сможет создать тепловой энергии больше 3600 килоджоулей.

ПРИМЕР: Наше устройство нагрело за час 1 литр воды с 10 до 60 градусов. Получаем тепловую энергию в 210 килоджоулей.

Посмотрите, что сообщают о таких устройствах производители

Критический взгляд на кавитационный теплогенератор

На уважаемых форумах нагрев воды кавитацией считают возможным, но эффективность этого процесса не превышает 60%. А по факту, это новшество всерьез никто не воспринимает. Да, на кавитационный теплогенератор есть патент, но это еще ничего не значит. Например, на краску-утеплитель тоже есть сертификаты и некоторые подрядчики даже пролоббировали возможность утеплять ею фасады многоэтажек в рамках государственной программы. Вот только после такого утепления люди оббили пороги судов, чтобы вернуть потраченные деньги, так как эффективность жидкой теплоизоляции не подтвердилась на практике.

При замере эффективности опытных образцов использовался какой-то хитрый способ вычисления КПД, понять который простому смертному не дано. Конкретики мало, сплошное замыливание глаз. Грубо говоря, все гладко только в теории. Если образец 100% рабочий, то почему ученым еще не присвоена Нобелевская премия?

На множественных форумах нам не удалось найти ни одного человека, который бы отапливал свой дом кавитационным генератором. Нет реальных доказательств его эффективности. В сети можно найти видео про этот прибор, но толкового объяснения, что и как работает – нет, все вокруг да около и крайне неубедительно. Мы считаем, что данный метод обогрева дома не стоит внимания.

Плюсы и минусы кавитационных источников энергии

Кавитационные нагреватели – это простые устройства, которые преобразуют механическую энергию рабочей жидкости в тепловую. По сути, данный прибор состоит из центробежного насоса (для ванной, скважин, систем водоснабжения частных домов), который имеет низкий показатель эффективности. Преобразование энергии в кавитационном нагревателе широко используется в промышленных предприятиях, где нагревательные элементы могут быть повреждены при контакте с рабочей жидкостью, у которой серьезная разность в температурах.

 Конструкция кавитационного теплогенератора

Плюсы устройства:

1. Эффективность;
2. Экономичность теплоснабжения;
3. Доступность;
4. Можно собрать своими руками домашний прибор производства тепловой энергии. Как показывает практика, самодельный прибор не уступает купленному по своим качествам.

Минусы генератора:

1. Шумность;
2. Сложно достать материалы для производства;
3. Мощность слишком большая для небольшого помещения до 60-80 квадратных метров, бытовой генератор проще купить;
4. Даже мини-приборы занимают много места (в среднем как минимум полтора метра комнаты).

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.

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.

 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.

Критерии выбора

При выборе устройства кавитации учитывают следующие моменты:

Важно подобрать конструкцию в соответствии с условиями эксплуатации. Следует учесть масштабы отапливаемого пространства, возможности теплоизоляции помещений, климатические особенности местности в межсезонье и зимой.
Стоит решить вопросы комплектации при приобретении стандартного оборудования

В этом случае, желательно, чтобы изделие было укомплектовано датчиками защиты и приборами контроля тепла. Оптимальный вариант – приобретение техники с автоматическим блоком контроля и управления, также стоит заказать .
В случае приобретения оборудования по отдельным элементам, необходимо четко знать все особенности каждого компонента системы.

Если планируется самостоятельное изготовление, важно тщательно изучить схемы и вооружиться рекомендациями специалистов, далее приступают к выбору модели

Модификация с приводным механизмом

Для того чтобы сделать с приводным механизмом вихревой теплогенератор своими руками, в первую очередь необходимо подобрать хороший электродвигатель. Мощность его обязана составлять минимум 4 кВт. Все это даст хорошую теплопроизводительность. Корпуса для устройства чаще всего используются чугунные. В данном случае выходные отверстия необходимо обтачивать отдельно. Для этого можно воспользоваться напильником. Ротор для электродвигателя целесообразнее подбирать ручного типа. Крепиться муфта обязана на защитной шайбе. Улитку многие специалисты советуют устанавливать только после диффузора.

Таким образом, появится возможность положить уплотнитель на верхнюю крышку. Непосредственно приводной механизм должен располагаться над электродвигателем. Однако на сегодняшний день встречаются модификации с боковой его установкой. Стойки в данном случае необходимо приварить с обоих концов. Все это значительно повысит прочность устройства

В последнюю очередь важно заняться установкой ротора

На этом этапе особое внимание необходимо уделить фиксации кожуха

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.

Популярные модели

Отечественными производителями предлагаются модели кавитаторов гидроударного и электрогидроударного типа. Линейка включает в себя агрегаты небольшой мощности.

ВТГ-2.2

Оборудование представляет собой прибор малой мощности, который подходит для отопления сооружения объемом до 90 м³. Стоимость продукции варьируется в пределах 32-35 т. р.

ВГТ-30

Агрегат средней мощности, разработан для обогрева зданий объемом до 1400 м³. Требуется комплектация в виде шкафа управления. Цена изделия – около 150 000 р.

ИТПО

Продукция ижевских производителей, как заявляют поставщики кавитаторов, располагает КПД до 150%

Несмотря на высокий диапазон стоимости, модель привлекает внимание широкой аудитории потребителей

Немного истории

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.

Виды генераторов

Принципиальным критерием, по которому генераторы отличаются друг от друга, является загружаемое топливо. В зависимости от этого выделяют следующие виды:

1. Дизельные теплогенераторы – вырабатывают тепло в результате сгорания дизельного топлива. Способны хорошо обогревать большие площади, но для дома их лучше не использовать в силу наличия выработки токсичных веществ, образуемых в результате сгорания топлива.
2. Газовые теплогенераторы – работают по принципу непрерывной подачи газа, сгорая в специальной камере который также вырабатывает тепло. Считается вполне экономичным вариантом, однако установка требует специального разрешения и соблюдения повышенной безопасности.
3. Генераторы, работающие на твердом топливе – по конструкции напоминают обычную угольную печь, где имеется камера сгорания, отсек для сажи и пепла, а также нагревательный элемент. Удобны для эксплуатации на открытой местности, поскольку их работа не зависит от погодных условий.
4. Кавитационный теплогенератор – их принцип работы основывается на процессе термической конверсии, при которой пузырьки, образуемые в жидкости, провоцируют смешанный поток фаз, увеличивающий вырабатываемое количество тепла.

Последний вид теплогенераторов за последние 200 лет собрал вокруг себя массу споров и противоречий. Появились, как сторонники теории кавитации, так и ее противники. Но, так или иначе, кавитационные теплогенераторы получили широкое распространение в обогреве жилья.

Самым популярным теплогенератором, работающим по этому принципу, является генератор Потапова.

Принцип действия

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

Фото – Схема вихревого теплогенератора

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.

Фото – Принцип работы генератора гидротипа

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.

Механизм кавитации

Образование пузырьков возможно в движущемся потоке. Там, где резко снижено давление. К подобным местам относят гребные лопасти судов, переходники трубопроводов с разным диаметром (см. рис.). Собственно, конструкции кавитационных генераторов делят на роторные и трубчатые. Обе приводятся в движение электричеством, но принцип действия различается. Винт и труба показаны на скринах для иллюстрации сказанного.

Для объяснения происходящего нужно взглянуть на график агрегатных состояний. Там показаны твёрдое тело (solid), жидкость (liquid) и пар в виде областей для некой температуры (по горизонтали) и давления (по вертикали). Пунктирами обозначены линии:

1. По горизонтали – нормальное атмосферное давление.
2. По вертикали – точки таяния льда и кипения воды.

Видно, что в нормальных условиях пар образуется при температуре 100 градусов, при падении давления вполовину точка кипения смещается до нуля градусов Цельсия. Эффект хорошо знаком альпинистам, знающим – на высоте невозможно сварить мясо. Вода закипает уже при 70-80 градусах Цельсия.

Гребной винт судна образует пузырьки при нормальной температуре воды. Кавитация оказывает пагубное влияние. На рисунке видно, что уже через пару лет эксплуатации поверхность покрывается выщербинами. Кавитация затратна для гидравлических систем.

Образовавшийся пузырёк не лопается за счёт силы натяжения воды и двигается в область с большим давлением, уносясь потоком. Постепенно в передней части образуется вмятина, форма меняется с шаровидной, становясь похожей на эритроцит. Постепенно стенки смыкаются, получается тор (баранка). Образовавшиеся течения создают крутящий момент, фигура пытается вывернуться наизнанку. В результате колба лопается, остаётся некий сгусток турбулентностей (см. рис.). При переходе пара в иное агрегатное состояние выделяется поглощённая ранее энергия. На этом транспорт тепла заканчивается.