Кавитатор для воды своими руками

Как собрать теплогенератор

Инструменты для работы При всех этих научных терминах, которые могут напугать незнакомого с физикой человека, смастерить в домашних условиях ВТГ вполне возможно. Повозиться, конечно, придётся, но если всё сделать правильно и качественно, можно будет наслаждаться теплом в любое время.

И начать, как и в любом другом деле, придётся с подготовки материалов и инструментов. Понадобятся:

Сварочный аппарат.
Шлифмашинка.
Электродрель.
Набор гаечных ключей.
Набор свёрл.
Металлический уголок.
Болты и гайки.
Толстая металлическая труба.
Два патрубка с резьбой.
Соединительные муфты.
Электродвигатель.
Центробежный насос.
Жиклёр.

Вот теперь можно приступать непосредственно к работе.

Устанавливаем двигатель

Электродвигатель, подобранный в соответствии с имеющимся напряжением, устанавливается на станину, сваренную или собранную с помощью болтов, из уголка. Общий размер станины вычисляется таким образом, чтобы на ней можно было разместить не только двигатель, но и насос. Станину лучше покрасить во избежание появления ржавчины. Разметить отверстия, просверлить и установить электродвигатель.

Подсоединяем насос

Насос следует подбирать по двум критериям. Во-первых, он должен быть центробежным. Во вторых, мощности двигателя должно хватить, чтобы его раскрутить. После того, как насос будет установлен на станину, алгоритм действий следующий:

В толстой трубе диаметром 100 мм и длиной 600 мм с двух сторон нужно сделать внешнюю проточку на 25 мм и в половину толщины. Нарезать резьбу.
На двух кусках такой же трубы длинной каждый 50 мм нарезать внутреннюю резьбу на половину длины.
Со стороны противоположной от резьбы приварить металлические крышки достаточной толщины.
По центру крышек сделать отверстия. Одно по размеру жиклёра, второе по размеру патрубка. С внутренней стороны отверстия под жиклёр сверлом большого диаметра необходимо снять фаску, чтобы получилось подобие форсунки.
Патрубок с форсункой подсоединяется к насосу. К тому отверстию, из которого вода подаётся под напором.
Вход системы отопления подсоединяется ко второму патрубку.
К входу насоса присоединяется выход из системы отопления.

Цикл замкнулся. Вода будет под давлением подаваться в форсунку и за счёт образовавшегося там вихря и возникшего эффекта кавитации станет нагреваться. Регулировку температуры можно осуществить, установив за патрубком, через который вода попадает обратно в систему отопления, шаровый кран.

Чуть прикрыв его, вы сможете повысить температуру и наоборот, открыв – понизить.

Усовершенствуем теплогенератор

Это может звучать странно, но и эту довольно сложную конструкцию можно усовершенствовать, ещё больше повысив её производительность, что будет несомненным плюсом для обогрева частного дома большой площади. Основывается это усовершенствование на том факте, что сам насос имеет свойство терять тепло. Значит, нужно заставить расходовать его как можно меньше.

Добиться этого можно двумя путями. Утеплить насос при помощи любых подходящих для этой цели теплоизоляционных материалов. Или окружить его водяной рубашкой. Первый вариант понятен и доступен без каких-либо пояснений. А вот на втором следует остановиться подробнее.

Чтобы соорудить для насоса водяную рубашку придётся поместить его в специально сконструированную герметическую ёмкость, способную выдерживать давление всей системы. Вода будет подаваться именно в эту емкость, и насос будет забирать её уже оттуда. Внешняя вода так же нагреется, что позволит насосу работать намного продуктивнее.

Вихрегаситель

Но, оказывается и это ещё не всё. Хорошо изучив и поняв принцип работы вихревого теплогенератора, можно оборудовать его гасителем вихрей. Подаваемый под большим давлением поток воды ударяется в противоположную стенку и завихряется. Но этих вихрей может быть несколько. Стоит только установить внутрь устройства конструкцию напоминающую своим видом хвостовик авиационной бомбы. Делается это следующим образом:

Из трубы чуть меньшего диаметра, чем сам генератор необходимо вырезать два кольца шириной 4-6 см.
Внутрь колец приварите шесть металлических пластинок, подобранных таким образом, чтобы вся конструкция получилась длинной равной четверти длины корпуса самого генератора.
Во время сборки устройства закрепите эту конструкцию внутри напротив сопла.

Пределу совершенства нет и быть не может и усовершенствованием вихревого теплогенератора занимаются и в наше время. Не всем это под силу. А вот собрать устройство по схеме, приведённой выше, вполне возможно.

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

:

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

Минусы генератора

:

Шумность;
Сложно достать материалы для производства;
Мощность слишком большая для небольшого помещения до 60-80 квадратных метров, бытовой генератор проще купить;
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.

Преимущества и недостатки вихревых генераторов

В числе неоспоримых достоинств стоит отметить:

Экологическую безопасность;
Защищенность от взрывов и возгораний;
Возможность встраивания в уже имеющуюся систему оборудования;
Экономичность, низкую стоимость полученной тепловой энергии;
Работа без необходимости обустройства охлаждения;
Возможность эксплуатации в условиях отсутствия устройств дымоудаления и отведения вредных веществ;
Уровень КПД до 91-92%;
Защиту от образования накипи, что снижает риск порчи оборудования вследствие коррозии и разрушения элементов.

Ограничения по использованию вихревых генераторов могут быть связаны со следующими особенностями:

сравнительно высокий уровень производимого шума;
крупные размеры;
необходимость точной настройки кавитации;
затратный ремонт при выходе из строя одного из элементов конструкции.

Принцип действия теплогенератора Потапова

Схема устройства тепловой пушки.

Для полного понимания всех тонкостей в характере работы такого устройства, как теплогенератор, следует рассмотреть поэтапно все стадии процесса нагрева жидкости.

В системе теплогенератора насос создает давление на уровне от 4 до 6 атм. Под созданным давлением вода с напором поступает в инжекционный патрубок, присоединенный к фланцу запущенного центробежного насоса. Поток жидкости стремительно врывается в полость улитки, подобной улитке в трубе Ранка. Жидкость, как и в проделанном с воздухом опыте, начинает быстро вращаться по изогнутому каналу для достижения эффекта кавитации.

Следующий элемент, который содержит теплогенератор и куда попадает жидкость – это вихревая труба, в этот момент вода уже достигла одноименного характера и движется стремительно. В соответствии с разработками Потапова, длина вихревой трубы в разы превышает размеры ее ширины. Противоположный край вихревой трубы является уже горячим, туда-то и направляется жидкость.

Чтобы достичь необходимой точки, она проходит свой путь по винтообразно закрученной спирали. Винтовая спираль располагается около стенок вихревой трубы. Через мгновение жидкость достигает своего пункта назначения – горячей точки вихревой трубы. Этим действием завершается движение жидкости по основному корпусу устройства. Следом конструктивно предусмотрено основное тормозное устройство. Это устройство предназначено для частичного вывода горячей жидкости из обретенного ею состояния, то есть поток несколько выравнивается благодаря радиальным пластинам, закрепленным на втулке. Втулка имеет внутреннюю пустую полость, которая соединяется с малым тормозным устройством, следующим за циклоном в схеме строения теплогенератора.

Схема подключения теплогенератора к системе отопления.

Вдоль стенок тормозного устройства горячая жидкость все ближе продвигается к выходу из устройства. Тем временем, по внутренней полости втулки основного тормозного устройства навстречу потоку горячей жидкости протекает вихревой поток отведенной холодной жидкости.

Времени контакта двух потоков через стенки втулки достаточно, чтобы нагреть холодную жидкость. И теперь уже теплый поток направляется к выходу через малое тормозное устройство. Дополнительный нагрев теплого потока осуществляется во время прохождения его по тормозному устройству под действием явления кавитации. Хорошо прогретая жидкость готова выйти из малого тормозного устройства по байпасу и пройти по основному отводящему патрубку, соединяющему два конца основной цепи элементов теплового устройства.

Горячий теплоноситель также направляется на выход, но в противоположном направлении. Вспомним, что к верхней части тормозного устройства прикрепляется дно, в центральной части дна предусмотрено отверстие с диаметром, равным диаметру вихревой трубы.

Вихревая труба, в свою очередь, соединена отверстием в дне. Следовательно, горячая жидкость заканчивает свое движение по вихревой трубе проходом в отверстие дна. После горячая жидкость попадает в основной отводящий патрубок, где смешивается с теплым потоком. На этом движение жидкостей по системе теплогенератора Потапова закончено. На выход из нагревателя вода поступает с верхней части отводного патрубка – горячая, а из нижней его части – теплая, в нем же она смешивается, готовая к использованию. Горячая вода может применяться либо в водопроводе для хозяйственных нужд, либо в качестве теплоносителя в системе отопления. Все этапы работы теплогенератора проходят в присутствии эфира.

Где используются?

Кавитационные теплогенераторы используются как в быту для обогрева жилой площади, так и в промышленности. Единственным отличием является размер и мощность конструкции. Принцип работы и выработки тепла остается прежним. Приборы используются в том случае, если:

нет альтернативного источника тепла;
очень дорогая электроэнергия;
имеются частые перебои с работой местных электросетей.

Вихревый генератор удобен в эксплуатации, а также прост по своей конструкции.

Множество людей собирают его самостоятельно, при этом помощниками в работе могут стать видеоролики из интернета, чертежи и схемы подключения.

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:

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

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.

Варианты комплектации

Практически все производители предлагают индукционные котлы в диапазоне мощностей от 3 до 80 кВт в двух типах комплектаций:

стандартная. Включает в себя оборудование для управления котлом (шкаф размерами 20х40 см и выносной пульт, обеспечивающий возможность бесконтактного контроля) и температурный датчик.
улучшенная (VIP). Помимо стандартного набора, содержит датчик потока теплоносителя, циркуляционный насос и запорно-регулирующую арматуру. В комплект входит группа безопасности котла – конструкционные элементы, предохраняющие от превышения давления в системе. Чаще всего это система из манометра, клапана для выпуска избытка теплоносителя и отводчика воздуха.

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.

Теплогенераторы газовые для воздушного отопления — виды и преимущества

Стремление к уюту и комфорту поспособствовало тому, что за последнее время было создано огромное количество функциональных и производительных отопительных приборов, отличающихся самыми разными достоинствами и во многом превосходящих устаревшие нагревательные аппараты. Далее речь пойдет о таких конструкциях, как теплогенераторы газовые для воздушного отопления в частном доме. о разновидностях этого оборудования, его технических характеристиках и особенностях монтажа.

Ранее используемые для обогрева помещений механизмы, такие как, например, чугунные отопительные котлы, сегодня отходят на второй план, уступая место более функциональному и эффективному оборудованию, способному не только качественно обогреть комнату, но и сэкономить значительную часть финансовых средств. Сегодня все большее распространение получает газовое воздушное отопление, которое многие специалисты называют наиболее оптимальным вариантом, так как с его помощью можно качественно обогреть не только жилое, но и производственное помещение заводского типа, поэтому отопление производственных помещений и предприятий как раз и делают такого типа

Кроме того, этот способ отличается быстротой нагрева, что порой бывает важно в условиях суровых зим

Сам процесс функционирования такой коммуникации, как воздушное газовое отопление дома объясняется циркуляцией потоков горячих и теплых потоков воздуха. Чтобы этот процесс проходил максимально правильно, обязательно требуется наличие такого прибора, как тепловой нагреватель воздуха. На особенностях этого функционального элемента воздушного отоплении следует остановиться более подробно.

Конструкции различных категорий вихревых теплогенераторов

Основные отличия данных устройств заключены в их конструктивных особенностях. Поэтому рассмотрим конструкции трёх самых популярных разновидностей вихревых теплогенераторов.

Тангенциальные. Основное отличие от других – наличие специальной камеры, в которой и происходит вихревой эффект. К камере по одному патрубку подводится холодной воздух, а по другому, наружу, уже поступает горячий. Чтобы создать некоторое давление в системе, на входе в камеру установлено тормозящее приспособление, которые не даёт жидкости двигаться дальше с постоянной скоростью.
Аксиальные. В генераторах такого типа камера отсутствует, но её функции выполняет специальная диафрагма с большим количеством отверстий определённой формы, расположенных по всему корпусу. Основной минус таких моделей – наличие слишком большого количества различных конструктивных частей, таких как нагревательная камера и формирователь потока.
Активные. Такие теплогенераторы имеют подвижные части – активаторы, которые и создают тот самый вихревой эффект. Проблема устройств активного типа заключена в необходимости точного расчёта как подвижных, так и неподвижных деталей. Но КПД у них в разы выше.

Любой тип вихревых теплогенераторов имеет свои недостатки и преимущества, поэтому выбор следует делать исходя из поставленных целей.

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.