Вихревой теплогенератор для систем теплоснабжения

Шваб Виктор Викторович

На протяжении множественных лет (более 1 в различных городах Москва, Жуковский, Подольск, Мытищи, Пенза, Ростов-на-Дону, Ижевск, Тверь, Королев, Донецк и др. ведутся интенсивные разработки вихревых теплогенераторов.

Вихревые теплогенераторы – тепловые устройства гидродинамического типа, применяющиеся в качестве автономных источников отопления и ГВС.

Использование вихревых теплогенераторов выгодно при строительстве электрофицированных объектов, прокладка газовых коммуникаций и труб централизованного теплоснабжения к которым невозможна или неэкономична (пример по продбазе «Дружба» г. Мытищи: в октябре 1996г. угольная котельная находилась в состоянии разрухи, ближайшая котельная на удалении 1500 м, а газопровод-900м. Потребность в тепле – минимальная 24 кВт без ГВС. Потребляемая электрическая мощность вихревых теплогенераторов 11 и 7,5 кВт/ч).

Кроме того, оправдано их применение совместно с теплогенераторами работающими на жидком топливе, фото № 1 (пример по ст. Перово: Потребность в тепле 96 кВт/ч, техническая принцип. возможность по потребляемой электрической мощности 100 кВт/ч. Установлено: две установки вихревых теплогенераторов суммарной тепловой мощностью – 36 кВт/ч, один теплогенератор мощностью 60 кВт/ч работающий на дизельном топливе фото № . При этом в случае установки трех-тарифного электрического счетчика можно снизить себестоимость выработанной тепловой энергии на 15-25%.

От существующих электронагревателей Вихревые теплогенераторы отличаются значительно более высокой эффективностью – отношением производимой тепловой энергии к потребляемой электрической. По заключению РКК «Энергия» № 77- 6/33 от 01.12.1994г. Вихревые теплогенераторы типа «ЮСМАР» имеют средний условный k преобразования энергии на 23% выше по сравнению с электродными теплогенераторами и на 42% выше по сравнению с ТЭНовыми. А самое главное отличие то, что при использовании Вихревых теплогенераторов не требуется получать технические условия на термическую нагрузку.

Важно отметить, что Вихревые теплогенераторы могут приводиться не только электродвигателями, но и ветром, водой горных речек, дизельными и бензиновыми двигателями.

Можно выделить три конструктивные разновидности Вихревых теплогенераторов (по классификации Сергея Геллера, изобретателя из Ростова-на-Дону журнал «ТМ» 11/200 :

· пассивные тангециальные;

· пассивные аксиальные;

· активные.

К пассивным относятся Вихревые теплогенераторы статистичекого типа, не содержащие подвижных частей в устройствах формирования потока жидкости. Они различаются по характеру ввода потока в рабочую камеру – тангециальному (завихритель, рабочая вихревая камера, тормозное устройство, выходной патрубок, перепускная магистраль) или аксиальному (входной патрубок, рабочая камера с сужающим устройством, турбулизатор, выходной патрубок).

Завихритель выполнен в виде улитки, подводящей поток холодной жидкости из насоса на периферию цилиндрической вихревой камеры. В камере поток закручивается и движется к осевому выходному патрубку, перед которым тормозится специальным устройством. В цикле вихревого движения и торможения жидкости в рабочей камере создается зона схлопывания в которой жидкость нагревается и поступает в выходной патрубок. Часть горячей жидкости для поддержания зоны схлопывания может отводиться с его выхода на вход через перепускную магистраль.

Завихрители могут выполняться с винтовыми или спиральными профилями рабочих камер, с постоянными или сужающимися сечениями патрубков, с одной или более рабочими камерами, с одним или несколькими тангенциальными вводами, с вводами типа вихревых форсунок и т.п.

Рабочие камеры этих нагревателей могут быть прямоточными, двойными противоточными, цилиндрическими, коническими, сложной формы и т.д.

Разнообразны и конструкции тормозных устройств – от тел обтекания до лопастных спрямляющих аппаратов.

В пассивных аксиальных Вихревых теплогенераторах используются различные диафрагмы с цилиндрическими, коническими, щелевидными или спиральными отверстиями, с одним и более отверстиями, с аксиальным или смещенным отверстиями, с одной или несколькими последовательно установленными перегородками и т.д.

Применяются и теплогенераторы смешанного типа в которых для повышения эфф. работы одновременно используются как завихрители, так и диафрагмы.

К активным относятся Вихревые теплогенераторы в которых механическая активация рабочего тела происходит в результате воздействия на жидкость подвижных активаторов – вращающихся, колеблющихся или совершающих сложное движение.

Подающаяся во входной патрубок Вихревого теплогенератора активного типа холодная жидкость закручивается вращающимся активатором, ускоряется, активируется и нагревается. Это происходит в цикле движения в сторону неподвижного тормозного устройства, на котором поток затормаживается, дополнительно активируется и нагревается. Через выходной патрубок горячая жидкость подается к потребителю.

Разновидности активных Вихревых теплогенераторов отличаются м. собой конструкциями активаторов и тормозных устройств. Активаторы могут выполняться также в виде турбин, тел вращения с продольно профилированными поверхностями, перфорированных цилиндрических или конических барабанов, однонаправленных или противоположно вращающихся перфорированных дисков и пр.

В каждом из трех типов Вихревых теплогенераторов могут дополнительно создаваться специальные режимы работы, способствующие активации жидкости и, как следствие, - увеличению тепловыделения. С этой целью задаются неоднородности давления в рабочей камере, возбуждаются автоколебания в жидкости, формируются дополнительные вихревые течения, обеспечиваются ударные торможения встречных струй, производится ультрозвуковая обработка жидкости и пр.

Кроме того, каждый их Вихревых теплогенераторов может использоваться в различных тепловых схемах систем теплоснабжения и отопления. И зачастую именно неудачно выбранная тепловая схема может привести к неэффективной работе Вихревого теплогенератора.

Несмотря на отсутствие подвижных частей и высокую эксплуатационную надежность пассивных теплогенераторов, Вихревые теплогенераторы активного типа более перспективны для практического использования, поскольку обеспечивают более эффективный нагрев жидкости и позволяют снизить уровень шума (один их главных недостатков Вихревых теплогенераторов). Т.к. для работы пассивных Вихревых теплогенераторов требуются насосы с повышенными техническими характеристиками по напору и производительности, на которые устанавливаются электрические двигатели с частотой вращения 3000 об/мин. Конструкция же Вихревого теплогенератора активного типа позволяет использовать малошумные электрические двигатели с частотой вращения 1500 об/мин.

Исходя из конструктивных особенностей различных Вихревых теплогенераторов, и на основании анализа практического опыта использования некоторых их пассивных теплогенераторов, можно сделать два важных вывода, которые необходимо учитывать в практике применения систем теплоснабжения на основе Вихревых теплогенераторов.

Во-первых, тепловыделяющее действие кавитации в потоках жидкости проявляется обычно при условиях, отличающихся от условий ее возникновения. Особенно важно учитывать данное явление при проведении измерений расходов жидкости и разности температур, т.к. погрешности измерений будут значительны.

Во-вторых, тепловыделение связано с зоной схлопывания, которую необходимо создавать и поддерживать (как необходимо налаживать, например, горелку на водогрейном котле).

Оба этих вывода приводят к мысли о пользе тщательного изучения данного явления на основе широкого практического применения Вихревых теплогенераторов с целью объяснения правдоподобного механизма возникновения причудливой, так же не познанной во всем своем многообразии связи кавитации с тепловыделением.

Отсутствие же убедительных и доступных широкой аудитории экспериментальных данных привело к появлению многочисленных гипотез об базовой причине появления тепловой энергии и высокой эфф. Вихревых теплогенераторов.

Фото № Система теплоснабжения административно-бытового здания Дирекции по ремонту пути Московской железной дороги г. Москва, Кусковский тупик (ст. Перово).

Источник: Материалы Конференции «Системы теплоснабжения.

Современные решения» 16-18 мая 2006 г. НП Российское теплоснабжение , www.rosteplo.ru