Козлов Сергей Владимирович : другие произведения.

Еще одна правда о "вихревых теплогенераторах"

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
Школа кожевенного мастерства: сумки, ремни своими руками
Оценка: 7.00*3  Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Сравнение конструкций "вихревой трубы" и теплового гидродинамического насоса.

Еще одна правда о тепловых генераторах.

  
   В апрельском номере журнала за 2009 год, стр. 40-42, была опубликована статья коллектива авторов "Вся правда о тепловых генераторах". Уже сам заголовок статьи вызывает желание возразить авторам. Правда субъективна, сколько людей, столько и правд. Объективна только истина, но, к сожалению, она практически не достижима. Поэтому утверждение, что в статье была изложена вся правда, с нашей точки зрения, сильно преувеличено. Не претендуя на объективность, предлагаем читателям свою "правду о тепловых генераторах".
   Как и авторы статьи, мы также считаем, что автономное отопление во многих случаях более эффективно, чем централизованное, а в ряде случаев оно просто безальтернативно. В статье не было проведено сравнения затрат на отопление с газовыми котлами. Мы также опустим этот вопрос, отметим только, что строительство газовой котельной мощностью 200 кВт. обходится более чем в 10 млн. рублей и требует не менее полутора лет только на получение разрешительной документации. Монтаж теплового пункта на базе теплогенераторов обойдется на порядок дешевле и займет значительно меньшее время. Кроме этого, в ряде регионов получить лимиты на электроэнергию значительно проще и дешевле, чем лимиты на газ. Мы также согласны с авторами статьи, что ТЭНы имеют массу недостатков, в первую очередь их быстрое покрытие накипью и вследствие этого быстрый выход из строя.
   Так как аудиторию журнала больше интересует технико-экономические показатели и эксплуатационные преимущества применения конкретного вида оборудования, а не дискуссии по теоретическим вопросам, на анализе гипотезы выделения тепла, изложенной в статье, мы останавливаться не будем. Однако заметим, что нам известно еще не менее десятка гипотез. Гипотеза становится теорией только тогда, когда есть математические методы расчета конструкции. В настоящее время нам такие методы не известны.
   "Вихревые" ("кавитационные") теплогенераторы относятся к устройствам для получения тепла, "образующегося иначе, чем в результате сгорания топлива". Это автономные, высокоэффективные, энергосберегающие экологически безопасные устройства отопления, теплоснабжения и ГВС. В анализируемой статье сравниваются теплогенераторы двух типов: на основе "вихревой трубы" и роторные. Авторы производят теплогенераторы на основе "вихревой трубы", поэтому они подчеркивают достоинства данного типа теплогенераторов, и преувеличивают недостатки роторных теплогенераторов. Мы не согласны с аргументами авторов и предлагаем иной взгляд на эту проблему.


   Первый патент РФ на "вихревую трубу" RU 2045715 получил 10.10.95 г. Потапов Ю.С. Схема этого теплогенератора приведена на рисунке 1. При включении в работу консольного насоса (на рисунке не показан) жидкость через инжекционный патрубок 12 под давлением 4-6 атмосфер попадает в циклонную часть корпуса ускоритель движения жидкости 1, имеющий по контуру вид спирали. Здесь происходит приращение механической энергии жидкости, и она попадает в цилиндрическую часть корпуса 2. Входное отверстие 13 инжекционного патрубка 12, выполненное по форме параллелограмма, увеличивает силу трения потока по стенкам циклона и способствует осевому закручиванию потока. Диаметр цилиндрической части корпуса 2 значительно больше диаметра входного отверстия 13 инжекционного патрубка 12. В этой части корпуса происходит резкое изменение давления жидкости, которое в соответствии с общеизвестными законами термодинамики

Рис. 1. Схема теплогенератора

Ю.С. Потапова.

   приводит к изменению температуры среды. Уже частично нагретая жидкость еще с запасом кинетической энергии попадает в тормозное устройство 3, где падает ее скорость и изменяется давление, что соответственно приводит к дальнейшему повышению температуры жидкости. На выходе из тормозного устройства 3 корпуса теплогенератора жидкость проходит через выходное отверстие 7 донной части 6 корпуса. Ввиду того, что диаметр выходного отверстия дна в несколько раз меньше диаметра корпуса 2 и меньше диаметра перепускного патрубка 9, вновь изменяется кинетическая энергия жидкости, что способствует повышению эффективности нагрева. В случае закупорки выходного отверстия 7 или скачков гидравлического давления в системе, жидкость направляется в перепускной патрубок 9 и попадает в подающую магистраль 14 и теплообменники 16 через выходной патрубок 8. Дополнительное тормозное устройство 10, установленное в перепускном патрубке 9, способствует повышению эффективности нагрева жидкости.
   Теплогенераторы конструкции Ю.С. Потапова - ЮСМАР были первыми серийно выпускаемыми и внедренными в эксплуатацию. Кроме ЮСМАР малыми сериями изготавливались и поставлялись потребителям теплогенераторы: Палевича А.Ф. (патент RU 2129689 от 06.04.98 г.), Мустафаева Р.И. (патент RU 2132517 от 27.06.99 г.), Калиниченко А.Б. (патент RU 2223452 от 10.02.04 г.) и близкий по конструкции инжекторный термогенератор Курносова Н.Е (патент RU 2177591 от 27.12.01 г.), где для ускорения жидкости вместо циклона используется тангенциальное сопло. В настоящее время нам известно 32 патента на "вихревые трубы" и 18 патентов на инжекторные/эжекторные теплогенераторы.
   Подробно конструкция теплогенератора ЮСМАР была описана в книге Л.П. Фоминского "Роторные генераторы дарового тепла. Сделай сам". Основное достоинство "вихревых труб" - простота конструкции, что позволяет изготовить такие генераторы в гаражах. И многие умельцы, прочитав книгу, стали их изготавливать как для собственных нужд, так и для продажи. Качество производства было крайне низким, теплогенераторы быстро ломались, и это дискредитировало саму идею.
   Наша организация имеет опыт монтажа и обслуживание серийных теплогенераторов на основе "вихревой трубы". Приобретенный опыт позволил выявить следующие общие особенности конструкций:
      -- Теплогенераторы на основе "вихревой трубы" выпускались в ограниченном диапазоне мощностей от 2,2 до 55 кВт. При увеличении мощности значительно увеличиваются геометрические размеры "вихревой трубы". Для обеспечения компактности теплогенераторов на один насос устанавливаются от двух до шести труб.
      -- Применяемые в теплогенераторах насосы марки "КМ" имеют широкий разброс значений подачи и напора, поэтому каждый теплогенератор необходимо настраивать индивидуально. В процессе эксплуатации настройку периодически необходимо повторять. При этом универсальной методики настройки нет. Успешность настройки зависит от квалификации настройщика, а она приобретается длительным опытом.
      -- Выпускаемые нашей промышленностью насосы типа "КМ" отличаются крайне низким качеством. Они постоянно ломаются, а претензии клиенты предъявляют производителям теплогенераторов.
      -- Насосы имеют низкий КПД 0,52-0,80, что снижает КПД всего теплогенератора до значений 0,96-0,99. Подбор мощности теплогенератора производится из расчета 1 кВт электрической мощности на 10 кв.м. площади обогреваемого помещения, а это соответствует теплопроизводительности других видов нагревательных устройств.
   Вышеперечисленные особенности заставили нас отказаться от применения "вихревых труб" и перейти на разработку и производство теплогенераторов роторного типа. В этом решении мы были не одиноки, так же поступили многие другие разработчики и производители.
   Первый отечественный патент на теплогенератор роторного типа SU 1329629 был выдан еще в Советском Союзе, его получил 07.08.87 г. Мехмед Рауф Гёксен. К настоящему времени нам известен 51 патент на роторные теплогенераторы. Рассмотрим принцип действия роторного кавитационного теплогенератора на примере теплового гидродинамического насоса типа "ТС1". Схема теплогенератора "ТС1-055" показана на
   []
   рисунке 2.
   При рекомендуемом расходе теплоносителя в системе 3,6 м3/час, поток в трубопроводе системы прокачивается циркуляционным насосом поступательно с линейными скоростями V1 = V4 = 1 м/мин.
   Попадая внутрь корпуса теплогенера-тора теплоноситель под воздействием разных сил начинает двигаться по сложной траек-тории. Скачкообразно изменяется поступа-тельная линейная скорость потока, снижаясь

Рис. 2. Схема теплогенератора ТС1-055.

  
   до V2 = 0,14 м/мин, через теплогенератор вода прокачивается за 3,5 минуты. Одновременно поток вовлекается дисками во вращательное движение с частотой вращения 3000 об/мин. Линейная скорость вращающегося потока изменяется от V3 = 565 м/мин у вала, до V3 = 3485 м/мин у корпуса теплогенератора. Под действием центробежных сил вода перемещается от центра к периферии теплогенератора. В центре возникает разряжение, а у корпуса избыточное давление. Кроме этого диски имеют отверстия и специальный профиль поверхности, которые вызывают турбулентность в потоке воды. Создаются условия для возникновения гидравлической кавитации.
   Кавитация (от лат. cavitas -- пустота), образование в жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (так называемых кавитационных пузырьков, или каверн). Кавитационные пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже некоторого критического значения pkp (в реальной жидкости pkp приблизительно равно давлению насыщенного пара этой жидкости при данной температуре). Двигаясь с потоком и попадая в область давления р < ркр, они теряют устойчивость и приобретают способность к неограниченному росту. После перехода в зону повышенного давления и исчерпания кинетической энергии расширяющейся жидкости рост пузырька прекращается, и он начинает сокращаться. Если пузырёк содержит достаточно много газа, то по достижении им минимального радиуса он восстанавливается и совершает нескольких циклов затухающих колебаний, а если газа мало, то пузырёк схлопывается полностью в первом периоде жизни.
   В теплогенераторе пузырьки возникают в зоне разряжения и отбрасываются центробежными силами на периферию, где схлопывается. Гидродинамическая кавитация характеризуется тем, что вся масса жидкости участвует в процессах образования (развития и схлопывания) кавитационных полостей. Создаются условия генерирования кавитационных пузырьков, близких по величине диаметра.
   Газы и пары внутри пузырька сжимаются, интенсивно выделяя тепло, за счет которого повышается температура жидкости в непосредственной близости от пузырька, и, таким образом, создается горячая микрообласть. Точные значения температур и давлений, достигаемыe при схлопывании пузырька, трудно определить как теоретически, так и экспериментально. Для приближенного описания динамики схлопывания пузырька были предложены различные теоретические модели, характеризующиеся разной степенью точности. Недостаток всех этих моделей - невозможность точного описания динамики пузырька на заключительных стадиях схлопывания. Температуру схлопывающегося пузырька невозможно измерить термометром, поскольку рассеивание тепла происходит слишком быстро. Согласно оценкам Иллинойского университета в Эрбана-Шампен скорости нагрева и охлаждения жидкости превышают 109oC/с. Это соответствует скорости охлаждения расплавленного металла при его выплескивании на поверхность, охлажденную до температуры вблизи абсолютного нуля. Д. Хаммертон установил наличие двух различных температурных областей, связанных со схлопыванием пузырька. Газ, содержащийся в пузырьке, достигает температуры около 5500oC, тогда как жидкость в непосредственной близости от пузырька - 2100oC. Для сравнения - температура пламени ацетиленовой горелки составляет около 2400oC. Хотя давление, достигаемое при схлопывании пузырька, труднее определить экспериментально, чем температуру, между этими двумя величинами существует корреляция. Таким образом, для максимального давления можно получить оценку 500 атм. Несмотря на то, что температура этой области чрезвычайно высока, сама область настолько мала, что тепло быстро рассеивается. Поэтому в любой момент времени основная масса жидкости имеет температуру не выше +95 оС. Реально, в зависимости от температуры теплоносителя на входном патрубке и объема прокачки, за один проход через теплогенератор, теплоноситель нагревается на 14 - 24оС. Рекомендуемый объем прокачки для тепловых гидродинамических насосов "ТС1" в зависимости от установленной мощности электродвигателя приведен в табл. 1.

Таблица 1.

   Тип теплогенеартора "ТС1"

55

75

90

110

   Рекомендованный средний объем прокачки, м3/час

3,0

4,0

5,0

6,0

   Так как кавитационные пузырьки имеют очень маленькие размеры и процесс схлопывания происходит не на поверхности элементов теплогенератора, то никакой эрозии металла не происходит. Это подтверждает опыт эксплуатации. Тепловые гидродинамические насосы "ТС1" безаварийно работают начиная с отопительного сезона 2003/2004 г.г. Основной принцип разработки, заложенный в конструкцию тепловых гидродинамических насосов "ТС1" - с учетом эксплуатации в российских условиях, ресурс изделия должен определяться ресурсом серийного электродвигателя, то есть столько, сколько работает электродвигатель - не менее 10-12 лет. В конструкции имеются элементы с ограниченным ресурсом: подшипники, рассчитанные на 20 000 часов работы и торцевые уплотнения, имеющие ресурс 1 700 часов. Замена элемента с ограниченным ресурсом занимает от двух до четырех часов.
   Заявление авторов статьи "о высокой интенсивности акустических возмущений в окружающей среде" не имеют никакого отношения к "ТС1". Основным источником шума является крыльчатка вентилятора электродвигателя. Это обычный производственный шум, характерный для любого вида насосного и вентиляционного оборудования, в том числе и для теплогенераторов на основе "вихревой трубы". При размещении "ТС1" в производственных помещениях зачастую даже не ставят звукоизолирующие перегородки. Для отопления офисных, культурно-бытовых объектов тепловой узел может монтироваться в подвальных помещениях. В жилых домах, в соответствии с требованиями СНиП, монтаж теплового узла в подвале разрешается только в том случае, если первый этаж не жилой. В случае если первый этаж жилой, тепловой узел необходимо монтировать в пристройке к зданию.
   Основным же преимуществом тепловых гидродинамических насосов "ТС1" перед "вихревыми трубами" является более высокая теплопроизводительность. Как выше было указано, подбор мощности теплового оборудования производится из расчета 1 кВт на 10 кв. м. обогреваемого помещения. При укрупненном подборе мощности "ТС1" принимается норматив 1 кВт установленной мощности электродвигателя на 30 кв.м. площади. Так как у разных объектов разная высота потолков, то подбор мощности осуществляется по объему, 1 кВт на 90 куб.м. объема обогреваемого помещения. Исходя из укрупненного норматива, установки должны обогревать условные типовые (соответствующие требованиям СНиП) жилые, бытовые, культурно-развлекательные помещения, помещения производственно-хозяйственного назначения и т.д., объемом: ТС1-055 - 5180 куб.м, ТС1-075 - 7060 куб.м, ТС1-090 - 8450 куб.м, ТС1-110 - 10200 куб.м. (в маркировке теплового гидродинамического насоса указывается мощность электродвигателя). Следовательно, для отопления объекта требуется меньшая выделенная мощность, прокладывается силовой кабель меньшего сечения, что значительно снижает капитальные вложения.
   В обогреваемых помещениях может поддерживаться любой температурный режим. Например, для жилых помещений - 20 - 22 оС, производственных - 15 - 18 оС, складских - 8 - 12 оС. Регулирование температурного режима производится заданием температурного диапазона теплоносителя. При нагреве теплоносителя до заданной максимальной температуры, тепловая установка отключается, при охлаждении теплоносителя до минимальной заданной температуры - включается. Тепловая установка вырабатывает ровно столько тепловой энергии, сколько составляют теплопотери обогреваемого объекта. В зимнее время установка работает больше, в осенне-весенний период - меньше. В среднем за отопительный сезон (для региона Москвы он составляет 210 дней), тепловая установка работает 25-30% времени. Поэтому при укрупненных расчетах финансовых затрат на отопление нами применяется коэффициент Краб. = 0,3.
   Фактические данные по расходу электроэнергии на отопление тепловыми гидродинамическими насосами типа "ТС1" приведены в таблице 2 (http://www.ecoteplo.ru).

Таблица 2.

Организация

Строительный материал

Здания

Объем

Помещений

Куб. м.

Назначение объекта

Средняя температура

Град.

Затраты электроэнергии за месяц, кВт/час

Потребляемая

электрическая мощность в час,

кВт

Объем, обогреваемый

1 кВт,

куб.м

   Филиал ООО "Пластимекс М"
   Кирпич

20 433

цех

18-20

45 455

63,13

323,66

   ООО "Рубеж"
   Сендвич-панели

22 000

склад

8-10

20 000

27,78

792,00

   ООО "Туба"
   Сендвич-панели

26 500

цех

18-20

54 000

75,00

353,33

   ООО "Апекс Терминал"
   Сендвич-панели "Вентал"

3 850

офис

22-24

40 318

56,00

569,78

  
  

28 000

склад

8-10

   ЗАО "Сплайн-Центр"
   Кирпич

7 000

офис

20-22

15 000

20,83

336,00

   ПБОЮЛ Замотаева
   металлический ангар

4 500

ремонтный цех

15-18

8 171

11,35

391,56

   ООО "Стеклоцентр" (г. Калининград)
   Кирпич

6 000

цех

15-18

3 556

4,94

1214,80

   Из изложенного можно сделать вывод, что "вихревые трубы" могут найти применение для обогрева объектов площадью до 1 500 кв.м., а "ТС1" - для объектов большей площади.
   Серийно выпускаемые (ТУ 3631-001-78515751-2007, Сертификат соответствия N РОСС RU.АЯ46.В12043) тепловые гидродинамические насосы типа "ТС1" представляют собой стандартный асинхронный электродвигатель 3000 об/мин, напряжением питания 380 В., смонтированный на одной раме с теплогенератором, преобразующим механическую энергию в тепловую. Они полностью подготовлены для подключения к новой или существующей системе отопления, а конструкция и габариты тепловой установки упрощают ее размещение и монтаж в тепловом узле. Общий вид стационарного теплового пункта показан на фото 1, блочно-модульного - на фото 2.

[]

[]

Фото 1. Стационарный тепловой пункт.

Фото 2. Блочно-модульный тепловой пункт.

   Начиная с отопительного сезона 2003/2004 г.г. более четырехсот пятидесяти установок "ТС1" эксплуатируются в регионах РФ, ближнем и дальнем зарубежье: в Москве и Московской области, в Архангельске, Вологде, Выборге, Ейске, Екатеринбурге, Калининграде, Кемерово, Липецке, Магнитогорске, Нижнем Новгороде, Оренбурге, Орле, Орске, Перми, Самаре, Санкт-Петербурге, Тольятти, Туле, Ульяновске, Чебоксарах, Череповце и др. городах, в Башкирии и Якутии, в Белоруссии, Казахстане, Узбекистане, Украине, АР Крым, Монголии, Южной Корее и Японии.
   За разработку и производство тепловых гидродинамических насосов компания "Тепло XXI века" в апреле 2007 года награждена почетным знаком VIII Международного форума "Высокие технологии XXI века", г. Москва - статуэткой "Святой Георгий", в октябре 2007 года - золотой медалью, а в сентябре 2008 года серебряной медалью Международной выставки-конгресса "Высокие технологии. Инновации. Инвестиции", г. Санкт-Петербург, в декабре 2007 года - золотым "Знаком качества ХХI века" конкурса "Всероссийская марка. Знак качества XXI века", в ноябре 2008 года - золотой медалью "Гарантия качества и безопасности" Международного конкурса "Национальная безопасность 2008", в декабре 2008 года - платиновым "Знаком качества ХХI века" конкурса "Национальная слава".
   []
   В апреле 2009 года компания "Тепло XXI века" получила золотую медаль лауреата конкурса "Лучшее предприятие XXI века" 10 юбилейного международного форума "Высокие технологии XXI века" в номинациях: "За активное продвижение технологий, высокотехнологичной продукции и услуг на российском и международных рынках"; "За уникальность продукции".
   Более подробная информация о тепловые гидродинамических насосах "ТС1", в том числе фотографии некоторых объектов, и тепловых узлов на которых работают установки типа "ТС1", отзывы потребителей, научные публикации и т.д., размещена на сайте www.ecoteplo.ru.
  
   Генеральный директор
   ООО "Тепло XXI века" С.В. Козлов.
  
   121170, г. Москва, а/я 66.
   телефоны: (495) 972-12-49; 979-79-64
   факс (495) 663-34-57.
   E-mail: www.ecoteplo.ru
   e-mail: info@ecoteplo.ru.
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
   6
  
  
  
  
Оценка: 7.00*3  Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список

Кожевенное мастерство | Сайт "Художники" | Доска об'явлений "Книги"