(495) 766-86-01603-971-803
Мы работаем по выходным - тел. 8-926-197-21-13
 

Вихревая труба ранке физика процесса


Применение вихревой трубки Ранке (эффект Ранка Хилша)

Неопубликованная запись

Эффект охлаждения и нагревания, которому подвергается воздух при расширении через вихревую трубу, был обнаружен Ранком в 1933. Год спустя появился первый патент в США на это устройство. В то время вихревая труба была недостаточно термодинамически эффективной, чтобы представлять коммерческий интерес. Позднее Хилш в 1947 году систематически изучал влияние давления на входе и геометрии на эффективность охлаждения и сумел улучшить мощность охлаждения.

 Последнее исследование ввело вихревую трубу в научный и коммерческий мир. Ввиду значительного вклада Хильша в изобретение Ранка, устройство теперь известно, как вихревая труба Ранка-Хилша.

Вихревая трубка Ранке, которая показана на рисунке ниже, состоит из основной трубы, которая имеет типичное отношение длины к диаметру 20-50, соединенной с вихревой камерой, которая имеет одно или несколько тангенциально ориентированных сопел, через которые воздух расширяется под давлением и генерирует сильно закрученное движение, т. е. основной вихрь.

На одной стороне вихревой камеры имеется отверстие, диаметр которого меньше диаметра основной трубки. Часть воздуха выходит из устройства через это отверстие при более низкой температуре, чем на входе. Следовательно, это отверстие называется холодным выходом. Оставшаяся часть газа имеет более высокую температуру и покидает трубку через горячий выход, расположенный на конце основной трубы. Соотношение обоих потоков обычно контролируется через регулирующий клапан, расположенный на горячем выходе. 

Сжатый воздух впрыскивается в вихревую камеру и ускоряется до высокой скорости вращения. Благодаря коническому соплу на конце трубки, только наружная часть вихря может выходить на этом конце. Остальная часть газа вынуждена возвращаться во внутренний вихрь уменьшенного диаметра внутри внешнего. Было предпринято много попыток объяснить и описать механизм, который вызывает разность температур или разделение энергии. Хильш в 1947 году объяснил механизм разделения энергии с помощью внутреннего трения, вызывающего перенос тепла от газа в ядре (околоосевой области) к газу по периферии (пристеночной области). Хотя существует множество (сложных) теорий и моделей, доступных из литературы, большинство теорий не проверены или невозможны для проверки. 

Вихревая трубка Ранке не имеет движущихся частей, не содержит хладагентов, дешева в производстве и требует минимального обслуживания. Поэтому вихревые трубки в основном используются для низкотемпературных применений, например, для охлаждения электроники, для охлаждения режущих инструментов и заготовок без СОЖ, а также в других местах.

Преимущества:

Вихревая трубка - это эффективное и недорогое решение для широкого спектра промышленных точечных и технологических систем охлаждения. Без движущихся частей вихревая труба вращает сжатый воздух, чтобы разделить воздух на потоки холодного и горячего воздуха. Компания Vortec была первой компанией, которая разработала и применила это явление в практических и эффективных решениях точечного охлаждения для промышленного использования.

Варианты применения:

  • Охлаждение форм для литья под давлением 
  • Сушка чернил на этикетках и бутылках 
  • Осушение газа 
  • Охлаждение 
  1. ножей 
  2. систем электронного управления (электронных компонентов) 
  3. обрабатывающий операций 
  4. камер видеонаблюдения 
  5. паяных деталей 
  6. термосварки
Достоинства:
  • Нет движущихся частей 
  • Не требуется обслуживание 
  • Надежность 
  • Без электричества или химикатов 
  • Компактный, легкий 
  • Бюджетный 
  • Мгновенное получение результата
  • Прочность конструкции 
  • Регулируемая температура 

Подробнее об областях применения вихревой трубки Ранке: 

1) промышленная электроника, для охлаждения блоков управления, автоматических линий, роботизированных секций, автоматических производственных систем;

2) горячие и вредные производственные процессы, такие как воздушные экраны окрасочных камер, кузнечные цеха, гальванические и металлургические производства; также охлаждение песка в оборудовании с быстроотвердеющими смесями, охлаждение сельскохозяйственного производства; производство листовых материалов, производство стекла;

3) металлообработка, подача холодного воздушного потока в зону резания: 

Тепло, выделяемое при резке металла, влияет на качество изделия и снижает срок службы режущего инструмента. Тепло рассеивается через режущий инструмент, заготовку, стружку и охлаждающую жидкость. Лучшая производительность обработки может быть достигнута при использовании соответствующего материала заготовки, материала режущего инструмента, условий и параметров резки, а также путем охлаждения режущего инструмента, замораживания заготовки. 

Общими преимуществами обработки, включающей криогенное охлаждение, являются сохранение свойств материала заготовки, температуры резания в соответствии с подходом к охлаждению, снижение износа инструмента и увеличение срока службы, улучшение шероховатости поверхности заготовки, снижение коэффициента трения инструмента. 

4) вентиляционные системы для жаркого климата, охлаждение рабочие зоны в кабинах кранов, в грузовиках буровых установок и т.д .; 

5) перевозка овощей и фруктов, охлаждение пищи складские помещения на малых судах и транспортных средствах; 

6) Воздушные костюмы и маски:

Есть некоторые производства, где полная автоматизация невозможна, такие как угольные шахты, литейные заводы, пескоструйная обработка, сварка, печи и т.д. В таких местах очень полезны цельные костюмы с воздушным охлаждением для операторов.

7) Углекислотный лазер 

Заготовка фиксируется на столе с помощью вакуума. Для лазерной обработки материалов зона термического влияния (ЗТВ) является важным показателем в производстве микроэлектроники.

Способ лазерной резки заключается в использовании сфокусированных лучей для нагрева поверхности материала и расплавления. Высокая температура создаёт нагар на поверхности материала. 

С помощью трубки Ранке уменьшают зоны поражения. Вихревая труба используется, так как не требуется хладагент, она не влияет на окружающую среду, может генерировать низкотемпературный охлаждающий воздух точечно и уменьшить нагар от лазерной резки композитных материалов, армированных стекловолокон.

Рассмотрим несколько реальных кейсов использования вихревой трубки Ранке.

Охлаждение вакуум-формованных деталей

Проблема: производитель крупногабаритных приборов изготавливает внутреннюю пластиковую обшивку холодильников. Сильное притяжение пластика и сложная геометрия оставили четыре угла недопустимо тонкими. Углы будут разрываться во время сборки, когда изоляция будет вставлена ​​между обшивкой и внешним корпусом, что приведет к высокому количеству брака. 

Решение: Вихревые трубки были расположены так, чтобы охлаждать критические угловые области непосредственно перед формованием пластикового листа. При охлаждении этих областей происходило меньшее растяжение пластика, что приводило к более толстым углам.

Комментарий: бракованные детали становятся очень дорогостоящими, особенно когда речь идет о дорогих материалах и медленном времени обработки. Холодный воздух из вихревой трубки - единственное решение таких проблем. Они могут подавать «мгновенный» холодный воздух до минус -46 ° C от обычной подачи сжатого воздуха. Наряду с охлаждением других вакуум-формованных деталей, таких как ванны, кастрюли и мусорные баки, он идеально подходит для охлаждения термоклеев, ультразвуковых сварочных аппаратов и т.д.

Охлаждение ультразвуковой сварки

Проблема: производитель зубной пасты запаивает концы пластиковых труб ультразвуковым сварочным аппаратом перед заполнением. Из-за нагрева губки сварочного аппарата выпуск тюбиков был отложен. Тюбики, которые были слишком горячими, не герметизировались, что приводило к высокой степени брака. 

Решение: Вихревая труба использовалась для направления холодного воздуха на сварочный аппарат. Охлаждение было перенесено на сварной шов тюбиков, пока он находился в зажатом положении. Время обработки было сокращено, а брак свелся к минимуму. 

Комментарий: большинство людей удивляет, что охлаждение от небольшой вихревой трубки может значительно улучшить качество выпускаемой продукции и производительность.  

Охлаждение при формовании топливных баков

Проблема: Автомобильные топливные баки отливаются под давлением, а затем крепятся к приспособлению для предотвращения деформации во время цикла охлаждения. Время охлаждения более 3 минут, необходимое для каждого резервуара, создает узкое место в производственном процессе. 

Решение: вихревые трубки были установлены на стойке охлаждения и подключены к линии сжатого воздуха. Холодный воздух циркулировал внутри топливных баков. Время охлаждения было сокращено с трех минут до двух минут для каждого бака, что позволило повысить производительность на 33%. 

Комментарий: Трудно представить приложение, лучше подходящее для вихревого охлаждения, чем это. Небольшие размеры и легкий вес вихревых трубок упрощают монтаж на стойке охлаждения. Отсутствие движущихся частей гарантирует надежность и не требует технического обслуживания в агрессивной среде. Наконец, поток холодного воздуха легко направлялся в топливный бак. 

Охлаждение мелких деталей после пайки 

Проблема: Детали кондиционера, собранные на автоматическом паяльном станке, должны быть охлаждены до температуры обработки перед снятием. Машина была способна паять до четырехсот штук в час. Однако время, необходимое для охлаждения деталей, сильно ограничивало производительность. Водяное охлаждение было неприемлемо для данного производства. 

Решение: вихревые трубки использовались для подачи холодного воздуха на детали после цикла пайки. Вихревые трубки были настроены на 80% холодного воздушного потока (холодная фракция), чтобы обеспечить максимальное охлаждение. Детали охлаждали от температуры пайки 788 ° C до температуры обработки 49 ° C в течение 20 секунд, что позволяло машине работать с максимальной производительностью.

 

Комментарий: по сравнению с обычным охлаждением или водяным охлаждением вихревые трубки обладают рядом преимуществ: низкая стоимость, компактная конструкция, присущая надежность и чистота. Эти свойства делают вихревые трубки экономически выгодным выбором для многих операций охлаждения мелких деталей. 

Сушка с использованием трубки Ранке

Вихревые трубки также могут быть использованы для сушки электрических компонентов; несколько труб могут работать в производственной линия для ускорения процесса.

Вихревые трубки используются для охлаждения и сушки автомобильных экструзионных уплотнителей для дверей, до того, как они окрашены в цвет. Процесс нанесения покрытия не может быть осуществлен до тех пор, пока исходная экструзия не станет холодной и сухой. Вихревая трубка ускоряет производство.

Общее охлаждение с использованием вихревых трубок

Вихревые трубы могут использоваться для общего охлаждения обрабатываемых деталей в различных отраслях промышленности.

Пример Компания производит трубы с термоусадкой для автомобильной промышленности. У трубок есть металлическая пружина внутри. У них возникли проблемы с быстрым охлаждением трубки из-за тепла, удерживаемого пружиной. Они используют вихревую трубку для проталкивания воздуха через трубку, чтобы сократить время охлаждения и увеличить производительность. 

Ультразвуковая сварка с использованием вихревых труб

Тепло, генерируемое в процессе ультразвуковой сварки, может привести к перегреву пистолета. Вихревая труба может использоваться для управления теплопередачей, тем самым защищая пистолет. 

Пример: Компания использует сварку для соединения кухонной бумажной упаковки. Когда ультразвуковой аппарат используется в течение длительного времени, выделяемое тепло может привести к перегреву пистолета. Это приводит к дорогостоящему простою машины. Базовая вихревая трубка была установлена на ручном сварочном пистолете с выходом, направленным на кончик пистолета. При одновременном использовании вихревой трубки и ультразвуковой сварки наконечник быстро остывает, тем самым предотвращает перегрев и ненужные простои.

Точечное охлаждение с использованием вихревых трубок

Вихревые трубки идеально подходят для охлаждения определенных областей. Трубки Ранкебудут работать как на оборудовании, так и на деталях, и их температура будет на 50 ° C ниже температуры сжатого воздуха.

Вихревые трубки идеально подходят для охлаждения определенных областей. Трубки Ранке будут работать как на оборудовании, так и на деталях, и их температура будет на 50 ° C ниже температуры сжатого воздуха. 

Пример: Изготовитель оборудования на заказ строит режущий станок для производителя фильтров. У них есть новый фильтрующий материал с металлическими экранами с обеих сторон, которые необходимо обрезать по размеру. Материал металлического экрана нагревает режущий диск и вызывает расплавление фильтрующего материала. Это приводит к браку. Производитель установил вихревую трубку для подачи холодного воздуха на режущий диск, чтобы отвести достаточно тепла и предотвратить расплавление лезвие. Дефекты из-за накопления тепла устранены.

наша собственная разработка трубки ранке:

 

hitechmetal.ru

Занимательная физика. Вихревой эффект Ранка –Хилша: холодильник без подвижных частей

  Во время учебы, будучи незелёным студентом довелось прослушать курс нетрадиционных процессов и аппаратов химической технологии. Рассказывали там много разного интересного. Среди всего прочего особенно ярко запомнился вихревой эффект или эффект Ранка-Хилша [1]: явление вихревого разделения газа на два потока: горячего и холодного газа. Чем с вами и хочу поделиться.

  Перед описанием непосредственно эффекта кратко об этом открытия. Первооткрывателем вихревого эффекта считают француза Ж.Ранка. До этого разработал циклон (аки промышленный стационарный пылесос), устройство очищающее газы от пыли под действием центробежных сил в 20-е годы прошлого века. Собственно циклон и есть прототип современного пылесоса, в этом устройстве тоже под действием центробежных сил и фильтров происходит удаление взвесей и крупных частиц пыли . Но так как теоретически объяснить вихревой эффект у Ранка не получилось, патент вихревой трубки датируется 1931- 1934 годами 2. M. G. Ranque, J. de. Phys. et Rad. [7], 4, 112 (1933). Оппоненты считали, что данный эффект противоречит второму закону термодинамики, также этому препятствовало отсутствие теории турбулентности. После войны вихревую трубку усовершенствовал и внедрял немец Рудольф Хилш, опубликовавший по данной теме работу в 1947 году 3. В США работами по охлаждающей технике на основе вихревого эффекта занимался Фултон с 1952 по 1963, основавший компанию Fulton Cryogenics 4. Также с помощью этой технологии можно проводить криогенное разделение газов, т.е. получать жидкий азот и кислород из воздуха, хотя широкого применения это не нашло. В данной статье можно найти табличку с параметрами исследованных вихревых трубок [5].

  Представьте, что у вас есть длинная трубка с тремя отверстиями, одно из которых находиться под углом к оси (по касательной к окружности). Вы подаёте через это наклонное отверстие поток сжатого газа (с высокой скоростью) в трубу. Газ начинает вращаться вдоль стенок трубки и при этом разделяется два новых потока отличных по своим термодинамическим параметрам. Вдоль стеки формируется первый поток – сжимается и нагревается, по сравнению с исходным газом, и течёт вперёд от входа газа в трубке к её выходу. Вдоль оси трубки, формируется второй поток газа отличающихся тем, обладает пониженным давлением и температурой, и он охлаждается (эффект дросселирования, все согласно 2-му закону термодинамики), и течёт назад ко входу возле которого находится второе выходное отверстие. Приведу численный пример, подаётся газ под углом в трубу с давлением 60 бар и температурой 30 градусов по Цельсию, а выходе имеете два потока, горячий газ давлением 15 бар и температурой 60 градусов по Цельсию и второй поток с давлением и температурой 1 бар и 0 ос (при соотношении расходов холодного газа и исходного 0,2). Для наглядности привожу картинки. Причем при использовании тангенциального ввода газа область 2 может занимать до половины диаметра трубки от её центра и длине до нескольких десятков диаметров трубки. Этот эффект наблюдается только для сжимающихся рабочих тел [6].

  Простым языком: вы подаёте под углом в трубку сжатый газ, а на выходе получаете два потока, горячего и холодного газа. КПД охлаждение довольно высоко, но не думаю, что оно превышает КПД процесса детандирования (о нём я ёще расскажу). Эффект тем сильнее чем длиннее трубка и выше давление газа. Т.е. имея сжатый газ можно получить холодильник и нагреватель в одном комплекте без электрических и движущихся механических частей. Когда такое видишь, вживую вспоминаются слова старого фантаста: «Хорошо развитая технология неотличима от магии». Из недостатков: высокий уровень шума (в немецкой википедии приводят для одной из вихревых трубок такие данные: 3 кГц и 120 дБ при разнице температур выше 40 градусов) и возможность возникновения вибраций.   Соотношения потоков входящего, холодного и горячего газов можно оценить теоретически, например, рассчитав диаметры выходных отверстий. Также регулировать параметры газов можно меняя точки ввода и отбора газов. В литературе по данной тематике (Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике) приводят такой диапазон соотношений холодного и входящего газа α = 0.2 – 0.8, соответственно при меньшем значении перепад температур выше. В то время как эффективность охлаждения достигает наибольших значений при 0.5 – 0.6. Вообще, кажется удивительным, как центральный поток газа теряет свою температуру и кинетическую энергию.

  Разделение газа на внутренний холодный и внешний горячий газ происходит под действием центробежных сил. Энергия давления газа, входящего в трубку, переходит в кинетическую энергию завихрения, а затем в тепловую за счёт трения о стенку. А газ в трубку с меньшей скоростью перемещается в центр, где по мнению автора гипотезы он испытывает в некотором приближении адиабатическое расширение и соответственно охлаждается.

То есть явление температурного разделения газах аналогично эффектам, наблюдаемым при размешивании сахара в стакане с чаем: всё что движется медленнее окружающей жидкости - сахар, чаинки, пузырьки - собирается в центре жидкости.

  Причем разряжение вдоль оси трубки ближе к входу газа в трубку сильнее по сравнению с давлением на её выходе, что и обуславливает противоток холодного внутреннего (приосевого) газа к горячему внешнему (пристенному) газу. Происходит подсос газа от стенок у выхода из трубки в области высокого давления к оси трубки в область пониженного давления у входа в трубку.

  Актуальна данная идея как для нефетгазодобычи, так и в других областях. В качестве примера достаточно просто поискать патенты по теме «вихревой эффект», можно найти десятки применений, в качестве холодильников, аппаратной косметологии ( 136 339 U1), огнетушителей (94 007 117 A1), очистки от паров воды (2 579 722 C2)и даже выработки электроэнергии для слаботочной электроники (2 479 073 C2) (картинка и текст ниже).

Изобретение относится к устройствам, работа которых основана на эффектах Ранка -Хилше, Пельтье, Зеебека, и может быть использовано для нагрева/охлаждения газа или жидкости, а также получения электроэнергии для питания слаботочной аппаратуры.

Выводы: На основе вихревого эффекта Ранка-Хилша можно создать устройства для охлаждения или подогрева газа, на производствах не имеющих недостатка в сжатом газе, не прибегая к сложных технических ухищрениям и в отсутствие подвижных механических частей. К недостаткам можно отнести высокий шум порядка 120 дБ, вызванный высокими предзвуковыми скоростями истекания газа. Эффект довольно сложно объяснить теоретически. По одной из гипотез это связано с сжиманием и расширением газа в вихревой трубке под действием центробежных сил.

Спасибо за внимание. Статья написана для биржи тем, этим блогером, и я думаю он не обидеться если вы на него подпишитесь. В общем вступайте в мои ряды и со мною будет сила!

Источники:

  1. А.Ф. Гуцол Эффект Ранка. Успехи физических наук. Т.167. №6 1997. 2.G. Ranque: Expériences sur la Détente Giratoire avec Productions Simultanées d'un Echappement d'air Chaud et d'un Echappement d'air Froid. In: J. de Physique et Radium 4(7)(1933) 112S
  2. Review of Scientific Instruments 18, 108 (1947); doi: http://dx.doi.org/10.1063/1.1740893 4.http://www.freepatentsonline.com/3208229.html
  3. А.М. Белоусов, И.Х. Исрафилов. Вихревая труба Ранка-Хилша как перспективное устройство получения низких температур Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование» № 2, 2014
  4. R. T. Balmer: Pressure-driven Ranque-Hilsch temperature separation in liquids. In: Trans. ASME, J. Fluids Engineering 110, Juni 1988, S. 161–164.
pskфизикабиржатемобразование

Публикую информацию для расширения эрудиции, если и редко, то основательно

golos.io

Вихревое расширение газа. Эффект Ранка – Хилша

В 1931 году французский инженер и изобретатель Жорж Жозеф Ранк подал патент на «вихревую трубу», которая использует эффект температурного разделения газового потока при его вихревом течении, обнаруженный им при измерении температуры в промышленном циклоне. Сущность эффекта заключается в том, что газ, закрученный в трубе за счет тангенциального ввода в нее, расширяется и делится на холодный поток (центральные слои) и горячий поток

(периферийные слои). Осуществляется такой процесс в вихревых трубах, которые могут иметь различное конструктивное исполнение (рис.2.26, 2.27).

Вход

Х Х Г

Рис.2.26. Схемы устройства вихревой трубы.

Если в гладкую цилиндрическую трубу ввести по касательной (тангенциально) газ, то он образует внутри трубы вихрь. При этом происходит расширение газа, падение его давления и увеличение скорости. Далее газ выводится в осевом направлении трубы. Горячие слои газа (Г) выводятся из периферийной зоны трубы, а холодные (Х) из центральной зоны. При движении газа внутри трубы его скорость снижается до уровня скорости на входе в трубу. По схеме движения газового потока вихревые трубы делятся на: противоточные (рис.

2.26а), поточные (рис. 2.26б) и поточно-противоточные (рис. 2.26в).

Одна из конструкций вихревой трубы представлена на рис. 2.27. Вихревая труба состоит из сопла 1, улитки 2, цилиндрической трубы 3, диафрагмы 4, дросселя 5, состоящего из крестовины 6 и заслонки 7. Дроссель позволяет менять соотношение между массовыми потоками горячего (mг) и холодного(mх) газа. На 1 кг входящего газа приходится µ кг выходящего холодного и (1µ) кг горячего газа.

Рис. 2.27. Конструкция вихревой трубы.

Таким образом,

µ = mx.

mx + mг

Процесс вихревого расширения на Т – S диаграмме изображен на рис. 2.28.

Здесь – 1-2s процесс изоэн T р1

1

(1µ) кг

р2

2г тропного расширения 1 кг газа,

принятый нами за эталон;

3 1-2х – процесс вихревого расширения µ кг газа холодного пото∆Тв

µ кг

ка;

1-2г процесс вихревого расши∆ТS

2s 2х

a б

(qв/µ)

S

рения (1-µ) кг газа горячего потока.

При вихревом расширении в создании холодопроизводительности участвует только холодный поРис.2.28. Процесс вихревого расширения газа.

ток, то есть меньшее количество

вещества, чем при других видах расширения газа.

Так, если при изоэнтропном расширении удельная холодопроизводительность процесса

qs = m ⋅ C p (T1 − T2s ),

то при вихревом расширении

qв = µ ⋅ m ⋅ C p (T1 − T2 x ).

В Т – S диаграмме величину qв иллюстрирует площадь площадки а2х3б,

умноженная на µ.

Если сравнить холодопроизводительность этих процессов, то мы получим отношение

– адиабатный температурный КПД процесса вихревого расширения газа. ∆Тв – интегральный эффект вихревого расширения газа; ∆ТS – интегральный эффект изоэнтропного расширения газа.

Вихревая труба может быть использована

η µ·η

η

(µ·η)

в качестве генератора холода и тепла.

Соотношение расходов холодного и горячего потоков можно изменить с помощью дросселя. Чем больше проходное сечение

дросселя, тем больше величина mг и меньше mх. Если вихревая труба используется в качестве генератора холода, то следует иметь в виду, что увеличение mх снижает холодильный эффект. Это объясняется тем, что в вих0,0

0,2 0,4 0,6 0,8 µ

ревой трубе количество тепла, полученное горячим потоком, равно количеству тепла,

Рис.2.29. Характеристики

вихревой трубы.

отведенному от холодного потока.

Согласно экспериментальным данным (рис. 2.29), максимальная холодопроизводительность вихревой трубы обычно соответствует значениям µ =

0,6…0,65. Необходимо отметить, что эта величина µ не совпадает с режимом максимального интегрального температурного эффекта, наблюдаемого при µ =

0,25…0,35.

Физика процесса вихревого расширения

Природа явлений, возникающих в вихревой трубе, сложна и недостаточно изучена. Ни одна из существующих гипотез, объясняющих ее, не имеет полного экспериментального подтверждения. Наибольшее распространение получила гипотеза Хилша-Фултона, согласно которой причиной возникновения вихревого эффекта является специфическое распределение тангенциальных (окружных) скоростей во вращающемся потоке газа.

Сжатый газ подводится к соплу, в котором ускоряется и направляется в улитку, обеспечивающую закрутку и вход вращающегося с высокой скоростью

потока в цилиндрическую трубу. При тангенциальной закрутке потока в улитке скорость потока также увеличивается. Это приводит к снижению давления (расширению газа из-за преобразования потенциальной энергии потока в кинетическую) и к снижению температуры и энтальпии – температура и энтальпия неускоренного потока на входе в камеру; с2 – скорость ускоренного потока; Т2, i2 – температура и энтальпия ускоренного потока; Ср – изобарная теплоемкость газа.

Если расширившийся в сопле газ затормозить, то его энтальпия и температура вновь увеличится бы до значения i ∗ . Однако в цилиндрической трубе те

чение интенсивно закрученного газа таково, что слои газа, расположенные вблизи оси, передают часть своей кинетической энергии периферийным слоям.

При этом снижение кинетической энергии не компенсируется соответствующим увеличением термодинамической темпеl q

Рис.2.30. Эпюра распределения окружных скоростей в поперечном сечении вихревой трубы.

ратуры внутренних слоев, поэтому их полная энтальпия и температура уменьшаются.

Это явление объясняется особенностью эпюры окружной скорости Сu вращающегося в трубе потока газа (рис.2.30). По максимально упрошенной схеме движение газового потока можно представить следующим образом.

Изменение величины окружной скорости по радиусу трубы r подчиняется закону свободного вихря

Cu ⋅ r = const,

где Си – окружная составляющая скорости; r – радиус, на котором фиксируется скорость.

Однако из данного уравнения следует, что при r→ 0, Сu → ∞, чего физически не может быть в реальном потоке газа. И, действительно, в реальном

потоке газа всегда существует некое ядро потока (тонированная площадка на

рис.2.30), для которого закон

Cu ⋅ r = const не выполняется. Окружная скорость

в ядре потока подчиняется закону вращения твердого тела

Cu = r ⋅ω ,

где ω – угловая скорость потока.

Из рассмотренного ясно, что скорость (как линейная, так и угловая) вращения центральных слоев выше, чем у периферийных. Это приводит к внутреннему трению слоев газа. За счет работы трения l центральные слои передают часть своей кинетической энергии периферийным слоям. Поэтому на выходе из улитки, когда скорость газового потока резко снижается, температура заторможенных центральных слоев оказывается более низкой, чем первоначальная на входе в вихревую трубу. Периферийные слои, получившие кинетическую энергию, напротив, имеют температуру торможения более высокую,

чем первоначальная. При этом снижение кинетической энергии наружных слоев газа, происходящее за счет трения о стенки трубы, не уменьшает его полной энергии и температуры торможения.

Температура периферийных слоев газа выше, чем у центральных слоев, и в вихревой трубе идет также обратный перенос тепловой энергии – от периферии к центру. Это перенос тепла q за счет теплопроводности. Однако скорость этого процесса ниже, чем у процесса передачи кинетической энергии за счет трения слоев, и поэтому за ограниченное время нахождения газа в вихревой трубе не происходит выравнивания температур газа в центральных и периферийных слоях.

Таким образом, выходящая через центральное отверстие диафрагмы часть газа mх имеет температуру ∗ < t ∗ , а часть газа, выходящая по периферийной

части трубы, имеет температуру t ∗ > t ∗ .

г 1

Соотношение между потоками энергии, идущими от центра к периферии (l) и обратно (q), отражает формула Фултона, выведенная на основе гипотезы Хилша-Фултона

l = 2 µ ⋅ C p = 2 Pr,

q λ

где µ – динамическая вязкость газа; λ – коэффициент теплопроводности; Pr –

число Прандтля.

Из формулы следует, что при числе Pr ≥ 0,5 наступает явление реверса.

Здесь поток тепловой энергии и поток кинетической энергии сравниваются по

величине и вихревого эффекта уже не наблюдается. Поскольку Pr характеризует теплофизические свойства вещества, то вихревой эффект не следовало бы ожидать для жидкостей, где число Прандтля, как правило, значительно больше, чем 0,5. Однако данный вывод не получил экспериментального подтверждения, вихревой эффект, хотя и незначительный, наблюдается также для жидкостей. Кроме того, реверс в проведенных экспериментах на газе наступал при Pr

ной мере отражает реальную физическую картину вихревого эффекта.

2.2.6. Холодильные машины, использующие процесс расширения газа

Холодильные машины, использующие процессы расширения газа, отличаются большим разнообразием схем, конструкций и обратных термодинамических циклов, совершаемых рабочим телом. В большинстве случаев в таких машинах рабочее тело, совершая цикл, не претерпевает фазовых превращений. Такие машины называются газовыми холодильными машинами (ГХМ). В зависимости от целевого назначения ГХМ делятся на машины для охлаждения потребителя холода и ожижительные. Цель работы ожижительных ГХМ конденсация рабочего тела, как правило, низкотемпературного газа (азота, кислорода, гелия и др.). Часто такие машины работают в составе газоразделительных установок, где низкотемпературные газовые смеси разделяются методом ректификации.

(Материал взят из книги Теоретические основы холодильной техники : монография — А. М. Ибраев, А. А. Сагдеев)

studik.net

Эффект Ранка | Perpetuum mobile: «свободная энергия» и вечные двигатели.

Эффект Ранка с самого начала привлекал изобретателей кажущейся простотой технической реализации — в самом деле, простейшая реализация вихревой трубы представляет собой кусок трубы самый обычной, куда с одной стороны внутрь тангенциально подаётся исходный поток, а на противополжном торце установлена кольцевая диафрагма, и из её внутреннего отверстия выходит охлаждённая часть потока, а из щели между внешним краем диафрагмы и внутренней поверхностью трубы — его горячая часть. Однако на самом деле не всё так просто — добиться эффективного разделения удаётся далеко не всегда, да и КПД таких установок обычно заметно уступает широко распространённым компрессорным тепловым насосам. Кроме того, обычно параметры установки на эффекте Ранка рассчитаны для конкретной мощности, определяемой скоростью и расходом вещества исходного потока, и когда параметры входного потока отклоняются от оптимальных значений, КПД вихревой трубы существенно ухудшается. Тем не менее следует заметить, что возможности некоторых установок на эффекте Ранка внушают уважение — например, рекордное охлаждение, которого удалось достигнуть на одной ступени, составляет более 200°С!

Впрочем, с учётом нашего климата, гораздо больший интерес представляет использование эффекта Ранка для обогрева, да при этом ещё хотелось бы и не выходить за рамки «подручных средств».

Суть эффекта Ранка    Современное объяснение эффекта Ранка    Другие объяснения эффекта Ранка Классические схемы вихревых труб на эффекте Ранка Вихревые обогревательные установки

Суть эффекта Ранка

При движении потока газа или жидкости по плавно поворачивающей поверхности трубы у её внешней стенки образуется область повышенного давления и температуры, а у внутренней (либо в центре полости, если газ закручен по поверхности цилиндрического сосуда) — область пониженной температуры и давления. Это достаточно хорошо известное явление называется эффектом Ранка по имени открывшего его в 1931 г. французского инженера Жозефа Ранка (G.J.Ranque, иногда пишут «Ранке»), или эффектом Ранка-Хилша (немец Robert Hilsh продолжил исследование этого эффекта во второй половине 1940-х годов и улучшил эффективность вихревой трубы Ранка). Конструкции, использующие эффект Ранка, представляют собой разновидность теплового насоса, энергия для функционирования которого берётся от нагнетателя, создающего поток рабочего тела на входе трубы.

Парадоксальность эффекта Ранка заключается в том, что центробежные силы во вращающемся потоке направлены наружу. Как известно, более тёплые слои газа или жидкости имеют меньшую плотность и должны подниматься вверх, а в случае цетробежных сил — стремиться к центру, более холодные имеют большую плотность и, соответственно, должны стремиться к периферии. Между тем при большой скорости вращающегося потока всё происходит с точностью до наоборот!

Эффект Ранка проявляется как для потока газа, так и для потока жидкости, которая, как известно, является практически несжимаемой и потому фактор адиабатического сжатия / расширения к ней неприменим. Тем не менее, в случае жидкости эффект Ранка обычно выражен значительно слабее — возможно, именно по этой причине, да и очень малая длина свободного пробега частиц затрудняет его проявление. Но это верно, если оставаться в рамках традиционной молекулярно-кинетической теории, а у эффекта могут быть и совсем другие причины.

На мой взгляд, на данный момент наиболее полное и достоверное научное описание эффекта Ранка представлено в статье А.Ф.Гуцола (в формате pdf). Как ни удивительно, в своей основе его выводы о сути явления совпадают с полученными нами «на пальцах». К сожалению, он оставляет без внимания первый фактор (адиабатическое сжатие газа у внешнего радиуса и расширение у внутреннего), который, на мой взгляд, весьма существенен при использовании сжимаемых газов, правда, действует он только внутри устройства. А второй фактор А.Ф.Гуцол называет «разделением быстрых и медленных микрообъёмов».

Современное объяснение эффекта Ранка

В настоящее время наиболее общепризнанным объяснением эффекта Ранка является следующее.

Известно, что если измерять температуру движущегося (скажем, в трубе) потока двумя термометрами, то они покажут разную температуру, если один из них неподвижен относительно потока (т.е. перемещается вместе с ним), а другой вмонтирован в трубу. При этом температура, измеренная вмонтированным в трубу термометром будет связана с температурой, измеренной термометром, движущимся вместе с потоком, следующим образом:

T0 = T + v2 / (2 · cp)     (1),

где  T0 — температура, измеренная вмонтированным в трубу термометром, «температура торможения»;  T — «собственная» температура потока, измеренная термометром, движущимся вместе с ним, «статическая температура»;  v — скорость движения потока по трубе;  cp — удельная теплоёмкость вещества потока.

Таким образом, мы видим, что температура торможения, измеряемая неподвижным термометром, при одной и той же собственной статической температуре этого потока будет зависеть от его скорости. Если относительно такого термометра остановить весь газ, то вся его температура поднимется до этого значения — кинетическая энергия преобразуется в тепловую. Именно это явление вызывает нагрев передних кромок крыла у скоростных самолётов (прежде всего сверхзвуковых), а также сгорание в атмосфере метеоритов и отработавших свой срок космических летательных аппаратов.

Предполагается, что возле выходного отверстия диафрагмы угловые скорости и холодного и горячего потоков равны, то есть весь вихрь вращается как единое твёрдое тело («квазитвёрдый» вихрь). В таких условиях на разных радиусах вихревой трубы газ имеет различную линейную скорость, соответственно он имеет и различную термодинамическую температуру. Благодаря эффективному турбулентному перемешиванию внутри вихревой трубки, эти температуры стремятся выровняться, из-за чего и происходит перераспределение собственных («термостатических») температур различных частей потока газа, которое становится явным, когда газ выходит из вихревой трубы.

К сожалению, это объяснение нельзя признать удовлетворительным. Во-первых, оно является «чисто математическим», и если пытаться наполнить его физической сутью, то мы приходим к тому же «разделению быстрых и медленных микрообъёмов». Во-вторых, не совсем понятно, с какой стати именно температура торможения во всём сечении вихревой трубы априори принимается одинаковой? А приняв в качестве основной гипотезу обмена энергией между различными частями потока, мы должны придти к обратному распределению температур. В самом деле, внешние слои имеют наибольшую линейную скорость и, следовательно, наибольшую температуру торможения. Следовательно, энергия от них должна перетекать к медленно движущимся центральным слоям, повышая их собственную температуру. Таким образом, из середины должен выходить горячий газ, а из периферийной щели — холодный, что прямо противоречит наблюдаемым фактам. Поэтому утверждается, что быстро движущийся на периферии газ, попадая в результате турбулентного движения в центр, там тормозится и теряет свою кинетическую энергию. Но опять же, куда может деться эта энергия? Только в тепло, а значит, опять-таки, в середине температура должна расти. Наконец, есть данные, что вихрь внутри трубы Ранка отнюдь не квазитвёрдый, и более того, его центральная часть может вращаться в противоположную сторону, а в таком случае вся эта теория вообще не соответствует практике. В общем, прежде чем строить теории, необходимы практические измерения хотя бы скоростей и направлений вращения на разных радиусах и на разных расстояниях от диафрагмы.

Другие объяснения эффекта Ранка

Как ни странно, объяснить эффект Ранка можно и с помощью более простых механистических подходов к идеальному газу, изложенных при рассмотрении поворота потока идеального газа.

Если в таких механистических объяснениях есть зерно истины, то для оптимизации устройств на эффекте Ранка будут эффективны следующие советы.

  1. Для наиболее эффективного разделения следует всячески предотвращать возникновение турбулентностей, перемешивающих уже разделённые слои. Отсюда следуют требования к гладкости внутренних поверхностей устройства и необходимость ламинарности входного потока.
  2. Рабочий поток не должен делать слишком много оборотов: практически всё разделение происходит на первых витках, и дальнейшее движение будет лишь приводить к ненужным потерям на трение и увеличивать аэро/гидродинамическое сопротивление, затрудняя работу нагнетателя. Однако, чем выше плотность потока, тем труднее будет идти разделение и тем больше оборотов надо будет сделать.
  3. В наибольшей степени эффект Ранка должен проявляться для разреженного газа, свойства которого близки к свойствам идеального газа. При возрастании плотности газа и тем более при использовании жидкостей сокращение свободного пробега частиц и повышение вязкости среды становится существенным фактором, наряду с турбулентностью ухудшающим температурное разделение исходного потока.
  4. Оптимальная скорость потока должна быть соизмерима со скоростью теплового движения его частиц (как известно, в газах эта скорость близка к скорости звука). Слишком высокая скорость приведёт к тому, что все частицы будут отбрасываться к внешней стенке, и у внутренней стенки образуется бесполезная область вакуума, а слишком низкая ухудшит разделение частиц по их скоростям. Впрочем, в реальности энергозатраты на разгон потока до скорости звука могут оказаться менее выгодными, чем для получения того же количества тепла/холода при меньшей скорости, но большем расходе потока.

Есть и другие варианты.

Вот ещё одно заслуживающее внимание объяснение эффекта Ранка от Г.В.Трещалова, правда, оно построено на предположении максвелловского распределения молекул по скоростям в рамках молекулярно-кинетической теории газов.

А вот статья Ю.Оганесяна, в которой, среди прочего, рассмотрена и работа вихревой трубы. Она основывается на взаимодействии слоёв среды. Существование подобных слоёв маловероятно в рамках молекулярно-кинетической теории, зато неизбежно в теории глобулярной организации вещества.

Классические схемы вихревых труб на эффекте Ранка

Классическими устройствами, использующими эффект Ранка, являются вихревые трубы, которые строят по двум основным схемам: прямоточной и противоточной.

Классические схемы прямоточной (а) и противоточной (б) вихревых труб на эффекте Ранка. 1 — гладкая цилиндрическая труба, 2 — вход газа (завихритель тангециального или улиточного типа), 3 — дроссель, 4 — выход горячего газа через кольцевую щель, 5 — диафрагма для выхода холодного газа. Источник: А.Ф.Гуцол. «Эффект Ранка» (pdf).

Основное назначение таких вихревых труб — производство холода, и обычно более эффективной для этих целей считается противоточная схема. Кстати, размеры их совсем невелики — например, А.Ф.Гуцол в качестве оптимальных приводит следующие значения: внутренний диаметр трубы (калибр) D = 94 мм, длина трубы L = 520 мм, отверстие диафрагмы для выхода холодного воздуха d = 35 мм, вход воздуха через два сопла, каждое из которых имеет диаметр 25 мм. Однако оптимальная скорость воздушного потока на входе совсем не маленькая — 0.4 .. 0.5 М (т.е. 40–50% скорости звука). По этой причине из-за практически неизбежных при таких скоростях мощных турбулентностей устройство оказывается очень шумным, да и о «подручных средствах» (вроде бытового вентилятора в качестве источника потока воздуха) можно забыть. Характерно, что как при сильном уменьшении скорости входного потока, так и при её приближении к скорости звука, эффективность вихревой трубы стремится к нулю. Уменьшение геометрических размеров относительно оптимальных (особенно при D < 33 мм) также заметно снижает КПД, а вот их увеличение на КПД практически не сказывается. Очевидно, это связано с физическими характеристиками воздуха — слишком малые размеры не могут предотвратить интенсивное перемешивание разделённых было слоёв воздуха и, вероятно, делают слишком заметным влияние эффектов, возникающих на границе между стремительно движущимся воздухом и неподвижными стенками устройства.

Следует отметить, что в большинстве случаев конструкторы вихревых труб не уделяют большого внимания ламинарности потоков как на входе, так и внутри установки, а некоторые из них, в силу отсутствия общепризнаной теории этого явления, наоборот, уверены, что увеличение турбулентности будет способствовать повышению эффективности процесса. Тем не менее, я считаю, что уделив серьёзное внимание повышению ламинарности потока рабочего тела, можно снизить шумность и повысить эффективность работы. Если верны предположения Ю.Оганесяна, то входной поток также должен быть как можно более ламинарным.

Вихревые обогревательные установки

Безусловно, попытки использовать эффект Ранка не только для охлаждения, но и для обогрева препринимались неоднократно. Более того, некоторые образцы производятся серийно, в том числе и в нашей стране.

Как ни странно, наиболее широко распространены жидкостные конструкции на эффекте Ранка. Очевидно, это объясняется большей энергоёмкостью теплоносителя и меньшей шумностью их работы по сравнению с газовыми, обусловленной меньшими скоростями рабочего тела. Наиболее известной установкой этого класса является ЮСМАР. К сожалению, следует отметить, что практически все они предназначены для промышленного или полупромышленного применения, о чём свидетельствует хотя бы потребляемая мощность, которая обычно составляет несколько киловатт у «младших» моделей и достигает десятков киловатт у «старших». Заявленный производителем КПД (т.е. соотношение полученного тепла к затраченной электроэнергии) для разных типов установок составляет от 1.2 до 2.4, причём как именно он измерялся — в большинстве случаев неизвестно. Следует заметить, что для компрессорных тепловых насосов (скажем, холодильников и кондиционеров) обычно характерно соотношение перекачанного тепла к затраченной электрической энергии в диапазоне от 2 до 3.

В то же время в Интернете существует и много отрицательных отзывов и сообщений об испытаниях, где говорится, что КПД вихревых установок меньше 100% и выход тепла не превышает затраченной электроэнергии. Следует отметить, что здесь принципиально важен сам подход к таким установкам. Если рассматривать их как разновидность «вечного двигателя» со сверхъединичным КПД, то такую установку следует поставить целиком в одно помещение и мерить температуру всей системы в целом — она должна давать тепла больше, чем было потрачено электричества. Если же рассматривать их как тепловой насос, то необходимо разделять зоны отбора и отдачи тепла и оценивать именно эффективность его перекачки — ведь если пытаться оценить эффективность, скажем, обычного холодильника, меряя температуру в кухне, где он стоит, то это будет очевидной глупостью.

Наконец, позволю себе заметить, что возможно, некоторые подобные конструкции, внешне воспринимаемые как вихревые, на самом деле используют совсем другие принципы, а вращение или вихревое движение в них являются важными, но вспомогательными средствами. Ярким примером такого устройства, по моему убеждению, является двигатель Клема. ♦

khd2.narod.ru

Вихревой эффект Ранка-Хилша. Вихревая труба

; Длина вихревой трубы: . Для нашего расчета вихревая труба имеет следующие параметры

2. А. П. Меркулов «Вихревой эффект и его применение в технике», Изд. 2-е перераб.

3D координатник позволяет сканировать измерительными зондами или измерительной вертикальной плоскостью PIV-системы поток в открытой рабочей части в объёме 1000х1000х1000 мм.

Вихревой эффект Ранка-Хилша. Вихревая труба.

Вихревая установка работает по вихревому эффекту Ранка, основанному на температурном разделении воздушного потока на холодный и горячий потоки.

Таким же образом осуществляется отбор тепла при охлаждении корпуса вихревых труб.

Первый эффект показывает, что вихревые токи создаются в непосредственной близости от индукционного витка.

Было определено, что индукторы целесообразно изготавливать из медных труб практически любого сечения.

Скин-эффект в асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором. Автор: Курнышев Борис Сергеевич. Рубрика: Технические науки.

Вихревой эффект Ранка-Хилша. Вихревая труба.

Рис. 6. Вихревая ветростанция. В центре шатра сделана вытяжная труба. В трубе располагается ветряное колесо — генератор, снаружи зафиксированы кривообразные лопасти.

Вихревой эффект Ранка-Хилша. Вихревая труба. Имомов Ш. Б., Халикова Х. А., Хамраев С. И.

Теплоотдача в трубе с тангенциальным завихрителем на входе в трубу подробно исследовалась А. Абкаряном, А. Нау и P. West (США).

Халатов А. А., Борисов И. И., Щевцов С. В. Тепломассообмен и теплогидравлическая эффективность вихревых и закрученных потоков.

moluch.ru

Вихревая труба ранке своими руками - Справочник металлиста

С каждым годом подорожание отопления заставляет искать более дешевые способы обогрева жилой площади в холодную пору года. Особенно это относится к тем домам и квартирам, которые имеют большую квадратуру.

Одним из таких способов экономии является вихревой теплогенератор своими руками. Он имеет массу преимуществ, а также позволяет экономить на создании. Простота конструкции не затруднит его сбор даже у новичков.

Далее рассмотрим преимущества такого способа отопления, а также попытаемся составить план-схему по сбору теплогенератора своими руками.

Теплогенератор – это специальный прибор, основная цель которого вырабатывать тепло, путем сжигания, загружаемого в него, топлива. При этом вырабатывается тепло, которое затрачивается на обогрев теплоносителя, который уже в свою очередь непосредственно выполняет функцию обогрева жилой площади.

Первые теплогенераторы появились на рынке еще в 1856 году, благодаря изобретению британского физика Роберта Бунзена, который в ходе ряда проведенных опытов заметил, что вырабатываемое при горении тепло можно направлять в любое русло.

С тех пор генераторы, конечно же, модифицировались и способны обогревать гораздо больше площади, нежели это было 250 лет назад.

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.

Читайте так же:  Поговорим про солнечные коллекторы для отопления дома

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.

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.

Принцип действия

Генератор работает по принципу кавитации, когда в специальный турбинный отсек (кавитатор) заливают воду, а насос начинает кавитатор раскручивать. При этом образуемые пузырьки воды начинают схлопываться, вырабатывая дополнительное тепло, которое и нагревает теплоноситель.

В теории Потапов защитил целый ряд научных работ, где он описал процесс выделения возобновляемой энергии. На практике же сложно это доказать, однако кавитационный теплогенератор имеет место быть среди других альтернативных способов выработки тепла.

Как и любой другой прибор, теплогенератор кавитационного типа имеет свои положительные и отрицательные стороны.

Среди преимуществ можно выделить следующие показатели:

  • доступность;
  • огромная экономия;
  • не перегревается;
  • КПД стремящийся к 100% (другим типам генераторов крайне сложно достичь таких показателей);
  • доступность оборудования, что позволяет собрать прибор не хуже заводского.

Слабыми сторонами генератора Потапова считают:

  • объемные габариты, занимающие большую площадь жилой зоны;
  • высокий уровень шума мотора, при котором крайне сложно спать и отдыхать.

Генератор, используемый в промышленности, отличается от домашнего варианта лишь габаритами. Однако, иногда мощность домашнего агрегата настолько высока, что нет смысла его устанавливать в однокомнатной квартире, иначе минимальная температура при работе кавитатора будет не менее 35°С.

На видео интересный вариант вихревого теплогенератора на твердом топливе

Делаем своими руками

Перед тем, как приступить к непосредственному изготовлению, рассмотрим общее описание процесса выработки тепла, чтобы ознакомиться с основными конструктивными элементами. Итак, напорный насос под давлением от 5 до 6 атмосфер подает залитую воду в коллектор.

Там создается вихрь, который плавно перемещается в вихревую трубу, длина которой ровно в 10 раз больше ее диаметра. По спиральной трубе вихрь активно перемещается, а в это время пузырьки схлопываются и нагревают воду, которая попадает в выпрямитель водного потока.

Эта деталь представляет собой ряд металлических пластин, проходя через которые поток воды теряет часть энергии, становясь более контролируемым. Далее горячая вода поступает в радиаторы, делая круг, после чего возвращается обратно в генератор для последующего нагрева.

Читайте так же:  Рассмотрим теплогенераторы для воздушного отопления

Подготовка необходимого инвентаря

Для работы нам потребуются:

  • вакуумный или бесконтактный насос – лучше купить уже готовую модель;
  • кавитатор – представляет собой трубу, плотно прилегающую к самому насосу;
  • патрубок – соединен с насосом, необходим для подачи воды;
  • водяной выпрямитель – снижает скорость водных частиц на выходе (обеспечивает снижение температуры и не допускает перегрева всего устройства);
  • защитный клапан – регулирует процесс водного потока, не допуская его выход и кавитацию в самом насосе.

Выполнить сборку деталей помогут следующие приспособления:

  • болты и гайки;
  • сварочный аппарат или холодная сварка;
  • ключи;
  • дрель и подходящие сверла по металлу.

Отдельные компоненты и их необходимость будет рассмотрена непосредственно в процессе установки.

Приступаем к работе, выполняя ее для удобства по пунктам:

  1. Делаем корпус. Берем железную трубу с толстыми стенками (около 50 см) и делаем резьбу в 2 см. Из листа металла идентичной толщины вырезаем круги, диаметром как у трубы (2 шт). на каждой крышке делаем по два отверстия в центре: для патрубка и жинклера. Привариваем крышки к концам трубы, после чего подсоединяем патрубок в выходному отверстию насоса, откуда нагнетается вода. Второй патрубок соединяем с радиатором или трубами, ведущими в систему отопления.
  2. Устанавливаем возле выходного отверстия (донышка) металлические пластины (выпрямитель воды). Их нужно приварить.
  3. Подсоединяем насос. Тут важно не перепутать места соприкосновения патрубка. Если подключить его неправильно создастся обратная тяга, при которой вся вода, имеющаяся в системе, выйдет через насос наружу.
  4. Включаем насос в сеть и заливаем воду в генератор, контролируя весь процесс.

Самым дорогостоящим является насос, а точнее его двигатель. Его можно собрать своими руками, но не факт что полученной мощности будет достаточно для разгона жидкости до нужной скорости. Самодельный насос может и не обеспечить процесс кавитации, без которого отопительная система теряет всякий смысл.

Расчет отопительной системы напрямую зависит от теоремы Вириала, которая основывается на такой схеме:

Читайте так же:  Рассмотрим устройство винтового компрессора

Потенциальная энергия = -2 кинетические энергии

Последний показатель отображает кинетическое движение Солнца, высчитываемую по формуле:

Эта формула работает теоретически. На практике же имеется целый ряд отклонений, делающих использование теплового вихревого генератора нерентабельным.

Сборка и установка

Сам процесс сборки всех элементов конструкции описан выше. Установка должна включать три основных показателя:

  1. Генератор должен максимально быть удален от места сна и отдыха.
  2. Требуется контроль за уровнем воды в системе, который может со временем уменьшаться.
  3. Перед подключением генератора к отопительной системе, нужно его проверить на работоспособность.

Установка не требует специальных разрешений инстанций, а также сам генератор отличается повышенным уровнем безопасности.

Теплогенератор Потапова для воды

Теплогенераторы для воды бывают различных моделей и отличаются между собой по следующим показателям:

  • Вес: 7,5, 10, 15, 25 кг;
  • Мощность: 2,7, 5,5, 11, 45, 65 кВт;
  • Расход воды: 12, 25, 50, 100, 150;
  • Давление: 5 или 6 атмосфер.
Читайте также  Самодельный подкатной домкрат своими руками

В зависимости от этих показателей генератор для воды имеет маркировку: 1М, 2М, 3М, 4М, 5М. последние три используются исключительно в промфшленности, где есть необходимость обеспечения теплом больших площадей.

про вихревой теплогенератор

Заводские модели

Если выбор пал на готовый агрегат, то лучше отдать предпочтение товарам следующих лидирующих производителей, имеющих гарантии и хорошие отзывы о теплогенераторах:

  • Гравитон – 500 000 рублей;
  • Юсмар – от 650 000 рублей;
  • Евроальянс – от 75 000 рублей.

Помните, что эффективность теплогенератора зависит не только от качества агрегата, но и от места его использования.

Чем ближе к полюсам планеты, тем менее эффективен прибор, так как взаимодействие с Солнцем минимально.

На видео вихревой теплогенератор нового типа

Купить или смастерить?

Как видим, цены на теплогенераторы космические. Не каждый может себе позволить такой альтернативный источник питания, поэтому экономы пытаются сделать его своими руками.

Покупать или делать самостоятельно напрямую зависит не только от благосостояния семьи, но и от навыков и умений человека.

Если же таковых нет, лучше не рисковать и не тратить время зря, ведь конструкция прибора имеет достаточно сложное строение.

Таким образом, кавитационный теплогенератор является отличным вариантом альтернативного источника обогрева для дома. Однако его высокая стоимость делает его недоступным для большинства населения планеты.

Собрать его можно и своими руками, но этот шаг оправдан только в том случае, если имеется специальный навык.

Источник: http://generatorexperts.ru/alternativnye-istochniki/vixrevyx-teplogeneratorov.html

Кавитационные вихревые теплогенераторы — все, что нужно знать о технологии и о ее практическом применении

Вот такой, казалось бы, простой прибор позволит позабыть о привычном дорогостоящем отоплении

Заметили, что цена отопления и горячего водоснабжения выросла и не знаете, что с этим делать? Решение проблемы дорогих энергоресурсов — это вихревой теплогенератор.

Я расскажу о том, как устроен вихревой теплогенератор и каков принцип его работы.

Также вы узнаете, можно ли собрать такой прибор своими руками и как это сделать в условиях домашней мастерской.

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.

Труба Ранка, проникая в которую газообразная среда делится на горячий и холодный воздух — это явление было открыто в начале двадцатого века, а применяется на практике сегодня

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.

Показанный на схеме принцип работы вихревой трубы несложен — поток проходит через камеру закрутки, где разбивается на два потока с разной температурой

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.

На фото показан демонстрационный вихревой генератор, в котором вода циркулирует в замкнутом контуре

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.

Принцип действия кавитационного преобразователя

Иллюстрация Описание процесса
  1. В преобразователь трубного типа подается основной поток жидкой среды обычной температуры;
  2. Навстречу движению основного потока подаются дополнительные потоки жидкой среды;
  3. Разнонаправленные потоки, сталкиваясь, создают эффект кавитации, за счет чего жидкая среда на выходе из преобразователя нагревается.

Устройство и особенности функционирования

Так выглядит стационарная кавитационная установка, подключённая к промышленной системе отопления

Устройство действующих образцов вихревых теплогенераторов внешне несложное. Мы можем видеть массивный двигатель, к которому подключена цилиндрическое приспособление «улитка».

«Улитка» — это доработанная версия трубы Ранка. Благодаря характерной форме, интенсивность кавитационных процессов в полости «улитки» значительно выше в сравнении с вихревой трубой.

Дисковый активатор, одетый на вал — это приспособление отвечает за движение водной среды и за создание кавитационного эффекта

В полости «улитки» располагается дисковый активатор — диск с особой перфорацией. При вращении диска, жидкая среда в «улитке» приводится в действие, за счет чего происходят кавитационные процессы:

  • Электродвигатель крутит дисковый активатор. Дисковый активатор — это самый важный элемент в конструкции теплогенератора, и он, посредством прямого вала или посредством ременной передачи, подсоединён к электродвигателю. При включении устройства в рабочий режим, двигатель передает крутящий момент на активатор;
  • Активатор раскручивает жидкую среду. Активатор устроен таким образом, что жидкая среда, попадая в полость диска, закручивается и приобретает кинетическую энергию;
  • Преобразование механической энергии в тепловую. Выходя из активатора, жидкая среда теряет ускорение и, в результате резкого торможения, возникает эффект кавитации. В результате, кинетическая энергия нагревает жидкую среду до + 95 °С, и механическая энергия становится тепловой.

Сфера применения

Иллюстрация Описание сферы применения
Отопление. Оборудование, преобразующее механическую энергию движения воды в тепло, с успехом применяется при обогреве различных зданий, начиная с небольших частных построек и заканчивая крупными промышленными объектами.Кстати, на территории России уже сегодня можно насчитать не менее десяти населённых пунктов, где централизованное отопление обеспечивается не традиционными котельными, а гравитационными генераторами.
Нагрев проточной воды для бытового использования. Теплогенератор, при включении в сеть, очень быстро нагревает воду. Поэтому такое оборудование можно использовать для разогрева воды в автономном водопроводе, в бассейнах, банях, прачечных и т.п.
Смешивание несмешиваемых жидкостей. В лабораторных условиях, кавитационные установки могут использоваться для высококачественного перемешивания жидких сред с разной плотностью, до получения однородной консистенции.

Интеграция в отопительную систему частного дома

Для того, чтобы применить теплогенератор в отопительной системе, его в нее надо внедрить. Как это правильно сделать? На самом деле, в этом нет ничего сложного.

Схема внедрения вихревого теплогенератора в отопительную систему загородного дома или квартиры — кроме наличия насоса, особых отличий от монтажа обычного котла нет

Перед генератором (на рисунке отмечен цифрой 2) устанавливается центробежный насос (на рисунке — 1), которой будет поддавать воду с давлением до 6 атмосфер. После генератора устанавливается расширительный бак (на рисунке — 6) и запорная арматура.

Преимущества применения кавитационных теплогенераторов

Достоинства вихревого источника альтернативной энергии
Экономичность. Благодаря эффективному расходованию электричества и высокому КПД, теплогенератор экономичнее в сравнении с другими видами отопительного оборудования.
Малые габариты в сравнении с обычным отопительным оборудованием сходной мощности. Стационарный генератор, подходящий для отопления небольшого дома, вдвое компактнее современного газового котла.Если установить теплогенератор в обычную котельную вместо твёрдотопливного котла, останется много свободного места.
Небольшая масса установки. За счет небольшого веса, даже крупные установки высокой мощности можно запросто расположить на полу котельной, не строя специальный фундамент. С расположением компактных модификаций проблем вообще нет.Единственно, на что нужно обратить внимание при монтаже прибора в отопительной системе, так это на высокий уровень шума. Поэтому монтаж генератора возможен только в нежилом помещении — в котельной, подвале и т.п.
Простая конструкция. Теплогенератор кавитационного типа настолько прост, что в нем нечему ломаться.В устройстве небольшое количество механически подвижных элементов, а сложная электроника отсутствует в принципе. Поэтому вероятность поломки прибора, в сравнении с газовыми или даже твердотопливными котлами, минимальна.
Нет необходимости в дополнительных доработках. Теплогенератор можно интегрировать в уже существующую отопительную систему. То есть, не потребуется менять диаметр труб или их расположение.
Нет необходимости в водоподготовке. Если для нормальной работы газового котла нужен фильтр проточной воды, то устанавливая кавитационный нагреватель, можно не бояться засоров.За счет специфических процессов в рабочей камере генератора, засоры и накипь на стенках не появляются.
Работа оборудования не требует постоянного контроля. Если за твёрдотопливными котлами нужно присматривать, то кавитационный обогреватель работает в автономном режиме.Инструкция эксплуатации устройства проста — достаточно включить двигатель в сеть и, при необходимости, выключить.
Экологичность. Кавитационные установки никак не влияют на экосистему, ведь единственный энергопотребляющий компонент — это электродвигатель.
Читайте также  Цифровой регулятор температуры своими руками

Схемы изготовления теплогенератора кавитационного типа

Для того чтобы сделать действующий прибор своими руками, рассмотрим чертежи и схемы действующих устройств, эффективность которых установлена и документально зарегистрирована в патентных бюро.

Иллюстрации Общее описание конструкций кавитационных теплогенераторов
Общий вид агрегата. На рисунке 1 показана наиболее распространенная схема устройства кавитационного теплогенератора.Цифрой 1 обозначена вихревая форсунка, на которой смонтирована камера закрутки. С боку камеры закрутки можно видеть входной патрубок (3), который присоединён к центробежному насосу (4).Цифрой 6 на схеме обозначены впускные патрубки для создания встречного возмущающего потока.Особо важный элемент на схеме — это резонатор (7) выполненный в виде полой камеры, объем которой изменяется посредством поршня (9).Цифрой 12 и 11 обозначены дроссели, которые обеспечивают контроль интенсивности подачи водных потоков.
Прибор с двумя последовательными резонаторами. На рис 2 показан теплогенератор, в котором резонаторы (15 и 16) установлены последовательно.Один из резонаторов (15) выполнен в виде полой камеры, окружающей сопло, обозначенное цифрой 5. Второй резонатор (16) также выполнен в виде полой камеры и расположен с обратного торца устройства в непосредственной близости от входных патрубков (10) подающих возмущающие потоки.Дроссели, помеченные цифрами 17 и 18, отвечают за интенсивность подачи жидкой среды и за режим работы всего устройства.
Теплогенератор с встречными резонаторами. На рис. 3 показана малораспространённая, но очень эффективная схема прибора, в котором два резонатора (19, 20) расположены друг напротив друга.В этой схеме вихревая форсунка (1) соплом (5) огибает выходное отверстие резонатора (21). Напротив, резонатора, отмеченного цифрой 19, вы можете видеть входное отверстие (22) резонатора под номером 20.Обратите внимание на то, что выходные отверстия двух резонаторов расположены соосно.
Иллюстрации Описание камеры закрутки (Улитки) в конструкции кавитационного теплогенератора
«Улитка» кавитационного теплогенератора в поперечном разрезе. На этой схеме можно видеть следующие детали:1 — корпус, который выполнен полым, и в котором располагаются все принципиально важные элементы;2 — вал, на котором закреплен роторный диск;3 — роторное кольцо;4 — статор;5 — технологические отверстия проделанная в статоре;6 — излучатели в виде стержней.Основные трудности при изготовлении перечисленных элементов могут возникнуть при производстве полого корпуса, так как лучше всего его сделать литым.Так как оборудования для литья металла в домашней мастерской нет, такую конструкцию, пусть и с ущербом для прочности, придётся делать сварной.
Схема совмещения роторного кольца (3) и статора (4). На схеме показано роторное кольцо и статор в момент совмещения при прокручивании роторного диска. То есть, при каждом совмещении этих элементов мы видим образование эффекта, аналогичного действию трубы Ранка.Такой эффект будет возможен при условии, что в агрегате, собранном по предложенной схеме, все детали будут идеально подогнаны друг к другу.
Поворотное смещение роторного кольца и статора. На этой схеме показано то положение конструктивных элементов «улитки», при котором происходит гидравлический удар (схлопывание пузырьков), и жидкая среда нагревается.То есть, за счёт скорости вращения роторного диска, можно задать параметры интенсивности возникновения гидравлических ударов, провоцирующих выброс энергии. Проще говоря, чем быстрее будет раскручиваться диск, тем температура водной среды на выходе будет выше.

Подведем итоги

Теперь вы знаете, что собой представляет популярный и востребованный источник альтернативной энергии. А значит, вам будет просто решить: подходит такое оборудование или нет. Также рекомендую к просмотру видео в этой статье.

Источник: https://otoplenie-gid.ru/elementy/831-vihrevye-teplogeneratory

Как своими силами сделать вихревой теплогенератор — Школа по утеплению дома

ОбогревателиКак своими силами сделать вихревой теплогенератор

27.11.2014

Вихревой теплогенератор Потапова, или же сокращенно ВТП, был разработан специально для того, чтобы получать тепловую энергию с помощью всего лишь электрического двигателя и насоса. Такое устройство используется преимущественно в качестве экономного источника тепла.

Сегодня мы рассмотрим особенности конструкции этого устройства, а также как изготовить вихревой теплогенератор своими руками.

Скачть руководство по сборке ВТГ в формате .PDF

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.

Для чего используется?

Приведем небольшой пример. В стране есть масса предприятий, которые по тем или иным причинам не могут позволить себе газовое отопление: или магистрали нет неподалеку, или еще что-то.

Тогда что остается? Обогреть электричеством, но тарифы на такого рода отопление могут ужаснуть. Вот тут и выручает чудо-прибор Потапова.

При его использовании затраты на электроэнергию останутся теми же, КПД, разумеется, тоже, так как больше сотни ему все равно не быть, а вот КПД в плане финансовом будет составлять от 200% до 300%.

Получается, что эффективность вихревого генератора – 1.2-1.5.

Необходимые инструменты

Что же, пора приступать к самостоятельному изготовлению генератора. Давайте посмотрим, что нам потребуется:

  • Шлифовальная машинка угловая, или турбинка;
  • Железный уголок;
  • Сварка;
  • Болты, гайки;
  • Электрическая дрель;
  • Ключи 12-13;
  • Сверла к дрели;
  • Краска, кисточка и грунтовка.

Технология изготовления. Двигатель

Читайте так же про установку водяного насоса для отопления — тут

Самый простой вариант изготовить вихревой теплогенератор своими руками – использовать в работе стандартные детали. Нам может подойти практически любой двигатель, чем большую мощность он будет иметь, тем больше теплоносителя сможет нагреть.

При выборе электродвигателя следует учесть, в первую очередь, напряжение в вашем доме. Следующий этап – создание станины под двигатель. Станина представляет собой обычный железный каркас, для которого лучше использовать железные уголки.

Размеров никаких мы не скажем, так как они зависят от габаритов двигателя и определяются на месте.

  1. Нарезаем турбинкой угольники необходимой длины. Свариваем из них квадратную конструкцию таких размеров, чтобы все элементы туда поместились.
  2. Вырезаем дополнительный уголок и привариваем его к каркасу поперек таким образом, чтобы к нему можно было прикрепить электродвигатель.
  3. Красим станину, ждем, пока высохнет.
  4. Сверлим отверстия для крепежа, закрепляем электродвигатель.

Устанавливаем насос

Далее мы должны выбрать «правильный» водяной насос. Ассортимент этих инструментов сегодня настолько широк, что можно найти себе модель любой силы и габаритов. Нам же нужно обращать внимание лишь на две вещи:

  • Сможет ли двигатель раскрутить этот насос;
  • Является ли он (насос) центробежным.

Далее насос устанавливается все в том же каркасе, при необходимости крепятся дополнительные крепежные элементы.

Корпус

У вихревого генератора корпус представляет собой цилиндр, закрытый с обеих сторон.

По боками должны находиться сквозные отверстия, посредством которых устройство будет подсоединяться к отопительной системе.

Но главная особенность конструкции – внутри корпуса: сразу возле входного отверстия размещен жиклер. Отверстие жиклера должно подбираться чисто индивидуально.

Для изготовления корпуса нам потребуются следующие инструменты:

  1. Железная труба с толстыми стенками диаметром около 10 см;
  2. Муфты для соединения;
  3. Сварка;
  4. Несколько электродов;
  5. Турбинка;
  6. Пара патрубков, в которых проделана резьба;
  7. Электрическая дрель;
  8. Сверла;
  9. Ключ разводной.

Теперь – непосредственно к процессу изготовления.

  1. Для начала отрезаем кусок трубы длиной порядка 50-60 см и делаем на ее поверхности внешнюю проточку примерно на пол толщины, 2-2.5 см. нарезаем резьбу.
  2. Берем еще два куска этой же трубы, длиной по 5 см каждый, и делаем из них пару колец.
  3. Затем берем металлический лист с такой же толщиной, какая и у трубы, вырезаем из нее своеобразные крышки, привариваем их там, где резьба не делалась.
  4. По центру крышек делаем два отверстия – одно из них по окружности патрубка, второе – по окружности жиклера. Внутри крышки рядом с жиклером просверливаем фаску таким образом,  чтобы получилась форсунка.
  5. Подключаем генератор к отопительной системе. патрубок возле форсунки подсоединяем к насосу, но только к тому отверстию, откуда под напором поступает вода. Второй патрубок соединяем с входом в отопительную систему, выход же необходимо подсоединить к входу насоса.

Насос будет создавать давление, которое, воздействуя на воду, заставит ее проходить через форсунку нашей конструкции. В специальной камере вода будет перегреваться ввиду активного перемешивания, после чего подается непосредственно в отопительный контур.

Дабы можно было регулировать температуру, вихревой теплогенератор своими руками должен оснащаться специальным запирающим устройством, располагающимся рядом с патрубком. Если несколько прикрыть запор, то конструкция будет дольше перегонять воду по камере, следовательно, из-за этого температура поднимется.

Читайте также  Как сделать шкив своими руками

Таким образом и работает такого рода обогреватель.

Про другие способы альтернативного отопления читайте тут

Повышаем производительность

Насос теряет тепловую энергию, что является главным недостатком вихревого генератора (по крайней мере, в описанном своем варианте). Поэтому насос лучше окунуть в специальную водяную рубашку, дабы исходящее от него тепло также приносило пользу.

Диаметр этой рубашки должен быть несколько больше, чем у насоса. Можем использовать для этого по традиции обрезок трубы, а можно из листовой стали сделать параллелепипед. Его габариты должны быть такими, чтобы все элементы генератора свободно в него помещались, а толщина – чтобы выдерживал рабочее давление системы.

Помимо того, снизить теплопотери можно установкой специального жестяного кожуха вокруг устройства. Изолятором может стать любой такого рода материал, который способен выдерживать рабочую температуру.

  1. Собираем следующую конструкцию: теплогенератор, насос и соединяющий патрубок.
  2. Измеряем, каковы их габариты, и подбираем трубу нужного диаметра – так, чтобы все детали легко в ней поместились.
  3. Изготавливаем крышки для обеих сторон.
  4. Далее заботимся о том, чтобы детали внутри трубы были жестко закреплены, а также о том, чтоб насос сумел прокачивать сквозь себя теплоноситель.
  5. Просверливаем выходное отверстие, крепим на него патрубок.

На втором конце трубы мы привариваем фланец, посредством которого будет закреплена крышка на прокладке-уплотнителе. Можно оборудовать внутри корпуса каркас, чтобы было проще устанавливать все элементы. Собираем устройство, проверяем, насколько прочны крепления, проверяем герметичность, вставляем в корпус и закрываем.

Затем подключаем вихревой теплогенератор ко всем потребителям, проверяем его еще раз на предмет герметичности. Если ничего не течет, то можно активировать насос. При открытии/закрытии крана на входе регулируем температуру.

Возможно вас так же заинтересует статья о том как сделать солнечный коллектор своими руками

Утепляем ВТП

Прежде всего, одеваем кожух. Берем для этого лист алюминия или нержавейки и вырезаем пару прямоугольников. Загибать их лучше по такой трубе, у которой больший диаметра, чтобы в итоге образовался цилиндр. Далее следуем инструкции.

  1. Скрепляем половинки между собой с помощью специального замка, используемого для соединения водопроводных труб.
  2. Делаем пару крышек для кожуха, но не забываем о том,/ что в них должны оставаться дырки для подключения.
  3. Обматываем устройство термоизоляционным материалом.
  4. Помещаем генератор в кожух и плотно закрываем обе крышки.

Есть и другой способ увеличения производительности, но для этого нужно знать, как же именно работает чудо-прибор Попова, КПД которого может превышать (не доказано и не объяснено) 100%. Мы то с вами уже знаем, как он работает, поэтому может приступать непосредственно к усовершенствованию генератора.

Гаситель вихрей

Да, мы сделаем приспособление с таким загадочным названием – гаситель вихрей. Он будет состоять из расположенных вдоль пластин, помещенный внутри обоих колец.

Посмотрим, что нам потребуется для работы.

  • Сварка.
  • Турбинка.
  • Лист стали.
  • Труба с толстыми стенками.

Труба должна быть меньшей, чем теплогенератор. Делаем из нее два кольца, примерно по 5 см каждое. Из листа вырезаем несколько полосок одного размера. Их длина должна составлять 1/4 длины корпуса устройства, а ширина такой, чтоб после сборки осталось свободное пространство внутри.

  1. Вставляем в тиски пластинку, навешиваем на одном ее конце металлические кольца и свариваем их с пластиной.
  2. Вынимаем пластину из зажима и поворачиваем другой стороной. Берем вторую пластину и помещаем ее в кольца таким образом, чтобы обе пластины размещались параллельно. Аналогичным образом закрепляем все оставшиеся пластины.
  3. Собираем вихревой генератор своими руками, а полученную конструкцию устанавливаем напротив сопла.

Отметим, что поле совершенствования устройства практически безгранично.

К примеру, вместо указанных выше пластин мы можем применить проволоку из стали, скрутив ее предварительно в виде клубка. Кроме того, мы можем проделать дырки на пластинах различного размера.

Конечно, обо всем этом нигде не упоминается, но кто сказал, что вы не можете использовать данные усовершенствования?

В заключение

И в качестве заключения – несколько дельных советов. Во-первых, все поверхности желательно защитить окрашиванием.

Во-вторых, все внутренние детали стоит делать из толстых материалов, так как он (детали) будут постоянно находиться в достаточно агрессивной среде.

И в-третьих, позаботьтесь о нескольких запасных крышках, имеющих разного размера отверстия. В дальнейшем вам будет подбирать необходимый диаметр, дабы добиться максимальной производительности устройства.

Источник: https://v-teplo.ru/vihrevoi-teplogenerator.html

Вихревой двигатель для отопления

ВТР – это устройства, которые преобразовывают электрическую энергию в тепловую. История их изобретения касается первой половины прошлого века. Позже было налажено массовое производство.

Но сейчас вихревая труба Ранке своими руками – это реальность. При этом для изготовления такого устройства понадобится немногое. Что для этого необходимо, следует разобраться.

Также читают: «Делаем бойлер косвенного нагрева своими руками«.

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.

Вихревой двигатель — это один из источников альтернативной энергии для отопления дома.

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.

Установка насоса вихревого генератора теплоты и сооружение корпуса

Кожух данного устройства изготавливается в виде цилиндра, который должен закрываться со сторон каждой основы. На каждом боку расположены сквозные отверстия.

Используя их, можно подключить вихревой теплогенератор своими руками к системе обогрева дома. Основная особенность такого изделия заключается с том, что внутри кожуха, возле входного отверстия устанавливается жиклер.

Данное приспособления должно подбираться индивидуально для каждого отдельно взятого случая.

Схема вихревого двигателя.

Процесс производства включает в себя следующие пункты:

  • отрезание трубы необходимого размера (около 50-60 см);
  • нарезка резьбы;
  • изготовление пары колец из трубы того же диаметра с длиной примерно 50 мм;
  • приваривание крышек к местам, где не нарезалась резьба;
  • вырезание двух отверстий в центре каждой крышки (одно для подключения патрубка, второе – для жиклера);
  • сверление фаски рядом с жиклером для получения форсунки.

Чтобы сделать печь Кузнецова своими руками нужны чертежи. Есть много вариантов кладки с разным количеством куполов.

Теперь чертеж печи Лачинянка есть в открытом доступе — здесь.

Установка насоса вихревого двигателя проводится после подбора агрегата необходимой мощности. При покупке стоит придерживаться двух правил. Первое – устройство должно быть центробежным. Второе – выбор будет целесообразным лишь в случае, когда устройство будет оптимально функционировать в паре с установленным электродвигателем.

Утепление вихревого двигателя

Перед тем как запускать в работу устройство следует его утеплить. Делается это после сооружения кожуха. Конструкцию рекомендуется обмотать тепловой изоляцией.

Как правило, в этих целях используется стойкий к высоким температурам материал. Слой утепления крепится к кожуху прибора проволокой.

В качестве тепловой изоляции стоит использовать один из следующих материалов:

Готовый тепловой генератор.

  • стекловата;
  • минеральная вата;
  • базальтовая вата.

Как видно из списка, подойдет практически любая волокнистая теплоизоляция.

Вихревой индукционный нагреватель, отзывы о котором можно найти по всему рунету, должен утепляться качественно.

В ином случае есть риск, что прибор будет отдавать больше теплоты в помещение, где он установлен. Полезно знать: «Утепление трубопроводов минеральной ватой».

По отзывам некоторые самодельные печи длительного горения на одной загрузке топлива работают по 8 часов.

Какими особенностями наделены древесные печи длительного горения читайте в этой статье.

В конце следует дать несколько советов. Первое – поверхность изделия рекомендуется окрасить. Это защитит его от коррозии. Второе – все внутренние элементы прибора желательно сделать потолще.

Такой подход повысит их износостойкость и сопротивляемость агрессивной среде. Третье – стоит изготовить несколько запасных крышек. Они также должны иметь на плоскости отверстия требуемого диаметра в необходимых местах.

Это необходимо, чтобы путем подбора добиться более высокого КПД агрегата.

Подведение итогов

Если все правила изготовления конструкции были учтены, то вихревой генератор прослужит долгое время. Не стоит забывать, что от грамотной установки прибора тоже зависит многое в системе отопления.

В любом случае изготовление такой конструкции из подручных средств обойдется дешевле приобретения готового приспособления.

Однако для оптимального функционирования устройства следует ответственно подойти к процессам изготовления корпуса и обшивки тепловой изоляции.

Источник: https://utepleniedoma.com/otoplenie/vixrevoj-dvigatel

ssk2121.com

Способ преобразования энергии и вихревая труба грицкевича для его осуществления

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для производства как тепловой, так и электрической энергии, а также для изменения температуры потока жидкости.

Широко известно использование для преобразования и получения энергии вихревой трубы французского инженера Ж.Ранке [патент США №1952281, 1934], первоначально используемой для разделения потока газа на горячий и холодный. Устройство содержит цилиндрическую трубу с циклоном на одном конце, присоединенном к корпусу одной торцевой стороной, и диафрагмой на другом конце (холодная часть), и тормозное устройство в виде регулировочного конуса внутри корпуса в конце, противоположном циклону (горячая часть). Сжатый газ подается через циклон в трубу по касательной, где разделяется в вихревом потоке на холодную (центральную) и горячую (периферийную) составляющие. Через диафрагму из трубы выходит холодный поток, а горячий поток выходит через зазор между внутренней поверхностью трубы и регулировочным конусом.

В дальнейшем работы по повышению эффективности работы вихревой трубы Ранке велись в направлении оптимизации параметров конструктивных элементов, например, путем использования конусного корпуса [а.с. СССР №1304526, 1976], за счет оптимизации размерных соотношений [патент США №5327728, 1994], с помощью введения в проточную часть элементов, организующих и сохраняющих ламинарный и турбулентный режим потока [заявка РФ №5067921, опубл. 09.01.1995], за счет взаимосвязей между элементами - например, подключения горячего потока к выходу холодного [заявка РФ №95110338, опубл. 20.06.1997].

Использование известных конструкций газовых вихревых труб Ранке не достаточно эффективно, в частности потому, что не используется энергия движения заряженных частиц, возникающих в процессе вихревого движения потока, и особенности соотношения термодинамических параметров в различных сечениях потока.

Известен способ преобразования потенциальной энергии потока газа в электрическую энергию с помощью других средств, например путем его ионизации и ускорения в направляющем канале с последующим разделением электрических зарядов посредством магнитного поля устройства для съема электрической энергии, в котором дополнительно обеспечивают вращение газового потока в направляющем канале, а ионизацию и вращение осуществляют с помощью расположенной в канале спирали с остриями для стекания зарядов [патент RU №2093703, 1997].

Позже было произведено разделение в вихревой трубе Ранке потока жидкости, в частности воды. Простейшая вихревая труба для такого разделения, используемая для нагрева воды, выбранная в качестве прототипа, содержит трубчатый корпус с циклоном на одном конце, присоединенном к корпусу одной торцевой стороной [патент РФ №2045715, 1995]. Однако, при использовании такой трубы Ранке для преобразования энергии жидкости не используется энергия движения заряженных частиц и недостаточно используются особенности соотношения термодинамических параметров в различных сечениях потока.

Решаемая техническая задача - повышение эффективности работы вихревой трубы, использующей эффект Ранке, а также расширение функциональных возможностей - получение электрической энергии.

Поставленная задача достигается следующим образом.

Предлагается способ преобразовании энергии движущегося потока жидкости в вихревой трубе на основе эффекта Ранке, новым согласно которому является то, что дополнительно получают электрическую энергию, снимаемую с электромагнитных обмоток, расположенных на корпусе вихревой трубы из диэлектрического материала с коэффициентом диэлектрической проницаемости больше, чем у жидкости, и/или имеющего внутри покрытие с коэффициентом диэлектрической проницаемости больше, чем у жидкости.

Корпус трубы лучше изолировать от Земли.

Возможен подогрев жидкости в горячей части вихревой трубы с помощью электрической энергии, вырабатываемой на обмотках корпуса. При этом эффект от такого подогрева несколько выше, чем от подогрева исходной жидкости.

Также заявляется вихревая труба, которая может быть использована для осуществления способа, содержащая трубчатый корпус с циклоном на одном конце, присоединенном к корпусу одной торцевой стороной. Новым является то, что хотя бы корпус не заземлен и выполнен из неэлектропроводного материала, обладающего электростатическими свойствами, причем коэффициент диэлектрической проницаемости материала корпуса и/или покрытия его внутренней поверхности больше, чем у жидкости, для которой используется вихревая труба. Совокупность заявляемых признаков позволяет исключить потери энергии свободных заряженных частиц, возникающих в ходе процессов, описанных выше.

Другая торцевая сторона циклона может содержать диафрагму, соосную с корпусом, с отверстием, диаметр которого меньше внутреннего диаметра корпуса.

Внутри корпуса в конце, противоположном циклону, может быть смонтировано тормозное устройство, например, в виде регулировочного конуса, в частности полого, установленного с зазором соосно корпусу.

Для преобразования энергии движения возникающих свободных заряженных частиц на корпусе может быть выполнена электромагнитная обмотка.

При этом лучше, когда в качестве покрытия используется сегнетоэлектрический материал, т.к. сегнетоэлектрик в большей степени способен к спонтанной поляризации в стабильное состояние, чем обычный диэлектрик, под действием, в частности, трения потока, при этом ориентированные диполи диэлектрика создают относительно стабильное магнитное поле, взаимодействующее с возникающими в потоке заряженными частицами.

Тормозное устройство может быть снабжено нагревателем, лучше электрическим. Причем такой электронагреватель лучше выполнять в виде как минимум одной пары электродов, один из которых смонтирован на тормозном устройстве, а другой - напротив на корпусе. Возможно размещение несколько пар электродов, рабочая часть которых находится в зазоре между конусом и внутренней поверхностью корпуса. Лучше, когда электронагреватель электрически соединен с обмоткой.

Нагреватель также может содержать форсунку для сжигания жидкого или газообразного топлива, причем сопло форсунки направлено внутрь полости регулировочного конуса.

Изобретение поясняется чертежом вихревой трубы Грицкевича.

Изобретение поясняется на примере водяного теплоэлектрогенератора на основе вихревой трубы Грицкевича. Стрелками на чертеже показано направление движения потоков жидкости.

Вихревая труба содержит трубчатый корпус 1 с теплой частью, включающей циклон в виде улитки 2 с инжекционным патрубком 3 и диафрагмой с отверстием 4. Горячая часть трубы содержит выпускной патрубок 5, регулировочный конус 6 с устройством 7 осевой регулировки и пары электродов 8, равномерно распределенных по окружности зазора между корпусом 1 и конусом 2. Корпус 1 покрыт внутри тонким слоем 9 синергетика, а снаружи снабжен электромагнитной обмоткой 10. Корпус 1, улитка 2, конус 6 и патрубки 3, 5 выполнены из пластмассы и изолированы от Земли.

Поток холодной воды, поступающий в вихревую трубу по патрубку 3, разделятся в вихревом движении, создаваемом улиткой 2, в корпусе 1 на теплую (центральную) и горячую (периферийную) части. Горячая часть потока, прилегающая к внутреннему слою 9, вращаясь, движется к горячей части корпуса 1 и выходит из нее через кольцевой зазор между краем корпуса 1 и конусом 2. Теплая часть потока, отражаясь от конуса 4, вращаясь, движется к отверстию 4 и выходит из него. Частично ионизированная вода, ионизируется дополнительно за счет высоковольтных разрядов электродами 8, с помощь этих разрядов также осуществляется дополнительный подогрев воды. За счет электромагнитной индукции в обмотках 10 возникает ЭДС. Электроэнергия с обмоток 10 используется для создания разрядов между электродами 8.

Физические процессы, происходящие при этом, выражаются в следующем. При температуре 25°С степень диссоциации воды достаточно мала. Однако, при ее нагреве выше указанной температуры этот показатель существенно возрастает - недавние исследования показали, что степень диссоциации чистой воды при ее нагреве значительно увеличивается в интервале температур до 300°С (в 4000 раз по сравнению с 0°С), что позволяет использовать чистую воду как растворитель, реагент, катализатор и т.п. [Near Critical Water // Chemical & Engineering News, No.1, January 3, 2000, P.26]. При этом особенности гидродинамики потока в вихревой трубе заключаются в следующем. Горячая часть потока, прилегающая к внутреннему слою 9, движется вдоль оси в противоположном направлении к направлению теплой части потока, отраженного от конуса 4 и вращающегося встречно горячему потоку. Т.о. на границе горячего и теплого потоков образуется термодинамическая пара, представляющая собой цилиндрическую соосную оси прослойку термодинамического процесса постоянного фазового перехода вода-пар-вода. Образующийся в прослойке пар конденсируется в основном на горячей части потока (за счет центробежных сил), что объясняет больший нагрев горячей части потока. Кроме того, образующийся пар увеличивает давление воды внутри корпуса 1, что приводит к увеличению как температуры кипения, так и температуры горячей части потока и, в свою очередь, значительно увеличивает степень диссоциации воды, особенно вблизи прослойки. За счет этого и за счет сил межмолекулярного трения создается статическая разность потенциалов, напряженность электрического поля при этом в чистой воде достигает 0,4-120 кВ/см. Подобная гидродинамическая модель уже известна из уровня техники [публикация WO 90/00526, 1990], в известном способе дезагломерации воды создают противонаправленные потоки воды и вызывают их соударение, при этом в описании этого изобретения отмечено, что при таком соударении происходит нагрев воды с выделением тепла, дополнительного к тому, которое является результатом преобразования кинетической энергии движущейся воды, и, кроме этого, указывается на выделение также электрической энергии, обусловленное разрывом водородных связей (с образованием свободных электронов). Далее, горячая часть потока ионизированной частично воды с переизбытком электронов за счет молекулярного трения о слой 9 синергетика приводит к поляризации последнего и одинаковому ориентированию диполей доменов синергетика, создающих общее стабильное магнитное поле, взаимодействующее с заряженными частицами потока, упорядочивая их движение, что в конечном счете приводит к возникновению ЭДС в электромагнитной обмотке 10.

1. Способ преобразовании энергии движущегося потока жидкости в вихревой трубе на основе эффекта Ранке, отличающийся тем, что дополнительно получают электрическую энергию, снимаемую с электромагнитных обмоток, расположенных на корпусе вихревой трубы из диэлектрического материала с коэффициентом диэлектрической проницаемости больше, чем у жидкости, и/или имеющего внутри покрытие с коэффициентом диэлектрической проницаемости больше, чем у жидкости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что корпус трубы изолируют от Земли.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют подогрев жидкости в горячей части вихревой трубы с помощью электрической энергии, вырабатываемой на обмотках корпуса.

4. Вихревая труба для преобразования энергии потока жидкости, содержащая трубчатый корпус с циклоном на одном конце, присоединенным к корпусу одной торцевой стороной, отличающаяся тем, что хотя бы корпус не заземлен и выполнен из неэлектропроводного материала, обладающего электростатическими свойствами, причем коэффициентом диэлектрической проницаемости материала корпуса и/или покрытия его внутренней поверхности больше, чем у жидкости, для которой используется вихревая труба.

5. Вихревая труба по п.4, отличающаяся тем, что другая торцевая сторона циклона содержит диафрагму, соосную с корпусом, с отверстием, диаметр которого меньше внутреннего диаметра корпуса.

6. Вихревая труба по п.4, отличающаяся тем, что внутри корпуса в конце, противоположном циклону, смонтировано тормозное устройство.

7. Вихревая труба по п.4, отличающаяся тем, что на корпусе выполнена электромагнитная обмотка.

8. Вихревая труба по п.4, отличающаяся тем, что в качестве покрытия используется сегнетоэлектрический материал.

9. Вихревая труба по п.6, отличающаяся тем, что тормозное устройство выполнено в виде регулировочного конуса, установленного с зазором соосно корпусу.

10. Вихревая труба по п.6, отличающаяся тем, что тормозное устройство снабжено нагревателем.

11. Вихревая труба по п.9, отличающаяся тем, что регулировочный конус выполнен полым.

12. Вихревая труба по п.10, отличающаяся тем, что тормозное устройство снабжено электронагревателем.

13. Вихревая труба по п.12, отличающаяся тем, что электронагреватель выполнен в виде как минимум одной пары электродов, один из которых смонтирован на тормозном устройстве, а другой - напротив на корпусе.

14. Вихревая труба по п.7 или 12, отличающаяся тем, что электронагреватель электрически соединен с обмоткой.

15. Вихревая труба по п.10 или 11, отличающаяся тем, что нагреватель содержит форсунку для сжигания жидкого или газообразного топлива, причем сопло форсунки направлено внутрь полости регулировочного конуса.

16. Вихревая труба по п.9 или 12, отличающаяся тем, что содержит несколько пар электродов, рабочая часть которых находится в зазоре между конусом и внутренней поверхностью корпуса.

findpatent.ru


Смотрите также