Как изготовить вихревой тепловой генератор Потапова своими руками

Содержание

Термоэлектрогенераторы

Электростанции с генераторами, построенными по принципу Пельтье – достаточно интересный вариант.

Физик Пельтье обнаружил эффект, который сводится к тому, что при пропускании электроэнергии через проводники, состоящие из двух разнородных материалов, на одном из контактов происходит поглощение тепла, а на втором – выделение.

Причем эффект этот обратный – если с одной стороны проводник разогревать, а со второй – охлаждать, то в нем будет образовываться электроэнергия.

Именно обратный эффект используется в электростанциях на дровах. При сгорании они разогревают одну половину пластины (она и является термоэлектрогенератором), состоящую их кубиков, сделанных из разных металлов, а вторая же ее часть – охлаждается (для чего используются теплообменники), в результате чего на выводах пластины появляется электроэнергия.

Но есть у такого генератора несколько нюансов. Один из них – параметры выделяемой энергии напрямую зависят от разницы температуры на концах пластины, поэтому для их выравнивания и стабилизации необходимо использование регулятора напряжения.

Второй нюанс заключается в том, что выделяемая энергия – лишь побочный эффект, большая часть энергии при сгорании дров просто преобразуется в тепло. Из-за этого КПД такого типа станции не очень высокая.

К достоинствам электростанций с термоэлектрогенераторами относятся:

Длительный срок службы (нет подвижных частей);
Одновременно вырабатывается не только энергия, но и тепло, которое можно использоваться для обогрева или приготовления пищи;
Бесшумность работы.

Электростанции на дровах, использующие принцип Пельтье, — достаточно распространенный вариант, и выпускаются как портативные устройства, которые способны лишь выделить электроэнергии для зарядки маломощных потребителей (телефона, фонаря), так и промышленные, способные запитать мощные агрегаты.

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.

https://youtube.com/watch?v=ngegV5tl3fM

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.

Обратите внимание! Желательно при этом, чтобы отверстие жиклера было вдвое меньше, чем 1/4 общего диаметра цилиндра. Если отверстие будет меньшим, то вода не сможет проходить сквозь него в необходимом количестве и насос начнет греться

Более того, внутренние элементы начнут разрушаться кавитацией.

Для изготовления корпуса нам потребуются следующие инструменты:

Железная труба с толстыми стенками диаметром около 10 см;
Муфты для соединения;
Сварка;
Несколько электродов;
Турбинка;
Пара патрубков, в которых проделана резьба;
Электрическая дрель;
Сверла;
Ключ разводной.

Теперь – непосредственно к процессу изготовления.

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.
Берем еще два куска этой же трубы, длиной по 5 см каждый, и делаем из них пару колец.
Затем берем металлический лист с такой же толщиной, какая и у трубы, вырезаем из нее своеобразные крышки, привариваем их там, где резьба не делалась.
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.
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. Таким образом и работает такого рода обогреватель.

Про другие способы альтернативного отопления читайте тут

Генератор Потапова собственными силами

Существует много промышленных моделей генератора. Для опытного мастера не составит труда изготовить вихревой теплогенератор своими руками:

Вся система должна быть надежно закреплена. При помощи уголков изготавливают каркас. Можно использовать сварку или болтовое соединение. Главное, чтобы конструкция была прочной.
На станине укрепляют электродвигатель. Его подбирают соответственно площади помещения, внешним условиям и имеющемуся напряжению.
На раме крепится водяной насос. При его выборе учитывают:

насос необходим центробежный;
у двигателя хватит сил для его раскрутки;
насос должен выдерживать жидкость любой температуры.

Насос присоединяется к двигателю.
Из толстой трубы диаметром 100 мм изготавливается цилиндр длиной 500-600 мм.
Из толстого плоского металла необходимо изготовить две крышки:

одна должна иметь отверстие под патрубок;
вторая под жиклер. На краю делается фаска. Получается форсунка.

Крышки к цилиндру лучше крепить резьбовым соединением.
Жиклер находится внутри. Его диаметр должен быть в два раза меньше ? части диаметра цилиндра.

Очень маленькое отверстие приведет к перегреву насоса и быстрому износу деталей.

Патрубок со стороны форсунки подключается к подаче насоса. Второй подключают к верхней точке системы отопления. Остывшая вода из системы подключается к входу насоса.
Вода под давлением насоса подается в форсунку. В камере теплогенератора ее температура увеличивается благодаря вихревым потокам. Потом она подается в отопление.

Схема кавитационного генератора

Жиклер.
Вал электродвигателя.
Вихревая труба.
Входящая форсунка.
Отводящий патрубок.
Гаситель вихрей.

Для регулирования температуры, за патрубком ставят задвижку. Чем меньше она открыта, тем дольше вода в кавитаторе, и тем выше ее температура.

При прохождении воды через жиклер, получается сильный напор. Он бьет в противоположную стену и за счет этого закручивается. Поместив в середину потока дополнительную преграду, можно добиться большей отдачи.

Виды теплогенераторов

Роторный генератор тепла

Такое устройство представляет собой видоизмененный насос центробежного действия. В таком устройстве роль статора исполняет корпус насоса, в него установлена входящая и выходящая труба. Основным рабочим органом является камера, внутрь которой помещен подвижный ротор, работающий по типу колеса.

За время создания кавитационных насосов конструкция ротора претерпела много изменений, но самой продуктивной считается модель Григгса, который одним из первых достиг положительных результатов в создании теплогенератора кавитационного действия. В таком устройстве ротор выполнен в форме диска, на поверхности которого предусмотрены многочисленные отверстия. Они глухие, с определенным диаметром и глубиной. Количество ячеек зависит от частоты электрического тока и, следственно, вращения ротора.

Статор в теплогенераторе представляет собой цилиндр, запаянный с обоих концов, в котором вращается ротор. Зазор между диском ротора и стенками статора составляет около 1,5 мм.

Ячейки ротора нужны чтобы в толще струи жидкости, которая постоянно трется о поверхности подвижного и статического цилиндра, возникали завихрения для образования кавитационных полостей. В этом же зазоре и происходит нагрев жидкости. Для эффективной работы теплогенератора поперечный размер ротора должен быть не менее 30 см, при этом определяется скорость вращения 3000 оборотов за минуту. Если сделать ротор меньшего диаметра, тогда следует увеличить число оборотов.

При всей кажущейся простоте отработка четкого действия всех частей роторного теплогенератора требуется довольно точная, включая балансировку подвижного цилиндра. Нужно уплотнение роторного вала с постоянной заменой вышедших из строя изоляционных материалов.

Коэффициент полезного действия подобных генераторов не является впечатляющим, работа сопровождается шумовым эффектом. Срок их службы непродолжителен, хотя они работают на 25% производительнее статических моделей теплогенераторов.

Статический генераторный насос

Наименование статического теплогенератора оборудование получило условно, что связано с отсутствием деталей вращательного действия. Чтобы создать кавитационные процессы в жидкости применяют конструкцию из сопел.

Воссоздание явления кавитации требует обеспечения высокой скорости перемещения воды, для чего применяют мощный насос центробежного принципа. Насос придает повышенное давление потоку воды, которая устремляется во входное отверстие сопла. Выходной диаметр сопла гораздо уже предыдущего и жидкость получает дополнительную энергию движения, скорость ее увеличивается. На выходе из сопла из-за быстрого расширения воды получаются кавитационные эффекты с образованием полостей газа внутри тела жидкости. Прогревание воды происходит по тому же принципу, что и в роторной модели, только эффективность несколько снижена.

Теплогенераторы статического действия имеют ряд преимуществ перед роторными моделями:

конструкция статорного прибора не требует принципиально точной балансировки и подгонки деталей ;
механическая подготовительная операция не требует четкой шлифовки;
из-за отсутствия подвижных деталей гораздо меньше изнашиваются уплотнительные материалы;
эксплуатация оборудования более длительная, до 5 лет;
в условиях прихода в негодность сопла, его замена потребует меньше затрат, чем в роторном варианте теплогенератора, который нужно воссоздать заново.

Принцип действия

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

В данном случае, газ выступает телом вращения, за счет быстрого перемещения внутри устройства. Такой принцип работы отличается от общепринятого стандарта, где отдельно идет холодный и горячий воздух, т.к. при совмещении потоков согласно законам физики образуется разное давление, которое в нашем случае вызывает вихревое движение газов.

Благодаря наличию центробежной силы, температура воздуха на выходе намного больше температуры её на входе, это позволяет использовать устройства, как для получения тепла, так и для эффективного охлаждения.

Существует еще одна теория принципа работы теплогенератора, за счет того, что оба вихря вращаются с одинаковой угловой скоростью и направлением, внутренний вихревой угол теряет свой угловой момент. Уменьшение момента передается кинетической энергии к внешнему вихрю, в результате чего образуются отрывные течения горячего и холодного газа. Такой принцип работы является полным аналогом эффекта Пельтье, в котором устройство использует электрическую энергию давления (напряжения) для перемещения тепла к одной стороне перехода разнородных металлов, в результате чего другая сторона охлаждается и потребляемая энергия возвращается к источнику.

Достоинства вихревого теплогенератора:

Обеспечивает значительную (до 200 º С) разность температур между «холодным» и «горячим» газом, работает даже при низком входном давлении;
Работает с эффективностью до 92%, не нуждается в принудительном охлаждении;
Преобразует весь поток на входе в один охлаждающий. Благодаря чему практически исключена вероятность перегрева систем отопления
Используется энергия, вырабатываемая в вихревой трубки единым потоком, что способствует эффективному нагреву природного газа при минимальных теплопотерях;
Обеспечивает эффективное разделение вихревой температуры входного газа при атмосферном давлении и выходного газа при отрицательном давлении.

Такое альтернативное отопление при практически нулевой затрате вольт отлично нагревает помещение от 100 квадратных метров (в зависимости от модификации). Главные минусы: это высокая стоимость и редкое применение на практике.

Принцип действия

Так выглядит рабочий генератор Потапова — поток воды из патрубка очень горячий

Традиционно считалось, что кавитация — это паразитное явление, характеризующееся интенсивным образованием пузырьков, которые, во время схлопывания, провоцируют разрушение окружающих предметов.

Характерный пример последствий кавитации — разрушение корабельных винтов или разрушение крыльчатки лопастных насосов. Теплогенератор вихревого типа — это прибор, в котором паразитное явление приносит пользу.

На фото еще один теплогенератор Потапова, в ходе испытательных работ подключённый к отопительному радиатору

Кавитация позволяет не давать воде тепло, а извлекать тепло из движущейся воды, при этом нагревая ее до значительных температур.

Несмотря на то, что кавитация — это паразитное явление, конструкционные элементы современных теплогенераторов, в отличии от тех же корабельных винтов, не страдают. Это объясняется тем, что кавитационные процессы протекают не вокруг дискового активатора, а за ним.

Принцип действия кавитационного преобразователя

Иллюстрация

Описание процесса

В преобразователь трубного типа подается основной поток жидкой среды обычной температуры;
Навстречу движению основного потока подаются дополнительные потоки жидкой среды;
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.

Описательная характеристика строения теплогенератора

Схема стационарного теплогенератора.

Представить, как выглядит теплогенератор Потапова можно, тщательно изучив схему его строения. Тем более, что состоит он из достаточно типовых деталей, и о чем идет речь, понять будет не сложно.

Итак, центральной и самой основательной частью теплогенератора Потапова является его корпус. Он занимает центральное положение во всей конструкции и имеет цилиндрическую форму, установлен он вертикально. К нижней части корпуса, его фундаменту, торцом присоединен циклон для зарождения в нем вихревых потоков и увеличения скорости продвижения жидкости. Поскольку установка в основе своего действия имеет большие скоростные явления, то в ее конструкции необходимо было предусмотреть элементы, тормозящие весь процесс для более удобного управления.

Для таких целей в противоположной стороне от циклона к корпусу присоединяется специальное тормозное устройство. Оно тоже цилиндрической формы, в центре его установлена ось. На оси по радиусам прикреплены несколько ребер, количеством от двух. Следом за тормозным устройством предусмотрено дно, снабженное выходным отверстием для жидкости. Далее по ходу отверстие преобразуется в патрубок.

Это основные элементы теплогенератора, все они расположены в вертикальной плоскости и плотно соединены. Дополнительно патрубок для выхода жидкости оснащен перепускным патрубком. Они плотно скреплены и обеспечивают контакт двух концов цепочки основных элементов: то есть патрубок верхней части соединен с циклоном в нижней части. В месте сцепления перепускного патрубка с циклоном предусмотрено добавочное малое тормозное устройство. К торцевой части циклона под прямым углом к оси основной цепочки элементов прибора присоединен инжекционный патрубок.

Инжекционный патрубок предусмотрен конструкцией устройства с целью соединения насоса с циклоном, приводящими и отводящими трубопроводами для жидкости.

Газогенераторы

Второй тип – это газогенераторы. Такое устройство можно использовать в нескольких направлениях, в том числе и получение электроэнергии.

Здесь стоит отметить, что сам по себе такой генератор не имеет никакого отношения к электричеству, поскольку его основная задача – выработать горючий газ.

Суть работы такого устройства сводится к тому, что в процессе окисления твердого топлива (его горения), выделяются газы, в том числе и горючие – водород, метан, СО, которые могут использоваться в самых разных целях.

К примеру, такие генераторы раньше применялись на авто, где обычные двигатели внутреннего сгорания отлично работали на выделяемом газе.

По причине постоянного дрожания топлива данные устройства некоторые автомобилисты и мотоциклисты уже в наше время начали устанавливать на свои машины.

То есть, чтобы получить электростанцию, достаточно иметь газогенератор, двигатель внутреннего сгорания и обычный генератор.

В первом элементе будет выделяться газ, который станет топливом для двигателя, а тот в свою очередь будет вращать ротор генератора, чтобы получить на выходе электроэнергию.

К достоинствам электростанций на газогенераторах относится:

Надежность конструкции самого газогенератора;
Получаемый газ можно использоваться для работы двигателя внутреннего сгорания (который станет приводом для электрогенератора), газового котла, печи;
В зависимости от задействованного ДВС и электрогенератора можно получить электроэнергию даже для промышленных целей.

Основным недостатком газогенератора является громоздкость конструкции, поскольку она должна включать в себя котел, где происходят все процессы для получения газа, систему его охлаждения и очистки.

И если это устройство будет использоваться для получения электроэнергии, то дополнительно в состав станции должны также входить ДВС и электрогенератор.

Как увеличить производительность устройства

В результате потери тепловой энергии насосом КПД устройства падает, это является главным недостатком. Для борьбы с этим явлением рекомендуется окунуть насос в специальную водяную рубашку, благодаря чему тепло от него будет приносить пользу. По диаметру эта рубашка должна быть несколько больше, чем у насоса. Для этих целей может быть использован отрезок трубы, а может – сделанный из листовой стали параллелепипед. По габаритам он должен быть таким, чтобы все элементы генератора могли в него помещаться, а толщина должна выдерживать рабочее давление системы.

Снижения тепловых потерь также можно добиться путем установки вокруг устройства специального жестяного кожуха. В качестве изолятора может использоваться различный материал, способный выдерживать высокую температуру. Для сборки конструкции состоящей из теплогенератора, насоса и соединяющего патрубка необходимо измерить их диаметры, подобрать трубу нужного диаметра для того чтобы в ней могли поместиться все элементы.

После этого нужно изготовить крышки, которые закрепить с обеих сторон. Все детали внутри трубы нужно надежно закрепить для прокачки насосом сквозь себя теплоносителя. Далее нужно просверлить выходное отверстие и надежно закрепить на нем патрубок. Насос необходимо закрепить как можно ближе к этому отверстию. Ко второму концу трубы следует приварить фланец, при помощи которого закрепить крышку на уплотнителе-прокладке. Также внутри корпуса может быть оборудован каркас, на котором можно будет крепить все элементы. Далее следует собрать устройство, проверить прочность его креплений, герметичность, вставить в корпус и закрыть. Если нет протекания, при открытии/закрытии крана на входе отрегулировать температуру. Утеплить ВТП.

Вероятно, вас может заинтересовать информация о создании солнечного коллектора самостоятельно. Изготавливаем из листа алюминия или нержавейки кожух, после того, как вырезаем два прямоугольника, загибаем их по трубе до образования цилиндров. Половинки между собой соединяются специальным замком, который используется для соединения водопроводных труб. Нужно для кожуха сделать пару дырок и оставить отверстия для подключения. Обмотать устройство термоизоляцией, и поместить генератор в кожух закрыв при этом плотно крышки.

Еще одним способом повышения производительности ВТП является создание гасителя вихрей

Для этих целей нужно будет использовать: сварку, турбинку, лист стали, трубу с толстыми стенками. Размеры трубы должны быть меньшими, чем размеры теплогенератора. Из нее нужно сделать два кольца, каждое по 5 см, из листа вырезать несколько полосок.

Следует вставить в тиски пластину и на одном ее конце навесить кольца металлические, которые приварить к пластине. Далее следует вынуть пластину и повернуть ее другой стороной, взять вторую пластину и поместить ее в кольца так, чтобы пластины располагались параллельно. Такую же процедуру проделываем со всеми пластинами. После этого следует провести сборку вихревого генератора, а конструкцию разместить напротив сопла.

Вихревой теплогенератор в работе (видео)

https://youtube.com/watch?v=tgdkD7GU_T4

Фото: million-b.narod.ru, kapanadze.zipkatalog.ru, dewa.ru, zhukovsky.all.biz

Самостоятельное изготовление оборудования

Создать кавитатор своими руками вполне реально, но предварительно стоит ознакомиться со схематическими особенностями, точными чертежами агрегата, понять и подробно изучить принцип, по которому он действует. Наиболее простой моделью принято считать ВТГ Потапова с показателем КПД в 93%. Схематически теплогенератор довольно прост, будет уместен в быту и промышленном применении.

Приступая к сборке агрегата, необходимо подобрать в систему насос, который должен полностью соответствовать требованиям мощности, необходимой тепловой энергии. В большинстве своем описываемые генераторы по форме напоминают сопло, такие модели самые удобные и простые для домашнего применения.

При собственноручном создании теплогенератора не забываем нужные зап.части, например, гильзы

Создание кавитатора невозможно без предварительной подготовки определенных инструментов и приспособлений. К ним относятся:

патрубки входного и выходного типа, оснащенные краниками;
манометры, измеряющие давление;
термометр, без которого невозможно произвести замер температуры;
гильзы, которыми дополняются термометры;
вентили, с помощью которых из всей отопительной системы устраняются воздушные пробки.

Специалисты рекомендуют следить за диаметральным показателем сечения отверстия, которое присутствует между конфузором и диффузором. Оптимальные пределы варьируются от 8 до 15 единиц, выход за эти рамки нежелателен.

Последовательность конструирования кавитационного теплогенератора своими руками представлена следующими действиями:

Выбор насоса, который предназначен для эксплуатации с жидкостями высоких температур. В противном случае он быстро выйдет из строя. К такому элементу предъявляется обязательное требование: создание давления от 4 атмосфер.
Выполнение емкости для кавитации. Главным условием выступает подбор необходимого по сечению проходного канала.
Выбор сопла с учетом особенностей конфигурации. Такая деталь может быть цилиндрического, конусообразного, округлого типа

Важно, чтобы на входе воды в емкость развивался вихревой процесс.
Подготовка внешнего контура — немаловажная процедура. Он представляет собой изогнутую трубку, которая отходит от кавитационной камеры

Далее она соединяется с двумя гильзами от термометра и двумя манометрами, а также с воздушным вентилем, помещенным в пространство между выходом и входом.

Когда закончена работа с корпусом, следует поэкспериментировать с обогревателем. Процедура заключается в подведении насосной установки к электросети, при этом радиаторы подключаются с обогревательной системой. Следующий шаг — включение сети.

Если конструкция работает исправно, в нее подается необходимое количество воды. Хороший показатель — подогрев жидкости на 3-5 градусов за 10-15 минут.

Нагреватель кавитационного типа представляет собой выгодную установку, за короткое время обогревает здание, к тому же максимально экономичен. При желании он легко конструируется в домашних условиях, для чего понадобятся доступные и недорогие приспособления.

Принцип работы индукционного нагрева

В работе индукционного нагревателя используется энергия электромагнитного поля, которую нагреваемый объект поглощает и преобразует в тепловую. Для генерирования магнитного поля используется индуктор, т. е. многовитковая цилиндрическая катушка. Проходя через этот индуктор, переменный электрический ток создает вокруг катушки переменное магнитное поле.

Самодельный инвенторный нагреватель позволяет производить нагрев быстро и до очень высоких температур. С помощью таких устройств можно не только нагревать воду, но даже плавить различные металлы

Если внутрь индуктора или близ него разместить нагреваемый объект, его будет пронизывать поток вектора магнитной индукции, который постоянно меняется во времени. При этом возникает электрическое поле, линии которого располагаются перпендикулярно направлению магнитного потока и движутся по замкнутому кругу. Благодаря этим вихревым потокам электрическая энергия трансформируется в тепловую и объект нагревается.

Таким образом, электрическая энергия индуктора передается объекту без использования контактов, как это происходит в печах сопротивления. В результате тепловая энергия расходуется более эффективно, а скорость нагрева заметно повышается. Широко применяется этот принцип в области обработки металла: его плавки, ковки, пайки наплавки и т. п. С не меньшим успехом вихревой индукционный нагреватель можно использовать для подогрева воды.