Вихревой теплогенератор для систем теплоснабжения

ЗАО «Экотерм».

Вихревой теплогенератор для систем теплоснабжения

Шваб В.В., коммерческий директор г. Мытищи, Московская обл.

На протяжении более 15 лет в различных городах: Москва, Жуковский, Подольск, Мытищи, Пенза, Ростов-на-Дону, Ижевск, Тверь, Королев, Донецк и др. ведутся интенсивные разработки вихревых теплогенераторов.

Вихревые теплогенераторы (ВТГ) — это тепловые устройства гидродинамического типа, применяющиеся в качестве автономных источников отопления и ГВС.

От существующих электронагревателей ВТГ отличаются более высокой эффективностью — отношением производимой тепловой энергии к потребляемой электрической.

А самое главное отличие состоит в том, что при использовании ВТГ не требуется получать технические условия на термическую нагрузку.

Важно отметить, что в качестве приводов ВТГ могут применяться не только электродвигатели, но и любые другие двигатели (дизельные, бензиновые), а также, использоваться энергия ветра или энергия воды горных рек (в то же время, по мнению конструкторов, для эффективной работы ВТГ необходимо поддерживать специально подобранную, постоянную скорость вращения, и проще всего это сделать, используя электродвигатели — прим. ред.).

При всем многообразии существующих схем ВТГ все же можно выделить три конструктивные разновидности теплогенераторов (по классификации С. Геллера — изобретателя из г. Ростова-на-Дону, опубликованной в журнале «Техника молодежи» № 11, 2005 г.):

• — пассивные тангенциальные;
• — пассивные аксиальные;
• — активные.

К пассивным относятся ВТГ статического типа, не содержащие подвижных частей в устройствах формирования потока жидкости. Они различаются по характеру ввода потока в рабочую камеру — тангенциальному (завихритель, рабочая вихревая камера, тормозное устройство, выходной патрубок) или аксиальному (входной патрубок, рабочая камера с сужающим устройством, турбулизатор, выходной патрубок).

Завихритель выполняется в виде улитки, подводящей поток холодной жидкости из насоса на периферию цилиндрической вихревой камеры. В камере поток закручивается и движется к осевому выходному патрубку, перед которым тормозится специальным устройством.

В процессе вихревого движения и торможения жидкости в рабочей камере создается особая зона, в которой жидкость нагревается и затем поступает в выходной патрубок.

Завихрители могут выполняться с винтовым или спиральным профилем рабочей камеры, с постоянным или сужающимся сечением патрубков, с одной или более рабочими камерами, с одним или несколькими тангенциальными вводами, с вводами типа вихревых форсунок и т. п.

Рабочие камеры этих нагревателей могут быть прямоточными, двойными противоточными, цилиндрическими, коническими, сложной формы и т. п. Разнообразны и конструкции тормозных устройств — от тел обтекания до лопастных спрямляющих аппаратов.

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

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

К активным относятся ВТГ в которых механическая активация рабочего тела происходит в результате воздействия на жидкость подвижных активаторов — вращающихся, колеблющихся или совершающих сложное движение. вихревой гидродинамический теплогенератор Подаваемая во входной патрубок ВТГ активного типа холодная жидкость закручивается вращающимся активатором и ускоряется. Нагрев жидкости происходит в процессе движения в сторону неподвижного тормозного устройства, на котором поток затормаживается. Через выходной патрубок горячая жидкость подается к потребителю.

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

В каждом из трех типов ВТГ могут дополнительно создаваться специальные режимы работы, способствующие активации жидкости и, как следствие, увеличению тепловыделения.

С этой целью задаются неоднородности давления в рабочей камере, возбуждаются автоколебания в жидкости, формируются дополнительные вихревые течения, обеспечиваются ударные торможения встречных струй, производится ультразвуковая обработка жидкости и пр.

Несмотря на отсутствие подвижных частей и высокую эксплуатационную надежность пассивных теплогенераторов, ВТГ активного типа более перспективны для практического использования, поскольку обеспечивают более эффективный нагрев жидкости (больший перепад температур на входе и выходе за один проход при прочих равных условиях) и позволяют снизить уровень шума (один их главных недостатков ВТГ).

Для работы пассивных ВТГ требуются насосы с повышенными техническими характеристиками по напору и производительности, на которые устанавливаются электрические двигатели с частотой вращения 3000 об/мин.

Конструкция же ВТГ активного типа позволяет использовать малошумные электрические двигатели с частотой вращения 1500 об/мин.

Использование ВТГ выгодно при строительстве электрофицированных объектов, прокладка газовых коммуникаций и труб централизованного теплоснабжения к которым невозможна или неэкономична.

Примером является продовольственная база «Дружба» (г. Мытищи, Московская обл.), где в 1996 г. для отопления помещений были установлены ВТГ, т.к. угольная котельная была в «состоянии разрухи», другая ближайшая котельная находилась на удалении 1500 м, а газопровод — на удалении 900 м.

Потребляемая электрическая мощность установленных ВТГ составила 11 и 7,5 кВт при потребности в тепле — 24 кВт. Проект окупился за один отопительный сезон (в сравнении с затратами при работе старой угольной котельной).

Дополнительно было отмечено, что за это время промылась от отложений система отопления, а также то, что в офисных помещениях снизилось электропотребление (раньше почти в каждом кабинете использовался дополнительно электронагреватель).

Следует добавить, что первоначально планировалась установка электрокотла, и в этом случае, было бы необходимо оплачивать электроэнергию по повышенному тарифу.

После установки же ВТГ при утверждении тарифов было заявлено, что электроэнергия расходуется только на работу насосного оборудования, и поэтому в результате был оставлен обычный тариф. Энергонадзор в 1999 г. попытался вновь повысить стоимость электроэнергии для установленных ВТГ, но существующий тариф удалось отстоять.

Также оправдано применение ВТГ совместно с теплогенераторами, работающими на жидком топливе.

Примером является административно-офисное здание Дирекции по ремонту пути Московской железной дороги (ст. Перово, г. Москва), где были установлены два ВТГ суммарной электрической мощностью 36 кВт и теплогенератор мощностью 60 кВт, работающий на дизельном топливе.

Полностью обеспечить отопление здания за счет установки ВТГ не представлялось возможным, т.к. существовало ограничение по установленной электрической мощности — 100 кВт, при потребности в тепловой — 96 кВт, а прокладка газопровода или дополнительного электрического кабеля была проблематична.

В настоящее время данные вихревые установки находятся в рабочем состоянии, но не используются, т.к. создаваемый ими шум представляет существенное неудобство персоналу, рабочее место которого определено в помещении теплового пункта. Нахождение персонала в данном помещении, при проектировании и выполнении работ по монтажу и наладке оборудования, не предусматривалось.

В заключение следует отметить, что отсутствие убедительных и доступных широкой аудитории экспериментальных данных привело к появлению многочисленных гипотез об основной причине появления тепловой энергии и высокой эффективности ВТГ.

Поэтому необходимо тщательное изучение данного явления на основе широкого практического применения ВТГ с целью объяснения правдоподобного механизма возникновения причудливой, еще не познанной во всем своем многообразии связи кавитации с тепловыделением.