Настоящая статья посвящена изложению основ конструирования и физики процессов оригинальных бестопливных водяных теплогенераторов (ТГ) нового поколения -экономичных бесконтактных вихревых кавитационно- электрогидроударных теплогенераторов третьего поколения. Обсуждаются также и оригинальные совмещенные конструкции тепло-электрогенераторов электрогидроударного типа

ЭКОНОМИЧНЫЙ КАВИТАЦИОННО- ГИДРОДИНАМИЧНЫЙ ТЕПЛОГИДРОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР ДУДЫШЕВА

Дудышев В.Д.

академик РЭА, д.т.н.

ecolog@samaramail.ru

http://www.eco-top1.narod.ru

Настоящая статья посвящена изложению основ конструирования и физики процессов оригинальных бестопливных водяных теплогенераторов (ТГ) нового поколения -экономичных бесконтактных вихревых кавитационно- электрогидроударных теплогенераторов третьего поколения. Обсуждаются также и оригинальные совмещенные конструкции тепло-электрогенераторов электрогидроударного типа

Цель данной статьи

Первой целью статьи является анализ состояния разработок в сфере бестопливных ТГ Одна из важных целей данной работы – выдвижение и обоснование технического предложения и начальная эскизная проработка оригинального ТГ третьего поколения (вообще без электромеханического насоса) на мощность 15 квт, широко применимого для автономных жилищ типа коттеджей . Ниже в виде краткого обзора приводятся отрывками наиболее интересные работы, найденные в Интернете по истории развития ,классификации и обоснованию методов повышения тепловой эффективности вихревых ТГ .

ВВЕДЕНИЕ

Проблема получения дешевого тепла бестопливным способом по-прежнему, весьма актуальна в мире, и особенно в Северных странах . Несмотря на то , что разработка такого класса ТГ активно ведется в развитых странах, – тем не менее до сих пор таких дешевых и надежных ТГ в мире так и не создано и нет в продаже .

Известные альтернативные теплогенераторы, серийно выпускаемые в том числе и ,например, кавитационные вихревые ТГ, имеют ряд существенных недостатков, сдерживающих их массовое внедрение . В частности они пока достаточно сложны, дороги и недолговечны, из-за применения в их конструкциях механических кавитаторов и электромеханических насосов.

Однако применение электрогидроударного эффекта Юткина в кавитационных теплогенераторах позволяет устранить эти недостатки аналогов и создать действительно эффективный и надежный ТГ нового поколения

Краткий сравнительный анализ вихревых ТГ

Отметит сразу что пока законченной и непротиворечивой теории вихревых ТГ до сих пор не существует, несмотря на простоту этого устройства. "На пальцах" же объясняют, что при раскручивании газа в вихревой трубе он под действием центробежных сил сжимается у стенок трубы, в результате чего нагревается тут, как нагревается при сжатии в насосе. А в осевой зоне трубы, наоборот, газ испытывает разрежение, и тут он охлаждается, расширяясь. Выводя газ из пристеночной зоны через одно отверстие, а из осевой - через другое, достигают разделения исходного потока воды на горячий и холодный потоки.  Все гидродинамические теплогенераторы, несмотря на многообразие их конструкций, отличаются двумя общими особенностями.

Во-первых, в качестве рабочего тела в них используется только жидкость, преимущественно – вода. Во-вторых, вода подвергается специальной механической обработке – механоактивации.

Именно в результате специальной механической обработки происходит нагревание рабочего тела – воды и производство тепла теплогенератором. Процесс механоактивации, независимо от конкретных способов его осуществления, заключается в том, что воду путем механического воздействия на нее приводят в состояние сложного неравномерного движения.

Выбор вида движения, сообщаемого воде, производится эмпирически, как правило, по принципу «чем сложней, тем эффективней».

Сколько-нибудь содержательных теорий на этот счет не существует. Различные виды теплогенераторов отличаются между собой, в основном, способами формирования неравномерного потока рабочего тела.

Число предложенных к настоящему времени формирователей потока настолько велико, а их конструкции настолько разнообразны и неоднородны, что с трудом поддаются содержательной систематизации.

Приведенная в конце статьи библиография дает представление о масштабах информационного бума в этой области техники.

Тем не менее, при самом общем подходе, во всем многообразии конструкторских решений можно выделить три существенно различающиеся между собой разновидности теплогенераторов:

• пассивные тангенциальные,
• пассивные аксиальные и
• активные.

К пассивным ТГ здесь отнесены теплогенераторы статического типа, не содержащие подвижных частей в устройствах формирования потока жидкости. Механическая активация рабочего тела в этих генераторах происходит в процессе и в результате взаимодействия движущейся жидкости с неподвижными элементами рабочей камеры, выполненными и расположенными таким образом, чтобы наиболее эффективно формировать поток с резко выраженной нелинейностью пространственного распределения мгновенных скоростей жидкости как по величине, так и по направлению.

Принцип действия пассивного теплогенератора в значительной мере определяется способом ввода потока жидкости в его рабочую камеру – тангенциальным или аксиальным, поэтому генераторы этого вида целесообразно разделить на две подгруппы: с тангенциальным и с аксиальным вводами потока.

К активным здесь отнесены теплогенераторы динамического типа, в которых механическая активация рабочего тела происходит в результате воздействия на жидкость подвижных активирующих элементов генератора – вращающихся, колеблющихся или совершающих сложное движение.

Способ ввода потока жидкости в рабочую камеру активного теплогенератора не имеет принципиального значения и не использован в качестве классификационного признака.

Более существенным для этой разновидности генераторов является характер движения подвижного активирующего элемента.

Механоактивация воды

Установлено, что многие физические свойства жидкой воды могут обратимо изменяться в результате ее механической обработки. Так, например, численные значения относительной статической диэлектрической проницаемости ?, теплоемкости С, коэффициента n преломления света и др. механоактивированной воды могут существенно отличаться от справочных значений, характеризующих обычную воду.

По нашему мнению, одной из наиболее существенных причин подобных отличий служат кавитационные явления, сопровождающие механоактивацию жидкости. Т.к. поверхности кавитационных полостей являются границами раздела фаз, приповерхностные слои жидкости вблизи границ раздела находятся в механически напряженном состоянии, существенно отличающемся от состояния свободной жидкости.

При развитой кавитации относительный объем приповерхностных областей жидкости становится весьма значительным: в каждом миллилитре кавитирующей жидкости содержится от 10³ до 10⁵ парогазонаполненных пульсирующих кавитационных пузырьков со средним диаметром около 10 мкм каждый.

Поэтому физические свойства механоактивированной кавитирующей жидкости не могут не зависеть от ее свойств в приповерхностных областях.

Вследствие механоактивации в завихрителе поток воды характеризовался крайне неравномерным распределением локальных скоростей и, соответственно, – высокими градиентами механических напряжений в жидкости; в потоке возникали области с отрицательными давлениями и создавались условия для разрыва сплошности жидкости и развития кавитационных процессов, сопровождавшихся наглядным признаком кавитации – сонолюминесцентным свечением жидкости [59, 60], при этом на выход струезавихрителя поступала кавитирующая горячая вода, в близком к дисперсному состоянии.

Эффективность тепловыделения воды в вихре

Количество тепла, выделяющееся при механоактивации воды в генераторе, зависит от теплоты фазового перехода и мощности, рассеиваемой в воде при ее активации:

То, что механическое воздействие на жидкость в замкнутом объеме приводит к ее нагреву, установили ещё великий Джеймс П. Джоуль(1818-1889) и его современник немецкий физик Роберт Майер, определившие механический эквивалент теплоты (это сыграло большую роль обосновании закона сохранения и превращения энергии).

Но только в наше время установлено, что в тепло может быть превращена не только механическая работа привода, но и внутренняя энергия жидкости (на основе использования свойств жидкости, проявляющихся при особых условиях её взаимодействия с поверхностями твердых тел, а также между внутренними слоями жидкости — в режиме кавитации).При таких режимах температура воды на выходе ВНЖ может не соответствовать энергии привода на нагревание воды, что неоднократно фиксировалось разными исследователями .Причинами этого явления представляется наиболее убедительной в рамках теории структурирования жидкости, разработанной киевским профессором И.М.Федоткиным. Поэтому рабочий процесс ВНЖ описан далее именно на основе этой теории, согласно которой физические свойства жидкости могут обратимо изменяться в результате структурирования. Значения относительной статической диэлектрической проницаемости ?, теплоемкости С, других показателей структурированной воды могут существенно отличаться от справочных значений (для обычной воды). Причиной этих отличий служат кавитационные явления. Развитая кавитация в рабочем теле (в каждом кубическом миллилитре жидкости содержится до 10⁵ кавитационных каверн со средним диаметром около 10 мкм) создаёт обширные поверхности раздела фаз. Диэлектрическая проницаемость ? воды в тонкой пленке или в капле значительно меньшей проницаемости воды в свободном объеме. При уменьшении толщины d плоского слоя воды от 40 до 10 мкм, ее относительная диэлектрическая проницаемость монотонно убывает от номинального значения ? = 81 до значения ? = 10 ± 3, т.е. уменьшается почти на порядок.

Как получить аномальное выделение тепла из воды в вихревых ТГ ?

Для этого надо повысить интенсивность кавитационного процесса во воде при минимуме энергозатрат , например использовать наряду с кавитаторами и оригинальные гидроударные устройства в ТГ нового поколения Об этом ниже Некоторые иные научно-технические предпосылки и аналоги к разработке эффективного ЭГД-ударного (Н2-взрывного )водяного теплогенератора нового поколения

Физической сущностью оригинального водяного ТГ гидроударного типа является высвобождение внутренней энергии воды и ее полезное использование для ее нагрева , за счет приведения жидкости в сверхдинамическое состояние-для ее готовности к детонации и распаду на Н2 и О2 с последующим взрывом в ней этой гремучей смеси и последующим нагревом воды .Для этого в воде могут быть использованы как обычные гидроудары или электрогидродинамические удары, так и иные способы ее мощного разгона воды в специальных конструкциях в специальных устройствах вплоть до встречного соударения водяных потоков, обеспечивающего интенсивное тепловыделение в воде.

Принцип работы и физика процесса гидроударного ТГ

Импульсно и мощно ускоренная в замкнутом объеме струя жидкости например воды –например в объеме в виде отрезка проводника, приобретает свойство монолита), с помощью искусственно вызываемых аномальных физических явлений, для последующего взрыва. Согласно квантовой теории, если облако электронов каким-то образом упорядочить, их кинетическая энергия возрастет. Иными словами, стоит хотя бы часть свободных электронов сгруппировать, "отвлечь" от роли клея, собрав, например, в направленный поток, как одноименно заряженные ионы, мгновенно покинут узлы решетки, отталкиваясь, друг от друга. В этом и кроется постоянная готовность молекулярной решетки к взрыву. Взорвать молекулярную решетку в жидкости можно тремя силами: электрической, квантовой или механической, воздействуя ими только на свободные электроны. Наблюдения и опыты доктора технических наук, академика Российской академии ракетно-артиллерийских наук В. Яворского, доказали превышение выделившейся тепловой энергии над кинетической энергией ударника. С массой снаряда (4,05 кг), скорость (1390 м/с), превышает кинетическую энергию снаряда более чем в 4 раза, с массой 61,5 г и 88,5 г, скорость (1000-1240 м/с) составило 20% и 48%, соответственно. Из чего наглядно видно влияние масштабного фактора - зависимости эффекта от кинетической энергии вещества (ударника снаряда). .

Возможны различные схемные варианты реализации данного изобретения –способа выделения внутренней энергии из воды

Рассмотрим некоторые из них.

Аномальный гидроводородный реактор содержит круглую или тороидальную емкость с разнополярными токопроводящими элементами, контактирующими со сторонами окружностей вращающегося тора из жидкости, причем интенсивный разгон и вращение жидкости в торе , осуществляется с помощью реактивного привода использующего энергию, вырабатываемую в устройстве омегообразной формы, за счет разгона жидкости, до скорости сгруппирования (слипания в единое целое кластеров с ними )хотя бы определенной части свободных электронов воды , которые при столкновении, выделяют энергию, сопровождаемую взрывом; причем разгон и вращение жидкости, осуществляется с помощью реактивного привода использующего энергию, вырабатываемую, за счет разгона основным потоком, периферийного потока, в котором формируется струя, разогнанная до скорости сгруппирования части свободных электронов, находящееся в пространственном движении (создается отрезок проводника), и на эту струю периодически воздействует детонационная сила, взрывающая ее; Что для осуществления электрических разрядов, используется, электроэнергия, конденсаторного типа, вырабатываемая за счет разности потенциалов, окружностей тора жидкости; Что разгон и вращение жидкости, а также дополнительная детонация сформированной струи, осуществляется с помощью взрыва, отобранной топливной смеси, образующейся в устройстве; Что внешнее кольцо данного устройства может работать как самостоятельный генератор энергии. В связи с сопутствующими эффектами, устройство может быть применено в качестве генератора водорода и электроэнергии. В результате быстрого встречного столкновения жидкостей, электрического разряда, воздействия плазмы, ультразвуковых и кавитационных процессов, жидкость взрывается, и полностью, либо частично (в зависимости от разгона и мощности разряда), распадается на водород и кислород, а затем окисляется (сгорает), в обоих случаях, производя большое количество энергии (т.е. для выделении водорода, за период, в микросекунды, задействуются практически все современные технологии), для усиления эффекта, камера 8., перед взрывом, как и камера , может заполняться гремучим газом.

АНАЛИЗ НЕДОСТАТКОВ ДАННЫХ АНАЛОГОВ ГИДРОУДАРНЫХ ТГ

Сложные конструкции таких устройств и наличие вращающеегося привода .

ВЗРЫВНОГО ГИДРОУДАР ОТ ВЗРЫВА РАСПЛАВЛЕННОЙ ПРОВОЛОКИ В ВОДЕ

Данный вариант ударного Н2-ТГ конструктивно достаточно сложный в реализации, поскольку использует электропривод и сложную гидромеханику .

Возможен также иной апробированный ранее в опытах метод интенсивного разгона воды путем мгновенного расплавления в ней тонкой проволоки при пропускании по ней значительного импульсного тока от исходно заряженного высоковольтного эл.конденсатора – это по сути известный принцип работы электрического предохранителя –только с погружением данного проволочного «предохранителя» в воду. Суть физического явления такого гидроудара в следующем

На металлический волосок(тонкий провод),заранее помещенный в воду, подаётся импульсное напряжение 20000 вольт, и этот волосок от почти мгновенного испарения металла ,взрывается с температурой в миллионы градусов, создавая огромное давление в жидкости .

В этом случае в воде также возникает мощный гидроудар от выделения в зоне обрыва проволоки при ее импульсном расплавлении – Н2 и О2 полученных в этой рабочей паровой зоне из воды импульсной термоионизацией и ее последующий мощный разгон вследствии возникновения мощных гидроударных волн .Однако этот метод тоже сложен в реализации и требует использование прецизионного устройства = ленто-проволоко- протяжного механизма.

ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ УДАР (ЭФФЕКТ ЮТКИНА)

Известно и давно используется в разных отраслях промышленности явление электрогидроудара, основанное на импульсном эл. разряде в воде, с параметрами Эл разряда определенных параметров (эффект Юткина ). Его реализация позволяет осуществлять гидроудар технически и конструктивно наиболее просто и вообще без вращающихся частей и без электронасоса

Вывод по анализу аналогов

Наиболее удобен и прост в практической реализации малоэлектрозатратного гидроударного Н2 -ТГ именно электрогидравлический метод основанный на эффекте Юткина .

Одновременно предполагается использовать в данном новом ТГ и явления и элементы известных вихревых и кавитационных ТГ

Поэтому на первом этапе апробации данного комбинированного вихрево- кавитацинного гидроударного принципа использования скрытой энергии воды для ее интенсивного нагрева рассмотрим намного более простой вариант гидроударного насоса для устройства ТГ на основе ЭГД-ударного эффекта Юткина, описанный ниже

3.ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ

ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО БЕСКОНТАКТНОГО ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА ЭГД-ТГ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

В настоящем разделе статьи выдвигается и обосновывается техническое предложение . в котором конкретизируется и обосновывается конструкция нового ТГ и раскрывается по сути физических явлений в данном теплогенераторном устройстве техническое предложение автора по конструктивному и схемному развитию его более раннего изобретения - оригинального эффективного гидродинамического теплогенератора ЭГД-ТГ типа бесконтактного кавитационно- вихревого ТГ третьего поколения на выходную тепловую мощность примерно 15 квт.

ПЕРВОЕ ПРЕДЛАГАМОЕ РАНЕЕ УСТРОЙСТВО ЭГД- ТГ

В опубликованной ранее основополагающей статье автора Дудышева В.Д. «Метод преобразования скрытой энергии воды от ЭГД- удара в ней в иные виды энергии « в журнале « Новая Энергетика» за декабрь 2005 года -даны только основы работы таких ТГ и изложен физический принцип и только некоторые важные элементы конструкции и особенности конструкции кавитационного теплогенератора (ТГ) электрогидроударного типа. Напомним главное в нем .

Если кратко, то суть их принципа действия устройства ЭГД- ТГ сводится к выделению внутренней энергии воды в виде нагрева воды за счет цикличных мощных электрогидроударов в воде, приводящих к активной интенсивной кавитации воды ,возникающей при протекании в ней цикличных электрических разрядов определенных параметров и последующих электрогидроударов.

Основное достоинство данного ТГ состоит в отсутствии вращающегося кавитатора и громоздкого и прожорливого электродвигателя насоса.

Но в первом варианте такого ЭГД- ТГ эффективность кавитационных устройств и как следствие процессов нагрева воды была недостаточна

ПОЛЕЗНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ НОВШЕСТВА ПРЕДЛАГАЕМОГО ЭТГ –ТГ

В последнее время автором предложены и заложены в конструкцию ТГ дополнительные конструктивно- технические новшества возможности существенного повышения аномально высокого теплового кпд такого устройства (эксергии) до 10 и более.

Поясним их подробнее :

1. в данном ТГ предлагается совместить вихревой принцип создания кавитации воды с принципом скачкообразного перепада давлений воды в вихревой камере и установить сопла Лаваля на выходе ЭГД_ -ударного насоса.
2. предлагаю создать поэтапное каскадирование и совмещение кавитаторов в таком ТГ для повышения интенсивности кавитации, причем кавитаторами разных типов включая кавитатора – типа сопла Лаваля
3. Для повышения эффективности тепловыделения в данной конструкции ТГ предлагается вихревая камера с встречным направлением водяных вихрей и зоной гидроудара этих вихрей Для этого предлагаю оснастить ее двумя тангенциальными вводами в нее трубопроводов с электрогидроразрядной камеры, причем оснастить ее устройством поворота данных тангенциальных входных патрубков и по нормали к оси вращения данной камеры с тем , чтобы осуществить регулируемый угол захода скоростного потока воды в нее
4. Предлагаю регулятор частоты и мощности электрических разрядов в ЭГД камере для создания регулируемой частоты гидроударов в ЭГД камере для регулирования интенсивности перекачки воды и регулирования тепловой мощности ТГ
5. Предлагаю ввести в конструкцию ТГ накопительную емкость с водой для релаксации ее состояния после указанного активного электрогидродинамического воздействия на нее
6. предлагаю ввести дополнительно в вихревую гидроударную статическую камеру дополнительный статический кавитатор в виде внутреннего перфорированного цилиндра с отверстиями в нем выполненными определенным образом и с определенными диаметрами
7. в электрической высоковольтной части устройства предлагаю использовать серийные блоки высокого напряжения и малогабаритные вакуумные выключатели
8. предлагается оригинальная монтажная компоновка блоков данного ТГ

Ниже приводится фото реального опыта по созданию ЭГД- удара в воде (рис.3)

ПОЯСНЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ НОВОГО ЭГД- ТГ НА БЛОК- СХЕМАХ

Упрощенная блок – схемы данного устройства вихре-кавитационного теплогенератора нового типа ЭГД-ТГ показана на рис.4,5, причем на рис.4 дана его упрощенная блок- схема ,а на рис. 5 – более развернутая блок – схема такого эффективного ТГ

Данный теплогенератор представляет собою несложное гибридное кавитационно- вихревое устройство ,содержащее накопительную емкость 1 с водой с возможностью дозаполнения ее водой от источника 3, гидравлически присоединенную трубопроводом через обратный клапан(не показаны)к электрогидроразрядной камере-насосу 2 и через кавитатор 5,7 к вихревой камере 6, радиатору 8 и обратному трубоводопроводу 10 –для образования замкнутого водяного контура нагрева воды , причем с выходом части горячей воды потребителям 8

На данной развернутой и более полной блок- схеме ( рис.5) показано более детально блочное устройство бесконтактного кавитационно-вихревого ТГ нового типа. Отметим, что за основу его конструкции при проектировании такого ТГ принято техническое решение двух- и более ступенчатой кавитации воды и ее вихревой закрутки в специальной камере 6 с перфорированной внутренней поверхностью

Ввод воды в вихревую камеру 6 осуществляют по тангенциальным патрубкам 20 с обеих ее противоположных торцевых сторон с обеих выходов ЭГД –камеры- насоса 3 .через две пары кавитаторов 5,7

Отметим дополнительные конструктивные особенности данного ТГ а именно тангенциальный ввод кавитирующей воды в вихревую камеру 6. Его осуществляют под давлением в вихревую камеру 6 от бесконтактного ЭГД-насоса 3 при ЭГД- ударах в камере 3

Примечание

На этапе выдвижения технического предложения нового ТГ и его эскизного проектирования – автор не раскрывает полные схемные решения электрического частотно импульсного устройства ВН – для создания ЭГД -ударов требуемой силы и мощности, обеспечивающие требуемый напор воды в потоке ,потому что эти схемные решения, методика расчета и отдельные его параметры этих электросхем для блока ЭГД-ТГ являются НОУ ХАУ.

Отметим что этот ввод воды в вихревую камеру 6 осуществляют не только тангенциально, но и одновременно под некоторым углом (порядка 15градусов) к нормали камеры 6 для вихревой закрутки воды в ней с определенным шагов ее витков . Причем этот ввод воды осуществляют через вторые кавитаторы 7 типа сопел Лаваля в вихревую камеру 6 и тем самым осуществляют в ней дополнительное вихревое вращение воды в камере 6 по внутренней поверхности перфорированного цилиндра 16, жестко вставленного внутрь этой камеры 6..

Такое многоступенчатое кавитирование воды в узлах ТГ обеспечивает более активную общую кавитацию воды в различных элементах его конструкции и особенно в вихревой камере 6 и, следовательно, обеспечивает наиболее существенную отдачу внутренней энергии воды для преобразования ее в тепловую энергию ее нагрева . В данной конструкции ТГ также использована оригинальная двухвходовая вихревая камера 6 со встречным движением водяных вихрей в ней –вплоть до их соударения в зоне гидроудара 19.

Это важное новшество вихреударной камеры является оригинальным и полезным отличием от аналогов вихревых ТГ и вводится в конструкцию такого ТГ для того, чтобы при столкновении водяных вихрей в момент гидроудара выделялась дополнительная внутренняя энергия воды. Такой лобовой гидроудар встречных скоростных потоков кавитирующей жидкости в зоне 19 камеры 6 обеспечивает дополнительный нагрев воды вследствие ее дополнительной кавитации

Одновременно благодаря такому столкновению потоков сразу после него кавитирующие пузырьки воздуха быстро схлопываются, выделяя тепло вследствие разных возникающих при этом гидроударе резонансных явлений воды в этой камере 6. Именно в данной зоне столкновения данных вихревых водных потоков в камере 6 и появляется максимум нагрева воды. И поэтому именно в этом месте камеры 6 и установлен отводящий патрубок 16.

Для теплоснабжения автономного объекта, например, коттеджа, нужны и тепловые радиаторы , оптимальным образом размещенные по площади коттеджа . Откуда лучше выводить горячую воду из данного ТГ

Вероятно, этот отвод горячей воды лучше делать из середины вихревой камеры 6, а точнее из зоны столкновения встречных вихревых водных потоков 19 Для этого в нашем ТГ к отводу 16 водовода, размещенного в центральной части вихревой камеры 6 через дополнительные водопроводные трубы присоединен(ы) радиатор (ы) 6 с развитой ребристой поверхностью 15, выход которых соединен с обратным водоводом 10. присоединенным с накопительной емкостью 1, причем выше уровня воды в ней . Данные радиаторы 15 и накопительная емкость выполняют в ТГ также важную роль релаксатора исходного состояния воды.

В последующих разделах отчета будут даны примерные чертежи отдельных блоков и узлов данного устройства .

Но вначале кратко обсудим вопросы размещения и компоновки блоков данного устройства ТГ при монтаже его в типовом двухэтажном коттедже

4. ЭСКИЗНЫЙ ПРОЕКТ

ПЕРВОГО ГИБРИДНОГО ВИХРЕ-КАВИТАЦИОННОГО ЭГД- ТГ

Он включает описание, пояснение данной конструкции, техническое предложение, его обоснование, конструктивную проработку эскизного проекта нового типа экономичного бесконтактного бестопливного теплогенератора(ТГ) третьего поколения типа кавитационно- вихревого ЭГД-ТГ на выходную тепловую мощность порядка 15 квт с коэффициентом эксергии 10 , т.е. с потреблением электрической мощности на создание давления для перекачки жидкости от воды посредством электрогидродинамических ударов с потреблением ее не более 1-1,5 квт

В данном разделе раскрывается более полно конструкция ТГ, его отдельных блоков устройства и их компоновка.

4.1 Ориентировочное техническое задание на эскизное проектирование такого гибридного ЭГД-ТГ

а)Выходная тепловая мощность не менее 15 квт

б) коэффициент эксергии не менее 4

б) предельная простота и дешевизна конструкции

г) компоновка устройства ТГ и всей системы автономного теплоснабжения для двухэтажного коттеджа общей площадью не менее 200 м2

4.2 КОМПАНОВКА УЗЛОВ И ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ УСТРОЙСТВА ТГ

Она показана ниже на рис. 6,7

Ориентировочные размерные габариты устройства ТГ в сборе на выходную тепловую мощность порядка 15 квт составляют порядка 2 х 1,5 х 1,0 м – причем габариты ТГ -в ширину –около 1,0 м, в высоту- порядка 2 м и около 1,5 м -в длину Полная масса самого устройства ТГ составляет порядка 200кг и может отличаться от расчета но не более 300 кг

ОСОБЕННОСТИ РАЦИОНАЛЬНОЙ КОМПАНОВКИ И МОНТАЖА НОВОГО ТГ

Накопленный экспериментальный опыт изучения эффекта Юткина и пока только начальный первичный опыт эскизного проектирования , и экспериментального исследования ТГ такого типа позволяет рекомендовать его общую сборку –компоновку и размещение и основных секций и узлов ТГ в общей колонне на прочной этажерке вполне определенным рациональным образом с позиции максимальной теплоотдачи установки .

А именно –основные рекомендации по монтажу ТГ следующие :

1. Оборудование (блочное) данного ТГ целесообразно устанавливать в полуподвальном -цокольном помещении коттеджа –на прочном стеллаже следующим образом –наверху емкость – накопитель –релаксатор- и внизу коммутирующая высоковольтная аппаратура – а пульт и узел управления – выносной панелью –лучше располагать в удобном месте коттеджа-например на кухне (рис.6)

2.Корпус этажерки –на полках которой располагаются блоки ТГ должен быть обязательно заземлен – также как и отдельные блоки устройства

На рис. 6,7 показана примерная монтажная схема расположения блоков и агрегатов первого проектируемого варианта такого оригинального ТГ на мощность 15 квт. –вместе с выносными тепловыми радиаторами- в рамках коттеджа - во фронтальной и боковой плоскостях.

На этих упрощенных сборочных чертежах ТГ показаны кроме основных габаритных размеров ТГ и его блоков -еще и взаимное рациональное расположение этих блоков относительно друг друга . Отметим повторно, что корпуса всех блоков ТГ должны быть надежно заземлены потому что в составе ЭГД-камеры входит электрифицированный блок ВН

ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ГАБАРИТЫ ТГ И БЛОКОВ ТГ

Габаритные размеры блоков ТГ(рис.6,7) в мм (ориентировочные)

Н1=2000

Н2=1200

Н3=1100

Н4= 800

Н5=700

Н6=400

М1=1500

М2=1000

Рассмотрим теперь подробнее предлагаемую конструкцию нового ТГ В в целом и по ее отдельным составляющим блокам .

Ниже даны примерные эскизные чертежи нового ЭГД ТТ в сборе и эскизные чертежи его основных блоков и их примерные размеры и параметры для ТГ выходной тепловой мощностью 15 квт

(чертежи упрощенные на уровне эскизной проработки Методика расчета и сами расчеты конструкций блоков ТГ будут сделаны на этапе технического проектирования после уточнения технического задания

КОМПЛЕКТНЫЙ СОСТАВ ТГ

Полная сборочная (упрощеннвя )схема конструкции нового ТГ показана на рис. 8

Основные блоки ТГ :

1. электрогидроударная(ЭГД) камера – насос (рис.9)
2. электрическая часть этой ЭГД-камеры (рис.10)
3. вихре- кавитационная камера с встречным гидроударом (рис.11)
4. вихре-кавитационный теплогенераторный блок с встроенной реактивной гидротурбиной (12)
5. замкнутый водотрубопровод между этими блоками и напотельной емкостью
6. водяные радиаторы
7. кавитаторы
8. устройства автоматики и защиты
9. накопительная емкость для воды- релаксатор состояния воды

ЭСКИЗНЫЙ СБОРОЧНЫЙ ЧЕРТЕЖ НОВОГО ТГ В ИЗОМЕТРИИ (упрощенный)

Обозначения основных элементов и блоков к сборочному чертежу ТГ (рис.8) :

Сборочный чертеж нового ТГ

в изометрии (упрощенный)

1. накопительная емкость- релаксатор
2. эгд -камера в сборе
3. вихре-кавитационная камера в сборе
4. электрическая часть ЭГД камеры
5. водяной радиатор
6. кавитаторы – сопла Лаваля в ЭГД- камере
7. водяной фильтр
8. конусные концентраторы потока
9. выпускные патрубки из камер
10. соединительные патрубки (10-1- соединительные фланцы )
11. водопровод с горячей водой
12. водопровод с горячей водой
13. вихревая камера-корпус ВК
14. тангенциальные патрубки ВК
15. –блок аккумуляторных батарей =12 в. Емкость не менее 500 ахчас
16. электронный блок высокого напряжения (30-40 Кв)
17. блок силовых Электрических конденсаторов (0,5-1,0 мкф 30 Кв)
18. впускной патрубок ЭГД камеры
19. вводной патрубок возврата теплой воды в бак –емкость 1
20. вводной патрубок для ввода свежей холодной воды
21. уровень воды в емкости 1
22. кавитаторы на входе радиаторов 5

КОНСТРУКЦИЯ ВИХРЕВОГО ТЕПЛО-ЭЛЕКТРО-ГИДРО ГЕНЕРАТОРА(рис.12)

Предлагаемый принцип извлечения внутренней энергии из воды ЭГД -ударами в воде и кавитацией и создания скоростного потока воды вполне можно использовать и для одновременного получения тепловой , механической и электрической энергии, например , посредством оригинальной реактивной гидротурбины, размещенной в вихревой камере, и соединенной общим валом с электрогенератором, размещенным вне этой камеры реактивная гидротурбина приводится во вращение скоростным потоком воды под большим давлением по ее осевому каналу .

СОВМЕЩЕННАЯ ВИХРЕВАЯ КАМЕРА С РЕАКТИВНОЙ ГИДРОТУРБИНОЙ

Предлагаемое техническое решение данного конструктивного совмещения вихревой камеры с гидротурбиной состоит в том , что в вихревую камеру вводят вал через подшипниковые узла на торцах камеры с жестко укрепленной на нем реактивной водяной турбины типа Сегнерова колеса (рис. 9 )

Гидротурбину или каскад гидротурбин размещаем в этой полой камере –жестко на сквозном валу –причем ближе к вводному патрубку, с тем чтобы обеспечить не только вращение турбины но еще и последующее вращение в камере реактивной струи воды из сопел реактивной гидротурбины по внутренней рельефной поверхности цилиндра вихревой камеры. Это приводит к появлению эффективной кавитации воды на этой рельефной поверхности и к нагреву воды внутри камеры .Таким образом в данной конструкции камеры совмещены и кавитатор и гидртурбина - .и в результате - совмещаем операции получения тепловой и механической энергии Оси вращения вихревой камеры и гидротурбины совмещены для устранения вибраций конструкции

Вал гидротурбины закреплен подвижно в корпусе вихревой камеры на влагозащищенных подшипниках, жестко укрепленных внешними кольцами на торцах вихревой камеры.

Вал гидротурбины составной и выведен за пределы вихревой камеры с обеих сторон , причем с одной стороны –входа струи воды этот вал выполнен полым и имеет соединительный узел, содержаший подшипник и фланец для герметичного соединения водоотвода с выхода ЭГД- насосной камеры с соединительным патрубком в центре торца вихревой камеры .Этот полый участок вала нужен для ввода потока воды под давлением в реактивную гидротурбину Этот вал с другой противоположной стороны сплошной и выведен за пределы корпуса камеры с тем чтобы фланцевым соединением соединить его с электрическим генератором.

Таким образом, данное техническое решение вихревой камеры позволяет получить не только нагрев воды в вихревой камере , но одновременно позволяет и получить от кинетической энергии потока воды еще и механическую и электрическую энергии .Электрическая энергия получаемая от гидроэлектрогенератора может быть потрачена с пользой как на собственные нужды ТГ для электроснабжения высоковольтного преобразователя напряжения и циклический подзаряд электрических высокоовльтных конденсаторов, и подзаряда пусковых аккумуляторов , но и так и для автономного электроснабжения всего коттеджа

Итак,ввод потока воды внутрь вихревой камеры осуществляем по полому каналу внутри вала а выход воды из полого вала осуществляем через сопла реактивной турбины , чем и обеспечиваем ее вращение с определенными моментом и скоростью вращения , зависящими о многих факторов в том числе от интенсивности и начального давления входного водяного потока, от конструкции гидро турбины, например от диаметра отверстий в вале и в выходных отводах турбины , от конфигурации этих сопел, от нагрузки на валу турбины и и прочее .

ЭЛЕКТРОГИДРОУДАРНАЯ КАМЕРА ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА

Ниже на эскизном чертеже приведена его примерная конструкция в эскизном варианте в полном составе и с размерами ее элементов

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ЭГД- УДАРНОЙ КАМЕРЫ

КАВИТАЦИОННО -ВИХРЕВАЯ КАМЕРА ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА (рис.11)

Пока точного расчета такой гидротурбины и такого гидроэлектрогенератора у меня нет –но он в плане НИОКР

Отметим лишь что ориентировочные просчеты параметров ЭГД- насоса и первые опыты на их макетах показывают что поток воды из ЭГД- разрядной камеры вылетает под большим напором почти 50 -100 атмосфер в импульсе –вполне достаточным чтобы интенсивно завращать такую простейшую реактивную гидротурбину типа Сегнерова колеса ( ее рабочие Г- образные отводы похожа на эмблему фашисткой свастики) . В этой турбине есть 4 Г-образных лопатки турбину . Ниже приведены варианты конструкторской проработки рабочего колеса такой реактивной гидротурбины (эти рисунки взяты в данный отчет из иной статьи –для ознакомления с ними И и последующего использования в техническом проекте )

Ссылка на эту статью с реактивной турбиной типа Сегнерово колесо ниже

ДРЕВНЕАРИЙСКИЙ "СОЛНЕЧНЫЙ КРЕСТ"

http://www.eco-rus.com/text/chelovek/chelshesterenko1.htm

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проделанные автором данной статьи анализ состояния разработок современных бестопливных теплогенераторов показывает, что в настоящее время на рынке преобладают вихревые электромеханические теплогенераторы с вращением воды и (или) вращением кавитаторов.

Однако данный класс наиболее распространенных сейчас ТГ имеет существенные недостатки его конструкции, связанные с дорогим и ненадежным электромеханическим насосом, что не позволяет существенно расширить серийное производство и рынок продаж таких устройств.

Существует реальная перспектива создания полностью бесконтактных эффективных ТГ нового поколения путем использования в конструкции ТГ электрогидроударного насоса

Предложена оригинальная комбинированная конструкция нового вихре-кавитационного ЭГД-теплогенератора и совмещенного ЭГД_тепло-электрогенератора и в эскизном варианте проработаны в основе конструкции его блоков, их компоновка и основные параметры и размеры .

Автор ждет ваши отклики, критические конструктивные замечания и дополнения по данной статье и деловые предложения по совместной работе над ТГ такого типа по адресу ecology@samaramail.ru