Soojusgeneraatorid: õhk, vesi ja keerised

Selles artiklis: Soojusgeneraatorite ajalugu tööpõhimõte ja seade; soojusgeneraatorite tüübid; soojusgeneraatorite tootjad ja keskmine maksumus; keerise kavitatsiooni soojusgeneraatori ajalugu; keerise soojusgeneraatori põhimõte; SRÜ kavitatsiooniliste soojusgeneraatorite tootjad.

Talvisel hooajal vajavad ruumid kunstlikku kütmist, vastasel juhul kogevad selle elanikud isiklikult kõiki jääaja võlusid. Keskküte kortermajades, individuaalne küte eramajades … aga kuidas on näiteks suurtes tubades, näiteks müügipindade ja ladudega? Ja koos ehitusplatside või näiteks autoteenindustega, kus pidevalt voolab väljastpoolt külma õhku? Ainus viis suure ala soojendamiseks on õhkküte, mis on ehitatud kas soojuspüstolitele või soojusgeneraatoritele. See artikkel hõlmab soojusgeneraatoreid.

Soojusgeneraatorite ajalugu

Konvektiivse soojusgeneraatori leiutis on otseselt seotud tema nime kandva atmosfääripõleti Robert Bunseni leiutisega. Inglise ettevõtte “Pettit ja Smith” poolt esimesed 1856. aastal turule lastud soojusgeneraatorid olid varustatud Bunseni põletiga sarnase atmosfääripõletiga, ainult suurema suurusega.

Saksa eksperimenteerinud keemik Robert Wilhelm Bunsen

1881. aastal sai inglane Sigismund Leoni patendi uut tüüpi soojusgeneraatorite jaoks – neis asuva põleti leek soojendas asbestiplaati, mis kannab soojust õhku. Seejärel asendati asbest tulekindlate savidega, tänapäeval asendati need vastupidavamate tulekindlate materjalidega.

Atmosfääripõleti ja selle kohal asuv tulekindel plaat on iga kaasaegse soojusgeneraatori kujunduse peamised elemendid..

Soojusgeneraatori seade ja tööpõhimõte

Oma tööülesannete poolest on soojusgeneraatorid sarnased kuumarelvadega – erinevus seisneb selles, et need seadmed võivad olla ainult paigal. Soojusgeneraatori tüüpiline konstruktsioon: ventilaator (aksiaalne või tsentrifugaal), selle kohal on põlemiskamber, selle alumises osas on põleti, põleti kohal asub õhksoojusvaheti. Põlemiskambris moodustatud kuumad gaasid juhitakse soojusvahetisse ja juhitakse seejärel korstnasse. Ventilaatori puhutud õhuvool soojeneb soojusvahetis temperatuurini 20-70 ° C, seejärel siseneb soojendusega ruumi või kanali ventilatsioonisüsteemi.

Sõltuvalt nende konstruktsiooni paigaldatud ventilaatorite võimsusest võivad soojusgeneraatorid tekitada staatilist väljundrõhku 100–2000 Pa.

Soojusenergia osas eristuvad soojusgeneraatorid kahte tüüpi – kuni 350–400 kW (ühes korpuses) ja kuni 1000 kW (koosnevad soojusvahetuse ja ventilatsiooni sektsioonidest).

Õhukanalite küttesüsteemide jaoks mõeldud soojusgeneraatorites on soojusvaheti ja põlemiskamber valmistatud roostevabast terasest; nende konstruktsiooni on lisaks lisatud kondensaadi äravoolusüsteem..

Soojusgeneraatorite tüübid

Soojusgeneraatorite olemasolevate mudelite peamine erinevus seisneb selles, millist kütust neis kasutatakse ja millist jahutusvedelikku tuleb soojendada. Soojusgeneraatorid võivad töötada tahkel kütusel, gaasil, diislikütusel ja olla varustatud universaalse põletiga. Küttesüsteemide soojuskandja, mida soojendab soojusgeneraator, võib olla nii vesi kui ka õhk..

Gaasi soojusgeneraatoridmõeldud ruumide sooja õhu pidevaks tarnimiseks, need on paigaldatud vertikaalsesse asendisse. Neisse paigaldatud soojusvaheti kaevandab põlemisproduktidest olulise osa soojusest, vähendades suitsugaaside lendumist – gaasi soojusgeneraatorite väljalasketoru peab olema varustatud ventilaatoriga. Kui soojusgeneraatori konstruktsioon sisaldab suletud põlemiskambrit, mille all asub puhur, siis on vastupidise tõuke tõenäosus minimaalne – kõik põlemisproduktid eemaldatakse korstna kaudu, seetõttu peetakse selliseid gaasisoojusgeneraatoreid kõige ohutumaks. Enamikul juhtudel on gaasiküttega generaatorite kasutegur 85–90%.

Gaasisoojusgeneraatori mudeli valimisel tuleb pöörata erilist tähelepanu selle võimele töötada vähendatud gaasirõhul. Gaasiküttegeneraatoril kütmise korral tsentraalse gaasivarustuse puudumisel on eriti mugav paigaldada 2500 liitrise või suurema mahuga gaasimahuti (vajalik maht sõltub hoone köetavast pindalast).

Diisliküttegeneraatorid, Kütus, mille jaoks kasutatakse petrooleumi või diislikütust, sobib hästi märkimisväärse pindalaga tööstusruumide soojendamiseks. Need on varustatud kas düüsiga, mis pihustab kütust läbi põlemiskambri, või kütuse tarnimiseks tilgutusmeetodil. Pideva töö korral täidetakse neid kaks korda päevas..

Põlemiseks universaalse põletiga soojusgeneraatorites kasutatakse nii diislikütust kui ka õlijäätmeid, taimset ja loomset päritolu rasvu. Need on eriti kasulikud ettevõtetes, kus on probleeme rasvade ja õlijäätmete kõrvaldamisega. Kuid soojusgeneraatori soojusvõimsus, milles põletatakse õlijäätmeid ja rasvu, ei ületa 200 kW; diislikütuse põletamisel saavutatakse suurem soojusvõimsus. Sõltumata kasutatavast kütuseliigist vajab seda tüüpi soojusgeneraator, nagu iga teine, korstnat. Vanaõli põletamisel on vältimatu räbu teke, mis tuleb iga päev eemaldada – suurema mugavuse huvides on vaja kahte põlemiskambrit, millest ühte kasutatakse puhastamise ajal teise asemele ja soojusgeneraatori seisakuid vähendatakse.

Tahkekütuse soojusgeneraatoridnende konstruktsioon erineb eespool kirjeldatust – see on midagi gaasi / diiselkütuse generaatori ja tavalise ahju vahel. Need on varustatud ventilaatoriga, mis puhub õhku läbi soojusvaheti ja tarnib selle soojendusega ruumidesse; neil on restivardad ja kütuse laadimisuks. Tahkekütuse soojusgeneraatorid põletavad kuiva puitu, turbabriketti, kivisütt ja mitmesuguseid põllumajandusjäätmeid. Selliste soojusgeneraatorite kasutegur on umbes 80–85%, mis on pisut väiksem kui gaasiliste ja vedelkütuste töötamisel – 85–90%. Samuti tuleb märkida tahkekütuse soojusgeneraatorite suurtes kogustes ja olulistes jäätmetes mittepõlevat osa kütusest..

Soojusgeneraatorite soojusvahetid võivad olla malmist või terasest: nende esimene tüüp on korrosioonikindlam, teise massi soojusvahetid on pigem massiivsed, vastupidi, neil on vähem kaalu, kuid need on korrosioonile alluvad. Mõlemat tüüpi soojusvahetid ei talu lööke hästi, seetõttu tuleb soojusgeneraatorite transportimine ja paigaldamine teostada äärmiselt ettevaatlikult..

Õhksoojusgeneraatorite eelised on suuremad võrreldes veeküttega, ruumide kütmise efektiivsuse ja kiirusega ning õlijäätmetega töötamisel – kütusekulude kokkuhoid, rääkimata jäätmete kõrvaldamise probleemi lahendamisest.

400 kW soojusgeneraatori keskmine maksumus on 90 000 rubla. Venemaa turul on soojusgeneraatorid Masterist (USA), Krollist (Saksamaa), Sialist ja ITMist (Itaalia), Benson Heating (Inglismaa), FEG Konvektor GF (Ungari)..

Õhksoojusgeneraatori valimisel tuleks arvestada nende mudelitega, milles õhku kuumutatakse kaudselt, s.t. põlemiskamber on jahutusvedelikust täielikult isoleeritud. Sel juhul on tagatud, et põlemissaadused ei tungi õhukütte kanalitesse, pole vaja segada õhku väljastpoolt õhku ruumide sees. Sellistel soojusgeneraatoritel on aga kõrgem hind, kaal ja mõõtmed..

Soojageneraatorid, mis pakuvad sooja vee ja kütte funktsioone, suudavad soojusvarustuse probleemid täielikult lahendada, enamasti töötavad need tahke kütusega.

Vortex-soojusgeneraator – ajalugu

Seda tüüpi soojusgeneraatorid väärivad erilist tähelepanu, suuresti tänu oma toetajate ja vastaste vastuseisule..

Möödunud sajandi 20-ndatel aastatel leidis tsüklonipaigaldise õhukambris uuringuid läbi viinud prantslane Joseph Rank, et silindrilises või koonilises kambris keerutades jagunevad gaasid kaheks fraktsiooniks – servades on kõrgem temperatuur ja madalamas keskosas. pealegi pöördub keskel olev murdosa – vastupidiselt äärealale – vastupidises suunas. 1934. aastal sai Rank Ameerika Ühendriikides patendi oma “keeristoru jaoks”.

Sakslane Robert Hilsch jätkas 40ndatel oma prantsuse kolleegi uurimistööd, saavutades parema konstruktsiooni tõttu Rangi keeristorust väljuva kahe õhuvoolu temperatuuride suurema erinevuse.

50ndatel rajas Nõukogude teadlane A. Merkulov Rangi keeristoruga mitmeid katseid, otsustades sinna gaasi asemel vett pumbata – teoreetiliselt ei tohiks Rangi toru kaudu juhitud vees olla temperatuuri erinevust, sest erinevalt gaasidest ei saa vett kokku suruda … Vastupidiselt ootustele kuumutati ja jahutati kaheharulist keeriseveevoolu sarnaselt gaasidega, mis professor Merkulovi hämmingus oli – ta ei osanud selle nähtuse põhjuseid selgitada.

Muide, esimese keerisesoojuse generaatori loojaks nimetatakse sageli Austria iseõppinud leiutajat Viktor Schaubergerit, kes on tuntud 1921. aastal ehitatud imuturbiini poolest, mis töötab ainult vees …

Kakskümmend aastat tagasi otsustas ameeriklane James Griggs, kelle huvivaldkond oli küttevaldkond, esimesena ehitada Ranki toru põhimõttel vesisoojusgeneraator. James oli pettunud kütteelementidega veesoojendite osas – vees olevad soolad moodustasid kütteelementidele kattuvuse, põhjustades mähise ülekuumenemise ja kütteelemendi rikke. Lähtudes asjaolust, et kütteelementide kasutegur on lähedane 100% -le ja soojusgeneraatorit pöörlev elektrimootor on umbes 90-95%, otsustas James Griggs suurema energiatarbimise kompenseerida sellega, et ei pidanud katlakivi moodustumisest välja põlenud kütteelemente välja vahetama. Griggsi arvutus oli hõõrdumise põhjustatud vee soojenemiseks. Ameerika inseneril osutus õigus – tema loodud soojusgeneraator soojendas vett tõepoolest ja selle sisemine struktuur ei kandunud vees leiduvate mitmesuguste lisandite ja soolade kulumist. Kuid Jamesi äärmiselt üllatuseks ei tuvastanud energiakulude arvutamine kavandatud 10% -list energiakadu, vaid võrreldes kütteelementidega küttesüsteemidega 14% kokkuhoidu! Pärast 1992. aastal eksperimentaalseid katseid leidis Griggs, et iga soojusgeneraatori tööks kulutatud elektri džauli eest tekitab kütteseade 1,5 džauli soojust. Pärast veedetud veel kaks aastat liigse energia tekke põhjuste väljaselgitamiseks ja mitte nende välja selgitamiseks, sai James Griggs 1994. aastal USA-s patendi tema loodud pöörleva kavitatsioonilise soojusgeneraatori jaoks.

Kust tuleb keerise soojusgeneraatorites liigne soojusenergia

Griggsi soojusgeneraator on konstrueeritud järgmiselt: silindrilisse teraskorpusesse asetatakse alumiiniumrootor, piki velje pinda puuritakse augud; ümbris on suletud lameda teraskattega, mis on selle külge kruvidega kinnitatud. Lamekattes on mõlemal neist veevarustus, üksteise suhtes asuvad korpuse vastaskülgedele kinnitatud mõlema katte sisselaskeavad samal joonel. Vesi, mis jõuab ühelt küljelt rootorini, möödub sellest mööda velge ja voolab vastasküljest välja kõrgema temperatuuriga, kui see oli algselt.

Vee soojenemise põhjus on tõenäoliselt kavitatsioon. Rootorisse sisenedes ja augud mööda selle velge täites jääb vesi neile külge, tsentrifugaaljõud põhjustab aga aukude külge kleepuva vee venimist – selle tilgad murduvad neist välja, tormavad korpuse seinte külge ja lõikavad neisse. Tekkinud lööklaine ja suurenev rõhk “varisevad” kokku suure hulga gaasi- ja aurumullidega, põhjustades igas neist sadade tuhandete atmosfääride rõhku ja temperatuuri üle 106 ° C – toimub akustiline kavitatsioon.

Ülalkirjeldatud teooria põhineb sonoluminestsentsi fenomenil, mille avastasid 1934. aastal Saksa teadlased N. Frenzel ja H. Schultes, töötades allveelaevade sonaril. Nad leidsid, et helilained põhjustavad vees gaasimullide laienemist ja kokkutõmbumist – võnkumiste mõjul ja aja jooksul koos nendega muutuvad mullide suurused mitmetest kümnetest mikroniteni, nende maht muutub mitu korda. Selle tulemusel muutub mullides sisalduv gaas piisavalt kuumaks, et sulatada teras ja eraldab isegi valgust..

Keermesoojusgeneraatorite tootjad ja nende maksumus

SRÜ turu jaoks mõeldud keeristega soojusgeneraatorite tootmist viivad läbi mitmed tootjad, igalühel neist on patent mudeli jaoks, mille ta valmistab tehniliste kirjeldustega välja töötatud mudeli alusel – keerises olevate soojusgeneraatorite jaoks puuduvad riiklikud standardid. Nende tootmist teostavad ettevõtted “YUSMAR” LLC (Moldova), Venemaa tuumaelektrijaamad “Alternatiivsed energiatehnoloogiad ja kommunikatsioon”, LLC “Noteka-S”, LLC, “Angstremi” tuumaelektrijaam, LLC “ORBI”, “Kommash Plant” OJSC ja teised. Viimase 20 aasta jooksul on keerise soojusgeneraatorite leiutajad saanud umbes 50 patenti.

Keermesoojusgeneraatorite maksumus elektrimootori võimsusega 55 kW / h on keskmiselt 290 000 rubla.