VORTEX HYDRAULIC HEAT GENERATOR WITH IMPROVED CHARACTERISTICS

Full Text

Широкое распространение в промышленности и сельском хозяйстве нашли теплогенераторы, использующие теплоту сгорания традиционных видов топлива, недостатками которых являются высокие финансовые затраты на покупку, транспортировку и хранение энергоносителей, а также негативное воздействие продуктов сгорания на окружающую среду. В настоящее время в сельском хозяйстве, как и во всех отраслях народного хозяйства, стоит задача широкого внедрения энергосберегающих технологий, которые позволят снизить материальные и энергетические затраты на производство продукции. Перспективным является использование возобновляемых источников энергии. Вихревая энергетика является одним из видов альтернативной энергетики и представляет собой технологии преобразования энергии закрученных потоков сплошной среды (например, жидкости и газа) в работу, тепловую энергию, градиент давления и температуры [1, 2]. Известные типы генераторов тепла, преобразующих механическую энергию движущихся тел в тепловую имеют ряд недостатков, а именно: большие габариты, конструктивная сложность, низкая эффективность [3, 4, 5]. Цель исследований - создание устройства генерации тепловой энергии экологически чистым способом, характеризующегося улучшенными массогабаритными параметрами и показателями эффективности. Задача исследований - интенсификация процессов преобразования энергии в вихревом гидравлическом теплогенераторе. Для достижения поставленной цели в ГНУ ВИЭСХ, совместно со СГАУ, была создана автономная, малогабаритная, экономичная, гибкая в эксплуатации и технически безопасная установка - «Вихревой гидравлический теплогенератор» (ВГТ). Это устройство вырабатывает тепло за счет изменения физико-механических параметров жидкости при ускоренном и заторможенном движении. Поток ускоряется посредством создания вихря в завихрителе потока теплогенератора и одновременного сужения в конфузоре, затем затормаживается посредством его расширения в кавитационной трубе теплогенератора и развихрения на выходе из кавитационной трубы [6]. ВГТ состоит из системы закрутки на входе, корпуса кавитационной трубы и патрубка для отвода нагретой жидкости с развихрителем. Корпус представляет собой сосуд, расширяющийся осесимметрично от входа ко дну. На окружности поперечного сечения его внутренней поверхности равномерно распределены продольные цилиндрические канавки. Данные особенности корпуса обеспечивают интенсивную циркуляцию рабочего тела внутри него. При этом в канавках вращающимися протяженными вихрями создаются возмущения, взаимодействие которых приводит к усилению трения между слоями жидкости. Таким образом, канавки являются зонами активного торможения и тепловыделения. В результате во вращающемся потоке рабочего тела значительно увеличиваются градиенты изменения скоростей в продольном и поперечном сечении корпуса кавитационной трубы, а также возникает обратный ток рабочего тела в приосевой зоне, которое отводится через систему закрутки на входе и патрубок для отвода нагретой жидкости [7]. На рисунке 1 представлена система теплоснабжения с использованием ВГТ. Рис. 1. Схема децентрализованной системы теплоснабжения на базе ВГТ: 1 - система закрутки потока; 2 - кавитационная труба; 3 - развихритель; 4 - теплопередающие устройства; 5 - гидронасос; 6 - электродвигатель; 7 - теплогенератор Источником тепла служит миниатюрный вихревой теплогенератор (ВГТ), работающий от гидронасоса. Электроэнергия используется только для работы привода гидронасоса системы отопления для подогрева воды, при нагреве отопительной системы до заданной температуры гидронасос отключается (работает автомат контроля заданной температуры воздуха в помещении). Внешний вид опытной установки тепловой мощностью 0,5-5 кВт представлен на рисунке 2. Рис. 2. Вихревой гидравлический теплогенератор Материалы и методы исследований. Были спроектированы и изготовлены две модели ВГТ: - модель с номинальными параметрами - ВТГном; - модель с минимизированными параметрами - ВТГмин; Рис. 3. Модели вихревого гидравлического теплогенератора с номинальными параметрами и минимизированными параметрами Для проведения испытаний системы отопления с моделями ВТГ был разработан и изготовлен экспериментальный стенд, позволяющий замерять параметры функционирования системы отопления. В его состав входили: бак, радиатор отопления, теплогенераторы (ВТГном и ВТГмин), гидронасос мощностью 1,5 кВт. Расход воды - 24 л (температура 18ºС). Температура измерялась пирометром Тс и термопа-рой Тж. Функциональная схема стенда представлена на рисунке 4. Рис. 4. Функциональная схема испытательного стенда Результаты исследований. Результаты испытаний показывают, что в системе отопления с гидронасосом мощностью 1,5 кВт и ВГТ с минимизированными параметрами вода нагревается до температуры на 3-4ºС выше, чем с ВГТ с номинальными параметрами. Расход электроэнергии 19 кВт·ч/сут. Таблица 1 Результаты испытаний ВТГном ВТГмин Тс Тж Тс Тж 62 ºС 65 ºС 66 ºС 68 ºС Заключение. Внедрение данной установки позволит решить задачи обеспечения потребности населения, сельского хозяйства и промышленности в тепловой энергии, полученной без сжигания традиционных видов топлива. Данная установка особенно актуальна для регионов, удаленных от централизованных энергосетей. Особенностями вихревого гидравлического теплогенератора являются: - отсутствие необходимости сжигания углеводородных топлив; - отсутствие нагревательных элементов; - использование электроэнергии только для работы привода гидронасоса; - отсутствие необходимости в водоподготовке; - возможность использования жидкости любого происхождения (вода, нефть, газовый конденсат); - обеспечение автоматического поддержания температуры теплоносителя в требуемом диапазоне температур; - экономичность эксплуатации и обслуживания. Использование предлагаемой системы отопления на базе ВГТ целесообразно для создания компактных и экономичных систем отопления сельскохозяйственных помещений в зимнее время года. Например, для отопления коровников и подогрева пола в яслях для ягнят.

About the authors

V V Biryuk

FSAEI HE Samara SAU named after academician S. P. Korolev (NRU)

Email: teplotex_ssau@bk.ru
dr. of techn. sciences, prof. of the department «Heat engineering and heat engines» 443086, Samara, Moscow highway street, 34

R A Serebryakov

National Research Institute for Electrification of Agriculture

Email: ruds@list.ru
cand. of techn. sciences, leading researcher 109456, Moscow, 1st Veshnyakovskaya passage, 2

S S Dostovalova

FSAEI HE Samara SAU named after academician S. P. Korolev (NRU)

Email: sophiadost@mail.ru
postgraduate student of the department «Heat engineering and heat engines» 443086, Samara, Moscow highway street, 34

References

Supplementary files