вход Вход Регистрация



Повышение стоимости энергоносителей в последнее время вынуждает особое внимание обернуть на системы теплопроизводства, что работают по принципу образования в вихревом потоке редкого теплоносителя пузырьков кавитаций, которые нагревают объем теплоносителя при многократно м циклическом повторении процесса их зарождение и схлопывания.

Первые образцы таких систем были созданы в 90-х годах ХХ столетие в Молдавии и России. Разработка систем автономного теплопроизводства с использованием нетрадиционных методов изменения состояния теплоносителя за последние десять лет получили относительно широкое развитие, поскольку такие системы экологически безопасные. Это видно на примере представленного в данном обзоре устройства. [1-3]

В области энергосбережения последними годами наблюдается тенденция использования комплексного экономического анализа всех составных проекта, в частности теплоснабжение. Существенный экономический эффект дает переход от централизованных источников теплоснабжения к автономным, которые размещают в непосредственной близости от потребителя. При этом сокращение тепловых потерь достигает 50%. Вторым существенным резервом сокращения затрат на отопление есть установка внешней и внутренней теплоизоляции помещений, которая включает размещение теплоизоляционных блоков (например, пенополисторольных) и двойное (тройное герметичное для северных районов) стекление оконных отверстий. Третьим существенным резервом сокращения затрат при отоплении, есть использования нетрадиционных источников теплообразования, в частности, преобразователей энергии движения жидкости - теплогенераторов. Теплообразование в них происходит при транспортировке теплоносителя в замкнутом контуре, в котором находится устройство, которое превращает механическую энергию движения жидкости в тепловую, путем реализации эффекта нагрева кавитации. Это устройство мы называем ПЕРР - преобразователь энергии движения жидкости.

Процесс кавитации, как известно, составляется с двух основных актов: зарождение и разрушение микропузырей кавитаций. В процессе реализации второго акта наблюдается два события: выделение тепла и уменьшение плотности теплоносителя. Что входят в состав первого контура рабочий электронасос, преобразователь энергии движения жидкости (ПЕРР), фильтр, расширяющий бак, при скорости потока теплоносителя в преобразователе больше 30 м/с и давки на выходе из насоса 0,3-0,6 Мпа, обеспечивают необходимую скорость теплообразования и передачу тепла непосредственно к радиаторам ( в одноконтурной системе) и к теплообменнику ( в двухконтурной системе). [4]

Поскольку работа ПЕРР оказывается в преобразовании энергии жидкости при ее вихревом движении, которое сопровождается на всех этапах пульсирующим и резким изменением давки в локальных объемах, то основным характерным определением, которые отображает суть механизмов трансформации энергии, которые реализовываются, будет вихревая поступательная походка теплоносителя в замкнутом пространстве (контуре). Установку, в которой вытягивается энергия вихривши, мы назвали АВЕС - автономная вихревая энергетическая система. (рис. 4.1).

В процессе реализации эффекта кавитации в преобразователе при «схлопывании» микропузырей, заполненных парообразной жидкости, которая представляет, выделяется тепло, как всегда происходит при резком сжатии газа (пара). Повышение температуры теплоносителя сопровождается уменьшением его вязкости и гидравлического сопротивления. Чем выше температура среды, в котором происходит «холодное кипение» при резком падении давки в локальных областях, тем меньше требуется энергии для зарождения микропузырей, и тем более насыщается ими теплоноситель, который ведет к снижению его плотности. Уменьшение гидроопору в замкнутом контуре приводит к заметному уменьшению потребления электроэнергии.

Одному з прикладных задач, поставленных при выполнении истинных исследований, есть уменьшения энергозатрат при использовании автономной миникотельной (АМК) на основе преобразователя энергии движения жидкости ПЕРР, путем оптимизации условий эксплуатации электронасосов.

Выполнение этой задачи может быть достигнуто применениям в системе автоматического управления АМК пускачей плавного хода асинхронных двигателей. Кроме преобразователя частоты, которым обеспеченный электродвигатель рабочего насоса, в состав блока автоматического управления АМК входят:

- тарифный электросчетчик;

- термореле первого контура;

- дублирующее термореле второго контура;

- два электронасоса;

- один или несколько преобразователей ПЕРР;

- теплообменники для производства горячей воды ( для системы отопления и что тратится в бытовых целях);

- бак-аккумулятор;

- манометры на напорной и всасывающих частях арматурного обвязывания;

- блок постановки АМК на автоматический или ручной режим работы, которая включает автоматические пуску реле и магнитные пускачи.

Практика использования в промышленности пускачей плавного хода для электродвигателей, которые работают в беспрерывном ( в течение года) циклическом режиме « включение-исключение», по данным « РАО-ЄС», обеспечивает экономию электроэнергии до 1500 кВт/ч на 1 Квт установленной мощности электродвигателя.

Кроме прямой экономии электроэнергии за счет плавного пуска и ликвидации пиковых нагрузок и гидроударов, наблюдается заметное повышение надежности и долговечности механических узлов электродвигателей и насосов. Ожидаемая экономия электроэнергии при использовании пускачей плавного хода позволит на 7-10% уменьшить срок окупаемости АВЕС.

Преимущество автономной вихревой энергетической системы заключается в том, что ее модули (АМК) для отопления помещений площадью от 400 до 2400 м 2 окупаются за 1-2 отопительные сезоны. Компактность, простота монтажа и эксплуатации в автоматическом режиме позволяют их использовать для отопления любых жилых, производственных помещений и теплиц. При этом площади, необходимые для эксплуатации АМК, составляют 1-2% от отопительной площади.

Разработанные АМК для потребителя с площадью больше 200 м 2 - двухконтурные. В первом контуре как теплоноситель используются любые отработанные нетоксичные масла или технический глицерин. При рабочих температурах теплоносителя в первом контуре до 90°С, запах масла в помещении, где установленная АМК отсутствующий. При использовании как теплоноситель в первом контуре технического глицерина, его затрата составляет 1,5-2,0 г/час (данные эксплуатации АМК на Днепровской ГЭС на протяжении 4-х лет.

В данное время разработанная принципиальная схема, рабочие черчения деталей конструкций роторного импульсатора (РИ), который в сочетании с модернизованным преобразователем ПЕРР позволит повысить эффективность использования полученной замкнутой вихревой системы теплопроизводства.

Существенной особенностью предложенной разработки роторного импульсатора есть минимизация удельных энергетических затрат на образование каверн кавитаций на рельефной поверхности ротора с одновременным решением задачи значительного повышения теплопроизводительности АМК. Последнее достигается тем, что больше 90% реакционной (пульсирующей) поверхности представлены в виде микрозавихрений, которые скользят навстречу друг другу, составляются из смеси жидкости и пары. [5]

Кроме испытания в ПЕРР отдельных запатентованных узлов, в объем исследований входит:

1. определение оптимальных режимов кавитувания теплоносителей в преобразователе;

2. определение условий нейтрализации разрушения кавитации направляющих элементов

потока в реакционной зоне преобразователя;

3. установление зависимостей количества проведенного тепла от свойств

разных теплоносителей;

4. исследование влияния обращения встречных потоков теплоносителей в двух

контурах на эффективность теплопередачи;

5. определение оптимальных размеров конструкции теплообменника нового типа

[6].

Проведенный анализ результатов исследований позволил сделать следующие выводы:

1. для бытовых нужд при производстве тепла использовать электронасосы с максимально возможной производительностью и давкой 0,3-0,6 Мпа;

2. для обеспечения максимального ресурса эксплуатации ПЕРР использовать разделительное устройство на розвихлители, что обеспечивает уничтожение кавитационных пузырьков кавитационными пузырьками;

3. использование трудных спиртов, отработанных или силиконовых масел считать преобладающим, поскольку при использовании теплоносителей исключается замерзания неработающих систем в зимний период, коррозийное разрушение, значительно увеличивается скорость подъема температуры и уменьшаются удельные затраты.

 

 

 

 

Короткое описание принципа действия миникотельной АМК-3Э

 

Механизмом, который обеспечивает преобразование механической энергии в тепловую, есть концентратор преобразователя, у которого через завихрения подается теплоноситель (технический глицерин). В концентраторе размещенные элементы, конструкция которых обеспечивает увеличение количества и скорости образования кавитационих пузырьков, «схлопывания» которых в розвихрениях сопровождается интенсивным выделением тепла. Теплоноситель, который нагревается таким образом, транспортируется в первом запертом контуре через теплообменник ко всасывающего штуцера електронасосов. через второй контур теплообменника циркуляционным насосом прокачивается вода, которая используется для отопления и нагрева объема воды, которая тратится. (рис. 4.1)

 


 

 

Рис.4.1. - Принципиальная схема АМК-3Э

 

 


Таблица 4.1 - Спецификация основного оборудования и КВП

 

№ г.г. Обозначение Наименование Кол., шт
1 ЭС Электросчетчик 1
2 ЭН Электронасос 2
3 М Манометр 4
4 П Преобразователь ПЕРР 2
5 ЭТО Теплообменник 1
6 БЫ-А Бак-Аккумулятор 1
7 ШК Шаровой кран 6
8 Т1 Термодатчик на подаче горячей воды 1
9 Т2 Термодатчик на «обороте» охлажденной воды 1
10 ТР1 Терморегулятор первого контура (аварийный) 1
11 ТР2 Терморегулятор второго контура (рабочий) 1
12 Ф1 Фильтр первого контура 1
13 Ф2 Фильтр второго контура 1
14 УЗТС Ультразвуковой теплощетчика 1
15 ЦН Циркуляционные насосы № 1 и № 2 2
16 ОП Отопительные приборы 10
17 Д Душ 6
18 РБ Расширяющий бак первого контура 1
19 КМ Кран Маєвского 5
20 ОК Обратный клапан 3
21 Р Счетчик холодной воды 1

 

 

Проведенные исследования показывают четкую зависимость роста скорости подъема температуры с увеличением плотности теплоносителя.

На рисунках 4.2 (а, б) представленные сравнительные данные скорости подъема температуры и падения удельного потребления электроэнергии при использовании в качестве теплоносителя:

- воды (1);

- технического глицерина (2);

- силиконового масла (3).

 

Температура-Время

Рис. 4.2,а. Скорость подъема температуры


 

Энергия-Время

 

Рис. 4.2,бы. Снижение затрат электроэнергии при нагреве.

 

Предыдущий расчеты теплообменника нового винтового типа, размещенного непосредственно на оребреному корпусе преобразователя, предполагает наличие резервов в повышении эффективности АМК.

В результате выполненных исследований была разработана принципиальная схема АМК, что работает в автоматическом режиме поддержки температуры во второму (водному) контуре.

Автоматический режим эксплуатации второго контура АМК обеспечивается рабочим термореле типа ТУДЕ-4М1. Для гарантированного обеспечения безаварийности работы АМК в автоматическом режиме, в обвязке первого контура предусмотрено второе, дублирующее термореле такой же марки, температура отключения электронасосов в котором выставлена на 10°С больше, чем на термореле второго контура.

Для повышения эффективности использования элементов автономных миникотельных, в данной работе выполненные необходимые расчеты по сокращению их материалоемкости и повышению теплоотдачи в системе за счет объединения конструкций преобразователя и теплообменника, оребрения теплопередающих поверхностей какие расположенные непосредственно на корпусе преобразователя. Такое решение позволяет повысить коэффициент полезного действия АМК. Кроме повышения основного функционального теплового эффекта, в конструкции теплообменника, совмещенного с преобразователем, предусмотрено значительное сокращение трудорасходов изготовления, монтажа, демонтажа и профилактических (сезонных) работ при визуальной проверке всей теплопередающей поверхности теплообменника (рис. 4.3).

Объединение двух устройств в одной конструкции при оптимизации условий эксплуатации, позволило заметно уменьшить габаритные размеры самой АМК и обеспечить удобство обслуживания.

 

 

 

 

рис3

 

Рис. 4.3. Теплогенератор - теплообменник.

 

1. Конфузор теплогенератора

2. Корпус теплогенератора

3. Винтовой трек

4. Цилиндр

5. Коллектор входа

6. Коллектор выхода

7. Уплотнение конфузора

8. Уплотнение цилиндра

9. Болтовое крепление

 

 

В данном устройстве используются спирально-винтообразные ленточные треки из конструкционной стали (сталь 3), поверхность которых заранее оксидирована для предотвращения коррозийного разрушения. Использование совмещенного с преобразователем теплообменника, позволит уменьшить стоимость вырабатываемого в АМК тепла на 15-20%.

Кроме того, для обеспечения заметного уменьшения затрат электроэнергии при работе электронасоса на всасывающи его части как активатор теплоносителя предлагается установить роторный импульсатор. Это устройство является локальной конструкцией, которая составляется из ротора и статора с минимально возможной щелью между ними. Рабочие поверхности ротора и статора имеют комерчастую (рифленую) структуру. (рис. 4.4)

 

 

 

рис4

 

Рис. 4.4 - Рабочие поверхности импульсатора.

 

Такую же структуру имеют все рабочие поверхности закручивателя и концентратора преобразователя [68].

В результате, при прохождении теплоносителя через импульсатор, насос и преобразователь на опытно-промышленном образце АМК-2 ( 1-и контур) наблюдали подъем температуры теплоносителя со скоростью >10°С/мин. Такой эффект был обеспечен процессом схлопывания близко 600 тысяч микропузырей в секунду ( при обращении ротора со скоростью 50 об/сек).

Совокупность технических конструктивных решений, использованных при выполнении истинной работы в сочетании с результатами предыдущих поисков оптимального состава теплоносителя, позволили получить заметное изменение функциональных показателей: повышение производительности, надежности и долговечности, уменьшение удельных энергозатрат.

Сравнительные данные показателей тепловой эффективности АМК-2 в зависимости от природы теплоносителя приведенные в таблице 4.2.

 


Таблица 4.2 - Показатели тепловой эффективности АМК-2

 

Теплоноситель Скорость нагрева

 

(1‑ и/2‑ и контуры), °С/мин

Коэффициент эффективности, Ке Расчетная стоимость отопление, грн/месяц
Вода 2,5/0,40 > 1,8 90
Технический глицерин 5,6/0,77 > 2,4 70
Полиметилсилокса-Новая жидкость

 

ПМС-1000

10,8/1,62 > 3,8 32

 

 

Для окончательных рекомендаций по выбору теплоносителей для использования в АМК необходимое накопление большего количества статистических данных, которые позволят даты объективную экономическую и экологическую оценки этой технологии теплообеспечения.

Расчетные удельные капитальные вложения при отоплении площадей 200-1200 м 2 для АВЕС составляют 55-80 грн/ м 2 при комплектации импортными насосами, теплообменниками и автоматикой. При комплектации отечественными составляющими, затраты составят 25-45 грн/ м 2.

© 2017
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру