Отличия кавитаторов, их применение в гидродинамических установках УКГ

Тяжелые фракции нефти обладают высокой вязкостью, содержат растворенные газы, твердые включения, продукты окисления, воду, балластные вещества, большое количество углеводородов парафинового типа. Кроме того, качество мазутов сильно снижается от длительного хранения. Они насыщаются водой, веществами органического происхождения, окисляются. Это несколько ограничивает применение мазутов в качестве топлива, особенно в условиях жестких требований к содержанию вредных веществ в выбросах.

Главными проблемами теплоэнергетических предприятий, использующих в качестве топлива тяжелые углеводороды, являются низкая энергетическая эффективность мазутов, высокое содержание токсичных продуктов в выбросах, сильный износ тепловых установок при сжигании черных нефтепродуктов. Разработки решений ведутся в двух направлениях:

• Усовершенствование котельных агрегатов и печей.
• Улучшение характеристик топлива, увеличение его теплотворной способности и снижения примесей.

Для повышения интенсивности процесса горения топлива используется распыление мазута через форсунки специальной конструкции под высоким давлением. Это позволяет увеличить теплоотдачу и снизить количество выбросов. Серьезными недостатками такого оборудования являются его высокая стоимость, необходимость часто менять фильтры, дороговизна технического обслуживания и ремонта. Многочисленные испытания энергетических установок выявили зависимость износа горелок и других узлов от качества топлива.

Таким образом, обработка мазутов является наиболее перспективным направлением в области повышения эффективности теплоэнергетики предприятий. Процесс подготовки топлива должен решать следующие задачи:

• Увеличить энергетическую ценность мазутов.
• Снизить содержание веществ, снижающих срок службы печей и котлов, а также уменьшить токсичность продуктов горения.

Кавитационная обработка мазутов позволяет успешно решить эти задачи. При схлопывании разряженных пузырей возникает ударная волна, которая разбивает цепочки молекул, веществ, содержащихся в топливе, разрушает его физико-химическую структуру. После такой обработки возрастает количество низкомолекулярных соединений и образуется новая структура. В результате химических реакций снижается количество примесей, содержащих серу и фосфор.

Виды кавитаторов

Существует несколько видов кавитаторов, имеющих разную конструкцию и принцип действия:

• Ультразвуковые или магнитострикторы. Явление кавитации возникает под действием ультразвуковых колебаний мембраны этого устройства.
• Пассивные. Эти установки содержат трубы разного диаметра и резервуары, где происходит завихрение потока.
• Активные. Эти устройства свою очередь делятся на лопастные и гидродинамические. Первые состоят из рабочего колеса и статора. Эффект кавитации возникает благодаря вращению подвижной части установки. В гидродинамических установках полости разряжения образуются посредством резкого изменения скорости потока.

Ультразвуковые устройства имеют малую производительность и очень высокую цену. Они также весьма дороги в обслуживании. Использовать ультразвуковые кавитаторы для обработки нефтепродуктов экономически нецелесообразно. Основная сфера применения установок такого типа – парфюмерно-косметическая и фармацевтическая промышленность.

Пассивные или установки ФЬЮСОНИК – имеют простую конструкцию и невысокую стоимость. Кроме этого, к достоинствам аппаратов этого типа следует отнести:

• Способность выдерживать высокую температуру и давление.
• Отсутствие необходимости осуществлять замену узлов установки.

При всех преимуществах пассивные кавитаторы имеют ряд серьезных недостатков, ограничивающих их применение, таких как:

• Невозможность настройки параметров в зависимости от вязкости и других свойств нефтепродуктов.
• Крупный размер частиц эмульсий. Обработка на аппарате ФЬЮСОНИК не позволяет получать смеси мелкодисперсной структуры. Минимальный размер частиц составляет 10 мкг.
• Продолжительность обработки. Кавитация возникает только в камерах аппарата, для получения продукции необходимого качества требуется несколько раз пропускать жидкость через кавитатор.
• Образование отложений на внутренних стенках установки. Это приводит к ухудшению гидродинамических характеристик аппарата и ухудшению качества получаемого продукта.

Рабочим органом лопастных кавитаторов являются колеса с лопатками определенного размера и профиля. Области разряжения возникают благодаря их вращению. Такие аппараты эффективней пассивных, однако, имеют свои недостатки:

• Быстрый износ лопастей, которые постоянно подвергаются кавитационным ударам.
• Образование полостей с отрицательным давлением происходит только за лопастями крыльчатки.

Гидродинамические кавитаторы состоят из подвижного и неподвижного корпусов, статора, приводного электродвигателя, подшипников. В роторе и статоре выполнены отверстия. При вращении подвижной части аппарата возникают периодически открывающиеся и закрывающиеся окна. Кавитационные пузыри возникают при резкой остановке потока при закрытии окна. Установки такого типа имеют следующие недостатки:

• Необходимость частой замены ротора и статора, которые изнашиваются от воздействия ударной волны.
• Наличие зазора между ротором и статором.

Зазор между вращающейся и неподвижной частями установки является основным недостатком гидродинамических аппаратов. Через него возникает свободный ток жидкости, что препятствует возникновению условий для кавитации во всем объеме нефтепродуктов. Минимально возможный зазор – 0,1 мм. Однако при изменении размеров ротора и статора под влиянием высокой температуры возможно трение подвижной части о внутренние стенки статора.

Кавитаторы, производимые нашим производственным объединением, лишены обычных недостатков гидродинамических аппаратов. Они обладают следующими преимуществами:

• Наличие уплотнителей уникальной конструкции, позволяющих уменьшить зазор между ротором и статором до минимально возможного.
• Возможность замены рабочих частей без демонтажа кавитатора.
• Возможность регулировки зазора между ротором и статором с учетом температурного расширения узлов установки и их износа.

Изменение промежутка между вращающейся частью установки возможно благодаря перемещению статора в корпусе аппарата по направляющим посредством регулировочного винта.

1. Статор, 2. Ротор, 3. Корпус излучателя, 4. Крышка корпуса, 5. Корпус неподвижный, 6. Корпус подвижный, 7. Вал, 8. Подшипник.

Работа установок гидродинамического типа осуществляется следующим образом. Жидкость подается в аппарат под определением давлением. Подвижная часть установки с отверстиями определенного размера и профиля вращается в неподвижном статоре, который имеет окна той же формы и размеров. При совпадении отверстий жидкость проходит через них со скоростью, определяемой величиной напора подающего насосного агрегата.

При закрытии окна поток резко изменяет скорость. За счет инерции жидкость растягивается, внутри нее резко падает давление. При его снижении вещества, растворенные в ней, вскипают и переходят в газообразное состояние. Благодаря этому, в жидкости образуются микрополости разряжения. Далее сила инерции, атмосферного давления и давления разряжения в кавитационном пузыре уравниваются. Эта фаза называется точкой равновесия, ее продолжительность исчисляется миллисекундами.

а,б,в рост кавитационной полости, уменьшение силы инерции, г – равновесие

Далее при ослабевании инерции давление разряжения внутри пузырьков начинает превышать равновесные значения, происходит интенсивное схлопывание образовавшихся полостей. В это время отверстия ротора и статора снова совмещаются, что приводит к усилению интенсивности процесса схлопывания. Благодаря встрече разнонаправленных потоков, образованных током жидкости через окно, и схлопыванием кавитационных микропузырей, возникает гидроудар, который способствует дроблению крупных молекул и разрыву структурных связей между частицами жидкости. В результате такой обработки получается жидкость, имеющая другую структуру. Кроме того, кавитация способствуют выделению растворенных газов и протеканию химических реакций, что снижает содержание нежелательных примесей.

а,б,в – схлопывание кавитационной полости рост скорости потока, г — гидроудар

Во время кавитационной обработки вода разбивается на поляризованные микрочастицы размером 1-3 мкм (мицеллы). К заряженным частицам воды притягиваются углеводородные молекулы с разноименным зарядом. За счет равномерного распределения частиц воды в мазуте и сил притяжения образуется эмульсия с устойчивой структурой, не подверженная разрушению при низких температурах и длительном хранении.

При сжигании водоэмульсионного топлива происходят следующие процессы:

Вода, содержащаяся в эмульсии, вскипает при попадании в топку. Мицеллы начинают резко расширяться. Испарению воды препятствуют налипшие на микрочастицу углеводородные соединения. В определенный момент микрокапли взрываются и распыляют частицы мазута в зоне сжигания. Это эквивалентно распылению топлива под высоким давлением. За счет многократного увеличения площади соприкосновения мазута и воздуха, процесс его сгорания протекает более интенсивно, что существенно увеличивает количество выделяемого тепла, снижает содержание токсичных веществ, а также позволяет уменьшить температуру отходящих продуктов горения.

Таким образом, использование такого топлива позволяет отказаться от дорогостоящих энергетических установок с системой распыления мазута под значительным избыточным давлением.

Результаты замеров показали, что при содержании воды до 40% теплотворная способность топлива практически не изменяется. Разница между количеством энергии выделяемого при сжигании топлива с содержанием воды 40% и 10% составляет всего 1 %.

Применение топлива, получаемого на наших установках, позволяет:

• Снизить расход мазута до 30%. Водо-мазутные смеси выделяют примерно такое же количество тепла, что и чистые мазуты.
• Снизить расходы на содержание котельных. За счет снижения температуры газов, поступающих в дымоход, а также веществ, вызывающих коррозию узлов котельных агрегатов, износ энергетических установок происходит намного медленнее.
• Уменьшить плату за ущерб экологии. Выплаты за ущерб окружающей среде – обязательное требование Российского законодательства. Снижение количества опасных веществ в выбросах позволяет сделать перерасчет этих выплат и существенно сократить расходы.

Содержание серы в продуктах сгорания падает 2,8 раз, оксидов азота – в 4,3, угарного газа – в 23,4. Кроме того, снижается концентрация смол и чистого углерода.

Кроме производства экологичного топлива с высокой теплотворной способностью для котлов и других агрегатов по производству тепловой энергии, наши установки используются:

• Для увеличения октанового числа бензинов.
• Для снижения содержания парафинов в нефти, увлечение содержания в ней легких низкомолекулярных фракций.
• Для производства многокомпонентных ГСМ.
• Для получение зимней солярки из летнего ДТ,
• Для снижения содержания серы и других нежелательных примесей в ДТ.
• Для производства мазутов и утилизации нефтешламов совместно с загрязненной водой.

В целом, экономический эффект от внедрения оборудования нашего производства на теплоэнергетических предприятиях может составлять до 30%. Основной причиной тому, является полное сгорание топлива и как следствие увеличение теплоотдачи. Уменьшение затрат зависит от типа используемых на предприятии котлов, химического состава исходных компонентов. Но, что с уверенностью мы можем гарантировать, это 7-8% реальной экономии. Увеличение экономической эффективности нефтепроводов, предприятий по производству вторсырья, нефтеперерабатывающей отрасли — является первостепенной задачей. Наше предприятие производит широкий модельный ряд кавитационных гидродинамических установок, которые различаются производительностью и комплектацией для различных отраслей промышленности и производств.

Обзорная статья о применении кавитаторов

Основными факторами, определяющими ценность топлива является его теплотворная способность, определяемая количеством тепла, выделяющегося при полном сгорании единицы массы топлива, физическими свойствами рабочего тела, содержанием вредных примесей в продуктах сгорания. Одним из наиболее радикальных средств повышения эффективности работы теплоэнергетических установок является улучшение качественных характеристик топлива, позволяющих интенсифицировать процесс горения, получить от единицы массы топлива большее количество энергии. Особенно при использовании в дизельных двигателях и в котлоагрегатах использующих высоковязкие мазуты, получаемые из остаточных фракций нефтепереработки.

Улучшение энергетических и экологических показателей теплоэнергетических комплексов в основном достигается посредством усовершенствования процессов горения топлива. В мазуте, как конечном продукте нефтепереработки, сосредотачиваются наиболее тяжелые фракции углеводородов, продукты термического крекинга, окисления, полимеризации, коксования; балласт-негорючая часть, состоящая из минеральной массы, металлов, золы, механических примесей. В процессе крекинга остаточные фракции обедняются водородом, что приводит с снижению теплотворной способности, жаропроизводительности мазута. Качество мазута ухудшается во время транспортировки, при длительном хранении в емкостях мазут окисляется, полимеризуется, насыщается биологическими организмами, обводняется; вследствие химических реакций углеводороды мазута превращаются в твердые, выпадающие в осадок продукты.

Опыт эксплуатации котлоагрегатов на тяжелых сортах топлива показал полную зависимость их долговечной, надежной и эффективной. работы от качества подготовки топлива к сгоранию. Соединения, входящие в состав остаточных нефтяных топлив, асфальтенов, смол, желеобразных сгущений, имеют длинные, развитые молекулярные цепи, с невысокой стабильностью связей С- С, которые могут быть разорваны под воздействием высокочастотных колебаний и за счет массообменных процессов между слоями обрабатываемой среды.
После разрушении высокочастотными акустическими колебаниями длинных углеводородных молекул, образовавшиеся легкие активные радикалы интенсивно перемешиваются вихревым потоком в объеме обрабатываемой среды, вступают в реакцию с молекулами остаточных углеводородных фракций

Обзор Кавитаторов

В настоящее время в мире появилось множество устройств, позволяющих возбудить в жидкости процесс кавитации (образования полостей с отрицательным давлением). Все расчеты и практика показывают, что от величины кавитационной полости зависит скорость схлопывания, а значит и степень воздействия на жидкости, находящиеся в зоне схлопывания. Способов возбуждения кавитации в жидкостях всего четыре.

• С помощью ультразвуковых колебаний мембраны магнитостриктора. В зоне разряжения волны, образующейся от колебания мембраны тоже происходит образование кавитационных процессов.
• С помощью проточных труб с переменным сечением или специальными камерами завихрения (фьюсоник). Принцип таков, что при резком падении давления на границе перехода образуются кавитационные полости.
• С помощью вращения в протекающем потоке ротора (крыльчатки) определенного профиля.
• С помощью резкого разрыва потока жидкости механическим путем.

1. Магнитострикторы

Самым дорогостоящим и малопроизводительным является магнитостриктор из-за очень дорогостоящей электронно-силовой части, возбуждающей мембрану. В Японии и Швейцарии такие приборы применяют в фармацевтическом и парфюмерно-косметическом производстве. Стоимость таких устройств, с производительностью до 0,5 м3/час, может доходить до 2 000 000 Евро. Но при малой производительности и высокой стоимости такие устройства и малонадежны, и дороги в эксплуатации и ремонте.

2. Кавитаторы типа ФЬЮСОНИК

Такой аппарат представляет собой трубу переменного сечения, без движущихся частей, без двигателя и электроники. Такие аппараты производят наиболее слабое воздействие на обрабатываемую жидкость, за счет того, что:

• кавитация возникает не во всем объеме, жидкости
• невозможность постоянного поддержания оптимального режима работы — в зависимости от температуры, давления, вязкости и др. физико-химических параметров обрабатываемой жидкости
• добиться наиболее полного разрежения потока практически невозможно
• возможен эффект налипания мазута, что резко сказывается на качества и производительности
• требуется многократная обработка одного и того же объема жидкости для того, чтобы добиться более-менее однородной эмульсии.
• — большая дисперсность ВМЭ — 10 микрон

Эти недостатки не компенсируются такими преимуществами как:

• не содержит быстро изнашиваемых деталей, сальников, узлов вращения, не требуют обслуживания
• не критичны к температуре и выдерживают большое давление мазута и высокую температуру (до 20 атм. и до 150 град).
• более дешевые в изготовлении

Устройство некоторых кавитаторов типа Фьюсоник

         

 

                                       

Одна из разновидностей кавитаторов такого типа, это кавитаторы где ультразвуковые колебания в потоке жидкости возбуждаются вибрирующем в потоке с большой частотой телом. 

3. Лопастные кавитаторы

Представляют собой трубу в которой протекает жидкость, в жидкости вращается крыльчатка определенного профиля. Кавитация возникает за счет разрежения потока за лопастью. Кавитация более интенсивная по сравнению с кавитаторами типа ФЬЮСОНИК за счет многократности возникновения кавитации в единице объема.

— добиться наиболее полного разрежения потока практически невозможно
— кавитация возникает не во всем объеме, жидкости

4. Сирены гидродинамические

Представляют собой корпус с установленными в нем входным и выходным патрубками, в корпусе установлены концентрические ротор и статор с выполненными в них окнами. За счет того, что окна в статоре периодически открываются и закрываются происходит периодическое прерывание ВСЕГО потока жидкости, количество и размер окон подобраны таким образом, что происходит обработка ВСЕЙ жидкости.

Недостаток таких кавитаторов:
— абразивный износ рабочих поверхностей ротора и статора, в следствии чего требуется периодическая их замена,
— Невозможность технологически выполнить зазор между ротором и статором менее 0,1 мм.
Принцип работы рассмотрен ниже на примере нашего кавитатора.

5. Наши кавитаторы – дальнейшее развитие Гидродинамических сирен

Главная отличительная черта наших установок это конструкция рабочих частей (статора и ротора).

  Конструкция 
других производителей Наша конструкция

Наша конструкция позволяет без проблем выводить износ рабочих частей и регулировать зазор между статором и ротором без демонтажа установки.
Другие конструкции не позволяют ликвидировать износ в зазоре. Приходится менять сразу пару статор и ротор, что очень дорого и требует много времени.
Уплотнительный узел на наших установках кардинально отличается от других конструкций.

Регулировка зазора ∆ между статором и ротором.

От величины зазора ∆ между статором и ротором зависит интенсивность кавитационных процессов возникающих в каналах статора. В идеале, этого зазора не должно вообще существовать, чтобы не допустить перетеканий в зазоре.
Во время работы аппарата происходит изменение температуры рабочих частей и вала, что ведет к изменению величины зазора, что в свою очередь может привести к затиранию статора и ротора.
Данная конструкция позволяет оперативно производить регулировку зазора непосредственно на разогретой в процессе работы установке, и настраивать минимальный зазор.
1. Статор
2. Ротор
3. Корпус излучателя
4. Крышка корпуса
5. Корпус неподвижный
6. Корпус подвижный
7. Вал
8. Подшипник

  Регулировка зазора производится за счет перемещения подвижного корпуса в неподвижном по посадочным поверхностям посредством резьбы, нарезанной в корпусах. 

Принцип работы.

Поток жидкости при обработке проходит через вращающийся ротор и неподвижный статор установки.
Ротор, выполняет роль затвора, периодически прерывая поток, чем меньше зазор между ротором и статором, тем более герметичен затвор, интенсивнее обработка.
Основные процессы происходят в статоре.
Рассмотрим на примере изображений.

1. При совпадении окон ротора и статора поток движется через них с определенной скоростью. Скорость зависит от начального давления перед ротором (давления насоса).
2. При перекрытии ротором окна статора.
Происходит резкий разрыв потока. Но т.к. жидкость обладает массой то она не останавливается мгновенно, она продолжает свое движение растягиваясь. За счет этого снижается давление внутри ее. Происходит вскипание растворенных внутри жидкости газов и образование т.н. кавитационной полости. В определенный момент силы инерции жидкости сравниваются с результирующей силой атмосферного давления и силой разряжения внутри кавитационной полости

а,б,в рост кавитационной полости, уменьшение силы инерции, в – равновесие

 

  3. За точкой равновесия начинает происходить следующие процессы:
Сила инерции уменьшается до 0 (за счет торможения жидкости разрежением в кавитационной полости) и т.к. нет дополнительного подпора, то отрицательное давление внутри полости начинает превышать результирующую силу и происходит процесс схлопывания кавитационной полости (пузыря). Т.к. жидкость плохо сжимается и плохо растягивается, то при прекращении действия внешних сил (сил инерции), процесс схлопывания происходит очень интенсивно.

4. В момент завершения процесса схлопывания кавитационной полости происходит очередное совпадение окон ротора и статора и в полость ротора поступает очередная порция жидкости, тем самым в некоторой степени увеличивая скорость схлопывания. Дополнительно, в момент окончательного закрытия кавитационной полости встречаются 2 фронта жидкости: фронт схлопывания кавитационной полости и фронт движущейся жидкости, происходит гидроудар, дополнительно усиливающий интенсивность обработки.
а,б,в – схлопывание кавитационной полости рост скорости потока, г — гидроудар.

Во время приготовления эмульсии вода разбивается на капли размером 1-3 мкм, капли воды равномерно распределяются по всему объему топлива и становятся диполем. На этот диполь происходит налипание фрагментов углеводородных молекул и образуются мицеллы (шарик с каплей воды внутри). Именно наличие мицелл и объясняет стойкость эмульсии к расслоению. Капли воды не соединяются в более крупные из за наличия углеводородной оболочки, а оболочка не сходит с капли из за наличия в ней заряда.
В момент впрыска такой эмульсии в зону горения происходит следующее:
Мицелла попавшая в зону горения начинает нагреваться, температуры кипения воды и мазута существенно отличаются (воды 100 0С мазута порядка 300 0С), вода резко вскипает, мазут в это время остается пока еще в жидком состоянии и препятствует испарению капель воды. При достижении внутри мицеллы критического давления происходит микровзрыв (водяной пар разрывает свою оболочку и распыляет ее). Происходит многократное увеличение площади соприкосновения топлива с кислородом воздуха, это приводит к тому же эффекту что и распыление топлива при давлении на форсунках в 150-300 кг/см2. Вот и весь секрет процесса, вся экономия происходит только за счет более полного сгорания исходного мазута. И чем хуже настроен котел, чем хуже исходное топливо, тем больше получается экономия. И это не означает, что если в эмульсии содержание воды будет 10 %, то это прямо пропорционально ведет к экономии топлива в 10 %. В зависимости от множества факторов этот экономический эффект может составить 8-9 % и 18-20 % и 24-34 %. Эти данные из многолетнего опыта внедрения наших установок. Мы гарантируем экономию топлива 7-8 %, но это не значит, что она не может составить и 15 и 18 и 25 %. Еще раз повторюсь она зависит от множества факторов (настройки котла, горелок, качества исходного топлива, его калорийности и обводненности, температуры). Но одно могу сказать точно, эмульсия с содержанием даже 40 % воды будет гореть, что совершенно невозможно, в том случае, если вода будет просто водой составе топлива.
Кроме того во время горения эмульсии снижается температура отходящих газов (без снижения температуры в топке и производительности котла), это говорит об увеличении КПД самого котла.

Обзор кавитационного генератора тепла и его самостоятельное изготовление

Кавитационный теплогенератор пользуется популярностью в качестве экономичного отопительного оборудования. Кавитация – специфический эффект с образованием микропузырьков пара в зонах локального снижения давления рабочей жидкости. Процесс предусматривает воздействие насосного агрегата или звуковых колебаний.

Конструктивные особенности и принцип работы

На основе кавитационного теплогенератора механическая энергия движения воды (рабочей жидкости) преобразуется в тепло, которое используется для обогрева помещений любого назначения. Кавитация подразумевает образование пузырьков в жидкости, в результате разрушения которых вырабатывается тепловая энергия.

Принцип работы кавитатора:

• рабочий поток перемещается по устройству, в котором обеспечивается давление при помощи насоса,
• далее с повышением скорости происходит локальное снижение давления субстанции,
• в жидкости образуются свободные места, заполняемые пузырьками.

Впоследствии в центре камеры потоки перемешиваются, и происходит процесс кавитации: пузырьки схлопываются, в результате механическая энергия преобразуется в тепловой потенциал. Это объясняется тем, что при формировании вихревого потока кавитационные разрывы приводят к нагреву жидкой среды.

Возможности применения

Приборы кавитационного действия востребованы в различных отраслях, при этом в основном их применяют в качестве альтернативного вида отопительных установок для дома. Также оборудование находит применение и в других сферах:

• обогрев и очистка воды в бассейнах,
• очистка отложений внутри теплообменников,
• в промышленности.

В последнем случае, к примеру, при изготовлении бетона с высокими эксплуатационными характеристиками.

Отопление

Кавитационный прибор способствует преобразованию механической энергии перемещающейся воды в тепловой потенциал, который направляется на обогрев различных по назначению и масштабу зданий, включая частные домовладения и промышленные комплексы.

Кавитационный теплогенератор может быть использован при отоплении

Автономное нагревание воды для бытовых нужд

Генератор кавитационного тепла способен в полной мере обеспечить хозяйство горячей водой, которая подается в кухню, санузел, баню. Также оборудование находит применение при подготовке воды в бассейнах, прачечных и саунах, используется в автономном водопроводе.

Применение кавитации тепла в производстве

Приборы актуальны при необходимости качественного смешивания субстанций с разными параметрами плотности и применяются в лабораториях, производственных цехах и других объектах промышленности.

Разновидности

Кавитационные устройства делятся на следующие виды:

• роторные – вихревой кавитационный теплогенератор предусматривает видоизмененный центробежный насос, корпус которого представляет собой статор с входящей и выходящей трубой. Основной рабочий орган прибора – камера с подвижным ротором, который вращается по типу колеса,
• статические – в приборе отсутствуют вращающиеся детали, для кавитации применяют конструкцию из сопел с мощным центробежным насосом,
• трубчатые – в конструкции предусмотрены продольно расположенные трубки. КПД трубчатых теплогенераторов кавитации отличается высокими показателями,
• ультразвуковые – эффект кавитации обеспечивается при помощи ультразвуковых волн.

Кавитационный теплогенератор вихревой

КПД ультразвукового оборудования невероятно высок.

Принцип работы роторных генераторов

Пожалуй, к самым продуктивным моделям относится конструкция Григгса, в которой ротор в форме диска располагает поверхностью с многочисленными глухими отверстиями определенного диаметра и глубины. Статор представлен в виде цилиндра с запаянными концами, в котором вращается ротор. Между роторным диском и стенками статора есть зазор величиной около 1,5 мм. В ячейках устройства обеспечивается возникновение завихрений для образования кавитационных полостей. Количество ячеек определяется частотой вращения ротора.

Как отмечают специалисты, для эффективности работы прибора применяется ротор с поперечным размером от 30 см со скоростью вращения 3 000 оборотов/мин. При меньшем диаметре требуется увеличить параметры оборотов.

Особенности роторных теплогенераторов кавитационного действия:

• присутствует значительный уровень шума,
• КПД устройства не впечатляет,
• непродолжительный срок службы,
• показатели производительности на 25% выше, чем у статических моделей.

При эксплуатации роторной установки требуется отработка четкого действия всех элементов, в том числе и балансировка цилиндра. Также необходимо своевременно менять исчерпавшие свой потенциал изоляционные материалы для уплотнения вала.

Принцип работы статического теплогенератора

Кавитация предполагает высокую скорость перемещения рабочей жидкости при помощи мощного мотора центробежного типа. Так как dвыхода сопла значительно меньше, чем параметры противоположного конца, увеличивается скорость перемещения субстанции, и возникают кавитационные эффекты.

Статические кавитаторные приборы располагают массой преимуществ:

• не требуется балансировка и точная подгонка деталей,
• уплотнители изнашиваются меньше, чем в роторной модели, так как здесь отсутствуют подвижные детали,
• продолжительность срока службы статического кавитатора около 5 лет, что значительно больше, чем у предыдущего варианта прибора.

При необходимости производится замена сопла, для чего понадобится относительно небольшой расход времени и сил, тогда как в случае с роторным прибором придется воссоздать его заново, если оборудование выйдет из строя.

Трубчатые тепловые генераторы: устройство и принцип работы

В этой модели кавитационное тепло вырабатывается благодаря продольному расположению трубок:

• помпа способствует нагнетанию давления во входящую камеру, и рабочая субстанция направляется через трубки. При этом на входе образуются пузырьки,
• при попадании во вторую камеру, где установлено высокое давление, пузырьки разрушаются, в процессе образуется тепловой потенциал.

Трубчатый тепловой генератор

Выработанная таким способом энергия направляется вместе с паром на отопление дома. Как утверждают производители трубчатых теплогенераторов кавитации, как и специалисты в сфере климатического оборудования, эта модель отличается высокими показателями КПД.

Особенности ультразвуковых генераторов кавитационного действия

В установке создаются ультразвуковые волны, благодаря которым образуется кавитационное тепло. Для этого применяется кварцевая пластина, на ее основе под воздействием электрического тока создаются звуковые колебания. Они направляются на вход, впоследствии чего образуется вибрация. На обратной фазе звуковых волн возникают участки разряжения и наблюдается эффект кавитации. Принцип работы ультразвукового кавитатора предполагает минимальные потери энергии и практическое отсутствие трения. Всем этим обуславливается исключительно высокий КПД ультразвукового оборудования.

Плюсы и минусы

Основным достоинством кавитационного теплогенератора считается экономичность работы отопительного устройства. Также среди плюсов отмечают следующие факторы:

• высокий уровень производительности прибора,
• возможность самостоятельного изготовления и монтажа,
• оборудование можно установить без разрешительных документов.

Среди недостатков выделяют:

• необходимо обустроить отдельное помещение под котельную,
• достаточно высокий уровень шума при работе прибора.

Нельзя забывать, что оборудование занимает много места.

Критерии выбора

При выборе устройства кавитации учитывают следующие моменты:

1. Важно подобрать конструкцию в соответствии с условиями эксплуатации. Следует учесть масштабы отапливаемого пространства, возможности теплоизоляции помещений, климатические особенности местности в межсезонье и зимой.
2. Стоит решить вопросы комплектации при приобретении стандартного оборудования. В этом случае, желательно, чтобы изделие было укомплектовано датчиками защиты и приборами контроля тепла. Оптимальный вариант – приобретение техники с автоматическим блоком контроля и управления, также стоит заказать услугу «монтаж под ключ».
3. В случае приобретения оборудования по отдельным элементам, необходимо четко знать все особенности каждого компонента системы.

Если планируется самостоятельное изготовление, важно тщательно изучить схемы и вооружиться рекомендациями специалистов, далее приступают к выбору модели.

Популярные модели

Отечественными производителями предлагаются модели кавитаторов гидроударного и электрогидроударного типа. Линейка включает в себя агрегаты небольшой мощности.

ВТГ-2.2

Оборудование представляет собой прибор малой мощности, который подходит для отопления сооружения объемом до 90 м³. Стоимость продукции варьируется в пределах 32-35 т. р.

ВГТ-30

Агрегат средней мощности, разработан для обогрева зданий объемом до 1400 м³. Требуется комплектация в виде шкафа управления. Цена изделия – около 150 000 р.

ИТПО

Продукция ижевских производителей, как заявляют поставщики кавитаторов, располагает КПД до 150%. Несмотря на высокий диапазон стоимости, модель привлекает внимание широкой аудитории потребителей.

Как изготовить кавитационные теплогенераторы своими руками?

Оборудование представляет собой простое устройство, что позволяет при необходимости самостоятельно изготовить конструкцию.

Необходимые инструменты и материалы:

• манометры – для контроля давления на входе/выходе,
• термометры – для измерения температуры рабочей жидкости при входе/выходе,
• гильзы под термометры.

Также нужны патрубки с кранами – входные и для выхода.

Особенности выбора насоса

Параметры насоса должны соответствовать специфическим требованиям. Так, нужен агрегат с возможностью работы с высокотемпературными субстанциями. Также учитывается способность прибора создавать необходимое рабочее давление – при входе жидкости достаточно давления в 4 атмосферы, для увеличения скорости нагрева требуется показатель до 12 атмосфер.

Изготовление кавитационной камеры

В самодельных приборах кавитации чаще всего предусматривается вариант в виде сопла Лаваля. Выбирая размер сечения проходного канала, стоит учитывать, что требуется обеспечение максимального перепада давления рабочей субстанции. Для этого подбирают модель наименьшего диаметра, в результате получается достаточно активный процесс кавитации. Приемлемым считается d9-16 мм, при меньшем сечении уменьшается интенсивность водного потока, что приводит к смешиванию жидкости с холодными массами. Применение сопла с маленьким отверстием также чревато следующими последствиями:

• увеличивается число воздушных пузырьков. В результате наблюдается усиление шума при работе оборудования,
• есть риск образования пузырьков уже в камере насоса, что может стать причиной его быстрого выхода из строя.

В зависимости от параметров установки выбирают сопла цилиндрической формы, закругленного или конусного профиля. Главное – необходимо обеспечить образование вихревого процесса уже на начальном этапе входа рабочей субстанции в сопло.

Особенности изготовления водяного контура

При самостоятельном конструировании прибора предварительно выполняют схему: определяют протяженность контура, уточняют особенности модели и переносят все это мелом на пол.

Конструкция представляет собой изогнутую трубу, которая присоединяется к выходу камеры, далее рабочая среда снова подается на вход.Субстанцияв контур поступает по направлению против часовой стрелки. Контур снабжается двумя манометрами и парой гильз с термометрами. Модель дополняет вентиль для сбора воздуха. Для регулирования давления вентиль устанавливается между входом и выходом.

Испытание генератора

После установки оборудования и подключения радиаторов к системе отопления насосное устройство включают в сеть и запускают двигатель. При исправной работе конструкции подается необходимое количество воды. Показание манометров давления жидкой среды регулируют при помощи вентиля, учитывая, что требуется разница в диапазоне 8-12 атмосфер. После пуска рабочей жидкости наблюдают параметры температуры: корректным считается нагревание 3-5°C/10 минут. С учетом, что система и насос запитаны 15 л воды, за небольшой отрезок времени нагрев достигнет 60°C. Это хороший результат для эффективной работы отопительного оборудования.

Отопительное оборудование кавитационного типа – экономичный прибор, который способен обогреть помещение за короткий промежуток времени. Производители предлагают различные модели устройства, при необходимости несложно изготовить конструкции самостоятельно с учетом особенностей обустраиваемой площади.

Гидродинамические кавитаторы

Гидродинамические кавитаторы обеспечивают интенсивное вихреобразование и кавитацию, многократную перестройку поля скоростей и изменение направления линий тока потока жидкости и смешиваемых компонентов.

Гидродинамические кавитаторы имеют небольшие габариты при высокой производительности. Отличительные особенности данного типа оборудования — это обеспечение непрерывности химико-технологического процесса и его высокая интенсификация, возможность реализации значительных величин деформаций и напряжений сдвига, интенсивное гидродинамическое и кавитационное воздействие, что обусловливает высокое качество смешения компонентов, интенсификацию диффузионных процессов, простоту и надежность аппаратурного оформления. Экономическая эффективность применения гидродинамических кавитаторов обеспечивается низкой металлоемкостью оборудования, невысокими трудозатратами по обслуживанию и эксплуатации по сравнению с емкостной перемешивающей аппаратурой. Гидродинамические кавитаторы используются для обработки, как правило, гомогенных жидкостей на микро- и наноуровне.

 

Гидродинамические кавитаторы обладают следующими преимуществами:

• простота конструкции и легкость изготовления узлов и деталей;
• отсутствие движущихся деталей и уплотняемых подвижных соединений;
• отсутствие застойных зон;
• легкость обслуживания;
• высокая прочность и герметичность;
• возможность работы при больших давлениях и температурах;
• возможность работы со взрыво- пожароопасными и токсичными жидкостями;
• высокая производительность при малом рабочем объеме;
• возможность использования для обработки жидкостей широкого диапазона вязкостей.

Фотографии оборудования

• Нажмите, чтобы открыть изображение! Нажмите, чтобы открыть изображение!
• Нажмите, чтобы открыть изображение! Нажмите, чтобы открыть изображение!
• Нажмите, чтобы открыть изображение! Нажмите, чтобы открыть изображение!
• Нажмите, чтобы открыть изображение! Нажмите, чтобы открыть изображение!
• Нажмите, чтобы открыть изображение! Нажмите, чтобы открыть изображение!
• Нажмите, чтобы открыть изображение! Нажмите, чтобы открыть изображение!
•  

Для справки «Что такое кавитация.pdf»

---

Описание

Статические гидродинамические смесители

Статические гидродинамические кавитаторы применяются для интенсификации процессов приготовления различных композиций в химической, нефтехимической, пищевой, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности. Принцип работы таких смесителей основан на нестационарности потоков жидкости и на активных гидродинамических эффектах воздействия на обрабатываемые вещества. Статические гидродинамические кавитаторы предназначены для структурных преобразований жидкости с целью изменения ее физико-химических параметров, интенсификации массообменных и гидромеханических процессов. Обработка жидкости в кавитаторе осуществляется за счет импульсного многофакторного воздействия: вихреобразования, микромасштабных пульсаций давления, интенсивной кавитации, ударных волн и нелинейных гидроакустических эффектов. Кавитатор осуществляет преобразование энергии низкой концентрации в энергию высокой локальной концентрации в неустойчивых точках структуры вещества. Пространственная и временная концентрация энергии позволяет получить большую мощность импульсного энергетического воздействия, совершить энергетическую накачку, высвободить внутреннюю энергию вещества, инициировать многочисленные квантовые, каталитические, цепные, самопроизвольные, лавинообразные и другие энергонасыщенные процессы.

Конструкции гидродинамических кавитаторов обеспечивают многократную перестройку поля скоростей и изменение направления линий тока потока жидкости и смешиваемых компонентов. Статические гидродинамические кавитаторы имеют небольшие габариты при высокой производительности. Отличительные особенности данного типа оборудования — это обеспечение непрерывности химико-технологического процесса и его высокая интенсификация, возможность реализации значительных величин деформаций и напряжений сдвига, интенсивное гидродинамическое и кавитационное воздействие, что обусловливает высокое качество смешения компонентов, интенсификацию диффузионных процессов простоту и надежность аппаратурного оформления. Экономическая эффективность применения гидродинамических кавитаторов обусловлена низкой металлоемкостью оборудования, невысокими трудозатратами по обслуживанию и эксплуатации по сравнению с емкостной перемешивающей аппаратурой.

Распространёнными элементами для создания неустойчивости в потоке жидкости в конструкциях статических кавитаторов являются винтовые элементы или тангенциальный ввод потока жидкости в рабочую камеру. В соответствии с законом сохранения энергии, жидкость стремится пройти рабочую камеру по наименьшему пути. Этому препятствуют винтовые направляющие, что приводит к повышению сдвиговых усилий в потоке, срыву вихрей при обтекании верхней части потока жидкости спиральной навивки и ее турбулизации. Для осуществления процесса гомогенизации смешиваемым компонентам достаточно один раз пройти по трубе с винтовыми элементами. Винтовые элементы способствуют завихрению всего потока жидкости, протекающего через смеситель, и усиливают кавитационные и вихревые эффекты (рис. 1, рис. 2).

Рис. 1. Схема  гидродинамического смесителя (а),  конструкция (б) и схемы  установки (в, г) смесительных элементов.

D— диаметр канала; L — длина элемента; α — угол закрутки спирали; β — угол контакта торцовых кромок; S — расстояние между соседними элементами.

Рис. 2. Винтовые элементы расположены на поверхности центральной трубы или вала.

Эффективными элементами статических кавитаторов являются перегородки с отверстием (отверстиями). Перегородка может быть выполнена в форме диска, в котором имеются несколько каналов для прохождения жидкости (рис. 3). Каналы равномерно распределены на рабочей поверхности диска и могут иметь различную форму и различный размер.

Рис. 3. Перегородки с каналами различной формы поперечного сечения: a — каналы цилиндрической формы;

б — каналы формы эллипса; в — каналы прямоугольной формы;

г — каналы треугольной формы.

При прохождении жидкости через отверстия в диске в потоке жидкости возникают вихреобразования, отрывные течения и кавитация. Данные эффекты воздействуют на частицы жидкости и способствуют их интенсивному дроблению и гомогенизации, срыву пограничных слоев на частицах.

Перемешивание жидкостей может быть также достигнуто за счет создания резкого расширения или сужения канала (рис. 4), т. е. за счет изменения размеров и конфигураций отверстий, вызывающих изменение скорости потока рабочей среды и возникновение мощного вихреобразования.

Рис. 4. Каналы с диффузорами и конфузорами:

1 – сужение канала; 2 – расширение канала.

При прохождении жидкости через сужение канала, а затем через расширение в канале, в потоке жидкости возникают вихреобразования, отрывные течения и кавитация. Перечисленные эффекты воздействуют на частицы жидкости и способствуют их интенсивному дроблению и гомогенизации, срыву пограничных слоев на частицах.

Поток жидкости и смешиваемые компоненты, обтекая неподвижные элементы, непрерывно разделяются на несколько потоков, увеличивая тем самым поверхность раздела компонентов и их дисперсность (рис. 5).

Рис. 4. Различные формы обтекаемых элементов:

а — сферическая, б — овальная, в – полусферическая,

г – прямоугольная, д – конусообразная.

 

Форма обтекаемых или плохо обтекаемых элементов вынуждает потоки жидкостей двигаться с различными скоростями, возрастающими по мере удаления от поверхности этих элементов, что приводит к относительному движению слоев, вихреобразованию и кавитации.

При резком увеличении проходного сечения, изменении направления движения потока, его вихревом характере, возникают условия для возникновения и роста кавитационных пузырьков. При захлопывании кавитационных пузырьков они распадаются на отдельные деформированные пузырьки. Давление и температура парогазовой смеси в образовавшихся деформированных пузырьках повышены. В зоне локального понижения давления в потоке жидкости они легко расширяются и становятся новыми зародышами кавитации, менее прочными, чем постоянно имеющиеся в жидкости. Кавитационные полости, возникшие на этих зародышах, порождают новые. Внутри кавитационной области идет непрерывный процесс размножения и коагуляции кавитационных пузырьков, причем кавитационный порог несколько уменьшается, так как роль кавитационных зародышей начинают выполнять равновесные пузырьки, объем и газосодержание у которых больше, чем у зародышей кавитационных пузырьков.

Кавитационные пузырьки по ходу движения потока жидкости пульсируют и схлопываются создавая микромасштабные пульсации и выбросы кумулятивных струек, воздействуя на частицы обрабатываемой жидкости и на жидкость в целом, интенсифицируя тепло- и массообменные процессы и осуществляя деструкцию веществ.

 

ПРИМЕР ЛИНИЙ ТОКА ЖИДКОСТИ ДЛЯ СТАТИЧЕСКОГО ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО СМЕСИТЕЛЯ

 

 

Основные характеристики гидродинамических кавитаторов

Обрабатываемая (основная) жидкость	Вода, нефть, нефтепродукты, растительные масла, водные растворы кислот, щелочей и др. веществ, смеси жидкостей.
Плотность обрабатываемой жидкости, кг/ м3	500-1200
Кинематическая вязкость обрабатываемой жидкости, сСт	0.1-20
Массовая доля твердых частиц в обрабатываемой жидкости, %, не более	20
Размер твердых частиц, мм, не более	1
Температура обрабатываемой жидкости, оС	От — 10 до + 200
Давление на входе, МПа	от 0,5 до 3,2
Потери давления, МПа	0,4 – 3,1
Условный проход входного и выходного патрубков, мм	Ду 15 – Ду 80
Условный проход патрубка ввода дополнительных жидких компонентов, мм	Ду 10 – Ду 25
Присоединительные размеры, НД	ГОСТ 33259-2015, ГОСТ 6357-81, ASME B16.5
Средний срок службы, лет	10-30

 

 

Кавитационный теплогенератор своими руками чертежи устройство

Для отопления помещений или нагрева жидкостей зачастую применяются классические приспособления – тэны, камеры сгорания, нити накаливания и т.д. Но наряду с ними применяются устройства с принципиально иным типом воздействия на теплоноситель. К таким устройствам относится кавитационный теплогенератор, работа которого заключается в формировании пузырьков газа, за счет которых и возникает выделение тепла.

Устройство и принцип работы

Принцип действия кавитационного теплогенератора заключается в эффекте нагрева за счет преобразования механической энергии в тепловую. Теперь более детально рассмотрим само кавитационное явление. При создании избыточного давления в жидкости возникают завихрения, из-за того, что давление жидкости больше чем у содержащегося в ней газа, молекулы газа выделяются в отдельные включения – схлопывание пузырьков. За счет разности давления вода стремиться сжать газовый пузырь, что аккумулирует на его поверхности большое количество энергии, а температура внутри достигает порядка 1000 — 1200ºС.

При переходе кавитационных полостей в зону нормального давления пузырьки разрушаются, и энергия от их разрушения выделяется в окружающее пространство. За счет чего происходит выделение тепловой энергии, а жидкость нагревается от вихревого потока. На этом принципе основана работа тепловых генераторов, далее рассмотрите принцип работы простейшего варианта кавитационного обогревателя.

Простейшая модель

Посмотрите на рисунок 1, здесь представлено устройство простейшего кавитационного теплогенератора, который заключается в нагнетании насосом воды к месту сужения трубопровода. При достижении водяным потоком сопла давление жидкости значительно возрастает и начинается образование кавитационных пузырьков. При выходе из сопла пузырьки выделяют тепловую мощность, а давление после прохождения сопла значительно снижается. На практике может устанавливаться несколько сопел или трубок для повышения эффективности.

Идеальный теплогенератор Потапова

Идеальным вариантом установки считается теплогенератор Потапова, который имеет вращающийся диск (1) установленный напротив стационарного (6). Подача холодной воды осуществляется с трубы расположенной внизу (4) кавитационной камеры (3), а отвод уже нагретой с верхней точки (5) той же камеры. Пример такого устройства приведен на рисунке 2 ниже:

Рис. 2: кавитационный теплогенератор Потапова

Но широкого распространения устройство не получило из-за отсутствия практического обоснования его работы.

Основная задача кавитационного теплогенератора – образование газовых включений, а от их количества и интенсивности будет зависеть качество нагрева. В современной промышленности существует несколько видов таких теплогенераторов, отличающихся принципом выработки пузырьков в жидкости. Наиболее распространенными являются три вида:

• Роторные теплогенераторы – рабочий элемент вращается за счет электропривода и вырабатывает завихрения жидкости;
• Трубчатые – изменяют давление за счет системы труб, по которым движется вода;
• Ультразвуковые – неоднородность жидкости в таких теплогенераторах создается за счет звуковых колебаний низкой частоты.

Помимо вышеперечисленных видов существует лазерная кавитация, но промышленной реализации этот метод еще не нашел. Теперь рассмотрим каждый из видов более детально.

Роторный теплогенератор

Состоит из электрического двигателя, вал которого соединен с роторным механизмом, предназначенным для создания завихрений в жидкости. Особенностью роторной конструкции является герметичный статор, в котором и происходит нагревание. Сам статор имеет цилиндрическую полость внутри – вихревую камеру, в которой происходит вращение ротора. Ротор кавитационного теплогенератора представляет собой цилиндр с набором углублений на поверхности, при вращении цилиндра внутри статора эти углубления создают неоднородность в воде и обуславливают протекание кавитационных процессов.

Рис. 3: конструкция генератора роторного типа

Количество углублений и их геометрические параметры определяются в зависимости от модели вихревого теплогенератора. Для оптимальных параметров нагрева расстояние между ротором и статором составляет порядка 1,5мм. Данная конструкция является не единственной в своем роде, за долгую историю модернизаций и улучшений рабочий элемент роторного типа претерпел массу преобразований.

Одной первых эффективных моделей кавитационных преобразователей был генератор Григгса, в котором использовался дисковый ротор с несквозными отверстиями на поверхности. Один из современных аналогов дисковых кавитационных теплогенераторов приведен на рисунке 4 ниже:

Рис. 4: дисковый теплогенератор

Несмотря на простоту конструкции, агрегаты роторного типа достаточно сложные в применении, так как требуют точной калибровки, надежных уплотнений и соблюдения геометрических параметров в процессе работы, что обуславливает трудности их эксплуатации. Такие кавитационные теплогенераторы характеризуются достаточно низким сроком службы – 2 — 4 года из-за кавитационной эрозии корпуса и деталей. Помимо этого они создают достаточно большую шумовую нагрузку при работе вращающегося элемента. К преимуществам такой модели относится высокая продуктивность – на 25% выше, чем у классических нагревателей.

Трубчатые

Статический теплогенератор не имеет вращающихся элементов. Нагревательный процесс в них происходит за счет движения воды по трубам, сужающимся по длине или за счет установки сопел Лаваля. Подача воды на рабочий орган осуществляется гидродинамическим насосом, который создает механическое усилие жидкости в сужающемся пространстве, а при ее переходе в более широкую полость возникают кавитационные завихрения.

В отличии от предыдущей модели трубчатое отопительное оборудование не производит большого шума и не изнашивается так быстро. При установке и эксплуатации не нужно заботиться о точной балансировке, а при разрушении нагревательных элементов их замена и ремонт обойдутся куда дешевле, чем у роторных моделей. К недостаткам трубчатых теплогенераторов относят значительно меньшую производительность и громоздкие габариты.

Ультразвуковые

Данный тип устройства имеет камеру-резонатор, настроенную на определенную частоту звуковых колебаний. На ее входе устанавливается кварцевая пластина, которая производит колебания при подаче электрических сигналов. Вибрация пластины создает волновой эффект внутри жидкости, который достигая стенок камеры-резонатора и отражается. При возвратном движении волны встречаются с прямыми колебаниями и создают гидродинамическую кавитацию.

Рис. 5: принцип работы ультразвукового теплогенератора

Далее пузырьки уносятся водным потоком по узким входным патрубкам тепловой установки. При переходе в широкую область пузырьки разрушаются, выделяя тепловую энергию. Ультразвуковые кавитационные генераторы также обладают хорошими эксплуатационными показателями, так как не имеют вращающихся элементов.

Применение

В промышленности и в быту кавитационные теплогенераторы нашли реализацию в самых различных сферах деятельности. В зависимости от поставленных задач они применяются для:

• Отопления – внутри установок происходит преобразование механической энергии в тепловую, благодаря чему нагретая жидкость двигается по системе отопления. Следует отметить, что кавитационные теплогенераторы могут отапливать не только промышленные объекты, но и целые поселки.
• Нагревание проточной воды – кавитационная установка способна быстро нагревать жидкость, за счет чего может легко заменять газовую или электрическую колонку.
• Смешение жидких веществ – за счет разрежения в слоях с получением мелких полостей такие агрегаты позволяют добиться надлежащего качества перемешивания жидкостей, которые естественным образом не совмещаются из-за разной плотности.

Плюсы и минусы

В сравнении с другими теплогенераторами, кавитационные агрегаты отличаются рядом преимуществ и недостатков.

К плюсам таких устройств следует отнести:

• Куда более эффективный механизм получения тепловой энергии;
• Расходует значительно меньше ресурсов, чем топливные генераторы;
• Может применяться для обогрева как маломощных, так и крупных потребителей;
• Полностью экологичен – не выделяет в окружающую среду вредных веществ во время работы.

К недостаткам кавитационных теплогенераторов следует отнести:

• Сравнительно большие габариты – электрические и топливные модели имеют куда меньшие размеры, что немаловажно при установке в уже эксплуатируемом помещении;
• Большая шумность за счет работы водяного насоса и самого кавитационного элемента, что затрудняет его установку в бытовых помещениях;
• Неэффективное соотношение мощности и производительности для помещений с малой квадратурой (до 60м 2 выгоднее использовать установку на газу, жидком топливе или эквивалентной электрической мощности с нагревательным тэном).

КТГ своими руками

Наиболее простым вариантом для реализации в домашних условиях является кавитационный генератор трубчатого типа с одним или несколькими соплами для нагревания воды. Поэтому разберем пример изготовления именно такого устройства, для этого вам понадобится:

• Насос – для нагревания обязательно выбирайте тепловой насос, который не боится постоянного воздействия высоких температур. Он должен обеспечивать рабочее давление на выходе в 4 – 12атм.
• 2 манометра и гильзы для их установки – размещаются с двух сторон от сопла для измерения давления на входе и выходе из кавитационного элемента.
• Термометр для измерения величины нагрева теплоносителя в системе.
• Клапан для удаления лишнего воздуха из кавитационного теплогенератора. Устанавливается в самой верхней точке системы.
• Сопло – должно иметь диаметр проходного отверстия от 9 до 16мм, делать меньше не рекомендуется, так как кавитация может возникнуть уже в насосе, что значительно снизит срок его эксплуатации. По форме сопло может быть цилиндрическим, коническим или овальным, с практической точки зрения вам подойдет любое.
• Трубы и соединительные элементы (радиаторы отопления при их отсутствии ) – выбираются в соответствии с поставленной задачей, но наиболее простым вариантом являются пластиковые трубы под пайку.
• Автоматика включения/отключения кавитационного теплогенератора – как правило, подвязывается под температурный режим, устанавливается на отключение примерно при 80ºС и на включение при снижении менее 60ºС. Но режим работы кавитационного теплогенератора вы можете выбрать самостоятельно.

Рис. 6: схема кавитационного теплогенератора

Перед соединением всех элементов желательно нарисовать схему их расположения на бумаге, стенах или на полу. Места расположения необходимо размещать вдали от легковоспламеняемых элементов или последние нужно убрать на безопасное расстояние от системы отопления.

Соберите все элементы, как вы изобразили на схеме, и проверьте герметичность без включения генератора. Затем опробуйте в рабочем режиме кавитационного теплогенератора, нормальным нарастанием температуры жидкости считается 3- 5ºС за одну минуту.

Хозяева частных домов всячески стремятся сэкономить на отоплении, которое год от года требует немалых затрат. С целью создания обогревательных экономных систем в жилых, производственных, общественных помещениях разрабатываются и применяются на практике различные схемы по выработке выгодной тепловой энергии. Для этих целей подходит кавитационный теплогенератор.

Вихревое устройство: общее понятие

Подобная установка конструктивно достаточно проста. Она используется для эффективного и выгодного отопления здания с минимальными финансовыми затратами. Экономичность обуславливается специальным нагревом воды через кавитацию. Такой метод заключается в создании мелких пузырьков из пара в зоне сниженного давления рабочей жидкости, которое обеспечивается специальными звуковыми колебаниями, функционированием насоса.

Кавитационный нагреватель справляется с переработкой механической энергии в тепловой поток, что немаловажно для промышленных объектов. В них нагревательные элементы периодически выходят из строя, поскольку функционируют с жидкостями большой разности по температуре.

Именно такие кавитаторы выступают надежной заменой устройствам, работа которых зависит от твердых видов топлива.

В этом видео вы узнаете, как устроен теплогенератор:

Кавитационные генераторы: преимущества

Такие установки нашли широкое применение в бутовых условиях и на производстве. Причиной тому выступают следующие факторы, их характеризующие:

• ценовая доступность;
• экономичность отопительной системы;
• возможность создания конструкции своими руками;
• высокий КПД обогрева.

Правила эксплуатации гласят, что нельзя устанавливать вихревые изделия внутри жилого помещения из-за создания высокоуровневого шума. Оптимальным вариантом станет обустройство отдельной хозпостройки, котельной.

К недостаткам относятся довольно большие размеры готового к эксплуатации обогревателя. Также отмечается чрезмерная мощность для частного дома, коттеджа, возможная сложность приобретения материалов, которые понадобятся в случае самостоятельного изготовления кавитатора.

Строение нагревателя и принцип работы

Кавитационное отопление характеризуется образованием пузырьков из пара в рабочей жидкости. В результате такого действия давление постепенно снижается благодаря высокой скорости потока. Следует отметить, что необходимое парообразование задается специальным излучением лазерных импульсов либо акустикой, заданной определенными звуками. Воздушные области закрытого типа смешиваются с водяной массой, после чего поступают в зону большого давления, где вскрываются и излучают ожидаемую ударную волну.

Оборудование кавитационного типа отличается способом функционирования. Схематично оно выглядит так:

1. Водяной поток перемещается по кавитатору, в котором с помощью циркуляционного насоса обеспечивается рабочее давление, поступающее в рабочую емкость.
2. Далее в таких емкостях повышается скорость, соответственно, и давление жидкости посредством установленных по чертежам трубок.
3. Потоки, достигая центральной части камеры, перемешиваются, в результате чего и образуется кавитация.
4. В результате описанного процесса пузырьки пара не увеличиваются в размерах, отсутствует их взаимодействие с электродами.
5. После этого вода перемещается в противоположную часть емкости и возвращается для совершения нового круга.
6. Нагревание обеспечивается передвижением и расширением жидкости в месте выхода из сопла.

Из работы вихревой установки видно, что ее конструкция незамысловата и проста, но при этом обеспечивает быстрый и выгодный обогрев помещения.

Типы обогревателей

Кавитационный котел отопления относится к одному из распространенных типов обогревателей. Наиболее востребованные из них:

1. Роторные установки, среди которых особого внимания заслуживает устройство Григгса. Суть его действия основана на центробежном насосе роторного действия. Внешне описываемая конструкция напоминает диск с несколькими отверстиями. Каждая такая ниша называется ячейкой Григгса, их количество и функциональные параметры взаимозависимы с частотой вращения привода, типом применяемой генераторной установки. Рабочая жидкость подогревается в пространстве между ротором и статором из-за быстрого перемещения по дисковой поверхности.
2. Статические обогреватели. Котлы лишены каких-либо передвигающихся деталей, кавитация в них обеспечивается за счет специальных элементов Лаваля. Установленный в отопительную систему насос задает необходимое давление воды, которая начинает быстро передвигаться и подогреваться. За счет узких отверстий в соплах жидкость перемещается в ускоренном режиме. Из-за ее быстрого расширения достигается необходимая для обогрева кавитация.

Выбор того или иного нагревателя зависит от потребностей человека. Следует учитывать, что роторный кавитатор более производителен, к тому же он отличается меньшими размерами.

Особенность статического агрегата заключается в отсутствии вращающихся деталей, чем и обуславливается его продолжительный эксплуатационный срок. Длительность работы без технического обслуживания достигает 5 лет. Если же сломается сопло, его без труда можно заменить, что стоит гораздо дешевле в сравнении с приобретением нового рабочего элемента в роторную установку.

Самостоятельное изготовление оборудования

Создать кавитатор своими руками вполне реально, но предварительно стоит ознакомиться со схематическими особенностями, точными чертежами агрегата, понять и подробно изучить принцип, по которому он действует. Наиболее простой моделью принято считать ВТГ Потапова с показателем КПД в 93%. Схематически теплогенератор довольно прост, будет уместен в быту и промышленном применении.

Приступая к сборке агрегата, необходимо подобрать в систему насос, который должен полностью соответствовать требованиям мощности, необходимой тепловой энергии. В большинстве своем описываемые генераторы по форме напоминают сопло, такие модели самые удобные и простые для домашнего применения.

При собственноручном создании теплогенератора не забываем нужные зап.части, например, гильзы

Создание кавитатора невозможно без предварительной подготовки определенных инструментов и приспособлений. К ним относятся:

• патрубки входного и выходного типа, оснащенные краниками;
• манометры, измеряющие давление;
• термометр, без которого невозможно произвести замер температуры;
• гильзы, которыми дополняются термометры;
• вентили, с помощью которых из всей отопительной системы устраняются воздушные пробки.

Специалисты рекомендуют следить за диаметральным показателем сечения отверстия, которое присутствует между конфузором и диффузором. Оптимальные пределы варьируются от 8 до 15 единиц, выход за эти рамки нежелателен.

Последовательность конструирования кавитационного теплогенератора своими руками представлена следующими действиями:

1. Выбор насоса, который предназначен для эксплуатации с жидкостями высоких температур. В противном случае он быстро выйдет из строя. К такому элементу предъявляется обязательное требование: создание давления от 4 атмосфер.
2. Выполнение емкости для кавитации. Главным условием выступает подбор необходимого по сечению проходного канала.
3. Выбор сопла с учетом особенностей конфигурации. Такая деталь может быть цилиндрического, конусообразного, округлого типа. Важно, чтобы на входе воды в емкость развивался вихревой процесс.
4. Подготовка внешнего контура — немаловажная процедура. Он представляет собой изогнутую трубку, которая отходит от кавитационной камеры. Далее она соединяется с двумя гильзами от термометра и двумя манометрами, а также с воздушным вентилем, помещенным в пространство между выходом и входом.

Когда закончена работа с корпусом, следует поэкспериментировать с обогревателем. Процедура заключается в подведении насосной установки к электросети, при этом радиаторы подключаются с обогревательной системой. Следующий шаг — включение сети.

Должен осуществляться строгий контроль показателей манометров. Разница между цифрами на входе и выходе должна колебаться в пределах 8-12 атмосфер.

Если конструкция работает исправно, в нее подается необходимое количество воды. Хороший показатель — подогрев жидкости на 3-5 градусов за 10-15 минут.

Нагреватель кавитационного типа представляет собой выгодную установку, за короткое время обогревает здание, к тому же максимально экономичен. При желании он легко конструируется в домашних условиях, для чего понадобятся доступные и недорогие приспособления.

Плотно занимаясь вопросами утепления и отопления дома, мы часто сталкиваемся с тем, что появляются какие-то чудо-приборы или материалы, которые позиционируются как прорыв века. При дальнейшем изучении оказывается, что это очередная манипуляция. Яркий тому пример кавитационный теплогенератор. В теории все получается очень выгодно, но пока на практике (в процессе полноценной эксплуатации) доказать эффективность прибора не удалось. То ли времени не хватило, то ли не все так гладко.

Критический взгляд на кавитационный теплогенератор

С позиции обычного пользователя кавитационный теплогенератор вызывает некоторое недоверие. Такова уж природа человека. По заявлениям изобретателей этот прибор выдает КПД в 300%. То есть агрегат, потребляя 1 кВт электрической энергии, выдает 3 кВт тепловой. Но так ли это на самом деле?

На уважаемых форумах нагрев воды кавитацией считают возможным, но эффективность этого процесса не превышает 60%. А по факту, это новшество всерьез никто не воспринимает. Да, на кавитационный теплогенератор есть патент, но это еще ничего не значит. Например, на краску-утеплитель тоже есть сертификаты и некоторые подрядчики даже пролоббировали возможность утеплять ею фасады многоэтажек в рамках государственной программы. Вот только после такого утепления люди оббили пороги судов, чтобы вернуть потраченные деньги, так как эффективность жидкой теплоизоляции не подтвердилась на практике.

Изобретатель может получить на свое детище патент, который в случае успешного внедрения будет приносить доход. Но это не дает гарантии, что прибор будет в будущем работать по заявленному алгоритму. Также нет гарантий, что его будут выпускать серийно.

При замере эффективности опытных образцов использовался какой-то хитрый способ вычисления КПД, понять который простому смертному не дано. Конкретики мало, сплошное замыливание глаз. Грубо говоря, все гладко только в теории. Если образец 100% рабочий, то почему ученым еще не присвоена Нобелевская премия?

На множественных форумах нам не удалось найти ни одного человека, который бы отапливал свой дом кавитационным генератором. Нет реальных доказательств его эффективности. В сети можно найти видео про этот прибор, но толкового объяснения, что и как работает – нет, все вокруг да около и крайне неубедительно. Мы считаем, что данный метод обогрева дома не стоит внимания.

Что такое кавитация

Кавитация – это негативное явление, которое возникает из-за перепада давления в жидкости. Когда давление воды понижается до значения давления насыщенного пара – это приводит к вскипанию. Это когда жидкость частично переходит в состояние пара, то есть образуются пузырьки. Когда давление повышается до уровня выше значения насыщенного пара – пузырьки лопаются. В результате всхлопывания возникают локальные волны давления до 7 тыс. бар. Эти волны давления и называются кавитацией.

Для утепления мансарды изнутри минватой своими руками нужно использовать паробарьеры.

Это касается и технологии утепления крыши изнутри минватой. Но кроме пароизоляции еще используется гидробарьер.

• эрозия металлов;
• питтинговая коррозия;
• появление вибраций.

Изобретатели кавитационного генератора уверяют, им удалось извлечь из негативного явления пользу.

Сделать своими руками?

Вы можете купить готовый кавитационный теплогенератор, но сделать это устройство своими руками по чертежам вряд ли получиться. В лучшем случае выйдет шумная машина, в которой кавитации не будет. Кроме этого, перед тем как что-то сделать, нужно задать себе вопрос: «Зачем?». Есть масса способов обогреть дом:

• газовые, твердотопливные, электрические котлы в тандеме с водяными системами отопления;
• электрические обогреватели;
• системы ПЛЭН;
• теплые инфракрасные полы;
• кондиционер;
• тепловые насосы или гелиосистемы – если хочется экзотики.

Не верьте тем, кто говорит, что сделать кавитационные теплогенераторы своими руками легко и просто, потратив две копейки. Это не так. Вы потратите только свое время и не получите взамен ничего, кроме разочарования.

Выбор материалов для утепления кровли изнутри минватой относительно невелик.

По сравнению со скатной крышей, утепление чердачного перекрытия минватой является более простым процессом.

Вот на видео ниже пример того, как народный умелец сделать данный прибор. Как думаете, можно им обогреть хоть что-нибудь?

Кавитация — Википедия

Кавитационный след гребного винта

Кавита́ция (от лат. cavitas — пустота) — физический процесс образования пузырьков (каверн) в жидких средах, с последующим их схлопыванием и высвобождением большого количества энергии (ударная волна), возникающий в результате внешних физических воздействий.

Кавитация – это процесс образования в жидкости полостей (кавитационных пузырьков), заполненных газом и/или паром.^[1]

Примеры:

— кипение воды в чайнике;

— бурление пузырьков шампанского после вскрытия бутылки

— встряхивании бутылки с подсолнечным маслом, когда в жидкости появляются полые пузырьки и начинается «кавитационный круговорот».^[2]

Кавитация — процесс образования и последующего схлопывания пузырьков в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или пустот), которые могут содержать разреженный пар. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация), существуют и другие причины возникновения эффекта. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырёк схлопывается, излучая при этом ударную волну. В своей основе кавитация имеет тот же механизм действия, что и ударная волна в воздухе, возникающая в момент преодоления твердым телом звукового барьера.

Явление кавитации носит локальный характер и возникает только там, где есть условия. Перемещаться в среде возникновения не может. Кавитация разрушает поверхность гребных винтов, гидротурбин, акустических излучателей, деталей амортизаторов, гидромуфт и др. Кавитация также приносит пользу — её применяют в промышленности, медицине, военной технике и других смежных областях.

Согласно определению Кристофера Бреннена: «Когда жидкость подвергается давлению ниже порогового (напряжению растяжения), тогда целостность её потока нарушается, и образуются парообразные полости. Это явление называется кавитацией. Когда местное давление жидкости в некоторой точке падает ниже величины, соответствующей давлению насыщения при данной окружающей температуре, тогда жидкость переходит в другое состояние, образуя, в основном, фазовые пустоты, которые называются кавитационными пузырями. Возможно и другое образование кавитационных пузырей путём местной подачи энергии. Это может быть достигнуто фокусировкой интенсивного лазерного импульса (оптическая кавитация) или искрой электрического разряда».

Во многих источниках физика этого явления объясняется следующим образом. Физический процесс кавитации близок процессу закипания жидкости. Основное различие между ними заключено в том, что при закипании изменение фазового состояния жидкости происходит при среднем по объёму жидкости давлении равном давлению насыщенного пара, тогда как при кавитации среднее давление жидкости выше давления насыщенного пара, а падение давления носит локальный характер.

Однако более поздние исследования показали, что ведущую роль в образовании пузырьков при кавитации играют газы, выделяющиеся внутрь образовывающихся пузырьков. Эти газы всегда содержатся в жидкости, и при местном снижении давления начинают интенсивно выделяться внутрь указанных пузырьков.

Поскольку под воздействием переменного местного давления жидкости пузырьки могут резко сжиматься и расширяться, то температура газа внутри пузырьков колеблется в широких пределах, и может достигать нескольких сот градусов по Цельсию. Имеются расчётные данные, что температура внутри пузырьков может достигать 1500 °C^[3]. Следует также учитывать, что в растворённых в жидкости газах содержится больше кислорода в процентном отношении, чем в воздухе, и поэтому газы в пузырьках при кавитации химически более агрессивны, чем атмосферный воздух — вызывают в итоге окисление (вступление в реакцию) многих обычно инертных материалов.

Кавитация бывает:^[4]

• Гидродинамической — возникает в результате понижения давления в жидкости, которое может быть вызвано увеличением скорости ее движения.(Например, за гребным винтом судна.)

• Акустической — возникает при прохождении акустической волны большой интенсивности через жидкость (в эстетической медицине используется именно этот вид кавитации). Наиболее наглядно принцип кавитации можно наблюдать при кипячении воды или встряхивании бутылки с подсолнечным маслом, когда в жидкости появляются полые пузырьки и начинается «кавитационный круговорот».

Кавитационный пузырек может перемещаться из области с низким давлением в область с высоким давлением, при этом меняя свои размеры. Он может пройти несколько периодов увеличения и уменьшения. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением, кавитационный пузырек может разрываться, выделяя при этом большое количество энергии, способной воздействовать на любую материю. На жировую ткань, в частности, кавитация оказывает «разжижающий» эффект.

Повреждения, наносимые эффектом кавитации (часть насоса)

Химическая агрессивность газов в пузырьках, имеющих к тому же высокую температуру, вызывает эрозию материалов, с которыми соприкасается жидкость, в которой развивается кавитация. Эта эрозия и составляет один из факторов вредного воздействия кавитации. Второй фактор обусловлен большими забросами давления, возникающими при схлопывании пузырьков и воздействующими на поверхности указанных материалов^[5].

Кавитационная эрозия металлов вызывает разрушение гребных винтов судов, рабочих органов насосов, гидротурбин и т. п., кавитация также является причиной шума, вибрации и снижения эффективности работы гидроагрегатов.

Кавитационные повреждения гребного винта

Схлопывание кавитационных пузырей приводит к тому, что энергия окружающей жидкости сосредотачивается в очень небольших объёмах. Тем самым, образуются места повышенной температуры и возникают ударные волны, которые являются источниками шума и приводят к эрозии металла. Шум, создаваемый кавитацией, является особой проблемой на подводных лодках, так как снижает их скрытность. Эксперименты показали, что вредному, разрушительному воздействию кавитации подвергаются даже химически инертные к кислороду вещества (золото, стекло и др.), хотя и намного более медленному. Это доказывает, что помимо фактора химической агрессивности газов, находящихся в пузырьках, важным является также фактор забросов давления, возникающих при схлопывании пузырьков. Кавитация ведёт к большому износу рабочих органов и может значительно сократить срок службы винта и насоса. В метрологии, при использовании ультразвуковых расходомеров, кавитационные пузыри модулируют волны в широком спектре, в том числе и на частотах излучаемых расходомером, что приводит к искажению его показаний.

Носовая часть торпеды «Шквал»

Хотя кавитация нежелательна во многих случаях, есть исключения. Например, сверхкавитационные торпеды, используемые военными, обволакиваются в большие кавитационные пузыри. Существенно уменьшая контакт с водой, эти торпеды могут передвигаться значительно быстрее, чем обыкновенные торпеды. Так сверхкавитационная торпеда «Шквал», в зависимости от плотности водной среды, развивает скорость до 370 км/ч.

Кавитация используется при ультразвуковой очистке поверхностей твёрдых тел. Специальные устройства создают кавитацию, используя звуковые волны в жидкости. Кавитационные пузыри, схлопываясь, порождают ударные волны, которые разрушают частицы загрязнений или отделяют их от поверхности. Таким образом, снижается потребность в опасных и вредных для здоровья чистящих веществах во многих промышленных и коммерческих процессах, где требуется очистка как этап производства.

В промышленности кавитация часто используется для гомогенизации (смешивания) и отсадки взвешенных частиц в коллоидном жидкостном составе, например, смеси красок или молоке. Многие промышленные смесители основаны на этом принципе. Обычно это достигается благодаря конструкции гидротурбин или путём пропускания смеси через кольцевидное отверстие, которое имеет узкий вход и значительно больший по размеру выход: вынужденное уменьшение давления приводит к кавитации, поскольку жидкость стремится в сторону большего объёма. Этот метод может управляться гидравлическими устройствами, которые контролируют размер входного отверстия, что позволяет регулировать процесс работы в различных средах. Внешняя сторона смесительных клапанов, по которой кавитационные пузыри перемещаются в противоположную сторону, чтобы вызвать имплозию (внутренний взрыв), подвергается огромному давлению и часто выполняется из сверхпрочных или жестких материалов, например, из нержавеющей стали, стеллита или даже поликристаллического алмаза (PCD).

Кавитацию используют для обработки топлива. Во время обработки топливо дополнительно очищается (при проведении химического анализа сразу обнаруживается существенное уменьшение количества фактических смол)^[6], и перераспределяется соотношение фракций (в сторону более лёгких). Эти изменения, если топливо сразу поступает к потребителю, повышают его качество и калорийность, как следствие, достигается более полное сгорание и уменьшение массовой доли загрязняющих веществ. Сейчас до сих пор проходят исследования по влиянию кавитации на топливо. Их проводят частные компании и институты, например Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина.

Также были разработаны кавитационные водные устройства очистки, в которых граничные условия кавитации могут уничтожить загрязняющие вещества и органические молекулы. Спектральный анализ света, испускаемого в результате сонохимической реакции, показывает химические и плазменные базовые механизмы энергетической передачи. Свет, испускаемый кавитационными пузырями, называется сонолюминесценцией.

Кавитационные процессы имеют высокую разрушительную силу, которую используют для дробления твёрдых веществ, которые находятся в жидкости. Одним из применений таких процессов является измельчение твёрдых включений в тяжёлых топливах, что используется для обработки котельного топлива с целью увеличения калорийности его горения.

Кавитационные устройства снижают вязкость углеводородного топлива, что позволяет снизить необходимый нагрев и увеличить дисперсность распыления топлива.

Кавитационные устройства используются для создания водно-мазутных и водно-топливных эмульсий и смесей, которые часто используются для повышения эффективности горения или утилизации обводнённых видов топлива.

Кавитация играет важную роль для уничтожения камней в почках и мочеточнике посредством ударной волны литотрипсии. Литотриптор — прибор, предназначенный для разрушения камней в мочеполовом тракте без открытого хирургического вмешательства.

В настоящее время исследованиями показано, что кавитация также может быть использована для перемещения макромолекул внутрь биологических клеток (сонопорация).

Кавитация, создаваемая прохождением ультразвука в жидкостной среде, используется в работе хирургических инструментов для бескровного иссечения тканей плотных органов (см. CUSA).

Кавитация также применяется в стоматологии при ультразвуковой чистке зубов, разрушая зубной камень и пигментированный налёт («налёт курильщика»), а также косметологии.

В местах контакта жидкости с быстро движущимися твёрдыми объектами (рабочие органы насосов, турбин, гребные винты судов, подводные крылья и т. д.) происходит локальное изменение давления. Если давление в какой-то точке падает ниже давления насыщенного пара, происходит нарушение целостности среды. Или, проще говоря, жидкость закипает. Затем, когда жидкость попадает в область с более высоким давлением, происходит «схлопывание» пузырьков пара, что сопровождается шумом, а также появлением микроскопических областей с очень высоким давлением (при соударении стенок пузырьков). Это приводит к разрушению поверхности твёрдых объектов. Их как бы «разъедает». Если зона пониженного давления оказывается достаточно обширной, возникает кавитационная каверна — полость, заполненная паром. В результате нормальная работа лопастей нарушается и возможен даже полный срыв работы насоса. Любопытно, но есть примеры, когда кавитационная каверна специально закладывается при расчёте насоса. В тех случаях, когда избежать кавитации невозможно, такое решение позволяет избежать разрушительного влияния кавитации на рабочие органы насоса. Режим, при котором наблюдается устойчивая кавитационная каверна, называют «режимом суперкавитации».

Лопастные насосы. Кавитация на стороне всасывания[править | править код]

Как правило, зона кавитации наблюдается вблизи зоны всасывания, где жидкость встречается с лопастями насоса. Вероятность возникновения кавитации тем выше,

• чем ниже давление на входе в насос;
• чем выше скорость движения рабочих органов относительно жидкости;
• чем более неравномерно обтекание жидкостью твёрдого тела (высокий угол атаки лопасти, наличие изломов, неровностей поверхности и т. п.)

Центробежные насосы. Кавитация в уплотнении рабочего колеса[править | править код]

У классических центробежных насосов часть жидкости из области высокого давления проходит через щель между рабочим колесом и корпусом насоса в зону низкого давления. Когда насос работает с существенным отклонением от расчётного режима в сторону повышения давления нагнетания, расход утечек через уплотнение между рабочим колесом и корпусом возрастает (из-за увеличения перепада давления между полостями всасывания и нагнетания). Из-за высокой скорости жидкости в уплотнении возможно появление кавитационных явлений, что может привести к разрушению рабочего колеса и корпуса насоса. Как правило, в бытовых и промышленных случаях режим кавитации в рабочем колесе насоса возможен при резком падении давления в системе отопления или водоснабжения: например, при разрыве трубопровода, калорифера или радиатора. При резком падении давления в зоне рабочего колеса насоса образуется вакуум, вода при низком давлении начинает вскипать. При этом напор резко падает. Режим кавитации приводит к эрозии рабочего колеса насоса, и насос выходит из строя.

Некоторые большие по размеру дизельные двигатели страдают от кавитации из-за высокого сжатия и малогабаритных стенок цилиндра. В результате в стенках цилиндра образовываются отверстия, которые приводят к тому, что охлаждающая жидкость начинает попадать в цилиндры двигателя. Предотвратить нежелательные явления возможно при помощи химических добавок в охлаждающую жидкость, которые образуют защитный слой на наружных (внешних) стенках гильзового типа цилиндра . Этот слой будет подвержен той же кавитации, но он может самостоятельно восстанавливаться.

Наилучшим методом предотвращения вредных последствий кавитации для деталей машин считается изменение их конструкции таким образом, чтобы предотвратить образование полостей либо предотвратить разрушение этих полостей возле поверхности детали. При невозможности изменения конструкции могут применяться защитные покрытия, например, газотермическое напыление сплавов на основе кобальта.

В системах гидропривода часто используют системы подпитки. Они, упрощённо говоря, представляют собой дополнительный насос, жидкость от которого начинает поступать через специальный клапан в гидросистему, когда в последней давление падает ниже допустимого значения. Если давление в гидросистеме не опускается ниже допустимого, жидкость от дополнительного насоса идёт на слив в бак. Системы подпитки установлены, например, во многих экскаваторах.

Кавитация применяется для стабилизации игольчатых пуль подводных боеприпасов (например, боеприпасы автомата АПС или патроны 5.45×39 ПСП для автомата АДС), для увеличения скорости торпед (Шквал и Барракуда).

Кавитация может быть использована для измельчения разных материалов (в том числе руд). Для этих процессов выпускается промышленное оборудова^[7], в котором кавитацию получают при помощи силового ультразвука.

Кавитация, вызванная ультразвуковыми аппаратами направленного действия используется в медицине:

— косметология — аппараты для безинъекционной липосакции (лечение целлюлита и сокращение объёмов локальных жировых отложений)

— стоматология — ультразвуковая гигиена полости рта;

— урология — дробление камней в почках (литотрипсия).

Кавитационное течение характеризуют безразмерным параметром (числом кавитации):

X=2(P−Ps)ρV2{\displaystyle \mathrm {X} ={\frac {2(P-P_{s})}{\rho V^{2}}}}, где

P{\displaystyle P} — гидростатическое давление набегающего потока, Па;
Ps{\displaystyle P_{s}} — давление насыщенных паров жидкости при определенной температуре окружающей среды, Па;
ρ{\displaystyle \rho } — плотность среды, кг/м³;
V{\displaystyle V} — скорость потока на входе в систему, м/с.

Известно, что кавитация возникает при достижении потоком граничной скорости V=Vc{\displaystyle V=V_{c}}, когда давление в потоке становится равным давлению парообразования (насыщенных паров). Этой скорости соответствует граничное значение критерия кавитации.

В зависимости от величины X{\displaystyle \mathrm {X} } можно различать четыре вида потоков:

• докавитационный — сплошной (однофазный) поток при X>1{\displaystyle \mathrm {X} >1},
• кавитационный — (двухфазный) поток при X≈1{\displaystyle \mathrm {X} \approx 1},
• пленочный — с устойчивым отделением кавитационной полости от остального сплошного потока (пленочная кавитация) при X<1{\displaystyle \mathrm {X} <1},
• суперкавитационный — при X≪1{\displaystyle \mathrm {X} \ll 1}.

Уровень кавитации измеряют (как правило в относительных единицах) с помощью приборов, называемых кавитометрами^[8].

• Биркгоф Г., Сарантонелло Э. Струи, следы и каверны. пер. с англ. М.: Мир, 1964. 466с.
• Корнфельд М. Упругость и прочность жидкостей. М.: ГИТТЛ, 1951. 200с.
• Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. М.: Мир, 1974. 678 с.
• Акуличев В. А. Кавитация в криогенных и кипящих жидкостях. М.: Наука, 1978. 280c.
• Левковский Ю. Л. Структура кавитационных течений. Л.: Судостроение, 1977. 222с.
• Иванов А. Н. Гидродинамика развитых кавитационных течений. Л.: Судостроение, 1980. 237с.
• Пирсол И. Кавитация / Пер. с англ. Ю. Ф. Журавлёва; Под ред., с предисл. и доп. Л. А. Эпштейна.. — М.: Мир, 1975. — 96 с. — (В мире науки и техники). (обл.)
• Перник А. Д. Проблемы кавитации. 2-ое изд. Л.: Судостроение, 1966. 435 с.
• Рождественский В. В. Кавитация. Л.: Судостроение, 1977. 248c.
• Федоткин И. М., Гулый И. С. Кавитация, кавитационная техника и технология, их использование в промышленности (теория, расчёты и конструкции кавитационных аппаратов). Ч.1. — К.: Полиграфкнига, 1997. — 940 с.
• А. Гаврилов. Журнал Cabines Russie, март 2011.^[1]

1. ↑ А. Гаврилов. Кавитация (неопр.). Медиолан. Журнал CabinesRussie (март 2011).

Гомогенизаторы, кавитаторы — ИННОТОПЛИВО

Назначение

Кавитаторы представляют собой устройства для высокоинтенсивной обработки жидкого топлива — нефти, мазута, топливных суспензий. Обработка жидкостей в кавитаторах приводит к образованию кавитационных пузырьков (каверн), внутри которых в момент схлопывания формируется давление до 100МПа. Благодаря столь высокому давлению внутри жидкости формируются ультразвуковые волны, которые приводят к образованию в углеводородном сырье «активированных» частиц: ионов и радикалов. В результате образования «активированных» частиц снижается вязкость углеводородного топлива, происходит микроизмельчение твёрдых включений, обрабатываемая жидкость тщательно перемешивается.

Учитывая все проявления кавитации, кавитационные аппараты применяются для следующих целей:

• снижение вязкости нефти и нефтепродуктов — мазута, дизельного топлива и др.
• гомогенизация обводнённого топлива — частицы воды равномерно смешиваются с нефтью/мазутом, образуя стабильную эффективно сжигаемую водотопливную эмульсию
• топливоподготовка жидкого топлива перед сжиганием — за счёт мелкодиспергированных частиц и снижения вязкости процесс горения существенно улучшается
• другие применения.

Типы кавитаторов

Механические кавитаторы бывают двух типов — роторные и статические (проточные). Наша компания производит и поставляет оба типа кавитаторов.

Роторно-импулсьный аппарат

Роторно-импульсный аппарат (РИА) является кавитатором роторного типа и предназначен для обработки проходящих через него жидкостей, паст и суспензий. Эффект кавитации в РИА образуется за счёт прохождения жидкости под давлением через ротор и статор, у которых имеются прорези (отверстия). Из-за быстрого чередования моментов совпадения и несовпадения отверстий в роторе и статоре, в жидкости чередуются моменты высокого и низкого давления.

РИА также может быть использован как самостоятельное оборудование для обработки таких систем, как жидкость — жидкость, жидкость — твердое тело. Основная функция, выполняемая РИА, — гомогенизация проходящей через него жидкости, эмульсии или суспензии. Топливо, прошедшее через РИА, становится однородным (гомогенным), что улучшает процесс его горения.

РИА выпускаются в стандартной комплектации в модификациях РИА-150-ВУТ, РИА-200-ВУТ, РИА-250-ВУТ. В зависимости от решаемой задачи, комплектация РИА и используемые материалы могут быть изменены по требованию Заказчика.

Технические характеристики стандартных роторных импульсных аппаратов:

Параметр	РИА-150-ВУТ	РИА-200-ВУТ	РИА-250-ВУТ
Диаметр ротора, мм	150	200	250
Количество каналов в роторе, статоре	18	24	36
Ширина каналов ротора, статора, мм	2 — 3	2 — 3	3
Производительность, м3/ч (на воде)	3 — 5	5 — 10	25 — 30
Мощность электродвигателя, кВт	2,0 — 3,0	5,0 — 7,5	15-18,5
Частота вращения, об/мин	3000	3000	3000
Напряжение, В	380	380	380

Возможно индивидуальное исполнение из нержавеющих материалов, с дополнительными устройствами КИПиА, обвязкой и т.д.