Кавитационный котел: Кавитационный котел отопления – Система отопления

Кавитационный теплогенератор: устройство, принцип работы, виды

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

Рис. 1: Принцип работы кавитационного теплогенератора

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.

Виды

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 60м² 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.

Видео в помощь

Список использованной литературы

• Акуличев В. А. «Кавитация в криогенных и кипящих жидкостях» 1978
• Корнфельд М. «Упругость и прочность жидкостей»  1951
• Федоткин И. М., Гулый И. С. «Кавитация, кавитационная техника и технология, их использование в промышленности» 1997

Кавитационный теплогенератор. Устройство и работа. Применение

Кавитационный теплогенератор – специальное устройство, в котором применяется эффект нагрева жидкости кавитационным способом. То есть это эффект, при котором образуются микроскопические пузырьки пара в областях локального уменьшения давления в воде. Это может наблюдаться во время вращения насосной крыльчатки или вследствие воздействия на воду звукового колебания. В результате этого жидкость нагревается, а это значит, что при помощи нее можно обогревать дом или квартиру.

На сегодняшний день кавитационный теплогенератор считается инновационным изобретением. Однако уже практически век тому назад ученые размышляли над тем, как можно использовать эффект кавитации. Впервые подобную установку собрал Джозеф Ранк в 1934 году. Именно он отметил, что входные и выходные температуры воздушных масс этой трубы отличаются. Советские ученые несколько усовершенствовали трубы Ранка, использовав для этой цели жидкость. Опыты показали, что установка позволяет быстро разогревать воду. Однако на тот период необходимость в такой установке была минимальна, ведь энергия стоила копейки. Сегодня же, вследствие удорожания электричества, нефти и газа, потребность в таких установках возрастает.

Кавитационный теплогенератор

 по своему устройству может быть роторным, трубчатым или ультразвуковым:

• Роторные устройства представляют агрегаты, в которых используются центробежные насосы с измененной конструкцией. В качестве статора здесь применяется насосный корпус, куда устанавливается входная и выходная труба. Главным рабочим элементом здесь выступает камера, где размещается подвижный ротор, он работает по принципу колеса.

Роторная установка имеет сравнительно простую конструкцию, однако для эффективной ее работы необходим очень точный монтаж всех его элементов. В том числе здесь требуется точнейшее балансирование двигающегося цилиндра. Необходима плотная посадка роторного вала, а также тщательная выверка и замена пришедших в негодность материалов изоляции. КПД таких устройств не являются довольно большим. Они имеют не очень большой срок службы. К тому же такие агрегаты работают с выделением достаточно большого шума.

• Трубчатые тепловые генераторы осуществляют кавитационное нагревание благодаря продольному расположению трубок. При помощи помпы нагнетается давление во входящую камеру. В результате жидкость направляется через указанные трубки. На входе вследствие этого появляются пузырьки. Во второй камере устанавливается высокое давление. Пузырьки, которые при попадании во вторую камеру разрушаются, вследствие чего они отдают свою тепловую энергию. Эта энергия вместе с паром направляется на обогрев дома. Коэффициент полезного действия подобных конструкций может достигать высоких показателей.
• Ультразвуковые тепловые генераторы. Кавитация здесь образуется благодаря ультразвуковым волнам, которые создает установка. В результате такого принципа работы обеспечиваются минимальные потери энергии. Трения здесь практически нет, вследствие чего коэффициент полезного действия ультразвукового теплового генератора невероятно высок.

Устройство

Кавитационный теплогенератор имеет устройство в зависимости от принципа действия. Типичным и наиболее распространенным представителем роторных тепловых генераторов является центрифуга Григгса. В такой агрегат заливается вода, после чего запускается ось вращения при помощи электрического двигателя. Главным достоинством такой конструкции является то, что привод нагревает жидкость, а также выступает в качестве насоса. Поверхность цилиндра имеет огромное количество неглубоких круглых отверстий, которые позволяют создать эффект турбулентности. Нагревание жидкости обеспечивается благодаря силам трения и кавитации.

Число отверстий в установке зависит от используемой роторной частоты вращения. Статор в тепловом генераторе выполнен в виде цилиндра, который запаян с двух концов, где непосредственно вращается ротор. Существующий зазор между статором и ротором равняется примерно 1,5 мм. Отверстия в роторе необходимы для того, чтобы в жидкости, трущейся о поверхности цилиндра, появлялись завихрения с целью создания кавитационных полостей.

В указанном зазоре также наблюдается и нагревание жидкости. Чтобы тепловой генератор эффективно работал, поперечный размер ротора должен составлять минимум 30 см. В то же время скорость его вращения должна достигать 3000 оборотов в минуту.

В ультразвуковых устройствах для создания эффекта кавитации используется кварцевая пластина. Она под воздействием электрического тока создает колебания звука. Эти звуковые колебания направляются на вход, вследствие чего устройство производит вибрации. На обратной фазе волны создаются участки разряжения, вследствие чего можно наблюдать кавитационные процессы, которые создают пузырьки.

Чтобы обеспечить максимальный коэффициент полезного действия, рабочая камера теплового генератора выполняется в виде резонатора, который настроен на ультразвуковую частоту. Образованные пузырьки моментально переносятся потоком через узкие трубки. Это необходимо, чтобы получить разряжение, так как пузырьки в тепловом генераторе могут быстро смыкаться, отдавая свою энергию обратно.

Принцип работы

Кавитационный теплогенератор позволяет создать процесс, во время которого в жидкости создаются пузырьки. Если рассматривать этот процесс, то он сравним с закипанием воды. Однако при кавитации наблюдается локальное падение давления, что и приводит к появлению пузырьков. В тепловом генераторе формируются вихревые потоки, вследствие них происходит кавитационный разрыв пузырьков, что приводит к нагреванию жидкости. Нагревание приводит к резкому снижению давления жидкости. Полученная энергия получается довольно дешевой, она отлично подходит для отопления помещений. В качестве теплоносителя можно использовать антифриз.

Для подобных установок обычно нужно примерно в 1,5 раза меньше электрической энергии, чем это необходимо для радиаторных и иных систем. При этом нагревание жидкости осуществляется в замкнутой системе. Работают такие агрегаты посредством преобразования одной энергии в другую. В итоге она превращается в тепловую.

Применение

Кавитационный теплогенератор

 в большинстве случаев применяется для нагревания воды, а также смешивания жидкостей. Поэтому подобные установки в большинстве случаев используются для:

• Отопления. Тепловой генератор преобразует механическую энергию движения воды в тепловую энергию, которую успешно можно использовать для обогрева зданий различного характера. Это могут быть небольшие частные постройки, в том числе крупные промышленные объекты. К примеру, на территории нашей страны на текущий момент можно насчитать минимум с десяток населенных пунктов, в которых централизованное отопление осуществляется не обычными котельными, а кавитационными установками.
• Нагревания проточной воды, которая применяется в быту. Тепловой генератор, который включен в сеть, может довольно быстро нагревать воду. В результате подобное оборудование с успехом можно применять для разогревания воды в бассейнах, автономном водопроводе, саунах, прачечных и тому подобное.
• Смешивания несмешиваемых жидкостей. Устройства кавитационного типа могут применяться в лабораториях, где имеется необходимость высококачественного смешивания жидкостей, имеющих разную плотность.

Как выбрать

Кавитационный теплогенератор может быть выполнен в нескольких исполнениях. Поэтому выбирать такое устройство для отопления своего дома нужно с учетом ряда параметров:

• Подбирать тепловой генератор необходимо, исходя из того, для какой площади необходимо отопление. Также следует учесть, какая погода наблюдается в зимний период. Важной характеристикой будет и теплоизоляция стен. То есть нужно выбирать устройство, которое будет обеспечивать необходимое количество тепла.
• Если Вы приобретаете стандартную установку, то желательно, чтобы она была оборудована приборами контроля выделяемой теплоты и датчиками защиты. Лучше сразу приобрести установку с автоматическим блоком контроля и управления. Поэтому кавитационную установку рекомендуется приобретать в комплексе с другим оборудованием с услугой установки под ключ. Специалисты сами подберут и выполнят расчеты по монтажу тепловой системы в вашем доме.
• Если Вы решили сэкономить и приобрести оборудование по отдельности, то здесь важно определиться с особенностями всех элементов системы. Насос должен иметь возможность работы с жидкостями, которые нагреты до высокой температуры. В противном случае система быстро придет в негодность и ее придется ремонтировать. К тому же насос должен обеспечивать давление от 4 атмосфер.
• Если Вы решили соорудить кавитационную установку самостоятельно, то здесь важно верно подобрать сечение канала камеры кавитации. Оно должно составлять порядка 8-15 мм. Перед созданием такой установки важно тщательно изучить действующие схемы подобных устройств. Кавитационный теплогенератор по своему виду будет напоминать насосную станцию, которой не нужна дымоотводная труба. При ее работе не выделяется угарный газ, грязь или копоть.

Похожие темы:

• Тепловые насосы. Виды. Устройство и принцип работы
• Солнечные концентраторы. Виды и особенности. Применение
• Индукционные котлы отопления. Виды и устройство. Работа
• Электродные котлы отопления. Устройство и работа. Плюсы и минусы
• Электрические котлы отопления. Виды и устройство. Применение
• Электрические водонагреватели. Виды и особенности. Как выбрать
• Системы отопления. Виды и особенности. Какую выбрать
• Гелиосистема. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

– Что такое кавитация насоса?

Когда система работает при давлении ниже нейтрального, возникают две проблемы, вызывающие кавитацию. 1 – газы, которые выходят из раствора создание воздушных карманов (см. Закон Генри), а 2 – испарение. Оба они очень похожи.

Чтобы это имело смысл, вам нужно узнать, что определение нейтрального давления не является находящимся на полпути между положительной стороной насоса и отрицательной. Это гидростатическое давление. (Давление при выключенном насосе)

Вода в системе всегда пытается найти равновесие. Теперь есть два способа, которыми он попытается найти равновесие, один из них – через поглощение газа по отношению к его парциальным давлениям и температуре воды (частицы воздуха, выходящие и входящие в системы по закону Генри), а вторая часть находит равновесие давления пара.

Частицы воды вообще покидают воду в результате испарения температуры (даже льда), а также повторно конденсируются с аналогичной скоростью. Когда вы нагреваете жидкость, ее молекулы становятся более энергичными и разрушают межмолекулярные силы (IMF) и испаряются. Если вы запечатаете верхней части кастрюли вы создадите давление пара над водой. более высокое давление пара приведет к большей реконденсации обратно в жидкую фазу. Если вы снимете эту крышку, вы увидите затяжку пара, когда давление сбрасывается, а вода испаряется из-за более низкого давления выше. Закройте крышкой, испарение прекратится, и начнется цикл испарения-конденсации.

Этот цикл всегда происходит только в разной степени и чем больше изменяется температура, тем больше она выходит из равновесия, поэтому тем больше конденсации или испарения вы увидите.

Температура кипения. «Точка кипения — это точка, при которой пары давление равно атмосферному давлению». Вот почему вода кипит при 100°C на уровне моря, 69°C на Эвересте и 101,1°C в Мертвом море (ниже уровня моря). Если вы поместите воду комнатной температуры под колпак и создайте вакуум, вы будете кипятить воду при комнатной температуре. Затем она замерзнет, ​​но это другой процесс. (Тройная точка)

Однако это относится к кипению воды в открытом контейнер. Так что, если мы запечатаем контейнер?.. Лучшее утверждение было бы «точка кипения, когда давление пара равно давлению воды»

Мы также должны иметь в виду, что пар является газом и может сжимается, как и любой другой газ, с небольшой разницей в давлении, тогда как давление воды резко возрастает при сжатии, хотя и не сжимается буквально.

Теперь, когда ваша система статична, она найдет равновесие с дерастворенным воздухом и давлением пара. Когда вы включаете насос и котел, вы изменяете две характеристики: температуру и давление. При прохождении воды через котел температура увеличивается, что будет способствовать испарению, но лишь незначительно увеличит давление пара при сжатии газа. Когда вода проходит через насос, давление также увеличивается, поэтому вода остается в При реальном равновесии в тот момент, когда давление в воде падает ниже статического давления (нейтрального), у вас будет повышенное давление пара из-за нагретой воды и пониженное давление воды из-за сопротивление в системе и мощность насоса.

После падения ниже нейтрального перепада давления между давлением пара и водой замыкается, когда вы достигаете загадочной точки, где «давление пара соответствует давлению воды», межмолекулярные силы молекул воды разрушаются, и вы получаете испарение!

Наряду с этим, как уже упоминалось выше, чем выше Температурная жидкость в сочетании с низким давлением выведет газы из раствора.

Это кавиация.

Во избежание этого установите расширительный бачок как можно ближе к поз. к отрицательной стороне насоса.

Написано Адамом Чепменом – Ecotechniquan

www.chapmanplumbers.com

Блог – Применение склонных к кавитации

Кавитация, склонные к кавитации, – насосы с котлом . -200 F и низкий напор или давление всасывания. Паровые котлы широко используются во многих учреждениях и промышленных предприятиях и требуют для работы питательных насосов котлов. В качестве примера подбора, установки и запуска питательного насоса для парового котла будем использовать питательный насос котла.

Многое из того, что мы подробно рассмотрим, может быть затем перенесено на многие другие подобные приложения, перекачивающие воду или другие жидкости.  

• Вода при атмосферном давлении кипит при 212 F. По мере увеличения давления на воду температура кипения повышается, а когда давление падает ниже атмосферного значения, температура кипения падает.
• Насос всасывает воду из точки, раскручивает ее крыльчаткой и создает давление. Давление на всасывании насоса обычно ниже атмосферного, что означает, что горячая питательная вода будет «кипеть» внутри насоса, что разгружает двигатель, вызывает кавитацию, разрушает уплотнения и быстро приводит к отказу насоса.
• Лучший способ понять вопросы, которые необходимо тщательно рассмотреть, — это рассмотреть реальный пример выбора питательного насоса для котла, помня, что этот пример подойдет для любого насоса с горячей водой с низким давлением всасывания.
• Технические характеристики насоса для выбора: 41,1 галлонов воды в минуту при температуре 200 F, давлении нагнетания 582 фута и высоте всасывания 8 футов.
• Насос является «тупым» устройством, поскольку он будет перекачивать столько жидкости, сколько давление всасывания позволяет насосу нагнетать.
• Установите на стороне нагнетания насоса последовательно манометр, шаровой клапан, обратный клапан и манометр.
• Достаточный поток через насос необходим для обеспечения надлежащего охлаждения и смазки насоса в любое время. Неадекватное охлаждение и смазка приведут к перегреву, износу подшипников, трению между поверхностями уплотнения, утечке через уплотнение и, в конечном итоге, к преждевременному выходу насоса из строя. Обводная линия должна быть установлена, если есть вероятность того, что насос может работать при минимальном расходе.

Кавитация чаще возникает при перекачивании воды с температурой выше 180-200 F и приводит к низкому напору или давлению на всасывании. Паровые котлы широко используются во многих учреждениях и промышленных предприятиях и требуют для работы питательных насосов котлов. В качестве примера используем подбор, установку и запуск питательного насоса парового котла. Многое из того, что мы подробно рассмотрим, может быть затем перенесено на многие другие подобные приложения, перекачивающие воду или другие жидкости. Наши комментарии основаны на личном выборе, установке и запуске сотен установок, а также на том, что мы узнали за многие годы работы с этим сложным приложением. Перейдем к математике и деталям выбора и установки питательного насоса парового котла.

Одним из наиболее важных применений любого насоса является подача воды в бойлер. Мы видели питательные насосы для котлов, которые прослужили много лет, и многие насосы, которые выдерживают в лучшем случае несколько месяцев. Эта проблема меньше связана с маркой насоса и гораздо больше связана с проблемами применения.

Обычно питательный насос котла требуется для перекачки питательной воды в диапазоне 200-230 F из деаэратора или системы подачи котла в котел, работающий под давлением 15-300 фунтов на кв. дюйм в зависимости от особенностей котла. Целью деаэратора является химическое кондиционирование воды, удаление растворенных газов и нагрев питательной воды не менее чем до 200 F, чтобы предотвратить повреждение котла тепловым ударом. Деаэраторы бывают двух основных версий; атмосферные и под давлением. Атмосферный деаэратор представляет собой вентилируемый сосуд, в котором для кондиционирования воды используются химические вещества.

Атмосферные деаэраторы обычно работают в диапазоне температур от 190 до 205 F без давления в сосуде.

                                                               

Пар обычно используется для нагрева резервуара. В большинстве установок используются два насоса питательной воды для обеспечения резерва в случае выхода из строя основного насоса, что встречается довольно часто. Органы управления обычно представляют собой генератор переменного тока, распределяющий износ и работу по обоим насосам. Высота всасывания насосов питательной воды является статической только потому, что резервуар вентилируется. Это означает, что статический или всасывающий напор на насосах питательной воды очень низкий и измеряется в футах напора.

В деаэраторе под давлением используется закрытый сосуд или сосуд высокого давления, позволяющий поднять температуру воды до 225-227 F и давление 5-7 фунтов на кв. дюйм для кондиционирования питательной воды котла. Химические вещества используются для доведения питательной воды до надлежащего уровня, а процесс кипячения питательной воды используется для удаления растворенных газов, присутствующих в холодной воде.

 Как и в случае с атмосферным деаэратором, обычно используются два насоса для обеспечения основного и вторичного вариантов с панелью управления на основе генератора переменного тока. С точки зрения выбора насоса выбор насоса, основанный на требованиях к нагнетанию, идентичен, но характеристики всасывания различны. Температура воды сейчас находится в диапазоне 225-227 F, но теперь у нас есть давление в деаэраторе 5-7 фунтов на квадратный дюйм и статический напор насоса, чтобы помочь справиться с возможностью возникновения кавитации.

Вода при атмосферном давлении кипит при температуре 212 F. По мере увеличения давления на воду температура кипения повышается, а когда давление падает ниже атмосферного значения, температура кипения падает. Подробности смотрите в паровой таблице.

Насос всасывает воду из точки, раскручивает ее крыльчаткой и создает давление. Давление на всасывании насоса обычно ниже атмосферного, что означает, что горячая питательная вода будет «кипеть» внутри насоса, что разгружает двигатель, вызывает кавитацию, разрушает уплотнения и быстро приводит к отказу насоса.

Все деаэраторы и подпиточные системы котла монтируются на подставке, а расстояние от линии подачи воды в бак до входа насоса называется Чистый положительный напор на всасывании, NPSH.

Если мы рассмотрим общую кривую насоса, обратите внимание, что по мере увеличения расхода насоса увеличивается Требуемый чистый положительный напор на всасывании (NPSHr) . Для большинства насосов это происходит при 60-80% максимального расхода через насос, а пунктирная красная линия обозначает опасную точку, которая может привести к отказу насоса.

Насос, работающий слева от красной линии, будет служить долго, а насос, работающий справа, может очень быстро выйти из строя. Поскольку требования к расходу и давлению питательного насоса котла могут сильно различаться, перемещение вправо от красной линии может произойти быстро и без предупреждения. Насос является пассивным устройством в том смысле, что он всегда будет стремиться перекачивать как можно больше воды, а потребляемый насосом ток будет отражать количество воды, перемещаемой насосом.

Лучший способ понять вопросы, которые необходимо тщательно рассмотреть, — это рассмотреть реальный пример выбора питательного насоса для котла, помня, что этот пример подойдет для любого насоса с горячей водой с низким давлением всасывания. Чтобы сделать пример выбора релевантным, мы будем использовать многоступенчатый центробежный насос Grundfos серии CR, поскольку у нас есть первый опыт работы с сотнями установок. Подход, который мы будем использовать, аналогичен центробежному насосу любой другой марки.

Для начала обратимся к конкретному примеру- 

• Размер котла 300 л.с.
• Производительность котла 10 350 фунтов пара в час
• Рабочее давление котла 125 psig
• Работа котла на питательной воде включена/выключена (не модулируется)
• Атмосферный деаэратор на 200 F
• Подставка высотой 8 футов ниже резервуара емкостью 300 галлонов 

Имея эти основные данные, давайте перейдем к деталям, чтобы получить спецификации, необходимые для выбора насоса питательной воды, которые включают:0003

• Расход насоса в галлонах в минуту
• Давление нагнетания насоса в фунтах на кв. дюйм изб.
• Минимальный кавитационный запас, необходимый насосу для предотвращения кавитации
• Детали установки насоса.

Мы быстро вычислим характеристики насоса. Вы можете, если хотите, пропустить быстрый расчет, чтобы прийти к выбору насоса, если вы подаете заявку, если не для питательного насоса котла. Быстрый расчет выглядит следующим образом:

• 500 фунтов в час = 1 галлон в минуту
• Скорость испарения котла 10 350 фунтов/час = 20,7 галлонов в минуту (10350/500)
• Для питательного насоса котла с включением/выключением насос должен быть рассчитан на 2:1 требуемой скорости испарения котла. Для модулирующего регулирования питательной воды соотношение будет 1,5:1.
• Для управления включением/выключением требуемый максимум на насосе = 41,4 гал/мин (2 X 20,7)
• Для включения/выключения управления питательной водой давление нагнетания насоса должно быть равно рабочему давлению, удвоенному давлению в котле (2:1). Для плавного регулирования питательной воды 1,5:1.
• Для нашего примера давление нагнетания = 250 psig (2 X 125)
• 2,33’ = 1 psig
• Давление нагнетания насоса = 582’ (2,33 X 250)
• Высота всасывания составляет 5 футов.

Технические характеристики насоса для выбора: 41,1 галлона воды в минуту при температуре 200 F, давлении нагнетания 582 фута и высоте всасывания 8 футов.

  Наш выбор насосов будет на основе наших расчетов размеров. Котлы работают в широком диапазоне условий от холодного пуска без давления в котле до внезапных скачков нагрузки, которые в пиковые периоды могут превышать мощность котла. Обратите внимание, что выбранный насос имеет NPSH 6-7 футов, поэтому мы чуть ниже минимального требуемого значения около 8 футов.

 Насос — это «тупое» устройство, поскольку он будет перекачивать столько жидкости, сколько давление всасывания позволяет нагнетать насос. При заполнении бойлера насос будет двигаться максимально вправо и качать в районе 70-80 галлонов воды в минуту. При резком потреблении, которое может привести к падению давления в котле на 5-10 фунтов на квадратный дюйм, производительность насоса может увеличиться и превысить NPSH для нашего выбора, что приведет к возникновению кавитации в насосе, что приведет к уплотнению или полному отказу насоса.

Чтобы насос не двигался прямо по кривой, нам нужно ограничить его расход до 40-42 галлонов в минуту. Можно приобрести устройства управления потоком, которые помогут достичь этой цели. Вариант, который мы нашли за многие годы, проще и работает очень хорошо.

Согласно показанному рисунку установите на стороне нагнетания насоса последовательно манометр, шаровой клапан, обратный клапан и манометр. В нашем примере, когда оба клапана открыты и холодная вода течет через насос, постепенно закрывайте шаровой клапан, пока манометр перед шаровым клапаном не покажет 250 фунтов на квадратный дюйм (585 футов напора). С шаровым клапаном мы обеспечили ограничение на стороне нагнетания насоса, ограничивая поток насоса, удерживая его в пределах кривой NPSH. Задвижка может использоваться для изоляции насоса во время обслуживания, а на шаровом клапане должна быть бирка с табличкой, указывающей, что этот клапан нельзя открывать или закрывать. В наших установках мы делаем еще один шаг вперед и снимаем рукоятку колеса шарового клапана.

Наблюдая за тем, как на протяжении многих лет выходят из строя многие питательные насосы котлов, мы узнали, что добавление шарового клапана в жгут нагнетания насоса ограничивает количество воды, которая может протекать через насос в наихудших условиях, и, таким образом, поддерживает насос слева от красной линии. Вы можете пойти еще дальше, что мы и делаем, и измерить потребляемый ток двигателя насоса и сравнить его с потребляемым насосом при расходе 40 галлонов в минуту.

Изучив кривую насоса, зная размер NPSH на всасывании насоса и потребляемый ток для данного насоса, мы можем припарковать насос на кривой, дросселируя шаровой клапан, чтобы добавить искусственный напор на стороне нагнетания насоса, ограничивающего максимальный расход через насос.

Это простое расположение трубопроводов вместе с манометрами и амперметрами позволяет гораздо лучше настроить питательный насос вашего котла.  

Обводные линии насоса  

Достаточный поток через насос необходим для обеспечения надлежащего охлаждения и смазки насоса в любое время. Неадекватное охлаждение и смазка приведут к перегреву, износу подшипников, трению между поверхностями уплотнения, утечке через уплотнение и, в конечном итоге, к преждевременному выходу насоса из строя. Обводная линия должна быть установлена, если есть вероятность того, что насос может работать при минимальном расходе. Байпасная линия должна идти от вентиляционного отверстия насоса или нагнетательной трубы обратно вверх по течению от насоса, насколько это практически возможно, или в бак, чтобы обеспечить достаточное охлаждение жидкости.

Жидкость из байпасной линии должна иметь возможность остыть перед повторным входом в насос, чтобы предотвратить перегрев насоса. По этой причине никогда не прокладывайте байпасную линию прямо обратно к впускному отверстию насоса. Байпас надлежащего размера — это байпас, который удовлетворяет требованиям к минимальному расходу насоса, как указано в паспорте данных для каждого насоса. Grundfos предлагает перепускные отверстия, размер которых соответствует каждой модели насоса, и их установка показана в Руководстве по установке и эксплуатации серии C, прилагаемом к каждому насосу. Обратите внимание, что в периоды полной нагрузки общий расход через систему и байпас не должен превышать максимальный расход насоса.

Уроки устранения неполадок  

Вы когда-нибудь оказывались в ситуации, когда пытались решить неразрешимую проблему? За многие годы я понял, что устранение неполадок и решение проблем требуют нестандартного мышления.