Какие бывают конструкции печей длительного горения? Из этой статьи вы узнаете, чем принципиально отличаются печи длительного горения с вертикальной загрузкой и как повысить их эффективность. Мы расскажем о секретах их изготовления и приведём пошаговые инструкции
Продолжая тему изготовления и усовершенствования печей длительного горения (ПДГ), мы подробно опишем устройства с вертикальной загрузкой. Преимущества такого варианта:
- Компактная камера сгорания.
- Использование гравитации в работе.
- Более эффективная реализация топлива (дров).
- Низкая температура выброса — не нужно усиленно изолировать дымоход.
- Относительная чистота (бездымность) выброса — меньше проблем с соседями.
Принципиальное отличие таких печей от буржуек и их производных — постепенное сгорание топлива и, как следствие, плавное и равномерное распределение тепла (в буржуйках разгорается сразу вся загрузка).
Две самые популярные разновидности ПДГ — «Бубафоня» и «Ракета» (ракетная печь). В первом случае реализуется энергия от горения древесины под давлением при дефиците кислорода, во втором — реактивный процесс, возникающий при перепаде температур.
«Бубафоня» или поршневая ПДГ
Своё оригинальное название эта печь получила от ника автора, который впервые выложил схему в общий доступ. Является ли он изобретателем этой разновидности, неизвестно. Скорее всего, в той или иной форме она существовала с давних времён, поскольку её действие основано только на законах физики и природы.
Особенность этого варианта ПДГ — постоянное давление поршня, пятка которого балансирует и удерживает постоянную равномерную температуру, не позволяя остывать или перегреваться отдельным участкам.
Конструкция
«Бубафоня» представляет собой нечто вроде цилиндра поршневого ДВС в крайне примитивном виде:
- Элемент 1. Камера сгорания (КС). Открытая цилиндрическая ёмкость (бочка, баллон, труба) без люков и с дымоотводом у верхней границы. Размер КС может колебаться от 20 до 240 л.
- Элемент 2. Поршень. Стальная труба сечением 75 мм с круглой пяткой на одном конце. Пятка имеет диаметр на 40–50 мм меньше, чем КС, и отверстие под диаметр трубы. В наружной части пятка имеет рёбра для допуска воздуха к участку горения. Функционально эта деталь исполняет роль воздуховода и пресса.
- Элемент 3. Крышка. Простая стальная крышка с отверстием для трубы воздуховода.
Простота и надёжность конструкции, а также доступность материала сделали эту печь самой популярной у селян и владельцев гаражей. «Бубафоня» является рекордсменом по длительности горения — КС из бочки 200 л при полной плотной вертикальной загрузке работает 20–24 часа.
Как собрать
1. Отрезаем верхнюю крышку бочки (должна быть не гнилая). Её можно использовать потом под крышку печи. Если это газовый баллон, отрезаем по границе спайки оголовка и стенки. В 20–30 мм от верхнего края вырезаем отверстие дымохода и привариваем канал из трубы 100–120 мм.
2. Воздуховод (ВВ). Для КС любого размера достаточный внутренний диаметр трубы ВВ — 75 мм. Длина ВВ равна высоте КС плюс 200–300 мм.
3. Пятка. Лист 4–6 мм вырезаем в виде круга диаметром меньше камеры сгорания на 30–40 мм.
4. Вырезаем по центру пятки отверстие, равное внутреннему диаметру ВВ плюс 2–3 мм. По краю можно наварить бортик из полосы для устойчивости поршня при загруженной топке.
5. Привариваем на рабочую поверхность пятки уголки 30х30 или 40х40 в виде лучей от центра.
6. Привариваем ВВ к пятке под углом строго 90º с обратной стороны от рёбер.
7. На свободном конце ВВ изнутри навариваем гайку М6. Вырезаем заслонку по сечению ВВ и устанавливаем на винт. Можно использовать магнит подходящего диаметра. Этой заслонкой регулируется подача воздуха в очаг горения.
8. На крышку навариваем полосу 20–30 мм по окружности наподобие бортика.
Топливом для поршневой печи длительного горения типа «Бубафоня» может служить любой твёрдый горючий материал, но, как правило, это дрова. Небольшое количество резины или пластика не даст «чёрного выхлопа», т. к. полностью прогорит в КС. Топливо загружается при снятом поршне, но по ходу работы можно догружать печь маленькими дровами через трубу ВВ. Безопасный поджиг также можно производить через ВВ.
Проблема, которой не существует
Дотошный мастер попытается подогнать ВВ под крышку, а крышку под КС максимально плотно и даже предусмотреть уплотнения. Опытным путём было установлено, что такие «усовершенствования» оборачиваются неспособностью печи продуктивно работать. Секрет кроется во вторичном воздухе, который подкачивается через зазоры в верхней части и обеспечивает тягу. В этом случае щели выступают в роли инжекторов, о которых мы рассказали в предыдущей статье.
Извлекаем максимальную пользу
Конвектор. Для отвода тепла от КС (топки) есть простое и эффективное решение, основанное на конвекции воздуха.
Конвекция — вид теплопередачи, в котором тепловая энергия передаётся потоками или струями.
Для устройства примитивного конвектора нам понадобится профилированный лист оцинковки со средней волной, который нужно просто обернуть вокруг камеры сгорания. Волны профиля будут служить каналами, по которым будет проходить воздух. Нагретый от печи, он будет устремляться вверх, а его место займёт холодный воздух, поступающий снизу канала. Если профлиста нет, можно закрепить вокруг топки и дымохода обрезки профиля CD или UD.
Кожух. Ещё одной разновидностью конвектора может быть примитивная коаксиальная система.
Коаксиальный — от латинского со — совместный и axis — ось, т. е. имеющий совместную ось.
Для этого на камеру сгорания навариваем кронштейны длиной 40–50 мм, отступив 50 мм от верха и низа. На них фиксируем лист металла. Толщина здесь не имеет решающего значения, т. к. теплоносителем выступает воздух, а сам кожух нагреваться не будет. Подойдёт тонкая оцинковка, которую можно сделать съёмной.
Длинный ровный дымоход. Если есть возможность без затруднений увеличить длину дымохода внутри помещения, это позволит снимать остатки температуры отработанных газов.
Вентилятор, направленный на ПДГ, эффективно перемешивает воздух, что даст быстрый и равномерный прогрев помещения.
Описанная версия печи имеет один, но существенный недостаток, который можно рассматривать как дань простоте конструкции. Очистка зольника — работа «пыльная». Самим зольником служит донная часть КС и выемка золы через борт неудобна, но необходима.
Совет. Рекомендуем постоянно держать на дне 80–100 мм золы — это не даст дну преждевременно прогореть.
Ещё один нюанс можно назвать разве что «издержкой производства». При использовании бочки стенки топки прогорают относительно быстро. При интенсивной эксплуатации (на высокой температуре) камеру сгорания придётся заменить через 3–4 сезона. Но и здесь простота обеспечивает успех — достаточно подыскать такую же бочку. Газовый баллон в этом случае будет служить десятки лет.
«Ракета» или реактивная печь (РП)
Ещё одна разновидность энергоэффективных печей известна под названием «Ракета» или «Ракетная печь». Звучное имя она получила из-за реактивного процесса, основанного на теплообмене при значительном перепаде температур (и возникающей при этом тяге), который реализуют в том числе и в ракетных реактивных двигателях. Это природное явление вписано в базовые законы физики благодаря своей безотказной работе.
Конструкция
РП всегда имеет «колено» не более 90° в том или ином виде. То есть дымоход расположен под прямым или острым углом к дну топки. Обязательно наличие воздуховода (ВВ), который часто располагается смежно (через стенку) с топкой.
Принцип работы и преимущества
Главное отличие РП от описанных ранее печей — температура концентрируется не в топке, а в потоке воздуха, который находится в постоянной динамике. Непрерывная тяга, возникающая в месте нагрева (колено), заводит кислород с потоком воздуха для горения в топку через ВВ, в топке воздух получает тепловую энергию от сгорания топлива и отдаёт её в месте перепада температуры (колено и «окрестности»), благодаря чему тяга поддерживается.
В постоянном режиме РП не требуется регулировка подачи воздуха — природное стремление к балансу процессов обеспечивает тягу ровно такой силы, какая требуется для реализации температуры в топке. Выход отработанных газов проходит также естественно — давлением разогретого воздуха (поэтому РП не требует высокой трубы дымохода).
Эффект реактивности теплового потока мы будем реализовывать поэтапно, всё более усложняя конструкцию.
Этап первый. Поток в чистом виде
Как мы уже выяснили, основным элементом и условием существования потока служит колено канала. Сварив под углом 90° две трубы диаметром от 150 мм, соотносящиеся как 1/2, мы получим готовую «ракетную» топку с патрубком дымохода. Короткий участок — горизонтальный, длинный — вертикальный. Если развести огонь в горизонтальном, пламя будет выходить по вертикальной трубе.
Примитивный вариант подачи вторичного воздуха можно организовать, установив внутри топки на кронштейны лист металла — очаг будет отделён от воздуховода. При этом воздух, проходящий по нему, будет попадать в угол колена, что позволяет называть его вторичным. Такому устройству можно приваривать ножки и ставить на верхний канал решётку для сковороды.
Этап второй. «Ракетная буржуйка»
За основу берём конструкцию, описанную выше, и добавляем ещё один элемент — горизонтальный участок (канал). Прямоугольное сечение каналов будет удобнее в эксплуатации, чем трубы.
Ракетная буржуйка: 1 — пластина; 2 — область нагрева и теплообмена; 3 — поток воздуха
Воздуховод в данном случае может располагаться произвольно — главное, чтобы по нему проходил воздух. Это могут быть «щёчки», параллельные боковым стенкам загрузочного люка, или пластина на рёбрах по нижней стенке.
Далее к колену присоединяем дымоход из стальной трубы (он же — остаточный теплообменник) и устраиваем крышку. Точно описать конструкцию сложно, поскольку чаще всего её исполняют из подручных материалов. Важно понять и реализовать сам принцип образования потока.
Этап третий. Система с вертикальным теплообменником
Идея заключается в устройстве стального теплообменника с толстыми стенками на пути прохода горячего потока.
Конструкция представляет собой элемент из второго этапа, увеличенный в размерах, на котором вместо вертикальной трубы будет располагаться пустая ёмкость для сухого теплообмена (в идеале — пустой газовый баллон). В этом случае канал дымохода должен быть расположен соосно горизонтальному элементу.
Сам горизонтальный элемент (топка) может быть исполнен в разном виде — корпус печки, труба или короб. Он может служить предварительным теплообменником (если имеет достаточно большой размер). Для продолжительного (до 4-х часов) непрерывного горения нужно увеличить топливный отсек. Он может быть до 600 мм в высоту и принимать поленья вертикально. Горение будет происходить в нижней их части, и под собственным весом они будут прогорать постепенно.
Ракетная печь с теплообменником: 1 — зольник; 2 — холодный воздух; 3 — топливный отсек; 4 — крышка; 5 — дрова; 6 — граница пламени; 7 — область горения; 8 — теплообмен; 9 — дымоход; 10 — баллон
Подача первичного воздуха будет производиться через дверцу в районе топки, которая будет служить ревизионным люком для очистки. Вторичный — через отверстие или канал на колене, либо по каналу в топливном отсеке.
Этап четвёртый. Устанавливаем инжектор
Выше упоминались прообразы каналов подачи вторичного воздуха. На этом этапе мы установим отдельный канал для полноценного снабжения пламени кислородом на этапе дожигания топлива.
Для этого потребуется стальная труба диаметром 12–15 мм, изогнутая в форме канала, который получился из элементов системы. С одной стороны её нужно заглушить и просверлить в стенке 6–8 отверстий 5–6 мм на участке в 100 мм. Затем следует установить трубку таким образом, чтобы она проходила через всю систему, а её «глухой» конец с отверстиями находился в месте, куда достаёт пламя. Открытый конец должен выходить в «холодной» части системы и иметь доступ воздуха. Нагретый металл трубки создаст тягу, и свежий воздух будет подаваться на дожиг.
Варианты установки инжектора: 1 — зольник; 2 — холодный воздух; 3 — топка; 4 — топливный отсек; 5 — инжектор; 6 — граница пламени; 7 — теплообменник
Этап пятый. Турбонаддув
К инжектору подключается воздушный насос (возможно старый пылесос). Сам инжектор должен иметь бóльшую пропускную способность, чем при естественном снабжении. При включении насоса поток свежего воздуха создаёт избыточное дополнительное давление, и тяга усиливается пропорционально поданной мощности. Это обеспечивает повышение температуры теплообменника.
Этот способ известен мастерам с древних времён — функцию воздушного насоса выполняли кузнечные меха.
Принимая меры для развития ракетной печи, помните, что система должна быть гармоничной — все элементы нужно балансировать, иначе — перегрев и прогорание металла.
Пиролизная ракетная печь из консервных банок своими руками
Походная горелка-«щепочница» всегда пригодится, тем более что для неё не нужно специальных материалов и навыков. Изготовить её сможет даже подросток. Однако для того, кто впервые взялся за решение вопроса отопления «ракетными» печами, это будет хорошей практикой, т. к. принцип работы идентичен:
- Берём две жестяные банки разного диаметра и высоты (разница на 20–25 мм).
- Вырезаем отверстие, равное диаметру меньшей банки в дне большей банки.
- Делаем сеть отверстий в дне меньшей банки.
- Делаем пояс отверстий на стенке меньшей банки в 1/5 её высоты от открытого края.
- Делаем пояс отверстий на стенке большей банки в 1/7 её высоты открытого края.
- Вставляем меньшую банку в дно большей так, чтобы дно меньшей подходило к открытому краю большей. Горелка готова.
Вы наверно уже догадались, что, в принципе, это коаксиальная система газопровода. Добавляя к такой горелке разные приспособления, можно увеличить объём топливного отсека или кипятить воду.
Если в стенке большей ёмкости вырезать отверстие под канал и установить вентилятор, получится не что иное, как РП с турбонаддувом.
Используя этот «карманный» вариант, можно проводить эксперименты и сравнительные замеры — как горит материал сам по себе и как с применением вторичного воздуха.
Виталий Долбинов, рмнт.ру
