Котел Stropuva и печь "Бубафоня" на его основе: конструкция, схемы, изготовление, где применять?

Отопительная печь медленного горения «Бубафоня» – творение умельца с Колымы (жителя тамошнего в наши дни, не сталинские) Афанасия Бубякина. Он поделился своим удачным опытом в сети, где его ник bubafonja, отчего печка и получила свое прозвище. За прототип Афанасий взял котел литовского производства «Стропува», который, как бы его ни хаяли временами, за почти 15 лет промышленного выпуска прекрасно себя зарекомендовал.

На сегодняшний день бубафоня, можно сказать, любимое детище печников-любителей. После доработок Бубякина, о которых подробнее будет сказано ниже, ее может сделать своими руками домашний мастер практически любой квалификации, лишь бы умел обращаться со сварочным аппаратом. «Сварганить» бубафоню можно за выходные, и многим колымская печка исправно обогревает гаражи и сараи почти задаром (см. рис.): бубафоня хорошо греет почти на любом твердом топливе, от хвойных опилок до антрацита.

Самодельная печь “Бубафоня”

Это породило множество попыток приспособить бубафоню для водяного отопления дома: цена котла Stropuva на 20 кВт исключительно дровяного в РФ в настоящее время примерно 90 000 руб., а универсального дрова/уголь – около 120 000 руб. Аналоги, о которых речь еще пойдет далее, стоят 68-110 тыс. руб. Тоже не дешево.

Однако, если для котлов Stropuva со времени их появления в продаже в 2001 г. не отмечено ни одного полного или внезапного отказа, то с водогрейно-отопительными бубафонями фиаско следует за фиаско. Печь работает, разжигается, греет, но:

• Расход топлива соответствует КПД в лучшем случае 60%.
• На стенках топливной камеры интенсивно образуется нагар.
• При смене погоды приходится то и дело бегать в котельную вручную регулировать подачу воздуха. Зазеваешься – температура теплоносителя в системе за 15-20 мин. прыгает до 95-97 градусов, а это уже на грани вскипания со всем вытекающим.
• Время теплоотдачи с одной загрузки топлива получается до 12 час против 30 и более у «Стропувы».
• Водный конденсат в дымоходе образуется так обильно, что в сильный мороз замерзает и перекрывает дымоход.
• Наблюдаются случаи «обратного горения», когда печь тянет воздух через дымоход, а из воздуховода бьет пламя.

В целом, бубафоня с водяным контуром более-менее надежно и стабильно работает только при отборе до 10-15% ее тепловой мощности для ГВС, а попыткам взять побольше на отопление отчаянно сопротивляется. Надо сказать, что бубафоня как бубафоня тут не виновата. Внутренний запас тепла ей нужен, чтобы дожечь как следует отходящие газы (смесь пиролизных с дымовыми).

Это характерная особенность любой печи длительного горения. Тем не менее, благодаря знанию происходящих в ней физико-химических процессов приспособить такую печь под отопительный котел все же возможно, что и доказали в свое время литовские конструкторы. А цель настоящей статьи – разобраться, как отучить печку от жадности к теплу применительно именно к конструкции Бубякина.

Конечный итог неоднозначен. С одной стороны, котел «Бубафоня» вещь все же возможная. С другой, нужно еще думать и думать, пробовать и снова думать. Особенно – с автоматикой и переключателем дрова/уголь. Но мы забегаем вперед, к делу.

Прототип

Котел Stropuva S20

От чего же шел Афанасий? Разберем на примере самой продаваемой литовской модели – дровяного Stropuva S20 тепловой мощностью 20 кВт, см. рис. Универсальные котлы выглядят точно так же, но к названию добавляется индекс U, напр. StropuvaS20U. Они иногда, как в данном случае, ставятся в качестве резервных в элеваторных узлах частных домов и малоэтажек, чтобы, по крайней мере, избежать разморозки системы при отключении центрального отопления.

Схема котла Stropuva показана на рис. слева ниже. В нем есть несколько отличий от сложившейся тогда (2001 г) конструкции печей и котлов поверхностного горения. Первое – камера предварительного нагрева воздуха 2. К топливу он подается нагретым около 400 градусов, что обеспечивает горение совместно с пиролизом и эффективное дожигание отходящих газов.

Схема котла Стропува

Второй момент – воздух поступает к топливу сверху по полой телескопической штанге 5 с распределителем воздуха 7 (см. след. рис. справа). Распределитель – сложной конфигурации крестовина с дефлектором («ушами») для подачи части воздуха на некоторую глубину в топливную массу и воздушным капилляром.

Такая конструкция обеспечивает подачу окислителя точно в тонкий горящий слой непрерывно по мере оседания топливной массы. В результате полное сгорание топлива происходит в небольшой, по вертикали, зоне над и под воздухораспределителем. Чуть выше клубятся уже прогоревшие, но еще очень горячие дымовые газы; их тепло можно использовать как угодно не нарушая термохимического цикла топки. В сущности, «Стропува» – твердотопливный котел комбинированного типа, в котором горение, пиролиз и дожигание пиролизных газов совмещены во времени и пространстве.

Распределитель воздуха котла Стропува

Горение в такой системе нестабильно; если после розжига оставить подачу воздуха на максимале, топливо вспыхивает. Экономичный медленный режим горения обеспечивает воздушный дроссель (заслонка, поз. 1 на схеме) с приводом от энергонезависимой термомеханической автоматики. В отопительных котлах медленного горения находят применение в основном 2 ее схемы: на биметаллических пластинах и рычажно-дифференциальная.

О термомеханике

Принцип действия термомеханики на биметалле (термопружины) основан на разнице температурных коэффициентов расширения (ТКР) различных материалов, см. рис. Чем меньше начальный угол расхождения пластин α, тем больше при том же нагреве будет изгиб пружины. Поэтому термопружины чаще всего делают из пластин, по всей плоскости спеченных контактной сваркой, получается биметаллическая пластина. При небольшом, менее 100 градусов, нагреве, она буквально гнется дугой с большой силой.

Принцип действия термопружины

Термопружины (термобиметаллические пластины) не требуют сложной кинематики привода заслонки; пружина из пластин длиной 300 мм и α = 3-5 градусов при нагреве до 85 градусов тянет с силой в несколько килограмм. Но термопружины из обычных материалов вследствие больших внутренних напряжений быстро устают: корректировать температуру в системе по термометру приходится примерно раз в месяц, и каждый сезон-два пружину (пластину) нужно менять, она сгибается насовсем.

Для промышленного изделия, предназначенного на рынок, такие эксплуатационные удобства означают смерть прежде рождения, но умельцам самодельные термопружины, возможно, и пригодятся. В таком случае нужно брать пары нержавеющая сталь – латунь или, лучше, нержавейка – бронза. Пары нержавейка – бериллиевая бронза точно и стабильно работают годами, в т.ч. в военной технике, но бериллиевая бронза – стратегический материал строгой отчетности. В заводских котлах, и в той же «Стропуве», используются биметаллические пластины из специальных сплавов.

Мягкие металлы с большим ТКР (медь, алюминий) для термопружин не подходят. Их иногда используют в биметаллических пластинах, срабатывающих редко эпизодически, напр. в самовосстанавливающихся размыкателях электрических цепей.

Пластины для самодельной термопружины нужно брать трапециевидные, с широким основанием в 30-50 мм и узким 10-15 мм. Высота трапеции – 200-300 мм. Пластины склепываются узкими основаниями. Дополнительный рычаг с отношением плеч 1:3 – 1:5 (справа на рис.) даст рабочий ход в 120-130 мм, что для воздушного дросселя достаточно.

Толщина пластин должна быть от 0,5 мм, причем разная для разных металлов: менее упругая – толще. На 0,5 мм нержавейки нужно примерно столько же бериллиевой бронзы, 1 мм обычной оловянистой бронзы и 2 мм латуни.

Иногда в фабричных котлах термомеханику делают дифференциально-рычажную. Принцип тот же, но используется неодинаковый нагрев одного и того же материала. А именно – внутренней и внешней стенок водяной рубашки; разницу отслеживает пара шарнирно связанных в одной точке длинноплечих рычагов. Рычажно-дифференциальная система долговечна и стабильна, но требует достаточно сложной кинематики из деталей прецизионной точности, т.к. линейная разность расширения обечаек котла доли миллиметра.

Возвращаясь к «Стропуве», осталось рассказать об переключателе дрова/уголь и особенностях обвязки котла. Изначально литовский котел проектировался под горючий сланец, которым Прибалтика богата. Горит сланец примерно как дерево, так что под дрова «Стропува» пошла без существенных переделок.

Но с углем возникли проблемы: для дожигания его отходящих газов необходим дополнительный воздух. Его взяли из воздухонагревателя, устроив в нем клапан с ручным управлением, но разрежения в пространстве дожигания оказалось мало для нужного подсоса. Просто так решить задачу оказалось невозможно, пришлось для топки на угле сделать наддув от электровентилятора из расчета примерно 1 Вт электрических для наддува на 1 кВт теплоотдачи котла. Впрочем, для производителей от этого нет худа без добра: вентилятор наддува в комплект универсального котла не входит, поставляется опционально. За отдельную плату.

Т.е., угольная «Стропува» потеряла энергонезависимость, это нужно помнить, планируя покупку или пытаясь повторить конструкцию. А загрузка из некоторых сортов угля при этом и не догорает полностью. Остаток пригоден для дожигания в следующей загрузке, но его приходится выгребать из зольника и отделять топливо от золы.

На угле «Стропува» обеспечивает теплоотдачу до 5 суток. На сегодняшний день это показатель весьма средненький: угольные котлы сверхдлительного горения на одной загрузке греют до 30 суток и позволяют догружать топливо без останова и нарушения режима горения, т.е. розжиг им нужен раз в сезон. Но работают они только и только на угле.

Обвязка

Обвязка котла «Стропува» особенная: она не годится для котлов иных типов, и наоборот. Тут литовцам нужно отдать должное: схема хорошо продумана с учетом особенностей отопления жилых домов, несложна и относительно недорога, что в значительной степени компенсирует дороговизну самого котла. Схема обвязки для S20 в простейшем варианте, без теплого пола, представлена на рис.

Схема обвязки котла Стропува

Первое, что обращает на себя внимание – отдельный регистр R1; он обозначен красным. Эту батарею ставят в помещении, где ровный температурный режим не обязателен: в прихожей, на лестничной клетке. Балансировочным вентилем bk1 в холодную погоду (на максимале котла) регулируют, чтобы радиатор чуть теплился.

Температурная (не тепловая!) инерция котла составляет 20 градусов, а временная – около 20 мин. Т.е., если на котле по штатному термометру выставлено 70 градусов, то температура теплоносителя в течение 20 мин может меняться от 60 до 80 градусов. На это время избыток теплоносителя перепускается в R1, который таким образом, играет роль аварийного радиатора, но без нарушения режима горения и снижения КПД котла.

Второй тепловой буфер – бойлер ГВС B; эксплуатировать котел без него настоятельно не рекомендуется. Перепускным вентилем 3 устанавливают температуру воды ГВС, а таким же ниже по схеме – температуру регистров общего назначения.

Устройство перепуска подачи в обратку ТЗ-20-50 типовое. Его назначение – не допустить охлаждения обратки ниже 45-50 градусов, иначе в котле может выпасть кислотный конденсат вследствие переохлаждения дожигателя.

Второй балансировачный вентиль bk3 работает в паре с циркуляционным насосом P на 40-80 Вт, обеспечивая оптимальную скорость циркуляции в рубашке котла и регистрах по отдельности. Если насос с авторегулировкой оборотов по температуре на подаче, то bk3 не нужен, поэтому поставляется опционально.

Такая схема не требует регулярной подпитки от водопровода, а слив 5 используется только при перезапитке, поэтому поплавкового крана вовсе нет. Но система должна быть полностью герметичной, поэтому возможна установка только мембранного расширительного бака H. Второе ее, впрочем, относительное, неудобство – максимальное давление в котле 2 бар, а предохранительный клапан слива настроен жестко на 1,5 бар. Т.е., никакой насос не загонит теплоноситель выше 2 этажа, да и там батареи будут холоднее, чем на первом.

Хороша ли «Стропува»?

К указанным выше недостаткам, из которых главный – медленный разогрев (20 мин сам котел, а вся система?), необходимо добавить следующие:

1. Невозможность технологического останова: загрузка топлива должна прогореть полностью, только тогда на котле и системе можно производить какие-то работы.
2. Невозможность догрузки топлива без повторного розжига.
3. Заявленный производителем КПД (91,5%) не соответствует как декларируемым дилерами значениям (85-87%), так и результатам статистической обработки по расходу топлива у реальных пользователей, 76-78%
4. Под котел обязательно нужна отдельная котельная по требованиям МЧС (от 8 куб. м, потолок от 2,2 м, из негорючих материалов, открываемое окно, неперекрываемое приточное окно для воздуха, отдельный дымовой канал).

Тем не менее, «Стропуву» берут весьма охотно. Причины отнюдь не маркетинго-рекламные ухищрения:

• Исключительно высокая надежность котла, заложенная в самом принципе его устройства. В глубинке морозной зимой это, безусловно, важнее, чем несколько процентных пунктов КПД. Мелкие неисправности легко устранимы, не вызывают останова котла и заранее дают о себе знать.
• При пропадании электричества котел безо всякого постороннего вмешательства сам переходит на термосифонную циркуляцию и может в этом режиме работать неограниченное время при штатной загрузке топлива. В доме будет холодновато, но система не разморозится.
• Несложная и недорогая обвязка.
• Схема обвязки, если установлен бойлер ГВС косвенного подогрева (со встроенным теплообменником), позволяет заправлять систему антифризом без перезапитки на 5-7 лет и более.
• Монтаж котла не требует огнеупорного основания или усиления настила пола, лишь бы он был несгораемым.
• Большой предел регулировки мощности, более 10 раз.
• Реальный КПД держится в пределе регулировки мощности 100-10%.
• Как следствие из 5 предыдущих пунктов, экономичность по деньгам как при вводе в эксплуатацию, так и в течение ее.

Аналоги «Стропувы»

Хотя на сегодняшний день «Стропува» далеко не последнее слово теплотехники, по ТТД, эксплуатационным качествам и требованиям экологии котел остается на уровне современных требований, а конструкция его отработана и проверена временем. Не удивительно, что, пользуясь литовскими лицензиями, аналоги Stropuva на том же принципе выпускает множество фирм: Atlantic, Beretta, Candle, DEMRAD, Electrolux, Eurofan, FLAMINGO, FONDITAL, GLOBAL, HERMANN, Junkers, Liepsnele, LG, MIDEA, NOVA FLORIDA, Protherm, SIME, Starway, VAILLANT, Viadrus, Viessmann.

Известные отечественные производители литовских лицензий не берут, трудности с получением. Но взамен на российском рынке есть линейка котлов КВр (торговая марка «Твердотоп», см. рис. справа) концерна «Медведь», которые уступают «Стропуве» в наработанном времени эксплуатации, но кое в чем и превосходят литовца:

Котел КВр

1. Цена на 20-25% ниже при сравнимых техданных. Для 20-кВт дровяного котла 68 тыс. против 85.
2. Допустимая длина дров – до 35 см для КВр на 10 кВт, 40 см для 20-кВт и 45 см для 40-кВт. «Литовца» нужно топить чурками.
3. Загрузочная дверца высотой 940 мм; вся укладка дров сразу перед глазами, можно ее поправить внизу, не трогая верх.
4. Механизм подъема воздухораспределителя совмещен с дверцей и собран на роликах. В «Стропуве» подъемный тросик протянут в трубке: тянуть тяжелее, и трубка со временем протирается.
5. Дверца зольника с защитой от дурака, что сводит на нет пожарную опасность.
6. Дверцы не обжигающие, а их уплотнения трудно изнашиваемые.
7. Есть шибер на дымоходе, т.е. котел можно подключать к любой существующей трубе с избыточной тягой.
8. Допустимое давление в системе 2,5 бар, что позволяет отапливать 2 этажа с мансардой в пределах санитарных норм.

Вместе с тем «Твердотоп – Медведь» не лишен и заметных недостатков:

• Минимальная высота потолка котельной – 2,5 м; сам котел очень высокий.
• Время теплоотдачи с одной загрузки дров – 20 час против 30 у «Стропувы».
• Верхний выход в дымоход. Если бить под трубу проем в стене, что проще, чем в бетонном перекрытии, то потребуется еще увеличить высоту котельной и поставить лишнее колено, требующее прочистки.

В целом же КВр со «Стропувой» врагами назвать нельзя, тот и другой рассчитаны на свои условия эксплуатации. «Стропува» – на места более-менее обжитые с развитым типовым строительством и с климатом ближе к европейскому. КВр эффективнее будет в условиях резко континентального климата в краях, где строятся более каждый сам по себе.

«Медленный котел» или пиролизник?

Выходит, пиролиз в котлах медленного горения едва проглядывает где-то в районе воздушного дефлектора? И это сказывается на его качественных показателях? Да, и чисто пиролизный котел с раздельными газификацией и сгоранием превосходит котлы медленного горения по следующим параметрам:

1. Высокий КПД; 95% – норма.
2. Стабильность работы на любом виде топлива: двухступенчатое сгорание с обратной связью процесс принципиально устойчивый.
3. Компактность: котел на 20 кВт размером со стиральную машину, его можно ставить просто в кухне, лишь бы пожарники позволяли.
4. Экологичность: на выхлопе только СО2 и Н2О, что в принципе позволяет пожарникам выдавать разрешения на эксплуатацию без отдельной котельной.

Но повсеместному распространению «пиролизников» мешают и серьезнейшие недостатки:

• Высокая стоимость, примерно вдвое выше, чем у «медленного» котла на ту же мощность.
• Небольшие пределы регулировки мощности: превосходство в КПД в реальных условиях при смене погоды нередко излучается в мировое пространство аварийным радиатором и утекает в канализацию сбросом перегревшегося теплоносителя.
• Относительно частая загрузка топлива.
• Ограниченный срок службы жаростойкой футеровки камеры сгорания, т.е. требуется регулярный дорогостоящий ремонт.
• Полная энергозависимость: без наддува вентилятором и электропитания управляющей автоматики котел просто гаснет.

В общем, пиролизный котел пока только хорошая перспектива. Свое слово он скажет, когда разработчики управятся с его недостатками, а возросшая цена топлива заставит считать и проценты от КПД.

Беремся за Бубафоню

Теперь выясним, почему печь бубафоня столь популярна. Что такого внес Бубякин в исходную конструкцию, что сделало ее повторяемой простейшими средствами в домашних условиях при сохранении параметров, сравнимых с фирменными?

Первое, что очень сильно затрудняет самостоятельное повторение оригинала – телескопическая штанга – воздуховод. Паразитное просачивание воздуха в топливную камеру серьезно нарушает режим горения, поэтому зазоры между его секциями должны быть минимальны. В то же время при длительной работе в тяжелых условиях недопустимо и заедание, а для обслуживания и ремонта этот узел труднодоступен. Поэтому штангу нужно делать из спецстали на промышленном оборудовании.

Схема печи бубафоня

Афанасий вышел из положения по-русски просто: взял и сделал воздуховод цельным, продетым в воротник в крышке печи. Тогда для него подойдет любая подходящая труба, а меняя высоту воротника и остаточный выступ воздуховода над печью, паразитный подсос можно свести к любому приемлемому значению. Кроме того, печь получается полностью разборной без применения инструмента, как автомат Калашникова, и очень простой, состоящей всего из трех сварных узлов, не считая дымохода.

Но тогда никак не пристроить воздухонагреватель, а подогрев поступающего воздуха необходим, иначе приличного КПД не жди. В Колымском крае это вопрос отнюдь и отнюдь не отвлеченный.

Бубякин решил и эту проблему в духе всей печи: сложный воздухораспределитель-дефлектор заменил достаточно тяжелым гнетом-«блином» с ребрами снизу. Таким образом удалось почти весь рабочий процесс загнать под блин: он своей тяжестью уплотняет горящий слой и воздух успевает прогреться как следует буквально за сантиметры пути от устья воздуховода. Это позволило при правильном исполнении печи и ее надлежащей эксплуатации избежать обратного горения, заодно уменьшив высоту печки едва ли не вдвое и сохранив в такой предельно простой конструкции (см. рис. справа) КПД свыше 70% Тепловая мощность регулируется, как и в «Стропуве», подачей воздуха.

Выход отходящих газов на дожигание был обеспечен также элементарно просто: в зазор между «блином» и стенкой печи. Доля пиролиза в зоне под блином в печи Бубякина возросла; соответственно усилилась и роль дожигания в пространстве над гнетом. Этим и некоторыми другими обстоятельствами, см. ниже, и объясняется трудность приспособления бубафони под отопительный котел.

Усовершенствованный воздухораспределитель котла Стропува

Любопытный факт

Вскоре после появления в рунете описания бубафони фирма Stropuva анансировала важное усовершенствование: воздухораспределитель новой конструкции, см. рис. слева, позволяющий добавить к КПД несколько процентных пунктов. Интересно, а самому-то Афанасию на Колыму они хоть написали об этом?

Где взять чертежи?

В свободных источниках точных сведений о правильных пропорциях бубафони не доищещься, а платные эту тему и вовсе обходят стороной. Оно и понятно, эту печку делают в основном из подручного хлама кто как соображает и может. Предельных параметров, которые способна дать сама идея тут, конечно, ждать не приходится.

Что ж, возьмемся за конструирование сами и, порывшись в доступных железяках, разработаем чертежи самостоятельно по своим потребностям и возможностям. Взгляните на рис. Сколько там всяких размеров (определяющие выделены цветом)! И как они между собой связаны?

К расчету размеров бубафони

Среди законов Мерфи, которых уже после самого Мерфи набралось на довольно толстенькую брошюрку, есть и такой: «Любая простота есть только видимая часть скрытой сложности». Но не смущайтесть, сейчас мы вам все объясним таким образом, чтобы конструирование печки заняло не более вечера.

Главная пропорция – отношение внутреннего диаметра заготовки корпуса D к ее высоте H. H/D должно быть в пределах 3:1 – 5:1, а собственно D – 300-800 мм. При меньшем диаметре воздух, не успев прореагировать с топливом, уйдет, унося с собой в трубу КПД, а при слишком большом топливо по краям будет гореть слишком медленно, в центре топливной массы образуется яма, блин в нее сядет и печь погаснет. Но не спешите пока в сарай искать подходящую железину! И не отвергайте сразу ржавую бочку из-под горючего, о ней мы далее еще поговорим.

Следующий важнейший, особенно для котла, параметр – толщина стенки корпуса Δ. Если на печи будет водяная рубашка, а корпус из обычной стали, Δ должна быть в пределах 4-6 мм. Это условие требует особого пояснения.

Через слишком тонкую стенку в воду сразу уйдет чрезмерно много тепла, отходящие газы остынут ниже 400 градусов немедленно после выхода из щели между «блином» и корпусом, как показано на поз А рис. слева. Да, цвет стенки соответствует не ее цветовой температуре (нагретая до желтого свечения сталь расплавится), а потоку тепла сквозь стенку в данном месте.

Влияние толщины стенки жарового корпуса на дожигание

Итого, отходящие газы не смогут догореть как следует, КПД котла получится неприемлемым, на стенках топочной камеры скоро образуется плотный нагар, а в дымоходе – обильный конденсат. Стенки жарового корпуса фирменной «Стропувы» толщиной 2,5 мм, что и берут за основу многие умельцы. Но он, во-первых, выполнен из жаростойкой стали, теплопроводность которой гораздо меньше, чем у обычной конструкционной. Во-вторых, в «Стропуве» остаточные газы выделяются примерно с 3/4 верхней поверхности топливной массы и сразу же непосредственно со стенкой контактирует небольшая их часть.

В бубафоне отходящим газам приходится протискиваться сквозь довольно узкую щель, и весь их поток проходит вплотную к стенке. Поэтому самодельный котел-бубафоню нужно делать с толстыми жаровыми стенками. Тогда тепловое сопротивление стенки из обычной стали окажется достаточным для поддержания необходимой температуры в пространстве дожигания. Ход остаточных газов в таком случае показан на поз. Б рис. Однако слишком толстой стенку делать тоже нельзя: общая тепловая/временная инерция котла окажется такой, что вода в системе может закипеть даже если хозяин прикроет воздушный дроссель или автоматика отработает своевременно.

А из листа можно?

Разумеется, обечайку корпуса можно получить, прокатав стальной лист между валками. Но листогибочные станки любителей и мелких «железных» ИП, как правило, гнут сталь не толще 2,5 мм. На котел такая субтильная бубафоня вряд ли сгодится, но для воздушно-инфракрасного обогрева подсобных помещений вполне подойдет. Подробнее см. далее, о бубафоне из бочки.

Основные размеры бубафони малой мощности

Баллон и труба

Вот теперь уже можно мысленно переворошить наличные металлоресурсы: лучшая бубафоня – из газового баллона промышленного назначения или отрезка трубы большого диаметра. На мощность до 12-15 кВт баллон предпочтительнее – днище варить не нужно, а округлый верх обеспечит лучшее дожигание. Для печи малой мощности это особенно важно, т.к. в ней полнее скажется закон квадрата-куба: отношение поверхности к объему с уменьшением размера геометрического тела увеличивается. Типичные основные размеры баллонно-трубных бубафонь показаны на рис.

Распределитель воздуха

Теперь перейдем к блину. Для оптимизации рабочего процесса по КПД зазор между ним и корпусом с должен быть 0,05D. К примеру, для баллона с внутренним D = 300 мм получится с = 15 мм. Тогда диаметр блина d = D – 2H = 270 мм.

С ребрами дело обстоит сложнее. Их высота h зависит от D нелинейно. В пределах D = (600-800) мм можно взять h = 0,1D. Для меньших D вычисляем h как пропорцию, зная, что для D = 600 мм h = 60 мм, а D = 300 мм h = 40 мм.

Осталось найти толщину блина σ. Она должна быть тем больше, чем меньше D. Почему? Вес блина нужно выдержать в определенных пределах: гнет слишком легкий не придавит горящий слой в меру, КПД упадет и печь окажется склонной к вспыхиванию и обратному горению. Слишком тяжелый блин просто вдавится в топливо и оно погаснет. Подробный расчет займет слишком много места, а величина σ не очень критична, поэтому просто укажем:

• Для D = 300 мм σ = 6-10 мм.
• Для D = 400 мм σ = 6-8 мм.
• Для D = 600 мм σ = 4-6 мм.
• Для D = 800 мм σ = 2,5-4 мм.

Промежуточные значения, если требуется, вычисляются как пропорция и берется большее из стандартного ряда толщин листового металла.

О конструкции воздухораспределителя

В дровяной котел-бубафоню с D от 500 мм обычно ставят блин, конструкцию которого уже можно назвать классической, справа на рис.ниже. Ребра – прямые отрезки швеллера подходящего размера, расположенные радиально. Под образовашимися каналами топливо будет выгорать быстрее, что обеспечит нужную просадку блина в его массу. Самый блин можно сделать из листа потоньше, 2-2,5 мм, его легче резать. А необходимый вес гнету придаст наваренное сверху кольцо из того же швеллера. Такая конструкция, кстати говоря, куда меньше склонна к заеданию в печах большого диаметра.

Конструкции распределителей воздуха для бубафони

Обратите внимание, устье воздуховода расположено по нижнему обрезу ребер. Это нужно, чтобы воздух, прежде чем попасть в зону горения, прогрелся, пройдя несколько см в массе топлива. Образующийся при этом в центре небольшой его конус, если слишком уж разрастется, расползается под весом блина. Печка при этом издает короткий скрипящий или скрежещущий звук, это нормально.

Для узких высоких бубафонь путь воздуха под блином с прямыми ребрами оказывается слишком коротким для хорошего сгорания топлива. Поэтому ребра выполняют изогнутыми по часовой стрелке, если смотреть со стороны блина. Заодно их закрутка создает в дожигателе циркуляцию (вихрь), что способствует полному догоранию в малом объеме.

Физически-географический курьез: вихрь образуется благодаря силе Кориолиса, возникающей вследствие вращения Земли. Поэтому в южном полушарии, буде кто-то там вознамерится сделать бубафоню, ребра должны загибаться против часовой стрелки. Иначе вместо вихря в дожигателе на стенки сядет сильный нагар.

В малых бубафонях (из баллона, трубы) воздух требуется подать еще глубже в топливо и пропустить до поступления в зону горения по более длинному пути. Но тогда нужно избежать образования слишком уж широкого конуса топлива под центром блина. Оптимальный выход для самодельщика – наварить на устье воздуховода негодную звездочку диаметром примерно в 1/4-1/3 D, и с центральным отверстием диаметром около 1/3 диаметра воздуховода d, который мы еще рассчитаем, средняя поз. на рис.

А вот блин слева на рис. – пример полного пренебрежения техническим здравым смыслом: тонкий, быстро прогорит. Вырезан через пень-колоду, застревать будет. Ребра из слишком высокого уголка: печка то ли вспыхнет, то ли не разгорится, но греть как следует все равно не будет.

Дымоход

Для дальнейших расчетов нам понадобится площадь поперечного сечения дымохода S. Вычислить ее по известным методикам сложно, т.к. КПД и других нужных параметров единичного изделия из подручных материалов мы заранее не знаем. В промышленных условиях делают опытный экземпляр, «гоняют» его так и сяк в испытательной камере и по полученным данным уточняют исходные для расчета серийного образца; иногда опытных экземпляров приходится делать несколько.

К счастью, опыт эксплуатации бубафонь и ошибок при их создании накоплен уже немалый. Поэтому S можно с достаточной для любителя точностью вывести по удельному часовому энерговыделению закладки топлива e, не «заморачиваясь» КПД и длительностью теплоотдачи. Для этого, во-первых, задаем максимальную высоту топливной массы в печи Hf = 2/3H. Затем, по школьным формулам, определяем объем топлива Vf. Удельная теплота сгорания разных его видов есть в справочниках, но нам нужно знать массу. Для некоторых видов вот данные к расчету:

• Дрова осиновые среднего размера: вместимость (массовый коэффициент укладки) 0,143 кг на 1 куб. дм. Vf; E = 2,82 кВт/ч.
• Сухие опилки или мелкая стружка хвойные: вместимость 0,137 кг на 1 куб. дм. Vf; E = 3,2 кВт/ч.
• Ольховые брикеты: вместимость 0,285 кг на 1 куб. дм. Vf; E = 3,5 кВт/ч.
• Твердолиственные брикеты: вместимость 0,31 кг на 1 куб. дм. Vf; E = 3,1 кВт/ч.
• Уголь каменный ДПК: вместимость 0,4 кг на 1 куб. дм. Vf; E = 4,85 кВт/ч.
• То же, ССОМ: вместимость 0,403 кг на 1 куб. дм. Vf; E = 5,59 кВт/ч.
• Антрацит мелкий АМ: вместимость 0,485 кг на 1 куб. дм. Vf; E = 5,68 кВт/ч.
• То же, крупный АКО: вместимость 0,5 кг на 1 куб. дм. Vf; E = 5,72 кВт/ч.
• Торф белорусский: вместимость 0,34 кг на 1 куб. дм. Vf; E = 2,36 кВт/ч.

Теперь все очень просто: находим полное часовое энерговыделение E = eM, где M – масса закладки топлива, тогда минимальное сечение дымохода S(кв. см) = 1,75E(кВт/ч). Например, у нас печь из баллона. D = 3 дм, Hf = 6 дм. Vf = ((πD^2)/4)Hf = 42 куб. дм. Берем самое энергичное из предполагаемых топлив; допустим, ССОМ. Его в топку поместится 42х0,403 = 17 кг, с округлением. Энергии эта закладка, если ее сжечь полностью за час, способна выделить E = 5,59х17 = 95,03 кВт или, округленно, 100 кВт. Площадь сечения дымохода нужна S = 1,75х100 = 175 кв. см, не менее. Просчитав обратно от площади к диаметру, получим 15 см или 150 мм. Риторический вопрос к опытным печникам: хватит такой трубы на 10 кВт тепла? А рассчитать сможет кто угодно.

Тут же можно прикинуть, какая мощность печи получится. Самодельные бубафони отдают тепло около 12 час. Тогда Pпечи = 100/12 = 8,5 кВт на хорошем угле. А на опилках? Поделим их энерговыделение (3,2 кВт) на угольное (5,59 кВт), 3,2/5,59 = 0,572 и возьмем результат за поправочный коэффициент k1 = 0,572. Второй определим как отношение вместимостей опилок и угля: k2 = 0,137х0,403 = 0,34; общая поправка k = k1k2 = 0,572х0,34 = 0,195. На опилках печка выдаст 8,5х0,195 = 1,66 кВт, этого хватит, чтобы прогреть до температуры обеспечения активности гараж или птичник 6х4х2,25 м. Чтобы добиться «угольной» мощности, опилки придется сжечь за 0,195х12 = 2,34 или примерно за 2,5 час. Способна ли на это печка на максимале? Данная методика ответа на этот вопрос не дает. Что поделаешь, она приблизительная. Но простая.

Здесь возникает еще один вопрос: 20-кВт «Стропува» на загрузке в 140 кг того же угля греет 5 суток. Какой же тогда у нас выходит КПД бубафони на угле? А мы и не будем сжигать его на максимале, заслонку прикроем, а то печка сгорит. Как и «Стропува», если у нее убрать воздушный регулятор. Для расчета нужно было привестись к одному и тому же какому-то времени, вот 12 час и взяты, как характерное время сгорания дров. Так удобнее сверяться по известным опытным данным.

Второе, даже в самых фанфарных рекламных проспектах пишут: «до 5 суток», т.е. на техминимуме мощности в 10% от номинала. Итого – 2 кВт/ч, а наша печка с одной загрузки в 17 кг и выделяя 2 кВт/ч, будет отдавать тепло 50 час. А 140 кг с учетом потерь тепла при розжиге хватит на 4-5 суток. Долговременный КПД получается примерно такой же, как у Стропувы, и без наддува с переключателем Д/У.

О разжигании угля

Обычно бубафоню разжигают, наливая в воздуховод немного ЛВЖ и бросая туда спичку или горящий фитиль. Но уголь, особенно антрацит, так не разожжешь. Для растопки угля его загружают по нижний обрез загрузочного люка, а поверх угля на 2/3 высоты проема накладывают сухие мелкие дрова, поджигают, и дверцу закрывают.

Когда дрова прогорят до пылающих углей (в фирменных котлах для наблюдения предусмотрено смотровое окошко с жаростойким стеклом), дверцу открывают, догружают угля до верха люка и воздуховод полностью открывают. Полчаса-час за печкой наблюдают; когда она начнет раскаляться, прикрывают воздуховод до нормы.

Воздуховод

Воздуховод по известной площади сечения дымохода считается еще проще: d = (0,5-0,55)((4S/π)^0,5), обозначения – на схеме размеров. И для нашей баллонной печки с диаметром дымохода в 150 мм для воздуховода понадобится труба 76-80 мм по внутри.

Но расчет воздуховода еще не закончен. Нам нужно отсечь паразитный подсос воздуха через зазор в воротнике, а обтачивать трубу и точить фасонный воротник сложно и накладно. Используем собственную вязкость воздуха, чтобы ему же и помешать просачиваться куда не следует:

1. Определяем эксплуатационный зазор в воротнике δ; он должен быть не более 2,5 мм.
2. Рассчитываем минимальную высоту воротника L = 80δ.
3. Определяем минимально допустимый остаточный выступ воздуховода q = L+150, в мм.

К примеру, обгибаем заготовку воротника вокруг трубы воздуховода. Это несложно, т.к. воротник можно делать из оцинковки. Собрав или сварив стык, надеваем на трубу снова, прижимаем в одном месте и меряем получившийся двойной зазор. Допустим, вышло 1,6 мм. Тогда δ = 0,8 мм; L = 64 мм и q = 214 мм. Берем L = 65-70 мм и q = 215-220 мм. Воротником самодельщики чаще всего пренебрегают ради простоты, а зря. КПД от него зависит весьма заметно.

Прочие мелочи

Осталось просчитать мелкие ерундовинки, от которых зависит удобство эксплуатации печи, а не ее качественные показатели:

• Отступ технологических проемов от верха i = h + σ + 20 мм.
• Высота нижнего обреза топочной дверцы Hm = Hf + h + σ + 30 мм, так лучше для ревизии и чистки верхней поверхности блина.
• Высота загрузочной дверцы hm = H – Hf – i; ширину дверцы берем не более 1/4 длины окружности жарового корпуса по его внешнему диаметру.
• Высота дверцы зольника ha = h + σ + (100-150) мм; ширина – как для загрузочной дверцы. Высокая дверца зольника необходима, т.к. уголь в бубафоне может не догореть полностью и выгребать спекшиеся остатки замучаешься.

Дверцы

Люк бубафони

Паразитное просачивание воздуха сквозь зазоры по обрезам технологических люков вредит КПД не меньше, чем в печи без воротника воздуховода. В промышленных конструкциях для его предотвращения горловины люков делают литыми массивными и уплотняют асбестовым шнуром. В массовом производстве так технологически проще и дешевле.

Для любителей предпочтительнее также давно отработанный технически способ: выступающие горловины и двойные дверцы с прокладкой из листового асбеста или базальтового картона, см. рис. Такая конструкция хороша и тем, что в некоторой степени предохраняет от ожогов, внешняя часть дверцы не раскаляется до наружной температуры жарового корпуса.

Водяная рубашка

Изготовление водяной рубашки бубафони

Для обеспечения при необходимости термосифонной циркуляции достаточной интенсивности слой воды в рубашке должен быть потоньше, но не настолько, чтобы начала сказываться ее собственная вязкость. Считать тут нечего, на практике давно отработано оптимальное значение – 40-60 мм. Толщина металла – 1 мм на 1 бар нормального эксплуатационного давления при высоте рубашки до 2 м. В общем, 2,5 мм сталь будет держать в любом случае, а гнуть ее в домашних или кустарных условиях можно.

Если речь идет о бубафоне-котле, то рубашка должна быть идеально концентричной жаровому корпусу и равномерной ширины, иначе внутри возникнет холодное пятно, сбивающее весь режим печи. Тут тоже нет серьезных сложностей: верхнюю и нижнюю крышки рубашки выполняют из согнутого в кольца уголка, как показано на рис. справа. Там же видно, что прежде нужно вырезать проемы под люки в жаровом корпусе, иначе потом очень неудобно будет.

Где и как ставить?

Печь-бубафоня в процессе работы сильно нагревается, а у котла при догорании топлива раскаляется днище, это первое. Второе, т.к. в процессе сгорания происходит и пиролиз, в бубафоне довольно интенсивный, в состав дымовых газов входит значительное количество воды, даже если топливо было загружено абсолютно сухое. Вследствие этого установка бубафони, помимо общих противопожарных требований, должна производиться на огнеупорное основание из шамотного кирпича, а дымоход быть оборудован сборником конденсата со сливным краном, как показано на рис. Бубафоню на ножках нужно ставить точно так же: раскаленное днище излучает тепло так сильно, что цементная стяжка пола трескается и крошится на глазах, особенно во влажных помещениях.

Установка бубафони

А все-таки – из бочки?

Бубафоня из бочки или тонкого листового металла под котел не пойдет однозначно при самом тщательном исполнении. Главное – из-за слишком тонких жаровых стенок, как сказано выше. Но для воздушного обогрева подсобных помещений сгодится. В таком случае для получения приемлемых качественных показателей гнет нужно выполнять по образцу блина для бубафонь-«маломерок», с изогнутыми лопастями и увеличив их количество. Как именно, посмотрите на видео ниже. Такую печку, несмотря на относительную сложность блина, умелец средней квалификации сможет сделать за день-два.

Видео: печь-бубафоня из бочки

Куда годится бубафоня?

Лучший вариант использования печи-бубафони – воздушно-излучательный обогрев небольших хозяйственных или производственных помещений, в которых в холодное время года постоянно находятся люди или домашние животные. Тут 12-часовой рабочий цикл печи оказывается как раз впору.

Второй предпочтительный вариант – резервная печь в теплицах и оранжереях. Идеальная для них печь булерьян (буллер) работает только на дровах. Вдруг их не окажется, но будет в распоряжении уголь, торф, любой горючий мусор – бубафоня его переварит и поддержит допустимую температуру. Для такого случая хорошо подойдет самодельная печка из бочки: топить ее придется редко, и прослужит она долго.

Для обогрева при временной работе зимой в гараже или сарае бубафоня не подходит: пока разгорится, нужно уже и уходить, а нельзя, пока не догорит полностью. Тут выгоднее обычная буржуйка: разогревается мгновенно, теплоотдача регулируется простой подтопкой, срочно уходя, можно залить топку водой или забросать снегом.

Что же касается замены фирменных отопительных котлов для жилых домов бубафонями, то здесь остается нерешенной проблема, которая решает все. А конкретно – как снабдить термомеханической автоматикой регулировки подачи воздуха подвижный воздуховод? Кто догадается и сделает – войдет в историю самодеятельного технического творчества.

рекомендуем:

Пиролизный котел Твердотопливный котел Печь булерьян

(Пока оценок нет)

Загрузка...

Ниже Вы можете поделиться своими мыслями и результатами с нашими читателями и постоянными посетителями.

Также можно задать вопросы автору*, он постарается на них ответить.