Почему ПДА это не "Теплушка", а "Теплушка не ПДА.

[Кирилл Рудь]

Начну с того, что если сравнивать ПДА и Теплушку не по отпускаемому потребителю теплу, а по схемам организации горения, то можно смело заявить, что их похожесть только в том, что и в Теплушке, и в ПДА камера-горнило достаточно развитого объёма. На этом принципиальная схожесть заканчивается, как с первым вариантом ПДА, так и с последним вариантом ПДА, в котором газы, после длиннопламенного горения, от горящих углей направляются не по привычно прогретому пути, а в другие, ещё не прогретые полости и по другой схеме. В Теплушке газы выходя из заполненного дровами колосникового "топливника" горят уже в горниле как в топке, в которой им по факту не можно гореть, так как в этой топке уже нет для этого свободного пространства - "топливник" заполнен топливом.. Горнило здесь не камера вторичного горения, а самая натуральная топка как продолжение "топливника". В Теплушке топка (горнило)есть суть продолжение "топливника!
Очевидно, что Теплушка топится исключительно при закрытой заслонке горнила и весь процесс и преодоление сопротивлений обеспечивается не за счёт возможности топки и "топливника"как нагнетателя потока (ПДА), а в основном за счёт располагаемого напора печи, в частности вертикального канала. В ПДА этот вертикальный канал не нужен ни на длиннопламенную, на на короткопламенную фазу, печь сама нагнетает напор и при этом в ней нет особо сопротивлений из серии опускания газов в нижнюю полость как в Теплушке или в нисходящие каналы, как в прочих схемах, в том числе в ПК. ПДА устроена таким образом, что скорость потока достаточно высока и соответственно высока турбулентность в полостях, которая развивается не от того, что на пути потока стоит какая-то завихрительная преграда, а от того, что поток имеет оптимальное соотношение свобода-не свобода. Минимум аэродинамических сопротивлений обеспечивает минимум потерь напора, а при максимальной скорости потока, в развитой полости, возникает нужная нам турбулентность.
"Топливник" Теплушки, вдобавок ко всему, имеет решётку. О сжигании на решётке в "топливниках" и о вторичном горении в ПДА я напишу в продолжение темы.

[Кирилл Рудь]

А пока вернёмся к тому, что называется напором. Напор создаёт сама горизонтальная труба топки(тоннель), схема сложная, вряд ли найдется теоретик способный описать всё что там происходит теоретическим языком, но самое главное это то, что топка в ПДА является топкой, а не "топливником" и эта топка создаёт напор газов уже всем своим устройством и реакциям внутри. Вначале источник напора - разгорающиеся дрова, находятся в первой половине топки создавая напор газов в оставшуюся половину и одновременно эта пустая половина прогревается. Далее с нагревом и интенсификацией горения напор усиливается и через десять-двадцать минут в печи открывается второе дыхание. Те лишние газы, которым для полноценного сгорания объёма топки не достаточно, выскакивают через диафрагму и заново загораются вторичным факелом во второй камере усиливая тем самым напор газов без ресурсов вертикального канала всплытия тепла (ВКВТ). Обычно, в голландских печах вертикальный жаровый канал начинается сразу после "топливника" который по сути топливником и является, так как дрова занимают много в объёме, топливник продолжается уже жаровой трубой в которой, по замыслу авторов, развивается достаточный поток для преодоления всех сопротивлений системы каналов. Как только остужаемый стенками жарового канала поток взлетел вверх, то тут же ему приходится преодолевать сопротивление и реакции на том гасятся окончательно.
Во всех случаях, не занятый топливом объём топки достаточный для завершения реакций в печи длительного действия большой мощности рассчитывается не от чистого, или абсолютного объёма самой древесины, а от габаритного объёма занимаемым всеми дровами, то есть, весь необходимый объём пустоты топки, для более менее качественного сжигания должен быть пустым и не занят дровами(топливом) в любом случае, и в промышленном, и в бытовом. Сам необходимый объём(Пустота) для топок бытовых печей не может быть корректно рассчитан по принципам выведенными для другого рода печей. То есть, для пустоты топки должно браться значение большее, процентов на пятьдесят, чем по прикидкам для промышленных печей.
В теплушке, как уже говорилось, топливник лишь как понижение пода топки(горнило). Топливник выступает как полость, исключающая хоть какое то заполнение дровами полезного отбъёма топки(горнила). Соответственно топка(горнило) в Теплушке была рассчитана исходя из расчётной мощности самой топки(горнила). Точнее - установлена опытным путём. Если кто желает, это же соотношение объём топки-мощность, полезно применять в остальных печах. Промаха не будет. И не стоит подсчитывать объём каналов, и к топке плюсовать, это уже совсем другое.
На принципиальной схеме виден принцип горения в Теплушке и её работы в целом.

[Кирилл Рудь]

Большинство участников рынка услуг по кладке бытовых печей начинали и начинают изучение топочного процесса с одной единственной схемы генератора тепла. А ведь сжигание твёрдого топлива на решётке имеет целый ассортимент схем. И даже толком и эту единственную схему не изучают, не будучи практикующими истопниками.
Всё внимание их сконцентрировано не на генераторе тепла (топка), а на охладителе, то есть на утилизации тепла.

Горение ведь подобно взрыву, если не сказать что это сам взрыв и есть. Взрыв бывает с разной скоростью и с разной мощностью. В случае с горением это череда микровзрывов, даже скорее череда нановзрывов со своими взрывными волнами идущими по пути с наименьшим сопротивлением, По прогретому пути, желательно вверх, но можно и горизонтально, точнее диагонально, как в случае тоннеля ПДА. Так же если взорвать окись углерода в камере (был практический опыт), или иной горючий газ, то выбивает взрывной волной там где тонко (взрывной клапан).

В ПДА по сути два генератора взрывов, два генератора напора, два насоса, два нагнетателя. Это топка (предтопок) и камера вторичного сгорания (КВС). Топка создаёт напор перетекающий через диафрагму, в которой происходит некоторые потери, и этот напор набирает силу по новой уже благодаря реакциям вторичного горения.
В "Теплушке 2" взрывной напор создаётся только в одном месте. Аэродинамика полостей "Теплушки 2" не рассчитана на уменьшение или компенсацию потерь напора. Потери напора в "Телушке 2" возникают ещё из-за того, что поток газов направлен вниз, ниже самого источника напора. Компенсация этих потерь происходит не за счёт устройства генератора напора, а за счёт потенциала вертикального канала ( это я уже по второму кругу пошёл).
Нисходящий поток используется в промышленности в случае когда есть регенератор (мартен, стекловаренная печь), либо когда необходимо обеспечить равномерность прогрева садки. В последнем случае газы проходят через отверстия в поду в газосборник большой ёмкости, что позволяет получить равномерное разряжение во всех подовых каналах и соответственно равномерное распределение потоков через садку.

[Кирилл Рудь]

В ПДА тоннельная топка с горением топлива на поду. Длинна топки от метра до полутора метров. Объём от 150литров до 300 литров.
Верхняя точка свода находится на высоте не более 600 мм от уровня пола.
Основное количество тепла в случае с ПДА остаётся в топке, в нижней камере, если топка выполнена из теплоёмких материалов. Это в активный момент топки. Потом, на коротком факеле, газы следует перенаправить в не прогретые до этого полости.В такой, как бы экономайзер. И сделать это можно без нисходящих каналов, а в полости которые также проходят параллельно самой топке и на том же уровне, и пристроены с боку. Без потерь напора.
Если под выполнен шамотным кирпичом, то Т на внешней(нижней) поверхности пода может достигать 400С при средней протопке. Почти по всей площади пода. Это свидетельствует о том, как тепло распределяется в нижней части ПДА. Площадь внутренней поверхности топки составляет от двух квадратных метров до трёх.

Распределение тепла в печи древних ариев..JPG (7.57 КБ) 47806 просмотров

Часть этого тепла переносится в КВС путём дожигания не сгоревших в топке газов светящимся факелом.Температура у пода в среднем от 450С до 550С при открытой КВС и Т у свода в этом же случае 650С-800С.
Остатки тепла утилизируются в третьем колпаке-экономайзере конвекцией и излучением от газов, но излучением уже в меньшей степени.

Вот если в "Теплушке2" устроить таким образом топку как в ПДА и горелку, организовать двухступенчатое сжигание, обеспечить отвод газов из КВС с уровня выше пода, и обеспечить ток газов на период короткофакельного горения не через КВС, а через подподовое пространство через щель внизу топки, вот тогда, в этом случае можно будет говорить о похожести схемы.

[Кирилл Рудь]

Считаю целесообразным, для разбора сравнений, публиковать критику различных проектов на основе принципа ПДА или похожих на ПДА.
Разработчик проектировщик Вова У представил на суд зрителей свой проект:

[Расширение gif было запрещено, вложение больше недоступно.]

[Расширение gif было запрещено, вложение больше недоступно.]

печь ПДА Вовы У.jpg (22.46 КБ) 47792 просмотра

Рассечки действительно не нужны, лишние сопротивления, горячие газы в основном будут стремиться к прогарам и на выход.
Лучше одна большая боковая полость, чем две маленькие. Или следует увеличить полости за счёт удаления перегородки между полостями и стенкой топки, ну и соответственно изменить ход газов.

ПДА на длинном факеле

ПДА на коротком факеле

Не нужно стесняться делать горнило выше, для мощной топки смело 600-700мм, не будет лишним.

Продолжение следует ...

[Кирилл Рудь]

Продолжу критику ПДА Вовы У.
Для того, чтобы обеспечить переключение тока газов в отопительной ПДА, следует в конце тоннеля устроить вертикальную щель-прогар в боковую полость первого яруса(этажа). В длиннопламенном режиме выход из полости перекрыт задвижкой, поэтому в этот экономайзер ничего не попадает пока задвижка закрыта. Экономайзер колпак. Потом, когда КВС уже прогрелась и интенсивность факела из горелки уже снизилась, тогда переключаем ток газов в нижний экономайзер открыванием задвижки на вылете из экономайзера и частичным закрытием задвижки на выходе из КВС. Можно ещё и на втором этаже экономайзер колпаковый пристроить.

Заодно пройдусь по двухслойности(двухконутрности) печи. Не этой, а вообще. Но и для понимания ненужности рассечек, на которое первым обратил внимание Владимир Солин в данном проекте, и для проектирования собственных ПДА, этот пример будет кстати.

Сравнение которое не хромает.JPG (9.71 КБ) 47786 просмотров

В каждой из этих двух камер установлен источник тепла одинаковой мощности.
Вопрос: какая камера будет быстрее терять тепло?
и на втором рисунке те же условия.

[Александр Д]

Во-первых более правильный термин "двухслойные"! Именно двухслойные, т.к. внутренний слой более теплоемкий и обеспечивает более медленное остывание печи и гарантированную защиту от перегрева (перетопа) печи. Это мое убеждение.

[Кирилл Рудь]

Встречал рекомендации, в которых говорится о том, что в Теплушке2 и РТИК заслонка в горнило должна быть не заслонкой, а герметичной дверкой, в лучшем случае. Не по тому, что газы выбиваются, а потому, что в камере этой давление ниже атмосферного давления.
В ПДА всё наоборот. КВС работает при положительном давлении. Напор выдавливается из топки и из КВС. При удачной компоновке совершенно без влияния располагаемого напора вертикальных каналов.

Об этом красноречиво говорит растопка ПДА с заросшим снегом дымоходом (закрытая система) всё пошло почти как надо, только вот вода лилась вниз. ПДА глиняную, с разорванной системой в районе шестка, сейчас запускаю закрывая этот участок, но после открываю, когда Т в топке достигает уровня необходимого для вторичного горения. И когда факел становится коротким, полностью прикрываю горнило заслонкой, плотно, приставляю кирпич, и наблюдаю напор. есть конечно неплотности. Как будто это напор из продуха в подвале, чуть послабее, только не холодный, а горячий напор.
При этом из топки ничего не травит в помещение.

[Кирилл Рудь]

Топка подобна насосу. Можно конечно кубический насос делать, но в нашем случае важно иметь столб, пусть и горизонтальный, для первого цилиндра, а КВС это уже второй цилиндр гидравлического насоса, либо камера автомобильного колеса, пневмо-шина. Топка накачивает камеру и когда давление больше того, которое не нужно из-за того, что будет травить где не нужно или давление будет стопорить процесс, тогда оно стравливается через газослив-спускной клапан. Клапанская, клапановая или клапаническая способность этого клапана зависит от наличия насоса за этим клапаном, от сечения, от расположения этого клапана относительно горелок, от аэродинамики всех рабочих полостей клапана и так по мелочи ещё кое от чего. Дрова как надо, по умолчанию. То есть, клапан открывается потоком, а не из-за дымососа стоящего за ним.
Давление в топке повышается, и в камере за топкой, тоже повышается, выше атмосферного. И если этот клапан-газослив перекрыть(относительно), то процессы замедляются и качество реакций снижается. И если пускать Теплушку 2 без дымохода, но закрыть горнило, как следует, то газы (если вдруг уже к этому времени топка будет работать) в первую очередь пойдут не в подподовое пространство как они шли бы в стандартном для Теплушки2 варианте, а из щелей дверки топки и даже через поддувало. Если топку и поддувало перекрыть тщательно и воздуха уже не будет, то конечно газы пойдут и по нужному пути, но толку от такого горения будет совсем мало. А если растапливать, и без дымохода, при закрытом горниле, то совсем понятное дело что будет.

Что нам может дать колосниковая решётка? Смотря для чего она может быть использована.
Если нам нужна топка для дров и нам следует топить этой топкой большой объём непрерывно более пяти часов, то колосниковая решётка выполняет полезную функцию скорейшего дожига углей, которые заполняют целиком топку за четыре часа интенсивной подачи топлива в топку. Эта подача может быть такова (обжиг или интенсивный нагрев), что нам нужно за это время и всё это время обеспечивать стабильную наращивание интенсивности вторичного горения. Которое может происходить в горелке и без подачи вторичного воздуха потому, что газы в этом случае ( в замкнутой системе) подходят к горелке с избытком чуть меньше двух( в стабильном режиме). И пережимом этим достигается качественное смешивание газов с избыточным воздухом и последующее горение в КВС. Так вот, когда вот подаёшь, подаёшь, пять часов и топка набивается углями не дающими длинного факела так, что уже нет места для дров которые могут добавить интенсивность длинному факелу, топка забита углём, тогда хорошо иметь колосниковую решётку, чтобы прожечь угли и возобновить продолжить подачу дров.
Это принцип работы полугазовой топки. Есть топки, в которых всё сгорает и в топке, без двух ступеней, но топки эти всё с тем же избытком и все крупные. Как в Теплушке 2, там топка и горнило по сути одно и тоже, "топливник" вроде приямка с решёткой, такую роль выполняет, как горн кузнечный с камерой с такой. И избыток 2 это минимум альфы, какой можно достичь в топках с решёткой, общая получится больше. Это в Теплушке2 так всё замечательно. Борисыча Теплушка тому подтверждение. Больше я как то не встречал нигде развитых с нормальным объёмом топок и следующих за ними систем утилизации тепла. Многие вычисляют топки по объёму дров, которые следует запихнуть по номиналу и после этих топок сразу располагают каналы. А каналы, как известно,
это средство канализирования, а не накопления, копят в камерах. По каналам идёт перекачка.

Мне довелось спроектировать, рассчитать, собрать, внедрить и использовать для реальных устройств и в реальных устройствах четыре горелки, от ноля под ключ. Горелки газовые. Три вихревые и одна инжекционная. В них либо давление газа, либо давление газа и давление воздуха. И прежде чем я подошёл к выбору и проектированию я перелопатил около пяти узконаправленных специально вихревым горелкам посвящённых книг, в которых авторы решали главную задачу - смешивание. И вот это смешивание не такое простое в случае с газом, а уж с дровами и подавно.

В случае с дровами, смешивание газов на решётке не имеет проблем и лишнего воздуха, если эти дрова не дрова уже, а приличный, ровный слой угля, на решётке, в достаточно горячей топке. А если на решётке горят дрова и нет камеры большой над этим процессом, а каналы, или прочие узкие полости приравненные по сути к каналам, то легко представить сколько воздуха и с каким свистом пронесётся через всё это дело. (в ПДА шумит только горелка и КВС)
А если не всё так плохо с камерой ли с высотой топки, и у нас есть хотя бы Теплушка2, всё длинное, требующее скорости и концентрации, будет гореть полнее. Но угли там точно не выгорят без колосниковой решётки, так как Т над углями нельзя создать. Нельзя создать поддерживающей температуры с решёткой в топке, так как слишком будет свод высокий (проектный как положено) и останется только дожечь угли при ещё большем избытке воздуха, побыстрее. Если ограничить ход газов в Теплушке2 во время дожигания углей, чтобы поднять давление в топке, то газы пойдут уже через заслонку варочной камеры(ВК) и нужно будет открывать над ней вытяжку. А так как угли в этом случае горят не на поду, как в РП, а на решётке в приямке, то скорого дожигания не получится и дожигание не будет полным, разве что совсем всё перекрыть. Но тогда всё будет ещё хуже. Топливник-приямок будет просто дымить, и дым с теплом будет вылетать в дымоход. Будет дымить, пока угли совсем не потухнут. Можно оставить щелочку в дверце и закрыть поддувало, имитируя подовую топку, но уже тепла от стен и высокого (обязательно для случаев с КР) свода для поддержания процессов горения углей, способом не на решётке, будет не достаточно. С решёткой, это количество углей с самого начала, в самый густой (по газу) момент и то показывает альфу 2, а уж в других случаях, и того больше.
Кстати, по некоторым сведениям, зола является катализатором горения, не знаю только каким катализатором, химическим или физическим, или тем и другим одновременно.

[Кирилл Рудь]

Для сравнения горения в печах с современными устройствами сжигания и горения в современных бытовых топках с колосниковой решёткой, приведу наглядный пример из жизни.
При сжигании дров в "классической" топке на решётке, 10-15 кг дров сгорают полностью в течении одного часа, так создают условия позволяющие достичь такой скорости сжигания, а точнее продуть топливо побыстрее. При этом, активное выделение летучих из сжигаемых дров происходит от 30мин до 40 мин после пуска. Остальное время - догорание углей. То есть, за это время (30-40минут) сгорает приблизительно две трети или три четверти всего потенциала. Это количество можно сравнить с сжиганием высококалорийного газа в дутьевой вихревой горелке в каком то объёме за это же время по полученному результату нагрева от сжигания этого газа.
Получается, что при сжигании 10 кг дров в этом условном объёме, по соотношению теплотворной способности мы как бы сжигаем в течении получаса около трёх-четырёх килограммов пропан-бутана.
Чтобы обеспечить сжигание этого количества газа в объёме около ста литров, необходимо обеспечить смешивание воздуха с газом уже на выходе из горелки и распределить закручивающийся факел по поверхности футеровки, дабы все реакции были завершены ещё до того как газ покинет камеру своим чередом. При этом, за полчаса, в ста литровой камере (с нагрузкой) удаётся достичь около 1200С. Это достижимо, если условия горения создаются оптимальные - качественное быстрое смешивание при достаточной высокой концентрации смеси и при поддержании стабильности процесса разогретой футеровкой.
При выделении летучих из дров в печи с решёткой, пиролизные газы с большим содержанием примешанного воздуха и низкой концентрацией горючих компонентов (в десять раз меньше пропан-бутана) пусть и подогретые в лучшем случае до 700С, при отсутствии специальных смешивающих устройств, тем более не имеют возможности гореть при подмешивании вторичного воздуха, который не только охлаждает газы, но и уменьшает концентрацию газов в смеси. При сжигании дров на решётке в бытовой отопительной печи периодического действия малой мощности все процессы горения следует завершать за один этап и в одном объёме не только при большом избытке воздуха в этот момент, но и при достаточном объёме топочного пространства. Теплушка2 в исполнении "Вадима Борисыча" является таким примером, каков должен быть оптимальный объём топки(горнило), той мощности, для того, чтобы газам хватило места для завершения процесса горения, начатого в приямке на решётке именуемом "топливником".
Это сравнение я дал для понимания каков должен быть объём камеры сжигания.

Как обычно рассчитывают конструкторы объём топочного пространства для бытовых дровяных печей?
Берут норму напряжённости пламенного пространства для дров 300 000-400 000 Ккал/м3 час и просто вычисляют на 10 кг дров, которые сгорают полностью за час (а в активной фазе за пол часа на 80%, то есть, за эти полчаса дрова дают 25 000Ккал и 35 000Ккал/час), а значит, полагают они, нужен "топливник" объёмом 100 литров. И при этом эти сто литров заполняют на половину дровами, то есть, крадут пространство у недоразвитой топки. Такой вот "номинальный" расчёт.

Цитата из книги "Расчёт Печей" Д.В. Нагорский

Конечно цифры 300 000-400 000Ккал/м3 час приведены в первую очередь для крупных топок (не менее 1000 литров)сравнительно большой мощности и постоянного действия, работающих в установившемся режиме горения.
Для топок периодических печей небольшой мощности следует брать другие коэффициенты, в расчёте которых в первую очередь нужно учитывать то, что топка запускается из сравнительно холодного состояния и в нормальный температурный режим стабилизирующий процесс горения эта топка входит как раз не ранее, как выгорит основной потенциал дров в этой топке. Поэтому объём топочного пространства для такого количества дров должен быть увеличен как минимум в два-три раза.

Цитата из книги "Расчёт Печей" Д.В. Нагорский

[Кирилл Рудь]

Одна из главных черт ПДА - напор создаётся в эпицентре процесса и никакие способы поднятия разряжения за границами горения здесь не нужны совершенно. От системы вертикального канала, коим является дымоход, печь зависит лишь в том, чтобы были своевременно удалены газы, уходящие и покинувшие печь.

[Кирилл Рудь]

Большая ошибка в проектировании многих печей, в том чиле и в "Теплушке" и в "канадках" и в "финках" в том, что на пути тепла идущего из топки через стенки топки стоят разные препятствия и "разбавители" тепла типа опускных каналов или подгорнильного пространства как в "Теплушке" . Хотят непло ниже загнать, а огораживают топку. Тепло топки самое главное тепло, остальное - попытка поймать унос. В ПДА самой топке уделено такое значение, что она растянут по горизонтали и приземлена с возможностью накопления тепла в массиве ниже уровня пола. Непосредственное примыкание полостей к самой топке является ошибочным применительно к любому другому проекту. Я тоже предлагал подобные решения для полостей утилизации тепла на кототкопламенный период. Это все не правильно. Нужно наружным слоям окружающим футеровку топки давать все возможности по непосредственной теплоотдаче.

[Кирилл Рудь]

http://snsvet.ru/%D1%81%D1%80%D0%B0%D0% ... %82%D0%BB/