Печь-ракета своими руками: схемы, чертежи, технологии

Многим (большинству теоретически), нравится печь-ракета — схемы и чертежи которой предлагаются на различных форумах самодельщиков.

Наша статья поможет вам разобраться в устройстве этой печи, принципах ее работы. Узнав о ее достоинствах и недостатках, вы сможете определиться — нужна она вам или нет. А по предоставленным ссылкам, советам и чертежам сами сможете ее соорудить.

Главное преимущество ракетных печей — простота и нетребовательность к квалификации мастера.

Второе название ракетной печи — реактивная. Стоит заметить, что ничего общего ни с ракетной тягой, ни с реактивным способом движения печь не имеет. Это, скорее, прозвище, передающее визуальные впечатления от некоторых вариаций конструкции.

Здесь используется давно известный принцип, который не особо применялся в печном деле. Именно благодаря этой особенности намного улучшилось сгорание топлива, тем самым повысился КПД.

В схеме работы печи задействован пиролиз — это разложение твердого топлива на менее устойчивые фракции. Потом они сжигаются отдельно. Реакция требует повышенной температуры, откуда и название. Пиролиз означает температурное разложение.

Предшественники

Твердотопливные печи несовершенны. Это уже понимали давно. Но более понятная теория горения — это процессы, происходящие внутри топливника, появилась сравнительно недавно — в XIX веке.

До этого были только догадки. Они были не всегда далеки от истины, но не давали точного представления о механике происходящего.

В XVII веке появились предпосылки мировой промышленной революции. Именно тогда были проведены первые опыты по пиролизу. Но полученный продукт использовали отдельно.

Понимание того, как объединить реактор и результат в одной системе, пришло намного позже.

Самое сложное в печи: не забрать тепло у топочных газов, а обеспечить идеальные условия горения.

Во-первых, сложность заключается в дозировке кислорода, без которого сжигание горючего невозможно.

Топливо никогда не бывает монолитным по составу. Это всегда сложный композит из органики (ее больше, и она неоднородна) и негорючего минерального остатка, образующего золу.

Соответственно, каждое из соединений, входящих в этот состав, имеет свои оптимальные условия сгорания. И обеспечить все их — просто невозможно.

Во-вторых, излишки воздуха, подаваемые в зону горения, могут ухудшать само горение. Это происходит по причине того, что воздух охлаждает «реакторную» часть топливника.

Недостаток выльется в неполное сгорание. Отсюда сажа и смолистый конденсат внутри печи и трубы. Это тот углерод, которому не хватило кислорода для сгорания.

Можно было бы организовать точечную подачу воздуха в зону горения. И весьма интенсивную подачу, что-то похожее на дутье, которое используют металлурги.

Топливо начинает гореть более интенсивно, но и скорость прохождения газов внутри печи возрастает. И снова тупик: тепло не успевает утилизироваться печью. Оно просто выбрасывается в атмосферу, не вся органика успевает сгорать.  По-прежнему наблюдается падение эффективности.

Частично вопрос снимается предварительным подогревом подаваемого воздуха. Но при этом увеличивается затрата энергии и требуется масса ухищрений технического порядка. Это неоправданно усложняет всю конструкцию.

Долгое время конструкторы думали над тем, как завершить все процессы сгорания в объеме топливника и не допустить попадание несгоревших частиц внутрь печи, в ее дымовые каналы.

Здесь существуют непреодолимые сложности. Если бы топливник был точкой пространства, то все сложилось бы. Вот дрова, а сюда подаем нужное количество кислорода.

Но такое возможно только в идеальном варианте. Пока никто не в состоянии раздробить горючее до молекулярной фракции. Так что, приходится иметь дело с достаточно крупными кусками, брикетами или поленьями.

Следовательно, топливник будет представлять некий объем. Невозможно равномерно обеспечить его кислородом. Даже простое разрастание колосника на всю поверхность пода не получится. Внутри топливника возникают паразитные завихрения, которые блокируют нормальный ток топочных газов.

Что в итоге: в начале топливника, где кислород поступает через колосник и в щели топочной дверцы — условия горения хорошие. Но чуть глубже, ближе к выходу из топливника в каналы печи, которые отвечают за утилизацию тепла — уже недостаток кислорода.

Поскольку температура в топливнике приблизительно одинаковая, то топливо частично разлагается. Вот только, продукты этой реакции не успевают сгореть. Они уходят в трубу в виде несгоревшего углерода (сажи) и смеси горючих газов, самый известный из них — ядовитый угарный газ СО.

Популярный способ: делать ракетные печи из самана. Материал очень гибкий и выразительный.

Но, для надежности, внутри этой глинобитной конструкции все равно идут каналы из металла или кирпича.

Процесс поиска оптимального решения был длительным. Только в 80-е годы XIX века русский инженер Степанов предложил опускать газы ниже топливника, для прогрева низа печи. А немецкий инженер Браббе в 1920-е придумал, с той же целью, сразу за топливником делать специальную камеру.

Случайно выяснилось, что в этой камере идет дожигание тех остатков, что не успели догореть в основном отделе топливника.

Решили для улучшения горения в эту камеру специально подводить атмосферный воздух. Так в печах началось разделение воздушного потока на первичный и вторичный.

Первичный воздух шел в топливник и участвовал в горении на колоснике. Вторичный направлялся в камеру Степанова-Браббе и позволял сжигать топливные остатки. Те, что не успели догореть в основном объеме топливника.

Выяснилось, что эта дожиговая камера разогревается чуть меньше, чем сам топливник. Кроме того, камера за топливником начинает эффективно работать не сразу. Происходит после того, как температура в ней достигнет определенного рубежа.

Понижение температуры сказывалось на КПД всей системы. До изобретения ракетной печи оставался небольшой шаг.

Но, прежде чем рассказать о новом принципе работы отопителя, снова вернемся к пиролизу. Использовали его давно. Так получали светильный каменноугольный газ, обжигая каменный уголь при недостатке кислорода.

Тогда каменноугольный газ использовали так: им освещались улицы и жилье. Но больше он расценивался как побочный продукт получения кокса для металлургии и транспорта.

В годы второй мировой снова вспомнили о пиролизе. На этот раз сухой взгонке подвергали дрова. Полученная газовая смесь применялась как автомобильное топливо, такая предтеча газовых баллонов на коммерческом транспорте.

Вся система получила название газогенераторной. Она была настолько проста по устройству, что часто монтировалась на автомобили самими водителями. Просто необходимо было: пара бочек и навык слесарной работы.

Это был первый случай, когда в одной установке соединили пиролизный реактор, а полученный результат тут же шел в дело. Правда, функционально это были два разных агрегата: система получения горючего газа и автомобильный мотор.

Третий предшественник родом из Мексики. Уточним, непосредственный предшественник. Была модернизирована греческая система отопления.

Эту методику позаимствовали и доработали римляне — получился знаменитый гипокауст , прообраз будущих теплых полов. Суть идеи в том, что газы из печи направлялись в каналы, проложенные под полом. Получалось просто и эффективно.

Кстати, китайские печи-каны и корейские ондоли — это восточная модернизация той самой римской задумки.

Но примерно такая же печь имелась и в Мексике. Произошло это с подачи испанцев и португальцев, много контактировавших со Средним Востоком.

В ХХ веке любопытные до технических экспериментов американцы решили совместить мексиканскую глинобитную печь с лежанкой и пиролизную систему. Они переместили, камеру Браббе чуть выше топливника и сделали из нее своеобразный теплообменник.

Так появилось это техническое чудо. Внешне при работе напоминало перевернутый ракетный двигатель (компактные версии печи).

Как работает

В интернете на некоторых сайтах указывается, что принцип работы ракетных печек основан на двух основополагающих принципах:

1. Пиролиз топлива при повышенной температуре и дожигание образовавшихся газов в специальном канале — дожиговой камере или райзере.
2. Принцип утилизации тепла в печи основан на теории свободного движения газов, так называемой колпаковой системе. Вся система действует без побуждения тяги дымовой трубой.

На деле же эти утверждения верны только частично. Точнее, второе из них. Потому, что труба отсутствует в компактной версии печи, но тягу создает сам райзер.

А в стационарных мощных печах труба присутствует. Она довольно крупная, не менее 5 метров высотой.

Не все просто и с принципом забора тепла. Действительно, некое подобие колпаковой камеры можно рассмотреть в теплообменнике райзера. Но дальше подключается самая настоящая дымооборотная система с боровом, то есть горизонтальным каналом.

Так что, утверждения авторов об отсутствии дымооборотов и трубы в ракетной печи говорят о непонимании ими принципа работы печей вообще.

В этом виде печей топливник играет не главную роль. В нем горение очень ограниченно, это заведомо происходит при недостатке кислорода. Задач у топливника две:

• обеспечить пиролиз — тепловое разложение древесины;
• создать условия длительного горения. По этой причине все топливники в той или иной степени конструируются как аналог шахтных.

Для понимания сути, рассмотрим, что же такое шахтный топливник. Это объем, в котором происходит горение. Но не только в нижней части.

Представьте себе большую бочку, заполненную деревянными брикетами или поленьями. А теперь, заставьте гореть загруженное дерево только в нижней части, у дна.

Естественно, для этого придется организовать обратную, сверху вниз, или горизонтальную тягу. Верх бочки-топливника надо будет накрыть достаточно герметичной крышкой. По мере сгорания, топливо будет замещаться из верхнего запаса, по причине земного тяготения.

Это и есть модель шахтного топливника.

В любой ракетной печи топливник ориентирован не горизонтально, а вертикально. В крайнем случае — по диагонали. Но вектор тяги, даже в наклонном, косом топливнике, также будет направлен сверху вниз.

Как уже замечали, в топливнике идет не полное сгорание, а лишь тепловое разложение дров. Полученные газы поступают в дожигатель — вертикальную толстостенную трубу. В нее, независимо от топливника, подается воздух — для обеспечения кислородом.

В этих целях под топливником делают небольшой канал, доходящий до дальней стенки и выходящий непосредственно в райзер.

Происходит такое и в случае, когда основной топливник оборудован колосниковой решеткой, а подача первичного и вторичного воздуха смешана. То за решеткой все же делают участок глухого пода, который не доходит до задней стенки печки.  Через этот промежуток воздух уходит в дожиговую камеру и, вместе с тем, прогревается.

В совсем небольших печурках, работающих по подобному принципу, отдельного канала под топливником не делают. Просто в боковых стенках райзера сверлят ряд небольших отверстий, через которые в зону дожига и проходит воздух.

Собственно, на этом простая механика небольших походных печек, вроде популярных «робинзон» или «тайга», заканчивается. На трубу ставится специальная конфорка, которая не препятствует выходу газов из райзера.

На этой конфорке турист имеет возможность что-то приготовить. Но такую конструкцию невозможно приспособить под отопление.

Поэтому инженеры пошли дальше, создав стационарные варианты реактивных печек.

Для этого на трубу дожигателя одели колпак-теплообменник из металла. После его прохождения газы направляют в горизонтальный канал-боров, над которым сооружают лежанку или лавку.

Интересный момент! Некоторые конструкторы дополнительно увеличивают путь движения пиролизных газов внутри дожигателя. Длиннее дорога — больше времени на завершение химических реакций.

Но увеличивать высоту трубы не получится, ведь так увеличится тяга. Тогда вместо замедления случится ускорение. Поэтому решили по-другому: направить поток по спирали, закрутить его внутри трубы.

Надеяться на силу Кориолиса не имеет смысла. Поэтому в самом низу дожиговой камеры ставят небольшие направляющие жалюзи, чуть скашивающие поток газов.

Иногда такую «вертушку» располагают непосредственно в канале подачи вторичного воздуха. Крутится чуть меньше, но и нагревается менее интенсивно — так срок службы дольше.

Стоит также отметить, что такой пиролизно-ракетный принцип применяют и в некоторых обычных кирпичных отопительных печах. Но в них это происходит не так наглядно. Поэтому и громкого «космического» имени эти конструкции так и не получили.

Простейшая самодельная печь, является, по сути, повторением образцов промышленного изготовления. Съемная конфорка заменена на постоянные стойки.

Достоинства и недостатки

Как и у всех конструкций, у ракетных печей имеются свои достоинства и недостатки. Начнем с плюсов. Это как раз то, что сделало эту технологию такой популярной:

• отличные показатели эффективности. Переносные походные мини-печки намного удобнее примусов и газовых горелок. Очень высокий КПД. Печь можно топить различными видами топлива. Для нормальной работы достаточно щепочек и прочих отходов;
• скорый выход на рабочий режим. Это касается и больших, и малых печей. Соответственно, маленькие печки быстро согреют котелок воды. Стационарные большие — хорошо прогреют помещение;
• простота устройства. Любую из ракетных печей несложно соорудить самостоятельно. В дело идут самые простые, иногда непригодные для другого дела, материалы;
• полнота сгорания топлива. Конечно, походную печь нельзя ставить в палатку, а большую нельзя оставлять без трубы. Но в целом выброс в атмосферу минимален. На рабочем режиме, конечно;
• теплоотдача может достигать значительных значений.

Отлично подходит для помещений, эксплуатация которых носит периодический характер: летняя кухня, склад, мастерская.

Теперь о недостатках, которые тоже имеются:

• печи совершенно не годятся для обогрева бань, гаражей. Теплообменник вокруг жаровой дожиговой трубы разогревается довольно сильно. Это не совсем комфортно с позиции удобства эксплуатации, особенно в гараже. Так же печь не переносит резких охлаждений, как в бане. Нормальная работа дожиговой камеры возможно только не ниже определенного значения;
• некоторая условность классификации переносной вариации печи в качестве походной. Для пешего путешествия печь и крупновата, и тяжеловата. Ее правильнее было бы назвать «автотуристической» или «кемпинговой». При этом, все, что изложено о ее достоинствах в качестве переносной, остается в силе;
• есть нарекания и как к обогревателю. Печь не может обеспечить равномерной теплоотдачи. Существуют слишком большие различия температуры во время работы и во время остывания;
• малая теплоемкость. Не получится сделать большие запасы тепла. Наращивание теплоаккумулирующей массы вокруг теплообменника решают проблему только частично;
• нельзя использовать для нагрева воды из-за встроенного регистра-теплообменника. Единственный вариант — нагрев чайника или кастрюли на крышке теплообменника, как бы на конфорке;
• неравномерный нагрев тела печи;
• невозможность регулировки интенсивности горения печи при помощи поддувала или задвижек. Режим работы печи всегда один. Изменения в производительности печи возможны только путем дозировки загружаемого топлива. И частотой пуска.

Мы рассказали об известных достоинствах и недостатках, а выбор предстоит делать вам.

Самостоятельная постройка

Ничего сложного в печи, работающей по «ракетной» схеме, нет. Как обучающий или методологический материал можно использовать отзывы или обзоры переносных печей-ракет производства компании «Огниво».

Тем более, что устроены они примерно одинаково: вертикальная труба квадратного или круглого сечения, к которой снизу косо приварен короб-топливник с загрузочной дверцей. На трубу сверху ставятся различные конфорки или приспособления для копчения и других способов кулинарной обработки продуктов.

В моделях, чуть больших по размеру, вокруг райзера дополнительно может быть смонтирован короб. Он способен справляться с ролью мини-духовки. Правда, запекать в таком шкафчике мясо или картошку лучше в фольге. Без такой защиты нагревание продуктов получается не слишком равномерным.

Самая простая печка делается из несимметричного обрезка колена магистральной водопроводной трубы. Колено оснащают стойками, чтобы оно стало вертикально, как буква L. Соответственно, нижний короткий патрубок окажется топливником, а вертикальный большой патрубок — райзером.

В нижний патрубок вваривается горизонтальная пластина, отделяющая небольшое пространство в нижней части сечения. Пластина немного не доходит то изгиба колена. Это будет под топки и отсекатель канала вторичного воздуха.

Конфигурация сечения трубы не имеет значения. Круглая, квадратная, прямоугольная — что есть, то и подойдет.

Такую «трубную» печь усовершенствовать несложно. Нужно добавить теплоаккумулятор. Его нужно будет куда-то упаковывать. Кроме того, теплоаккумулятор не должен быть дорогим и дефицитным.

Поэтому поступаем просто: печь-трубу размещаем в кожухе из бака или бочки, или же другой металлической емкости. Потом пространство вокруг трубы засыпаем теплоаккумулятором, на его роль пойдут песок или мелкие камни.

Немного усовершенствованная простая ракетная печь. Цифрами обозначены: 1 — кожух, 2 — топливник, 3 — канал подвода вторичного воздуха, 4 — райзер.

Если вы имеете доступ к сварочному оборудованию — можно создать очень удобную переносную конструкцию. Она не будет уступать тем моделям, что продаются в магазинах. По желанию добавите ручку для переноски или удобные съемные ножки.

Ниже на видео показан процесс создания такой печи.

Тем, кто не занимается обработкой металла, можно посоветовать сложить такую же конструкцию из кирпича. Конечно, для похода ее уже не сможете использовать. Но подойдет для летней кухни или как альтернатива кострового места.

Для ускорения можно класть кирпич не на плашку, как обычно, а на ребро — стенки выйдут тоньше. Кладка вырастет быстрее.

Нельзя забывать про доставку вторичного воздуха в дожиговую камеру. Есть варианты:

• перегородки из металла;
• перегородки из кирпича;
• положить на дно топки обрезок трубы подходящего диаметра.

Все эти способы подходят.

Если металлическую переносную печь немного увеличить в масштабе, а на дожиговую трубу надеть колпак из бочки — получится большая печь для дома. Для печи поменьше подойдет старый газовый баллон. Все достаточно легко и просто.

Можно накрутить под лежанкой каналы из стальных одноконтурных труб для вентиляции или каминов. Главное следить, чтобы их общая протяженность не превышала 6 метров. Затем закрыть саманом. И получится уже что-то более эффективное и обстоятельное.

На схеме не показан канал подачи вторичного воздуха. Но о нем стоить помнить.

Бочку-колпак-кожух лучше не охлаждать интенсивно. Поэтому ее на две трети или чуть выше, неплохо бы запрятать все в ту же саманную или глинобитную оболочку. Работать стабильнее будет и теплоемкость увеличится.

Самый верх этой бочки оставляем открытым: и как конфорка будет использоваться, и теплообмен ускорит.

Канал дожиговой в большой печи желательно утеплить. Это важно для обеспечения стабильной работы печи. Снова повторим: дожиг пиролизных газов запускается только после достижения определенной температуры. Поэтому охлаждение этого участка крайне нежелательно.

Утеплять можно самыми различными способами:

• сделать вокруг трубы небольшой кожух из металла и заполнить промежуток отсеянным чистым песком;
• облицевать трубу пористым шамотом марки ШВП;
• можно использовать каолиновую вату;
• сочетать перечисленные материалы.

Примеры утепления труб райзеров различного диаметра.

Точно так же строится кирпичная печь. Только металлические детали, кроме дверец и конфорки, в ней заменяются на кирпичные. Все остается прежним: райзер, колпак, система каналов под лежанкой.

Проект, представленный на видео, все же немного надо доработать. Добавить крышку загрузочной камеры и снова отгородить низ шуровочного горизонтального канала топливника. Это необходимо для того, чтобы без проблем поставлять воздух в зону горения пиролизных газов.

Автор статьи: Поляков Илья Сергеевич, автор книг по печному ремеслу (Ивановский энергетический институт им. Ленина по специальности ТЭС).