Реактивная печь: пошаговая инструкция по изготовлению самодельной конструкции

На сегодняшний день придумано множество видов печей самых разнообразных конструкций. В отношении большинства из них действует правило: чем выше характеристики агрегата — тем больше умения и опыта требуется от изготавливающего его мастера. Но правил без исключений, как известно, не бывает. В данном случае разрушителем стереотипов является печь-ракета — весьма продуманный экономичный теплогенератор с незатейливой конструкцией, который не требует от исполнителя каких-то особых навыков. Последнее обстоятельство объясняет популярность «ракеты». Наша статья поможет читателю понять, в чём состоит изюминка этого чуда техники, и научит изготавливать его своими руками из подручных материалов.

Что такое печь-ракета и чем она хороша?

Печь-ракета или реактивная печь получила свои впечатляющие названия только за характерный звук, который она издаёт при нарушении режима эксплуатации (избыточная подача воздуха в топку): он напоминает рёв реактивного двигателя. Вот и всё, больше ничего общего с ракетами у неё нет. Работает она, если не вдаваться в детали, так же, как и все её сёстры: в топке горят дрова, дым выбрасывается в дымоход. В норме печь издаёт тихий шелестящий звук.

Откуда же берутся эти загадочные звуки? Расскажем обо всём по порядку. Вот что следует знать о ракетной печи:

1. По назначению она является отопительно-варочной.
2. «Ракета» может быть оборудована таким важным и нужным элементом, как лежанка. Печи других видов с такой опцией (русская, колпаковая) являются гораздо более громоздкими и сложными.
3. По сравнению с обычными металлическими печами время работы на одной закладке топлива несколько увеличено — с 4 до 6 часов. Это объясняется тем, что данный теплогенератор создан на основе печи с верхним горением. Кроме того, благодаря наличию саманной штукатурки, печь после топки отдает тепло ещё в течение 12 часов.
4. Печь разрабатывалась для эксплуатации в полевых условиях.

Преимущества конструкции

• Энергонезависимость.
• Простота конструкции: применены самые доступные детали и материалы, при необходимости упрощённую версию печи-ракеты можно собрать за 20 мин.
• Способность работать с достаточно высокими характеристиками на низкокачественном сыром топливе: коре, щепе, тонких сырых ветках и пр.

Принцип действия ракетной печи предоставляет пользователю определённую свободу в выборе её дизайна. Кроме того, агрегат можно соорудить таким образом, что на виду останется только небольшая его часть и в смысле эстетики интерьеру помещения будет нанесён минимальный урон.

Как видно, реактивной печи есть чем похвастаться. Но в первую очередь любителей печного дела привлекает сочетание простоты конструкции и неплохих, хотя и не самых высоких, характеристик при работе на бросовом топливе. Эти самые характеристики — изюминка «ракеты». Попробуем понять, как удалось добиться таких показателей.

КПД твердотопливного теплогенератора зависит от многих факторов, но едва ли не самым определяющим является степень дожигания пиролизных газов. Появляются они вследствие термического разложения органического топлива. От нагрева оно как бы испаряется — большие углеводородные молекулы распадаются на маленькие, образующие горючие газообразные вещества: водород, метан, азот и др. Эту смесь часто называют древесным газом.

Жидкое топливо, например, отработанное масло, распадается на древесный газ практически сразу и он сгорает тут же — в топке. А вот с древесным топливом дело обстоит иначе. Распад твёрдых веществ на пригодный для сжигания летучий продукт — древесный газ — происходит в несколько этапов, причём промежуточные ступени тоже имеют газообразную форму. То есть мы имеем следующую картину: сначала из древесины выделяется некий промежуточный газ и для того, чтобы он превратился в газ древесный, то есть распался ещё больше, необходимо продлить воздействие на него высокой температуры.

И чем более влажным является топливо, тем более «затянутым» становится процесс полного распада. Но газы-то имеют свойство улетучиваться: в обычной печи промежуточная фаза по большей части высасывается тягой в дымоход, где она остывает, так и не успев превратиться в древесный газ. В результате вместо высокого КПД мы получаем нагар из тяжёлых углеводородных радикалов.

В печи-ракете, наоборот, созданы все условия для окончательного распада и дожигания выделяющихся промежуточных газов. В сущности, применён очень простой приём: сразу за топкой имеется горизонтальный канал с хорошей теплоизоляцией. Газы в нём движутся не так быстро, как в вертикальной трубе, а толстая теплоизолирующая шуба не даёт им остыть. Благодаря этому, процесс распада и дожигания осуществляется в более полном объёме.

На первый взгляд такое решение может показаться примитивным. Но простота эта обманчива. Инженерам и исследователям пришлось немало повозиться с расчётами, чтобы увязать необходимую силу тяги с оптимальным режимом горения и многими другими факторами. Таким образом, печь-ракета является очень тонко настроенной теплотехнической системой, при воспроизведении которой очень важно соблюсти правильное соотношение основных параметров.

Если изготовление и регулировка агрегата были выполнены правильно, газы будут двигаться как положено, издавая при этом лёгкий шелест; при нарушении режима или неправильной сборке печи вместо устойчивого газового вихря в газоходе образуется нестабильный, с многочисленными локальными завихрениями, вследствие чего будет слышен ревущий ракетный звук.

Недостатки

1. Реактивная печь управляется вручную, к тому же пользователю постоянно приходится следить за ней и осуществлять регулировку.
2. Поверхность некоторых элементов нагревается до высоких температур, так что при случайном прикосновении пользователь может получить ожог.
3. Область применения несколько ограничена. К примеру, реактивная печь не может использоваться в бане, так как она не способна быстро прогреть помещение.

Следует учитывать и ещё одно обстоятельство. Его нельзя считать недостатком печи, это, скорее, важная особенность. Дело в том, что «ракета» была изобретена в США. А граждане этой страны, где любая идея может принести хороший заработок, не столь охотно делятся своими наработками, как это было принято, к примеру, в Советском Союзе. На большинстве чертежей и схем, получивших распространение, не отображена или искажена важнейшая информация. К тому же к некоторым применяемым в ней материалам у нас просто нет доступа.

В результате у домашних мастеров, особенно тех, кто не владеет тонкостями печного дела и теплотехники, вместо полноценной реактивной печи зачастую получается некое устройство, которое поглощает топливо в огромных объёмах и постоянно зарастает копотью. Таким образом, полная информация о ракетной печи народным достоянием пока не стала и к заморским картинкам следует относиться с большой осторожностью.

Вот, например, популярная у нас схема реактивной печи, которую многие пытаются использовать в качестве образца.

Чертёж: как устроена печь

На первый взгляд всё кажется понятным, на самом же деле многое осталось «за кадром».

Например, огнеупорная глина просто обозначена термином Fire Clay — без указания сорта. Не указано массовое соотношение перлита и вермикулита в смеси, из которой выложены тело печи (на схеме — Core) и футеровка элемента под названием Riser. Также на схеме не уточняется, что футеровка должна состоять из двух частей с различной функцией — теплоизолятора и теплоаккумулятора. Не зная об этом, многие пользователи делают футеровку однородной, из-за чего характеристики печи существенно падают.

Разновидности реактивных печей

На сегодняшний день существует только два вида печей этого типа:

1. Полноценная стационарная отопительно-варочная ракетная печь (её ещё называют большой).
2. Малая ракетная печь: применяется для приготовления пищи в тёплое время года. В отличие от первого варианта является переносной и имеет открытую топку (предполагается использование на открытом воздухе). Очень популярна среди туристов, так как имеет компактные размеры и при этом способна развить мощность до 8 кВт.

Как уже говорилось, реактивная печь проста в изготовлении, поэтому мы рассмотрим полноценный вариант.

Конструкция и принцип действия

Печь, которую мы попытаемся изготовить, изображена на рисунке.

Как видно, её топочная камера (Fuel Magazine) является вертикальной и снабжена плотно закрывающейся крышкой (препятствует подсосу лишнего воздуха), как в печи с верхним горением (зольник обозначен термином Primary Ash Pit). Именно этот агрегат и был взят за основу. Но традиционный теплогенератор с верхним горением работает только на сухом топливе, а создатели «ракеты» хотели научить её с успехом переваривать и влажное. Для этого было сделано следующее:

1. Был подобран оптимальный размер поддувала (Air Intake), так чтобы количество поступающего воздуха было достаточным для дожигания газов, но при этом они не остывали сверх меры. В этом случае принцип верхнего горения обеспечивает некую саморегуляцию: если огонь сильно разгорится, он становится препятствием для поступающего воздуха.
2. За топкой был установлен хорошо утеплённый горизонтальный канал, называемый туннелем горения (Burn Tunnel) или жаровой трубой. Чтобы скрыть назначение этого элемента, на схеме его обозначили ничего не говорящим значком пламени. Теплоизоляция (Insulation) должна иметь не только низкую теплопроводность, но и низкую теплоёмкость — вся тепловая энергия должна остаться в газовом потоке. В жаровой трубе промежуточный газ распадается на древесный (в начале участка), который затем полностью сгорает (в конце). При этом температура в трубе достигает 1000 градусов.
3. За жаровой трубой был установлен вертикальный участок, называемый внутренним или первичным дымоходом (Internal or Primary Vent). На схемах скрытные американцы часто обозначают этот элемент ничего не поясняющим термином Riser. Фактически первичный дымоход представляет собой продолжение жаровой трубы, но его разместили вертикально, чтобы создать промежуточную тягу, а заодно сократить горизонтальную часть печи. Как и жаровая труба, первичный дымоход имеет теплоизолирующее покрытие.

Примечание. Кому-то из читателей, знакомых с устройством пиролизных печей, может показаться, что к основанию первичного дымохода было бы неплохо подать вторичный воздух. Действительно, горение древесного газа при этом было бы более полным, а КПД печи — более высоким. Но при таком решении в потоке газов образуются вихри, вследствие чего отравляющие продукты горения частично проникают в помещение.

Далее перед инженерами стояла задача отобрать тепло горячих газов, имеющих температуру около 900 градусов.

Ёмким теплоаккумулятором, способным выдержать такую температуру, является шамотный кирпич (выдерживает до 1600 градусов), но печь, как помнит читатель, предназначалась для полевых условий, поэтому нужен был более доступный и недорогой материал. Лидером в этом отношении является саман (на схеме обозначен термином Thermal Mass), но для него температурный предел составляет 250 градусов. Чтобы остудить газы, вокруг первичного дымохода был установлен тонкостенный барабан из стали (Steel Drum), в котором они расширяются. На крышке этого барабана (Optional Cooking Surface) можно готовить пищу — её температура составляет около 400 градусов.

Чтобы усвоить ещё больше тепла, к печи был присоединён горизонтальный дымоход с лежанкой (Airtight Duct) и только потом — наружный дымоход (Exhaust Vent). Последний оборудовали вьюшкой, которая закрывается после протопки: она не даст теплу из газохода лежанки улетучиться на улицу.

Чтобы трубу внутри лежанки можно было время от времени чистить, сразу за барабаном была установлена вторичная зольная камера (Secondary Airtight Ash Pit) с герметично закрывающейся прочистной дверцей. Основная часть нагара из-за резкого расширения и охлаждения газов оседает именно в ней, поэтому прочистку наружного дымохода приходится делать крайне редко.

Поскольку вторичную зольную камеру приходится открывать не чаще двух раз в год, вместо дверцы можно применить более простую конструкцию — крышку на винтах с прокладкой из асбеста или базальтового картона.

Расчёт печи

Прежде чем говорить о размерах печи, обратим внимание читателя на важный момент. В отношении всех твердотопливных теплогенераторов действует закон квадрата-куба. Суть его можно пояснить на простом примере.

Представьте куб со стороной в 1 м. Его объем составляет м³, а площадь поверхности — 6 м². Соотношение объёма к площади поверхности — 1:6.

Увеличим объём тела в 8 раз. Получился куб со стороной 2 м, площадь поверхности которого составляет 24 м².

Таким образом, поверхность увеличилась только в 4 раза и теперь соотношение объёма к поверхности составляет 1:3. В печах от объёма зависит количество выделяемого тепла и его мощность, а от площади поверхности — теплоотдача. Эти параметры взаимосвязаны, поэтому бездумно масштабировать ту или иную схему печи, подгоняя под нужные для себя размеры, нельзя — теплогенератор может вообще оказаться неработоспособным.

При расчёте ракетной печи задаются внутренним диаметром барабана D, который, как было сказано выше, может варьироваться в пределах от 300 мм (печь на 15 кВт) до 600 мм (печь на 25 кВт). Эта «вилка» как раз и обусловлена законом квадрата-куба. Также мы будем использовать производную величину — площадь поперечного сечения барабана S: S = 3.14 * D^2 /4.

Таблица: основные параметры

Параметр	Значение
Высота барабана Н	От 1,5D до 2D
Высота теплоизоляционной обмазки барабана	2/3Н
Толщина теплоизоляционной обмазки барабана	1/3D
Площадь поперечного сечения первичного дымохода	От 0,045S до 0,065S (оптимально — от 0,05S до 0,06S). Чем выше будет первичный дымоход — тем лучше.
Минимальный зазор между верхним краем первичного дымохода и крышкой барабана	70 мм. При меньшем значении аэродинамическое сопротивление зазора для проходящих через него газов окажется чрезмерно большим.
Длина и площадь жаровой трубы	Длина и площадь первичного дымохода
Площадь сечения поддувала	Половина площади сечения первичного дымохода
Площадь поперечного сечения наружного дымохода	От 1,5S до 2S
Толщина подушки из самана под газоходом с лежанкой	50–70 мм (при наличии под лежанкой деревянных полатей — от 25 до 35 мм)
Высота обмазки над газоходом с лежанкой	150 мм. Уменьшать не рекомендуется, иначе печь будет накапливать меньше тепла.
Высота наружного дымохода	не менее 4 м

Таблица: максимально допустимая длина газохода с лежанкой

D (диметр)	Длина
300 мм	4 м
600 мм	6 м

Таблица: объём вторичной зольной камеры

D (диметр)	Объём
300 мм	0,1х(Vк — Vпд)	Где Vк — объем барабана, Vпд — объем первичного дымохода.
600 мм	0,05х(Vк — Vпд)

Промежуточные значения рассчитываем пропорционально (интерполируем).

Материалы и инструменты

Барабан печи можно выполнить из стандартной бочки объёмом 200 л и диаметром 600 мм. Закон квадрата-куба позволяет уменьшить диаметр барабана до 50%, так что для небольшой печи этот элемент можно изготовить из газового баллона бытового назначения или жестяных вёдер.

Поддувало, топка и первичный дымоход выполняются из круглых или профильных стальных труб. Значительная толщина стенки не требуется — можно обойтись парой миллиметров — горение в печи слабое. Дымоход в лежанке, по которому газы следуют в уже совсем остывшем виде, вообще можно изготовить из металлической гофры.

Для теплоизоляции (футеровки) топочной части потребуются бой шамотного кирпича (шамотный щебень) и печная глина.

Наружный обмазочный слой (теплоаккумулятор) будет выполнен из самана.

Теплоизоляция первичного дымохода выполняется из лёгкого шамотного кирпича (марка ШЛ) или речного песка, богатого глинозёмом.

Такие детали, как крышки и дверцы, можно изготовить из оцинкованной стали или алюминия. В качестве уплотнителя применяются асбест или базальтовый картон.

Обратите внимание! Обычные покупные дверцы без уплотнителя применять нельзя: из-за паразитного подсоса воздуха КПД печи сильно упадёт.

Подготовительные работы

В рамках подготовительных работ необходимо нарезать весь имеющийся прокат на заготовки нужных размеров. Если в качестве заготовки для колпака принято решение использовать газовый баллон, от него нужно отрезать приваренную верхнюю часть.

Обратите внимание! Если в баллоне остался газ, во время резки он может сдетонировать. В целях безопасности такие ёмкости режут только после заполнения водой.

Заметим, что в большинстве случаев ракетную печь делают именно из баллона. Такой агрегат способен обогреть помещение площадью до 50 м². «Ракету» из бочки только в очень редких случаях приходится использовать на полную мощность.

С бочки, если печь делается из неё, также необходимо срезать верхнюю часть. Далее в бочке или в баллоне вырезают два расположенных друг напротив друга проёма, через один из которых будет заводиться жаровая труба, переходящая в первичный дымоход, а ко второму — подключаться газоход с лежанкой.

Пошаговая инструкция

Вот примерный порядок действий, которого следует придерживаться при изготовлении данной печи:

Изготовление топки

Топку делают сварной, используя стальную трубу или листы. Крышка топки должна закрываться герметично. Её следует делать из стального листа, по периметру которого винтами или заклёпками фиксируется полоса из базальтового картона. Для более плотного закрывания крышку можно оснастить винтовым прижимным механизмом.

Зольная камера (на схеме обозначена как Primary Ash Pit) отделяется от основной части топки колосниковой решёткой, сваренной из прута диаметром 8–10 мм. Решётка должна устанавливаться на полочки из уголка, которые привариваются к внутренним стенкам.

Дверца зольной камеры также должна быть герметичной. Её делают из стального листа, к которому по всему периметру приваривается в два ряда стальная полоса. В паз между этими полосами укладывают асбестовый шнур или базальтовый картон.

Остаётся приварить к топке жаровую трубу.

Первичный дымоход

1. К трубе, выполняющей функцию первичного дымохода, необходимо приварить 90-градусный отвод и небольшой отрезок трубы, после чего эта Г-образная конструкция помещается внутрь бочки или баллона, то есть будущего барабана.
2. Отвод с приваренным к нему отрезком трубы следует вывести в один из проёмов в нижней части барабана так, чтобы первичный дымоход оказался расположенным строго по центру. Напомним, что верхний срез трубы должен располагаться хотя бы на 70 мм ниже верхнего края бочки (баллона).
3. После центрирования первичного дымохода его горизонтальный хвостовик, который был выведен в проём в барабане, приваривают к его краям сплошным швом по всему периметру.
4. После этого хвостовик первичного дымохода приваривают к жаровой трубе, а к барабану сверху приваривают покрышку.
5. Ко второму проёму в барабане следует приварить короткий отрезок трубы, который будет играть роль вторичного зольника. В нем нужно выполнить окно для прочистки. По его краям встык нужно приварить шпильки, к которым будет прикручиваться крышка (напомним, что мы решили в этом месте дверцу не устанавливать, поскольку открывать её приходится достаточно редко).
6. По периметру крышки винтами или заклёпками следует закрепить полосу из базальтового картона.

Монтаж дымохода

К выходу вторичного зольника привариваем горизонтальную часть дымохода, на которой впоследствии будет устраиваться лежанка. Если газоход предполагается делать из металлогофры, то сначала к зольнику необходимо приварить короткий патрубок, а уже к нему — присоединить при помощи хомута гофру.

На заключительном этапе к горизонтальному газоходу крепят наружный дымоход.

Футеровка топочной части

Металлическая часть печи готова, теперь её нужно правильно оштукатурить теплоизолирующим и теплоаккумулирующим составами.

Футеровку топочной части (до первичного дымохода) следует выполнять смесью печной глины и боя шамотного кирпича, взятых в пропорции 1:1.

Футеровка первичного дымохода

Материалы, используемый для футеровки первичного дымохода — лёгкий шамотный кирпич или речной песок — являются пористыми, поэтому в открытом состоянии они быстро пропитаются нагаром и утратят теплоизоляционные свойства. Чтобы не допустить этого, футеровку на первичном дымоходе защищают стальным тонкостенным кожухом, а с торцов обмазывают печной глиной.

В соответствии с законом квадрата-куба соотношение объёма и площади поверхности барабана зависит от его диаметра, поэтому и футеровку первичного дымохода в зависимости от размеров печи делают по-разному. Три варианта показаны на рисунке.

Если футеровка выполняется шамотным кирпичом, полости между его фрагментами необходимо засыпать строительным песком. Если же применяется богатый глинозёмом речной песок, приходится прибегать к более сложной технологии:

1. Песок очищают от крупного мусора (тщательная подготовка не требуется).
2. В кожух засыпают слой небольшой толщины, трамбуют его и смачивают, так чтобы образовалась корка.
3. Таким же образом насыпают последующие слои. Всего их должно быть от 5 до 7.
4. Песчаную футеровку сушат в течение одной недели, затем замазывают её верх печной глиной и продолжают изготовление печи.

Последним шагом все части печи обмазывают саманом. Готовится он из следующих ингредиентов:

• глина;
• солома (14–16 кг на 1 м³ глины);
• песок (в небольшом количестве);
• вода.

Указанное соотношение соломы и глины является приблизительным. В некоторые сорта глины соломы можно добавить больше, в других — наоборот, её количество приходится уменьшать.

Способы усовершенствования реактивной печи

Вместо лежанки на газоходе, можно соорудить водяную рубашку, которая будет подключаться к водяной системе отопления. Эту часть можно выполнить и в виде змеевика из медной трубы, намотанной на дымоход.

Ещё один способ усовершенствования — организация подачи в жаровую трубу подогретого вторичного воздуха.

При таком исполнении КПД печи окажется более высоким, но в первичном дымоходе будет более интенсивно откладываться копоть. Чтобы её можно было легко удалить, крышку барабана необходимо сделать съёмной. Естественно, она должна быть оснащена уплотнением.

Как топить печь-ракету

Ракетная печь, как и теплогенераторы с верхним горением, работает с высокими характеристиками только в том случае, если её дымоход является достаточно горячим. Поэтому перед тем как загрузить в топку основное топливо, агрегат нужно хорошо прогреть (если, конечно, имел место длительный простой и печь успела остыть). Для этого применяют любое «быстрое» топливо, например, опилки, бумагу, солому и пр., которое закладывают в поддувало.

Затихание гула или изменение его тональности свидетельствует о том, что печь достаточно прогрета и в топку можно закладывать основное горючее. Поджигать его не нужно — оно разгорится от углей, оставшихся после прогорания «быстрого» топлива.

Настраиваться под внешние условия и качество топлива, как, например, Bullerjan, реактивная печь не умеет. Регулировку приходится брать на себя пользователю. После закладки основного топлива заслонку поддувала нужно полностью открыть, а как только агрегат загудит — прикрыть до появления шелестящего звука.

В дальнейшем по мере сгорания топлива заслонку приходится прикрывать всё сильнее, все так же добиваясь тихого шелеста. Если прозевать нужный момент, в топку начнёт поступать избыточное количество воздуха и пиролиз в жаровой трубе из-за остывания промежуточной газовой смеси прекратится. При этом печь напомнит о себе «ракетным» гулом.

Видео: как сделать реактивную печь длительного горения своими руками

Реактивную или ракетную печь стремились создать предельно простой и домашнему умельцу это только на руку. Однако, делать этот теплогенератор наобум, как видно из нашей статьи, ни в коем случае нельзя — вместо ракеты мастер получит обычную буржуйку, очень прожорливую и постоянно зарастающую копотью. Важно соблюсти все приведённые соотношения параметров и тогда вы получите производительную печь-ракету со вполне пристойными характеристиками.