Что такое водяная рубашка в котле отопления
Устройство и принцип работы твердотопливного котла – теория и практика
Не секрет, что с точки зрения экономичности и удобства эксплуатации наиболее удобным является газовое отопление. В тех случаях, когда населенный пункт находится в значительном удалении от газовой магистрали, автономное теплоснабжение рациональнее всего оснастить твердотопливным колом.
Общие сведения
Из-за высокой стоимости дизельного топлива и электричества, а также дополнительных расходов на подключение газового оборудования во многих случаях выбор делают в сторону котла на твердом топливе. В результате получается обзавестись отопительной системой, на работу которой не влияет наличие или отсутствие внешних энергоносителей. Как правило, большая часть приборов данного типа не нуждаются в электрической энергии, или же потребляют ее в очень небольших количествах.
Чаще всего твердотопливными котлами комплектуются индивидуальные системы отопления в отдаленных районах, испытывающих серьезные затруднения с подачей магистрального газа. Существуют целые области нашей страны, где в качестве основного обогревающего агрегата используются дровяные котлы.
Особенности конструкции
Для понимания принципа работы твердотопливного котла предлагается рассмотреть его конструкцию, в состав которой входит несколько элементов.
Топка
Это название применяется к камере, где происходит сгорания топлива. Обычно она выполняет также роль теплообменника. Конструкция топки состоит из портала для подачи топлива, зоны выведения продуктов сгорания, колосника, емкости для сбора золы и воздушного отверстия. Когда твердое топливо сгорает, это способствует нагреванию стенок топки. В дальнейшем тепловая энергия передается воде в специальной рубашке, которая окружает топку со всех сторон.
Водяная рубашка
Принцип действия твердотопливного котла подразумевает наличие в его топке двойных стенок: в промежутке между ними заполняют теплоносителем. Такую конструкцию называют водяной рубашкой. По мере горения топлива происходит нагревание жидкости в водяной рубашке. Это приводит к появлению тепловых потоков, поднимающих горячий теплоноситель в верхнюю часть емкости. Отсюда горячая вода перетекает в теплопровод. После того, как жидкость пройдет по всему отопительному контуру и отдаст тепло жилищу, она возвращается в остывшем состоянии обратно. Для этих целей имеет нижний патрубок.
Для убыстрения циркуляции воды внутри отопительной системы на некоторых твердотопливных котлах монтируются специальные насосы. Однако большая часть моделей выпускается для открытых отопительных систем. Имеются в виду схемы, где теплоноситель двигается не за счет работающей помпы, а благодаря небольшому уклону трубопровода. Объясняется это простотой, надежностью и экономичностью инерционных систем. К тому же, они полностью независимы от наличия электрической энергии. Благодаря этому их можно применять в отдаленных районах, лишенных благ цивилизации.
Система дымоудаления
Принцип работы твердотопливного котла объясняет образование внутри топки значительного количества дыма. Для удаления продуктов горения используют теплоизолированные трубы, проложенные от котла за пределы дома.
Контроль и регулировка температуры
Как известно, обязательным условием для процесса горения является подача воздуха. При чем от интенсивности этой подачи напрямую зависит скорость горения. Этот принцип используется в конструкции твердотопливных котлов, где для регулировки поступления воздуха имеются механические заслонки и шиберы.
Для такой схемы устройства твердотопливного котла отопления характерна простота и надежность: заслонку прочно скрепляют со специальным регулятором. Если температура чрезмерно поднимется, это провоцирует расширение стенок регулятора и следующее за этим опускание заслонки. В итоге снижается интенсивность поступления кислорода в топочную камеру. Процесс остывания регулятора активизирует обратный процесс поднятия заслонки: воздух получает возможность поступать в большем объеме, увеличивая тем самым интенсивность горения.
На первый взгляд может показаться, что учитывая принцип работы твердотопливного котла длительного горения, такая схема управления процессом горения слишком примитивна и архаична. Однако именно простота служит залогом ее эффективности и надежности. Это объясняет широкое распространение шиберной регулировки в большинстве моделей твердотопливных отопительных котлов. Строго говоря, такой подход до сих пор не испытывает особой конкуренции, т.к. в этом случае не требуется дорогостоящая электроэнергия.
Разновидности твердотопливных котлов
Принцип действия твердотопливных котлов позволяет им быть частью различных современных схем. Речь идет как о самых простых одноконтурных приборах, так и о мощнейших многофункциональных агрегатах с высокой производительностью. Существует несколько способов классификации твердотопливного оборудования.
По материалу изготовления:
Принцип работы
Работает котел на твердом топливе, как правило, на дровах, торфе, отходах пиломатериалов, специальных древесных брикетах, угле и пеллетах (гранулах, изготовленных из измельченной древесины, смолы, хвои и т.п.). Особой популярностью пользуются приборы универсального типа, способные потреблять практически все виды твердого топлива.
По способу теплопередачи котлы бывают:
По принципу сжигания топлива:
Принцип работы твердотопливных котлов длительного горения дает возможность применить автоматизацию. Управление агрегатами данного типа настолько простое, что его может осилить ребенок.
Итоги
Для организации системы отопления можно применить несколько схем устройства котла на твердом топливе. Любая из разновидностей агрегата представляет собой универсальный прибор, превосходящий своих электрических и дизельных собратьев в плане экономичности.
Водяная рубашка для котла своими руками
Устройство и особенности самодельного котла длительного горения
Главной слабостью любого твердотопливного котла для дачи является то, что топливо в виде дров, угля, пеллетов и т. д. нужно часто подбрасывать. А это создает немало неудобств. К счастью многих собственников частных загородных домов этого недостатка лишен твердотопливный котел длительного горения.
Он дает возможность проводить загрузку дров один раз в 30 часов, а угля – один раз в 5 дней. Правда, такой показатель для подавляющего большинства котлов на дровах является средним, ведь сегодня есть твердотопливные котлы сверхдлительного горения. В них топливо загружают раз в месяц. Конечно, их конструкция очень сложная и изготовить их своими руками практически невозможно. Однако стандартный котел длительного горения на дровах хозяин дачи или загородного частного дома может сделать без особых сложностей.
Устройство
Согласно самому простому чертежу устройство твердотопливного котла является таким:
Как видно, стандартный дровяной котел длительного горения для отопительной системы имеет простую конструкцию. Однако, не все так просто, ведь, изготавливая своими руками котел на твердом топливе, нужно учесть много нюансов.
Особенности корпуса
Чтобы корпус в форме цилиндра способствовал высокому КПД, нужно соблюсти такие рекомендации:
Неправильная толщина стенки обернется такими последствиями:
Согласно разным видео и чертежам, лучшими материалами для изготовления корпуса являются:
Очень часто котел на дровах делают из трубы, диаметр которой равен 30 см, и высота которой составляет 90 см.
Каким должен быть распределитель воздуха
Эффективные твердотопливные котлы должны иметь распределитель воздуха с такими особенностями:
Согласно схемам и многим видео котлы отопления на твердом топливе должны иметь блин с такой толщиной:
Для промежуточных значений D толщину металла для распределителя воздуха нужно высчитывать как пропорцию, взяв за основу ближайшую большую из вышеуказанных величин.
Особенности воздуховода
Для изготовления этого элемента своими руками нужно определить его внутренний диаметр и высоту. Первый показатель определяется исходя из площади дымохода. Формула расчета такова: d = (0,5-0,55) * ((4S/π)^0,5). Дровяные котлы с радиусом 15 см и высотой 90 см должны иметь дымоход с площадью 175 кв. см. Диаметр отверстия для дымохода — 15 см. Воздуховод для устройства с такими размерами нужно делать из трубы, диаметр которой составляет 8 см.
Что касается высоты трубки, которая должна подавать воздух внутрь системы, то она должна быть больше высоты котла на дровах. При этом она должна выступать над воротником на 15 см. Высота воротника может быть разной. Она зависит от эксплуатационного зазора между трубой и воротником. Зазор не должен превышать 2,5 мм. Высота воротника определяется, как произведение зазора и числа 80. Если двойной зазор равный 2 мм (в расчет берут цифру, разделенную на 2), то воротник должен иметь высоту 1х80 = 80 мм.
Получается, что труба, подающая воздух в котел на угле, должна выступать на 8 + 15 = 23 см. Стоит сказать, что показанный в разных видео воротник, стоит делать всегда. Его наличие всегда улучшает КПД. В итоге, отопление дома твердотопливным котлом становится более эффективным.
Дверцы и их размеры
Самодельные котлы на твердом топливе наиболее просто оснащать двойными дверками, в середине которых находится слой базальтового картона или листового асбеста. Горловина должна быть выступающей и прямоугольной. Благодаря этому можно избавиться от зазоров, которые обязательно образуются, если изготовлять дверку своими руками с одного листа металла. Как отмечают в видео, такие зазоры нежелательны, поскольку дровяной котел теряет КПД, то есть работает плохо.
Низ топочной дверки бытового устройства для дачи или загородного частного дома стоит размещать на высоте, которая равняется сумме двух третей высоты корпуса. высоты ребер распределителя воздуха и толщины блина. К полученной цифре добавляют 3 см.
Размеры топочной дверки должны быть такими:
Отопительные котлы на твердом топливе должны иметь зольную дверку, размещенную на уровне днища. Ее следует делать достаточно высокой. Эта характеристика должна равняться сумме толщины блина, высоты ребер под ним и 10-15 мм. Чем выше она будет, тем легче будет вынимать своими руками пепел и несгоревшие части.
Водяная рубашка
Особенности водяной рубашки бытового аппарата для отопительной системы частного загородного дома или дачи являются такими:
Согласно видео рубашку можно сделать как из листового металла. так и попытаться найти подходящую трубу.
Изготовление
Согласно многим видео дровяные котлы для отопления делают так:
Похожие статьи:
Изготовление котла длительного горения 
Особенности котла верхнего горения 
Выбор твердотопливного котла длительного горения 
Изготовление котла длительного горения с водяным контуром
Твердотопливный котел своими руками: чертежи, схемы и варианты
Что необходимо в первую очередь для того, чтобы изготовить твердотопливный котел своими руками: чертежи, схемы, наличие соответствующих материалов или навыков? Конечно, все это необходимо, но первое, что нужно сделать – выбрать именно тот тип котла или ту его конструкцию, которую вы в состоянии будете изготовить. В данной статье мы рассмотрим несколько видов таких конструкций из металла, их схемы и чертежи. Надеемся, что кокой-то из рассмотренных вариантов вам пригодится или же на их базе вы изготовите свою конструкцию, максимально удовлетворяющую ваши требования.
Какой твердотопливный котел можно изготовить своими руками
Прежде чем приступить к самостоятельному изготовлению котла, работающему на твердом топливе необходимо выбрать его вид, который вы в состоянии осилить, исходя из наличия навыков, соответствующих материалов, инструментов и оборудования. И только после этого, в соответствии с выбранным типом, следует приступать к поиску подходящих чертежей или составлении их своими руками на основании схемы его работы и требуемой мощности. Каким же может быть такой котел?
Во-первых такие агрегаты могут отличаться направлением горения топлива:
Котлы с нижним горением можно разделить на два типа:
По способу сжигания можно выделить агрегаты:
Твердотопливные котлы также могут отличаться видом и конструкцией теплообменника. Он может быть изготовлен в виде простой «водяной рубашки» вокруг топливника или иметь более сложную конструкцию с дополнительными регистрами из труб или листового металла, позволяющие максимально передавать теплоносителю тепловую энергию горения.
Кроме этого, котлы на твердом топливе могут быть изготовлены только для дров или дров и угля. Во втором случае необходимо учесть, что температура горения угля достаточно высокая, поэтому колосниковые решетки, топливник и стенки теплообменника должны быть большей толщины. В некоторых случаях топливник выполняют с футеровкой огнеупорным кирпичом.
Ниже, мы рассмотрим несколько конструкций твердотопливных котлов, их схемы и чертежи, а также особенности работы и изготовления.
Простые твердотопливные котлы с традиционным способом сжигания
Как уже упоминалось, поджигание топлива в таких агрегатах осуществляется снизу. Загрузочная камера служит одновременно и топливником, а продукты сгорания, отдав значительную часть своей энергии теплоносителю через теплообменник, удаляются в дымовую трубу. Таких конструкций есть большое множество. Мы рассмотрим несколько из них. Их можно изготовить из листового металла и труб, толщиной 3-5 мм.
Такая конструкция твердотопливного котла довольно проста. Теплообменник может быть выполнен из листовой стали в виде «водяной рубашки». Для максимальной эффективности теплоотдачи и увеличения площади контакта с пламенем и горячими газами ее конструкция предусматривает наличие двух отражателей (выступов вовнутрь).
Рис.1 Схема простого твердотопливного котла
В данной конструкции теплообменник представляет собой комбинирование «водяной рубашки» вокруг камеры сгорания и дополнительного щелевидного регистра из листового металла в верхней ее части.
Рис. 2 Схема-чертеж котла с теплообменником щелевого типа
Рис. 2: 1 — дымовая труба; 2 — водяная рубашка; 3 — щелевой теплообменник; 4 — загрузочная дверка; 5 — дрова; 6 — нижняя дверка для поджига и чистки; 7 — колосники; 8 — дверка для регулирования подачи воздуха и чистки зольника.
Варианты 3 и 4 (котлы с варочной поверхностью)
В данных вариантах «водяная рубашка» дополнена теплообменными регистрами из труб в верхней части камеры сгорания. Кроме того, такие агрегаты рассчитаны на приготовление на них пищи. Вариант 4 большей мощности и с верхней загрузочной дверкой.
Рис. 3 Конструкции твердотопливных котлов с дополнительными регистрами и варочной поверхностью
Котел с верхним горением
Этот агрегат отличается от предыдущих — во-первых, формой (он круглого сечения и может быть изготовлен из труб разного диаметра), во-вторых, способом сжигания в нем топлива (оно в нем сжигается сверху-вниз). Для того, чтобы обеспечивать такой процесс горения необходимо обеспечить подачу воздуха сверху, непосредственно к месту горения. Эту функцию здесь выполняет воздухоподающая телескопическая труба, которая поднимается вверх при загрузке топлива и опускается вниз после поджигания топлива. При его постепенном сгорании труба под своим весом опускается вниз. В нижней части трубы для обеспечения равномерной подачи воздуха приваривается «блин» с лопастями.
Для обеспечения лучших условий сгорания топлива в верхней части располагается камера подогрева воздуха. Подача воздуха, а значит, и скорость горения, регулируются задвижкой на входе в эту камеру сверху. Теплообменник здесь выполнен в виде «водяной рубашки» вокруг камеры сгорания.
Рис.4 Чертеж котла на твердом топливе верхнего горения
На рис.4. 1 — наружная стенка (труба); 2 — внутренняя стенка; 3 — водяная рубашка; 4 — дымовая труба; 5 — телескопическая воздухоподающая труба; 6 — распределитель воздуха (металлический «блин» с ребрами; 7 — камера предварительного подогрева воздуха; 8 — патрубок подачи воздуха; 9 — подающая труба с нагретой водой; 10 — воздушная заслонка; 11 — загрузочная дверка; 12 — дверка для чистки; 13 — труба с водой из системы (обратка); 14 — трос, управляющий заслонкой.
Котел с пиролизным сжиганием твердого топлива
Отличием такой конструкции является то, что твердое топливо в нем не сгорает, как в обычном, а при недостатке подачи первичного воздуха, «перегоняется» в древесный (пиролизный) газ, который сжигается в специальной камере дожига при подаче в нее вторичного воздуха. Такая подача может быть как естественной, так и принудительной.
Рис.5 Схема-чертеж одного из вариантов пирлизного котла
На рис.5: 1 — регулятор тяги с термодатчиком; 3 — дрова; 4 — нижняя дверка; 5 — решетка; 6 — воздушная заслонка подачи первичного воздуха; 7 — зольник; 8 — колосниковая решетка; 10 — прочистка; 11 — слив; 12 — теплоизоляция корпуса; 13 — обратка (подача теплоносителя из системы); 14 — форсунка; 15 — подача вторичного воздуха; 16 — заслонка дымовой трубы; 17 — труба с нагретой водой; 18 — заслонка; 21 — загрузочная дверка; 22 — камера дожига.
Котлы шахтного типа
Как уже упоминалось особенностью таких котлов является наличие двух камер: большой вертикальной загрузочной камеры (шахты) и камеры с теплообменником. Топливо поджигается снизу в первой камере и пламя через отверстие попадает в другую, где и отдает свою энергию теплоносителю через теплообменник.
Такие котлы могут быть, как с обычным сжиганием топлива, так и с пиролизным. В первом случае весь необходимый воздух подается через нижнюю дверку, а продукты горения, пройдя через теплообменник, удаляются в дымовую трубу. Во втором случае к месту горения подается ограниченное количество первичного воздуха, где дрова сгорают с выделением пиролизного газа. Кроме того такие конструкции оборудуются дополнительной камерой дожига, куда подается вторичный воздух и осуществляется сжигание газа. В верхней части теплообменной камеры расположена задвижка, которая отрывается при розжиге и позволяющая дымовым газам напрямую выходить в дымовую трубу.
Ниже представлены схемы двух вариантов котлов шахтного типа с камерами дожига.
Вариант 1
Рис. 6 Чертеж-схема котла шахтного типа с камерой дожига
На рис. 6: 1 — заслонка подачи первичного воздуха; 2 — нижняя дверка для поджига и чистки; 3 — решетка; 4 — дрова; 5 — загрузочная дверка (может располагаться и сверху); 12 — труба с нагретой водой (подача); 13 — пусковая заслонка; 14 — заслонка дымовой трубы; 15 — теплообменник; 16 — подача вторичного воздуха; 17 — камера дожига; 18 — обратка; 19 — слив; 20 — чистка; 21 — заслонка; 22 — колосниковая решетка; 25 — зольник.
Рис. 7 Схема котла шахтного типа с футеровкой внутренней поверхности камер сжигания и дожига
Видео по теме
Твердотопливный котел своими руками
Чертежи и схема сборки котла длительного горения — сделаем отопление своими руками!
Котел твердотопливный длительного горения реально собрать своими руками. Чертежи схемы и пошаговое руководство по сборке мы подготовили. Руководствуясь нашей информацией вы сможете его собрать самостоятельно и тем самым значительно сэкономить.
Мы предлагаем вам вариант котла длительного горения с увеличенным размером топливника. Если вы являетесь сторонником схемы котлов с верхним горением, то вам будет интересно наше руководство по этой ссылке. А пока приступим к сборке варианта котла с увеличенным объемом камеры сгорания.
Устройство и принцип действия
Существует 2 типа котлов продолжительного горения, различающихся по принципу работы:
Вне зависимости от принципа действия агрегаты выделяются среди прочих большим объемом топливной камеры. Это позволяет увеличить интервал между загрузками до 8—12 часов при работе на дровах и до 1 суток на угле.
Традиционные котлы
Конструкция традиционных котлов длительного горения повторяет устройство обычных теплогенераторов:
Котлы верхнего горения
Второй тип котлов имеет цилиндрическую камеру сгорания, куда помещена вертикальная телескопическая труба для подачи воздуха.
КПД обоих типов котлов лежит в пределах 70—75%, поскольку большой топливник не оставляет места для развитой сети газоходов, эффективно отбирающих тепло дымовых газов. Котлы, чей КПД достигает 80%, отличаются большими габаритами и массой.
У котлов длительного горения сжигающих дрова и уголь сверху вниз, отмечены следующие недостатки:
По перечисленным причинам домашние мастера редко собирают агрегаты верхнего горения и предпочитают классику.
Материалы для котла длительного горения
В заводских условиях теплогенераторы изготавливают из стали либо чугуна. Для самостоятельной сборки подойдет только низкоуглеродистая сталь определенных марок:
Топку котла можно сделать также из жаропрочных легированных сталей, но это обойдется существенно дороже. Практика показывает, что отопительный агрегат, сваренный из Ст 3 толщиной 5 мм, спокойно служит 10—15 лет, чего вполне достаточно.
Жаропрочные марки сталей — это те, что имеют в своей маркировке буквы Х и М (легирована хромом и молибденом). Например, 12ХМ, 12Х1МФ. Цена лист 12ХМ — 95 000-120 000 руб за тонну, лист Ст20 — до 50 000 руб/тн. То есть, разница — 200% (цены оптовые, но по рознице разрыв будет не меньше).
Для изготовления котла длительного горения мощностью 10 кВт (100 м2 отапливаемой площади) понадобятся такие материалы:
Помимо перечисленных материалов, понадобится комплект автоматики — контроллер с датчиками температуры и вентилятор производительностью до 150 м3/ч. Можно взять недорогой и надежный комплект польского производства KG Elektronik SP-05 с LED – дисплеем и вентилятором DP-02.
Подготовка инструментария для сборки котла
Чтобы своими руками изготовить дровяной котел длительного горения, потребуются следующие инструменты и приспособления:
Резать толстый металл болгаркой — дело утомительное и неблагодарное. Так что, при возможности нарубите заготовки на гильотинных ножницах где-нибудь в мастерской или на металлобазе. Наилучший вариант — использовать аппарат плазменной резки, если таковой есть у вас дома.
Порядок ведения сборки
При выполнении работ за основу можно взять представленную нами схему котла длительного горения, где показаны все основные элементы и детали. Эту конструкцию можно упростить при желании, например, убрать дверку для очистки колосников и горизонтальные каналы, подающие воздух прямо в топку. Достаточно сделать один воздуховод, ведущий от вентилятора в зольную камеру.
Первый этап — заготовительные работы
Ориентируясь на чертежи, необходимо выполнить такие операции:
Старайтесь постоянно отбивать шлак от сварных швов и проверять их качество, от этого зависит срок службы теплогенератора.
Второй этап — сборка камеры сгорания
Здесь важно четко выдержать угол 90° между стенками, поэтому порядок действий такой:
Третий этап —монтаж водяной рубашки котла
Она окружает топливник со всех сторон, кроме нижней. Чтобы закрепить кожух рубашки, необходимо приварить снаружи к стенкам топки полосы, выступающие на 2 см, это и будет ее толщина. Затем к полосам крепятся листы обшивки и свариваются между собой, а также с обрамлением дверец.
В местах, показанных на чертеже, просверлите отверстия и приварите подающий и обратный патрубки для теплоносителя. Когда водяная рубашка котла готова, можно поставить на место и закрепить дверцы.
Не помешает проверить герметичность конструкции водой или воздухом под давлением.
Четвертый этап — утепление и облицовка котла
Тонкий металл, окрашенный полимером, крепится саморезами к заранее приваренным закладным деталям с просверленными отверстиями. Просвет между облицовкой и котловой рубашкой – 3 см, туда вкладывается плитная базальтовая вата.
По окончании обшивки установите на места вентилятор и контроллер с датчиками, после чего можно приступать к пробной топке.
Некоторые нюансы проектирования и сборки агрегата
На представленных чертежах изображен котел мощностью 10 кВт. Если нужна большая мощность, то следует пересчитать площадь поверхности теплообмена и увеличить ее. К этой площади относятся все поверхности, соприкасающиеся с пламенем и продуктами сжигания, — стенки топливника и газоходов в теплообменнике. Площадь принимается из расчета, что 1 м2 теплообменной поверхности может отдать 10—11 кВт теплоты. Соответственно увеличиваются размеры камеры сгорания и жаровых труб.
Следует учесть и другие нюансы:
Свой твердотопливный котел длительного горения вы можете модернизировать, если встроите в водяную рубашку электрический ТЭН, поддерживающий температуру теплоносителя после затухания топки.
Видео с аргументацией именно в пользу традиционного котла длительного горения