WarmFires.ru

Закрытые фильтрующие каменки периодического действия в начале топки загрязняются пеплом, сажей и смолами. Поэтому во избежание отравления людей во время парения угарным газом, каменку приходится обжигать прокаливанием до высоких температур 700-1000°С. Столь сильный нагрев, хоть и является гордостью бытовых печников, совершенно не нужен для парения и даже затрудняет получение мягкого пара.

С аэродинамической точки зрения фильтрующая каменка представляет собой газоход со множеством параллельных сливающихся и разделяющихся извилистых каналов между камней (то есть стационарный зернистый слой), причём с ламинарными, как правило, потоками дымовых газов (Ке<2300). Сопротивление трения (силы вязкости) обычно превышают сумму местных газодинамических сопротивлений. Поэтому, если камни заполняли бы всю дымовую трубу до верха и имели бы одну и ту же повышенную температуру на всех высотных уровнях, то расход дымовых газов совсем не зависел бы от высоты дымовой трубы: и совсем невысокая труба, и очень высокая пропускали бы через себя одно и то же количество дымовых газов (рис. 148а и б). Этот неожиданный результат объясняется тем, что чем выше труба, тем больше тяга, но во столько же раз больше сопротивление трения газового потока о камни. В то же время, если верхняя часть трубы освобождена от камней, но имеет ту же температуру, что и нижележащие камни, то расход был бы существенно большим (рис. 148в). Аналогичные зависимости имеют место во влагонасыщенных фильтрующих грунтах при течении воды под собственным напором.

Раскалённая каменка хоть и оказывает существенное сопротивление раскалённым дымовым газам (обладающим к тому же при высоких температурах высокой вязкостью), но не предотвращает их фильтрацию. Основная сложность возникает при первичном прогреве каменки: горячие дымовые газы тотчас остывают в холодной массе камней (имеющих температуру зачастую ниже температуры воздуха вне бани) и вверх не идут. Поэтому обязательным элементом закрытых каменок является обходной растопочный канал 2 (в том числе внутри камней), обеспечивающий первичный (а порой и постоянный) прогрев трубы для создания тяги. Использовался и промежуточный вариант с полупогружённой трубой (рис. 143в).

Процесс последовательного нагрева каменки фильтрующимися дымовыми газами протекает не столь уж просто, как можно было бы предположить с первого беглого взгляда. Горячие дымовые газы сначала отдают своё тепло нижним камням и, несколько охладившись, перемещаются вверх, где вновь отдают своё тепло и вновь охлаждаются и перемещаются вверх. Может сложиться впечатление, что камни на каждом высотном уровне нагреваются исключительно от дымовых газов, имеющих на каждом высотном уровне свою температуру, понижающуюся вверх и повышающуюся по времени (из-за постепенного прогрева нижних камней). Однако, более детальный анализ показывает, что достаточно плотные каменные засыпки имеют собственную теплопроводность (через точки контакта камней, а также за счёт передачи лучистого тепла) настолько высокую, что выделившееся в нижних слоях камней тепло тотчас распространяется по всей засыпке камней отнюдь не благодаря дымовым газам, а исключительно за счёт теплопередающих свойств самой каменки (см. раздел 5.5). Оба предельных случая имеют свои недостатки и свои достоинства. Рыхлая каменка имеет низкое газодинамическое сопротивление в разогретом состоянии, но медленно разогревается (долго не создавая тягу), а нижние камни перегреваются. Плотная каменка имеет повышенное газодинамическое сопротивление в разогретом состоянии, но зато быстро разогревается по всей высоте (тотчас создавая тягу), и все камни в ней достаточно равномерно прогреты. Ещё меньше влияние на внутренние зоны каменки оказывают дымовые газа в случае расположения каменки непосредственно над топливником (рис. 147а), когда нижние слои каменки разогреваются не столько дымовыми газами, сколько лучистым теплом от раскалённых углей. В этом отношении закрытые каменки сильно различаются между собой в зависимости от того, доступно ли им лучистое тепло из топливника или нет. Так, каменки, расположенные в расширениях дымовых труб и греющиеся исключительно дымовыми газами, как правило, греются намного хуже (рис. 147е), чем каменки, которым доступно лучистое тепло из топки (рис. 147а), хотя, конечно, монтаж закрытой каменки в дымовой трубе позволяет существенно повысить коэффициент полезного действия печи. Так или иначе, каменку лучше греть лучистым теплом от углей (которое составляет 60% от всего тепла).

Рис. 147. Принципиальные схемы металлических печей-каменок: а - каменка на решётке, продуваемая дымовыми газами (для первичного прогрева дымохода и создания тяги используется летний дымоход), б -каменка на металлической плите (каменка непрерывного действия постоянного нагрева), в - каменка на решётке с затопленной в камни дымовой трубой, г - широко распространённая схема печи самоварного типа (в том числе круглая), д - каменка, охватывающая металлический топливник, в теплоизолированном кожухе, е - фильтрующая каменка в расширении дымовой трубы, ж - каменка на решётке над ды-мооборотами, з - печь с дымооборо-тами, и - печь с рассекателями пламени.