Даже базовых навыков работы с дуговой сваркой достаточно, чтобы самому изготовить теплотехническое оборудование для дома. Предлагаем рассмотреть аспекты собственноручной разработки дровяного водонагревателя: используемые материалы, техника сборки и масштабирование установки под свои нужды.
Из какой стали варить нагреватель
Самостоятельное производство водонагревательной колонны позволит сэкономить не менее 50% средств, которые могли бы быть затрачены на покупку нагревателя фабричной сборки. Однако конструкция такого устройства достаточно сложна, кроме того, для изготовления понадобится существенный объём металлопроката.
В качестве источника нагрева выступает дровяная или угольная топка. Наименьшего расхода материалов при оптимальных показателях прочности можно достичь при изготовлении топки в форме цилиндра диаметром от 50 см и высотой, соответствующей объёму нагревательного бака. Для изготовления топочного блока используют низко- и среднеуглеродистые легированные стали с температурой окалинообразования не ниже 400 °С. Эксплуатационные температуры в топке не особо высоки, однако использование обычной конструкционной стали чревато быстрым выгоранием углерода.
Жаростойкость стали возрастает с содержанием в ней никеля и хрома, вместе с тем возрастает сложность сваривания. Стали с высоким содержанием легирующих добавок относятся к классу нержавеющих, их сварка осуществляется преимущественно в среде защитного газа. Золотая середина в этом плане — аустенитные стали типа AISI 304 (08Х18Н10), которые свариваются электродами 308L/MVR в мягких режимах тока с высокой скоростью, а также более распространённая сталь марки 20, которая хорошо сваривается широким спектром низкоуглеродистых электродов, например, Э50А УОНИ 13/55. В обоих случаях толщина листа выбирается в диапазоне от 4 до 8 мм.
Для водяного бака термостойкость не так важна, зато важна герметичность, поэтому выбирать следует сплавы с хорошей свариваемостью. Здесь приветствуется использование среднеуглеродистых сталей без легирования, но обязательная антикоррозионная защита внутренних поверхностей. Толщина стенок бака составляется порядка 2–2,5 мм, более толстому металлу в домашних условиях будет слишком трудно придать нужную форму. Использование нержавеющей стали в конструкции бака исключается лишь по той причине, что возникает необходимость выполнить сварное соединение крышки и дна с трубой дымоходного канала, которая обычно выполняется из обычной «чёрной» стали.
Как устроен дровяной «Титан»
В принципе работы «Титана» нет ничего хитрого. Это обычная дровяная буржуйка, крышка и дымоход которой имеют водяную рубашку. Чтобы облегчить обслуживание и сборку самодельной конструкции, рекомендуется выполнить изделие модульного типа.
Устройство дровяного водонагревателя: 1 — топка; 2 — дверца зольника; 3 — топочная дверца; 4 — патрубок подачи холодной воды; 5 — водяной бак; 6 — патрубок забора горячей воды; 7 — дымоход
Топочный блок — это цилиндр без крышки, разделённый на камеру сгорания и зольник массивным колосником. Чтобы снизить бесполезные потери тепла и продлить срок службы металла, топка изнутри футеруется шамотным кирпичом. Помимо дверец зольника и топки со специальной формой притвора, ничего примечательного в устройстве топочного блока нет.
Горячие газы, поднимаясь по дымоходу, отдают тепло воде внутри бака, при этом нагрев происходит преимущественно в нижней зоне, что вынуждает жидкость циркулировать и перемешиваться. Чтобы теплопередача была максимально эффективной, дымоходную трубу оснащают радиаторными рёбрами. Также важно сохранить герметичность бака, не замедлив при этом передачу тепла от топочной камеры. По этой причине бак сваривается как цельная ёмкость, которая «надевается» сверху на стакан топки с образованием двойного притвора по периметру.
Изготовление и футеровка топки
Самая сложная задача в производстве самодельного «Титана» — свернуть стальной лист в цилиндр. При значительной толщине металла это сделать не так-то просто, свариваться детали должны без напряжения, ведь при воздействии высоких температур прочностные характеристики сварочного шва сильно снижаются.
Изначально следует выбрать предполагаемый внутренний диаметр топки в диапазоне 50–70 см и вырезать по этому размеру два диска. Согласно диаметру вычисляется длина окружности, по ней из листа вырезают полосу, из которой будут сформированы стенки топочного блока. Высота топки, как уже говорилось, выбирается по объёму бака: на нагрев каждых 50 литров воды расходуется порядка 5 кВт теплоты, что соответствует примерно 1 кг сухих дров. Таким образом, для нагревателя на 200 литров топка должна свободно вмещать 4 кг дров без учёта объёма зольника. Чем выше и уже нагревательная колонна, тем эффективнее происходит передача тепла, но снижается устойчивость «Титана».
Вырезанный стальной лист укладывается горизонтально, на его короткий край вертикально устанавливаются два диска. Один ставится параллельно длинному краю с небольшим отступом — этот диск формирует дно топочного блока. Второй диск устанавливается параллельно первому с отступом от него в 20–25 см — так формируется перегородка между топкой и зольником. В перегородке можно сразу вырезать проём, размер которого на 40–50 мм меньше имеющегося в наличии колосника.
Два диска выступают в роли жёсткой оправки для сворачивания цилиндра. Сначала они привариваются к полосе с двух сторон прихватками длиной по 10–15 мм с тщательным контролем перпендикулярности установки. Далее металл оправляется по дискам кувалдой, при толщине металла более 5 мм может потребоваться подогрев пропановой горелкой. Когда две свариваемые части плотно прижаты, проверяется перпендикулярность расположения дисков, после чего сварочный шов продолжается ещё на 10–15 мм и так до полного обхода по окружности. Когда шов будет завершён на всю длину, его накрывают ещё одним: электрод ведётся без отрыва с прогревом и наплавкой широкой зоны, смещение сварочной ванны происходит по зигзагу. После сваривания дисков со стенкой, с внешней стороны заваривается продольный шов.
Когда корпус топки собран, его изнутри обкладывают шамотным кирпичом без связующего в швах, толщина футеровки составляет порядка 50–70 мм. Чтобы точно подогнать камни по размеру топки, их сначала выставляют вертикально на ровной поверхности в цилиндрический колодец, внутренний диаметр которого примерно равен диаметру топочного блока. Кирпичи при этом располагаются вплотную по внутренней стороне и с максимально равномерным отступом друг от друга по наружной, расходясь лучами. Расстояние между соседними камнями в самых крайних точках нужно разделить пополам и снять алмазным кругом скосы полученного размера, добиваясь клиновидной формы. После этого кирпичи устанавливают у стенок топки изнутри, при необходимости их подгоняют друг ко другу с помощью УШМ. Обеспечить устойчивость футеровки можно с помощью стальной полосы, свёрнутой в кольцо и установленной изнутри враспор. После обкладки стенок внутрь вкладывается колосник.
Зольник и регулировка тяги
Для завершения топочного блока остаётся вырезать две дверцы — для загрузки топлива и очистки зольника. Сперва из стального листа толщиной 3–4 мм нужно вырезать две прямоугольных детали, размеры которых на 20–25 мм больше предполагаемых размеров дверец. Для зольника ляда должна быть небольшой (под размер выгребного совка) и располагаться вплотную ко дну. Для топки ширину дверцы выбирают примерно равной радиусу или немного меньше, высота — порядка 25–30 см.
Когда проёмы дверец размечены на внешней поверхности топки, в углах нужно просверлить четыре отверстия. Вырезанные из листа детали накладывают на место будущих дверец и оправляют киянкой, добиваясь максимально плотного прилегания. Когда изгиб сформирован, в накладках сверлят отверстия в шахматном порядке диаметром в 8–10 мм, затем стенки топочного блока вырезают. Вырезанные участки приставляют изнутри накладок с равномерными отступами по краям и сваривают вместе через перфорацию.
Навесы дверец сделать проще простого: когда они установлены на свои места, к краю согнутых пластин приваривают по гайке М10, к корпусу топки — еще по 2 гайки. Достаточно вставить штифт, например, из обточенной шпильки, и дверцы надёжно закреплены. Для запирания может использоваться обычная щеколда или крюк, ручка которого изготовлена в виде проволочной спирали, за которую можно браться голыми руками даже при разогретой топке.
Осталось только сделать регулировку тяги, без которой эффективной работы нагревателя не добиться. По центру дверцы зольника сверлится отверстие под резьбу на 8–10 мм. Вокруг него «ромашкой» сверлится дюжина сквозных отверстий на 10–12 мм. Далее центральная часть образованной решётки немного утапливается вовнутрь парой несильных ударов, нарезается резьба в центральном отверстии. В неё вкручивается обычный болт, продетый в широкую шайбу, поля которой перекрывают отверстия в дверце на 15–20 мм. Шайба приваривается к стержню болта, а на шляпке сваркой фиксируется короткий пруток, выступающий в роли маховика. Когда болт полностью зажат, минимального зазора от кривизны дверцы будет достаточно для поддержания горения, но выкрутив заслонку чуть сильнее, можно сделать пламя более интенсивным.
Водяная рубашка дымохода
Вторая часть самодельного дровяного «Титана» представляется собой теплообменник сложной формы. Его изготовление начинается с вырезки диска из того же металла, который использовался для изготовления топки. Следует уложить лист на топочный блок и обвести его снизу по всему периметру. Диск в итоге должен точно соответствовать размеру верхнего кольца стакана топки. Изначально не будет лишним проверить геометрию окружности топочного блока и выправить её кувалдой при необходимости.
По торцу диска нужно с обеих сторон снять фаску шириной в 4–5 мм. Далее к краю приваривается полоса толщиной 3–4 мм шириной в 50 мм с выступом в одну сторону около 15 мм. Сварной шов должен быть герметичным, поэтому сначала делается глубокий провар, далее угол подчищается лепестковым диском и накладывается косметический шов с прогревом широкой зоны. Провар полосы выполняется с обеих сторон диска.
Та сторона диска, на которой полоса имеет более широкий выступ, предназначена для стыковки бака с топкой. Чтобы обеспечить плотный притвор, изнутри к диску приваривается кольцо из гладкой арматуры. При этом зазор между кольцом и полосой должен быть на 1–1,5 мм больше толщины стенки топки.
В центре диска нужно вырезать отверстие и вставить в него трубу дымохода диаметром около 120 мм, расположив её в строну короткого выступа обрамляющего кольца. Длина трубы должна быть на 20–30 см больше планируемой высоты бака. Снаружи на трубу навариваются пластины 40х300 мм толщиной по 3–4 мм в хаотичном порядке. Более эффективный слой теплоты возможен, если сделать в трубе прорези и вставить в них рёбра с выступом вовнутрь около 10–15 мм, однако при этом следует гарантировать герметичность сварных швов. Труба приваривается к диску строго перпендикулярно и герметично, провар выполняется с обеих сторон.
Далее из тонкого стального листа нужно свернуть внешнюю стенку бака и вставить её в обрамляющее кольцо. Разжавшись внутри, лист плотно примкнёт к короткому бортику диска, после чего можно соединить нахлёст короткими прихватками по всей длине. На продольный нахлёст полученного цилиндра накладывается соединительный, а затем косметический сварной шов. Цилиндр устанавливается на дно бака и проваривается снаружи. Крышка бака выполнена обычным диском, вырезанным из тонкого стального листа.
В нижней части бака нужно прожечь сваркой отверстие порядка 20 мм и вставить в него трубку с резьбой на наружном конце. Трубка должна быть направлена точно к центру бака и не доставать до дымохода порядка 15–20 мм, чем обеспечивается эффективное рассеивание и перемешивание поступающей воды. В верхней части бака таким же образом врезается короткий патрубок для забора горячей воды с отступом около 10 см от крышки.
Возможные методы доработки
Несмотря на простоту принципа действия, такой водонагреватель очень удобен в использовании, но требует ряда доработок. Прежде всего, на выходе дымохода из бака нужно просверлить сквозное отверстие и вставить в него шпильку с диском-заслонкой. При этом диск не имеет жёсткого крепления к шпильке, ведь заслонку нужно периодически разбирать для чистки дымохода.
Для обслуживания и ремонта нагревателя его потребуется отключить от обвязки, поэтому рекомендуется установить на резьбовые патрубки бака соединения типа «американка» из латуни. Нижний патрубок подключается напрямую к системе водопровода через запорный кран. Также в этом месте можно сделать сливной отвод с краном и штуцером для подключения гибкого шланга. На верхнем патрубке необходимо предусмотреть свободный отвод с шаровым краном для подсоса воздуха при сливе воды из бака. За отводом устанавливается стандартная группа безопасности — клапан сброса излишнего давления для водяных нагревателей. Далее за группой упаковывается запорный кран.
Если водонагреватель располагается на улице, не будет лишним обеспечить теплоизоляцию бака. Её достаточно легко выполнить обычной базальтовой ватой. Потребуется широкий отрез стальной армирующей сетки, свёрнутой в кольцо с образованием зазора от стенок бака порядка 50–70 мм. К сетке тонкой проволокой крепится утеплитель, затем полученный кожух оборачивается вокруг водонагревателя и стягивается проволочными хомутами.
Правила установки и использования
Дровяной водонагреватель должен устанавливаться на прочном негорючем основании. Несгораемая подложка должна выступать по 15 см в каждую сторону от профиля колонны и не менее 50 см со стороны топочной дверцы. Устанавливать колонну следует не ближе 15 см к стенам с негорючим покрытием и не ближе 50 см к горючей отделке.
Розжиг титана возможен только в полностью наполненном состоянии. При этом в части бака, расположенной выше патрубка забора горячей воды, образуется воздушный карман, выступающий демпфером на случай закипания жидкости. Порядок подготовки бака к работе таков:
- Проводится розжиг топки.
- Дверца зольника поддерживается открытой, пока пламя не охватит весь объём топлива.
- После воспламенения топлива зольник закрывается. Заслонкой регулируется такая подача воздуха, чтобы дымоход на выходе был лишь ощутимо тёплым.
- Если в баке появился характерный шум закипающей воды, заслонка поддува перекрывается полностью.
- После полного сгорания топлива перекрывается заслонка дымохода.
Присоединяйтесь к нам на канале Яндекс.Дзен
