Паровое отопление от печки Как сделать паровое отопление от печки

Как сделать паровое отопление от печки

Автономная система отопления имеет множество преимуществ, среди которых возможность регулирования температуры, а, следовательно, экономия денежных средств на расходе топлива. Паровое отопление, помимо всего прочего, является эффективным методом обогрева жилища благодаря невысокой стоимости монтажа. К тому же, если в доме установлена обычная печь, паровое отопление можно провести от нее своими руками, несмотря на непростой монтаж.

Отличие парового отопления от водяного

Принцип функционирования паровой системы отопления состоит в следующем: доведенная до кипения вода в емкости превращается в пар, который затем поступает в радиаторы отопления, нагревая их. Там пар конденсируется, преобразуясь в жидкое состояние, стекает в расширительный бак по специальным отводам, затем вновь возвращается в теплообменник.

Отличием парового отопления от водяного является, во-первых, циркулирование разного типа теплоносителя. Во-вторых, теплоотдача выше, а скорость прогревания помещения в несколько раз быстрее, чем у водяного. При одинаковых затратах на твердое топливо, КПД парового отопления выше, чем водяного.

Для монтажа парового отопления не требуется крупногабаритное оборудование, что делает эту систему отопления экономной. При бездействии системы, трубы с водяным теплоносителем за зиму могут перемерзать. В отличие от него, паровую систему можно легко запустить без возникновения подобных трудностей.

Существуют и некоторые недостатки, которые отсутствуют у системы отопления с водяным теплоносителем:

  • Отопительные радиаторы нагреваются свыше 100 градусов, что может быть небезопасным для окружающих.
  • Отопительная система очень шумная
  • Регулировать температуру трудно
  • Отсутствие возможности установки системы водяных теплых полов.
  • Для системы нельзя использовать пластиковые трубы.
  • Печь с встроенной системой парового отопления трудно использовать одновременно для приготовления пищи.

Паровое отопление от печки своими руками

Чтобы не монтировать отопительный котел для устройства системы парового отопления и тратить на это денежные средства, можно использовать имеющуюся в доме печь. Она будет выступать в качестве теплоисточника с недорогим твердым топливом, к тому же, она не зависит от центрального газо- и электроснабжения. Парогенератором выступает теплообменник, который можно изготовить на заказ или самостоятельно. Недостатки печи-парового котла такие же, как у обычной печки или камина: отсутствие возможности точной регулировки температуры нагрева, отсутствие полной пожаробезопасности, а также возможность задымления помещения из-за неправильной растопки. Таким образом, недостатков у печи-котла столько же, как у обычной, а преимуществ гораздо больше.

Паровое отопление от печки

Перед тем, как от печки сделать паровое отопление, необходимо проверить теплообменник на предмет герметичности. Сделать это можно следующим образом: внутрь устройства заливают керосин, швы при этом обводятся мелом. Места, где мел потемнел, означают протечку, а значит, использовать это устройство для системы парового отопления нельзя.

Для отведения парового отопления от печки понадобятся следующие составляющие:

  • Батареи отопления. Их количество должно быть равно числу окон помещения.
  • Теплообменник
  • Медные или оцинкованные трубы для отвода конденсата и паропровода.
  • Запорная арматура (краны для спуска воздуха, вентили)
  • Соединительная арматура: колена, трубные хомуты, фитинги.
  • Кронштейны для радиаторов
  • Гидравлический затвор
  • Редукционно-охладительная установка, с помощью которой пар переводится в жидкое состояние.
  • Редуктор для снижения давления внутри системы.
  • Насос для принудительной циркуляции жидкости.
  • Инверторный сварочный аппарат

Перед тем, как приступить к работам, предварительно разрабатывается схема подключения и монтаж труб. На чертеже определяется место расположения печи-котла, от которой далее прокладывается схема разводки со всеми необходимыми элементами подключения. Для отопления площади не больше 80 кв.м. подходит однотрубная схема подключения радиаторов. При таком способе подключения конвекторы нагреваются последовательно, первый из них сильнее прочих. Двухтрубная схема подходит для отопления помещений больше 80 кв.м. и двухэтажных домов. Трубы при этом подсоединены к конвекторам параллельно. Если планируется установить систему по принципу естественной циркуляции, теплообменник должен быть расположен ниже всех конвекторов и труб под углом наклона. При этом требуется монтаж насоса для бесперебойной циркуляции отопительной системы.

После того, как схема разработана и все конструктивные элементы, необходимые для сборки отопительной системы, учтены, можно составить смету на покупку материалов и приступать к работе.

После того, как схема разработана и все конструктивные элементы, необходимые для сборки отопительной системы, учтены, можно составить смету на покупку материалов и приступать к работе.

Технология работ

Необходимо учитывать, что устройство паровой отопительной системы без демонтажа старой печи невозможно. Для того чтобы встроить теплообменник, необходимо монтировать его внутрь топки на этапе кладки печи.

Под каждым окном устраиваются радиаторы, к которым подсоединяют подводящие и отводящие трубы под небольшим уклоном 3мм. Каждый радиатор снабжается краном для спуска воздуха.

Паровое отопление от печки

Чтобы обезопасить систему, перед каждым конвектором и перед всей системой в целом, устанавливается запорная арматура. В начале системы также устанавливается редуктор охлаждения и редукционный клапан. В конце системы устанавливается емкость для сбора конденсата с таким же небольшим уклоном, как трубы. Из него вода перетекает в теплообменник. Перед печкой устанавливается насос в системе принудительной циркуляции.

Рекомендации

Дымоход печки с установленным парогенератором необходимо чаще очищать от сажи. Для того чтобы обеспечить свободное стекание конденсата в нижнюю точку, лучше устанавливать печь в подвальном помещении. Установка клапанов поможет предотвратить появление аварийных ситуаций, поэтому не следует ее игнорировать.

При монтаже отопительной системы в деревянном доме необходимо обеспечить меры пожарной безопасности, защитив деревянные поверхности от перегрева. Для этого смежная стена с печкой и поверхность пола должны быть покрыты огнеупорным материалом. Обязательно должна быть установлена затворная дверца топки и поддувала у печки. Расположение печки-котла лучше планировать не у несущей стены для удобства монтажа системы дымоходных каналов.

Читайте также:
Натяжной потолок — популярный вариант отделки потолочной поверхности

Высота дымохода не должна составлять менее 4 метров, иначе накапливаемый конденсат попадет в камеру топки. Если печка расположена в соседнем здании (например, отдельно стоящая котельная), не обязательно демонтировать и переносить ее внутрь дома. В этом случае нужно хорошо теплоизолировать трубопровод, который соединяет это здание с печкой и дом

Чтобы не допускать перегрева теплоносителя свыше 100 градусов, можно регулировать температуру, если при этом полностью закрыть поддувало и приоткрыть печную топку.

Установка парового отопления в частном доме от печи на дровах – стоит ли делать?

Обогрев дома паром довольно популярен. Но что делать, если у вас уже есть дровяная печь? Нужно ли ее убирать? Какой выбрать котел? Можно ли организовать паровое отопление в частном доме от печи на дровах? Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Аргументы «За»

Паровой способ быстро нагревает воздух в доме.

Система на дровах – более экономичный вариант, чем газ или электричество.

Не обязательно сносить печь, так как кроме затрат сил и времени, может понадобиться капитальный ремонт.

Благодаря отсутствию механизмов, любая регулировка выполняется вручную, значит, техника не будет ломаться, давать сбои.

Это вариант для дачи или загородного дома, так как присутствие там сезонное, а топливо можно запасти заранее. Отопление не отключится из-за плохой погоды, неуплаты за электричество или газ.

Даже если сама печь находится в соседнем здании, реально провести паровую систему. Главное, позаботиться о теплоизоляции.

Как это сделать, наглядно показано в следующем видео:

Сборка и установка

Собрать систему на пару — реально, главное, сделать работу с учетом параметров постройки.

Если печи еще нет, потребуется ее выложить, для чего важно выбрать правильное место: нужно обеспечить свободный подступ, удобно расположить, чтобы об нее случайно не обжечься из-за тесноты.

Обогрев дровами выделяет много тепла, с которым могут совладать только изделия из металла, ни в коем случае не полипропилен.

Когда основной агрегат – дополнительный источник тепла, его не делают из железа, а выкладывают из кирпича, так как керамика намного дольше удерживает нагрев.

Проблему со сложным паровым протоком решают установкой циркуляционной насосной станции. Чтобы внутреннее давление было под контролем, необходимо установить расширительный бак.

Монтаж

Чтобы верно собрать паровую установку, необходимо подготовить нужные материалы. Обязательно понадобятся трубы, тройники, соединители, кран Маевского, запорный клапан, дополнительное оборудование.

К нему относятся: насос, расширитель, радиаторы, сварочный аппарат, редукционно-охладительная установка, вентили, паровой теплообменник.

Паровой теплообменник – металлический контур из труб. Толщина их стенок должна быть не менее 2,5 мм. Если изделие решено сделать своими руками, понадобится сварочный аппарат.

Перед установкой следует проверить целостность швов, залив воду в конструкцию: если нет подтеков, то все нормально. Метод не совсем информативен, потому что шлаковые включения в сварочных швах он не покажет.

Для этого способ — «керосин на мел». Внутрь вместо воды наливают керосин, а снаружи стыки натирают мелом. Жидкость проникает сквозь мелкие поры, а мел на участках просачивания темнеет.

Варианты формы теплообменника

Теплообменную часть устанавливают при кладке печи, в топку.

Далее, по схеме, подвешивают под оконными проемами радиаторы, к которым подключают две линии труб.

Чтобы поддерживалась естественная циркуляция, выдерживают уклон, но не более, чем 3 мм на погонный метр трубопровода. Каждый конвектор оборудуется воздушным клапаном.

Рекомендуется установить перед каждым радиатором запорный вентиль и один общий, чтобы обеспечить нужный уровень безопасности.

В конце трубопровода монтируют сборник конденсата (бак), вместо обычного расширительного бака. Потому что лучший вариант – мембранный – не переносит сильного нагрева.

Насос размещают перед печью.

Схема

Отопительная система работает из-за естественной циркуляции. Поэтому теплообменник требуется разместить ниже уровня радиаторов, приваренных под углом.

Постоянную работу тепловой линии обеспечит циркуляционный насос.

Есть два варианта сборки отопительной системы: однотрубный или двухтрубный.

При однолинейной разводке отопления последовательная стыковка батарей оборачивается тем, что первый радиатор всегда горячее остальных, а последний – практически холодный. Такая цепочка оправдана только внутри небольших помещений.

Вариант схемы подключения

Если дом большой, лучше использовать двухлинейный вариант отопления, тогда по верхней трубе будет осуществляться ток горячего пара, который после остывания возвращается к котлу через нижний трубопровод.

Благодаря четкому разделению разгоряченного пара и остывшего конденсата все радиаторы нагреваются равномерно, не зависимо от степени удаленности от котла.

Плюсы и минусы

Если паровым котлом является печь, то получается условно бесплатная установка, генерирующая тепло за счет расположенного внутри топки теплообменника.

Не требуется искать тепловой аккумулятор, так как печь накапливает тепло лучше любой емкости с водой.

Топить можно дровами, горючими отходами жизнедеятельности, торфом или углем.

В перспективе получается более эффективная и экономичная конструкция, ведь отапливается не одна комната, а сразу весь дом при аналогичном количестве использованного топлива.

Котел

С другой стороны, невозможно тонко отрегулировать температурный режим, выставить сразу конкретную мощность. Выдерживать оптимальную нагрузку возможно, если открывать топку, закрывать поддувало. Со временем придёт опыт: сколько дров за один подход требуется для определенной скорости горения, как должно быть открыто поддувало.

Существует риск задымления помещения, в случае, если повредится дымоход, будут использованы сырые дрова, либо сильно возрастет давление на улице.

Нельзя оставлять растопленную печь, уходя куда-либо, закрывать заслонку раньше, чем дотлеют угли, чтобы исключить риск пожара или отравления угарным газом.

Читайте также:
Особенности применения арболита в строительстве дома: состав и пропорции смеси, блоки своими руками

В принципе, минусы этого оборудования не отличаются от аналогичных недостатков простых каминов, а преимуществ — больше.

Можно ли сделать из печи котел?

Нельзя взять и присоединить трубопровод к простой печи. Нужно либо делать кладку с нуля, либо разбирать имеющуюся установку до топки.

Запрещён разбор отдельной части сооружения, так как будет нарушена циркуляция воздушного потока внутри дымоходной трубы, что вызовет отсутствие тяги. При каждом розжиге внутрь комнаты будет попадать дым и гарь.

До уровня топки печь укладывается на фундамент со слоем гидроизоляции из красного кирпича, устойчивого к высоким температурам. Топка выкладывается двумя слоями, где внешний слой состоит из тех же красных блоков, а внутренний — из огнеупорного шлакоблока.

Заливка фундамента Выкладка печи Дымоходная труба

В нижней части размещают железную решетку, на которую выкладывают дрова, сверху устанавливают металлическую трубную связку, вокруг теплового обменника продолжают укладку шлакового кирпича.

Дальнейшая кирпичная кладка продолжается по классическому принципу. Для такого типа строения особая схема кладки, разработанная с учетом того, что внутри топки установлена полая металлоконструкция.

Устройство разводки

Специалисты советуют одноконтурную разводку труб.

Нужно установить опорную трубу, присоединить вертикальную ветвь, перевести ее в горизонтальное направление под потолком.

На месте соединения вертикали с горизонталью монтируют переходной тройник для подключения расширителя. Накопительный бак выводят на чердак.

Горизонтальную линию ведут к первому радиатору, оставляя уклон 2 см на 1 метр трубы. Над самой батареей трубу вновь выводят в вертикаль, оканчивающуюся верхним штуцером.

От последней точки до разъема следующей батареи укладывают соединительный отрезок трубы, его диаметр должен совпадать с размером напорной ветви разводки.

Подключение и разводка

Аналогичным способом обвязывают нижние разъемы соседствующих радиаторов, а свободный патрубок перекрывают заглушкой.

Вторую линию сооружают тем же методом.

Перепады высоты между батареями не должны превышать 1,5 – 2 см по отношению к 1 метру трубопровода.

Последний радиатор в цепи одной стороной прикрепляют к предшествующему аналогу, а с другой располагают патрубок, замыкающий схему.

Свободный верхний патрубок оснащают краном Маевского для экстренного сброса давления, а напорные элементы устанавливают между печью и крайним радиатором отопления. Для насосов применяют байпас.

Такая схема отопления способна поддерживать принудительную или естественную циркуляцию пара, что удобно в случае отключения электричества, ведь циркуляционный насос будет отключен.

Отличия парового обогрева от водяного

Иногда люди ошибочно называют паровой обогрев водяным, но это абсолютно разные системы.

При водяном отоплении внутри труб движется жидкость, она же нагревается или охлаждается. Но при паровом варианте заливаемая влага выпаривается. Внутри трубопровода движется горячий пар. Он при охлаждении конденсируется и стекает по возвратной трубе обратно в котел.

Помимо разницы в теплоносителях, есть отличия в скорости и степени прогрева трубопровода, помещений. КПД данного способа выше, чем у водяных аналогов.

Не требуется большое оборудование, чтобы собрать отопительную установку, во время зимы не будет промерзания, так как в трубах мало воды.

Система запускается проще, выделяет тепло заметно быстрее. Можно дополнительно встроить варочную плиту, чтобы готовить пищу.

Технология работ

Если в доме изначально нет печи, то сначала нужно частично вскрыть полы под место заливки фундамента, заложить основание, застелить его рубероидом.

Первый ряд укладывают на гидроизоляцию. Следующие кладут с соблюдением порядовки, контролируя вертикаль нивелиром или отвесом. На местах установки дверок вставляют огнестойкую проволоку, выполняя обвязку контура дверцы.

Топку выкладывают согласно ранее описанной технологии.

Дымоход делают двухслойным. В качестве основы устанавливают металлическую трубу, снаружи обвязывают теплоизоляцией. Остается выложить вокруг кирпичом, оставляя место под заслонку.

Для безопасности каждый подключенный радиатор снабжают запорной арматурой и кранами под сброс воздуха.

Кран Маевского на радиаторе

В начале отопительной системы устанавливается охладительный редуктор, редукционный клапан, монтируют под небольшим уклоном бак под конденсат. Жидкость из него будет направлена в теплообменник. Перед печью ставят циркуляционный насос.

Советы и рекомендации

Рекомендуется периодически прочищать дымоход от скопления сажи. Чтобы конденсат спокойно перетекал по обратной линии, следует собирать печь как можно ниже, желательно в подвале.

Нельзя игнорировать монтаж клапанов, чтобы не допустить аварийной ситуации.

Обшить все горючие материалы на стенах, полах, потолке безопасным покрытием, чтобы не произошло возгорания.

На стадии составления схем, расчетов количества материалов, обратитесь за консультацией к профессионалам. Наймите опытного сварщика, чтобы все швы были цельными, прочными.

Не стоит оставлять заслонку открытой: дом будет выхолаживаться.

Пример собственноручного изготовления теплообменника рассматривается в нижеследующем видео:

Паровое отопление в частном доме и на даче на базе печи или котла

Как устроить паровое отопление от печи своими руками

Оборудование и материалы

Для устройства парового отопления понадобятся:

  • радиаторы (под каждое окно);
  • теплообменник – по сути, водотрубный котел или парогенератор;
  • трубы для паропровода и отвода конденсата – предпочтение лучше отдать стойким к высоким температурам материалам: оцинкованной стали или меди;
  • колена, соединители, хомуты для труб, кронштейны для радиаторов, запорная арматура: вентили, краны для выпуска воздуха;
  • гидравлический затвор, применяемый с целью возможности осушки паропровода;
  • редукционный клапан для снижения давления в системе;
  • редукционно-охладительная установка;
  • сварочный аппарат;
  • емкость для сбора конденсата;
  • насос.
Читайте также:
Пампасная трава или кортадерия - эффектное украшение участка


Редукционный клапан для снижения давления в системе

Дорогостоящее оборудование лучше взять в аренду.


Редукционно-охладительная установка

Теплообменник

Теплообменник для кирпичной печи придется изготовить самостоятельно или заказать. Для этого понадобятся трубы из металла, толщиной стенки от 2,5 мм и сварочный аппарат. Соединить их можно как на рисунке или сделать в виде змеевика. Главное, следить за качеством сварных швов. Расчет делается приблизительно так: 1 м2 поверхности змеевика отдает до 9 кВт.

После того, как конструкция будет изготовлена, необходимо её проверить. Для этого следует залить в неё воду и убедиться, что нет течи. Однако этот способ мало информативен, поскольку сварные швы могут иметь шлаковые включения, которые при отсутствии избыточного давления не будут обнаружены.

Лучше всего проверять качество швов способом «керосин на мел». Для этого необходимо обвести мелом все сварные швы и залить внутрь конструкции керосин. В случае наличия мельчайшей поры, мел потемнеет, поскольку в неё просочится керосин.

Контур для кирпичной печи


Ещё вариант теплообменника для печи

Последовательность работ

Теплообменник встраивается в печь на этапе её кладки прямо в топку


Теплообменник встраивается в печь

Нужно учитывать, что если планируется делать печь под варку, то труб в верхней части быть не должно, иначе они будут мешать. Тогда лучше сделать теплообменник по такому принципу

Далее, согласно схеме, под окнами монтируют радиаторы. К ним подсоединяют подводящие и отводящие трубы. Для естественной циркуляции – с небольшим уклоном в 3 мм на метр. Каждый конвектор следует снабдить краном для выпуска воздуха.

В целях безопасности желательно установить запорные краны перед каждым радиатором и один перед всей системой. В её начале следует также поставить редукционный клапан и охладительную установку.

В конце системы ставят бак для сбора конденсата, с которого тоже под уклоном перетекает вода обратно в теплообменник. Не желательно для этой цели использовать мембранный расширитель, так как он рассчитан на t до 85° С.

В системе принудительной циркуляции, в обратном трубопроводе, перед печью устанавливают насос.

Рассчитываем бюджет

Эксперты утверждают, что такая система стоит несколько дешевле водяного отопления. Ознакомившись с плюсами и минусами обогрева частных домов паром, вы сможете определить, подходит ли он для вашего коттеджа или загородного жилища

Обратите внимание, что ключ к эффективной системе отопления паром — это грамотно продуманная схема. Для ее расчета рекомендуем обратиться к компетентным специалистам, чтобы обезопасить себя и своих близких.

Надеемся, что информация, приведенная в этой статье, будет вам полезной, и вы сможете пользоваться паровым отоплением, собранным своими руками.

Несколько схем реализации парового отопления

Соорудить паровое отопление своими руками не трудно, однако необходимо знать возможные схемы реализации и выбрать наиболее подходящие из них. Предстоит ответить на 2 основных вопроса:

  • Однотрубная или двухтрубная будет система
  • Разомкнутая или замкнутая разводка

Однотрубная или двухтрубная система

Необходимо определиться, каким из двух вариантов будут прокладываться трубы по дому:

  • Однотрубная система
  • Двухтрубная система

Реже используют однотрубную систему, так как в ней очень трудно регулировать паровой поток. Установка дополнительных устройств значительно увеличит первоначальные затраты на отопление.

Двухтрубная система потребует большего количества труб, однако она проще в монтаже и эксплуатации. Достаточно установить на выход термостатирующий конденсатоотводчик и на вход регулирующий вентиль.

Разомкнутая или замкнутая разводка

Конденсирующая жидкость может возвращаться обратно к нагревательному элементу по одному из двух контуров:

  • Разомкнутому
  • Замкнутому

В разомкнутой системе конденсат поступает в бак самотеком. В последнем скопившаяся жидкость насосом подается на нагреватель. Необходимо правильно проложить трубы и выдержать уклон, чтоб вода стекала без определенных препятствий.

В замкнутой системе необходимо предусмотреть, чтоб на входе и выходе была достаточная разница давления для перетекания жидкости. При этом следует разместить паросборник таким образом, чтоб он был значительно ниже относительно отопительных радиаторов.

Приступаем к работе

Располагать отопительный конвектор необходимо под каждым из окон. Таким образом он будет препятствовать появлению холодных сквозняков, быстро обогревая воздушные потоки.

Затем производится выбор и расчет прокладываемых труб

Очень важно правильно подобрать диаметр: внутренний объем должен составлять около 2 л на квадрат. Лучше остановиться на изделиях 20-25 мм в диаметре

Установка котла рекомендуется в подвальном помещении, так как нагретый пар будет подниматься вверх. Если дополнительно совмещена водяной теплый пол – котел располагают выше половой поверхности.

Если обустраивается система «теплый пол», рекомендуется приобретать двухконтурный котел. Дом и пол должны работать независимо. Иногда умельцы около половой поверхности выводят помпу, однако такая система становится менее эффективной и более уязвимой.

Обустроить паровое отопление в частном доме способен каждый желающий своими руками, однако приступать к работе необходимо обдуманно. Потребуется взвесить все «за или против», сравнить с классической водяной системой.

Стоимость оборудования и прочих комплектующих соизмерима с затратами на классическое водяное отопление. Благодаря этому оно доступна для широкого круга хозяев частных строений. Однако специалисты все же не рекомендуют обустраивать его в доме для постоянного проживания. Оно прекрасно подходит для больших коммерческих помещений, складских и хозяйственных площадей, больших дач.

Читайте также:
Опора для винограда. Как сделать опору для винограда своими руками

Монтаж отопления из полипропиленовых труб своими руками

Полипропиленовые трубы соединяются при помощи резьбовых или нерезьбовых фитингов. Резьбовые фитинги бывают как разъемными, так и неразъемными.

При монтаже отопления из полипропиленовых труб нужно руководствоваться следующими техническими условиями:

трубы из полипропилена требуется прокладывать подальше от открытых источников огня;

если возникла необходимость в установке бака или водомера, лучше использовать резьбовые и разъемные фитинги. Неразъемные фитинги применяют только вместе с гибкими шлангами;

не допускается использование грязных и деформированных фитингов, а также самостоятельная нарезка резьбы;

в случае стыковки ровных отрезков либо соединения полипропиленовых труб разного диаметра, нужно использовать муфты;

чтобы не перегнуть трубу из полипропилена в местах поворота, при монтаже нужно использовать специальный угольник;

в местах разветвления используются тройники.

Ознакомившись с обязательными условиями проведения работ, можно приступать к процессу монтажа.

Разводка отопления

Как мы говорили ранее, для удобства работы, экономии времени и денежных средств, а также для достижения максимального КПД собранной системы, в проекте необходимо указать расположение следующих элементов:

Трубопровод подходит к батареям снизу или сбоку, и выполняется по одно- или двухтрубной схеме.

Монтаж радиаторов

Прежде чем соединять полипропиленовую трубу с батареей, батарею необходимо предварительно собрать, оснастив необходимыми элементами регулировки, и закрепить на стене.

Монтаж отопительного радиатора производится следующим образом:

Наносим разметку в местах, куда будут установлены батареи. Согласно СНиП, между радиатором отопления и стеной должен быть зазор не меньше 2 см, а расстояние от батареи до пола должно быть 10-15 см.

Устанавливаем кронштейны для подвешивания радиатора отопления. Для этого вам понадобится уровень, чтобы радиатор висел ровно, и дюбель-гвозди для крепления кронштейнов к стене.

Далее происходит установка радиатора отопления на кронштейны.

По этой схеме происходит монтаж всех батарей в помещении.

Подключение батарей

Порядок действий при подключении полипропиленовой трубы отопления к радиатору будет следующим:

Начинаем с крепления к радиатору переходной муфты. Нужно помнить, что для соединения полипропиленовых труб с алюминиевым отопительным радиатором используются специальные муфты, отличающиеся от тех, которыми подключают полипропиленовые трубы к чугунным батареям.

К установленной муфте подключаем шаровой кран, радиаторный клапан или регулировочный вентиль.

К данному крану подключаем полипропиленовые трубы.

Согласно вышеописанным шагам производится подключение выхода батареи к трубе отопления.

Это и есть основные этапы подсоединения труб ПП к радиаторам отопления.

Читайте материал по теме: Как поменять радиатор отопления без ошибок

Основные компоненты

Ключевой компонент системы — котел. Основным его предназначением считается преобразование воды в пар. В дальнейшем он переходит в трубопровод.


Котел должен быть достаточно мощным, чтобы потянуть одновременно два этажа

Элементами конструкции здесь считаются:

  • система труб;
  • коллекторы;
  • барабан.

Паровое пространство

Здесь можно ставить дополнительное оборудование. Оно может быть полезно, если требуется сепарация пара. Интенсивный обмен между паром и водой — основа работы котла. Устройства для обогрева делят на водо- и жаротрубные. В последнем случае нагретые газы движутся в каналах труб, обустроенных в емкости с водой.

Водотрубные модификации работают по немного иному принципу. Здесь движется вода по каналам, построенным внутри камеры с газами. Сначала она нагревается, после чего начинает кипеть. Вода перемещается в естественном режиме внутри котла.

В любых разновидностях котлов действует одно и то же правило превращения воды в пар. Сначала жидкость проводят в резервуар, находящийся в верхней зоне устройства. Далее она перетекает в коллектор и поднимается в расположенный наверху барабан, перемещаясь через область нагрева. Внутри трубы формируется пар, идущий наверх. Он может двигаться сквозь сепаратор, где отделяется от жидкости. Дальше он переходит в паропровод.


Отопление можно без труда установить своими руками

В котле можно использовать различные варианты топлива. В соответствии с этими особенностями конструкция может быть видоизменена. Перемены могут касаться и типа работы камеры сгорания. Допустим, колосниковая решетка потребуется для тех случаев, когда задействуется твердое топливо. В то же время понадобятся особые горелки, если топливо газообразное либо жидкое. Смешанные варианты более удобны и практичны.

Радиаторы и система труб

Показатели температуры в паровой системе находятся в пределах +100…+130°С. По сравнению с водяными они намного выше. Вот почему для обустройства систем похожее оборудование применять не рекомендовано. Это касается труб из полипропилена и металлопластика. Предельные рабочие показатели указанных материалов лежат в пределах +90…+100°С, применять их строго запрещено.

Конденсат, образуемый внутри деталей, приводит к быстрому разрушению материала труб. Нельзя забывать, что сталь неустойчива к коррозии. Агрессивная среда теплоносителя усиливает этот недостаток. Необходимо соединение с помощью сварки, что требует больших временных и трудовых затрат. Лучше брать трубы из оцинкованной стали. Эти изделия противостоят повышенным температурам и предполагают использование резьбового метода для соединения. Такой подход существенно упрощает рабочий процесс. Единственное, что может послужить препятствием для приобретения таких изделий, — их высокая цена.

Еще одним идеальным вариантом считаются трубы из меди. Материал пластичный, не боится термического воздействия, прочный, не подвержен коррозии. Чтобы соединить медные компоненты, прибегают к пайке. Медный трубопровод долговечный, однако стоит дорого.

Как посредством кирпичной печи сделать паровое отопление в

При выборе системы отопления рекомендуется останавливаться на той, горючее для которой в данном районе имеется с избытком. Так как газ в отдаленные места еще не дошел, многие стараются установить отопительные устройства, применяющие жёсткое либо жидкое горючее. Наша задача сейчас растолковать, как сделать паровое отопление своими руками посредством теплообменника, установленного в кирпичную печь.

Читайте также:
Светящаяся краска: светящаяся в темноте фосфорная продукция для тела, фосфорицирующая краска, фосфоресцентные и люминофорные уличные изделия

Теплоносителем в таковой системе будет или вода, или пар. Сейчас нас интересует второй вариант, не смотря на то, что эти две системы довольно часто путают между собой. Отличия у них имеется и достаточно важные, исходя из этого в жилых зданиях разрешается применять лишь водяной контур. Связано это с небезопасной эксплуатацией парового отопления, в то время, когда требуется нагреть жидкость до температуры выше 100?С.

В также время его цена ниже водяного, а современные меры защиты разрешают избежать катастрофических последствий. Но монтаж парового отопления, например, от кирпичной печи требует большое количество сил и времени. Ниже определим про это детальнее.

Принцип работы

на данный момент рассмотрим отличие между двумя системами, дабы вы не путались. Кроме этого будет поведано о недостатках и преимуществах таковой системы обогрева помещений.

Рассмотрим детальнее, что такое отопление посредством пара:

  1. В емкости до кипения доводится вода, которая неспешно преобразовывается в пар.
  2. После этого он по трубопроводу поступает в радиаторы, каковые и отдают его тепло помещению.
  3. В батареях теплоноситель конденсируется.
  4. Появившаяся вода стекает в расширительный бак и опять поступает в теплообменник.

Совет: генератором для парового отопления может служить котел, работающий на отработанном масле. Такие системы часто устанавливают в подсобных помещениях и в гараже .

Обратите внимание на то, что нежелательно кирпичную печь с парогенератором применять и для изготовление пищи, по причине того, что летом ее применять запрещено. Лучше на это время придумать другой вариант. Не нужно кроме этого использовать для трубопроводов пластик, он не рекомендован для для того чтобы температурного режима.

Схемы монтажа

Ниже рассмотрим чаще всего используемые варианты:

  1. Используют естественную и механическую систему циркуляции теплоносителя. В первом случае теплообменник необходимо располагать ниже уровня всех радиаторов и труб под углом. Во втором — требуется установка насоса, который снабжает бесперебойное перемещение теплообменника.
  2. Однотрубная система отопления в работе применяет принцип последовательного подключения радиаторов, в то время, когда теплоноситель движется по трубопроводу, переходя из одного регистра в другой. В итоге, первый оказывается самым горячим, в также время последний – практически остывшим. Мы рекомендуем использовать такую схему для маленьких помещений до 80 м2.

  1. Двухтрубная система прекрасно подходит для домов громадной площади, например, двухэтажных коттеджей. В этом случае радиаторы соединяются в ней параллельно, с применением подводящей и конденсирующей труб. Теплоноситель в данной схеме подводится ко всем батареям с однообразной температурой, исходя из этого он не успевает остывать.

Независимое устройство парового отопления от кирпичной печи

Подготовьте материалы и оборудование:

  • радиаторы предусмотрите под каждым окном,
  • теплообменник – парогенератор либо водотрубный котел,

  • трубы для подачи пара и отвода конденсата. Нужно применять оцинкованную сталь либо медь,
  • соединители, колена, хомуты для труб, запорная арматура — краны для сброса воздуха, вентили,
  • кронштейны для батарей,
  • гидравлический затвор для осушки паропровода,
  • редукционно-охладительная установка,
  • для понижения давления в системе — редукционный клапан,
  • сварочный аппарат,
  • насос,
  • емкость для сбора конденсата.

Совет: дорогостоящее оборудование рекомендуем забрать в аренду.

Теплообменник для кирпичной печи возможно сделать своими руками либо заказать:

  1. Подготовьте железные трубы с толщиной стены от 2,5 мм, и сварочный аппарат.
  2. Соедините их в виде змеевика, наряду с этим смотрите за качеством сварных швов. Приблизительный расчет — 1 м2 поверхности змеевика может дать до 9 кВт.
  3. Удостоверьтесь в надежности конструкцию на течи по окончании изготовления. Водой пользоваться не рекомендуем, поскольку под громадным давлением шлаковые включения отвалятся и покажутся свищи.

Лучше применять метод, именуемый «керосин на мел». В этом случае обведите все сварные швы мелом и залейте керосин вовнутрь конструкции. Мел потемнеет кроме того при небольшой поры, поскольку в неё просочится керосин.

Процесс

Ниже будет предложена инструкция, которая окажет помощь в нем разобраться:

  1. Установите теплообменник в топку печи на этапе ее кладки.
  2. По предварительно нарисованной схеме под окнами смонтируйте батареи. Установив на каждую кран для выпуска воздуха.
  3. Подсоедините к ним трубопроводы под подачу и обратку.

Совет: при естественной циркуляции обеспечьте маленькой уклон из расчета 3 мм на 1 м.

  1. Установите запорную арматуру перед каждым регистром в целях безопасности, и один кран перед всей системой.
  2. Поставьте в начале трубопровода охладительное оборудование и редукционный клапан.
  3. В конце трубопровода поставьте емкость для сбора конденсата, который обязан стекать под уклоном обратно в теплообменник.

Совет: не применяйте для таких целей мембранный расширитель, по причине того, что он вычислен на температуру до 85 °С.

  1. В случае если предусмотрен циркуляционный насос, установите его перед печью в обратном трубопроводе.

  1. В случае если кирпичная печь снабжена теплообменником, в дымовой трубе образуется больше сажи, чем без него, исходя из этого его нужно чистить чаще.
  2. При естественной циркуляции теплоносителя печь направляться ставить в подвальном помещении, тогда конденсат будет вольно стекать в нижнюю точку.
  3. Неизменно устанавливайте клапана – это предотвратит вероятную аварию и сама система будет более надёжной.

  1. Учтите, в случае если используете принудительную систему с электронасосом, при отключения электричества работу печи остановить будет весьма тяжело.
  2. В древесном доме отопление посредством пара устанавливается равно как и в кирпичном. Требуется лишь выполнять требования пожарной безопасности, защищая древесину от перегрева.
Читайте также:
Смотровые колодцы канализации: устройство и чертежи конструкций, их строение и глубина

Вывод

Из статьи вы выяснили, как сделать паровое отопление, и то, что его применение в жилом частном доме обходится дешевле водяного, не смотря на то, что оно и более страшно в эксплуатации. Исходя из этого нужно четко придерживаться руководств и снабдить систему особым оборудованием, которое повысит ее безопасность.

Теплообменник вы имеете возможность заказать у экспертов либо сделать самостоятельно. подключение и Установка радиаторов не вызывает трудностей. Видео в статье окажет помощь отыскать вам дополнительную данные по данной тематике.

Как сделать паровое отопление от печки

Автономная система отопления имеет множество преимуществ, среди которых возможность регулирования температуры, а, следовательно, экономия денежных средств на расходе топлива. Паровое отопление, помимо всего прочего, является эффективным методом обогрева жилища благодаря невысокой стоимости монтажа. К тому же, если в доме установлена обычная печь, паровое отопление можно провести от нее своими руками, несмотря на непростой монтаж.

Отличие парового отопления от водяного

Принцип функционирования паровой системы отопления состоит в следующем: доведенная до кипения вода в емкости превращается в пар, который затем поступает в радиаторы отопления, нагревая их. Там пар конденсируется, преобразуясь в жидкое состояние, стекает в расширительный бак по специальным отводам, затем вновь возвращается в теплообменник.

Отличием парового отопления от водяного является, во-первых, циркулирование разного типа теплоносителя. Во-вторых, теплоотдача выше, а скорость прогревания помещения в несколько раз быстрее, чем у водяного. При одинаковых затратах на твердое топливо, КПД парового отопления выше, чем водяного.

Для монтажа парового отопления не требуется крупногабаритное оборудование, что делает эту систему отопления экономной. При бездействии системы, трубы с водяным теплоносителем за зиму могут перемерзать. В отличие от него, паровую систему можно легко запустить без возникновения подобных трудностей.

Существуют и некоторые недостатки, которые отсутствуют у системы отопления с водяным теплоносителем:

  • Отопительные радиаторы нагреваются свыше 100 градусов, что может быть небезопасным для окружающих.
  • Отопительная система очень шумная
  • Регулировать температуру трудно
  • Отсутствие возможности установки системы водяных теплых полов.
  • Для системы нельзя использовать пластиковые трубы.
  • Печь с встроенной системой парового отопления трудно использовать одновременно для приготовления пищи.

Паровое отопление от печки своими руками

Чтобы не монтировать отопительный котел для устройства системы парового отопления и тратить на это денежные средства, можно использовать имеющуюся в доме печь. Она будет выступать в качестве теплоисточника с недорогим твердым топливом, к тому же, она не зависит от центрального газо- и электроснабжения. Парогенератором выступает теплообменник, который можно изготовить на заказ или самостоятельно. Недостатки печи-парового котла такие же, как у обычной печки или камина: отсутствие возможности точной регулировки температуры нагрева, отсутствие полной пожаробезопасности, а также возможность задымления помещения из-за неправильной растопки. Таким образом, недостатков у печи-котла столько же, как у обычной, а преимуществ гораздо больше.

Паровое отопление от печки

Перед тем, как от печки сделать паровое отопление, необходимо проверить теплообменник на предмет герметичности. Сделать это можно следующим образом: внутрь устройства заливают керосин, швы при этом обводятся мелом. Места, где мел потемнел, означают протечку, а значит, использовать это устройство для системы парового отопления нельзя.

Для отведения парового отопления от печки понадобятся следующие составляющие:

  • Батареи отопления. Их количество должно быть равно числу окон помещения.
  • Теплообменник
  • Медные или оцинкованные трубы для отвода конденсата и паропровода.
  • Запорная арматура (краны для спуска воздуха, вентили)
  • Соединительная арматура: колена, трубные хомуты, фитинги.
  • Кронштейны для радиаторов
  • Гидравлический затвор
  • Редукционно-охладительная установка, с помощью которой пар переводится в жидкое состояние.
  • Редуктор для снижения давления внутри системы.
  • Насос для принудительной циркуляции жидкости.
  • Инверторный сварочный аппарат

Перед тем, как приступить к работам, предварительно разрабатывается схема подключения и монтаж труб. На чертеже определяется место расположения печи-котла, от которой далее прокладывается схема разводки со всеми необходимыми элементами подключения. Для отопления площади не больше 80 кв.м. подходит однотрубная схема подключения радиаторов. При таком способе подключения конвекторы нагреваются последовательно, первый из них сильнее прочих. Двухтрубная схема подходит для отопления помещений больше 80 кв.м. и двухэтажных домов. Трубы при этом подсоединены к конвекторам параллельно. Если планируется установить систему по принципу естественной циркуляции, теплообменник должен быть расположен ниже всех конвекторов и труб под углом наклона. При этом требуется монтаж насоса для бесперебойной циркуляции отопительной системы.

После того, как схема разработана и все конструктивные элементы, необходимые для сборки отопительной системы, учтены, можно составить смету на покупку материалов и приступать к работе.

После того, как схема разработана и все конструктивные элементы, необходимые для сборки отопительной системы, учтены, можно составить смету на покупку материалов и приступать к работе.

Технология работ

Необходимо учитывать, что устройство паровой отопительной системы без демонтажа старой печи невозможно. Для того чтобы встроить теплообменник, необходимо монтировать его внутрь топки на этапе кладки печи.

Под каждым окном устраиваются радиаторы, к которым подсоединяют подводящие и отводящие трубы под небольшим уклоном 3мм. Каждый радиатор снабжается краном для спуска воздуха.

Читайте также:
Одна загрузка на несколько дней! Твердотопливные котлы длительного горения с водяным контуром

Паровое отопление от печки

Чтобы обезопасить систему, перед каждым конвектором и перед всей системой в целом, устанавливается запорная арматура. В начале системы также устанавливается редуктор охлаждения и редукционный клапан. В конце системы устанавливается емкость для сбора конденсата с таким же небольшим уклоном, как трубы. Из него вода перетекает в теплообменник. Перед печкой устанавливается насос в системе принудительной циркуляции.

Рекомендации

Дымоход печки с установленным парогенератором необходимо чаще очищать от сажи. Для того чтобы обеспечить свободное стекание конденсата в нижнюю точку, лучше устанавливать печь в подвальном помещении. Установка клапанов поможет предотвратить появление аварийных ситуаций, поэтому не следует ее игнорировать.

При монтаже отопительной системы в деревянном доме необходимо обеспечить меры пожарной безопасности, защитив деревянные поверхности от перегрева. Для этого смежная стена с печкой и поверхность пола должны быть покрыты огнеупорным материалом. Обязательно должна быть установлена затворная дверца топки и поддувала у печки. Расположение печки-котла лучше планировать не у несущей стены для удобства монтажа системы дымоходных каналов.

Высота дымохода не должна составлять менее 4 метров, иначе накапливаемый конденсат попадет в камеру топки. Если печка расположена в соседнем здании (например, отдельно стоящая котельная), не обязательно демонтировать и переносить ее внутрь дома. В этом случае нужно хорошо теплоизолировать трубопровод, который соединяет это здание с печкой и дом

Чтобы не допускать перегрева теплоносителя свыше 100 градусов, можно регулировать температуру, если при этом полностью закрыть поддувало и приоткрыть печную топку.

Паровые турбины

Паровые турбины – принцип работы

Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением, поступает на лопатки турбины. Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию, используемую генератором. Генератор производит электричество.

Электрическая мощность паровых турбин зависит от перепада давления пара на входе и выходе установки. Мощность паровых турбин единичной установки достигает 1000 МВт.

В зависимости от характера теплового процесса паровые турбины подразделяются на три группы: конденсационные, теплофикационные и турбины специального назначения. По типу ступеней турбин они классифицируются как активные и реактивные.

Конденсационные паровые турбины

Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Они работают с выпуском (выхлопом) отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум (отсюда возникло наименование). Конденсационные турбины бывают стационарными и транспортными.

Стационарные турбины изготавливаются на одном валу с генераторами переменного тока. Такие агрегаты называют турбогенераторами. Тепловые электростанции, на которых установлены конденсационные турбины, называются конденсационными электрическими станциями (КЭС). Основной конечный продукт таких электростанций — электроэнергия. Лишь небольшая часть тепловой энергии используется на собственные нужды электростанции и, иногда, для снабжения теплом близлежащего населённого пункта. Обычно это посёлок энергетиков. Доказано, что чем больше мощность турбогенератора, тем он экономичнее, и тем ниже стоимость 1 кВт установленной мощности. Поэтому на конденсационных электростанциях устанавливаются турбогенераторы повышенной мощности.

Частота вращения ротора стационарного турбогенератора связана с частотой электрического тока 50 Герц. То есть на двухполюсных генераторах 3000 оборотов в минуту, на четырёхполюсных соответственно 1500 оборотов в минуту. Частота электрического тока вырабатываемой энергии является одним из главных показателей качества отпускаемой электроэнергии. Современные технологии позволяют поддерживать частоту вращения с точностью до трёх оборотов. Резкое падение электрической частоты влечёт за собой отключение от сети и аварийный останов энергоблока, в котором наблюдается подобный сбой.

В зависимости от назначения паровые турбины электростанций могут быть базовыми, несущими постоянную основную нагрузку; пиковыми, кратковременно работающими для покрытия пиков нагрузки; турбинами собственных нужд, обеспечивающими потребность электростанции в электроэнергии. От базовых требуется высокая экономичность на нагрузках, близких к полной (около 80 %), от пиковых — возможность быстрого пуска и включения в работу, от турбин собственных нужд — особая надёжность в работе. Все паровые турбины для электростанций рассчитываются на 100 тыс. ч работы (до капитального ремонта).

Схема работы конденсационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) попадает на рабочие лопатки паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора турбины, который расположен на одном валу (4) с электрическим генератором (5). Отработанный пар из турбины направляется в конденсатор (6), в котором, охладившись до состояния воды путём теплообмена с циркуляционной водой (7) пруда-охладителя, градирни или водохранилища по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть полученной энергии используется для генерации электрического тока.

Теплофикационные паровые турбины

Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. Но основной конечный продукт таких турбин — тепло. Тепловые электростанции, на которых установлены теплофикационные паровые турбины, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением.

У турбин с противодавлением весь отработавший пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление). Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с ней. Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной турбиной или электросетью, которые покрывают возникающий дефицит в электроэнергии.

В турбинах с регулируемым отбором часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора (ступень турбины) выбирают в зависимости от нужных параметров пара.

Читайте также:
Самый экономичный электрический котел отопления

У турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему или к сетевым подогревателям.

Схема работы теплофикационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) направляется на рабочие лопатки цилиндра высокого давления (ЦВД) паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины, который соединен с валом (4) электрического генератора (5). В процессе расширения пара из цилиндров среднего давления производятся теплофикационные отборы, и из них пар направляется в подогреватели (6) сетевой воды (7). Отработанный пар из последней ступени попадает в конденсатор, где и происходит его конденсация, а затем по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть тепла, полученного в котле используется для подогрева сетевой воды.

Паровые турбины специального назначения

Паровые турбины специального назначения обычно работают на технологическом тепле металлургических, машиностроительных, и химических предприятий. К ним относятся турбины мятого (дросселированного) пара, турбины двух давлений и предвключённые (форшальт).

  • Турбины мятого пара используют отработавший пар поршневых машин, паровых молотов и прессов, имеющих давление немного выше атмосферного.
  • Турбины двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней.
  • Предвключённые турбины представляют собой агрегаты с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработавший пар этих турбин направляют в другие с более низким начальным давлением пара. Необходимость в предвключённых турбинах возникает при модернизации электростанций, связанной с установкой паровых котлов более высокого давления, на которое не рассчитаны ранее установленные на электростанции турбоагрегаты.
  • Также к турбинам специального назначения относятся и приводные турбины различных агрегатов, требующих высокой мощности привода. Например, питательные насосы мощных энергоблоков электростанций, нагнетатели и компрессоры газокомпрессорных станций и т. д.

Обычно стационарные паровые турбины имеют нерегулируемые отборы пара из ступеней давления для регенеративного подогрева питательной воды. Паровые турбины специального назначения не строят сериями, как конденсационные и теплофикационные, а в большинстве случаев изготовляют по отдельным заказам.

Паровые турбины: как горячий пар превращается в электричество

Учёные до сих пор бьются над поиском самых эффективных способов по выработке тока — прогресс устремился от гальванических элементов к первым динамо-машинам, паровым, атомным, а теперь солнечным, ветряным и водородным электростанциям. В наше время самым массовым и удобным способом получения электричества остаётся генератор, приводимый в действие паровой турбиной.

Паровые турбины были изобретены задолго до того, как человек понял природу электричества. В этом посте мы упрощённо расскажем об устройстве и работе паровой турбины, а заодно вспомним, как древнегреческий учёный опередил своё время на пятнадцать веков, как произошёл переворот в деле турбиностроения и почему Toshiba считает, что тридцатиметровую турбину надо изготавливать с точностью до 0,005 мм.

Как устроена паровая турбина

Принцип работы паровой турбины относительно прост, а её внутреннее устройство принципиально не менялось уже больше века. Чтобы понять принцип работы турбины, рассмотрим, как работает теплоэлектростанция — место, где ископаемое топливо (газ, уголь, мазут) превращается в электричество.

Сама по себе паровая турбина не работает, для функционирования ей нужен пар. Поэтому электростанция начинается с котла, в котором горит топливо, отдавая жар трубам с дистиллированной водой, пронизывающим котел. В этих тонких трубах вода превращается в пар.


Понятная схема работы ТЭЦ, вырабатывающей и электричество, и тепло для отопления домов. Источник: Мосэнерго

Турбина представляет собой вал (ротор) с радиально расположенными лопатками, словно у большого вентилятора. За каждым таким диском установлен статор — похожий диск с лопатками другой формы, который закреплён не на валу, а на корпусе самой турбины и потому остающийся неподвижным (отсюда и название — статор).

Пару из одного вращающегося диска с лопатками и статора называют ступенью. В одной паровой турбине десятки ступеней — пропустив пар всего через одну ступень тяжёлый вал турбины с массой от 3 до 150 тонн не раскрутить, поэтому ступени последовательно группируются, чтобы извлечь максимум потенциальной энергии пара.

На вход в турбину подаётся пар с очень высокой температурой и под большим давлением. По давлению пара различают турбины низкого (до 1,2 МПа), среднего (до 5 МПа), высокого (до 15 МПа), сверхвысокого (15—22,5 МПа) и сверхкритического (свыше 22,5 МПа) давления. Для сравнения, давление внутри бутылки шампанского составляет порядка 0,63 МПа, в автомобильной шине легковушки — 0,2 МПа.

Чем выше давление, тем выше температура кипения воды, а значит, температура пара. На вход турбины подается пар, перегретый до 550-560 °C! Зачем так много? По мере прохождения сквозь турбину пар расширяется, чтобы сохранять скорость потока, и теряет температуру, поэтому нужно иметь запас. Почему бы не перегреть пар выше? До недавних пор это считалось чрезвычайно сложным и бессмысленным —нагрузка на турбину и котел становилась критической.

Паровые турбины для электростанций традиционно имеют несколько цилиндров с лопатками, в которые подается пар высокого, среднего и низкого давления. Сперва пар проходит через цилиндр высокого давления, раскручивает турбину, а заодно меняет свои параметры на выходе (снижается давление и температура), после чего уходит в цилиндр среднего давления, а оттуда — низкого. Дело в том, что ступени для пара с разными параметрами имеют разные размеры и форму лопаток, чтобы эффективней извлекать энергию пара.

Читайте также:
Рубанок электрический: сфера применения и нюансы выбора

Но есть проблема — при падении температуры до точки насыщения пар начинает насыщаться, а это уменьшает КПД турбины. Для предотвращения этого на электростанциях после цилиндра высокого и перед попаданием в цилиндр низкого давления пар вновь подогревают в котле. Этот процесс называется промежуточным перегревом (промперегрев).

Цилиндров среднего и низкого давления в одной турбине может быть несколько. Пар на них может подаваться как с края цилиндра, проходя все лопатки последовательно, так и по центру, расходясь к краям, что выравнивает нагрузку на вал.

Вращающийся вал турбины соединён с электрогенератором. Чтобы электричество в сети имело необходимую частоту, валы генератора и турбины должны вращаться со строго определённой скоростью — в России ток в сети имеет частоту 50 Гц, а турбины работают на 1500 или 3000 об/мин.

Упрощённо говоря, чем выше потребление электроэнергии, производимой электростанцией, тем сильнее генератор сопротивляется вращению, поэтому на турбину приходится подавать бо́льший поток пара. Регуляторы частоты вращения турбин мгновенно реагируют на изменения нагрузки и управляют потоком пара, чтобы турбина сохраняла постоянные обороты. Если в сети произойдет падение нагрузки, а регулятор не уменьшит объём подаваемого пара, турбина стремительно нарастит обороты и разрушится — в случае такой аварии лопатки легко пробивают корпус турбины, крышу ТЭС и разлетаются на расстояние в несколько километров.

Как появились паровые турбины

Примерно в XVIII веке до нашей эры человечество уже укротило энергию стихии, превратив её в механическую энергию для совершения полезной работы — то были вавилонские ветряные мельницы. К II веку до н. э. в Римской империи появились водяные мельницы, чьи колёса приводились в движение нескончаемым потоком воды рек и ручьёв. И уже в I веке н. э. человек укротил потенциальную энергию водяного пара, с его помощью приведя в движение рукотворную систему.


Эолипил Герона Александрийского — первая и единственная на следующие 15 веков реактивная паровая турбина. Источник: American Mechanical Dictionary / Wikimedia

Греческий математик и механик Герон Александрийский описал причудливый механизм эолипил, представляющий собой закреплённый на оси шар с исходящими из него под углом трубками. Подававшийся в шар из кипящего котла водяной пар с силой выходил из трубок, заставляя шар вращаться. Придуманная Героном машина в те времена казалась бесполезной игрушкой, но на самом деле античный учёный сконструировал первую паровую реактивную турбину, оценить потенциал которой удалось только через пятнадцать веков. Современная реплика эолипила развивает скорость до 1500 оборотов в минуту.

В XVI веке забытое изобретение Герона частично повторил сирийский астроном Такиюддин аш-Шами, только вместо шара в движение приводилось колесо, на которое пар дул прямо из котла. В 1629 году схожую идею предложил итальянский архитектор Джованни Бранка: струя пара вращала лопастное колесо, которое можно было приспособить для механизации лесопилки.


Активная паровая турбина Бранка совершала хоть какую-то полезную работу — «автоматизировала» две ступки.

Несмотря на описание несколькими изобретателями машин, преобразующих энергию пара в работу, до полезной реализации было еще далеко — технологии того времени не позволяли создать паровую турбину с практически применимой мощностью.

Турбинная революция

Шведский изобретатель Густаф Лаваль много лет вынашивал идею создания некоего двигателя, который смог бы вращать ось с огромной скоростью — это требовалось для функционирования сепаратора молока Лаваля. Пока сепаратор работал от «ручного привода»: система с зубчатой передачей превращала 40 оборотов в минуту на рукоятке в 7000 оборотов в сепараторе. В 1883 году Лавалю удалось адаптировать эолипил Герона, снабдив-таки молочный сепаратор двигателем. Идея была хорошая, но вибрации, жуткая дороговизна и неэкономичность паровой турбины заставили изобретателя вернуться к расчетам.

Турбинное колесо Лаваля появилось в 1889 году, но его конструкция дошла до наших дней почти в неизменном виде.

Спустя годы мучительных испытаний Лаваль смог создать активную паровую турбину с одним диском. На диск с лопатками из четырех труб с соплами под давлением подавался пар. Расширяясь и ускоряясь в соплах, пар ударял в лопатки диска и тем самым приводил диск в движение. Впоследствии изобретатель выпустил первые коммерчески доступные турбины с мощностью 3,6 кВт, соединял турбины с динамо-машинами для выработки электричества, а также запатентовал множество новшеств в конструкции турбин, включая такую их неотъемлемую в наше время часть, как конденсатор пара. Несмотря на тяжёлый старт, позже дела у Густафа Лаваля пошли хорошо: оставив свою прошлую компанию по производству сепараторов, он основал акционерное общество и приступил к наращиванию мощности агрегатов.

Параллельно с Лавалем свои исследования в области паровых турбин вёл англичанин cэр Чарлз Парсонс, который смог переосмыслить и удачно дополнить идеи Лаваля. Если первый использовал в своей турбине один диск с лопатками, то Парсонс запатентовал многоступенчатую турбину с несколькими последовательно расположенными дисками, а чуть позже добавил в конструкцию статоры для выравнивания потока.

Читайте также:
Отделка кухни деревом: различные варианты

Турбина Парсонса имела три последовательных цилиндра для пара высокого, среднего и низкого давления с разной геометрией лопаток. Если Лаваль опирался на активные турбины, то Парсонс создал реактивные группы.

В 1889 году Парсонс продал несколько сотен своих турбин для электрификации городов, а еще пять лет спустя было построено опытное судно «Турбиния», развивавшее недостижимую для паровых машин прежде скорость 63 км/ч. К началу XX века паровые турбины стали одним из главных двигателей стремительной электрификации планеты.


Сейчас «Турбиния» выставляется в музее в Ньюкасле. Обратите внимание на количество винтов. Источник: TWAMWIR / Wikimedia

Турбины Toshiba — путь длиной в век

Стремительное развитие электрифицированных железных дорог и текстильной промышленности в Японии заставило государство ответить на возросшее электропотребление строительством новых электростанций. Вместе с тем начались работы по проектированию и производству японских паровых турбин, первые из которых были поставлены на нужды страны уже в 1920-х годах. К делу подключилась и Toshiba (в те годы: Tokyo Denki и Shibaura Seisaku-sho).

Первая турбина Toshiba была выпущена в 1927 году, она имела скромную мощность в 23 кВт. Уже через два года все производимые в Японии паровые турбины выходили из фабрик Toshiba, были запущены агрегаты с общей мощностью 7500 кВт. Кстати, и для первой японской геотермальной станции, открытой в 1966 году, паровые турбины также поставляла Toshiba. К 1997 году все турбины Toshiba имели суммарную мощность 100000 МВт, а к 2017 поставки настолько возросли, что эквивалентная мощность составила 200000 МВт.

Такой спрос обусловлен точностью изготовления. Ротор с массой до 150 тонн вращается со скоростью 3600 оборотов в минуту, любой дисбаланс приведёт к вибрациям и аварии. Ротор балансируется с точностью до 1 грамма, а геометрические отклонения не должны превышать 0,01 мм от целевых значений. Оборудование с ЧПУ помогает снизить отклонения при производстве турбины до 0,005 мм — именно такая разница с целевыми параметрами среди сотрудников Toshiba считается хорошим тоном, хотя допустимая безопасная погрешность на порядок больше. Также каждая турбина обязательно проходит стресс-тест при повышенных оборотах — для агрегатов на 3600 оборотов тест предусматривает разгон до 4320 оборотов.


Удачное фото для понимания размеров ступеней низкого давления паровой турбины. Перед вами коллектив лучших мастеров завода Toshiba Keihin Product Operations. Источник: Toshiba

Эффективность паровых турбин

Паровые турбины хороши тем, что при увеличении их размеров значительно растёт вырабатываемая мощность и КПД. Экономически гораздо выгодней установить один или несколько агрегатов на крупную ТЭС, от которой по магистральным сетям распределять электричество на большие расстояния, чем строить местные ТЭС с малыми турбинами, мощностью от сотен киловатт до нескольких мегаватт. Дело в том, что при уменьшении габаритов и мощности в разы растёт стоимость турбины в пересчёте на киловатт, а КПД падает вдвое-втрое.

Электрический КПД конденсационных турбин с промперегревом колеблется на уровне 35-40%. КПД современных ТЭС может достигать 45%.

Если сравнить эти показатели с результатами из таблицы, окажется, что паровая турбина — это один из лучших способов для покрытия больших потребностей в электричестве. Дизели — это «домашняя» история, ветряки — затратная и маломощная, ГЭС — очень затратная и привязанная к местности, а водородные топливные элементы, про которые мы уже писали — новый и, скорее, мобильный способ выработки электроэнергии.

Интересные факты

Самая мощная паровая турбина: такой титул могут по праву носить сразу два изделия — немецкая Siemens SST5-9000 и турбина производства ARABELLE, принадлежащей американской General Electric. Обе конденсационных турбины выдают до 1900 МВт мощности. Реализовать такой потенциал можно только на АЭС.


Рекордная турбина Siemens SST5-9000 с мощностью 1900 МВт. Рекорд, но спрос на такие мощности очень мал, поэтому Toshiba специализируется на агрегатах с вдвое меньшей мощностью. Источник: Siemens

Самая маленькая паровая турбина была создана в России всего пару лет назад инженерами Уральского федерального университета — ПТМ-30 всего полметра в диаметре, она имеет мощность 30 кВт. Малютку можно использовать для локальной выработки электроэнергии при помощи утилизации избыточного пара, остающегося от других процессов, чтобы извлекать из него экономическую выгоду, а не спускать в атмосферу.


Российская ПТМ-30 — самая маленькая в мире паровая турбина для выработки электричества. Источник: УрФУ

Самым неудачным применением паровой турбины стоит считать паротурбовозы — паровозы, в которых пар из котла поступает в турбину, а затем локомотив движется на электродвигателях или за счет механической передачи. Теоретически паровая турбина обеспечивала в разы больший КПД, чем обычный паровоз. На деле оказалось, что свои преимущества, как то высокая скорость и надежность, паротурбовоз проявляет только на скоростях выше 60 км/ч. При меньшей скорости движения турбина потребляет чересчур много пара и топлива. США и европейские страны экспериментировали с паровыми турбинами на локомотивах, но ужасная надежность и сомнительная эффективность сократили жизнь паротурбовозов как класса до 10-20 лет.


Угольный паротурбовоз C&O 500 ломался почти каждую поездку, из-за чего уже спустя год после выпуска был отправлен на металлолом. Источник: Wikimedia

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: