Комнатная печь системы профессора В.Е. Грум-Гржимайло

Комнатная печь системы профессора В.Е. Грум-Гржимайло

Патент № 1219

1. Русская муфельная печь "Теплушка" системы профессора В.Е. Грум-Гржимайло и инж. И.С. Подгородника

2. Русская печь "Крестьянская Теплушка" системы профессора Грум-Гржимайло и инженера И.С. Подгородника

В книге профессора В.Е. Грум- Гржимайло «Пламенные печи» помещены чертежи комнатных печей системы автора книги. Основанные на созданной автором гидравлической теории газов, они настолько необычны и своеобразны, но а то же время для каждого, знакомого с этой теорией, правильны по своему замыслу, что я решил построить печь по чертежу №1. По словам изобретателя печи, она должна иметь высокий коэффициент полезного действия, равномерно прогреваться, долго сохранять тепло и быть прочной. Печь была выстроена в клубе «Красный октябрь» при бумажной фабрике «Спартак» в Шклове. После первой пробной топки печи на свой вопрос истопнику, какого он мнения о печи, последний ответил, что это – «чудо, а не печь», - что он не видел еще такой печи, которая так хорошо прогревалась бы таким небольшим количеством дров и так долго держала бы тепло. Во вновь построенную печь он кладет дров меньше 16 килограммов, в другие, такой же примерно величины, кладет по 50-55 килограммов дров, чтобы получить одинаковый нагрев печи, причем старые печи остывают уже через 12 часов. Этот отзыв и личные впечатления привели меня к заключению, что мы имеем дело в данном случае с выдающимся явлением в технике отопления помещений комнатными печами, имеющими значение для страны. Поэтому я решил произвести подробное и точное испытание печи, и результатами испытания поделиться с интересующимися в этом вопросе.

В чем особенность комнатной печи профессора Грум-Гржимайло?

В известных до сих пор печах топочные газы из хайла топки направляются в так называемые «обороты». В одних печах дым последовательно проходит из одного оборота в другой, пока не попадет в дымовую трубу; в других печах дым подымается из топки по одном обороту вверх, откуда спускается вниз одновременно по нескольким оборотам. Внизу дым собирается и отводится в дымовую трубу. Отличаясь в деталях, все известные системы комнатных печей построены на одном принципе – принципе принудительного движения дымовых газов. Во время топки печи и ее прогревания топочные газы принудительно протаскиваются через обороты и нагревают печь. При несвоевременном или неплотном закрытии вьюшки холодный воздух также принудительно протаскивается по нагретым оборотам и напрасно охлаждает печь.

Печи профессора Грум- Гржимайло построены на принципе свободного движения газов. Весь секрет заключается в правильном использовании этого принципа.

Чертеж печи профессора Грум- Гржимайло, по которой мы построили печь, дан на рисунке 1.

Существенной особенностью этой печи является устройство камеры А (фигура 1). Она выложена в железном кожухе в четверть кирпича и укреплена десятью контрфорсами, увеличивающими поверхность нагрева печи при диаметре 860 миллиметров до 10 м3. Кирпичи, употребленные для кладки, соприкасаются в печи узкими гранями  (фигура 2). Широкие грани или впитывают тепло, или передают его комнате. Это позволило использовать поверхности кирпичей полностью и развить максимально поверхность нагрева печи. «Такое устройство, - говорит профессор В.Е. Грум-Гржимайло, - гарантирует очень быстрый и равномерный ее прогрев , полное отсутствие копоти и сажи  и прочность, несмотря на тонкие стенки. Направленные внутрь контрфорсы в ¼ кирпича толщиною, представляют большой запас тепла и поддерживают температуру печи во время ее остывания, сообщая ей характер печи большой теплоемкости. Единственный недостаток печи тот, что верхняя часть камеры будет прогреваться

В комнатных печах профессора Грум-Гржимайло пламя из хайла (фигура 3) отправляется вверх к своду, там поворачивается и нисходящими струями опускается вниз к отверстию С и каналом В отводится в дымовую трубу. Направиться из хайла а прямо в дымовую трубу пламя не может. Камера заполнена газами различной температуры, а значит – и различного удельного веса. В центре – горячими и легкими газами, стремящимися всплыть вверх , и у наружных стен и контрфорсов  - остывшими и отяжелевшими газами, падающими вниз. Через отверстие  С и канал В дымовая труба отсасывает  из камеры топочные газы, но удаляет она те газы, которые непосредственно находятся у отверстия С: у этого же отверстия находятся остывшие, отяжелевшие газы. По мере удаления их дымовой трубой к отверстию С притекают сверху все новые и новые количества остывших и отяжелевших газов, вытесняемых из-под свода всплывающей из хайла вверх струей легкого и теплого газа. Чем теплее и чем легче струя газов, тем сильнее ее стремление по выходе из хайла всплыть вверх и тем меньше для нее возможность, не охладившись, направиться непосредственно в дымовую трубу. Достигнув свода, газ расплывается и заполняет полость, где, соприкасаясь с кирпичной кладкой и наружной стенкой, остывает и, делаясь тяжелее, падает вниз и удаляется в дымовую трубу. Наиболее остывают частицы газа, соприкасающиеся с наружной стенкой печи, и только этот кольцевой поток газов у наружной стенки камеры имеет резко выраженное направление вниз и скорее других частиц газа, находящихся между центральной горячей струей и наружной стенкой камеры, достигает исходного отверстия С и уходит в дымовую трубу. Явление происходит так, как изображено на фигуре 3. Если представить мгновенно, что газы из камеры в трубу не удаляются и из топки через хайло не поступают в камеру, то горячая легкая струя газа всплывает вверх под свод и там останется, нижнюю же часть камеры над хайлом и кругом хайла займет более холодный и тяжелый газ.

После того, как горение в топке закончено, направление движения газов изменится.  Камера печи уже прогрета, она заполнена горячими газами. Через хайло а в камеру поступает холодный воздух, не нагретый теплом, выделяющимся  из топлива при горении. Как более холодный, он тяжелее нагретых газов, заполняющих камеру печи. Горячие газы, заполняющие камеру, плавают над холодным воздухом, поступающим из топки, держат выше его. Дымовая же труба при открытой вьюшке продолжает отсасывать газы из низа камеры печи, где сейчас собрался поступивший из топки холодный воздух. Он и отсасывается. Таким образом, по окончании топки воздух из хайла а направляется непосредственно через отверстие С в дымовую трубу, минуя нагретую камеру печи. Камера выключается. Печь, если можно так выразиться, имеет автоматическую газовую вьюшку.

Так как контрофорсы прогреты больше, чем наружные стенки печи, то горячие газы, плавающие над холодной струей воздуха, направляющейся в дымовую трубу, продолжают циркулировать в направлении, указанном стрелками над фигурой 6. Внизу они, соприкасаясь с холодной струей воздуха, направляющейся в дымовую трубу, до некоторой степени охлаждаются ею. Но соприкосновение горячих газов с холодной струей воздуха происходит по плоскости горизонтального сечения печи площадью 0,38 м2 для печи диаметром в 0,86 метров, имеющей внутреннюю поверхность нагрева до 10  м2. При открытой вьюшке внутри печь системы  профессора Грум-Гржимайло охлаждается только в части ниже хайла, на высоте 600 миллиметров от поверхности нагрева печи. Холодный воздух не охлаждает непосредственно нагретых кирпичей камеры. В печах других систем охлаждение происходило бы по площади 10м2. , причем охлаждающийся воздух непосредственно омывал бы и охлаждал бы во много раз энергичнее. Этим объясняется, что печь держит тепло даже при открытой вьюшке. На простом опыте можно наглядно убедиться в том: 1) что в печах системы профессора Грум-Гржимайло газы во время  топки направляются из хайла вверх, к своду, там поворачиваются вниз и уходят в дымовую трубу, только охладившись; 2) что по окончании топки холодный воздух не поднимается вверх, а, выйдя из хайла, сворачивает прямо в дымовую трубу, не охлаждая нагретой камеры печи.

Если начертить пунктирной  линией стенки и, отступив от линии на 10 миллиметров, вырежьте кружок бумаги. В центре и сбоку сделайте отверстия , как изображено на фигуре 5, заклейте этим кружком стакан, сбоку приклейте в виде трубочки полоску бумажки, как изображено на фигуре 6. Опрокиньте стакан донышком вверх. К центральному отверстию в бумажке поднесите дымящуюся папиросу. Вы получите модель печи системы профессора Грум-Гржимайло. Папироса представляет собой топку, папиросный дым – печные газы, отверстие в центре бумажки – хайло, стакан – камеру печи, отверстие у стенки стакана – отверстие, через которое уходят из камеры топочные газы. Приклеенная к стенке стакана бумажная трубочка представляет собою дымовую трубу, в модели не будет только внутренних контрфорсов. На этой модели фигуры 6 вы заметите, что дым от папиросы направляется кверху, под донышком стакана он поворачивается и кольцом вдоль стенок стакана опускается вниз до бумажки, и, обходя кругом струю дыма, подымающуюся вверх от папиросы, стекает к боковому отверстию от стенки стакана, через которое и уходит в дымовую трубу. Вы не заметите за дымом ни малейшего поползновения направиться от папиросы прямо в дымовую трубу. Если движения газов будет мало заметно, зажмите пальцами конец папиросы, который обычно берут в рот, и пальцами другой руки сжимайте папиросу. Дым станет выделяться энергичнее, толчками и движением газов это будет заметнее. В этой модели нет внутренних контрфорсов, и дым охлаждается только стенками стакана

Только у стенок можно заметить резко выраженное стремительное падение дымовых газов. В части стакана, окружающей поднимающуюся вверх струю дыма от папиросы, вы заметите, что дым, падающий вниз, смешивается с центральной струей, направленной вверх, и увлекается ею опять вверх. Вы убедитесь, что движение газов происходит так, как изображено на фигуре 6. Прекратите топку печи, отнимите папиросу, вы увидите, что дым в стакане будет висеть почти в полном покое. Заставьте вашу дымовую трубу действовать энергичнее. Воздух и его движение не видны, но потому что из дымовой трубы выходит легкий дымок (воздух, окрашенный дымом), надо сделать заключение, что воздух и входит в стакан. Войти в стакан он может через хайло  - отверстие для папиросы. Из того, что дым в стакане находится в сравнительном покое и волнуется только над самым отверстием, можно сделать вывод, что холодны воздух из отверстия для папиросы направляется  непосредственно прямо в дымовую трубу, не охлаждая камеры печи. При некотором внимательном наблюдении можно заметить, что  дым между отверстиями для папиросы и отверстием в дымовую трубу направляется в дымовую трубу, увлекаемый холодной струей воздуха. При открытой вьюшке тепло несколько увлекается из печи, но не энергично.

II Испытание комнатной печи

При испытании печи мы пытались выяснить следующие вопросы:

1.      Проверить правильность процесса горения в топке.

2.      Определить коэффициент  полезного действия печи.

3.      Подтвердить, что во время горения топлива дым направляется сначала кверху, там поворачивается вниз и уже внизу идет в дымовую трубу.

4.      Подтвердить, что после окончания топки или при случайном сильном понижении температуры топочных газов, например, вследствие большого избытка воздуха, газы, если камера уже прогрета, не направляются вверх, а из хайла топки направляются непосредственно в дымовую трубу, минуя прогретую верхнюю часть камеры. Подтвердить, что при прорыве в печь холодного воздуха камера печи автоматически выключается и что несвоевременное закрытие вьюшки не сказывается катастрофически на нагреве печи.

5.      Подтвердить, что прогрев печи совершается быстро, а остывание медленно, и что печь держит тепло в течение суток.

Мною произведено восемь испытаний различных печей. Помещаю из них только два характерных , остальные аналогичные с приведенными.

Коэффициент полезного действия печи

Коэффициент полезного действия печи чрезвычайно высок. Об этом можно судить, если сравнить кривые температуры газов  в топке и дымовой трубе. Из сравнения этих кривых на фигуре 8,9 и 10 видно, что топочные газы до выхода в дымовую трубу отдают печи значительную часть своего тепла. Понижать температуру газов ниже 100 градусов я считаю рискованным. Мне пришлось наблюдать в другом случае, когда температура дымовых газов под вьюшкой была 85-95 градусов, сильнейшую конденсацию влаги. С дверец вьюшки текла по печи вода, распространившая неприятный воздух в комнате и далавшая неприятным внешний вид печи. Дымовая труба отсырела и потеряла строительную прочность. Из этих соображений я считаю необходимым выпускать из печи дым с температурой от 100 до 200 градусов. Это та температура, при которой не происходит  неприятных явлений с дымовой трубой, и в то же время получается достаточно высокий коэффициент полезного действия печи.

Работа комнатной печи

При постройке печи мы опасались, что через возможные трещины газы будут прерываться из мешка горячих газов, образуемого камерой. Действительность не оправдала наших опасений. Печь не дымила, но при кладке печи необходимо тщательно промазывать швы, требование, предъявляемое, впрочем, печам всех систем. Необходимо также устройство отверстий для чистки.

Желая удешевить печь и сделать ее доступной большему кругу людей, мы пробовали сложить круглую печь без железного кожуха, употребив вместо кожуха 10 обручей из тонкого шинного железа. Печь не дала ни одной трещины в штукатурке и работает прекрасно. Мы выстроили также прямоугольную печь в ¼ кирпича толщиною, под штукатурку, без железных связей в виде проволоки и проч., перевязав кладку камеры только горизонтальными рядами кирпичей. Печь хорошо прогревается и не дала трещин. Кроме этого, по нашим указаниям было выстроено в фабричном поселке 4 изразцовых прямоугольных печи. Полугодовой опыт их работы не дал повода для нареканий на печи и вызвал полное довольство ею рабочих, владельцев квартир.

АКТ

Летом и осенью 1926 года в рабочем поселке жилищно-кооперативного товарищества при бумажной фабрике «Спартак» в г. Шклове, Могилевского округа, было выстроено  изразцовых печей комнатного отопления, из них  4 печи системы  профессора В. Грум-Гржимайло. За отопительный период зимою 1926/27 года определенно выяснилось, что профессор Грум-Гржимайло на 100%  лучше обыкновенных печей: они расходуют в два раза меньше дров, тепло держат полтора суток, также держат тепло полтора суток при открытой вьюшке, равномерно прогреваются, в швах изразцов не расходятся, их вполне можно топить , кроме дров, торфом и антрацитом при небольшом расходе оных. В виду указанных преимуществ, общее собрание членов кооперативного товарищества постановило строить в домах строительства 1927/28 года исключительно печи  комнатного отопления системы профессора Грум-Гржимайло, в чем и составлен настоящий акт.

27 августа 1927 года.

Председатель правления Шукальский. Член строительной комиссии Гризель

Мы не имели возможности определить экономию топлива, даваемую печью системы профессора Грум-Гржимайло, сравнительно с печами других систем. Но в №1 журнала «Предприятие» за 1927 год, стр. 69, помещена заметка В.Н. Щвецова, освещающего вопрос с экономической стороны. Он на Златоустовском заводе заменил 5 печей старой системы 4 печами системы профессора Грум-Гржимайло; в течение первого месяца им получена экономия на топливе 54 тысячи рублей 48 копеек, то есть, каждая печь дала в месяц экономии 13р 62 коп. Стоимость перекладки печи окупилась в 2-3 месяца экономией на топливе. В стране имеется несколько миллионов печей. При всеобщем распространении печей системы профессора Грум-Гржимайло экономия на топливе  ежегодно будет выражаться в сотнях миллионов рублей, и в этом колоссальное экономическое значение для страны комнатных печей системы профессора Грум-Гржимайло.