С. В. Дюжаков, РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПОХОДНОЙ ПЕЧКИ, Ветер странствий, N25, М., ФиС, 1990 г.

В последнее время в связи с выходом книги П. И. Лукоянова ╚Самодельное туристское снаряжение╩ заметно активизировалась творческая активность туристов, поскольку теперь имеется возможность не только изучить созданные в разных уголках нашей страны конструкции снаряжения, но и оценить их на фоне своих самоделок.
Рассмотрев описанные в книге конструкции переносных печек, используемых в зимних видах туризма, считаем, что данная конструкция может также быть кому-то полезной.
Известно, что необходимая конструкция печки выбирается в зависимости от условий ее применения (климатические и природные факторы, конструкция палатки, схема размещения людей в палатке и др.) и от назначения (обогрев, растапливание снега, приготовление пищи и др.). Следует отметить, что желание получить универсальную печку приводит, как правило, к увеличению веса конструкции. Поэтому при разработке приходится задаваться граничными условиями.
Предлагаемая конструкция разрабатывалась для применения в условиях горно-таежной местности с учетом возможности ее использования в любой период зимнего сезона и практически с любыми дровами, имея в виду, что самые неблагоприятные условия для работы печки ≈ в ноябре ≈ декабре, когда влага еще не выморожена из стволов, а самые худшие дрова из традиционно используемых хвойных пород ≈ лиственные, поскольку сушины лиственницы имеют в своей структуре достаточно большое количество влаги.
Разработка конструкции осуществлялась последовательно. В первую очередь был определен минимально необходимый объем камеры сгорания, обеспечивающий устойчивый и активно протекающий процесс горения разных по влажности дров. Поскольку теоретически определить искомую величину достаточно трудно, были проведены предварительные испытания.
Длина камеры сгорания определяется размерами трубы, изготовленной из ленты, сворачиваемой при транспортировке в рулон, то есть должна быть несколько больше ширины ленты, которая, в свою очередь, определяется необходимой площадью сечения трубы, ее диаметром (о подборе диаметра см. ниже). Длина печи составляла 300 мм.
Высота камеры сгорания складывается из высоты слоя дров, уложенных на колосниковую решетку, и высоты пламени от их сгорания. Верхнюю поверхность камеры должна омывать верхняя зона факела, имеющая максимальную температуру. Существующая в настоящее время тенденция по созданию печек, у которых рабочая зона служит только для размещения дров, приводит к тому, что факел от сгорания формируется уже в зоне трубы, там, где скорость газового потока максимальна, а теплопередача от газового потока к стенке минимальна. Даже визуально, встречая в походах группы с такими печками, заметно, что у них при использовании самых лучших дров (кедровых) краснеет только начальный участок трубы. Для определения зависимости высоты камеры сгорания от количества тепла, отдаваемого как всей поверхности печки, так и единицей ее поверхности, были проведены следующие исследования. Была изготовлена обычная прямоугольная печка с боковой горизонтальной загрузкой дров с наиболее часто встречающимися в туристской практике размерами: длиной 300 мм, шириной 200 мм и диаметром трубы 80 мм, у которой донная часть вместе с поддувалом и колосником могла перемещаться по вертикали внутри печки, изменяя высоту камеры сгорания от 130 до 280 мм. В качестве топлива использовались пихтовые чурочки с линейными размерами сечения 40≈50 мм, которые укладывались слоем высотой 100 мм (суммарный вес 1500 +/- 30 г). Температура поверхности в различных точках замерялась в период максимального нагрева печки при установлении устойчивого режима горения с помощью переносного потенциометра и поверхностной хромель-алюмелевой термопары. Полученные значения приведены в табл. 1.

Таблица 1. Температура поверхности печки

(средняя по трем точкам каждой поверхности), °С

На основании полученных значений температуры поверхности был рассчитан максимальный тепловой поток от всей печки при различной высоте камеры сгорания. При расчете учитывался только тепловой поток, полученный в результате излучения наружной поверхностью печки без учета конвективного теплообмена, при этом излучающая способность каждой поверхности определялась по формуле:

E=XC(T/100)^4

где Х ≈ интегральная степень черноты; С ≈ коэффициент излучения абсолютно черного тела; Т ≈ температура поверхности тела в градусах Кельвина.
После чего умножением полученного значения излучающей способности на площадь поверхности определялся тепловой поток, излучаемый каждой поверхностью печки, а затем ≈ суммарная мощность излучения печки (ее максимальное значение). При делении мощности печки на площадь всей ее поверхности получены средние значения излучающей способности печки. Результаты расчетов представлены на рис. 1.


Таким образом, при увеличении высоты сгорания величина теплового потока от печки возрастает, что вызвано как увеличением общей излучающей поверхности печки, так и повышением температуры в камере сгорания за счет улучшения организации горения топлива, однако кривая 2 показывает, что удельный тепловой поток (излучающая способность) имеет максимальное значение при высоте камеры сгорания равной 200≈250 мм.
Аналогичные исследования были проведены для определения оптимальной ширины камеры сгорания: были изготовлены четыре печки длиной 300 мм, высотой камеры сгорания 220 мм, шириной 150, 175, 200 и 225 мм. Вес порции дров, так же как и в предыдущей серии исследований, составлял 1500 ╠ 30 г.
Замеры температуры поверхности печки и проведенные расчеты тепловых потоков показали, что максимальный удельный тепловой поток излучается печкой с шириной камеры сгорания равной 180≈210 мм, хотя, конечно, следует иметь в виду, что при использовании трубы большего диаметра возрастает и верхний предел данного диапазона.
В дальнейшем все эти печки были использованы в качестве снаряжения для сложных зимних походов. Следует отметить, что к печкам с шириной- 175 мм и более претензий не было, а вот при эксплуатации печки шириной 150 мм наблюдалось следующее: при использовании пихтовых дров в ноябрьском походе и лиственных в февральском в первые часы после разжигания на биваке печки процесс горения протекал неактивно, дрова тлели без яркого устойчивого факела. Для активизации процесса приходилось дрова колоть на тонкие лучины. Однако в дальнейшем, по мере высыхания дров, разложенных в поленницы вокруг печки, процесс горения достигал устойчивого состояния. Эти наблюдения были подтверждены в мартовском походе при использовании пихтовых дров, высушенных морозом к этому времени, В этих условиях печка шириной 150 мм работала достаточно хорошо, хотя участниками похода отмечалось, что при использовании в аналогичных условиях печки шириной 200 мм в палатке было значительно теплее.
На основании проведенных исследований были установлены оптимальные размеры камеры сгорания: высота 200≈ 250 мм, ширина 180≈210 мм, длина не менее 300 мм. В дальнейших модификациях печки размеры камеры сгорания не менялись и составляли соответственно 220, 200 и 300 мм (в дальнейшем данная печка будет именоваться ╚конструкция А╩).
При проведении испытаний было отмечено, что зона максимальных температур поверхности печки (покраснение поверхности) расположена в районе отверстия для выхода продуктов сгорания в трубу, остальная поверхность была практически темной.

С целью более полного использования тепловой энергии, полученной от сгорания дров, было предложено испытать печку с дополнительной камерой дожигания (рис. 2, а), для чего общая высота печки была увеличена на 40 мм, внутри на расстоянии 40 мм от верхней поверхности была установлена горизонтальная перегородка, не доходящая до задней стенки на 50 мм, а отверстие с патрубком для трубы было выполнено около передней стенки печки. (Конструкция Б).

Проведенные замеры показали, что в данном случае температура передней, верхней и боковых поверхностей печки возросла на 30≈55 °С при сохранении примерно на том же уровне значений температуры других поверхностей., В результате тепловой поток от данной печки возрос на 16,7 процента, а излучательная способность ≈ на 9,1 процента по сравнению с конструкцией А при увеличении прощали теплоизлучающей поверхности на 6,9 процента.
На основе полученной конструкции Б показалось заманчивым получить дополнительное тепловое излучение от расположенной внутри печки перегородки, что привело к созданию конструкции В с вынесенной камерой дожигания (рис. 2,6). Выполненные замеры и расчеты показали, что за счет появления дополнительных теплоизлучающих поверхностей тепловой поток от печки возрос на 8,9 процента относительно конструкции Б и на 27 процентов относительно А. В то же время излучательная способность конструкции В на 6,7 процента меньше, чем у конструкции Б, но остается выше, чем у конструкции А, на 1,9 процента, однако у конструкции В ≈ самое максимальное значение теплового потока, отнесенного к величине веса печки (табл. 2).

Таблица 2. Технические характеристики походных печек, имеющих камеру сгорания размером 200Х300Х220 мм (материал - нержавеющая фольга 0,2 мм)

Следует отметить, что идея использования тепла отходящих газов в походной печке не оригинальна, имеются достаточно широко опробованные технические решения. Например, труба от печки проходит под коньком вдоль всей палатки, но при этом велика опасность возникновения пожара, не говоря уж про загорание сохнущей одежды. Другой вариант: над печкой устанавливается специальная теплоулавливающая конструкция, так называемый экономайзер, при этом тепловой поток существенно увеличивается, однако технические показатели работы такого теплового агрегата: излучательная способность, затраты веса конструкции для получения 1 кВт мощности теплового потока, общий вес ≈ будут хуже, чем у конструкции В. Такое различие обусловлено в первую очередь тем, что излучательная способность нагретого тела прямо пропорциональна четвертой степени температуры (см. приведенную выше формулу). А температура поверхности экономайзера в любом случае будет ниже, чем температура поверхности встроенной камеры дожигания (конструкции Б и В). Методом подбора определены также диаметр и длина трубы печки. Оптимальный диаметр в диапазоне от 40 до 110мм составил 80≈90мм, а выбор длины трубы определяется в основном обеспечением хорошего искроуноса, с тем чтобы непрогоревшие искры не падали на поверхность палатки, что особенно важно для палатки из капронового материала. С другой стороны, следует учитывать, что в общем весе печки вес трубы составляет около 50 процентов. Было определено, что оптимальная высота трубы ≈ 2800 мм.

Предлагаемая конструкция В при всех своих достоинствах обладает одним серьезным недостатком, который может существенно ограничить ее применение, ≈ габаритный размер по высоте велик, переносить такую печку не очень удобно.
Учитывая опыт проведения испытаний с печкой, имеющей подвижное дно, была разработана конструкция Г телескопически собираемой складной печки (рис. 3). Данная конструкция предназначена для применения ее в подвешенном состоянии в палатке, не имеющей дна, хотя после незначительной доработки ее можно устанавливать и на стойках.
В транспортном положении поддон вместе с колосниковой решеткой 2 (изготовленной из нержавеющего листа 1,2 мм) вдвигается внутрь печки снизу, при этом высота печки уменьшается с 340 до 250 мм. Внутрь печки укладывается свернутая в рулон лента-труба, имеющая размеры 290 X 2800 мм, изготовленная из нержавеющей фольги толщиной 0,2 мм.
В рабочем положении печка подвешивается на стальном тросе диаметром 1,5 мм, закрепленном за серьги 3, изготовленные из нержавеющей проволоки диаметром 2 мм. Передние серьги крепятся за верхнюю поверхность камеры сгорания 4 и являются стойками для фиксирования в нужном положении переднего консольно выступающего края камеры дожигания 5 (см. разрез А ≈ А). Поддон 1 выходит вниз и остается в подвешенном состоянии. Узлы подвески выполнены в четырех углах печки, конструкция такого узла приведена на разрезе Б ≈ Б и на виде В. Для обеспечения большей жесткости узла разъема печки в кромки верхней и нижней ее частей завальцованы каркасы из проволоки диаметром 1,2 мм.
Печка в палатке для устойчивости закреплена дополнительно оттяжкой и занимает положение, изображенное на рис. 4.
Лента трубы сворачивается по длинной стороне и закрепляется четырьмя кольцами из нержавеющей проволоки диаметром 2 мм. В табл. 2 приведены тепловые и весовые характеристики четырех испытанных конструкций печек.
Конструкция Г была опробована в походах-тренировках выходного дня, после чего была взята в поход 5 к. с. по Южному и Центральному Алтаю, совершенный в феврале ≈ марте 1987 г. Печка оправдала все наши надежды, она оказалась очень экономичной: при непрерывной работе в течение 11 часов достаточно было заготовить 30 кг сухих кедровых дров. Переносилась печка в чехле, пристегиваемом к верхнему клапану рюкзака. Первоначально вызывала опасение казавшаяся недостаточно жесткой конструкция печки, однако практика показала, что и для того, чтобы на ней готовить пищу, то есть держать на ней туристское ведро емкостью 8 л, и для переноски даже внутри рюкзака (когда к концу похода в рюкзаке появилось свободное место),
Следует отметить, что за счет имеющегося небольшого зазора между стенками печки и поддоном отдельные мелкие угольки (искры) осыпаются вниз, поэтому для использования такой печки в палатке с дном под печку необходимо стелить стеклоткань.