Паровая пушка против парогенератора: кто удержит поле боя

В Военно-историческом музее артиллерии, инженерных войск и войск связи хранится интересный образец устройства для стрельбы сферическими элементами за счет энергии перегретого пара. Сам такой, то ли паровая пушка, то ли паровой пулемет. Как и большинство копий "чудо-оружия", судьба агрегата оказалась незавидной. Испытания с шипением и треском провалились, и он ушел в запасники Артиллерийского музея. Любители бани, так как люди исключительно миролюбивые, то предлагают использовать пар только в благих целях. Как сделать его генерацию лучше и эффективнее — читайте в сегодняшнем материале.

Оглавление

• 1 От этого зависит качество пара
• 1.1 Принципы получения качественного пара
• 2 Паровая пушка как средство повышения качества парообразования
• 3 Парогенератор: от простого к сложному
• 4 Типы парогенераторов
• 4.один На основе нагревательных элементов
• 4.2 Электродные системы
• 4.3 Индукционные нагреватели
• 5 Вывод

От этого зависит качество пара

Вы наверняка слышали от банщиков с большим практическим опытом, что пар бывает «тяжелым», «сырым», «легким», «кисеевым», «вязким» и так далее. От ее качества соответственно воспринимается комфортность нахождения в парилке, ощущение от процедур. Установлено строгое правило: чем выше температура воздуха в парилке, тем ниже должна быть абсолютная влажность.

Например, суховоздушная ванна, которую некоторые ошибочно называют финской сауной, часто имеет температуру воздуха порядка ста пяти-сто двадцати °С. Вполне естественно, что влажность воздуха при таких температурах не должна превышать пятнадцати процентов в абсолютном выражении, иначе комфортного пребывания в таких условиях даже для подготовленного и закаленного человека не добиться. С другой стороны, есть чисто паровые бани, ярким представителем которого является восточный хаммам. Здесь ситуация обратная.

Абсолютная влажность воздуха восемьдесят пять процентов и выше, до ста процентов, тем не менее, температура воздуха здесь достаточно низкая, около сорока пяти °С. Конечно, предпочтения любителей сауны очень разнообразны и противоречивы, и существует общепринятое соотношение так называемого «золотого пара», а точнее максимально комфортный средний баланс температуры и влажности. Но чтобы его добиться, нужно четко и точно регулировать процесс парообразования.

Принципы получения качественного пара

Банные старожилы в один голос скажут, что качественный пар должен быть:

• Легкий и прозрачный. Среди эстетов в бане для него даже подобрал соответствующее выражение «муслиновый пар»;
• Уверенно формируем вполне осязаемый «паровой пирог» под потолком парилки, откуда по мере необходимости уверенными движениями банный веник можно забирать порциями и распределять по полкам или внутреннему объему парилки целиком. V Немецкие бани для этого есть даже должность «банного кондуктора»;
• Мелкодисперсный. Именно тонкая фракция водяного пара определяет его проницаемость и воздушность. Не обжигает бронхи, находиться в таком облаке пара легко и комфортно. Рассеяние пара зависит от многих факторов: температуры контактной поверхности, теплопроводности и теплоемкости материала, площади контакта, равномерности температурных зон в объеме печи-каменки и др.

Важный! Многие наверняка слышали достаточно критические отзывы о качестве пара, вырабатываемого чисто металлическими печами или металлической засыпкой в ​​виде чугунных шаров. Дескать, этот пар довольно жесткий, плоский, не имеет объема и глубины, столь почитаемых знатоками. Этот пар даже имеет запах и вкус жженого металла, железной окалины, что никак не добавляет приятных ощущений.

Чем выше температура каменная печь для сауны, чем больше площадь контакта, тем больше развита теплоемкость каменной засыпки, соответственно больше шансов получить пар приемлемого качества. Однако, что мы имеем на самом деле:

1. Большинство каменных корзин имеют довольно неоднородную структуру нагревания всего объема камня. Внизу камень теплее, чем вверху, который контактирует с водой в период парообразования. Недостаточная температура в верхней части печи провоцирует образование грубого тяжелого пара.
2. Требуется время и топливо, чтобы нагреть весь объем каменной корзины до необходимой температуры. Этот пункт особенно актуален для печей с большим количеством материала в каменке.
3. Даже если вода попадет на хорошо прогретые нижние слои, поднимающийся вверх пар пройдет сквозь толщу камня с недостаточной температурой и снова потеряет свое состояние.

Внимание! Не стоит забывать, что популярные в последние годы смеси для формирования каменной засыпки состоят из нескольких видов минералов, которые могут существенно отличаться друг от друга по ряду термодинамических характеристик. Соответственно процессы парообразования на их поверхности будут отличаться.

Паровая пушка как средство повышения качества парообразования

Что представляет собой конструкция, получившая в обиходе название паровой пушки. По сути, это подтверждает старое правило, что все гениальное просто. Как мы узнали из предыдущих разделов, чтобы получить хороший пар, нужно подавать определенное количество воды к камням, имеющим достаточно высокую температуру и лежащим глубоко в корзине. Для чего в практику вошла конструкция, состоящая из:

• Достаточное входное отверстие воронки с обратным клапаном. Довольно часто роль клапана играет подпружиненная пластинка, которая открывается под тяжестью жидкости и закрывается после опорожнения сосуда, препятствуя выбросу горячих капель в обратном направлении;
• Гибкая трубка из жаропрочной коррозионностойкой стали, выполняющая роль токопроводящей магистрали для жидкости. Его длина и диаметр напрямую зависят от характеристик печи, ее размера, фракции камня и т.д
• Торец, который, кроме функции разводки воды в массиве каменки, должен быть наделен достаточной механической прочностью и термостойкостью при постоянном контакте с раскаленным камнем.

Данная конструкция предназначена для подачи и направления порции воды в нижние, наиболее прогретые слои каменной засыпки. Тем не менее, он не решает основной проблемы охлаждения пара, проходящего через верхние слои камня, имеющие недостаточную температуру с точки зрения качественного парообразования. Чтобы преодолеть эту проблему, конструкцию необходимо дополнить несколькими элементами:

• Расширительный бак в виде плоского ящика из нержавеющей стали, в котором, непосредственно, будет генерироваться пар. При расчете его объема полезно помнить правило, что восемнадцать граммов воды при воздействии тепла превращаются в двадцать два литра пара. Герметичный короб имеет два патрубка: один для подключения уже известного водовода, другой выполняет роль отводящего паропровода;
• В связи с тем, что конструкция в таком виде менее подвижна, а пар вырабатывается в обогреваемом расширительном баке, то водовод и паропровод рациональнее делать из жесткой термостойкой трубы, а не гофрированной, т.к. в первой версии;

Второй вариант подразумевает периодическое техническое обслуживание конструкции, на целостность ее отдельных элементов и удаление накипи из полости бака. Особенно это актуально при использовании жесткой воды из открытых источников. Аккуратно удалить накипь можно, прокипятив емкость в девятипроцентном растворе уксусной кислоты в течение двух-трех часов. Естественно, из-за резкого запаха уксуса эту процедуру необходимо проводить на открытом воздухе.

Как мы видим, ключевым фактором использования паровой пушки является цикличность ее действия: подается порция воды — принимается облако пара. В то же время существуют способы постоянного получения пара по примеру того же кипящего котла, и реализуются они парогенератором.

Парогенератор: от простого к сложному

Вообще, постоянное, а не циклическое парообразование – прерогатива бань восточного типа, в первую очередь хаммама. Из-за низкой температуры и чрезвычайно высокой влажности невозможно получить необходимый объем пара циклическим способом. Не следует забывать, что при остывании пар снова конденсируется в жидкость, и этот процесс продолжается постоянно.

Самый простой способ пришел к нам еще со времен древнеримских терминов. В больших котлах кипела вода, а образующийся пар по специальным каналам подавался в парилку. В современной интерпретации этот метод реализуется следующим образом. Металлическая банная печь оснащена открытой водяной рубашкой, широкая контактная поверхность которой способствует постоянному испарению воды при выходе нагревателя на номинальный режим работы. Обрыв цепи предопределяет несколько важных моментов:

1. Визуально легко контролировать уровень воды в куртке и восстанавливать его по мере необходимости.
2. В холодное время года нет опасности замерзания и разрыва цепи.
3. Испарение происходит равномерно со всей поверхности гидропровода.
4. Открытая система проста в обслуживании и ремонте. Менее подвержен процессам образования накипи.

Однако он также имеет ряд недостатков:

• Долго переходит в рабочий режим;
• Тяжело управлять;
• Не дает возможности получить «удар» порции пара, но на том же русском купать его одна из ее изюминок.

Этот вариант представляет собой плеяду, как говорится, пассивных парогенераторов, но есть и активные генераторы.

Типы парогенераторов

Если мы хотим получить более быстрый выход в режим парообразования, более гибкие методы управления технологическими процессами, то следует обратить внимание на источники пара несколько иной природы. На практике все они используют электрический ток в качестве источника тепловой энергии.

На основе нагревательных элементов

ТЭН — трубчатый электронагреватель — широко известен в быту. Электрические чайники, стиральные машины, бойлеры несут его как источник тепловых процессов. Основным недостатком таких устройств является склонность к образованию известковых отложений на контактной поверхности металла, что в свою очередь снижает эффективность его теплопередачи. Использование обогревателей с керамическим корпусом обещает некоторое снижение остроты проблемы, но они значительно дороже металлических.

Второе, на что стоит обратить внимание, это постоянный контроль, чтобы вода в камере генерации не опускалась ниже минимального уровня. Стоит выставить нагревательный элемент такого типа, как он сразу перегревается и выходит из строя, по причине физического разрушения токоведущей цепи. В остальном парогенераторы с использованием нагревательных элементов достаточно популярны и находят самое широкое применение: от компактных саун до кустарных цехов по производству фальсифицированного спирта — горячий пар хорошо подходит для кипячения и осахаривания крахмалосодержащего сырья.

Электродные системы

При этом нагрев воды происходит за счет активного движения элементарных частиц между катодом и анодом. Опасности перегрева и выхода из строя токоведущей цепи здесь не существует в принципе. Вода сама по себе является проводником тока. Она в камере — цепь замкнулась, процесс пошел. Испарился — процесс генерации пара завершился автоматически, потребление энергии остановлено. Производители такого оборудования обещают более высокую эффективность таких агрегатов и повышенную безопасность эксплуатации.

Индукционные нагреватели

Один из самых высокотехнологичных примеров производства перегретого пара. В быту можно провести аналогию с микроволновой печью. Чебурек или пицца разогреваются в кухонном гарнитуре без визуальных процессов — быстро и качественно. В промышленности эффект еще более значителен.

С помощью индукционных установок осуществляется термообработка металлических деталей, за короткий промежуток времени нагрев изделия массой в несколько десятков килограммов до красна. Работа индукционных систем основана на способности нагревать вещество в поле, образованном токами высокой частоты. Проще говоря, принцип работы такого устройства заключается в передаче энергии магнитного поля теплоносителю.

Нужно сказать! Конструктивные элементы индукционного нагревателя вихревого типа монтируются снаружи, что в некоторой степени исключает возникновение протечек и упрощает монтаж и обслуживание системы.

Паровая пушка для ванны своими руками, схемы которых мы привели, проще всего реализовать за счет использования нагревательных элементов, так как и индукционный, и электродный принципы нагрева требуют ответственного подхода к реализации, подкрепленного фундаментальными знаниями в области электротехники.

Примеры реализации простых сборок парогенераторов для бани можно увидеть в видеоматериалах, приложенных к этой статье.

Вывод

Подводя итог, хотелось бы отметить следующее. Стабильная генерация качественного пара является достаточно нетривиальной задачей и зависит от выполнения целого комплекса мероприятий, от эффективности топки до качества материала каменной засыпки. Общепринятая практика подразумевает, что для насыщения парилки перегретым паром расход тепловой энергии составляет около десяти кВт на квадратный метр площади, при высоте потолков две тысячи триста мм. И что бы ни обещали производители и продавцы самых разных чудо-конструкций — законы физики незыблемы. Чудес не бывает.

Парогенератор против паровой пушки