Ракетный котел

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

"Даёшь альтернативное тепло в каждый дом!" (с) Осталось с топливом решить вопрос. Анекдот услышанный в троллейбусе с год назад. "Мой сосед незаконно рубил лес. Теперь он это делает законно." (с) Всё, что больше 6 см в диаметре деловая древесина у нас...

 

@alarin, К Ардунькам приводит как раз лень человеческая. И совращающая дешевизна китайских клонов этих микроконтроллеров (да и чистокровные тоже вполне доступны по цене).
+ простота программирования - у меня ушло всего 2 дня на изучение этого варианта С+
Кто писал чего-то хотя бы на Basik или на Паскале, тот тоже за несколько дней освоит синтаксис и начнет свободно ваять в этой среде.
А подключаемые библиотеки вообще позволяют писать код чуть ли не левой ногой, не вникая глубоко во взаимодействие всяких железяк внутри системы.
Еще раз говорю: Ардуинки придуманы для ленивых и бедных. В общем, как раз годятся.

Было время, когда я строил разные системы управления на релюхах, заставляя их выполнять все логические операции. Но это было дискретное управление. Для параметрического пришлось паять полупроводниковые элементы... Однако, начинал я с электромеханических реле, а на полупроводниковые с их "заумными" p-n-p, n-p-n переходами смотрел с ужасом, ибо слабо эту кухню понимал.

Еще более враждебными мне казались микро- и интегральные схемы.

Однако, сложность задач все время возрастала. Число реле в системе грозило выйти за пределы моего рабочего стола и начать захватывать все помещение...
А найти ошибку среди жгутов соединительных проводов, или поменять логику - это было как продираться через джунгли лесов Амазонии.
Не намного лучше было с полупроводниками - неизбежный при отладке навесной монтаж и все такое...
А еще обвес каждого элемента, подбор сопротивлений.
А потом разводка платы, травление, сверление...

В то же время поражала простота построения алгоритмов в среде программирования. То, что в реале помещалось на нескольких квадратных сантиметрах платы, занимало всего 2-3 лаконичных строчки программного кода.
Но, "в те времена укромные, теперь почти былинные" чем-то управлять вовне компьютера (речь о компьютерах типа ПЭВМ МК-88) можно было разве что через параллельный порт, да и то, в имеющейся среде программирования это делалось через прямое обращение к памяти, то есть, не очень удобно. Это уже нужно было овладевать Ассемблером... но у меня на такое уже мозгов не хватало.
Однако, и с такими возможностями народ доблестно пытался сооружать разные ЧПУ станочки, строить "умный дом" и так далее.
Достаточно сказать, что программы в то время записывались на обычную магнитофонную кассету, а на самом компьютере помещался разве что только БИОС. Чтобы встроить в комп еще что-то, приходилось паять программатор и забивать все в микросхему ПЗУ (такую, с заклеенным изолентой окошечком, кто помнит). Код забивался вручную, если правильно помню, в шестнадцатеричном виде...

Эх, романтика... Как же давно это было.

А микроконтроллеров я боялся вплоть до недавнего времени. Пока не решился собственноручно пощупать. Оказалось - все просто и понятно. А главное - легко в практическом применении. И очень быстро.

Ту логическую схему, которую мне пришлось бы паять из отдельных элементов и отлаживать более недели, можно настроить и ввести в рабочее состояние буквально за день. А если что захочется изменить, подправить - то это займет всего минуту, а то и несколько секунд. И не нужно ничего выпаивать-перепаивать, подстраивать...

Вообще, паять приходится только уже на самом финише, после окончательной отладки - до этого достаточно соединений проводами с разъемчиками и макетной доски (или как она там называется).
Как конструктор для детей дошкольного возраста.
При том, собрав определенную физическую схему, я могу заставить работать ее в роли часов с будильником, GPS - навигатора, генератора ШИМ для сервоприводов, терморегулятора, устройства связи, программатора... или всего сразу, лишь за пару секунд, залив новую прошивку.

Уже докатился до такого, что в одной схеме нужно было поставить экранированный кабель для передачи ШИМ-сигнала, кабель не нашел в хламе, то вместо этого воткнул дополнительно Arduino-nano всего с тремя строчками кода (помимо строчек описания назначения вводов-выводов), чтобы передавать просто аналоговый сигнал, а ШИМ формировать уже у самого исполнительного механизма.

Вот честно, возиться с отдельными элементами типа реле или транзисторных ключей мне уже лень.

И осмелюсь предположить, что для постройки и отладки такой новой системы, как управление ракетным котлом, удобнее пользоваться именно Ардуино, или чем-то подобным, что позволяет быстро и оперативно вносить существенные изменения в логику управления.

 

@Perelesnik, Полностью с Вами согласен, особенно в плане быстро сделать, но так уж сложилось, что за год через мои руки может пройти не одна тысяча единиц оборудования, а для восстановления работоспособности не одна сотня. Казалось, что внедрение микропроцессоров должна резко повысить надежность оборудования, ан нет налицо инженерная деградация, причем склоняюсь к мнению, что это искуственное введение жизненного цикла, но и ляпов тоже немало. Я вот свой телевизор хотя бы раз в день делаю выкл, вкл, чтобы перезагрузился и работать начал. А когда железка, попадает убитая на софтовом управлении, да еще с затертой маркировкой ЦПУ, кроме как в утиль ее отправить... И еще, при попытке освоить микропоцессоры столкнулся с тем, что производители ставят защиту от перезаписи, и поэтому их тоже в утиль, а вот все остальное остается. Поэтому освоил программы расчетов и проектирования и начал делать на "железе". Также создал технологию мелкого производства, сначала переделав графопостроитель, а потом с появлением лазерных принтеров технологию переноса (через пару лет народ тоже стал использовать утюги, но я к тому времени уже ушел на растворители и химию, чем до сих пор и пользуюсь). Мелкое производство это десятки единиц оборудования пошедшего на замену заводских модулей в оборудование импортного производства в лихие 90, так сказать импортозамещение, ведь даже Россия и Украина стали заграницей, не говоря уже о шведах и немцах. Купить нельзя, (деньги другие и не только), а работать надо связь все таки. Телефон и Телеграф брать в первую очередь (почти по Ленину) . И своего немало наделали... ("Вот смотрю на схему (в смысле на кишки железки), все понимаю, а как работает не пойму" слова спеца одного из Российских радиозаводов в качестве эпилога. Да времена были те еще...
Сейчас для проверки работы пока буду использовать, что есть под рукам потом подумаем над МК. Если будет готовый алгоритм, написать микропрограмму не сложно, как правило работает сразу же. Потом просто поиграться с сервисом. Если сделаю раньше, выложу как версию для софта.
П. С 90% народа юзает 10% функции в современной железке. 99% инструкцию выбрасывают раньше упаковки, если она больше одного листа. Весь сервис нужен, чтобы определить кто виноват и за чей счет будет банкет причем в 90% случаев виноватого назначают, потому, что разобраться в сервисе не может сам разработчик.
Это все, вторая обратная сторона луны, ну мы же ее не видем, не правда ли? .

 

Обновил модель большого котла.
Ссылка та же: https://yadi.sk/d/nmwRnv3q3GzYPW

Под теплообменником получается вполне даже приличное пустое место, где можно хранить... ну, что-то сокровенное хранить можно. Или устроить домик для любимой кошки.

Бункер получился примерно 240 литров по объему. Ну, это как большая железная бочка, и еще немножко.
Сколько туда можно будет реально уложить дров? Полагаю, что примерно 180 литров чистой кубатуры по-любому можно уложить.
При влажности 12% общий вес будет такой:
Дуб: 144 кг
Сосна: 94 кг
Береза: 104 кг.

На мой взгляд, это весьма даже не малая загрузка получается. Я так прикидывал, что с одной машины (6 чистых кубометров) получится всего 35 - 40 таких загрузок.
Короче говоря, получается, что ходить за дровами придется не часто, но носить придется помногу.

А впрочем, посмотрим, как оно будет в реальном использовании. Возможно, никто и не будет грузить полный объем бункера.

Однако, просили большой бункер - то вот он.

 

А ещё вопрос по другим, железкам". Можно ли для данного котла использовать в качестве материала для изготовления теплообменника медь или латунь?

 

Я свой кинул сюда:
https://drive.google.com/file/d/0B-ky5XxAySfDVHh6dU1LT3MtQUU/view?usp=sharing
сейчас делаю "обратное проектирование": перевожу трехмерку в плоские чертежи (для производства) и по пути проверяю на симметричность...

 

Есть ограничения:
1. медь и латунь имеют меньшую термохимстойкость, чем нержавейка (кислая среда, высокая температура - до 1000 градусов в верхней зоне)...
2. Пайка медных листов при высокой температуре может не выдержать давления.
3. Насколько я понимаю, медный лист гораздо дороже, чем аналогичный по толщине лист нержавейки.

 

Да нет, есть просто подходящий двухстенный цилиндр, по-моему латунь, от какого-то нагревателя, только подачу и обратку переварить.

 

Отличная работа!
Позволю лишь несколько замечаний, которые, возможно, будут Вам полезными:

1. Лучше не ставить нижнюю керамическую деталь прямо на дно теплообменного отсека. Я вот ее поднял на 40 мм выше, установив на профильную трубу. Причина: при прогреве будет образовываться конденсат, и если он протечет к раскаленной трубе, керамика разрушится. В общем, небесполезно иметь дренажную зону для сбора конденсата, которая гарантированно не позволит конденсату войти в контакт с керамикой.

2. Емкость зольника желательно иметь соответствующей объему закладки топлива. Хотя бы такую, чтобы чистить одновременно с загрузкой. Мне кажется, что Вам придется заниматься чисткой гораздо чаще, чем загрузкой, а это не очень удобно. Активнее всего зола будет выпадать именно в районе входа в трубу, поэтому уровень золы может быстро достичь колосников, превысить этот уровень и кардинально изменить характер горения в бункере.

3. Высота входа в трубу относительно уровня колосников у Вас может оказаться недостаточной для обеспечения должной мощности горения (этому был посвящен целый пост с рисунками в теме). Я думаю, полезным будет немного увеличить зону активного горения.
Конечно, учитывая пункт №2, со временем зона горения будет увеличиваться (переполняющая зольник зола будет постепенно отодвигать границу подачи первичного воздуха все дальше от входа в трубу), но это создает все равно нестабильную систему, вплоть до зависания топлива в начале работы котла.
Конечно, я не знаю, какое топливо Вы планируете использовать, но, по опыту, даже без учета объема зоны активного горения, высота входного отверстия над колосниками должна превышать полтора средних диаметра используемых поленьев.

4. Верхний край вентиляционной заслонки лучше расположить чуть выше верхнего края загрузочной дверки. Да, в любом случае, максимально высоко, прямо под потолок бункера. Думаю, комментировать нет нужды.

5. Возникло подозрение, что может быть недостаточным прогрев вторичного воздуха перед подачей его на вход трубы. Я вот постоянно пытаюсь увеличивать площадь активного нагрева вторички - это увеличивает рабочий объем камеры сгорания (при холодной вторичке зона начала высокотемпературного дожига отодвигается вглубь трубы на расстояние, необходимое для прогрева этого воздуха непосредственно в самой трубе).

6. Я бы увеличил проходное сечение внутренней части теплообменника, уменьшив скорость нисходящего потока дымгаза. Тем самым уменьшится температура в восходящем потоке и соответствующие потери через внешние стенки теплообменного отсека котла.
Считаю оптимальным давать возможность дымгазу охладиться в нисходящем потоке до 250-300 градусов, прежде чем он пойдет вверх, вдоль внешних стенок.

7. Я бы поменял местами большую и маленькую загрузочные дверки. Просто, по опыту работы с горячим бункером.

Вот вроде и всё, что увидел с первого взгляда. Надеюсь, мои комментарии будут Вам полезными.

Чтобы не вынуждать читателей искать программу просмотра для понимания вышенаписанного, позволю себе вставить необходимую иллюстрацию в полном размере:

И, возможно, будет полезным привести такое же сечение моего проекта, тоже для иллюстрации моих комментариев:

 

Спасибо, приподниму

Замечание интересное. Посмотрю.

Боюсь сильно высоко поднимать... Подумаю.

Да, вы правы, сдвину под самую нижнюю кромку футеровочной шамотной плиты (красное - всё футеровочные шамотные плиты).

Мне казалось, что там и так сильный перепад площадей: 247 см2 понаружи райзера против 189 см2 внутри... 1:1,3... Довести до полтора, или сделать еще больше?

Странно - во всех котлах маленькая внизу (типа, чтобы розжиг делать), а большая вверху, чтобы основное сверху наваливать. Прошу аргументировать более подробно, думаю, будет полезно узнать не только мне, но и другим.

А вообще - большое спасибо, что нашли время посмотреть и покритиковать.

 

Сделайте больше по возможности, так как чем дольше именно там будет дымгаз контактировать с теплообменником, тем лучше, учитывая то, что внешние стенки мы делаем не в виде водяной рубашки, а максимально теплоизолируем - в эту зону дымгаз должен поступать, уже потеряв большую часть своей тепловой энергии. А для теплообмена нужно время. Значит, необходимо уменьшение скорости потока. Конечно, смотрите по общим габаритам и по раскрою самого теплообменника (я брал за основу рациональный раскрой листа 1250х2500).
Лично я потратил несколько дней только на выяснение оптимальных размеров теплообменника для этого котла. И с этих расчетов, собственно, начинал проектирование.

Да и в классической ракетной печке люди делают довольно большое соотношение в сечениях. Для примера, уже проверенные кем-то соотношения:

Начну с того, что загрузочные дверки в таком котле вряд ли кто использует для розжига. Гораздо удобнее и эффективнее это делать через зольник. Да и за весь предыдущий сезон мне пришлось от силы раз пять что-то там разжигать. Обычно, достаточно просто подбросить свежее топливо на остатки горячих углей - дальше котел сам разберется.

Самому котлу все равно, через дверки каких размеров его загружать. Но для загружающего - уже большая разница.
Помните, я писал о специфике загрузки топлива в горячий бункер? Даже для маленького котла, в который помещается три охапки дров. Так вот, к моменту загрузки третьей охапки первая загруженная уже начинает довольно бойко и довольно дымно гореть.
В горячем бункере все происходит во много раз быстрее, чем в водоохлаждаемом. Дрова начинают гореть не только в точке соприкосновения с углем, но и в своем объеме, лишь только их поверхность воспримет общую температуру бункера (а она, как уже известно, выше температуры самовоспламенения дров).

Пока закрыта верхняя дверка, большой беды нет - дым собирается вверху бункера и дальше уходит в вентиляцию. То есть, можно грузить без особой спешки. А вот когда открываем верхнюю дверку, да еще при успевшем прогреться топливе (а оно быстро успевает прогреться), то уже далеко не весь дым уйдет в вентиляцию.
По большому счету, чтобы Весь дым туда ушел, нужен дымоход с сечением, близким к размерам этой загрузочной дверки. Или хороший производительный дымосос. Но ставить в котел дымомос только ради момента загрузки... даже не знаю, насколько это может быть оправданным.
В общем так: чем меньше верхняя загрузочная дверка и чем больше сечение дымохода и вентиляционного клапана, тем чище воздух в помещении.

Такой большой бункер уже не получится загрузить за рекордно короткое время, как это можно сделать в маленьком котле. Здесь, чтобы забросить около 100 кг топлива, времени уйдет не так уж и мало. То есть, к окончанию загрузки внизу бункера уже будет вовсю гореть.
Учитывайте такой момент.

Ну и, чтобы уж полностью закрыть вопрос: если котел планируется использовать в режиме Старт - Стоп, с розжигами, то размеры дверок и их взаимное расположение уже не важны. Можно хоть одну огромную дверку делать, хоть через крышку загружать.

 

Для теплообмена нужно не время, а коэффициент теплотдачи, который очень сильно зависит от скорости. Т е повысив в два раза скорость, можно, практически, в два раза снизить площадь ТО.

 

Добрый день.
Руслан, большое Вам спасибо. Захватывающая история, которую читал как роман уже с месяц, наверное - ранее и не представлял все подробности сгорания материалов (или уже просто успел забыть теорию, которая меня не касалась на практике). Как мне кажется, у котлов/печей высокотемпературного дожига большое будущее из-за необходимости уменьшения суммарных выбросов в атмосферу вредных составляющих дымгазов, а не только из-за "вредного" соседа, которому в нос что-то попало.
Возможно, есть смысл продумать, как можно внедрить технологию дожига в линию по утилизации каких-либо отходов, например на скотобойне и им подобным предприятиям. Пишу об этом, т. к. не понаслышке знаком с зловонным исчадием, которое исходит от мясной фермы, а она в 6 км от нас расположена. Пока далек от этого представления.

 

@Оксфорд, Чью скорость повысить? Вообще то для теплообмена нужно время, а скорость теплоотдачи зависит от градиента температур. Площадь ТО можно снизить, если увеличить градиент температур и уменьшить расход. естественно теплопроводность берем "железную", турбулентность не рассматриваем, в ином случае получаем как один знаменитый барон жареных уток прямо из трубы.

 

Скорость газа. А разность температур изменить нельзя, если брать температуру теплоносителя и температуру горения.
Вы вообще формулу-то видели? Где там время? Или также как тягу будете считать: через одно место .