Ракетный котел - 2

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

@alarin, функция ПИД - регулятора - обеспечивать поддержание стабильности одного параметра при динамически изменяемом другом параметре, от которого зависит первый параметр.
При этом не существует предустановленных соотношений параметров - соотношения вычисляются в процессе работы (потому и используют ПИД в первую очередь, а не ради плавности регулировки).

Таким образом, при использовании монотоплива в стабильных условиях ПИД-регулятор функционально излишен - можно ограничиться предустановленными соотношениями и простым параметрическим регулированием с предустановленным коэффициентом, отвечающим за скорость изменения управляющего сигнала (примерно так я сделал для вторичного воздуха, так как там задача простая: добиться максимально возможной температуры вне зависимости... да практически вообще вне зависимости от всего).
Скорость реакции системы на управляющий сигнал в виде подачи вторичного воздуха тоже довольно высокая, там низкая инерция, в отличие от бункера. И снова это очень сильно упрощает задачу по управлению.

А ПИД-регулятор нужен именно при использовании разных видов топлива и при изменяющихся условиях работы системы.
В бункере мы вырабатываем газ. В зависимости от вида топлива и от условий газ может иметь разный состав и может вырабатываться с разной скоростью. Задача ПИД-регулятора: обеспечить равномерность этого производства газа.
Что он и делает, собственно. При этом, в зависимости от условий, автоматика устанавливает разную подачу первички, поддерживает разную температуру в бункере (как следствие). Иногда для достаточного производства газа достаточно 300 градусов в бункере, иногда нужно и 500 градусов. Этим заведует ПИД-регулятор, я к этому рук не прилагаю.

Обратная связь для ПИД-регулятора: чисто производимая котлом мощность, динамику которой он отслеживает через температуру воды. Поэтому принцип простой: если нужно больше мощности, нужно выработать больше газа, и наоборот.
При этом, если для производства газа нужна большая температура в бункере, так и будет, а если топливо довольствуется низкими температурами, а при высоких дает перепроизводство, то ПИД-регулятор это быстро заметит и устаканит ситуацию.

Очень хорошо заметно по показаниям термодатчиков: если загружу мелкое и сухое, или пакет с мусором (быстрое производство газа), первичка закрывается, температура в бункере падает; если гружу крупное и тугогорящее, то регулятор старается создать такие условия, при которых температура в бункере растет (а это единственный способ получить достаточно газа для обеспечения требуемой мощности при медленногорящем топливе с малой площадью горения).

Здесь лишь одно явное "НО": если инертность водяной системы высокая (большой объем теплообменника, много воды в системе отопления, есть теплоаккумулятор), то получать актуальное представление о динамике изменения мощности будет сложно: фактически мощность котла может изменяться гораздо быстрее, чем на это изменение отреагирует датчик температуры воды.

Вот тогда представление о объеме производства газа придется уточнять через другие показатели: например, через динамику температуры в камере сгорания (с учетом подачи вторичного воздуха, так как без учета этой подачи о мощности нельзя судить).

 

@Perelesnik, Я прекрасно знаю, что такое ПИД регулирование. В нашем случае это инструмент, который будет устранять ошибку перерегулирования, для приведения параметра к заданному значению. Это как гашения колебаний в паразитном резонансном контуре. Вычислений логических функция в ПИДе не предусмотрено. Это я наверно навел вас на мысль о ПИД регулировании упомянув компараторы. На самом деле это точки в которых исчезает значение к которому ведется регулирование и появляется новое, которое вычисляется например только из логической функции. Это просто для примера. И выброс газа при горении полиэтилена я привел как реальный пример. ПИД довел бы точно до такого же результата. А правильное управление при таком явлении - изменить место подачи воздуха.

А вот и нет, у вас два параметра расход и температура. Регулирование расхода идет за счет температуры как раз второй параметр по ПИД и вычисляется. Дифференциал - временной интервал, значение - температура, расход - интеграл изменения температуры во времени. Думаю, что понятно изложил. Со вторичным воздухом все верно, функция расхода лежит на первичном воздухе. Так даже еще проще Производная функции ПВ по ВВ, как раз и будет функцией расхода. Первообразная даст это значение к приведенной температуре. Но на практике ограничиться константой можно.

 

Еще такой вопрос: как раз по мощности.
Думаю ставить еще один термометр на обратку, чтобы знать дельту Т и примерно отслеживать динамику по мощности...
Но а вот как с вычислением более-менее реальной мощности? Было бы неплохо иметь такое значение на экране и в логе котла.
Считается вроде так:
Q=c*(T1-T2)*q
Q- мощность (кВт)
с-теплоемкость (воды 4.19 кдж/кг/град)
T1-T2 -разница температур
q - расход воды кг/сек

И здесь всё просто, кроме расхода воды (расходомер поленился ставить). Если брать по насосу:

Допустим, вот сейчас замерить.
Насос на первой скорости, общее давление чуть выше "единички", динамическое неизвестно... но, допустим, 0,2 кг/сек поток - это чуть ниже номинального среднего значения по этому графику из даташита моего насоса.

Замеры по воде в данный момент (к котлу лень было ходить, измерил пирометром прямо в комнате):

Подача 54,3 градуса,
Обратка 40 градусов.
Разница 14,3 градуса.

По формуле получается 4.19 * 14,3 * 0.2 = 12 кВт

Если брать номинальную производительность насоса в 0,33 кг/сек,
то получается уже 19,8 кВт (что явно из области космической фантастики).

Если брать ну самый минимум по потоку - 0,1 кг/сек, получим 6 кВт...

В общем, динамику по мощности можно отслеживать довольно точно, а численное значение мощности вывести невозможно без точного значения скорости потока.

Или просто взять среднее (ну ниже среднего для перестраховки) номинальное значение скорости по паспорту насоса?

Кто уже сталкивался с такой задачей? Очень не хочу ставить в систему еще и расходомер по воде.

ЗЫ:
сходил к котлу, замерил строго на подаче и обратке:

Подача 55.4 градуса
Обратка 34.4 градуса

Разница 21 градус ровно.

По мощности при 0,2 кг/ сек получим 17,5 кВт
При 0,1 кг/сек - 8,8 кВт...

 

По насосу с водой более-менее понятно, у неё вязкость при известной температуре почти известная... Если брать незамерзайку с непонятным (или даже с понятным) составом, то там с вязкостью непонятки в широких пределах.
Надо ставить расходомер с датчиком Холла.
Если у вас диаметр трубопровода 1/2", то можно использовать обычный бытовой счетчик (можно даже Б/У), вклеив в него копеечный датчик Холла и подключив к Ардуинке (импульсы от магнита считать). Прикладываю архивы с материалами.
При диаметре 3/4" или 1" цена счетчика стартует в космос...

 

паспортные данные котла надо пересчитывать на расход, вводя сопротивление тракта (от трения и всех поворотов) и т. д. Причем в зависимости от числа Рейнольдса (скорости потока) картина меняется в разы (переход от ламинарного течения в турбулентное)...

 

Руслан. Производительность насоса по паспорту как в анекдоте про еврея, где реально не по паспорту бьют. Ещё есть предложение замарать чёрным маркером кружочки на трубах. Будет фиксированное место для контроля и заодно можно проверить пирометр на точность, тело то белое.

 

Вы только себя читаете? Большинство ваших вопросов в теме аатоматики уже обсуждалось и практически решалось. Про мощность через дельту два года назад. Год назад в другой теме с расходомером. Вывод: по характеристике насоса полная фигня. Но расход практически не меняется от температуры теплоносителя если не трогать краны, поэтому относительная мощность более менее точно на стационарном участке. На других нужно учитывать теплоемкость СО и котла. И это тоже есть в соседней теме.

 

@StarykovMih, да не дорого, уже приводил ссылку в теме на ардуиновский расходомер, оно не дорогое... да и сам такие штучки с крыльчаткой и магнитами делаю, как расходомер для топлива на авиацию. Это все понятно и отработано.

Кстати, и с ПИД-регулятором знаком очень давно и не понаслышке - у меня на этой функции почти вся авиационная механика управляется, все дозаторы для химии, все нагреватели/охладители... И пока всё работает, летает и не падает.
Я вообще этот ПИД сначала почти на автомате вставляю в код, а уже потом думаю, нужен ли он там вообще
Просто удобно - там не нужно точно задавать пределы (как математически так и конструкционно - конструкционно лишь бы физический диапазон регулирования был шире предполагаемого диапазона управляющего сигнала) и вручную вычислять оптимальные соотношения. И вообще, тогда пофигу какой там сигнал управления получается на выходе - формула сама этим занимается, сама "учится" в процессе (ну на тот там и интегральная составляющая имеется).
Одно отличие в котле - это о-о-о-чень длительный цикл и огромная инерция системы по сравнению с большинством случаев применения этой функции.

Да, по расходу воды мне не нужен расходомер. Вернее, он нужен один раз в жизни - чтобы вписать точное значение расхода воды. Это значение ну никак особо не изменится со временем - систему отопления я не планирую переделывать, и не планирую менять теплоноситель. Давление в системе тоже почти не меняется (есть небольшой гидроаккумулятор, он стабилизирует давление вполне исправно).
И вот для такого единственного замера не хочется как-то врезать расходомер и огород городить...

 

Так я из этой темы и притащил цитату с формулой. Перечитал, конечно.
Но я умышленно такие вопросы вношу именно в эту тему, чтобы все, что может относиться к предмету рассмотрения, было в одном месте. Начиная от огнеупоров (есть уже такие темы) и заканчивая (пока что) автоматикой, хотя и по автоматике тоже написано немало в других местах.

 

@Perelesnik, Может проще будет с площади радиаторов посчитать. Померять температуру последовательно на радиаторах по падению температуры. Температура воздуха известна, тогда теплопотеря определится. Далее взять график за этот же временной интервал и проинтегрировать по температуре райзера (площадь фигуры вычислить, да хоть на бумаге распечатать и ножницами вырезать). Полученное значение не теплоемкость воды умножить (надо только массу воды хотя бы оценочно взять). Два полученных результата сравнить (тепловой балланс получится). Изменить температуру теплоносителя и повторить измерения. Разделить первый результат на второй. Получится некий поправочный коэффициент, в котором будут учтены все относительные ошибки измерений (типа не учтеные потери в трубах, энтропия и пр неведомые нюансы. Вот теперь пусть ваша автоматика суммирует график (интегрирует) по выдеоенному интервалу времени и умножает на этот коэффициент. Получится подобие средней мощности возможно весьма точное. Это опять возможный общий алгоритм определения мощности самой автоматикой.

 

да, но пластмассовому не верю. То, что вставляется в трубу должно быть "металлическим", иначе веры нет. Про сами трубы, по которым есть статистика применения не говорю.

 

Руслан, ой, не зарекайтесь... В следующем году начнёте солнечный коллектор ставить, потом тёплые полы продолжать - совершенству предела нет.

 

Приветствую, уважаемые "ракетчики".
Слежу за темой ракетного котла. Автору - огромная благодарность за проделанную работу (как говорят, респект и уважуха ).
Немного предистории.
Два года назад смастерил себе бубафоню. Два сезона топил, третий пошел. Котел пыхтит себе. Правда, в большинстве случаев, с дымом. Только в сильные морозы дыма нет. Видимо, перебрал по площади теплообмена (более 3 м. кв., отапливаемая площадь около 115 м. кв., дом утеплен хорошо). Но каждодневный розжиг, мягко говоря, напрягает. Сейчас начались командировки. А домочадцам тягать трубу вверх-вниз тяжеловато...
Вот и задумал соорудить возле бубы камеру горения, внутри выложить шамотом, а райзер поставить внутри бубы (благо внутренний размер 42*42 см позволяет). Рукав райзера пропустить через зольник бубы. На райзер одеть колпак, чтобы газы вниз разворачивал, а заодно и прижимал их затем к стенкам котла/теплообменника.
Есть одно НО - расстояние от верхнего среза зольника до пола всего 150 мм. Вариант поднимать бубу выше не проходит, к сожалению.
Будет ли работать райзер, если рукав сделать зигзагообразный (с понижением, так сказать)?
Или же в этом случае нужно думать другое решение?
Для наглядности набросал картинку.
За советы/комментарии/критику заранее благодарен.

 

Судя по рисунку есть куда поднимать всё. Однако и вопросов много. Где ТО? Им должен быть колпак. Как на рисунке это будет канальная система со своим сопротивлением движению газов. И продублирую сюда салфетку, которую когда-то рисовал.

 

ТО - это и есть сама "буба".
Колпак (грубо говоря, кастрюля вверх дном, планирую сделать из нержавейки) просто разворачивает газы из райзера вниз, но отбор тепла не производит (или же производит, но совсем в небольшем количестве). Проходя вдоль него, газы внизу разворачиваются снова вверх и уже там отдают тепло внутренним стенкам "бубы".

Поднимать можно топливник, но, к сожалению, не саму "бубу" (или я не понял вопрос)

Для наглядности по ТО (наружный контур - водяная рубашка бубы, затем внутри колпак, внутри колпака - райзер)


@Сергей247, За салфетку - отдельное спасибо!
Я так понял, колосник расположен на уровне входа в рукав райзера, а сверху показана подача вторички.