Beadagoló (apríték égető) építése.

Sziasztok!

Mi az a beadagoló? Egy olyan csigás szerkezet, amivel a vegyes tüzelésű kazánba be lehet juttatni különböző, általában bio forrásból származó apró szemcseméretű tüzelőanyagot. A bejuttatott anyag általában egy égőfejben kerül elégetésre befúvott levegővel.

Szeretném elmesélni, hogyan kezdtem neki beadagoló építésének, mik voltak az okok és hogyan jutottam el egy igazán jól működő megoldásig, mellyel sikerült meleget varázsolnom, több évi gázfűtéses didergés után a családomnak, töredék áron.

A történet 2008-ban kezdődött, amikor az előző tél végén rá kellett fizetnem a gáz átalány díjára 80e Ft-ot. Összesen abban az idényben 360eFt volt a gáz ára meleg vízzel együtt. A következő télre vettem fát, hogy az őszi és a tavaszi szakaszt, amikor csak egyszer elég begyújtani délután, olcsóbban megoldjam. Az igazsághoz tartozik, hogy ki tudtam fizetni a gáz árát továbbra is és nem is csökkentettem az átalánydíjat, de felháborítónak tartottam, hogy 21fokban didergünk és közben százezreket kell ezért fizetni! A lényeg, hogy 2009 évi végelszámoláskor 140eFt-ot visszakaptunk. 2009-2010 tele is így telt, csak akkor már csökkentettem az átalányt, több fát vettem, így is a végén visszakaptunk egy keveset. 2010 telének is így mentünk neki, de ekkor ráakadtam egy  fórumra , amiben apriték beadagolásról folyt a téma. Elolvastam és sok jó ötlettel gazdagodtam az ott felhalmozott tapasztalatokból okulva. Itt is nagy köszönetet szeretnék tolmácsolni mindenkinek, aki segíteni akart és tudott! 2011 telét már az új beadagolóval kezdtem és sokat módosítottam idő közben a megoldásokon aminek eredményét szeretném megosztani. Majd elfelejtettem, hogy a beadagolóval egész télen 23°C-os szobahőfok mellett kb. 75eFt volt a fűtőanyag + 15eFt a fuvar. Elég drágán tudom megvenni a fűrészport, 1m3 2500Ft, azaz 30m3-t vettem, de még nem fogyott el. De így is megéri. Sok helyen 1000Ft-ot kérnek érte, de nekem messze esnek, sok lenne a fuvarköltség. Meg kell jegyeznem, hogy nem csak fűrészporral fűtöttem, csak az egyszerűség kedvéért számoltam át a költségeket fűrészporra. Viszont az idei télre 30m3 fűrészporral fogok felkészülni a nyáron. Gondoljatok bele, hogy ha átalánydíjra számolom át, akkor most már 45eFt lenne havonta a gázom, így meg havi 7500Ft!

Ahhoz, hogy ilyen beadagolót építsünk a következő feltételeknek kell teljesülnie.
Kell egy vegyestüzelésű kazán, ami előtt van annyi hely, hogy elé férjen a beadagoló szerkezet.






Láthatóan nekem helyből nem sok jutott, ezért a fejet külön alkatrészként építettem meg, hogy kb. 8cm úttal ki tudjam fordítani a beadagolót, ha valami okból ki kell venni a fejet a kazánból. Ez mint kiderült nagyon jó megoldásnak bizonyult, mert hely ide, vagy oda, a fejet többször ki kellett venni, alakítani, végül kicserélni.

Ennek a fejlődésnek technikai hátteréről próbálok beszámolni a tapasztalatokat megosztani, hasonló beadagoló szerkezet építéséhez segítséget, ötleteket adni.

Ha fórumot átolvassuk(érdemes!), akkor az általam már hagyományos fejnek nevezett égőfej konstrukcióval fogunk túlnyomó részt, mint működő megoldással találkozni. Alapvetően a fej kialakítása a bonyolultabb, ezért kezdem ezzel. A hagyományos fej esetében a tüzelőanyag egy síkon tolódik be a csiga által az égőtérbe, maga előtt tolva a korábban bejuttatott anyagot, illetve a már elégett hamut. A legnagyobb hátránynak az tekinthető, hogy az új anyag betemeti a parazsat, ezért a friss anyag nem tud azonnal meggyulladni, gázfejlődés történik, ami bizonyos esetekben robbanáshoz is vezethet. Ez különösen kisebb teljesítményeknél, vagy lángtartás utáni indulásnál, illetve fellobbantásoknál következett be. A fej további hátránya volt, hogy nem lehetett kicsi teljesítményre visszaszabályozni.
A fejen láthatunk egy nyelvet, amely a betolt tüzelőanyag megemelt, ez adta a jelet a beadagoló csigamotor leállításának. Ezzel sok probléma lehet, bár nekem egész jól működött, előfordult, hogy felakadt és így nem történt meg a beadagolás. További problémákat okoztak a különböző fűtőanyagok, főleg azok, amik vagy túl porosak voltak és ezért belesüppedt, beleégett a nyelv, ami túladagoláshoz vezetett, vagy a hamuja üvegesre állt össze, ami nem engedte leesni a nyelvet. A problémát néhány hónap után, a fűtési adatok feldolgozásával,  sikerül megoldanom és egy olyan vezérlést kifejlesztenem, ami nyelv nélkül tökéletesen működik. Erről később esik szó.

A hagyományos égőfej ilyen volt:







Új fej:
A fej okozta problémákat egy másik konstrukcióval próbáltam kiküszöbölni és ez szerencsére sikerült. Először még ez a fej is nyelves vezérlésű volt, de sokkal kevesebb problémát okozott, mert a fűtőanyag itt a nyelvet felfelé emelgette, ami jelentősen csökkentette a szükséges hibaelhárítások számát. Gyakorlatilag hetente néhány alkalommal akadt fel és ezt meg is lehetett előzni, ha naponta kitakarítottam az elforduló részhez behulló hamut. Az új vezérlés kifejlesztése után ez a probléma is teljesen megoldódott, de ha valaki nem tudja megoldani a bonyolult vezérlő áramkör megépítését és a program megírását, annak ez a megoldás is szóba jöhet, igaz csak olyan fűtőanyagra alkalmas, ami nem üvegesedik össze, pl. fűrészpor.

Az új égőfej így néz ki:


A fej több ponton előnyösebb, mint a hagyományos. A fűtő anyag felfelé emelkedve tolja ki az elégett hamut, ezért nem tud alátemetődni a parázs, beadagolás után kevésbé füstöl, gyorsan beindul az égés. A körkörös levegő bevezető furatokon a levegő mindig a megfelelő helyre jut, ez szintén a gyors begyulladást biztosítja. Látható a képen egy magasító perem, ami kivehető. Erre azért van szükség, mert az ajtón nem férne be a fej ezzel együtt és előnye még, hogy ez fog elégni először, könnyű cserélni. A tűz gyakorlatilag ebben ég és a tüzelő anyag szintjével lehet befolyásolni az alap teljesítményt. Sikerült egy olyan szintet találni, ami az általam használt anyagokra megfelelő volt, de elképzelhető, hogy más anyagok esetében emelni, vagy csökkenteni kell a szintet, ezt a beadagolási idővel meg lehet oldani és a peremen nem fog kipotyogni a tüzelő. Később ezt a peremet a nyelv elvétele után körbe zártam.


Ilyen a lángja szotyival:




Frisslevegő befújás, szabályozás, hatásfok:
A levegőt egy ventilátor fújja be egy csövön keresztül a fej peremén körbe kialakított járatba és onnan furatokon keresztül jut a tüzelőanyaghoz. A levegő mennyiségével lehet a teljesítményt szabályozni. A teljesítmény szabályzásával a füstcsőben mérhető hőmérséklet változik. Ha jó hatásfokkal akarjuk az energiát a víznek átadni, akkor azt a lehető legkisebb füsthőmérséklettel és gázsebességgel tehetjük meg. Igaz, hogy az alacsonyabb füsthőfok lassabb felfűtési sebességet okoz, viszont a nagyobb sebességű és magas hőfokú füst rengeteg energiát kivisz a kéménybe. A jó megoldás, hogy a hideg rendszer felfűtésekor megengedjük a magasabb füsthőfokot, majd ha beállt a lakásban a kívánt hőfok, akkor korlátozzuk. Ideális esetben egy télen egyszer kell felfűteni a lakást! A lakás hőfokon való tartásához kis teljesítmény szükséges, feltételezve egy közepesen jó szigetelést. A jó hatásfokhoz a folyamatos égés, közel egyenletes víz és füst hőfok szükséges. Túl alacsony füsthőfokot és vízhőfokot nem szerencsés beállítani, mert kátrányos nedves lerakódások keletkeznek. Nálam ez 40°C víz és 92°C füsthőfok alatt következik be. Ha szakaszosan fűtöttem(lángtartásba váltás), akkor a lerakódások garantáltan megjelentek a sűrű melegedés, visszahűlés miatt. A problémát az ősz és a tavasz jelenti, amikor igen kicsi teljesítményre lenne szükség és a külső átlaghőmérséklet 16°C körüli. Ilyekor jobb teljesen leállni és akkor begyújtani, amikor szükséges. Ez egy begyújtást jelent naponta, ami 6..12órás fűtési szakaszt jelent. Hidegben nincs probléma, akkor folyamatosan éghet a tűz, a teljesítményt lehet szabályozni a kívánalmak szerint.


A fej után beszéljünk a beadagoló rendszerről. Ez áll egy csigarendszerből, egy tartályból és a vezérlő elektronikából. Nincs két egyforma megoldás, ez jól látható a fórumon, de mindegyik alapelve megegyezik. Az egyedi lehetőségektől függ a végleges kialakítás. Egymástól sok jó megoldást el lehet lesni, ami ajánlatos is.
Néhány alap kérdést érdemes feltenni:
Egy, vagy kétcsigás rendszer a jó? Passzív tűzoltó berendezés szükséges a kétcsigásnál is? Milyen bolygató kart kell építeni? Mekkora motor(ok) kellenek? Milyen ventilátor kell? Csigát tudok építeni, vagy csak venni? Milyen alakja legyen a beadagoló csigacsőnek? Mekkora átmérőjű legyen a csiga és hozzá a cső?

A kétcsigás rendszer előnye, hogy nehezen tud visszaégni a tűz a tartályba a lépcsős kialakítás miatt. Teljesen nem zárható ki, de gyakorlatilag nem tud visszaégni. Ennek ellenére ajánlott a vizes membrános passzív tűzoltó az első csigához, akkor is, ha soha nem fog oltani! Hátránya, hogy bonyolultabb mechanikát kíván. További előnye, hogy a tartályt lehet távolabbra is helyezni, ha nem férne el közvetlenül a kazánnál, valamint nem kell egyvonalban sem lennie a fejnél lévő második csigával. Az is hasznos lehet, hogy a második csiga fordulatszámát nagyobbra lehet állítani, ami miatt a második csigacső eleje üresebb, ami a visszaégés lehetőségét tovább csökkenti. A két csigát hajthatja egy motor is, áttétellel, de külön motorral is meg lehet oldani.

Ez az első egycsigás rendszerem volt. Sokszor visszaégett, leginkább, mikor kifogyott a tartályból az anyag. Nagy baj nem történt, csak kicsit füstös volt a szaga, mikor levettem, a tartály tetejét. Áramszünetem nem volt szerencsére, akkor garantált lett volna a tartály tűz oltó nélkül.

 
Itt pedig a mostani kétcsigás:




Az ejtőcső:


Mekkora motorokra van szükség? 500W legalább a csigákhoz és 300W a bolygatóhoz, ha külön motorral van hajtva. A csiga fordulatszáma 20..60 körüli a bolygatóé megfelelő karral szintén lehet ennyi. A gyors bolygatásnak vannak előnyei, nehezebben boltosodik fel az erre hajlamos anyag, el tuja látni a csigát a szükséges mennyiséggel, de a gyors fordulat kisebb nyomatékot eredményez, ami spéci megoldást kíván a bolygató karnál. Egy tárcsa kell középen és a kart rugalmasan elfordíthatóvá kell tenni. Ekkor igen kis motorteljesítménnyel lehet bolygatni az anyagot, még is előbb utóbb kikapirgálja az összeset. Itt egy kép a lehetséges megoldásról.


Látható, hogy egy tárcsára egy spirálrugó van felerősítve úgy, hogy ki tud hajolni, ha elakadna az anyagban. A tárcsa kulcsfontosságú a hibamentes működéshez! Nemrég az egyenes rugó eltörött, ezért más megoldást választottam, egy nagy spirálrugót csavaroztam fel és méretre húztam. A gondom, hogy ez is el fog törni előbb utóbb és aprítékra nem is lenne jó csak fűrészporra és szotyihéjra. Íme:


Jobb megoldás lenne egy tengelyen elforduló merev kar, aminek a tengelye a tárcsára lenne fogatva és valamilyen hosszabb élettartamú rugós megoldással biztosítani a kar visszatérését. Ezen jelenleg is dolgozom.


Ventilátor kérdésben több indok is ütközik. A DC ventilátorok(autó befúvó venti) esetében a szénkefe okozhat problémát, bár nekem egy idényt kibírt, sejtésem az, hogy többet is kifog és ha kellene, nem nagy összeg cserélni. Kell egy nagy trafó, ami 10A-t tud 12V mellett, ez drága. Viszont szabályozni sokkal könnyebb mint a 230VAC-s típusokat. Ezzel mindent el is mondtam. A ventilátor motor teljesítményének max. 100W-nak kell lennie. A DC ventilátorom kb. 10W és 60W közötti teljesítménnyel működik a szabályzás során. 230VAC motor esetében egy motoros zsaluval is meg lehet oldani a levegő mennyiség szabályzását. A szabályzás fontos, ezzel csökkentjük a füsthőfokból eredő veszteségeket és e-nélkül nem működik a nyelv nélküli beadagolás vezérlés sem! Tesztelés fázisban van egy 230VAC motoros ventilátor fordulatszabályzás megoldás, de még nincs eredmény, talán később. Néhány kép:


Gravitációs zsalu lezár teljesen, ha megáll a ventilátor. Nagy huzatú kéményeknél erre szükség van. A lezárás erősségét a kar végén lévő súllyal lehet beállítani


Csigát lehet készíteni különleges szerszámok nélkül is. Elég egy gyorsvágó(flex) és egy hegesztő trafó. A csigát egy zártszelvény tengelyre lehet levelenként felhegeszteni. A levelek laposvasból készíthetőek el, kivágással. Egy hétvége elég volt az elkészítéshez.


A cső átmérője függ a teljesítmény igénytől, de családi házhoz max. 100mm elegendő. A csiga átmérője legyen 2cm-el kisebb, mint a cső belső átmérője. A cső alakja nekem kerek, de minden érv amellett van, hogy jobb ha négyzetes, vagy legalább az egyik oldalon, mondjuk felül szögletes. Erre akkor lehet szükség, ha faaprítékkal akarunk fűteni és el akarjuk kerülni, hogy az apríték a csigával együtt a csőben elkezdjen forogni. Fűrészpornál és szotyinál ilyen nem nagyon fordul elő, de vitathatatlanul jobb, ha a cső nem teljesen kerek. Szóval, ha vagy egy tábla lemezünk otthon, akkor ne vegyünk feleslegesen csövet...

A fej:
Az égőfej elkészítéséről pár gondolat. Egy patentívből lett kialakítva, amely átmérője megegyezik a csigacső átmérőjével.








Fontos, hogy nem szabad szűkíteni a járatokat, mert az anyag be fog szorulni. Ha négyzetes a cső, akkor a csiga átmérőjéhez kell a fej bevezető szakaszait kialakítani. A fejet sem kell feltétlenül kerek csőből készíteni, lehet lapokkal határolt is. Ha most építenék egy fejet, nem patentívből készülne. Íme egy újabb tervem, mely alapján egyik fórumtársam épített egy fejet.




Furatból fejmérettől függően elég 18..26db 6mm-es körben elosztva!



Mint ahogy jeleztem, nem feltétlenül fontos, hogy csőből készüljön a bevezető szakasz, lehet lapokkal határolt is. Ez a fej azért lett ilyen lapos, mert nem fért volna be a fórumtársam kazánjának hamuzó ajtaján, de úgy tűnik a legtöbb kazánnak a hamuzó ajtaja lapos, tehát aktuális a kivitel. Nincs a rajzon a 4cm-es magasító perem, de szükséges, különben kipotyog a fejből minden.

Néhány képet kaptam Mokuss84 fórumtárstól az elkészült fejről, íme:






Jól látható a magasító tűztér keret és az, hogy a levegőjáratot körbe nem csőből, hanem zártszelvényből, vagy laposvasból szögletesre alakította ki. Frankón ég! :)

A teljes kétcsigás beadagoló egy lehetséges megoldása látható a következő képen:

A fej cserélhető laposra, bármilyen újabb kivitelre. Fejlett vezérlés esetén a rajzon látható nyelv nem szükséges. A méretek nem kritikusak, illeszthető bármilyen kazánhoz, csőhöz. A csövek lehetnek lapokkal határolt csatornák is, sőt!

Egy fontos részlet, hogy a fejet nem szabad nagyon közel helyezni az alsó tálcához. Elégeti a tálcát és nagyon rossz hatásfokkal fűt. Ezért a jó megoldás, ha a hamuzó ajtón keresztül szereljük be.

Ez felveti a problémát, hogy akkor hol hamuzunk? Aki ki tudja húzni a szerkezetet egyben, annak nem gond hetente egyszer ezt megtenni, viszont nálam ez nagyon sok szereléssel lenne megoldható, azért kivágtam a kazán alját és oldalt készítettem egy ajtóval lezárható hamuzó nyílást.






Kémény huzatszabályzó:
A kémény huzata függ a külső légáramlatoktól és légnyomáskülönbségektől is. Nagy szélben, vagy nagyon nagy kéményeknél olyan huzat is keletkezhet, ami lehetetlenné teszi a pontos füsthőfok szabályzást. Erre való a gravitációs vákuumszabályzó, ami fals levegőt ad a kéménynek. Nem csak a huzat szempontjából hasznos, hanem szárítja a kéményt a bekevert száraz levegő, ami a harmatpontot csökkenti. A vákkum nagyságát a csappantyún lévő súlyjal lehet beállítani. Alap esetben zárt...





Vezérlő áramkör:
Elérkeztünk a legkényesebb részhez a vezérlőhöz. Ahhoz, hogy kevés anyag fogyjon és folyamatos kényelemben legyen részünk, szükséges egy okos vezérlő elektronika, ami a folyamatokat vezérli. A vezérlést egy PIC mikrovezérlő végzi a megírt program alapján, A lehetőségek tárháza végtelen, akinek van hozzá affinitása, minfenképpen hasonló megoldást válasszon!
Az áramköröket egy PC házba építettem be.


Aki nem tud elektronikát építeni és mikrovezérlőt programozni, egy PLC-t ajánlanék.


Az APB–12MTDL PLC (NPN tranziztor kimenettel) képes vezérelni a folyamatot szinte ugyanúgy, mint az a vezérlő elektronika, amit én használok. Szimulációkkal próbáltam megoldani a felmerülő feladatokat és ha a PLC úgy működik, ahogy a szimulációban, akkor alkalmas a feladatra! Sajnos nincs ilyen PLC-m ezért kipróbálni nem tudom, ennyi rizikófaktor van a dologban. A program megírásában tudok segíteni, de a teljes program megírását nem vállalom elvi okokból(felelősség).
Időközben történtek tesztek a PLC-vel kapcsolatban és minden jel arra mutat, hogy alkalmas a feladatra. Remélem hamarosan be tudok számolni egy kész projectről és programról.

Az általam fejlesztett áramkör túl bonyolultnak bizonyult a fórumon, viszont aki ért a mikrovezérlőkhöz, annak nem szükséges áramköri rajz, de esetleg ötleteket tud meríteni.
A pdf állományt innen tölthetitek le: Beadagolást vezérlő Elektronika

Érdemes elolvasni a fórumot, mert újabb elektronikai ötletek is felmerültek rr81 tollából. Amit én nagyon jónak tartok, az a távoli hőmérséklet mérésre a DS18B20 típusú hőmérő. Ezzel lehet a szoba hőfokát levinni a kazánházba a vezérlőhöz feldolgozásra. Én ettől bonyolultabb, kommunikációs megoldást választottam, de ez csak akkor előnyösebb, ha a szobában ki akarjuk jelezni a hőmérsékleteket. Itt is rengeteg megoldás jöhet szóba, mindenki megtalálhatja a helyzetnek megfelelő legjobbat.


Vezérlés:

Az elektronika után térjünk rá a vezérlés módszerére. A módszert kell leprogramoznunk, e-nélkül nem lesz komfortos és hatékony a fűtésünk. Persze lehet más megoldásokkal is fűteni, de messze nem leszünk felhőtlenek és az sem mindegy mindenkinek, hogy 60, vagy 30m3 fűrészporral fűtjük ki a telet!
Tehát az alap felállás egy gravitációs, vagy állandó keringetéses radiátoros, vagy padlófűtéses lakásfűtés, ahol nincs más a fűtési körben. Feladat, hogy a szoba hőfokának beállítása után a rendszer automatikusan beállítsa a szükséges víz és füst hőfokot a ventilátor szabályzásával és a beadagolások vezérlésével. A régi termosztátos szabályzók hiszterézise nagyon nagy volt, több fokos eltéréseket is okozott, ami nagy veszteség és nem túl jó a komfortérzet. Az alkalmazott digitális hőfokmérőkkel tized fok pontosan lehet mérni a szoba és a víz hőfok változásait, amire PID szabályzó köröket lehet illeszteni. A füst hőfok mérését elég 1fok felbontással mérni és a ventilátor vezérlő jelét szintén PID szabályzó körrel kiszámoltatni. Nem kell megijedni a rövidítéstől, nagyon egyszerű matematikai és fizikai folyamatok állnak a háttérben, amiket meg lehet tanulni könnyen.
Tehát az első feladat az, hogy a szoba beállított hőmérséklete a hozzá tartozó PID kör kimenetén egy víz alapjelet(itt hőfokot) állítson elő, ami a víz szükséges hőmérsékletét adja meg. Legyen a beállított hőmérséklet jele SPs, a pillanatnyi mért hőfok CVs és a kimeneti hőfokjel Ys ahol az 's' index a szobát jelöli.

A PID kör három összetevő összegéből állítja elő az Ys kimeneti értéket. Ez a három összetevő az Y_Ps, Y_Is, Y_Ds.

Lássuk a képleteket:
Tehát: Ys=Y_Ps+Y_Is+Y_Ds
Ismételjük meg, hogy az Ys itt a víz hőmérsékletének alapjele lesz, azaz egy hőmérsékleti érték.

Alap kiindulás, hogy a szoba hőfoka változik, fűtés nélkül hűl, fűtve emelkedik, illetve megfelelő teljesítmény(vízhőfok) esetén tartja a hőmérsékletét. A szoba hőfoka (CVs) a beállított hőfoktól (SPs) eltér, kivéve az utolsó esetet.

P tag erősítés(arányos szabályzás):
Y_Ps=(SPs-CVs)*Ps
A Ps az erősítés, ezt mint paramétert kell megadnunk a programban. Az (SPs-CVs) hiba(eltérés) hatását állítja be. Nagy érték esetén kis eltérés is nagy kimeneti értéket produkál.

I tag korrekció:
Y_Is=Y_Is+(SPs-CVs)/Is
Az Is a korrigálás gyorsaságát határozza meg. Kicsi érték gyors korrigálást okoz. A korrigálás sebességét be kell állítani a szabályozandó kör jellemző változási sebességéhez. Egy szoba lomha változásához lassú korrekció szükséges, azaz nagy értéket kell beállítani Is-nek.

D tag "ellenkormányzás":
Y_Ds=(Cves-CVs)/Ds
A Ds a változás sebességével fordítottan arányos ellenreakciót okoz a kimeneten. Kis érték nagy ellenreakciót okoz kis sebességű változás esetén. Gyors változásoknál használjuk, ahol a túllendülést kell ellenszabályozni. Látszólag hamarabb veszi el a teljesítményt, mint mi gondolnánk, de ezzel megakadályozza a túllendülést, vagy az aláhűlést. Szoba esetén a nagyon lassú változások miatt nincs sok jelentősége, de a víz és füst hőfok esetén fontos összetevője a szabályzási módszernek.

A rendszer optimális működéséhez szükséges megadni határértékeket, melyek kordában tartják a kimenetet, illetve az I tagot. Az I tag képleténél látható, hogy az halmozódik, ezért bizonyos esetekben nagyon összehalmozódnának benne az értékek, amiket meg kell akadályozni a gyors feléledés érdekében. A kimeneti értéket is kordában kell tartani, nem engedhetjük meg, hogy pl. 150°C vízhőfokot állapítson meg a PID kör, ha nagy az eltérés a beállított alapjel és a mért érték között.
Tehát vezessük be az Ys_max, Ys_min határértékeket. Ezen értékek közé kell szorítani a programban az Ys értékét és arányosan az Y_Is értékét.

Ezzel a PID kör alap tárgyalása kész.

Most nézzük hogyan kell egymás után láncolni a három PID kört.
Az első a szoba, a második a víz, a harmadik a füst PID köre.
A szoba kimenete(Ys) a víz alapjele lesz, a víz PID kimenete(Yv) a füst alapjele és végül a füst kimenete (Yf) a ventilátor fordulatszámával arányos jel lesz. A szimulációkat könnyen elvégezhetjük egy excel táblázatban, sokat segít a megértésben.

Mindhárom PID körnek saját paraméterei lesznek, mind a P,I,D, mind a határértékeket tekintve.
Egy folyamatábrával szemléltetném a leírtakat.


Ezzel készen vagyunk a hőfokszabályzó körök képleteivel.

Beadagolási módszer:
A módszerem biztosítja, hogy bármilyen beadagolható fűtőanyaggal, vagy azok keverékével, akkor is, ha menet közben változik az anyag, vagy az összetétel, megfelelő mennyiséget juttat be a fejbe. Ehhez csak egy hőmérséklet jeladóra (hőelem) van szükség a kazán füst kilépő csőcsonkjába helyezve.

A beadagolás szükségességét a füsthőfok változásából lehet kikövetkeztetni. Feltételezni kell a működéshez, hogy a tűz önmagától nem alszik ki, hogy a ventilátorral szabályozni tudjuk a füst hőfokát és végül, hogy a beadagolás után a füst hőmérséklete emelkedni fog. Ezeket a feltételeket igaznak vehetjük.

A következőknek kell egyszerre teljesülniük, hogy a beadagolás megtörténjen.
- A füst hőfoka nem emelkedik
- A füst hőfok a beállított érték alatt van 2°C-al
- A ventilátor a beállított maximum fordulatértékét elérte
- Letelt a beállított beadagolási szünet (előző beadagolás után indult)

A füst emelkedésének tényét kb. 20másodperces mintavételezés után az előző és a jelenlegi hőfokból lehet megállapítani. Érdemes egy hiszterézist beiktatni, ami legalább két fokos, hogy a hőmérés hibájából adódó egy értékes libegés ne tévessze meg a kiértékelést

Egy egyszerűsíett folyamatábrán próbálom bemutatni a program működését:
Beadagolás Folyamatábra

2012.11. szek:

Időközben néhány új adatból további finomításokat végeztem el. A beadagolási idő határozza meg, hogy egy adag mennyi legyen, azaz a fej teljesítményét is befolyásolja ez. Amikor alacsony füsthőfok szükséges, akkor kevesebb anyagra van szükség, ami az eleve alacsonyabb tűztérben könnyebben meggyullad. Ha magasabb hőfokon megyünk, akkor a tűz is intenzívebb, a nagyobb adag is könnyebben meggyullad. Ezért a füst alapjelétől függően változtatom a beadagolási időt. 100°C-nál 2sec, 180°C-nál 3,8sec. Ez folyamatosan változik a füst alapjelétől függően egy függvény szerint.
A másik változtatás a víz maximális megengedett hőfokának megállapítása. Meleg időben (8..16°C) a begyújtásnál nem mindegy, hogy meddig engedjük el a vizet. Ha ilyenkor túl magas érték lenne a megengedett, akkor mire a szoba felmelegedne, a szabályzó körök túllendülnének és a szoba is feleslegesen túlmelegedne. Ezért a kinti hőfoktól függően állapítom meg a víz maximális hőfokát. Az én rendszeremhez ez úgy jön ki, hogy 16°C-nál 46 °C, -15°C-nál 60°C. Ezt is egy függvénnyel számolom ki, amit nem túl bonyolult, meghatározni, ha  a Graph programot használjuk.



A program ingyenes. Képes egy csomó függvény kezelésére, görbék illesztésére, amivel könnyen lehet kalibrációs számítási képleteket kreálni.

Graph oldala

Elvileg ennyi információ elegendő a sikeres után építéshez, ha valaki ért az elektronikához és a mikrovezérlő, vagy a PLC programozásához. Aki ehhez nem ért, annak keresnie kell valakit, aki elvállalja a kivitelezést. Szeretném jelezni, hogy nekem erre nincs lehetőségem és elvi okokból nem vállalhatom a felelőséget sem, nem említve a szervizes és egyéb felmerülő problémákat.
Elvi segítséget szívesen adok, a fórumon, vagy levélben!


Néhány gyakorlati tanács a szabályzó körök beállításáról:
A PID értékek és a határértékek, valamint a működtető alap idők beállítása nagyon fontos és nem túl egyértelmű és egyszerű feladat, legalább is első ránézésre.
A beüzemelés legfontosabb értékei a beadagolási alapidő és az ehhez tartozó min és max ventilátor fordulatszám
, amik meghatározzák a tüzelő szintet a fejben. Feladat, hogy a fejben a szint a furatok felett legyen és amikor leég a furatok alá, akkor a füst hőfoka essen le. Ha a venti max fordulata túl magas, akkor a fejben örvénylő nagymennyiségű levegő a furatok szintje alatt is gerjeszti a tüzet, azért az nem a furatok felett, hanem alatta a csigában fog égni. Ez nem kívánatos működés, azaz rossz hatásfokú és a csiga végére sem előnyös. Tehát ha beállítottuk a venti max értékét a füst hőfoka le fog esni, amikor a tüzelő leég a furatok alá, ekkor a beadagolás megtörténik (a többi feltétel teljesülése esetén),  itt jön szóba a beadagolási idő. Úgy kell beállítani, hogy 2..6percig égjen egy adag. Ha lehetőség van, akkor a programban érdemes ezt az időt a füst alapjelétől függővé tenni. Nálam ez 1,9..3,6sec 92...180°C füst alapjeltől függően, de ez a csigától és a fordulatától is függ. Tehát minél nagyobb hőfok kell, annál nagyobb adag tolódik be. Ha erre nincs lehetőség, akkor egy olyan időt kell választani, ami elegendő a legmagasabb füsthőfok eléréséhez, de még ne essen ki a fejből a tüzelő. Itt jegyzem meg, hogy begyújtáskor nem azonnal fogja elérni a füst az esetleges magasabb hőfokot, de ez nem gond, idő van, legyünk türelmesek.

A három PID kör értékeinek beállításakor vegyük figyelembe a körök hőfokváltozási sebességét, valamint azt, hogy mekkora eltérés milyen sebességgel változtatja meg a szabályozandó hőfokot. A füst szabályzása a leggyorsabb, itt az I tagot úgy kell beállítani, hogy gyorsabban módosítsa a beavatkozó jelet és a P tagot nagyobbra lehet venni, hogy kicsi eltérés is nagy ventifordulat változást okozzon. A D tagot is be lehet állítani, hogy a túlzott emelkedés, vagy csökkenés ellenszabályzást váltson ki.
A víz hőfoka várhatóan lassabban fog változni, ezért ott az I tag nagyobb értékű kell legyen, hogy ne változzon túl gyorsan a füst alapjele, ha sokáig van eltérés a víz hőfokában. Emlékezzünk, hogy a füst alapjele a víz PID kimeneti jelével egyezik meg(lásd fenn a folyamatábrát). Tehát itt a korrekció lassú legyen, mert ha gyors, akkor túllendülések lesznek a füst alapjelében. A D tagot itt nem érdemes beállítani, el is lehet hagyni a szabályzó körből (a PLC-ben bele se fér...).
A leglassabb változást a szoba hőfokánál várhatjuk, itt még nagyobb I tagra(időkre) lesz szükség.
A P tagok beállításánál figyelembe kell venni, hogy mekkora hőfokeltérés okoz adott sebességű hőfokváltozást a szabályzó körben. Nálam például 3°C vízhőfok emelkedés már elég gyorsan emeli a szoba hőfokát, ezért 1°C hőfokeltéréshez 3°C vízhőfok alapjel változtatást rendelek. A víz esetében 1°C vízhőfok eltérés 8°C füsthőfok változtatást okoz.

Ezek az értékek rendszerfüggőek, mert nálam nagy radiátorok vannak, amikhez alacsony vízhőfok kell, más arányok kellenek, ha kisebb radiátor felülethez nagyobb vízhőfok társul a szükséges szobahőmérséklet eléréséhez.

A beállítás alatt szükséges lejegyezni a hőmérsékleteket, melyik hogyan változik a lehető legsűrűbben(1..10perc), egyforma időközökkel. Ebből lehet látni, hogy jól állítottuk-e be a PI(D) értékeket és lehet következtetni az új értékekre. PIC esetén nem nehéz PC-hez csatlakozni és regisztrálni, de e-nélkül is be lehet állítani, csak kicsit több időbe telik.

 

Elektromos illesztések:
Ezt a témát külön cikkben írom le.




Fűtőaanyagok:
A fűtőanyag ellátásáról mindenki saját lehetőségei szerint fog intézkedni, de talán néhány infó segíthet a mennyiségről és a minőségről.
Az első felmerülő kérdés, hogy mennyi anyagra van szükség egy télen. Ezt csak összehasonlítással tudom meghatározni. Mikor gázzal fűtöttem(C18 parapetes cirko), 2770m3 gáz fogyott el egy télen melegvízzel együtt, ebből a fűtésre 2378m3 fogyott. Jelenleg úgy tűnik max30m3 fűrészpor elegendő lesz, miután most(2012.03.25.) van még a 32m2-ből kb. 7m3.


Jelenleg csak esténként gyújtok be, úgy, hogy közelebb leszek a 25m3-hez, mint a 30hoz.
Fontos megjegyezni, hogy nagyon függ a végleges mennyiség a fűrészpor nedvességtartalmától. Vizes fűrészporból, majdnem kétszer annyi kell! Igaz én fűtöttem vizessel és szárazzal is, ezért ha csont szárazat sikerül a nyáron betárazni, akkor szinte biztos, hogy 25m3 elég lenne, sőt. A házam 100m2 alul teljesen alápincézve. A falakban gyárilag 5cm hungarocell van, és a lábazatot is leszigeteltem. A nyílászárók régi sofák, ebben semmi extra. Mindenki kiszámolhatja a szükséges mennyiséget a gázfogyasztásából, vagy a fa, esetleg szén fogyasztásából hasonló módon a későbbiekben tárgyalt fűtőértékek figyelembe vételével.

2013.04.21
Az idei tél hoszú volt, ennek ellenére 26m3 fpor fogyott. A fpor majdnem teljesen száraz volt, de volt kb 5m3 ami elég nedves. A részletes fogyást táblázatba jegyeztem, ezt itt olvashatjátok:
fogyas_2012_2013.pdf

A fűrészport szitálni kell, mert a vágáskor belekerülnek nagyobb darabok, amik elakasztanák a csigát. Egy szitát készítettem, amit egy fordulatszám szabályozható csiszológéppel rezegtetek. Zsákot tudok rá akasztani, vagy edényt alátenni.






Ebbe a hordóba öntöm a zsákot, innen merem bele a szitába, amiből visszajut a zsákba.. Reggelre így lehet előkészíteni, hogy csak rá kelljen borítani a zsákot és kész.


A fűtőanyagot liszteszsákokba és 1m3-es nagy zsákokba hozom haza. Az 1m3-es zsák 175kg körüli, amit egy kis daruval veszek le és teszek rá a kiskocsira, amin letolom a tárolóba. 
Egy 900kg-os 12V-os csörlő emeli a terhet. A darut most csak a garázsban tudom lefényképezni, majd nyáron készítek egy képet összeszerelve is. 



Fűtőanyagok:
A fűtőanyagok fűtőértékéről ejtenék pár szót.
A fűrészpor értelemszerűen fából van. A fa fűtőértékét Mj/kg-ban szokták megadni, ezért a fűrészport is kg-ban érdemes értelmezni, ilyen adatokat a fórumon is kg-ban megadni, hogy a többiekkel össze lehessen hasonlítani.
A fa fűtőértéke a fa fajtájától kevésbé függ, mindegy, hogy kemény, vagy puhafa, ha száraz akkor a fűtőértékük 15MJ/kg körül mozog. (A gázé kb. 34MJ/m3 a szolgáltató szerint...)
A fűtőérték sokkal inkább a nedvességtartalomtól függ, ami a nyers fa esetében 6MJ/kg is lehet. El lehet égetni a nedves fűrészport is egy jó égőfejben, de akár több, mint kétszer annyi is fogyhat, mint ha száraz lenne és erősen kátrányosíthatja a kazánt, ha alacsony hőfokkal kell menni a kinti enyhe idő miatt. Szárítani kiterítve a napon érdemes, mert más kényszer szárítások esetében szinte ugyanannyi energiát kellene bevinni, mint amit nyerünk.
Létezik egy speciális fűrészpor, amit az MDF lapok vágásakor nyernek. Ez a por nagy sűrűségű és a gyantás összetevője miatt 20MJ/kg körüli fűtőértékű lehet. Összehasonlításként azonos térfogatú adag fűrészpor égési ideje 6perc és 30perc eltérést mutatott a két anyagnál! Hátránya, hogy iszonyatosan porol és védőfelszerelés szükséges, mert káros az egészségre.

Napraforgóhéjjal fűtöttem még, ennek az 5%-os nedvességtartalma miatt 18MJ/kg a fűtőértéke. Hátránya, hogy nagyobb helyet foglal, mint a fűrészpor, miután egy 1m3-es zsákkal csak 125kg-ot nyom. Az is hozzá tartozik, hogy nem nagyon vettem észre a 15 és a 18MJ/kg közötti eltérést, valamint a lazább szerkezet miatt könnyebben visszaég és kevesebb kg fér a tartályba egyszerre. Ennek ellenére egy tiszta pormentes fűtőanyag, aki ilyet tud szerezni megéri(olajsajtolók).
Itt jegyzem meg, hogy amiről beszélek az nem a léha. A léhában vannak magtörmelékek is, ezért a fűtőértéke az olajos magok miatt 20MJ/Kg. Ez már nem annyira tiszta anyag és a hamuja is üvegesedhet. Ennek ellenére ez az egyik legjobb fűtőanyag a fűrészpor mellett.

Sokféle anyagot olvashatunk még a fórumon. Én még az árpát próbáltam ki, még nyelves vezérléssel. A mag az elégése után üvegesre állt össze és a nyelv nem esett le. Tehát nyelves beadagolással ilyen anyagokat nem lehet elégetni. Viszont a jelenlegi nyelvnélküli vezérléssel valószínűleg sikerülne. Az árpa 24MJ/kg fűtőértéke és zsákonkénti 60kg-os tömege jól hangzik. Kicsi helyen sok energia férhet el. Nem drágább, mint a szén, főleg, ha valaki olcsóbban tud ilyet beszerezni.

A szárítókból kikerülő gabona szeméttel is el lehet boldogulni nyelv nélküli vezérléssel. Ezek fűtőértéke nagyon változó, de általában olcsó anyagok, így megéri.

A faapríték is jó megoldás lehet. Nagy hátránya, hogy nem lehet tudni, milyen a nedvességtartalma és nem is olcsó. Ha száraz lenne, akkor megérné, de a lutri miatt rá lehet fázni. Persze, ha nyáron beszerezzük, akkor talán télre ki tud száradni. Faapríték esetén erősebb csiga és motorok kellenek, valamint a beadagoló cső nem lehet kerek.

Említést tennék még a pelletről. A pellett amellett, hogy egy nagy rablás, még is alternatíva lehet, mert a gáznál még mindig 30%-al olcsóbb. Ára 50..60Ft/kg. Ezt összevetve a fűrészpor árával, amiből készül, nevetségesen drága(7...15Ft/kg), de ezen nem kell meglepődni a kis hazánkban tapasztalható vállalkozások piaci harácsolását látva. Tehát akinek nincs más lehetősége, a gáznál így is olcsóbban biztosíthat komfortos fűtést. A pellett fűtőértéke "csak" 18MJ/kg körüli.

Arra gondoltam, hogy a papírt is be lehetne adagolni, ha valamivel fel lehetne aprítani, kérdés, be lehet-e szerezni annyi papírt, ami elég és fel tudjuk-e gazdaságosan darabolni. Erre nem tudok jelenleg válaszolni.

Meg lehetne még próbálkozni daraszénnel. Szintén erősebb csigák és motorok lennének szükségesek és kissé koszosabb, kevésbé bio, valamint sok a salak.

Összefogalva a biztosan jól használható anyagok a fűrészpor, a napraforgóhéj vagy léha és a pellet. A többi esetében kíséreltezni kell, de megoldhatóak szerintem.


A leírást igyekszem bővíteni a bejövő információkkal. Másoktól is szívesen veszek adatokat, amiket itt össze tudunk gyűjteni!


2012.03.25 alap cikk
2012.04.01. elektromos illesztések kiegészítés
2012.04.02.  Mokuss84 fej képek és javítás a hidegpont kompenzáció szövegben(összeadni kell).
2012.09.16. Néhány kiegészítés, javítás.
2012.10.12. Képek frissítése.
2012.10.19. PID folyamatábra, beadagolás folyamatábra
2012.11.09. Új vezérlési változtatások
2012.12.28. Beállítási tanácsok
2013.04.21. Fogyás adatok 2012-2013 idény , módosítottam a fogyás adatot kivonva a bojler fogyását.

2019.01.14. Kronológia: Kronológia

Üdv! Totya3