Да, хлопотное дело — быть истопником. Нужно не только дровишки подкидывать, но и следить за тем, собственно, куда. У каждого свой подход. Расскажу о своем. Смотришь, кому-то будет полезно. А речь пойдет об обслуживании чугунного котла с открытой топкой.
Чистка топки и дымовых каналов котла
Есть у меня чугунный шестисекционный КЧМ-7 «Гном». Оставим дискуссии о замене/выборе котла. Имеем то, что имеем и разговор пойдет совсем о другом — как со всем этим быть. В идеале хотелось бы выжать из котла все, на что он способен и хотя-бы немножечко еще.
Пожалуй, самое простое и очевидное, что можно сделать — это чистка. Чем чище котел, тем меньше сопротивление тепловых переходов между уходящими газами и теплоносителем, тем меньше улетает в трубу тепла, тем эффективнее работает котел. Хотя, прочистить дымовой канал КЧМ — та еще проблема, и добраться до всех ребер просто нереально.
Если котел правильно настроен, сажи должно быть немного.
Но не только отложения в топке снижают КПД котла, но и в рубашке грязи может скопиться не мало.
Здесь уже простым ершиком и шампуром не обойтись. Здесь нужно технически. Удобно, если обвязка котла предусматривает контур для его промывки. А если нет? Только разбирать обвязку. Но я уже давно хотел переделать тепловой узел, вот и совместим одно с другим.
Слабое место КЧМ на мой взгляд — фланцевые соединения на болтах. Еще при при первоначальном монтаже на фланце подачи обратки пару резьб монтажники сорвали, даже не заметив. Хотели рассверлить и нарезать новую резьбу, покрупнее, но я предпочел поставить простые шпильки. Лет пятнадцать они простояли, не дав ни капли течи под прокладками, в отличие от фланцев на болтах. Заменю теперь по кругу. Не понятно, почему на заводе так не сделали.
Как промыть котел
Теперь попробуем внедрить контур для удобной промывки котла в новую обвязку. Это нижний фланец для обратки.
Я не буду оставлять диагональное включение котла, а распараллелю прямую и обратную подачу на все фланцы. Так циркуляция станет более равномерной и не будет застойных зон.
Для более активной промывки очень неплохо было бы подавать вместе с водой и сжатый воздух, чтобы бурлящие турбулентные потоки вымывали отложения на стенках рубашки и уносили с собой во внешний фильтр. Для этого я изготовил специальную оснастку в виде трубы с отверстиями, аккурат по центру каждой секции.
Как ее погружать? Да через предусмотренную именно для этого торцевую заглушку. Надеюсь, по фото все понятно и лишние комментарии не нужны.
Система проста, причем, до безобразия: бочка, в ней горячая вода с добавлением ортофосфорной кислоты и мощный дренажный насос, который стоит не просто на дне, а на сите, фильтрующем твердые отложения, вымываемые из котла, которые и остаются там.
Дополнительно вода фильтруется старым полотенцем, намотанным на трубу излива. К тому же, устраняем шум водопада и разбрызгивание по сторонам.
Вытяжка просто необходима, поскольку при работе от бурлящей кислоты просто не продохнуть. Зачем дышать тем, что можно легко отвести в тот же дымоход?
Здесь видно только часть новой обвязки, и промывка на фото идет по временной схеме через излив из старой трубы. Теперь же для промывки котла нет необходимости хоть что-то разбирать — достаточно нескольких простых манипуляций с вентилями и подсоединения двух шлангов к внешнему насосу и все. Подачу я уже показывал, а обратка от промывки идет здесь, жаль, на фото не оказалось вентиля и штуцера, они внизу.
А это воздушный сепаратор. Сварщики, когда обваривали систему, все смеялись над его незатейливой конструкцией и сначала отказывались его делать по моим эскизам, но когда увидели в деле, долго цокали языками.
Манометр — измеритель уровня теплоносителя в моей открытой системе. Легко читается, точно указывает, а что еще от него нужно?
Что дальше? Обмазать глиной лючки котла и дать ей просохнуть. Я не знаю, как кто вообще с глиной работает, но у меня она нормально не сохнет и все норовит растрескаться. Но ничего, регулярная промазка трещин в итоге решает проблему.
Настройка котла
Теперь самое вкусное — танцы с бубнами. Читай — запуск и настройка работы котла. Проверил форсунки и ужаснулся — диаметры сопел оказались куда больше, чем прописано в том же мануале к котлу, а я то все голову ломал, почему мне приходится зажимать кран на подаче, чтобы усмирить пламя в топке. Придется уменьшать: берем жало от паяльника и режем его на нужное количество частей, рассверливаем диаметр сопел под получившиеся вставки и запрессовываем их.
Остается аккуратно рассверлить форсунки с новым диаметром. Лучше в несколько проходов разными сверлами.
Теперь пламя не такое сильное, но все-равно, лучше давление держать под контролем.
Разумеется, манометр подключен только на время регулировки давления в коллекторе.
Кстати, сравнивал расход газа при давлении на горелке в 1,0кПа, когда котел уже достаточно шумен, но еще не ревет, как при номинальных 1,3кПа, и пониженном давлении до 0,8кПа, при котором горение газа ровное и практически бесшумное.
На форумах уже не раз встречался вопрос об экономичности котлов на разных режимах. Например, что выгоднее: долго и медленно греть воду на малом огне, при этом выбрасывая в трубу якобы не на один десяток кубов горячих отработавших газов больше, чем в режиме номинальной мощности, или же топить на большом газу, но за более короткий период его работы? Я сравнил расход газа и коэффициенты нагрузки котла, то есть удельное время его работы за период наблюдения, и оказалось, что при давлении в 1,0кПа котел хоть и работает меньшее время с Кн=0,37, чем при 0,8кПа с Кн=0,4, но расход газа при этом оказался выше на 6,7%. Это всего лишь один эксперимент, но уже есть о чем задуматься. Естественно, погода к моменту опытов уже устаканилась и котловая вода тоже была на одной отметке, то есть лично у меня к чистоте эксперимента претензий нет.
Как я вычислил коэффициент нагрузки котла? Да просто я пишу логи по ряду показателей. Вот фрагмент:
Здесь с выборкой в 12 секунд фиксируются показания нужных мне величин. Скоро добавятся еще столбцов семь-восемь, но сейчас нам нужен только одиннадцатый — «Нагрев». Это триггер работы котла: либо включен, 100%, либо выключен.
Дальнейшие манипуляции по вычислению Кн очевидны.
Самодельный датчик температуры уходящих дымовых газов
«Дым» — это температура отходящих газов прямо на срезе у котла. Я долгое время определял ее по ртутному лабораторному термометру, но сейчас поручил это роботу. Поскольку высокой точности вычислений не требуется, в качестве чувствительного элемента я выбрал самую обычную лампочку накаливания. Еще с шестого класса физики, — хотя, смотря кто по какой программе и в какое время учился в школе, — всем известно, что любой проводник имеет определенный температурный коэффициент сопротивления, а вот в лампочках накаливания он даже играет с ними злую шутку в момент включения: холодная нить имеет малое сопротивление, поэтому бросок тока в момент включения сжигает ее и лампа перегорает. И лишь с прогревом нити ее сопротивление растет и ток приходит к расчетным значениям.
Попробуем использовать это свойство в своих интересах. Суть моих экспериментов с миниатюрными лампочками с помощью фена паяльной станции иллюстрируется на фото ниже.
Зависимость в нашем диапазоне температур — линейная, что сильно упрощает задачу. Но эти лампочки рассчитаны на низкое напряжение, от 12 до 28В, а значит с низким сопротивлением.
В итоге я остановился вот на этой, самой маломощной из условно миниатюрных ламп на 220В и гораздо большим сопротивлением:
Чем же так важно сопротивление? А тем, что чем оно больше, тем больше и его дельта при нагреве, тем точнее вычисляется температура. По крайней мере, в моем случае.
Если кто-то пожелает сотворить систему, похожую на мою, советую начать именно с нее. Прицепив к термометру, погружаю датчик в дымоход, прямо у шабера.
ВМ8036 имеет два АЦП, и один из них задействован как раз под измерение температуры дымовых газов. Датчик — лампочка, подтянутая к шине +5В резистором 910Ом, если мне не изменяет память. То есть простой делитель напряжения. Соответственно, чем выше температура, тем больше падение напряжения на нити накаливания, тем больше значение будет и на АЦП.
Преобразование падения напряжения в физическую величину, то бишь в градусы, неоднократно описано в различных источниках, но основная трудность — это вычисление коэффициентов а и b во всем известной формуле линейной зависимости x=a*y+b. Я хорошо учился в старших классах и еще лучше — в институте, окончив его с красным дипломом, но по прошествии с тех пор целой эпохи, — а то и нескольких! — даже исчеркав целый лист писчей бумаги, решил не мудрствовать лукаво и вбил все в ёксель:
В первой колонке — температура, а во второй — сопротивление нити накаливания моего термочувствительного элемента. Строим по этим данным график. Короткий получился, да. Нужно аппроксимировать. Как? Правой кнопкой мыши по графику — добавить линию тренда. В окошке формата линии тренда — галочки «показывать уравнение на диаграмме», можно еще поместить величину достоверности аппроксимации. Получаем то, что приведено на картинке выше.
Но для перевода сопротивления в градусы этого мало, нужно ввести два параметра АЦП в ВМ8036 в пунктах «Минимум» и «Максимум», соответствующим х при у равном 0 и 1023. В моей формуле это -271,5 и 1828,3, но я позже при юстировке подогнал их к значениям -274 и 1830 соответственно.
Другой вход АЦП пока ничем полезным не занят и просто смотрит за активностью котла по логическим значениям: при работе горелки на входе АЦП +5В, при выключенной — 0В. Контакты на входе АЦП коммутирует реле, включенное параллельно электроклапану горелки.
Минимум и максимум в настройках АЦП — 0,1 и 100, суффикс — %.
Эксперимент с датчиком уличной температуры
Везде и всюду встречаю одну и ту же рекомендацию по установке внешнего датчика температуры — как можно дальше от стен и окон, дескать, они вносят искажения в измерения. Я понимаю, что так точность показаний уличной температуры будет выше, но разве нам для системы отопления нужна именно точность абсолютной температуры забортного воздуха? Зачем? Для обратной связи погодозависимой автоматики точное следование за погодой — зло.
Впрочем, все зависит от теплоемкости здания и финскому домику тут можно не переживать. А массивным кирпичным домам?
Первый сезон работы с ТРМ-151 показал, что нельзя управлять системой отопления без учета тепловой инерции здания. Ведь логика тупого автомата проста: похолодало — поддали дровишек, потеплело — нужно сбросить. И получается, что при внезапных морозах котел дает газу, батареи — кипяток, а дома — тропики, хоть окна распахивай, ведь стены еще держат тепло и лишь через какое-то время будут промерзать сильнее. А при резком потеплении — холодно. На улице потеплело? Сбросить газ! А ведь еще рано!
У всех своя теплоинерционность, у меня же — почти сутки. По крайней мере, когда я управлял котлом вручную, можно было лишь на следующий день после скачка погоды корректировать уставку.
Этот неприятный нюанс я устранил своей поправкой в виде самого обычного кирпича.
Для этого я в нем высверлил углубление под корпус датчика ДТС и отверстие ф6мм под сам его зонд.
Тепловая модель проста до безобразия: кирпич имеет достаточную теплоемкость для того, чтобы подбором термоизоляции получить требуемое время задержки, и все, что теперь нужно — это правильно утеплить кирпич в кожухе, чтобы не менял свою температуру раньше времени, но и не тянул с этим.
Для контроля постоянной времени я вместе с датчиком ДТС поместил в кирпич и датчик от ВМ8036, и еще один повесил снаружи. Судя по графику, термоизоляции можно было бы и добавить, займусь при случае.
Небольшая задержка получилась, часа четыре, но система отопления отрабатывает колебания температуры уже спокойнее и точнее.
Общее фото уже установленного датчика достаточно старое, сейчас между ним и стеной есть еще один слой термоизоляции со стороны стены и воздушная щель — со стороны кожуха. Это позволяет при изменении температуры и уже ощутимом ветре более интенсивно обдувать датчик, уменьшая тем самым постоянную времени в ветренную погоду. Если же ветра нет, датчик оказывается под влиянием тепловых полей дома и его температура поднимается на 1,2-1,5С.
Я не стал резать кожух, чтобы еще больше увеличить влияние ветра на уставку с помощью микровентиляции, пока хватает и этого, а там — посмотрим.
Если описывать и дальше каждый датчик — буквы кончатся, поэтому просто перечислю их кратко: вода прямая и обратная, выхлоп на срезе у котла, планирую поставить еще один на трубе почти у распушки, чтобы оценить, насколько падает температура в двенадцатиметровом дымоходе и оставляет тепла в доме, уличный датчик и мой кирпич, ну и по ГВС несколько штук. Возможно, появится комнатный датчик, и о нем я позже напишу.
Контроллер управления
Теперь само железо «робота» — это ТРМ-151 и ВМ8036.
Рабочая лошадка — ТРМ, но с небольшой доработкой. Дело в том, что он хоть и предусматривает работу с двумя свободно программируемыми графиками зависимости уставки от датчика уличной температуры, но переключение между ними настолько сложно реализовано, что проще об этом даже не вспоминать. А ведь хотелось бы иметь и «ночной» режим. Как быть?
Я пошел самым простым и очевидным путем: внесением изменений в сопротивление датчика котловой воды. Для этого я врезал в цепь термодатчика НЗ контакты реле, на которых висит добавочный резистор. Пока реле не включено, сопротивление термодатчика неизменно. Как только контакты размыкаются, цепь термодатчика увеличивается на величину добавочного сопротивления. И это может быть не реле, а тумблер, которым можно вручную вносить поправки к графику уставки ТРМ. И даже не один тумблер. Я решил поставить два реле, управляемых по программам ВМ8036.
Таким образом, я смогу реализовать по таймеру не только ночной режим, но и обратную связь по комнатной температуре. Например, как только температура в комнате достигает заранее установленного значения, включается реле и уставка уменьшается на несколько градусов. При уменьшении температуры в комнате — поправка отменяется и уставка возвращается обратно. Считаю, что уменьшение уставки — более правильный путь, нежели полное отключение котла, как это предусмотрено работой обычных комнатных термостатов.
Величины добавочных сопротивлений можно высчитать самостоятельно под свои нужды по известной зависимости, см. в таблице, я же решил использовать сразу три, выбирая подходящее трехпозиционным переключателем.
Как это работает? Посмотрим на диаграмму.
Здесь r — сопротивление термодатчика, установленного в гильзе котла. Пока исполнительное реле не включено, поправка к сопротивлению термодатчика не вносится. Но, допустим, у нас переключатель находится в нейтральном положении и при срабатывании реле добавляется сопротивление, равное R1+R2 — фиолетовая прямая R12. Если у нас была уставка, скажем, на 70С, то при срабатывании реле сопротивление в цепи термодатчика увеличивается и ТРМ думает, что температура поднялась до 80С и нивелирует это колебание, таким образом мы снизим температуру теплоносителя на 10С. Если переключением тумблера оставить в работе только R1 — на 6С, если только R2 — на 3,5С соответственно. Это если грубо, тут точность не важна, у нас же не ответственные технологические процессы, а настройка системы отопления по субъективным ощущениям.
Разумеется, можно набрать резисторов на многопозиционном переключателе куда больше, или оставить всего один резистор, кому как больше нравится.
Аналогично работает и второй канал с помощью второго реле.
Оба реле управляются двумя выходами ВМ8036 — одно по ночному расписанию, второе — по комнатному датчику. В перспективе, конечно, а пока все руки никак не дойдут прокинуть кабель до котельной.
Погода нынче такая, что оценить, насколько стал котел эффективнее работать, не представляется возможным. Но уж точно — не хуже!
