УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ПЛАМЕНИ ГОРЕЛКИ

Устройство контроля пламени горелки
Изобретение относится к области автоматического контроля наличия пламени в камере сгорания огнетехнической установки и может быть использовано для контроля работы энергетических и промышленных парогенераторов, а также любых других огнетехнических установок, сжигающих .различные виды топлива.
Селективный контроль пламени каждой горелки необходим для предотвращения аварийных ситуаций, связанных с возможностью взрыва или переполнения камеры сгорания несгоревшим топливом. Проблема такого контроля связана о возможностью прохождения ложных сигналов о наличии пламени от соседних горелок и раскаленных стенок камеры сгорания, а также об отсутствии пламени при неисправности самой системы контроля.
Известно принимаемое за прототип устройство контроля пламени горелки, содержащее два фотоэлектрических датчика, двухканальную электрическую схему обработки поступающих к датчикам оптических сигналов, арифметическое устройство с двумя входами, подключенными соответственно к выходам первого и второго каналов, и подключенное к выходу арифметического устройства управляющее устройство С13. В этом устройстве фотоэлектрические датчики ориентированы на одну и ту же зону пламени не параллельно оси горелки под разными углами. При нормальной работе горелки (наличие пламени) разность сигналов на входе в арифметическое устройство равна нулю. Предполагается, что при погаоании пламени датчики, ориентированные под разными углами, будут воспринимать излучение из разных температурных зон топки, что приведет к появлению на входе арифметического устройства сигнала, отличного от нуля, вызывающего срабатывание управляющего устройства. Однако не исключено, что в случае погасания пламени пространственные зоны топки, визируемые датчиками, могут иметь близкие температуры, что приведет к ложному срабатыванию управляющего устройства. Предусматриваемые в Ш меры на этот случай существенно усложняют электрическую схему устройства, что может отрицательно повлиять на надежность ее работы. Кроме того, ориентация датчиков не по оси горелки вызывает сложности конструктивной реализации, требуя оранивации нештатных проходов в обмуровке котла.
Достигаемым результатом изобретения является повышение надежности селективного контроля пламени путем улучшения отстройки от ложных сигналов.
6 F S3 N 5/08
Для достижения указанного результата в устройстве контроля пламени горелки, содержащем два фотоэлектрических датчика, двухканальную электрическую схему обработки поступающих к датчикам оптических сигналов, арифметическое устройство с двумя входами, подключенными соответственно к выходам первого и второго каналов, и подключенное к выходу арифметического устройства управляющее устройство, соглээно изобретению оба датчика ориентированы на корневую зону пламенного факела горелки вдоль ее оси и имеют различную спектральную характеристику, причем спектральная характеристика одного ив датчиков выбрана в области 0,6 - 1,1 мкм., а второго - в области 2,0 - 3,5 мкм.
На чертеже представлена принципиальная схема устройства согласно предлагаемому изобретению.
Устройство содержит два фотоэлектрических датчика 1 и 2, двухканальную электрическую схему с базовым каналом 3 и измерительным каналом 4 обработки поступающих соответственно к датчикам 1,2 оптических сигналов, арифметическое устройство (АУ) 5 с двумя входами 6 и 7, подключенными соответственно к выходам 8,9 базового и измерительного каналов, и подключенное к выходу АУ 5 управляющее устройство (УУ) 10. Оба датчика 1,2 ориентированы на корневую зону пламенного факела горелки вдоль ее оси (на чертеже не показано) и имеют различную спектральную характеристику, причем спектральная характеристика подключенного к базовому каналу 3 датчика 1 выбрана в области 0,6 1,1 мкм, а подключенного к измерительному каналу 4 датчика 2 - в области 2,0 - 3,5 мкм. В частности, в качестве фотоэлектрического датчика 1 может быть использована микросхема, включающая кремниевый фотодиод, имеющая спектральную характеристику в указанном выше диапазоне с максимумом 0,95 мкм; а в качестве датчика 2 - фоторезистор с оптическим фильтром в указанном выше диапазоне и максим-умом 3,0 мкм. Электрическая схема обоих каналов 3,4 выполнена идентично и содержит последовательно включенные предварительный усилитель 11 поступающих от датчиков 1, 2 электрических сигналов, фильтр высокой частоты (ФВЧ) 12, амплитудный детектор (АД) 13, регулируемый усилитель (РУ) 14 чувствительности фотоэлектрических датчиков и сглаживающий фильтр (СФ) 15. К выходам РУ 14 подключена дополнительная электрическая
схема 16 выделения сигнала самодиагностики от генератора 17 светового излучения частотой 2 кГц, подключенного к излучающему светодиоду 18. Схема 16 содержит, настроенные на указанный сигнал полосовые фильтры (ПФ) 19, логическое устройство (ЛУ) 20 ИЛИ и пороговое устройство (НУ) 21. Уровень сигнала диагностики подбирается таким,
- 2 чтобы он был в 10 раз меньше уровня рабочего сигнала.
В основу работы предлагаемого устройства контроля пламени положен принцип выделения пульсаций яркости факела пламени при сгорании топлива, что позволяет отстроиться от излучения стенок топки, не имеющего пульсаций, а также от излучения соседних и встречных горелок за счет выбора спектральных характеристик датчиков и частотной полосы пропускания двухканального электрического тракта.
Устройство работает следующим образом. Вырабатываемые датчиками 1 и 2 электрические сигналы поступают по соответствующим  каналам 3,4 в усилители 11, затем в ФВЧ IS, где формируется амплитудно-частотная характеристика, ограничиваемая снизу частотой 300 Гц. Эта частота определяется исходя из того, чтобы надежно подавить могущий проникнуть в область визирования датчиков сигнал, вызванный флуктуациями краев пламени соседних горелок с частотой менее 100 Гц. Далее сигналы поступают на АД 13, где путем диодного детектирования из общего сигнала выделяются полезные сигналы пульсаций пламени, которые поступают на РУ 14, о помощью которых регулируется чувствительнось датчиков 1,2 по условиям надежного срабатывания УУ 10. Из РУ 14 сигналы поступают в ОФ 15, а оттуда на входы 5,7 АУ 5, в котором производится деление поступающих сигналов по модулю. Б СФ 15 при помощи изменения постоянных времени заряда и разряда емкости осуществляеся регулировка времени задерки срабатывавния и отпускания выходного реле УУ 10 в соответствии с требованиями технической эксплуатации конкретной огнетехнической установки. Результирующий сигнал с выхода АУ 5 поступает на вход УУ 10, включающего сигнализацию или автомат аварийного отключения подачи топлива в горелку (на чертеже не показаны). С выхода РУ 14 снимаются также сигналы самодиагностики, поступающие в базовый и измерительный каналы 3,4 от светодиода 2. Эти сигналы выделяются из полезных сигналов с помощью ПФ 19 и обрабатываются в ЛУ 20, результирующий сигнал из которого подается на ПУ 21, включающего сигнализацию (на чертеже не показана) о неисправности в цепях контроля. Дополнительной функцией СФ 15 является предотвращение прохождения в УУ 10 сигнала самодиагностики.
Селективность контроля предлагаемого устройства обусловлена наличием двух каналов, работающих в разных диапазонах длин волн с последующим их сравнением в АУ 5. При этом сигнал базового канала 3 с диапазоном 0,6 - 1,1 мкм зависит только от яркости пламени (то есть, от его температуры), тогда как сигнал измерительного канала 4 с максимумом спектра 3 мкм зависит не только от яркости пламенного факела, но в большей степени от его удаленности от фотоэлектрического датчика, так как в этой спектральной области происходит значительное затухание сигнала в продуктах сгорания (пары НЈ0 и CCfe) В связи с этим данное устройство не реагирует на излучение факела противолежащей горелки. При наличии лишь одного измерительного канала отстройка от излучения противолежащей горелки была бы менее надежной в случае флуктуации яркости пламени последней, превышающей определенный предел. В предлагаемом устройстве такая опасность исключается за счет того, что на отношение сигналов измерительного и базового каналов изменение яркости пламени не влияет, поскольку воздействует в одинаковой степени на оба фотоэлектрических датчика 1,2.
Источники информации:
1.Авторское свидетельство СССР No 714100, 2 F 23 N 5/08, 1977.
- 4 Формула