Адаптивный детектор пламени

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к контролю технологических процессов и может быть использована в области автоматизации технологических процессов в части контроля и управления рабочих параметров горелок теплоэнергетических устройств.
Уровень техники
Известен фотодатчик для контроля пламени и локальных источников света, содержащий тубус, объектив, окуляр, чувствительный элемент и клеммное устройство, при этом с целью исключения появления ложного сигнала при перемещении измеряемого объекта перпендикулярно оптической оси, между линзой и ее фокусом установлен фотодиод (см. пат.RU №230436, МПК G01D 5/36, опубл. 30.10. 1968 г., бюл. №30, опубл. 06.03.1969 г.).
Недостатком данного фотодатчика является недостаточно высокие эксплуатационные качества и надежность работы.
Известно устройство селективного контроля пламени, в области контроля и управления работой теплоэнергетических устройств, предназначенное для автоматического контроля наличия пламени в любых устройствах, сжигающих топливо с именно для селективного контроля факела основной горелки в многогорелочных котлах со встречным расположением горелок или с плотным расположением горелок, где затруднен индивидуальный контроль факела горелки, а также для контроля общего факела в топке котла и для формирования сигнала в систему защиты котла на отключение подачи топлива при погасании пламени (см. пат. №135773, МПК F23N 5/ 08, опубл. 20.12.2013 г.).
Недостатком данного устройства являются невысокая надежность работы.
Известно устройство контроля пламени, в котором система управления содержит ионизационный электрод, первый датчик пламени, первую схему преобразования сигналов в оперативной связи с ионизационным электродом, вторую схему преобразования сигналов в оперативной связи с первым датчиком пламени, блок вывода, процессор в оперативной связи с первой и второй схемами преобразования сигналов и с блоком вывода, причем процессор выполнен с возможностью: приема первого и второго ионизационных сигналов, указывающих на ионизационные токи, с помощью первой схемы преобразования сигналов от ионизационного электрода, причем второй ионизационный сигнал принимается после первого ионизационного сигнала; приема первого и второго сигналов пламени, указывающих на излучения, исходящие из пламени, с помощью второй схемы преобразования сигналов от Первого датчика пламени, причем второй сигнал пламени принимается после первого сигнала пламени; формирования производного ионизационного сигнала как функции от первого и второго ионизационных сигналов; формирования производного сигнала пламени как функции от первого и второго сигналов пламени; определения существует ли состояние отрыва пламени, на основе производного ионизационного сигнала и на основе производного сигнала пламени; и если состояние отрыва пламени существует, формирования предохранительного сигнала и передачи предохранительного сигнала в блок вывода (см. пат. №2727815, МПК F23N 5/08, F23R 3/00, F23N 5/24, опубл. 24.07.2020 г.).
Недостатком данного устройства является недостаточно надежное обеспечение контроля пламени, сложность конструкции.
Известен датчик ионизационный сигнализатора пламени, содержащий центральный электрод ионизации с внутренним охлаждающим каналом, а также входным и выходным отверстиями забора и выпуска хладагента, причем выходное отверстие выполнено на концевом участке центрального электрода ионизации, при этом для датчика, центральный электрод ионизации которого установлен в форсажной камере газотурбинного двигателя, упомянутый электрод выполнен изолированным от корпуса форсажной камеры, при этом входное отверстие забора хладагента выполнено в области натекания основного газового потока на упомянутый электрод с наибольшим полным давлением газа, проходящего через форсажную камеру, а выходное отверстие выпуска хладагента выполнено в следе стабилизатора пламени в зоне горения с наименьшим полным давлением газа, проходящего через форсажную камеру.
В датчике ионизационного сигнализатора пламени в качестве хладагента применяют газотопливную смесь.
В датчике ионизационного сигнализатора пламени, концевой участок центрального электрода ионизации расположен на расстоянии не более 1,5 от полки стабилизатора пламени, где - длина полки стабилизатора (см. пат. №2712532, МПК F23R 3/00, G01N 30/68, опубл. 29.01.2020 г.).
Недостатком данного датчика является сложность конструкции, невысокая надежность.
Известен извещатель пламени, содержащий фотодетекторы различных областей инфракрасного диапазона и вспомогательное электронное оборудование, при этом все электронные элементы расположены на печатных платах, установленных в поперечных сечениях цилиндрического корпуса разделенного перегородкой с центральным отверстием на два отсека, при этом корпус с одной стороны закрыт фронтальной крышкой, а с другой - основанием, оснащенным разъемом для присоединения кабельного ввода и кронштейном со стороны фронтальной крышки в первом отсеке корпуса последовательно расположены установочная плата, сигнальная плата, плата контроллера и плата питания, а во втором отсеке - коммутационная плата и соединительная плата (см. пат. RU №114386, МПК G08B 17/12, опубл. 20.03.2012 г.).
Недостатками данного извещателя пламени является сложность его производства и обслуживания.
Наиболее близкий и принятый авторами за прототип, является датчик погасания пламени, состоящий из приемника излучения, цепи интегрирования, цепи задержки и подсчета импульсов, электронного ключа, при этом он дополнительно включает в себя цепь установки темнового тока, узел сравнения и балансировки, генератор стабильности тока, входной каскад датчика, осуществляющий самобалансировку по мере старения фотоприемника и уменьшения коэффициента пропускания оптических узлов. В устройстве, входной каскад выполнен на основе микромощного операционного усилителя, не оказывающего влияния на формирование тока в цепи питания датчика, переключение микромощного операционного усилителя происходит за счет неодинакового времени заряда емкостей, подключенных к инвертируемому и не инвертируемому входам. В устройстве, датчик запитан по двухпроводной схеме от измерительного модуля распределенной системы управления 24 В. В устройстве, выходной сигнал датчика на уровне 5 мА и задается генератором стабильного тока. В устройстве, датчик полностью залит компаундом, выполнен в виде цилиндрического модуля и помещен в тубус. В устройстве, цилиндрический модуль может содержать один, два (1×2), три (1×3) или четыре (1×4) датчика. В устройстве, датчики цилиндрического модуля в исполнении 1×2, 1×3, 1×4 соединены параллельно. В устройстве, одновременно производится простая самодиагностика канала измерения, регистрация отказа датчиков, контроль наличия факела, определение стабильности горения. В устройстве, выходной сигнал модуля токовый - пассивный (см. пат. №2553826, МПК F23N 5/24, опубл. 20.06.2015 г.).
Недостатком данного датчика является сложность конструкции.
Раскрытие полезной модели Задачей предлагаемой полезной модели является разработка адаптивного детектора пламени, обладающего гарантированным
детектированием наличия или отсутствия пламени, в отсутствие зависимости от типа горелочного устройства, места установки, режима горения, формирования управляющего сигнала штатной системы автоматики, упрощением его сборки и обслуживания.
Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к гарантированному детектированию наличия или отсутствия пламени, в отсутствие зависимости от типа горелочного устройства, места установки, режима горения, формированию управляющего сигнала штатной системы автоматики, упрощению его сборки и обслуживанию.
Технический результат достигается с помощью адаптивного детектора пламени, содержащего выносной блок датчика, термодатчик, фотодатчик, при этом он дополнительно снабжен блоком обработки и управления, включающим в себя кнопку калибровки, блок цифровой обработки и управления, состоящий из амплитудно-цифрового преобразователя, блока области данных и блока логической обработки и управления, блок формирования выходного сигнала, блок индикации, нормирующий преобразователь, при этом термодатчик и фотодатчик подключены к амплитудно-цифровому преобразователю, кнопка калибровки подключена к блоку области данных, блок логической обработки и управления соединен с блоком области данных, с амплитудно-цифровым преобразователем, с блоком формирования выходного сигнала и с блоком индикации, выход блока формирования выходного сигнала подключен к выходу схемы, а вход питания подключен к нормирующему преобразователю.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что адаптивный детектор пламени содержит выносной блок датчика, термодатчик, фотодатчик, при этом он дополнительно снабжен блоком обработки и управления, включающим в себя кнопку калибровки, блок цифровой обработки и управления, состоящий из амплитудно-цифрового преобразователя, блока области данных и блока логической обработки и управления, блок формирования выходного сигнала, блок индикации, нормирующий преобразователь, при этом термодатчик и фотодатчик подключены к амплитудно-цифровому преобразователю, кнопка калибровки подключена к блоку области данных, блок логической обработки и управления соединен с блоком области данных, с амплитудно-цифровым преобразователем, с блоком формирования выходного сигнала и с блоком индикации, выход блока формирования выходного сигнала подключен к выходу схемы, а вход питания подключен к нормирующему преобразователю.
Краткое описание чертежей и иных материалов
На фиг. дан адаптивный детектор пламени, функциональная схема. Осуществление полезной модели
Адаптивный детектор пламени содержит выносной блок 1 датчика, термодатчик 2, фотодатчик 3, при этом он дополнительно снабжен блоком 4 обработки и управления, включающим в себя кнопку 5 калибровки, блок 6 цифровой обработки и управления, состоящий из амплитудно-цифрового преобразователя 7, блока 8 области данных и блока 9 логической обработки и управления, блок 10 формирования выходного сигнала, блок 11 индикации, нормирующий преобразователь 12, при этом термодатчик и фотодатчик подключены к амплитудно-цифровому преобразователю, кнопка калибровки подключена к блоку области данных, блок логической обработки и управления соединен с блоком области данных, с амплитудно-цифровым преобразователем, с блоком формирования выходного сигнала и с блоком индикации, выход блока формирования выходного сигнала подключен к выходу схемы, а вход питания подключен к нормирующему преобразователю. Адаптивный детектор пламени, содержащий выносной блок датчика, термодатчик, фотодатчик, при этом он дополнительно снабжен блоком обработки и управления, включающим в себя кнопку калибровки, блок цифровой обработки и управления, состоящий из амплитудно-цифрового преобразователя, блока области данных и блока логической обработки и управления, блок формирования выходного сигнала, блок индикации, нормирующий преобразователь, при этом термодатчик и фотодатчик подключены к амплитудно-цифровому преобразователю, кнопка калибровки подключена к блоку области данных, блок логической обработки и управления соединен с блоком области данных, с амплитудно-цифровым преобразователем, с блоком формирования выходного сигнала и с блоком индикации, выход блока формирования выходного сигнала подключен к выходу схемы, а вход питания подключен к нормирующему преобразователю.
Режим горения и, связанный параметр детектирования наличия пламени зависит от ряда условий:
Режим горения. Запальник/ Большой газ в дискретном режиме (50-100) или с регулятором давления горелки.
Условия горения. Срок эксплуатации, а также физические характеристики наддува (приточной вентиляции) влияет на характер горения в части спектра, интенсивности, отрыва).
Условие детектирования. Взаимное положение датчика пламени относительно горелки определяет достоверность детектирования горения при различных режимах эксплуатации.
Описанные влияющие параметры определяют степень надежности и безопасности эксплуатации подогревателей газа (в т.ч. котлов). Детектирование пламени является определяющим в алгоритме блокировки ПГА. И качество процесса непосредственно влияет на безопасную эксплуатацию, как в качестве ложных остановов (риск обмерзания трубопроводов, загидрачивания, размораживания и т.п.), так и рисков возникновения загазованности при погасании пламени. Следовательно, проработка вопроса достоверного детектирования пламени является актуальной задачей надежности и безопасности эксплуатации возложенной на систему автоматизации ПГА.
Значение освещенности преобразуется АЦП и далее обрабатывается алгоритмом, который учитывает параметры интенсивности, частоты всполохов, спектр. Устройство цифровой обработки позволяет выполнить точную калибровку датчика под заданный режим. Нажатие кнопки «Калибровка» создает массив значений пламени за определенный интервал времени (10 секунд), далее алгоритм рассчитывает из массива диапазон достоверности значения освещенности, при котором происходит гарантированное горение, при заданном режиме, текущем состоянии горелки и взаимном местоположении.
Таким образом, процесс детектирования пламени адаптивен и обеспечивает высокую надежность, в сравнении с методами измерения, известными и эксплуатируемыми на данный момент, в составе штатных систем. Чувствительный элемент (ЧЭ) разработан с учетом возможных температурных дрейфов. Термокомпенсация производится также на уровне программы, путем измерения значения терморезистора встроенного в ЧЭ, сравнения с эталонным значением и последующей дизъюнкцией значения от результата оцифровки от ЧЭ. Таким образом, достигается стабильность показаний датчика пламени во всем диапазоне температур. Выходное значение о наличии отсутствии пламени реализовано как «сухой контакт». Гальванически развязанный релейный выход позволяет выполнить интеграцию устройства в любую схему автоматизации. ЧЭ выполнен выносным, в герметичном (заливка эластомером) корпусе. Напряжение в кабеле, выносного ЧЭ, не превышает 5 В. Эти конструктивные факторы делают эксплуатацию устройства абсолютно безопасной во взрывопожарной среде и не требует специальных технических решений по монтажу.
Адаптивный детектор пламени, содержащий выносной блок датчика, термодатчик, фотодатчик, при этом он дополнительно снабжен блоком обработки и управления, включающим в себя кнопку калибровки, блок цифровой обработки и управления, состоящий из амплитудно-цифрового преобразователя, блока области данных и блока логической обработки и управления, блок формирования выходного сигнала, блок индикации, нормирующий преобразователь, при этом термодатчик и фотодатчик подключены к амплитудно-цифровому преобразователю, кнопка калибровки подключена к блоку области данных, блок логической обработки и управления соединен с блоком области данных, с амплитудно-цифровым преобразователем, с блоком формирования выходного сигнала и с блоком индикации, выход блока формирования выходного сигнала подключен к выходу схемы, а вход питания подключен к нормирующему преобразователю.
Предлагаемая полезная модель по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями, имеет следующие преимущества:
- упрощение изготовления адаптивного детектора пламени, его сборки и обслуживания;
- высокая надежность и безопасность эксплуатации подогревателей газа, в том числе и котлов;
- гарантированное детектирование наличия или отсутствия пламени в отсутствие зависимости от типа горелочного устройства, места установки, режима горения;
- использование одного вида устройств (разработанное), вне зависимости от конструкции и режима эксплуатации теплоэнегетической установки.
- оперативное регулирование чувствительности детектора, в соответствии с изменениями технологического режима.
- интеграция в существующие схемы автоматизации, без значимых изменений в штатной схеме автоматизации.