СПОСОБ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ГОРЕНИЕМ В ГОРЕЛКЕ РАБОТАЮЩЕГО НА ГАЗООБРАЗНОМ ТОПЛИВЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГОРЕНИЕМ, РАБОТАЮЩАЯ В СООТВЕТСТВИИ С УПОМЯНУТЫМ СПОСОБОМ

1. Способ контроля и управления горением в горелке (1) работающего на газообразном топливе устройства типа, содержащего датчик (8) с электродом (E1), расположенным в пламени или рядом с ним и выполненным с возможностью запитывания от генератора напряжения, а также соединенным с электронной схемой, выполненной с возможностью измерения результирующего потенциала на этом электроде (E1),
при этом способ содержит:
- первую фазу получения и обработки данных из экспериментальных условий, содержащую следующие этапы:
- выявляют множество экспериментальных условий горения для горелки (1), причем для каждого из упомянутых условий
- подают на горелку соответствующую мощность (P1, P2, …, Pn) из числа n заранее выбранных уровней мощности, и дополнительный значимый параметр характеристик (K1, K2, …, Km) горения, c числом m уровней, соотнося с каждым уровнем n мощности соответствующие уровни m упомянутого дополнительного параметра,
при этом каждое экспериментальное условие повторяют заданное число r раз,
- подают при каждом из упомянутых (n*m*r) экспериментальных условий сигнал электрического напряжения на упомянутый электрод (E1), а после отключения сигнала, подаваемого на электрод, выполняют серию выборок результирующего сигнала отклика на электроде,
- рассчитывают на основании последовательности выборочных значений соответствующие характеристические параметры формы волны упомянутого сигнала отклика для каждого из упомянутых экспериментальных условий,
- рассчитывают на основании полученных экспериментальных данных функцию корреляции, способную устанавливать однозначное соотношение упомянутой мощности (P) и упомянутого дополнительного значимого параметра (K) из характеристик горения с характеристическими параметрами формы волны сигнала на электроде (E1) в процессе горения горелки (1),
- и вторую фазу оценки значимых параметров характеристик горения при фактических рабочих условиях горелки (1), содержащую следующие этапы:
- подают при упомянутых фактических рабочих условиях сигнал электрического напряжения на упомянутый электрод (E1), а после отключения подаваемого на электрод сигнала выполняют серию выборок результирующего сигнала отклика на электроде,
- рассчитывают на основании последовательности выборочных значений соответствующие характеристические параметры формы волны упомянутого сигнала отклика для упомянутого рабочего условия,
- рассчитывают оцененное значение требуемой характеристики горения, используя упомянутую функцию корреляции.
2
2. Способ по п. 1, в котором упомянутый дополнительный значимый параметр характеристики горения выбирают по меньшей мере из воздушного числа (λ), понимаемого как соотношение между количеством воздуха в процессе горения и количеством воздуха для стехиометрического горения, и концентрации CO или CO в процессе горения.
3. Способ по п. 1, в котором характеристические параметры формы волны сигналов отклика получают путем применения функционального преобразования.
4. Способ по п. 2, в котором характеристические параметры формы волны сигналов отклика получают путем применения функционального преобразования.
5. Способ по п. 1, в котором функцию корреляции, которая позволяет устанавливать соотношение измеренной формы волны со значимым параметром характеристик горения, получают путем применения методов регрессионного анализа.
6. Способ по п. 1, в котором на электрод (E1) подают периодический, импульсный сигнал напряжения.
7. Способ по п. 6, в котором упомянутый импульсный сигнал напряжения содержит в течение периода сигнала первый импульс с положительной амплитудой, после которого следует второй импульс с отрицательной амплитудой.
8. Способ по п. 6, в котором упомянутый импульсный сигнал напряжения содержит в течение периода сигнала импульс с положительной или отрицательной амплитудой.
9. Способ по п. 2, который предусматривает, что:
- подают на электрод (E1) напряжение с импульсной, переменной формой волны при постоянной амплитуде (M) и с заданной частотой (f),
- получают сигнал отклика после каждого отдельного импульса на электроде,
- применяют для формы волны сигнала, полученного на электроде, дискретное преобразование Фурье (DFT) на частоте формы волны электрода и на ее последующих гармониках, получая амплитуду (M) и фазу (Ф) для упомянутых частот,
- выполняют упомянутую операцию для каждого из упомянутых экспериментальных условий, соответствующих мощностям (P1, P2, …, Pn), и для каждого из них при значениях воздушного числа (λ1, λ2, λm) выполняют заданное число (r) повторений для каждого из упомянутых условий, с общим числом наблюдений, равным n*m*r,
- рассчитывают для каждого экспериментального условия (i, j) амплитуды (M1i,j, M2i,j, …, Mpi,j) и фазы (Ф1i,j, Ф2i,j, …, Фрi,j), применяя дискретное преобразование Фурье (DFT),
где p представляет собой гармонический максимум, для которого применяют дискретное преобразование Фурье (DFT),
- вставляют значения амплитуды (M) и фазы (Ф) в линейную систему, в которой каждый ряд состоит из экспериментального наблюдения, выполненного при мощности Рi и воздушном числе λj, и в которой известный член представляет собой λj,
- устанавливают число экспериментальных наблюдений (n*m*r), которое больше, чем максимальное число гармоник (p), по меньшей мере равным 3p-2,
- решают линейную систему уравнений AB=λ,
где A - матрица экспериментальных данных, В - вектор неизвестных коэффициентов и λ - вектор, с помощью регрессионного метода наименьших квадратов, в соответствии с уравнением Мура- Пенроуза, где
T
-1
T
B=(AA)A,
- сохраняют в электронной схеме вектор B коэффициентов с размерностью, равной неизвестным системы или равной числу столбцов матрицы A, для использования следующего регрессионного уравнения:
где s и r могут принимать значение в диапазоне [1; 4] и p≥5,
- оценивают значение воздушного числа при фактических рабочих условиях посредством следующих этапов:
- получают сигнал напряжения на электроде для заданного интервала времени,
- рассчитывают амплитуду (М1, М2, …, Mp) и фазу (Ф1, Ф2, …, Фр) посредством дискретного преобразования Фурье,
- рассчитывают оценочное значение воздушного числа (λstim) с помощью следующего скалярного произведения:
10. Способ по п. 9, в котором частота выборки представляет собой функцию мощности, подаваемой на горелку (1).
11. Способ по п. 9, в котором существует первая частота выборки сигнала, соответствующая положительным импульсам, и вторая, отличающаяся частота выборки, соответствующая отрицательным импульсам.
12. Способ по п. 10, в котором существует первая частота выборки сигнала, соответствующая положительным импульсам, и вторая, отличающаяся частота выборки, соответствующая отрицательным импульсам.
13. Способ по п. 1, в котором предусмотренный датчик представляет собой датчик двухэлектродного типа, с первым и вторым электродами (E1, E2), расположенными с заданным промежутком, при этом напряжение, имеющее специфичную форму волны с течением времени, подают на первый электрод, потенциал, принимаемый вторым электродом, измеряют и обрабатывают с помощью электронной схемы посредством упомянутой выборки и гармонического анализа соответствующей формы волны.
14. Способ по п. 13, который предусматривает, что:
- подают на первый электрод (E1) напряжение с периодической формой волны при постоянной амплитуде (M) и с заданной частотой (f),
- применяют для формы волны, наблюдаемой на втором электроде (E2), дискретное преобразование Фурье (DFT) на частоте формы волны первого электрода (E1) и на ее соответствующих гармониках, получая амплитуду (M) и фазу (Ф) для упомянутых частот,
- выполняют упомянутую операцию для каждого из упомянутых экспериментальных условий, соответствующих мощностям (P1, P2, …, Pn), и для каждого из них при значениях воздушного числа (λ1, λ2, …, λm), выполняя для каждого из упомянутых условий заданное число (r) повторений с общим числом наблюдений, равным n*m*r,
- рассчитывают для каждого экспериментального условия (i, j) амплитуды (M1i,j, M2i,j, …, Mpi,j) и фазы (Ф1i,j, Ф2i,j, …, Фрi,j), применяя дискретное преобразование Фурье (DFT),
где p представляет собой гармонический максимум, для которого применяют дискретное преобразование Фурье (DFT),
- вставляют значения амплитуды (M) и фазы (Ф) в линейную систему, в которой каждый ряд получают из экспериментального наблюдения, выполненного при мощности Рi и при воздушном числе λj, и в которой известный член представляет собой λj,
- устанавливают число экспериментальных наблюдений (n*m*r), которое больше, чем максимальное число гармоник (p),
- решают линейную систему уравнений AB=λ,
где A - матрица экспериментальных данных, В - вектор неизвестных коэффициентов и λ - вектор, с помощью регрессионного метода наименьших квадратов, в соответствии с уравнением Мура-Пенроуза, где
T
-1
T
B=(AA)A,
- сохраняют в электронной схеме вектор B коэффициентов с размерностью, равной неизвестным системы или равной числу столбцов матрицы A, для использования следующего регрессионного уравнения:
где s и r могут принимать значение в диапазоне [1; 4] и p≥5,
- оценивают значения воздушного числа при фактических рабочих условиях посредством следующих этапов:
- получают сигнал напряжения на втором электроде (E2) для заданного интервала времени,
- рассчитывают амплитуду (М1, М2, …, Mp) и фазу (Ф1, Ф2, …, Фр) посредством дискретного преобразования Фурье,
- рассчитывают оценочное значение воздушного числа (λstim) по следующему скалярному произведению:
15. Способ по п. 9, который предусматривает расчет на упомянутой первой фазе множества векторов (B) коэффициентов калибровки, каждый из которых скоррелирован с соответствующими диапазонами (P) мощности между минимальной и максимальной допустимой мощностью, и по меньшей мере частичное наложение для достижения большей точности при оценке воздушного числа (λ).
16. Способ по п. 14, который предусматривает расчет на упомянутой первой фазе множества векторов (B) коэффициентов калибровки, каждый из которых скоррелирован с соответствующими диапазонами (P) мощности между минимальной и максимальной допустимой мощностью, и по меньшей мере частичное наложение для достижения большей точности при оценке воздушного числа (λ).
17. Способ по п. 9, который предусматривает расчет вектора (B) коэффициентов, скоррелированного с соответствующим семейством газов, для которых предназначена горелка (1), для обеспечения возможности выявления упомянутого семейства газов во время фазы установки горелки.
18. Способ по п. 14, который предусматривает расчет вектора (B) коэффициентов, скоррелированного с соответствующим семейством газов, для которых предназначена горелка (1), для обеспечения возможности выявления упомянутого семейства газов во время фазы установки горелки.
19. Способ по п. 1, при этом упомянутая горелка (1) содержит:
- камеру (2) сгорания,
- первый канал (3), выполненный с возможностью введения воздуха в упомянутую камеру (2) сгорания,
- первые средства (5) управления, связанные с упомянутым первым каналом (3), выполненные с возможностью изменения количества воздуха, вводимого в упомянутый первый канал,
- второй канал (4), выполненный с возможностью введения газообразного топлива в упомянутую камеру (2) сгорания,
- вторые средства (6) управления, связанные с упомянутым вторым каналом (4), выполненные с возможностью изменения количества газа, вводимого в упомянутый второй канал;
при этом упомянутый способ содержит следующие фазы:
- устанавливают одно из упомянутых первого и второго средств (5, 6) управления в первое установочное значение,
- на основании кривых регулировки, заранее выбранных в схеме управления, соотносят соответствующее установочное значение для другого средства управления, при этом упомянутые значения скоррелированы с целевым воздушным числом (λob), которое считается оптимальным для горения,
- рассчитывают при достигнутом рабочем условии фактическое значение воздушного числа (λstim) с помощью способа по одному или более из предыдущих пунктов,
- сравнивают целевое воздушное число (λob) с фактическим воздушным числом (λstim) и корректируют одно и/или другое из упомянутого первого и упомянутого второго средств (5, 6) управления с тем, чтобы получить фактическое воздушное число (λstim), которое практически совпадает с целевым воздушным числом (λob).
20. Способ по п. 19, в котором упомянутые первые средства управления содержат вентилятор (5) с заранее выбранной кривой регулировки (число оборотов/расход воздуха), и при этом упомянутые вторые средства управления содержат газовый клапан (6) модулирующего типа с заранее выбранной кривой регулировки (ток/расход газа), при этом упомянутые установочные значения представляет собой скорость вращения вентилятора (5) и/или ток возбуждения модулятора клапана (6).
21. Система управления горением в горелке (1) работающего на газообразном топливе устройства, работающая в соответствии со способом по одному или более из предыдущих пунктов.