УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ОСТАТОЧНОГО ТОПЛИВНОГО СЛОЯ ДЛЯ ТВЕРДОТОПЛИВНЫХ НАГРЕВАТЕЛЕЙ
APPARATUS FOR DETERMINING THE OPTIMAL RESIDUAL FUEL LAYER FOR SOLID FUEL HEATERS

Область техники
Техническое решение касается устройства для определения остаточного топливного слоя для твердотопливных нагревателей, в особенности, котлов с ручной загрузкой.
Нынешнее состояние техники
Многие твердотопливные нагреватели, в особенности, котлы, оборудованы устройством, позволяющим определить выгорание загруженного топлива до т.н. остаточного слоя. Остаточным слоем обозначается горящие угольные части, оставшиеся от загруженной порции топлива. Также используется термин основной слой.
При обнаружении сгорания топлива до остаточного слоя, будет полностью перекрыт или в значительной степени ограничен доступ воздуха для сжигания и нагреватель перейдет в состояние устойчивого горения. Достаточно большой остаточный слой в этом состоянии поддержит огонь в течение нескольких часов. Это позволяет впоследствии возобновить работу без розжига простой загрузкой топлива. Достаточно большой остаточный слой желателен также в случае, если он позже полностью погаснет, поскольку он в значительной степени облегчает розжиг тем, что будет служить в качестве зажигающего топлива.
Современные известные нагреватели оборудованы устройствами, которые обычно выполняют определение остаточного слоя на основании различных значений: температуры продуктов сгорания, временного отрезка от последней загрузки топлива, объема кислорода в продуктах сгорания или интенсивности светового излучения из пространства горения. Недостатком всех этих методов является достаточно большая неточность и ненадежность. Во время работы происходит то, что обнаруженный остаточный слой или слишком малый, или слишком большой.
Малый остаточный слой нежелателен по причине потери устойчивого горения, т.е. он сокращает время горения топлива, из-за этого он повышает требования к обслуживающему персоналу при повторном розжиге. Другим недостатком является то, что при работе с малым остаточным слоем (в конце сгорания порции топлива) находится излишек воздуха при горении, это значит, что большее количество воздуха для сжигания не участвует в горении, а выводит тепло в дымоход без требуемой пользы. Излишки воздуха, к тому же, охлаждают процесс горения, последствием чего является большее выделение вредных веществ, в особенности, окиси углерода.
Слишком большой остаточный слой нежелателен, потому что в нагревателе он отнимает место у нового топлива и содержит летучие части топлива, которые во время остановки устойчивого горения высвобождаются в форме углеводородов, кислоты и водного пара. Углеводороды загрязняют атмосферу и вызывают засорение внутренних стенок нагревателя и дымохода, в то время, как кислоты и влажность становятся причиной коррозии и таким образом сокращают срок службы нагревателя и дымохода.
Менее обычным является способ определения остаточного слоя на основании веса топлива в нагревателе. Данный способ превосходит вышеприведенные способы в точности и надежности, однако, он возлагает достаточно большие требования к конструкции нагревателя, поскольку для него требуется подвижное дно, что приносит определенные конструкционные ограничения и делает нагреватель более дорогим. Следующим недостатком данного способа определения является то, что на его точность неблагоприятно влияет пепел, который постепенно скапливается на дне топливного пространства нагревателя и искажает информацию о весе оставшегося топлива.
Определение оптимального размера, т.е. объема или веса остаточного слоя является ключевым свойством нагревателя, благодаря которому повышается комфорт, безопасность, срок эксплуатации нагревателя, дымохода, и общая экономия и экологичность эксплуатации.
Суть технического решения
Недостатки известных устройств для определения оптимального остаточного слоя в значительной степени устраняет оборудование для определения оптимального остаточного слоя топлива для твердотопливных нагревателей в соответствии с изобретением. Основа технического решения состоит в том, что оно содержит определяющий рычаг с поворотным размещением в топливном пространстве нагревателя, причем, концевая часть определяющего рычага определяет уровень остаточного топлива, и при этом, определяющий рычаг соединен с определяющим отклоняемым элементом. В соответствии с выгодным исполнением изобретения определяющий отклоняемый элемент включает внешний рычаг, который неподвижно связан с определяющим рычагом, причем, внешний рычаг выведен за пределы топливного пространства нагревателя, и при этом, на внешнем рычаге закреплен груз. С точки зрения регулировки нагревателя выгодно соединить внешний рычаг с датчиком положения или с воздушным клапаном. С точки зрения функциональности и комфорта обслуживания нагревателя выгодным исполнением является то, которое включает прижимной механизм, связанный с загрузочными дверями нагревателя. Этот прижимной механизм при открытии дверей топливного пространства, при загрузке нового топлива, преодолеет крутящий момент определяющего отклоняемого элемента и повернет определяющий рычаг к стенке топливного пространства. Добавление этого прижимного механизма выгодно в особенности при загрузке топлива, поскольку определяющий рычаг отклонен в топливное пространство, что может вести к тому, что топливо при загрузке может попасть между тягой и стенкой топливного пространства. Поэтому определяющий рычаг может создать препятствие, которое мешает заполнению топливного пространства топливом, что может создавать угрозу для определения остаточного слоя. Таким образом, прижимной механизм повышает надежность и комфорт обслуживающего персонала, который бы в ином случае должен был прижать определяющий рычаг к боковой стенке пространства для сжигания.
Преимуществом изобретения является точное и надежное определение оптимального размера остаточного слоя на основании его объема, причем, простым и дешевым способом, которые минимально ограничивает конструкцию нагревателя.
Краткое описание фигур
ФИГ. 1 - схематический вид топливного пространства нагревателя в состоянии, когда нагреватель наполнен топливом.
ФИГ. 2 - схематический вид топливного пространства нагревателя в состоянии, когда в нагревателе остается остаточный слой топлива.
ФИГ. 3 - схематический вид топливного пространства нагревателя с определяющим отклоняемым элементом в виде внешнего рычага с грузом и датчиком положения в состоянии, когда нагреватель наполнен топливом.
ФИГ. 4 - схематический вид топливного пространства нагревателя с фиг.3 в состоянии, когда в нагревателе остается остаточный слой топлива.
ФИГ. 5 - схематический вид топливного пространства нагревателя с определяющим отклоняемым элементом в виде внешнего рычага с грузом и клапаном в состоянии, когда нагреватель наполнен топливом.
ФИГ. 6 - схематический вид топливного пространства нагревателя с фиг.5 в состоянии, когда в нагревателе остается остаточный слой топлива.
ФИГ. 7 - схематический вид исполнения нагревателя с фиг. 2, 3, дополненного прижимным механизмом с тягой, причем, исполнение изображено в положении, когда открыты загрузочные двери.
ФИГ. 8 - схематический вид исполнения нагревателя с фиг. 2, 3, дополненного прижимным механизмом с тягой, причем, исполнение изображено в положении, когда закрыты загрузочные двери.
Пример исполнения
На примере исполнения технического решения, изображенного на фиг. 1 и 2, находится устройство для определения оптимального остаточного слоя в топливном пространстве 1 (т.е., в пространстве, предназначенном для горения или газификации топлива 2, основой которого является поворотный определяющий рычаг 7, сделанный из жаропрочной стали, напр., прямоугольного профиля размерами, напр., 3 × 20 мм, более длинная стенка которого параллельна боковой стенке 3 топливного пространства 1. Определяющий рычаг 7 проходит через отверстие, которое находится примерно посередине боковой стенки 3 топливного пространства 1. В этом отверстии также находится точка 5 поворота определяющего рычага 7 образованная валом с определяющим рычагом 7 неподвижно соединенными, причем, вал находится в двух футлярах неподвижно соединенных с боковой стенкой 3. Определяющий рычаг 7 в состоянии, когда в нагревателе 20 топливо 2, находится в непосредственной близости к боковой стенке 3 и направлен вертикально вниз (т.е., концевая часть 7.1 определяющего рычага 7 находится в непосредственной близости у боковой стенки 3). Концевая часть 7.1 определяющего рычага 7 по высоте находится на уровне, который соответствует уровню остаточного слоя 8 топлива 2. Определяющий рычаг 7 находится в контакте с определяющим отклоняемым элементом 4.
На примере исполнения с фиг. 3 и 4 изображен конкретный пример исполнения определяющего отклоняемого элемента 4. Определяющий отклоняемый элемент 4 образован внешним рычагом 10, который неподвижно соединен с определяющим рычагом 7 в точке 5 поворота. На конце внешнего рычага 10 прикреплен груз 11. Внешний рычаг 10 находится за пределами топливного пространства 1 нагревателя 20. Внешний рычаг 10 соединен с датчиком положения 6, который соединен с не изображенным блоком управления нагревателя 20.
На примере исполнения с фиг. 5, находится другой конкретный пример исполнения определяющего отклоняемого элемента 4, который в этом случае образует внешний рычаг 10, который непосредственно связан с клапаном 9 на приводе воздуха для сжигания в топливное пространство 1.
16
16
15
13
10
15
15.1
14
14
12.1
12
На примере исполнения на фиг. 7 и 8 изображено исполнение нагревателя с фиг. 2 и 3, дополненное прижимным механизмом . Данный прижимной механизм  состоит из узла  расположенного с возможностью вращения на стреле , которая находится под внешним рычагом . Узел  неподвижно соединен с управляющим рычагом , на его свободном конце расположен с возможностью вращения нижний конец тяги . Верхний конец тяги  находится с возможностью вращения на эксцентре  загрузочных дверей .
4
7
7
1
20
5
3
1.
7
16
12
20
16
15
7
Также возможны другие варианты исполнения технического решения, когда определяющий отклоняемый элемент  может быть выполнен различными способами. Функция отклонения может быть обеспечена пружиной, мотором или другим элементом, воздействующим на определяющий рычаг  крутящим моментом. Функция определения может быть обеспечена напр., с помощью оптического, индукционного или другого элемента, который позволяет определить отклонение определяющего рычага  по направлению к топливному пространству  нагревателя . Точка  поворота может быть размещена вблизи другой кроме боковой стенки , напр., вблизи верхней стенки (потолка) топливного пространства  У определяющего рычага  могут быть разные профили, формы, углы поворота и т.д. Прижимной механизм  кроме загрузочных дверей  может быть соединен, напр., с механизмом, подающим топливо, клапаном короткого замыкания продуктов сгорания или с другой частью нагревателя . Также механизм прижимного механизма  может быть выполнен различными способами, вместо узла  можно использовать тягу, трос или иной элемент, который обеспечит то, чтобы перед загрузкой топлива определяющий рычаг  был прижат к боковой стенке.
7
1.
8
2
Функция оборудования с фиг. 1, 2 следующая: На определяющий рычаг  постоянно воздействует определяющий отклоняемый элемент 4, крутящим моментом, под влиянием которого, в состоянии, когда в котле нет топлива (фиг. 2), определяющий рычаг 7 отклонен в топливное пространство 1. Однако после загрузки топлива 2 (фиг. 1) в нагреватель 20 крутящий момент определяющего отклоняемого элемента 4 преодолевается давлением топлива 2. Это топливо 2 прижимает определяющий рычаг 7 к боковой стенке 3 топливного пространства 1 нагревателя 20. По мере сгорания топлива 2, снижается его уровень в топливном пространстве  Вследствие этого определяющий рычаг 7 начнет постепенно сверху оголяться. В тот момент, когда определяющий рычаг 7 полностью оголится и перестанет прижиматься топливом 2, произойдет то, что в результате крутящего момента определяющего отклоняемого элемента 4, определяющий рычаг 7 повернется в направлении от боковой стенки 3 внутрь топливного пространства 1 Этим поворотом (в данном примере исполнения около 45°) определяется остаточный слой  топлива .
1
10
20
20
В конкретном примере исполнения на фиг. 3 и 4 способ определения сгорания топлива в топливном пространстве  такой же, как описан к исполнению на фиг. 1 и 2, причем, поворот определяющего рычага 7 после сгорания топлива 2 вызван крутящим моментом, который на определяющий рычаг 7 производит внешний рычаг  с грузом 11. Одновременно этим поворотом внешний рычаг 10 активирует датчик 6 положения. Датчик 6 положения отправит сигнал не изображенному регулятору нагревателя , который на его основании закроет привод воздуха для сжигания в нагреватель . Закрытие привода воздуха для сжигания возможно или полностью, или в значительной части (в нагреватель 20 будет перемещаться небольшое количество воздуха, которое обеспечивает то, что остаточный слой не погаснет). Закрытие привода воздуха возможно или сразу, или с временной задержкой (продолжительность временной задержки регулирует размер остаточного слоя 8).
В следующем конкретном случае исполнения на фиг. 5 и 6 способ определения сгорания топлива в топливном пространстве 1 такой же, как описан к исполнению на фиг. 3 и 4, причем, поворот внешнего рычага 10 приведет вместо активации датчика положения 6, непосредственно к закрытию привода воздуха для сжигания в нагреватель 20 клапаном 9.
В примере исполнения на фиг. 7 и 8 способ определения сгорания топлива в топливном пространстве 1 такой же, как описан в исполнении на фиг. от 1 до 6, причем, изображенный прижимной механизм 16 действует так, что открытием загрузочных дверей 12 (фиг. 7) повернется эксцентр 12.1 в направлении часовой стрелки, который таким образом сдвинет тягу 14 в направлении по диагонали вверх. Тяга 14 с помощью рычага управления 15.1 повернет узел 15 против часовой стрелки, из-за чего узел 15 приподнимет внешний рычаг 10. Благодаря этому определяющий рычаг 7 будет прижат к боковой стенке 3 топливного пространства 1 нагревателя 20 и таким образом он не будет мешать загрузке топлива 2. Закрытием загрузочных дверей 12 (фиг. 8) прижимной механизм 16, устанавливается в положение, когда движение внешнего рычага 10, а также определяющего рычага 7 никак не ограничено.
Перечень ссылочных обозначений
1 топливное пространство
2 топливо
3 боковая стенка
4 определяющий отклоняемый элемент
5 точка поворота
6 датчик положения
7 определяющий рычаг
7.1 концевая часть определяющего рычага
8 остаточный слой
9 клапан
10 внешний рычаг
11 груз
12 загрузочные двери
12.1 эксцентр загрузочных дверей
13 стрела
14 тяга
15 узел
15.1 управляющий узловой рычаг
16 прижимной механизм
20 нагреватель.