Устройство для автоматической защиты тепловыделяющей поверхности от пережога при наступлении кризиса теплообмена

 

Целью изобретения является повышение надежности защиты тепловыделяющей поверхности от пережога при наступлении кризиса теплообмена в теплоэнергетических установках различного назначения, в частности в котлах тепловых электростанций. Это достигается тем, что устройство, содержащее схему 8 сравнения, исполнительный элемент 24 и последовательно соединенные акустический датчик 1, усилитель 2, полосовой фильтр 3, перемножитель 5 и интегратор 6, а также разделительный фильтр 4 (ортогональный фильтр Лагерра), подключенный входом к выходу полосового фильтра, а выходом к второму входу перемножителя, снабжено аналого-цифровым преобразователем 7, двумя регистрами 15 и 16, счетчиком 17, двумя наборами 9 и 10 двухвходовых схем ИЛИ и четырьмя наборами 11, 12, 13 и 14 двухвходовых схем И. По сигналам тактового генератора 18, синхронизирующего работу элементов устройства, перед его нормальной эксплуатацией производится настройка разделительного фильтра 4 до достижения минимума сигнала на выходе интегратора и этим обеспечивается необходимая точность измерения параметра, характеризующего режим кипения теплоносителя на тепловыделяющей поверхности. 3 ил.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (л1>5 F 22 В 37/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4716485/06 (22) 07.07.89 (46) 30.07.91, Бюл. ¹ 28 (71) Одесский политехнический институт (72) В.T.Роговский (53) 621.186.26(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1273681, кл. F 22 В 37/42, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ

ПОВЕРХНОСТИ ОТ ПЕРЕЖОГА ПРИ НАСТУПЛЕНИИ КРИЗИСА ТЕПЛООБМЕНА (57) Целью изобретения является повышение надежности защиты тепловыделяющей поверхности от пережога при наступлении кризиса теплообмена в теплоэнергетических установках различного назначения, в частности в котлах тепловых электростанций, Это достигается тем, что устройство, содержащее схему 8 сравнения, исполнительный элемент 24 и последовательно cge„„5U„„1666854 А1 диненные акустический датчик 1, усилитель

2, полосовой фильтр 3, перемножитель 5 и интегратор 6, а также разделительный фильтр 4 (ортогональный фильтр Лагерра), подключенный входом к выходу полосового фильтра, а выходом к второму входу перемножителя, снабжено аналого-цифровым преобразователем 7, двумя регистрами 15 и

16, счетчиком 17, двумя наборами 9 и 10 двухвходовых схем ИЛИ и четырьмя наборами 11, 12, 13 и 14 двухвходовых схем И. По сигналам тактового генератора 18, синхронизирующего работу элементов устройства, перед его нормальной эксплуатацией производится настройка разделительного фильтра 4 до достижения минимума сигнала на выходе интегратора и этим обеспечивается необходимая точность измерения параметра, характеризующего режим кипения теплоносителя на тепловыделяющей поверхности, 3 ил.

1666854

50

U(t) = (п(г)у(т -т)dr, о (2) Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в теплоэнергетических установках различного назначения, в частности в котлах тепловых электростанций.

Целью изобретения является повышение надежности защиты тепловыделяющей поверхности от пережога при наступлении кризиса теплообмена.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг,2 — блок-схема разделительного фильтра; на фиг.3 — схема усилителя, входящего в состав разделительного фильтра.

Устройство для автоматической защиты тепловыделяющей поверхности от пережога при наступлении кризиса теплообмена содержит акустический датчик 1, усилитель

2, полосовой фильтр 3, разделительный фильтр 4, перемножитель 5, интегратор 6, аналого-цифровой преобразователь 7, схему 8 сравнения, наборы.9 и 10 двухвходовых схем ИЛИ, наборы 11 — 14 двухвходовых схем И, регистры 15 и 16, счетчик 17, тактовый генератор 18, инверторы 19 и 20, двухвходовые схемы И 21-23, а также исполнительный элемент 24 (фиг,1).

Разделительный фильтр 4 (фиг.2) содержит три ортогональных звена 25-27, шесть усилителей 28-33, сумматор 34, выходом соединенный с выходом разделительного фильтра 4, а также резисторы R и конденсаторы С. На входах и выходах ортогональных звеньев установлены согласующие устройства 35 — 38. Выходы усилителей 28-33 (фиг.З) соединены с соответствующими входами сумматора 34. Каждый усилитель содержит мультиплексор 39 и последовательно соединенные резисторы Rt, И2,..., Rn, подключенные к выходу операционного усилителя 40, Выход акустического датчика 1 (пьезоэлектрического), установленного на выходе из парогенерирующего канала, соединен с входом усилителя 2, выход которого подключен к входу полосового фильтра 3. Выход полосового фильтра 3 соединен с входом разделительного фильтра 4 и с первым входом перемножителя 5, второй вход которого соединен с выходом разделительного фильтра 4. Выход перемножителя 5 подключен к входу интегратора 6, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 7. Разрядные выходы аналого-цифрового преобразователя 7 подключены к первой группе входов схемы 8 55 сравнения и к разрядным входам регистра

15, разрядные выходы которого соединены с первыми входами двухвходовых схем И из набора 11. Выходы двухвходовых схем И из наборов 11 и 12 подключены соответственно к первым и вторым входам соответствующих двухвходовых схем ИЛИ из набора 9, а выходы двухвходовых схем И иэ наборов

13 и 14 — соответственно к первым и вторым входам соответствующих двухвходовых схем ИЛИ из набора 10, Разрядные выходы регистров 15 и 16 соединены с первыми входами двухвходовых схем И из набора 11 и 14 соответственно, а управляющие входы этих регистров соединены с выходом схемы

И 22, Соответствующие разрядные выходы счетчика 17 подключены к первым входам двухвходовых схем И из набора 13 и к разрядным входам регистра 16, Выход переноса счетчика 17 соединен с вторыми входами двухвходовых схем И из наборов 12 и 14, с входом инвертора 19 и с первым входом схемы И 21, выходом подключенной к входу исполнительного элемента 24. Выход инвертора 19 соединен с вторым входом двухвходовых схем И из наборов 11 и 13 и с первыми входами схем И 22 и 23. Первый выход тактового регистра 18 подключен к тактовому входу аналого-цифрового преобразователя 7, а второй — к второму входу схемы И 23, выходом соединенной с тактовым входом счетчика 17, Выход схемы 8 сравнения соединен с вторым входом схемы

И 22 непосредственно, а с вторым входом схемы И 21 — через инвертор 20, Устройство работает следующим образом.

Акустический датчик 1 преобразует суммарный акустический шум, включающий как маскирующий технологический шум, так и информативный шум кипения, в электрический сигнал, который после усиления усилителем 2 поступает на вход полосового фильтра 3. Полосовой фильтр 3 пропускает шумовой сигнал, занимающий полосу частот, характерную для перехода от пузырькового кипения к пленочному, Сигнал, прошедший полосовой фильтр 3. можно представить в виде

Y(t) = х (С)+ а x2(i), (1) где x>(t) — стационарный технологический шум, x2(t) — акустический шум кипения, а— параметр, изменяющийся от 0 до 1 (a = 0— кипения нет, а= 1 — пленочное кипение), t— время.

Электрический сигнал y(t) поступает на вход разделительного фильтра 4 и на первый вход перемножителя 5, выходной сигнал которого поступает на вход интегратора

6. С выхода фильтра 4 снимают сигнал U(t), равный

1666О54 где h(t) — импульсная переходная функция разделительного фильтра 4. Таким образом, на входы перемножителя 5 подают сигналы у(1) и Ll(t) С выхода перемножителя 5 снимают сигнал г2) (1), равный 5 аЛц- щ.цц = у ) ЛрЛ)(-2)И. ® о

На выходе интегратора 6 формируется напряжение V(t), равное 10

iТ аа

Ч,() „J 1(Л)0(t)3h / )(Ц j Л(а)g(t )(Jt-т -т (ф, - л() :,—, (() () ч(-"Й-/ р (М, о -т а «i.»

"а

«t

8,(2) =(i-а2) е

o(t

P2() (! z

) а« ((2) (Ь 3«t аг(2 «а ) е 2 (7 40

Операторное изображение функции Ла- 45 герра и-го порядка имеет тот же вид, что и операторйое сопротивление линейной пассивной цепи скрещивания типа, аналогичной той, которая изображена на фиг.2

50 а/2 P — а/2 и р +а7г (г:а7г ) (8) Импульсная переходная функция, или функция веса, представляет собой реакцию объекта на единичную импульсную функ- 55 цию, поданную на его вход. Единичная импульсная функция, или дельта-функция, равна нулю повсюду, кроме точки t =. О, где она стремится к бесконечности. где Sy(t) — функция автокорреляции сигнала Y(t)

Импульсная переходная функция фильтра 4 имеет вид 20

h(t) = h1l1(t)+hzIz(t) + пз(з(1) (5) где ht. hz, Ьз — коэффициенты усиления пар усилителей, связывающих выходы соответственно первого, второго и третьего звеньев 25, 26 и 27 с соответствующими входами 25 сумматора 34.

В качестве функций Ii(t) выбраны функции Лагерра, Обобщенная функция Лагерра п-го порядка определяется следующей формулой; 30 юй ьй

Ь(М =e Ь„(.с ) = e

) где L22(at)- полином Лагерра степени и, В частности, первые четыре функции Ла- 35 герра следующие;

Таким образом, при подаче на вход разделительного фильтра 4 единичного импульса на выходах первого, второго и третьего звеньев 25, 26 и 27 формируются соответственно напряжения Ut(t), Uz(t), Uz(t):

0 )(t) =- 1 т(т);

Uz(t) = lz(t);

U3(t) = (з(с). (®)

На выходах первой, второй и третьей пар усилителей 28 и 29, 30 и 31, 32 и 33 формируются соответственно напряжения

hsU)(t), hzUz(t), ЬзОз(1). Для выходного напряжения разделительного фильтра 4 (выходного напряжения сумматора 34) можно записать:

U(t) =. h)U >(t)+hzUz(t)+hgUq(t);

О(i) =- heal q(t) hzlz(t)=hqlq(t);

U(t) =h(t). (.(о)

При подаче на вход разделительного фильтра 4 произвольного сигнала y(t) выражения (9) примут вид:

,«) = (,l I (.- )А".

,«) - р,(t)q(t-:) e; (1() и,(t) (c,(". (:) i"., а

На выходах первой, второй и третьей пар усилителей 28 и 29, 30 и 31, 32 и 33 формируются соответственно напряжения

h)Ui(t), hz0z(t), ЬзОз((). Для напряжения на выходе разделительного фильтра 4 можно записать:

U(t) = Ь) Ог(т)+Ьг02(с) +-hg0;)(t); (). Цt(:) )2-:)а, л, J,(,), а о

° 1< -") ""h,J s ) (-"-) "; (Pg) о и(2) =) (л, д. л,г,;.). л,е,(;). а

)(t-"И- h(") 1(.— 2Ю, а

В итоге получено выражение (2), чего и следовало ожидать, Разделительный фильтр 4, перемножитель 5 и интегратор 6 обеспечивают измерение параметра a . При этом для точного измерения параметра а необходимо обеспечить оптимальную настройку трех пар силителей 28 и 29, 30 и 31, 32 и 33, связывающих выходы каждого ортогонального звена

25, 26 и 27 с соответствующими входами сумматора 34.

В качестве усилителей 28 — 33 может быть использован операционный усилитель, на выходе которого установлен потенциометр, изменяющий значение выходного сигнала, поступающего в петлю обратной связи. Пример практической реализации каждого из усилителей 28-33 представлен на фиг.3. Особенностью данной схемы явля1666854

50 последовательности перебор необходим для того, чтобы найти наилучшее сочета- 55 ние, при котором напряжение на выходе интегратора 6 будет минимальным.

С включением устройства в работу счетчик 17 устанавливается в нулевое состояние. На его выходе переноса появляется ется то, что усиление изменяется с помощью мультиплексора 39 и набора последовательно соединенных резисторов R1, R2, R3„"Rn-1, R>, включенных на выходе операционного усилителя 40, Входы и выходы резисторов

R1, Вр„„, Rn соединены с соответствующими входами мультиплексора 39, управляемого двоичным кодом. Последнее делает возможным цифровое регулирование усиления усилителей. Таким образом, при последовательной смене кода на управляющих входах мультиплексора 29 от 00...000 до 11... 11 и коэффициент усиления усилителя 26 будет изменяться от минимального до максимального.

Процесс нормальной эксплуатации предлагаемого устройства предшествует N циклов самонастройки трех пар усилителей

28 и 29, 30 и 31, 32 и 33 (N — емкость счетчика

17). Можно записать:

N=-2 m, (13) где 3m — количество разрядов счетчика 17, Выходы первых m разрядов счетчика 17 подключены к управляющим входам мультиплексора 39 первой пары усилителей 28 и

29, выходы вторых m разрядов — к управляющим входам мультиплексора 39 второй пары усилителей 30 и 31, и выходы третьих m разрядов — к управляющим входам мультиплексора 39 третьей пары усилителей 32 и

33. Благодаря такому подключению посредством выходного кода счетчика 17 можно производить независимую регулировку усиления трех пар усилителей 28-33, Число m — зто количество управляющих входов каждого мультиплексора 39; так как мультиплексор управляется двоичным кодом, то m управляющим входом соответствует 2" информационных входов этого мультиплексора, Таким образом 2 — это число ступеней регулирования коэффициента усиления усилителей, Так как пары усилителей управляются одним счетчиком 17, то для того, чтобы иметь воэможность перебрать все возможные комбинации значений коэффициентов усиления трех пар усилителей, необходимо емкость счетчика 17 сделать равной 2 ". 2 2 = 2" . В процессе N циклов самонастройки состояние счетчика изменяется от 00...00 до 11..11. В результате будут последовательно опробованны всевозможные сочетания коэффициентов усиления трех пар усилителей. Такой

45 сигнал, соответствующий логическому нулю. Этот сигнал закрывает двухвходовые схемы И.из наборов 12 и 14, а также схему

И 21. Этот же сигнал, прошедший через инвертор 19, открывает двухвходовые схемы И из наборов 11 и 13 и схемы И 22, 23, При включении устройства в работу происходит также начальная установка регистра

15, во все разряды которого записываются единицы. Таким образом, в исходном состоянии в регистре 15 записано максимально возможное число.

Тактовый импульс с первого выхода тактового генератора 18 поступает на тактовый вход аналого-цифрового преобразователя

7. Последний преобразует напряжение на выходе интегратора 6 в кодовую комбинацию (например, двоичную). Код с выхода (с разрядных выходов) аналого-цифрового преобразователя 7 поступает на первый вход (на первую группу разрядных входов) схемы 8 сравнения, на второй вход (на вторую группу разрядных входов) которой поступил код, содержащийся в регистре 15, Код на выходе аналого-цифрового преобразователя 7 в первом цикле измерения будет заведомо меньше начального кода в регистре 15. Так как код (число), поступивший на первый вход схемы 8 сравнения, меньше кода (числа), поступившего на ее второй вход, то на выходе этой схемы 8 сравнения появляется сигнал, который производит запись s регистры 15 и 16 соответственно выходного кода аналого-цифрового преобразователя 7 и выходного кода счетчика 17 (на первом цикле — это все нули).

Тактовый генератор 18 выдает импульсы поочередно с первого и второго выхода.

Поэтому следующий импульс появится уже на втором выходе тактового генератора 18.

Этот импульс прибавляет к состоянию счетчика 17 единицу, При этом предлагаемое устройство начинает работать при другом сочетании коэффициентов усиления трех пар усилителей. На этом первый цикл самонастройки заканчивается. Затем на первом выходе тактового генератора 18 снова появляется импульс, который поступает на тактовый вход аналого-цифрового преобразователя 7. Последний преобразует выходное напряжение интегратора 6 в кодовую комбинацию, которая поступает на первый вход схемы 8 сравнения, Если код на первом входе схемы 8 сравнения окажется меньше кода на втором ее выходе, то на выходе названной схемы 8 сравнения появится сигнал, который произведет запись в регистры 15 и 16 новых кодов. При любом другом соотношении кодов (числе, например, двоичных) на первом и втором входах

1666854

70 схемы 8 сравнения на ее выходе не будет появляться сигнал и, следовательно, содержимое регистров 15 и 16 обновляться не будет, После этого на втором выходе тактового генератора 18 снова появится импульс и все повторится сначала.

После М циклов самонастройки выходной код счетчика 17 станет равным 11...11; в регистре 15 будет зафиксировано кодовое выражение (например, двоичное) наименьшего значения напряжения, появившегося в каком-то из N циклов на выходе интегратора 6; а в регистре 16 будет зафиксировано состояние (выходной код) счетчика 17, соот10 котором на выходе интегратора 6 было зафиксировано наименьшее напряжение.

Очередной импульс, появившийся на втором выходе тактового генератора 18, перебросит счетчик 17 в состояние 00...00, при

20 этом на выходе переноса последнего появится сигнал, соответствующий логической единице, который откроет двухвходовые схемы И из наборов 12 и 14, а также схему

И 21. Этот же сигнал, прошедший через

25 инвертор 19. закроет двухвходовые схемы И из наборов 11 и 13, а также схемы И 22 и 23.

При этом на соответствующие мультиплексоры 39 трех пар усилителей поступит такая

30 кодовая комбинация, которая соответствовала наименьшему значению напряжения на выходе интегратора 6, Другими словами, будет достигнута оптимальная настройка трех пар усилителей 28 и 29, 30 и 31. 32 и 33, входящих в состав разделительного фильт35 ра 4, необходимая для точного измерения параметра.

В таком состоянии предлагаемое уст-. ройство готово к нормальной эксплуатации, 40

При этом состояние счетчика 17 не изменяется, а аналого-цифровой преобразователь

7 периодически преобразует выходное напряжение интегратора 6 в кодовую комбинацию, которая с помощью схемы 8

45 сравнения сравнивается с кодовой комбинацией, соответствующей порогу срабатывания п редлагаемого устройства и задаваемой, например, с помощью переключателей, находящихся на передней па50 нели данного устройства, В случае, если текущее значение на выходе интегратора

6 превысит пороговое значение, то на выходе инвертора 20 появится сигнал, соответствующий логической единице, 55 который через схему И 21 поступит на вход исполнительного элемента 24, управляющего источником питания тепловыделяющей поверхности. Названный Сигнал является командным для срабатывания исполнительного элемента 24. ветствующее тому циклу самонастройки, в 15

Для введения в эксплуатацию предлагаемого устройства нет необходимости останавливать кипящий аппарат. Самонастройка может быть проведена в любой момент при соблюдении следующих условий: кипящий аппарат (котел) должен работать в устойчивом стационарном режиме, чтобы обеспечивалась неизменность технологического шума и шума кипения в течение времени самонастройки; в течение времени самонастройки не должно быть пленочного режима кипения, так как в это время устройство не выполняет своих функций и может произойти пережог тепловыделяющей поверхности, Выполнение приведенных условий не вызывает никаких технических трудностей.

Формула изобретения

Устройство для автоматической защиты тепловыделяющей поверхности от пережога при наступлении кризиса теплообмена, содержащее схему сравнения, исполнительный элемент и последовательно соединенные акустический датчик, усилитель, полосовой фильтр, перемножитель и интегратор, а также разделительный фильтр, вход которого подключен к выходу полосового фильтра, а выход — к второму входу перемножителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности защиты, оно дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь с тактовым входом и разрядными выходами, тактовый генератор с двумя выходами. счетчик с тактовым входом, выходом переноса разрядов и разрядными выходами, два инвертора, два регистра с управляющими входами и разрядныгли входами и выхода ли, три двухвходовые схемы И, два набора двухвходовых схем ИЛИ и четыре набора двухвходовых схем И, разделительный фильтр снабжен управляющими входами, а схема сравнения— двумя группами разрядных входов, вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу интегратора, его тактовый вход соединен с первым выходом тактового генератора, а разрядные выходы — с соответствующими разрядными входами первого регистра и с первой группой разрядных входов схемы сравнения, к второй группе разрядных входов которой подключены соответствующие выходы первого набора двухвходовых схем ИЛИ, первые и вторые входы которых соединены с соответствующими выходами двухвходовых схем И из первого и второго наборов соответственно, при этом к управляющим входам разделительного фильтра подключены coo ветствующие выходы двухвходовых схем ИЛИ из

1666854

Bblxoa второго набора, первые и вторые входы которых подсоединены к входам двухвходовых схем И иэ третьего и четвертого наборов соответственно, причем первые входы двухвходовых схем И из первого и третьего наборов подключены к разрядным выходам первого и второго регистров соответственно, а первые входы двухвходовых схем И из четвертого набора также как и разрядные входы второго регистра к соответствующим разрядным выходам счетчика, выход переноса которого соединен с вторыми входами двухвходовых схем И из второго и третьего наборов и с первым входом первой двухвходовой схемы И непосредственно,а с вторыми входами двухвходовых схем И иэ первого и четвертого наборов и с первыми входами второй и третьей двухвходовых схем И— через первый инвертор, при этом тактовый

5 вход счетчика подключен к выходу третьей двухвходовой схемы И, второй вход которой соединен с вторым выходом тактового генератора, а выход схемы сравнения подключен к второму входу второй двухвходовой

10 схемы И, выходом соединенной с управляющими входами первого и второго регистров, и через второй инвертор — к второму входу первой двухвходовой схемы И, выходом соединенной с входом исполнительного эле15 мента.

1666854 дхоЭ хоР

Составитель А. Зосимов

Техред М.Моргентал Корректор М. Максимишинец

Редактор С. Никитина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2514 Тираж 281 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5