Устройство селективного контроля пламени горелки в камере сгорания огнетехнической установки

 

Изобретение предназначено для использования в области автоматического контроля наличия пламени в камере сгорания огнетехнической установки, в частности может быть использовано для контроля работы энергетических и промышленных парогенераторов, а также любых других огнетехнических установок, сжигающих различные виды топлива. Устройство содержит оптический фильтр 1, фотоэлектрический датчик 2, генератор 3 светового излучения со светодиодом 4, электрическую схему 5 обработки суммарного полезного оптического сигнала, поступающего к датчику 2 через оптический фильтр 1 от пламени горелки и светодиода 4, и управляющее устройство, выполненное в виде порогового устройства 6. В электрическую схему 5 входят последовательно включенные усилитель 7 поступающего от датчика 2 электрического сигнала, фильтр высокой частоты (ФВЧ) 8, амплитудный детектор (АД) 9, регулируемый усилитель (РУ) 10 чувствительности датчика 2 и сглаживающий фильтр (СФ) 11. К выходу РУ 10 подключена дополнительная электрическая схема 12 выделения сигнала самодиагностики от генератора 3 светового излучения, содержащая настроенный на указанный сигнал полосовой фильтр (ПФ) 13 и ПУ 14. Достигаемым результатом изобретения является повышение надежности селективного контроля пламени путем улучшения отстройки от ложных сигналов и введения эффективного самоконтроля электрической схемы обработки оптического сигнала. 1 ил.

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 с 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 селективного контроля пламени горелки в камере сгорания огнетехнической установки, содержащее оптический фильтр, фотоэлектрический датчик, генератор светового излучения, электрическую схему обработки поступающего к датчику суммарного полезного оптического сигнала и управляющее устройство [1]. В этом известном устройстве применен оптический фильтр, резко уменьшающий интенсивность флуктуаций пламени для снижения отношения сигнал-шум. Вместе с тем именно флуктуации (пульсации) могут служить характерным признаком наличия пламени в отличие от излучения горячих стен камеры сгорания. Отстройка от воздействия светового излучения соседних горелок осуществлена в [1] механически за счет размещения светоприемного торца волоконного световода в выходной части амбразуры горелки, что полностью не исключает проникновения этого излучения на фотоэлектрический датчик. Кроме того, торцы световода, расположенные в амбразуре горелочного устройства, быстро покрываются сажей, а сами световоды подвергаются воздействию высоких температур, что в совокупности существенно уменьшает эффективность и снижает надежность их работы. Устройство [1] не предусматривает самодиагностики электрической схемы обработки полезного сигнала, что может привести к срабатыванию ложного сигнала о погасании пламени при возникновении неисправности в одном из элементов самой системы контроля, наименее надежным из которых является фотоэлектрический датчик.

Достигаемым результатом изобретения является повышение надежности селективного контроля пламени путем улучшения отстройки от ложных сигналов и введения эффективного самоконтроля электрической схемы обработки оптического сигнала.

Для достижения указанного результата в устройстве селективного контроля пламени горелки в камере сгорания огнетехнической установки, содержащей оптический фильтр, фотоэлектрический датчик, генератор светового излучения, электрическую схему обработки поступающего к датчику суммарного полезного оптического сигнала и управляющее устройство, согласно изобретению спектральная характеристика оптического фильтра выбрана с максимумом инфракрасного излучения, соответствующего наибольшему затуханию излучения факела в продуктах сгорания, а электрическая схема содержит последовательно включенные усилитель электрического сигнала, фильтр высокой частоты, амплитудный детектор, регулируемый усилитель чувствительности датчика и сглаживающий фильтр, причем к выходу регулируемого усилителя подключена дополнительная электрическая схема выделения сигнала самодиагностики от генератора светового излучения, содержащая настроенный на указанный сигнал полосовой фильтр и пороговое устройство.

На чертеже представлена схема устройства согласно предлагаемому изобретению.

Устройство содержит оптический фильтр 1, фотоэлектрический датчик 2, генератор 3 светового излучения со светодиодом 4, электрическую схему 5 обработки суммарного полезного оптического сигнала, поступающего к датчику 2 через оптический фильтр 1 от пламени горелки (на чертеже не показана) и светодиода 4, и управляющее устройство, выполненное в виде порогового устройства 6. В электрическую схему 5 входят последовательно включенные усилитель 7 поступающего от датчика 2 электрического сигнала, фильтр высокой частоты (ФВЧ) 8, амплитудный детектор (АД) 9, регулируемый усилитель (РУ) 10 чувствительности 2 и сглаживающий фильтр (СФ) 11. К выходу РУ 10 подключена дополнительная электрическая схема 12 выделения сигнала самодиагностики от генератора 3 светового излучения, содержащая настроенный на указанный сигнал полосовой фильтр (ПФ) 13 и ПУ 14.

Устройство селективного контроля пламени горелки работает следующим образом.

Фотоэлектрический датчик 2 с оптическим фильтром 1, область спектральных характеристик которого находится в диапазоне длин волн инфракрасного излучения 2-3,5 мкм с максимумом 3 мкм, соответствующим наибольшему затуханию пламенного факела в продуктах сгорания, монтируется на визирной трубке контролируемой горелки (на чертеже не показаны) и направляется на корневую часть ее факела. Между оптическим фильтром 1 и датчиком 2 помещают фотодиод 4 генератора 3 светового излучения с длиной волны 0,95 мкм и частотой пульсаций порядка 2000 Гц, существенно превышающей частоту пульсаций яркости пламени в высокотемпературной части факела (300-600 Гц). Вырабатываемый датчиком 2 электрический сигнал поступает в усилитель 7, затем в ФВЧ 8, где формируется его амплитудно-частотная характеристика, ограничиваемая снизу частотой 300 Гц. Эта частота определяется исходя из того, чтобы надежно подавить могущий проникнуть в область визирования датчика 2 сигнал, вызванный флуктуациями краев пламени соседних горелок с частотой менее 100 Гц. Далее сигнал поступает на АД 9, где путем диодного детектирования из общего сигнала выделяется полезный сигнал пульсаций пламени, который поступает на РУ 10, с помощью которого регулируется чувствительность датчика по условиям надежного срабатывания ПУ 6. Из РУ 10 сигнал поступает в СФ 11, а оттуда - в ПУ 6. В СФ 11 при помощи изменения постоянных времени заряда и разряда емкости осуществляется регулировка времени задержки срабатывания и отпускания выходного реле ПУ 6 в соответствии с требованиями технической эксплуатации конкретной огнетехнической установки. С выхода РУ 10 снимается также сигнал самодиагностики, поступающий в измерительный тракт от светодиода 4. Этот сигнал выделяется из полезного сигнала с помощью ПФ 13 и обрабатывается ПУ 14. Дополнительной функцией СФ 11 является предотвращение прохождения в ПУ 6 сигнала самодиагностики.

Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность селективного контроля пламени горелки благодаря устранению влияния фонового излучения и введению эффективной системы самодиагностики. Селективность контроля обеспечивается, во - первых, ограничением пропускания низкочастотных пульсаций от краев пламени соседних горелок и, во - вторых, выбором спектрального диапазона оптического фильтра, соответствующего наибольшему затуханию пламенного факела в продуктах сгорания, что исключает в случае погасания пламени реагирование фотоэлектрического датчика на световой поток, исходящий от непогасшего пламени встречно расположенной горелки, так как в выбранной спектральной области этот поток поглощается заполняющими топочное пространство продуктами сгорания топлива.

Источники информации: 1. Авторское свидетельство СССР N 1146519, кл. F 23 N 5/24, 1983.

Формула изобретения

Устройство селективного контроля пламени горелки в камере сгорания огнетехнической установки, содержащее оптический фильтр, фотоэлектрический датчик, генератор светового излучения, электрическую схему обработки поступающего к датчику суммарного полезного оптического сигнала и управляющее устройство, отличающееся тем, что спектральная характеристика оптического фильтра выбрана с максимумом инфракрасного излучения, соответствующего наибольшему затуханию излучения факела в продуктах сгорания, а электрическая схема содержит последовательно включенные усилитель электрического сигнала, фильтр высокой частоты, амплитудный детектор, регулируемый усилитель чувствительности датчика и сглаживающий фильтр, генератор светового излучения настроен на частоту пульсаций излучения порядка 2000 Гц, причем к выходу усилителя подключена дополнительная электрическая схема выделения сигнала самодиагностики от генератора светового излучения, содержащая настроенный на сигнал указанного генератора полосовой фильтр и пороговое устройство.

РИСУНКИ

Рисунок 1