Устройство контроля пламени - RU2727815C1

Чертежи

Описание

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее раскрытие относится к контролю пламени в устройстве сгорания. Конкретнее, настоящее раскрытие представляет комбинированное использование электрических и оптических принципов для обнаружения отрыва пламени внутри горелки.

Устройства сгорания, такие как газовые горелки или нефтяные горелки, часто применяют рециркуляцию выхлопных газов в попытке уменьшения выбросов оксидов азота. Рециркуляция выхлопных газов может, однако, приводить к отрыву пламени. Отрыв пламени является нежелательным состоянием. Отрыв пламени может вызывать предохранительную блокировку устройства сгорания. Таким образом, желательно контролировать отрыв пламени внутри устройства сгорания.

Европейская заявка на патент EP3339736A1 была подана 17 ноября 2017 г. и была опубликована 27 июня 2018 г. EP3339736A1 посвящена обнаружению пламени для устройств сгорания. Конструкция согласно EP3339736A1 использует фотодиод 1, соединенный с дифференциальным усилителем 2, для обнаружения пламени. Величина света по меньшей мере 1,1 лк принимается фотодиодом 1. Операционный усилитель 2, такой как дифференциальный усилитель с низким уровнем шума, производит электрический ток в ответ на сигнал, исходящий из фотодиода 1. EP3339736A1 раскрывает фотодиод 1, имеющий первую спектральную чувствительность λ_10%,1 при оптической длине волны 900 нанометров и вторую спектральную чувствительность λ_10%,2 при оптической длине волны 600 нанометров. Фотодиод 1 из EP3339736A1 может, в частности, представлять собой кремниевый диод.

Европейский патент EP0942232B1 выдан 21 сентября 2005 г. EP0942232B1 представляет датчик пламени с динамической регулировкой чувствительности. Раскрытие EP0942232B1 фокусируется на обнаружении пламени в газовых турбинах. Схема с двумя усилителями U1A и U1B применяется для динамической регулировки чувствительности. Фотодиод D4, изготовленный из карбида кремния (SiC), соединяется с неинвертирующим входом усилителя U1A. Коэффициент усиления усилителя U1A управляется с помощью переключателя 01. Если переключатель 01 становится проводящим, он будет шунтировать резистор R4. Так как R4 является частью контура обратной связи, который управляет коэффициентом усиления усилителя U1A, он также управляет чувствительностью схемы. Усилитель U1B вместе с транзистором 02 действует для преобразования выходного напряжения U1A в электрический ток. Схема из EP0942232B1 применяет карбидокремниевый (SiC) диод, который обнаруживает свет (ультрафиолетовый) с оптическими длинами волн, такими как 310 нанометров.

Патент Германии DE19502901C1 выдан 21 марта 1996 г. Описание патента относится к управлению газовой горелкой. DE19502901C1 представляет газовую горелку 1 с ионизационным электродом 6. Фиг. 3 из DE19502901C1 показывает график наблюдаемых колебаний сигнала, исходящего из электрода 6, для диапазона значений λ лямбды. Эти колебания сигналов от ионизационного электрода 6 увеличиваются линейно между λ=1,1 и λ=1,6. DE19502901C1 представляет схему, состоящую из делителя 9 напряжения, различных фильтров 10, 11, 13, и выпрямителя 12. Схема 9-13 производит измерение лямбды λ как функции от колебаний ионизационного сигнала на его входе.

Настоящее раскрытие представляет устройство контроля для надежного обнаружения отрыва пламени внутри горелки. Настоящее раскрытие фокусируется на схеме для использования в устройствах сгорания для ископаемых видов топлива.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее раскрытие основывается на технически резервируемых датчиках для надежного обнаружения отрыва пламени внутри горелки. Могут быть применены датчики, такие как

- ионизационный электрод,

- датчик ультрафиолетового света,

- датчик инфракрасного света.

Ионизационные электроды обычно применяются для оценки параметров, таких как соотношения газа и воздуха, и/или для обнаружения пламени в устройствах сгорания. Датчик ультрафиолетового света может быть применен для контроля ультрафиолетового света, излучаемого из области основания пламени. Датчик инфракрасного света может быть применен для наблюдения за колебаниями интенсивности инфракрасного излучения от пламени. Синергетический подход, использующий сигналы от различных датчиков и основывающийся на различных принципах измерения, обеспечивает надежное обнаружение отрыва пламени.

Задачей настоящего раскрытия по-прежнему является обеспечение системы управления, которая использует традиционную технологию датчиков и использует традиционные принципы измерения.

Также задачей настоящего раскрытия является обеспечение надежного устройства контроля пламени, в котором конфигурация и/или настройка системы управления выполняется без замены установленных датчиков и/или без модификации (существенной) настройки оборудования устройства сгорания.

Сопутствующей задачей настоящего раскрытия является обеспечение устройства контроля пламени, которое уменьшает ложноположительные указания на отрыв пламени. То есть предотвращаются ложные тревоги.

Другой сопутствующей задачей настоящего раскрытия является обеспечение устройства контроля пламени, которое уменьшает ложноотрицательные указания на отрыв пламени. То есть состояние отрыва пламени, которое является действительным, должно быть фактически обнаружено.

Еще одной задачей настоящего раскрытия является обеспечение системы управления, которая предпринимает соответствующее действие при возникновении состояния отрыва пламени. Система управления должна, в частности, обеспечивать безопасное отключение устройства сгорания, несмотря на состояние отрыва пламени.

Задачей настоящего раскрытия также является обеспечение системы управления, которая быстро отвечает на состояние отрыва пламени.

Дополнительной задачей настоящего раскрытия является расположение ионизационного электрода внутри камеры сгорания так, что конструкция обеспечивает надежное обнаружение состояния отрыва пламени.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Различные признаки станут ясны специалистам в данной области техники из следующего подробного описания раскрытых неограничивающих вариантов выполнения. Чертежи, которые сопровождают подробное описание, могут быть кратко описаны следующим образом:

Фиг. 1 схематически изображает пламя внутри устройства сгорания с низкой скоростью сгорания.

Фиг. 2 схематически изображает пламя внутри устройства сгорания с повышенной скоростью сгорания.

Фиг. 3 иллюстрирует отрыв пламени внутри устройства сгорания.

Фиг. 4 иллюстрирует обработку сигналов от различных датчиков, связанных с устройством сгорания.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Фиг. 1 показывает пламя 1а внутри камеры 2 сгорания. Подающий трубопровод 3 направляет горючую текучую среду, такую как нефть или газ, к камере 2 сгорания. Предусмотрено, что горючий газ, такой как метан, этан, пропан или водород или их смесь, передается через подающий трубопровод 3. В варианте выполнения горючая текучая среда представляет собой смесь горючего газа и воздуха.

Камера 2 сгорания и трубопровод 3 обычно представляют собой часть устройства сгорания. Устройство сгорания может, в качестве неограничивающего примера, содержать газовую горелку.

Конструкция содержит ионизационный электрод 4 с наконечником 5. Ионизационный электрод 4 расположен так, что его наконечник 5 попадает внутрь пламени 1а. Как показано на Фиг. 1, ионизационный электрод 4 может быть установлен на раме 6, такой как опорный диск. Рама 6 выравнивает ионизационный электрод 4 так, что его наконечник 5 будет взаимодействовать с пламенем 1а.

Наконечник 5 ионизационного электрода 4 предпочтительно содержит участок, изготовленный из сплава железа, алюминия и хрома. Сплав также может содержать медь и никель. Подходящие сплавы продаются под торговой маркой Kanthal®. Предусмотрено, что наконечник 5 ионизационного электрода 4 выдерживает температуры выше 899,85°C, предпочтительно выше 1026,85°C, еще более предпочтительно выше 1226,85°C. Более высокие значения выдерживаемых температур предоставляют преимущества с точки зрения долговечности.

Там, где требуются повышенные уровни выдерживаемых температур, наконечник 5 ионизационного электрода может содержать участок, изготовленный из карбида кремния. Подходящие материалы продаются под торговой маркой Globar®.

Подающий трубопровод 3 является предпочтительно трубчатым и обеспечивает сопло 7, имеющее отверстие для впрыска на его выходе. Направление потока текучей среды определяется соплом 7. Горючая текучая среда передается через подающий трубопровод 3. Горючая текучая среда впрыскивается в камеру 2 сгорания в отверстии для впрыска. Отверстие для впрыска предпочтительно имеет круглое поперечное сечение. Это круглое поперечное сечение перпендикулярно направлению потока текучей среды через сопло 7. Также предусмотрено, что поперечное сечение отверстия для впрыска является квадратным и/или многоугольным. Согласно аспекту, сопло 7 обеспечивает щели для уменьшения акустических эмиссий.

Фиг. 1 также показывает, что рама 6 также огибает сопло 7. То есть и ионизационный электрод 4, и сопло 7 установлены на раме 6 и/или вставлены в раму 6. Фланец 8 может быть применен для закрепления рамы 6 относительно подающего трубопровода 3. В идеальном случае фланец 8 применяется для установки рамы 6 к подающему трубопроводу 3.

Наконечник 5 ионизационного электрода 4 предпочтительно расположен в непосредственной близости от отверстия для впрыска. Расположение наконечника 5 в непосредственной близости от отверстия для впрыска дает точные указания на отрыв пламени. Предусмотрено, что расстояние между наконечником 5 и точкой на отверстии для впрыска, ближайшей к наконечнику 5, меньше 50 миллиметров. Более большие горелки могут требовать более больших расстояний между наконечником 5 и точкой на отверстии для впрыска, ближайшей к наконечнику 5. Расстояние между наконечником 5 и точкой на отверстии для впрыска, ближайшей к наконечнику 5, предпочтительно меньше 20 миллиметров или даже меньше 10 миллиметров.

В дополнение к ионизационному электроду 4 пламя 1a также контролируется с помощью по меньшей мере одного датчика 12, 13. В идеальном случае конструкция содержит два датчика 12 и 13, которые контролируют пламя 1а. Предусмотрено, что по меньшей мере один датчик 12, 13 представляет собой датчик света. Также предусмотрено, что два датчика 12 и 13 представляют собой датчики света.

Первый датчик 12 может, в качестве неограничивающего примера, представлять собой фотодиод, такой как карбидокремниевый диод, или устройство из сульфида кадмия. Также предусмотрено, что первый датчик 12 представляет собой фотоумножительную трубку. В варианте выполнения первый датчик 12 имеет спектральную чувствительность λ_10%, которая обеспечивает обнаружение ультрафиолетового света с оптическими длинами волн ниже 400 нанометров. Первый датчик 12 может, в частности, обнаруживать свет с оптической длиной волны 310 нанометров. Первый датчик 12 света также может обеспечивать обнаружение видимого света с длинами волн между 500 нанометрами и 600 нанометрами и/или с длинами волн между 400 нанометрами и 700 нанометрами и/или с длинами волн между 500 нанометрами и 800 нанометрами.

Для того, чтобы первый датчик 12 принимал свет от пламени 1а, фокусирующий элемент может быть расположен на оптическом пути. То есть фокусирующий элемент расположен между первым датчиком 12 и пламенем 1а. Предусмотрено, что фокусирующий элемент представляет собой линзу, такую как конденсор. Линза и/или конденсор может, в частности, отфильтровывать определенные длины волн. Таким образом, спектральная чувствительность конструкции может улучшаться. Также предусмотрено, что фокусирующий элемент представляет собой диафрагму. Линза и/или конденсор и/или диафрагма также могут обеспечивать защиту (ограниченную) от сажи.

Второй датчик 13 может, в качестве неограничивающего примера, представлять собой фотодиод, такой как кремниевый (Si) фотодиод или германиевый (Ge) фотодиод фотодиод или индий-галлий-арсенидный (InGaAs) фотодиод. Также предусмотрено, что второй датчик 13 представляет собой фотоумножительную трубку. В варианте выполнения второй датчик 13 имеет спектральную чувствительность λ_10%, которая обеспечивает обнаружение инфракрасного света с оптическими длинами волн выше 700 нанометров, предпочтительно выше 800 нанометров. Второй датчик 13 может, в частности, обнаруживать оптическую длину волны 900 нанометров. Второй датчик 13 света также может обеспечивать обнаружение видимого света с длинами волн между 500 нанометрами и 600 нанометрами и/или с длинами волн между 500 нанометрами и 800 нанометрами и/или с длинами волн между 600 нанометрами и 800 нанометрами.

Для того, чтобы второй датчик 13 принимал свет от пламени 1а, фокусирующий элемент может быть расположен на оптическом пути. То есть фокусирующий элемент расположен между вторым датчиком 13 и пламенем 1а. Предусмотрено, что фокусирующий элемент представляет собой линзу, такую как конденсор. Линза и/или конденсор может, в частности, отфильтровывать определенные длины волн. Таким образом, спектральная чувствительность конструкции может улучшаться. Также предусмотрено, что фокусирующий элемент представляет собой диафрагму. Линза и/или конденсор и/или диафрагма также могут обеспечивать защиту (ограниченную) от сажи.

Фиг. 1 иллюстрирует пламя 1a внутри камеры 2 сгорания с низкой скоростью сгорания. Пламя 1а, которое показано на Фиг. 1, может, в качестве неограничивающего примера, соответствовать скорости сгорания, которая составляет между 10% и 20% расчетной мощности устройства сгорания.

Фиг. 2 иллюстрирует пламя 1b внутри камеры 2 сгорания с повышенной скоростью сгорания. Пламя 1b, которое показано на Фиг. 2, может, в качестве неограничивающего примера, соответствовать скорости сгорания, которая составляет между 70% и 100% расчетной мощности устройства сгорания. Пламя 1b с повышенной скоростью сгорания больше по размеру по сравнению с пламенем 1a с низкой скоростью сгорания. Также форма пламени 1b с повышенной скоростью является рваной, тогда как форма пламени 1а с низкой скоростью является обычной.

Для каждого из пламени 1a, 1b можно различать разные области. Область 9a, 9b основания обычно начинается близко к отверстию для впрыска и охватывает приблизительно одну треть всего пламени 1a, 1b. Область основания главным образом излучает излучение в ультрафиолетовой области с оптическими длинами волн ниже 400 нанометров.

Инфракрасное излучение с оптическими длинами волн, превышающими 800 нанометров, преимущественно излучается в областях 10a, 10b языка пламени 1a, 1b. Области 10a, 10b языка находятся еще дальше от отверстия для впрыска, чем области 9a, 9b основания. Области 10a, 10b языка охватывают приблизительно две трети пламени 1a, 1b.

Предусмотрено, что датчик 12 выполнен с возможностью контроля областей 9a, 9b основания пламени 1a, 1b. Первый датчик 12 может предпочтительно быть применен для контроля ультрафиолетового излучения, исходящего из областей 9a, 9b основания пламени 1a, 1b. Также предусмотрено, что второй датчик 13 выполнен с возможностью контроля областей 10a, 10b языка пламени 1a, 1b. Второй датчик 13 может предпочтительно быть применен для контроля инфракрасного излучения, исходящего из областей 10a, 10b языка пламени 1a, 1b. В идеальном случае второй датчик 13 обеспечивает достаточную временную разрешающую способность. Второй датчик 13 в этом случае обеспечивает контроль временных колебаний интенсивности инфракрасного излучения. Второй датчик 13 может, в частности, обеспечивать контроль временных колебаний интенсивности, когда пламя 1b становится больше.

Теперь обратимся к Фиг. 3, на которой проиллюстрирован отрыв пламени. Отрыв пламени может, в качестве неограничивающего примера, возникать, когда скорость сгорания уменьшается с повышенной скорости сгорания. Отрыв пламени может приводить к сдуванию пламени. Отрыв пламени, который показан на Фиг. 3, также может приводить к предохранительному состоянию и/или к блокировке устройства.

Как может быть видно на Фиг. 3, пламя 1c переместилось от выхода сопла 7 и/или от отверстия для впрыска сопла 7 в камеру 2 горелки. Область 9c основания пламени 1c теперь отделено от отверстия для впрыска на длину 11 отрыва. Длина 11 отрыва представляет собой расстояние между двумя ближайшими точками на отверстии для впрыска и на внешней поверхности области 9c основания. Также ионизационный электрод 4 больше не охватывается областью 9c основания пламени 1с. В частности, наконечник 5 ионизационного электрода 4 больше не охватывается областью 9c основания пламени 1с.

В идеальном случае первый датчик 12 выполнен с возможностью контроля области 9c основания пламени 1с. Первый датчик 12 может предпочтительно быть применен для контроля ультрафиолетового излучения, исходящего из области 9c основания пламени 1с. Первый датчик 12 предпочтительно предлагает достаточную временную разрешающую способность. Первый датчик 12 в этом случае обеспечивает контроль снижения ультрафиолетового излучения, вызываемого отрывом пламени.

Теперь обратимся к Фиг. 4, на которой показана схема обработки сигналов, имеющая процессор 14, такой как микроконтроллер или микропроцессор. Процессор 14 соединяется с ионизационным электродом 4 с помощью блока 15 преобразования сигналов для ионизационного сигнала. Блок 15 преобразования сигналов может, в качестве неограничивающего примера, усиливать, выпрямлять и/или фильтровать сигнал, полученный от ионизационного электрода 4. В особом варианте выполнения блок 15 преобразования сигналов получает аналоговые сигналы от ионизационного электрода 4 и передает цифровые сигналы в процессор 14. Блок 15 преобразования сигналов предпочтительно соединяется с процессором 14 по шине связи, такой как последовательная шина. Блок 15 преобразования сигналов предпочтительно связывается с процессором 14 с использованием протокола шины связи, такого как цифровой протокол.

В другом варианте выполнения блок 15 преобразования сигналов получает аналоговые сигналы от ионизационного электрода 4 и передает аналоговые сигналы в процессор 14. Аналоговые сигналы, передаваемые в процессор 14, могут представлять собой электрические токи в диапазоне между 0 мА и 20 мА, в частности, между 4 мА и 20 мА. Аналоговые сигналы, передаваемые в процессор 14, также могут представлять собой электрические напряжения в диапазоне между 0В и 5В, в частности между 0В и 3,3В или между 0В и 3В, или между 0В и 2В. Предусмотрено, что процессор 14 обеспечивает аналого-цифровой преобразователь с достаточной разрешающей способностью и/или шириной полосы для считывания сигналов с блока 15 преобразования сигналов. В компактном варианте выполнения аналого-цифровой преобразователь и процессор 14 расположены в одной и той же системе на кристалле.

Процессор 14 соединяется с первым датчиком 12 с помощью блока 16 преобразования сигналов для первого датчика 12. Блок 16 преобразования сигналов может, в качестве неограничивающего примера, усиливать, выпрямлять и/или фильтровать сигнал, полученный от первого датчика 12. Усиление сигнала, полученного от первого датчика 12, может задействовать усилитель с низким уровнем шума и/или усилитель со сверхнизким уровнем шума. В особом варианте выполнения блок 16 преобразования сигналов получает аналоговые сигналы от первого датчика 12 и передает цифровые сигналы в процессор 14. Блок 16 преобразования сигналов предпочтительно соединяется с процессором 14 по шине связи, такой как последовательная шина. Такая же шина связи может обеспечивать связь между процессором 14 и блоками 15 и 16 преобразования сигналов. Блок 16 преобразования сигналов предпочтительно связывается с процессором 14 с использованием протокола шины связи, такого как цифровой протокол.

В другом варианте выполнения блок 16 преобразования сигналов получает аналоговые сигналы от первого датчика 12 и передает аналоговые сигналы в процессор 14. Аналоговые сигналы, передаваемые в процессор 14, могут представлять собой электрические токи в диапазоне между 0 мА и 20 мА, в частности, между 4 мА и 20 мА. Аналоговые сигналы, передаваемые в процессор 14, также могут представлять собой электрические напряжения в диапазоне между 0В и 5В, в частности между 0В и 3,3В или между 0В и 3В, или между 0В и 2В. Предусмотрено, что процессор 14 обеспечивает аналого-цифровой преобразователь с достаточной разрешающей способностью и/или шириной полосы для считывания сигналов с блока 16 преобразования сигналов. Такой же аналого-цифровой преобразователь может предпочтительно быть применен для считывания сигналов с блоков 15 и 16 преобразования сигналов. В компактном варианте выполнения аналого-цифровой преобразователь и процессор 14 расположены в одной и той же системе на кристалле.

Процессор 14 соединяется со вторым датчиком 13 с помощью блока 17 преобразования сигналов для второго датчика 13. Блок 17 преобразования сигналов может, в качестве неограничивающего примера, усиливать, выпрямлять и/или фильтровать сигналы, полученные от второго датчика 13. Усиление сигнала, полученного от второго датчика 13, может задействовать усилитель с низким уровнем шума и/или усилитель со сверхнизким уровнем шума. В особом варианте выполнения блок 17 преобразования сигналов получает аналоговые сигналы от второго датчика 13 и передает цифровые сигналы в процессор 14. Блок 17 преобразования сигналов предпочтительно соединяется с процессором 14 по шине связи, такой как последовательная шина. Такая же шина связи может обеспечивать связь между процессором 14 и блоками 15, 16 и 17 преобразования сигналов. Блок 17 преобразования сигналов предпочтительно связывается с процессором 14 с использованием протокола шины связи, такого как цифровой протокол.

В другом варианте выполнения блок 17 преобразования сигналов получает аналоговые сигналы от второго датчика 13 и передает аналоговые сигналы в процессор 14. Аналоговые сигналы, передаваемые в процессор 14, могут представлять собой электрические токи в диапазоне между 0 мА и 20 мА, в частности, между 4 мА и 20 мА. Аналоговые сигналы, передаваемые в процессор 14, также могут представлять собой электрические напряжения в диапазоне между 0В и 5В, в частности между 0В и 3,3В или между 0В и 3В, или между 0В и 2В. Предусмотрено, что процессор 14 обеспечивает аналого-цифровой преобразователь с достаточной разрешающей способностью и/или шириной полосы для считывания сигналов с блока 17 преобразования сигналов. Такой же аналого-цифровой преобразователь может предпочтительно быть применен для считывания сигналов с блоков 15, 16 и 17 преобразования сигналов. В компактном варианте выполнения аналого-цифровой преобразователь и процессор 14 расположены в одной и той же системе на кристалле.

Снижение ионизационного тока, записанное и/или отобранное с помощью ионизационного электрода 4, может указывать на отрыв пламени. Подобным образом, снижение ультрафиолетового излучения, записанное и/или отобранное с помощью первого датчика 12, может указывать на отрыв пламени. Процессор 14 будет предпочтительно формировать предохранительный сигнал, если один из сигналов, записанных и/или отобранных с помощью ионизационного электрода 4 или с помощью первого датчика 12, указывает на отрыв пламени. Процессор 14 также может формировать предохранительный сигнал, если два сигнала, записанные и/или отобранные с помощью ионизационного электрода 4 или с помощью первого датчика 12, оба указывают на отрыв пламени. Процессор 14 также может обрабатывать сигнал, полученный от второго датчика 13, до формирования предохранительного сигнала.

Предохранительный сигнал может приводить к блокировке устройства сгорания. С этой целью запорный клапан в устройстве сгорания может быть закрыт. Указание на состояние неисправности также может быть отображено в ответ на предохранительный сигнал. С этой целью процессор 14 соединяется с дисплеем 18. Указание на состояние неисправности также может быть передано в облачный компьютер. С этой целью процессор 14 соединяется с облачным компьютером по сети, такой как интернет. Облачный компьютер обычно установлен в местоположении, которое удалено от устройства сгорания.

Как описано подробно здесь, настоящее раскрытие представляет систему управления, содержащую ионизационный электрод (4), первый датчик (12) пламени, первую схему (15) преобразования сигналов в оперативной связи с ионизационным электродом (4), вторую схему (16) преобразования сигналов в оперативной связи с первым датчиком (12) пламени, блок (18) вывода, процессор (14) в оперативной связи с первой и со второй схемами (15, 16) преобразования сигналов и с блоком (18) вывода, причем процессор (14) выполнен с возможностью:

приема первого и второго ионизационных сигналов, указывающих на ионизационные токи, с помощью первой схемы (15) преобразования сигналов от ионизационного электрода (4), причем второй ионизационный сигнал принимается после первого ионизационного сигнала;

приема первого и второго сигналов пламени, указывающих на излучение (излучения), исходящее (исходящие) из пламени (1a-1с), с помощью второй схемы (16) преобразования сигналов от первого датчика (12) 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 (18) вывода.

Первый датчик (12) пламени в идеальном случае отличается от ионизационного электрода (4). Система управления предпочтительно представляет собой систему управления для горелки и/ для устройства сгорания. Предусмотрено, что предохранительный сигнал представляет собой сигнал отрыва. Также предусмотрено, что производный ионизационный сигнал представляет собой дифференциальный ионизационный сигнал. Дополнительно предусмотрено, что производный сигнал пламени представляет собой дифференциальный сигнал пламени.

В варианте выполнения процессор (14), при возникновении и/или в случае состояния отрыва пламени, выполнен с возможностью формирования предохранительного сигнала и передачи предохранительного сигнала в блок (18) вывода.

Предусмотрен процессор (14), который выполнен с возможностью:

приема от ионизационного электрода (4) с помощью первой схемы (15) преобразования сигналов в первой точке во времени первого ионизационного сигнала, указывающего на ионизационный ток; и

приема от ионизационного электрода (4) с помощью первой схемы (15) преобразования сигналов во второй точке во времени второго ионизационного сигнала, указывающего на ионизационный ток.

Предусмотрено, что процессор (14) выполнен с возможностью:

приема от первого датчика (12) пламени с помощью второй схемы (16) преобразования сигналов в третьей точке во времени первого сигнала пламени, указывающего на излучение, исходящее из пламени (1a-1c); и

приема от первого датчика (12) пламени с помощью второй схемы (16) преобразования сигналов в четвертой точке во времени второго сигнала пламени, указывающего на излучение, исходящее из пламени (1a-1c).

В варианте выполнения первая точка во времени совпадает с третьей точкой во времени, а вторая точка во времени совпадает с четвертой точкой во времени. В альтернативном варианте выполнения первая точка во времени не совпадает с третьей точкой во времени, а вторая точка во времени не совпадает с четвертой точкой во времени.

Первый датчик (12) пламени предпочтительно отличается от ионизационного электрода (4).

Система управления предпочтительно представляет собой или содержит систему управления для устройства сгорания. Система управления в идеальном случае представляет собой или содержит систему управления для устройства сгорания, такого как газовая горелка или нефтяная горелка.

Настоящее раскрытие также представляет любую из вышеупомянутых систем управления, в которых процессор (14) выполнен с возможностью:

формирования производного ионизационного сигнала как разности между первым ионизационным сигналом (его амплитудой) и вторым ионизационным сигналом (его амплитудой); и

формирования производного сигнала пламени как разности между первым сигналом пламени (его амплитудой) и вторым сигналом пламени (его амплитудой).

Настоящее раскрытие дополнительно представляет любую из вышеупомянутых систем управления, в которых процессор (14) выполнен с возможностью:

формирования производного ионизационного сигнала как абсолютного значения разности между первым ионизационным сигналом (его амплитудой) и вторым ионизационным сигналом (его амплитудой); и

формирования производного сигнала пламени как абсолютного значения разности между первым сигналом пламени (его амплитудой) и вторым сигналом пламени (его амплитудой).

Настоящее раскрытие также представляет любую из вышеупомянутых систем управления, в которых процессор (14) выполнен с возможностью:

сравнения производного ионизационного сигнала с первым заранее определенным пороговым значением для формирования первого указания на отрыв пламени;

сравнения производного сигнала пламени со вторым заранее определенным пороговым значением для формирования второго указания на отрыв пламени; и

определения, существует ли состояние отрыва пламени, как функции от первого и второго указаний на отрыв пламени.

Настоящее раскрытие дополнительно представляет любую из вышеупомянутых систем управления, в которых процессор (14) выполнен с возможностью определения, что состояние отрыва пламени существует,

если первое указание на отрыв пламени превышает первое заранее определенное пороговое значение или

если второе указание на отрыв пламени превышает второе заранее определенное пороговое значение.

Настоящее раскрытие также представляет любую из вышеупомянутых систем управления, в которых процессор (14) выполнен с возможностью определения, что состояние отрыва пламени существует,

если первое указание на отрыв пламени превышает первое заранее определенное пороговое значение и

если второе указание на отрыв пламени превышает второе заранее определенное пороговое значение.

Настоящее раскрытие дополнительно представляет любую из вышеупомянутых систем управления, в которых процессор (14) выполнен с возможностью:

сравнения второго ионизационного сигнала с первым ионизационным сигналом;

сравнения второго сигнала пламени с первым сигналом пламени; и

определения, что состояние отрыва пламени существует,

если второй ионизационный сигнал меньше половины первого ионизационного сигнала или

если второй сигнал пламени меньше девяноста процентов первого сигнала пламени.

Процессор (14) также может быть выполнен с возможностью определения, что состояние отрыва пламени существует,

если второй ионизационный сигнал (его амплитуда) меньше половины первого ионизационного сигнала (половины его амплитуды), или

если второй сигнал пламени (его амплитуда) меньше девяноста процентов первого сигнала пламени (девяноста процентов его амплитуды).

Процессор (14) также может быть выполнен с возможностью определения, что состояние отрыва пламени существует,

если второй ионизационный сигнал (его амплитуда) меньше двадцати процентов первого ионизационного сигнала (двадцати процентов его амплитуды) или

если второй сигнал пламени (его амплитуда) меньше пятидесяти процентов первого сигнала пламени (пятидесяти процентов его амплитуды).

Процессор (14) может дополнительно быть выполнен с возможностью определения, что состояние отрыва пламени существует,

если второй ионизационный сигнал (его амплитуда) меньше десяти процентов первого ионизационного сигнала (десяти процентов его амплитуды) или

если второй сигнал пламени (его амплитуда) меньше двадцати процентов первого сигнала пламени (двадцати процентов его амплитуды).

Логическая операция типа «или» между разностями ионизационных сигналов и разностями сигналов пламени вызывает быстрый ответ на состояние неисправности.

Настоящее раскрытие также представляет любую из вышеупомянутых систем управления, в которых процессор (14) выполнен с возможностью:

сравнения второго ионизационного сигнала с первым ионизационным сигналом;

сравнения второго сигнала пламени с первым сигналом пламени; и

определения, что состояние отрыва пламени существует,

если второй ионизационный сигнал меньше половины первого ионизационного сигнала и

если второй сигнал пламени меньше девяноста процентов первого сигнала пламени.

Процессор (14) также может быть выполнен с возможностью определения, что состояние отрыва пламени существует,

если второй ионизационный сигнал (его амплитуда) меньше половины первого ионизационного сигнала (половины его амплитуды) и

если второй сигнал пламени (его амплитуда) меньше девяноста процентов первого сигнала пламени (девяноста процентов его амплитуды).

Процессор (14) также может быть выполнен с возможностью определения, что состояние отрыва пламени существует,

если второй ионизационный сигнал (его амплитуда) меньше двадцати процентов первого ионизационного сигнала (двадцати процентов его амплитуды) и

если второй сигнал пламени (его амплитуда) меньше пятидесяти процентов первого сигнала пламени (пятидесяти процентов его амплитуды).

Процессор (14) может дополнительно быть выполнен с возможностью определения, что состояние отрыва пламени существует,

если второй ионизационный сигнал (его амплитуда) меньше десяти процентов первого ионизационного сигнала (десяти процентов его амплитуды) и

если второй сигнал пламени (его амплитуда) меньше двадцати процентов первого сигнала пламени (двадцати процентов его амплитуды).

Низкие процентные значения вторых сигналов по сравнению с высокими процентными значениями первых сигналов уменьшают вероятности ложных тревог.

Логическая операция типа «и» между разностями ионизационных сигналов и разностями сигналов пламени уменьшает вероятности ложных тревог.

Настоящее раскрытие дополнительно представляет любую из вышеупомянутых систем управления, в которых блок (18) вывода содержит запорный клапан; и

причем запорный клапан (18) выполнен с возможностью закрытия и/или выполнен с возможностью инициации запирания в ответ на прием блоком (18) вывода предохранительного сигнала.

В варианте выполнения блок (18) вывода представляет собой запорный клапан.

Настоящее раскрытие также представляет любую из вышеупомянутых систем управления, в которых блок (18) вывода содержит дисплей;

причем процессор (14), в случае состояния отрыва пламени, выполнен с возможностью формирования тревожного сообщения и с возможностью передачи тревожного сообщения на дисплей (18); и

причем дисплей (18) выполнен с возможностью показа принятого тревожного сообщения.

Предусмотрена система управления, в которой процессор (14) выполнен с возможностью формирования тревожного сообщения и с возможностью передачи тревожного сообщения на дисплей (18), если существует чрезвычайное состояние.

В варианте выполнения блок (18) вывода представляет собой дисплей. Система управления также может содержать графический адаптер в оперативной связи с дисплеем (18) и в оперативной связи с процессором (14). Процессор (14), при возникновении и/или в случае состояния отрыва пламени, выполнен с возможностью передачи тревожного сообщения в графический адаптер. Графический адаптер, в ответ на прием тревожного сообщения, выполнен с возможностью формирования графического сигнала, указывающего на тревожное сообщение, и с возможностью передачи графического сигнала на дисплей (18). Дисплей (18) выполнен с возможностью отображения тревожного сообщения в ответ на прием графического сигнала.

Настоящее раскрытие дополнительно представляет любую из вышеупомянутых систем управления,

в которых второй ионизационный сигнал принимается менее чем через четыреста миллисекунд после первого ионизационного сигнала; и

в которых второй сигнал пламени принимается менее чем через четыреста миллисекунд после первого сигнала пламени.

Второй ионизационный сигнал предпочтительно принимается менее чем через одну тысячу или менее чем через четыреста миллисекунд, более предпочтительно менее чем через двести миллисекунд, еще более предпочтительно менее чем через пятьдесят миллисекунд после первого ионизационного сигнала. Второй сигнал пламени предпочтительно принимается менее чем через одну тысячу или менее чем через четыреста миллисекунд, предпочтительно менее чем через двести миллисекунд, еще более предпочтительно менее чем через пятьдесят миллисекунд после первого сигнала пламени. Короткие задержки вызывают быстрые ответы на состояние неисправности.

Предусмотрено, что задержки между вторым ионизационным сигналом и первым ионизационным сигналом зависят от частоты мощности. Также предусмотрено, что задержки между вторым сигналом пламени и первым сигналом пламени зависят от частоты мощности. То есть частота мощности, такая как 60 Гц, приводит к более коротким задержкам по сравнению с частотой мощности, такой как 50 Гц. Подобным образом, частота мощности, такая как 400 Гц, приводит к более коротким задержкам по сравнению с частотой мощности 60 Гц.

Настоящее раскрытие дополнительно представляет любую из вышеупомянутых систем управления, причем система управления дополнительно содержит второй датчик (13) пламени, третью схему (17) преобразования сигналов в оперативной связи со вторым датчиком (13) пламени, процессор (14) в оперативной связи с третьей схемой (17) преобразования сигналов, причем процессор (14) выполнен с возможностью:

приема от второго датчика (13) пламени с помощью третьей схемы (17) преобразования сигналов третьего сигнала пламени в первой точке во времени и четвертого сигнала пламени во второй точке во времени, причем третий и четвертый сигналы пламени указывают на излучение (излучения), исходящее (исходящие) из пламени (1a-1с), причем четвертый сигнал пламени принимается после третьего сигнала пламени;

определения частоты колебаний посредством отбора третьего сигнала пламени в первой точке во времени и четвертого сигнала пламени во второй точке во времени; и

определения, существует ли состояние отрыва пламени, на основе производного ионизационного сигнала и на основе производного сигнала пламени и на основе частоты колебаний.

Процессор (14) в варианте выполнения выполнен с возможностью определения, что состояние отрыва пламени существует, если частота колебаний выше порогового значения частоты (заранее определенного). Процессор (14) в альтернативном варианте выполнения выполнен с возможностью определения, что состояние отрыва пламени существует, если частота колебаний ниже порогового значения частоты (заранее определенного).

Второй (13) датчик пламени предпочтительно отличается от первого датчика (12) пламени и от ионизационного электрода (4).

Предпочтительно, частота колебаний определяется как функция от третьего сигнала пламени в первой точке/и первой точки во времени и как функция от четвертого сигнала пламени во второй точке/и второй точки во времени. Тем самым отбираются третий сигнал пламени в первой точке во времени и четвертый сигнал пламени во второй точке во времени.

Четвертый сигнал пламени предпочтительно принимается менее чем через сто миллисекунд, предпочтительно менее чем через пятьдесят миллисекунд, еще более предпочтительно менее чем через двадцать миллисекунд после третьего сигнала пламени. Короткие задержки вызывают быстрые ответы на состояние неисправности.

Настоящее раскрытие также представляет любую из вышеупомянутых систем управления, в которых первый датчик (12) пламени содержит датчик ультрафиолетового света, причем первый датчик (12) пламени выполнен с возможностью формирования первого сигнала пламени в ответ на прием первой величины ультрафиолетового света и выполнен с возможностью формирования второго сигнала пламени в ответ на прием второй величины ультрафиолетового света; и

причем ультрафиолетовый свет имеет оптическую длину волны ниже четырехсот нанометров.

Первый датчик (12) пламени в идеальном случае имеет спектральную чувствительность λ_10% при оптической длине волны ниже четырехсот нанометров.

Первый датчик (12) пламени предпочтительно представляет собой датчик ультрафиолетового света. Первый датчик (12) пламени в идеальном случае формирует сигнал (электрический), указывающий на величину ультрафиолетового излучения, исходящую из пламени (1a-1с) и падающее на первый датчик (12) пламени.

Настоящее раскрытие также представляет любую из вышеупомянутых систем управления, в которых второй датчик (13) пламени содержит датчик инфракрасного света, причем второй датчик (13) пламени выполнен с возможностью формирования третьего сигнала пламени в ответ на прием первой величины инфракрасного света и выполнен с возможностью формирования четвертого сигнала пламени в ответ на прием второй величины инфракрасного света; и

причем инфракрасный свет имеет оптическую длину волны выше восьмисот нанометров.

Второй датчик (13) пламени в идеальном случае имеет спектральную чувствительность λ_10% при оптической длине волны выше восьмисот нанометров.

Второй датчик (13) пламени предпочтительно представляет собой датчик инфракрасного света. Второй датчик (13) пламени в идеальном случае формирует сигнал (электрический), указывающий на величину инфракрасного излучения, исходящую из пламени (1a-1с) и падающее на второй датчик (13) пламени.

Настоящее раскрытие также представляет устройство сгорания, содержащее подающий трубопровод (3), камеру (2) сгорания и сопло (7), причем сопло (7) обеспечивает сообщение по текучей среде между подающим трубопроводом (3) и камерой (2) сгорания, причем сопло (7) имеет отверстие для впрыска, обращенное к камере (2) сгорания, причем устройство сгорания дополнительно содержит систему управления согласно настоящему раскрытию,

в которой ионизационный электрод (4) имеет дальний конец и имеет наконечник (5), расположенный на дальнем конце ионизационного электрода (4);

причем наконечник (5) расположен внутри камеры (2) сгорания;

причем наименьшее расстояние среди всех расстояний между наконечником (5) и отверстием для впрыска составляет менее двадцати миллиметров.

Предусмотрено устройство сгорания, в котором сопло (7) обеспечивает сообщение по текучей среде между подающим трубопроводом (3) и камерой (2) сгорания.

Согласно аспекту настоящего раскрытия, наименьшее расстояние среди всех расстояний между наконечником (5) и отверстием для впрыска (любой точкой на нем) составляет менее пятидесяти миллиметров, предпочтительно менее двадцати миллиметров, еще более предпочтительно менее десяти миллиметров.

Предусмотрено, что вышеупомянутая система управления применяется в медицинском устройстве.

Любые этапы способа согласно настоящему раскрытию могут быть воплощены в аппаратном обеспечении, в модуле программного обеспечения, исполняемом процессором, в модуле программного обеспечения, исполняемом с использованием виртуализации уровня операционной системы, в облачном вычислительном устройстве или в их сочетании. Программное обеспечение может включать в себя аппаратно-программное обеспечение, аппаратный драйвер, работающий в операционной системе, или прикладную программу. Таким образом, раскрытие также относится к компьютерному программному продукту для выполнения операций, представленных здесь. При реализации в программном обеспечении описанные функции могут храниться в виде одной или более инструкций на считываемом компьютером носителе. Некоторые примеры носителей для хранения, которые могут быть использованы, включают в себя память с произвольным доступом (RAM), память только для чтения (ROM), флэш-память, память EPROM, память EEPROM, регистры, жесткий диск, съемный диск, другие оптические диски или любые доступные носители, к которым может быть получен доступ с помощью компьютера или любого другого IT-оборудования и устройства.

Следует понимать, что вышеизложенное относится только к определенным вариантам выполнения раскрытия и что многочисленные изменения могут быть выполнены в них без отклонения от объема раскрытия, который определен следующей формулой изобретения. Также следует понимать, что раскрытие не ограничено проиллюстрированными вариантами выполнения и что различные модификации могут быть выполнены в пределах объема следующей формулы изобретения.

Ссылочные позиции

1a, 1b, 1c пламя

2 камера сгорания

3 подающий трубопровод

4 ионизационный электрод

5 наконечник

6 рама

7 сопло

8 фланец

9a, 9b, 9c область основания

10a, 10b, 10c область языка

11 длина отрыва

12 первый датчик света

13 второй датчик света

14 процессор

15 блок преобразования сигналов

16 блок преобразования сигналов

17 блок преобразования сигналов

18 блок вывода

Таким образом, раскрытие также относится к компьютерному программному продукту для выполнения операций, представленных здесь. При реализации в программном обеспечении описанные функции могут храниться в виде одной или более инструкций на считываемом компьютером носителе. Некоторые примеры носителей для хранения, которые могут быть использованы, включают в себя память с произвольным доступом (RAM), память только для чтения (ROM), флэш-память, память EPROM, память EEPROM, регистры, жесткий диск, съемный диск, другие оптические диски или любые доступные носители, к которым может быть получен доступ с помощью компьютера или любого другого IT-оборудования и устройства.

Следует понимать, что вышеизложенное относится только к определенным вариантам выполнения раскрытия и что многочисленные изменения могут быть выполнены в них без отклонения от объема раскрытия, который определен следующей формулой изобретения. Также следует понимать, что раскрытие не ограничено проиллюстрированными вариантами выполнения и что различные модификации могут быть выполнены в пределах объема следующей формулы изобретения.

Ссылочные позиции

la, lb, 1с пламя

2 камера сгорания

2 подающий трубопровод

2 ионизационный электрод

2 наконечник

2 рама

2 сопло

2 фланец

9а, 9Ь, 9с область основания 10а, 10Ь, 10с область языка

11 длина отрыва

11 первый датчик света

11 второй датчик света

11 процессор

11 блок преобразования сигналов

11 блок преобразования сигналов

11 блок преобразования сигналов

11 блок вывода.

Реферат

Изобретение относится к области энергетики. Система управления содержит ионизационный электрод (4), первый датчик (12) пламени, первую схему (15) преобразования сигналов в оперативной связи с ионизационным электродом (4), вторую схему (16) преобразования сигналов в оперативной связи с первым датчиком (12) пламени, блок (18) вывода, процессор (14) в оперативной связи с первой и второй схемами (15, 16) преобразования сигналов и с блоком (18) вывода, причем процессор (14) выполнен с возможностью: приема первого и второго ионизационных сигналов, указывающих на ионизационные токи, с помощью первой схемы (15) преобразования сигналов от ионизационного электрода (4), 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 (16) преобразования сигналов от первого датчика (12) 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 (18) вывода. Изобретение позволяет осуществлять контроль пламени, обнаружить отрыв пламени внутри горелки. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула