Датчик селективного контроля факела горелки энергетических и водогрейных котлов модели удф-01/ми
Датчик УДФ-01/МИ селективного контроля факела горелки энергетических и водогрейных котлов модели предназначен для селективного контроля факела горелок газомазутных, пылеугольных и пылегазовых котлоагрегатов, т.е. к контролю факела каждой отдельной горелки независимо от конструкции горелок, их количества и расположения на котле. Этот контроль необходим для работы системы безопасности горелок котла, осуществляющих отключение подачи топлива на горелку при не появлении ее факела в течение заданного времени при розжиге горелки, или исчезновении факела горелки в режимах растопки котла или при работе его на нагрузке, а также для обеспечения дистанционного контроля за розжигом горелок. Датчик позволяет увеличить селективные возможности, снизить влияние различных режимных факторов на величину его сигнала, обеспечить всережимность его работы за счет введения внутренней автоподстройки его параметров, что исключает формирование сложной внешней логики автоподстройки, позволяет применять датчик на котлах, сжигающих разные виды топлива и увеличивает надежность системы контроля факела при формировании логики автоподстройки при отсутствии управляющих программно технических комплексов. 3 илл. 1 н.п.
Полезная модель относится к области теплотехники, а более узко - к селективному контролю факела горелок газомазутных, пылеугольных и пылегазовых котлоагрегатов, т.е. к контролю факела каждой отдельной горелки независимо от конструкции горелок, их количества и расположения на котле. Этот контроль необходим для работы системы безопасности горелок котла, осуществляющих отключение подачи топлива на горелку при не появлении ее факела в течение заданного времени при розжиге горелки или исчезновении факела горелки в режимах растопки котла или при работе его на нагрузке, а также для обеспечения дистанционного контроля за розжигом горелок.
Известным аналогом является датчик Insight Scanner 95IR фирмы FIREYE (www.fireye.com). Датчик 95IR работает в инфракрасном диапазоне длин волн чувствительного элемента, однако диапазон инфракрасного излучения, воспринимаемого принятым в этом датчике чувствительным элементом, не позволяет обеспечить требуемого уровня селективности датчика и не исключает влияния различных режимных факторов на величину его сигнала, например, паровой обдувки мазутных форсунок. Кроме того, датчик имеет только внешнюю автоподстройку настроечных параметров и не имеет внутренней автоподстройки, что не позволяет обеспечить его всережимность (работу во всем диапазоне нагрузок) без формирования сложной внешней логики автоподстройки, затрудняет использование такого датчика на котлах, сжигающих разные виды топлива, и снижает надежность системы контроля факела при формировании логики автоподстройки при отсутствии управляющих программно технических комплексов.
Другим аналогом является датчик D-LE603 фирмы DURAG (www.durad.de). При всех его достоинствах датчик не имеет ни внутренней, ни внешней автоподстройки параметров, что затрудняет использование его для контроля факела в широком диапазоне нагрузок, и не обеспечивает контроль нескольких видов топлива. Кроме того, так же как и в датчике 95IR принятый спектральный диапазон работы его чувствительного элемента не позволяет обеспечить требуемого уровня селективности датчика и не исключает влияния различных режимных факторов на величину его сигнала, например, паровой обдувки мазутных форсунок.
Прототипом полезной модели является «Датчик УДФ-01 селективного контроля факела газомазутных горелок» (www.udf01.narod.ru) Датчик имеет внутреннюю самодиагностику, обеспечивающую не только контроль его исправности, что предусмотрено и в его аналогах, но и стабилизацию чувствительности и шумов чувствительного элемента. Он имеет как внутреннюю, так и внешнюю автоподстройку
канала измерения по величине спектра полезного сигнала на рабочей частоте, позволяющую обеспечить его селективность во всем диапазоне нагрузок котла, а спектральный диапазон принятого чувствительного элемента позволяет обеспечить требуемый уровень селективности датчика и исключает влияние различных режимных факторов на величину его сигнала, например, паровой обдувки мазутных форсунок и т.д. Однако, несмотря на высокие показатели прототипа, он обладает недостаточными селективными возможностями, влияние на величину сигнала режимов работы, ограниченные возможности применения для иных видов топлива.
Целью заявленной полезной модели является увеличение селективных возможностей датчика, снижение влияния различных режимных факторов на величину его сигнала, обеспечение всережимности его работы за счет введения внутренней автоподстройки его параметров, что исключает формирование сложной внешней логики автоподстройки, позволяет применять датчик на котлах, сжигающих разные виды топлива, и увеличивает надежность системы контроля факела при формировании логики автоподстройки при отсутствии управляющих программно технических комплексов.
Указанная цель достигается с помощью датчика «УДФ-01/МИ» селективного контроля факела горелки энергетических и водогрейных котлов, состоящего из несущего корпуса, оптической системы, кожуха для пылебрызгозащиты оптической системы, платы фотоприемника, блока питания и платы обработки сигнала, отличающийся тем, что плата фотоприемника и сам фотоприемник, плата обработки сигнала и блок питания смонтированы в несущем корпусе, обеспечивающем со стяжками и кольцом для крепления к фланцу визирной трубы горелки жесткость конструкции датчика, с несущим корпусом, выполненным разъемным с оптической системой, для удобства эксплуатации при ремонте и замене электронной части с сохранением неизменной визировки оптической части, с установленными на несущем корпусе разъемами для подключения к сети, выдачи выходных сигналов и подключения к пульту, с установленными на кожухе световыми индикаторами для сигнализации о работе датчика, фотоприемник выполнен так, чтобы обеспечить прием и преобразование инфракрасного излучения факела требуемого диапазона излучения и передачу выходного преобразованного сигнала в блок обработки сигнала, плата обработки сигнала выполнена так, чтобы обеспечить выделение высокочастотных пульсаций факела при работающей и не работающей горелке в рабочем диапазоне частот, полученных с фотоприемника, формирование признака наличия и отсутствия факела, самодиагностику с выводом состояния датчика на световые индикаторы, автоподстройку параметров датчика для реализации его всережимности, сохранение параметров датчика на энергонезависимом запоминающем устройстве при исчезновении питания и сбоях в работе
Устройство и монтаж Датчика УДФ-01/МИ поясняется чертежами и схемами на Фиг 1-3.
Датчик УДФ-01/МИ состоит из оптической системы с фотоприемником и электронного блока обработки сигналов, выполненных в едином корпусе (Фиг.1).
Оптическая система предназначена для пространственной селекции зоны приема инфракрасного излучения факела и для контроля и юстировки оптической оси датчика.
Оптическая система состоит из линзы 1 с накидной гайкой 2, неподвижного тубуса 3 и подвижного тубуса 4, шарнира 5 с накидной гайкой 6, котировочных винтов 7, узла фотоприемника 8, зеркала 9 и смотрового отверстия с заглушкой 10. Фиксация подвижного тубуса 4 относительно неподвижного 3 осуществляется винтами 11.
Зеркало и смотровое отверстие служат для контроля юстировки оптической оси датчика в визирной трубе горелки путем наблюдения в зеркале изображения пламени факела на поверхности фотоприемника 8.
Электронный блок состоит из блока питания 12, платы фотоприемника 13 и платы обработки сигналов 14.
Жесткость конструкции обеспечивается несущим корпусом 15, к которому крепятся стяжки 16 и кольцо 17 для крепления к стыковочному фланцу визирной трубы горелки.
В кожух 18 датчика врезаны три линзы 20 «Факел», «Сеть» и «Неиспр.», расположенные соответственно над красными и зеленым индикаторными светодиодами для визуального наблюдения за их состоянием при закрытом кожухе.
С целью обеспечения пылебрызгозащиты оптической и электронной систем, а также для электромагнитного экранирования использованы кожухи 18 и 19. Для удобства эксплуатации датчика его корпус выполнен разъемным, что позволяет разделять оптическую и электронную части датчика и сохранять неизменной его оптическую визировку в случае ремонта или замены электронной части. На корпусе 15 установлены: разъем подключения сети, разъем выдачи сигналов реле и пультовой разъем. Для охлаждения датчика и устранения попадания продуктов горения и пыли на его оптические элементы необходимо обеспечить непрерывную подачу к штуцеру 21 датчика сухого воздуха с расходом 5-10 м3/час.
Монтаж датчика поясняется чертежом на Фиг.2. Датчик 22 присоединяют с помощью фланцевого соединения к визирной трубе 23 контролируемой горелки 24.
Визирная труба выносится из горелки и устанавливается в ее амбразуре под углом 35-40° к оси горелки. Расстояние от конца визирной трубы до конца ближайшей газораздающей трубы 25 составляет 300-550 мм.
Работа УДФ-01 поясняется блок-схемой, представленной на Фиг.3.
В основу работы УДФ-01 положен принцип выделения разницы высокочастотных пульсаций факела при работающей и отключенной горелке в рабочем диапазоне частот. Пульсации яркости факела горелки преобразуются фоточувствительным элементом в электрический сигнал, который поступает в электронный блок для преобразования в релейный сигнал. Фоточувствительный элемент ФЭ совместно с платой фотоприемника образуют инфракрасную (ИК) головку, которая обеспечивает регистрацию и предварительное усиление переменной составляющей пламени в инфракрасном диапазоне спектра.
Переменная составляющая напряжения с ИК головки подается на полосовой активный фильтр и выпрямитель среднего значения сигнала (демодулятор) платы обработки сигнала. Сглаженное постоянное напряжение от демодулятора после усиления его промежуточным усилителем постоянного тока поступает на вход АЦП, подключенного к соответствующему порту процессора Р1.7. Все дальнейшие преобразования сигнала в соответствии с принятыми алгоритмами управления осуществляются в самом процессоре в цифровом виде.
Значения параметров настройки датчика задаются через его вынесенный (переносной) пульт управления СПУ, используемый только при настройке датчика или при контроле за его работой, и запоминаются в энергонезависимом ОЗУ. Отображение этих параметров и текущих измеряемых и расчетных параметров датчика осуществляется на дисплее вынесенного пульта. Команды изменения режима работы дисплея, задания числовых значений параметров настройки, отображения информации формируются с помощью кнопок пульта управления. Подключение пульта управления к процессору осуществляется через регистр.
Датчик имеет энергонезависимое ОЗУ (флеш память) для сохранения его параметров настройки при исчезновении питания, а также супервизор для перезапуска процессора при сбоях в его работе.
Примерная структурная схема алгоритма обработки входного сигнала в процессоре выглядит следующим образом. После предварительного демпфирования входного сигнала датчика SPA, полученного с АЦП, формируется сигнал SPD. Далее этот сигнал преобразуется в спектральном канале в сигнал SPP с учетом поправок по текущей чувствительности KYT и величине шума UKOM чувствительного элемента, полученных по результатам последней по времени самодиагностики, а также с учетом сигнала интегратора узла автоподстройки INTA. С помощью указанного преобразования
чувствительность датчика в течение всего времени его работы поддерживается на уровне соответствующем моменту начала его эксплуатации, а шумовой сигнал приводится к стандартному уровню, не превышающему 0.1В. Сигнал SPP далее поступает на дисплей для отображения в логику формирования признака «Факел есть/нет» и узел автоподстройки.
Логика формирования признака «факел есть/нет» формирует соответствующий признак по величине изменения спектра входного сигнала SPP. Она реализует релейную характеристику с зоной нечувствительности и зоной возврата. При появлении факела горелки сигнал SPP оказывается выше соответствующего порога Р2 и указанная логика формирует признак «факел есть», который вызывает срабатывание выходного реле датчика. При спектре входного сигнала ниже значения Р1 формируется признак «факела нет» и выходное реле отключается.
Предусматривается возможность введения при необходимости временной задержки на срабатывание выходного реле датчика (по исчезновению факела). Задержка реализуется программным путем в процессоре с помощью таймера. Максимально возможная величина указанной задержки составляет 4 сек. и выставляется с пульта управления при настройке датчика.
При появлении факела горелки (срабатывание выходного реле) одновременно без временной задержки включается красный индикаторный светодиод «Факел (Kp)», установленный на внешней стороне платы обработки сигналов. При отсутствии факела указанный светодиод гаснет (с временной задержкой, если она введена).
При подаче напряжения питания на датчик загорается зеленый индикаторный светодиод, также установленный на внешней стороне платы обработки сигналов «Сеть (Зел)».
Самодиагностика датчика осуществляется узлом самодиагностики в три этапа путем оценки комплексных параметров, характеризующих состояние датчика, включая фотоприемник, на каждом из них. Первый этап - на затемненном датчике при перекрытом основном световом потоке электромеханической шторкой, второй этап - аналогичен первому этапу, но с включенной подсветкой фотоприемника модулированным сигналом заданной частоты, третий этап аналогичен первому этапу. По результатам анализа сигналов на этих трех этапах вычисляется текущее значение коэффициента усиления измерительного канала датчика, обеспечивающее заданную при его настройке чувствительность, а также сигнал компенсации шума для приведения его к нормированному уровню. При неисправности датчика, выявленной этой системой, включается мигающий красный светодиод «Неисправ (Kp)» и реле неисправности платы обработки сигналов, выдающее сигнал о неисправности в оперативный контур управления котла.
При отсутствии неисправности датчик безударно включается в работу, а при выявлении неисправности по любому из признаков схемой анализа состояния датчика формируется признак его неисправности, включающий реле неисправности датчика и соответствующий красный светодиод на плате обработки сигналов. В период диагностики параметры датчика замораживаются на уровне, имевшем место перед началом диагностики. При обнаружении неисправности датчика его состояние, бывшее перед началом диагностики, не меняется.
Автоподстройка параметров датчика выполняется с целью обеспечения его всережимности. Она реализуется специальным алгоритмом автоподстройки, обеспечивающим снижение чувствительности датчика при уровне входного сигнала SPP выше заданной величины SPAV. Снижение чувствительности датчика обеспечивается интегратором схемы автоподстройки. При отсутствии автоподстройки выходной сигнал интегратора INTA=0,01В. В режиме работы котла, принятом для настройки датчика, например, растопочном, сигнал SPP устанавливается таким образом, чтобы его величина оставалась ниже значения SPAV и составляла 1,0-1,3В. Тогда, при повышении нагрузки, по мере роста SPP, и превышении последним значения SPAV, в работу вступает алгоритм автоподстройки, который обеспечивает поддержание сигнала SPP на уровне SPAV. При постепенном снижении нагрузки алгоритм автоподстройки действует в противоположном направлении, выводя интегратор автоподстройки из работы, и при дальнейшем снижении нагрузки сигнал SPP изменяется только в соответствии с изменением сигнала фотоприемника.
Аналогично алгоритм автоподстройки работает при включении и отключении горелки. Если при включении горелки сигнал SPP оказывается выше SPAV, то алгоритм автоподстройки постепенно снизит его до уровня SPAV. Если при отключении горелки фоновый уровень приведенного входного сигнала датчика SPP снижается ниже (Р1 - 0,05), то алгоритм автоподстройки полностью выводится из работы. Если фоновый сигнал датчика на отключенной горелке выше величины (Р1 - 0,05), то алгоритм автоподстройки увеличивает выходной сигнал интегратора INTA, поддерживая приведенный входной сигнал датчика SPP на уровне (Р1 - 0,05). Указанная автоподстройка на отключенной горелке, реализуемая путем снижения чувствительности датчика, позволяет сохранить неизменными его установки Р1 и Р2 по приведенному входному сигналу при большом фоновом сигнале, например, на нагрузке котла близкой к максимальной или при сжигании мазута. Благодаря этому обеспечивается работоспособность датчика во всех возможных режимах работы котла.
Датчик селективного контроля факела горелки энергетических и водогрейных котлов, состоящий из несущего корпуса, оптической системы, кожуха для пылебрызгозащиты оптической системы, платы фотоприемника, блока питания и платы обработки сигнала, отличающийся тем, что плата фотоприемника и сам фотоприемник, плата обработки сигнала и блок питания смонтированы в несущем корпусе, обеспечивающем со стяжками и кольцом для крепления к фланцу визирной трубы горелки жесткость конструкции датчика, с несущим корпусом, выполненным разъемным с оптической системой, для удобства эксплуатации при ремонте и замене электронной части с сохранением неизменной визировки оптической части, с установленными на несущем корпусе разъемами для подключения к сети, выдачи выходных сигналов и подключения к пульту, с установленными на кожухе световыми индикаторами для сигнализации о работе датчика, фотоприемник выполнен так, чтобы обеспечить прием и преобразование инфракрасного излучения факела требуемого диапазона излучения и передачу выходного преобразованного сигнала в блок обработки сигнала, плата обработки сигнала выполнена так, чтобы обеспечить выделение высокочастотных пульсаций факела при работающей и не работающей горелке в рабочем диапазоне частот, полученных с фотоприемника, формирование признака наличия и отсутствия факела, самодиагностику с выводом состояния датчика на световые индикаторы, автоподстройку параметров датчика для реализации его всережимности, сохранение параметров датчика на энергонезависимом запоминающем устройстве при исчезновении питания и сбоях в работе.
