Устройство обнаружения и восстановления пламени

Союз Соеетскнх Соцналнстнцеских Республнк.76 2330234 284.0 рисоединениеПриоритет Р 2393 заявки сударственный комет СССР оо девам нзооретений н открытийсания 18,0 а опубликования 2) Авторы изобретения нбанов лков н В. Ф,П.Б цкое научно-производст Газоаппар ать нное объедннени Заявитель НОВЛЕИИЯ 4) УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ ИПЛАМЕНИ сис мое ус лем на Изобретение предназначено для обеспечения безопасности бытовой н коммунальной газовой аппаратуры, но может быть применено н в промышленности прн автоматизации процессов дистанционного воспла.- менения газовоздушнои смеси н контроле 5 горения ее на выходе, включая жидкое топливо горелок широкого назначения.Известно устройство обнаружения н1восстановления пламени, содержащее искрозапальную систему с цепями управле-то ния на переключателях типе неоновых ламп, датчики пламени и пусковые выключателя 1.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство, высокая. эффективность- которого заключается в рациональном совмешенин функций обнаружения и восстановления пламенн применительно к нескольким газовым горелкам,Устройство содержит искрозапальную систему воспламенения гаэовоздущ ной смеси многогорелочных потребителей на тнрнсторном коммутаторе зарядной цепи функционального конденсатора, датчики пламени, реостатно-емкостные цепи управ лення искрозапальной темой с переключаюшимися элемент н типа неоновых ламп, включенных между входом нскрозапальной системы, датчиками пламени и пусковым выключателем2).Существенным .недостатком известных устройств, базнруюшяхся на ионнэацнонном принципе обеспечения безопасности (эащнж) по горению является отсутствие взаимосвязанной блокировки залитого состояния ноннзацнонного датчика с операциями принудительного включения искрозапальной системы восстановления пламени, Последнее обстоятельство значительно снижает показатель эксплуатационной безопасности устройства,Целью изобретения является повыщенне эксплуатационной безопасности.Цель достигается тем, что предлагаетройство снабжено первым делнтедвух сопротивлениях, включеннымпараллельно тиристорному коммутатору,зарядными цепочками из сопротивленияи конденсатора по, числу датчиков пламени, включенными между средней точкойпервого делителя .а обшей шиной, последовательно соединенными неоновой лампойдиодом, первым подвижным контактомпускового выключателя, сопротивлением,включенными между средней точкой каждойцепи заряда искрозапальной системы и щобшей щиной, диодами по числу реостатноемкостных цепей, включенными междусрецней точкой этих цепей и непоцвижнымконтактом пускового выключателя, второйпоцвижный контакт которого служит цля 15поцключения к ним цатчиков пламени, и атоым целителем из двух сопротивлений, средняя точка которого соединена с управляющимвходом тиристорного коммутатора, одинконец его подключен к обшей щине, а 26второй - к общей точке переключателейэлементов искрозападьной системы, соединенной с землей,На чертеже представлена принципиальная схема описываемого устройства. ИСтрелкой отмечено место и напрявлениеподачи магистрального газа.Устройство содержит. входные зажимы1 и 2, одноподупериодный выпрямитель на.полупроводниковом диоде 3 и ограничи- Зотельном,сопротивлении 4 образующий спервичной обмоткой 5 индукционной катущ.ки 6 токовый контур зарядной цепи функционального конденсатора 7 многокаивдьной системы воспламенения газовоздущной З 5смеси горелок 8-11 посредством электродов искровых запальников 12-15 соответственно, отделенных от горелок воздушным зазором 4-5 мм и соединенных/проводниками 16 19 с Выводами Вторич- фных обмоток 20 и 21 индукционной катушки 6. Механические соединения трубопроводов 22-25 на линиях индивидуальнойподачи газа к горелкам предполагают наличие соответствующих запорных органов 4526-29, а также электрического соединения между ними и входным патрубкомпитающего газопровода 30, дополнительно соединенного проводником 31 с корпусом газового потребителя (на чертежеусловно изображен в виде заземления).Ионизационные датчики, 32-35 пламе-.ни помещены вблизи огневых отверстий(на чертеже не изображены) горелок и55будучи отделенными от последних воздущными промежутками соединены проводниками 36-39 с коммутационными цепями пусковых выключателей 40-43. Механическая связь выключателей 40-43 сзапорными органами 26-29 выполненатаким образом, что исходному (закрытому) положению газовых горелок соответсчвует размыкание цепей датчиков 32-35пламени нормально открытыми контактами пусковых выключателей, тогда какс другой стороны нормально закрычъ 1 еконтакты пусковых выключателей примыкают к узлу соединения ограничительногосопротивления 4 и первичной обмотки 5индукционной катушки 6 посредствомвведения нагрузочных сопротивлений44-47. Силовые электроды тиристорного .коммутатора 48 и параллельно подключенные к ним реостатно-емкостные цепипламячувствительного управления на идентичных последовательных ветвях из сопротивлений 49-52 и времязадаюшихконденсаторов 53-56 помещены междуузлами попарного соединения катода диода 3 с конденсатором 7 и сопротивления4 с нижним выводом первичной обмотки5 индукционной катушки 6 (проводник 57),Количество цепей пламячувствительногоуправления выбирается в соответствии счисленностью ионизационных датчиковорганов 26-29, а также удвоенного количества полупроводниковых диодов 58-65в цепях соединения их с проводниками66-69, общих узлов нормально открытыхи нормально закрытых контактов пусковых выключателей 40-43. Аноды диодов58-65 попарно присоединены к собственным выводам неоновых ламп 70-77, причетные из них цополнительно примыкают к времязадаюшим конденсаторам 5356 и сопротивлениям 49-52. Свободныевыводы неоновых ламп 70, 72, 74 и 76накоротко соединены проводником 78с корпусом газового потребителя и черезсопротивление 79 присоединяются к управляющему электроду 80 тиристора 48, всвою очередь защунтированного по цепиуправления резистором 81, Правые посхеме выводы неоновых ламп 71, 73,75 и 77 присоединены к индивидуальнымддя каждой из них узлам соединений накопительных конденсаторов 82-85 ссопротивлениями 86-89, системы аварийного управления тиристорным коммутатором 48. Свободные выводы конденсаторов82-85 обьединены проводникоМ 57, тогда как сопротивления 86-89 накороткопримыкают к нагрузочному зажиму делителя, образованного последовательным соединением сопротивлений 90 и 91. Развернутая ветвь 90-91 подключена парал0 5 65722лельно силовым зажимам тиристора 48,предполагая ориентацию сопротивления 91к проводнику 57. Образованные такимобразом две группы релаксационцых генераторов попарно отделены одна от 5другой полупроводниковыми диодами.58-65, дополнительно взаимоувязанными с общими для обеих нагруэочнымисопротивлениями 44-47 проводниками66-69., 16Включение устройства в действиедостигается путем механического воздействия на запорные органы 27-29 любойиэ горелок и предполагает предварительное подключение входных зажимов 1 и 2 5к источнику переменного напряжения промышленной частоты. Условно разбиваяукаэанную операцию на подготовительнуюи рабочую, рассмотрим процессы подготовительной стадии, пока выбор какой-либогорелки еше не произведеч.Выпрямленное диодом 3, постоянноенапряжение одновременно прикладываетсяк зарядным цепям функционального конденсатора 7, времязадаюшим конденсаторам 53-56 и накопительным конденсаторам 82-85. Продолжительность зарядаконденсатора 7 через первичную обмотку5 индукционной катушки 6 и ограничительное сопротивление 4 определяетсянезначительной величиной постоянной заряда ю 0,01 с, поэтому, принимая вовнимание соиэмеритель высокоомныхсопротивлений 49-52 и 86-89, значения35которых выбираются в полтора- два разабольше величины сопротивления ионизированного пламенем воздушного промежуткамежду горелками и датчиками 32-35пламени, мгновенное становление амплитуды40питающего напряжения на силовых зажимах тиристора 48 сопровождается умеренным накоплением электростатической энергии на обкладках указанных конденсаторов,Росс напряжения на обкладках конденсаторов 5,3-56 и 82-85 продолжаетсядо момента установившихся значенийграничных величин, которые для конденсаторов 53-56 определяются падениемнапряжений на нагрузочных сопротивлениях 44-47, в то время как для конденсаторов 82-85 характеризуется потенциалом падения напряжения на сопротивлении 91.55Исходя иэ принятых значений номиналов сопротивлений 49-52 и 86-89, атакже пренебрегая влиянием делителя90-91 суммарное сопротивление кото рого значительно меньше, можно подсчитать, что стабилизация устацовившихся значений напряжения на аналогичных однндругом конденсаторах 53-56 и 82-85первой и второй групп произойдет через0,8-1,5 с.Условием нормального функционирования устройства является согласованиевеличины потенциального барьера между электродами неоновых ламп 71, 73,75 и 77 подготовительной и рабочейстадии (преимущественно определяетсясопротивлением нагрузочных сопротивлений 44-47, соизмеримых с ионизированными участками пламени датчиков 3235)с критическими значением .,сопротивления утречки,режима аварийной работы (характеризуется взаимоувязанным выборомноминалов сопротивления делителя 90- 91).Другими словами, установившийся потенциал накопительных конденсаторов 82-85может превышать или быть меньшезапорного потенциала . времязадаюшихконденсаторов 53-56 на достаточнуювеличину для гарантированного зажигания неоновых ламп 71, 73, 75 и 77при аварийном снижении зависимого отсопротивленич утечки напряжения конденсаторов 53-56 до критической величины.Из вышеизложенного следует, чтоприменение разделительных диодов 59,31, 63 и 65 делителя 90-91 обусловлено необходимостью обобщить всевозможные частные случаи использованиянеоновых ламп первой и второй группынезависимо от степени различия их конкретных характеристик или абсолютной величины напряжения зажигания. Статистическое равновесие подготовительных операций продолжается до тех пор, пока не будет осуществлена подача газа из горелок, Предположим такой окажйтся горелка 11, поэтому, открывая к ней подачу газа посредством запорного органа 29, одновременно достигает размыкания нормально замкнутого контакта пускового выключателя 40, а также замыкания нормально открытого контакта в цепи проводников 66 и 36 ионизационного датчика 32 пламени, Разрыв шуцтируюшего влияния нагрузочного сопротивления 44 снижает ограничение дальнейшего роста напряжения на конденсаторе 53, которое продолжается до момента превы- шения его величины относительно напряжения зажигания неоновой лампы 70, Внутреннее сопротивление лампы 70 резко снижается, и конденсатор 53 формиру6572 ет управляющий импульс положительнойполярности на электрод 80 тиристора 48.Следующее за-жом проводящее состояниетиристора 48 закорачивает полупроводниковый диод 3 на ограничительное сопротивление 4, и кроме того, вызывает интенсивный разряд функционального конденсатора 7 на индуктивность первичной обмотки 5 индукционной катушки 6. Крутойфронт ударного тока в цепи обмотки 5 16способствует возникновению высокогонапряжения в магнитосвязанных искроэапальных цепях вторичных обмоток 20 и21. Действующая величина индуктируемогонапряжения обмоток 2 Ь и 21 достигает35-40 кВ и является более чем достаточной для безусловного дробоя двойноговоздушного промежутка между электродами искровых запальников 12 - 18 икорпусами соответствующих горелок 8-Х 1,Происходит воспламенение газовоздущной смеси открытой горелки 11. Еслиоднако такого воспламенении не произойдет сразу после прохождения первогозапального искрения, то работа системывосстановления пламени автоматическивозобновится через 0,5-0,8 с (характеризуется постоянной заряда конденсатора 53 через резистор 49, от остаточнойвеличины напряжения на конденсатореМ53 при погасании неоновой лампы 70 дозначения напряжения ее очередного зажигания), так как щунтируюшее влияние открытого тиристора 48 на выпрямитель диода3 и зарядную цепочку времязадаюшегоконденсатора 53 с,сопротивлением 49прекращается сразу же после переэаряда(практически мгновенно) функциональногоконденсатора 7, когда напряжение на силовых электродах тиристора 48 меняетйолярность или становится близким йулю.Возникновениеоткрытого пламени горелки 11 в зоне расположения электродадатчика 32 пламени сопровождается явновыраженным эффектом иониэации, что эквивалентно увеличению проводимости воз-.душного промежутка на участке междудатчиком 32 и горелкой 11. Конденсатор83 вновь оказывается защунтированным,но несколько по другой цепи, как так наэтот раз снижение потенциала конденсатора 53 и соответственно примыкающего к нему через диоды 58 и 59 правого электрода неоновой лампы 71 происхо дит в результате гальванической связи датчика 32 пламени с массовым зажимом , проводника 78 через низкоомную цепь сопротивления 79 на управляющий пере 20 8ход тиристора 48, Искрообразование наэлектродах искровых запальников 12-15немедленно прекрашатеся, а системавосстановления пламени переходит в дежурный режим, когда любому погасаниюгорелки 11 тут же соответствует автоматическое возобновление ее работьь Аналогичным образом произойдет включение системы восстановления пламени, воспламение газовоздущной смеси и после дующее обеспечение бесперебойности горения на других горелках 8-10, открытых в любой очередности или работающих в любом сочетании Комплексное. рещение вопросов безопасности по горению путем автоматического поджега несгорающего газа возможно благодаря использованию бездействующих до сих пор релаксационных генераторов на неоновых лампах 71, 73, 75 и 77 системы аварийного управления тиристорным коммутатором 48. Предположим, что, в результате закипания продукта произошло заливание пламени горелки 11, причем поверхност ное сопротивление между электродом датчика 32 пламени и корпусом (массой) газового потребителя также понизилось. Порядок такого сопротивления, особенно ввиду Свойственного пищевым продуктам повышенного содержания кислот, солей и т, д. (явление электролитической диссоциации), может оказаться чрезвычайно малым, достигая значения от сотен Ом, до полутора - двух десятков килоОм.:;Канал пламячувствительного управления релаксационного генератора на неоновой лампе 70 получает ошибочную информацию о состоянии датчика 32 пламени, однако снижение потенциала проводника 66 и соответственно правого электрода Яеоновой лампы 71 оказывается ниже критической величины, характерной для нормального горения. Разность потенциалов между электрода ми неоновой лампы 71. резко увеличивается и, достигая величины напряжения зажигания, способствует интенсивному разряду ранее заряженного накопительного конденсатора 82 на последовательную цепь проводника 66 с поверхностным сопротив- лением утечки между датчиком 32 пламени и корпусом (массой) газового потребителя, сопротивлением 79 и управляющим электродом 80 тирястора 48.Диод 58 предотвращает разряд конденса- тора 82 на конденсатор 53,65722 10 9Воспламенение газовоэдушной смеси горелки 11, в отличие от предшествуюшего режима пламячувствительного управления, не отражается на частоте далт. нейшего формирования импульсов аварий 5 ного управления тиристорного коммутатора, поэтому продолжающееся воспроиэ- водство тактового искрообразования на искровых эапальниках может успешно рассматриваться в аиде звуковой сигнали-, 1 О зации, дополнительно свидетельствующей об аварийной ситуации. Введение взаимосвязанной блокировки залитого состояния иониэационного даг- И чика в соответствии с операциями принудительного включения искрозапальной системы восстановления пламени существ венно повышает эксплуатационную безопасность устройства, которое сравнению Ю с известными устройствами аналогичного назначения дает возможность максимальЪ но сочетать высокие показатели надежности, низкой стоимости и веса искрокон денсаторных систем зажигания и автома тики контроля горения.К числупреимушеств, создаваемых устройством, дополнительно относятся безынерционность, отсутствие контактных цепей, высокая степень согласования 39 базисных компонетов. Формула изобретенияЭ 5 Устройство обнаружения и восстановления пламени, содержащее искроэапальную систему восплаМенения газовоздушной смеси многогорелочных потребителей на40 тиристорном коммутаторе зарядной цепи функционального конденсатора, датчикипламени, реостатно-емкостные цепи управления искрозапальной системой с переключающимися элементами типа неоновыхламп, включенных между входом искрзапальной системы, датчиками пламении пусковым выключателем, о т л и ч а ю.ш е е с я тем, что, с целью повышенияэксплуатационной безопасности," оно снабжено первым делителем на двух сопротивлениях, включенным параллельно тиристорному коммутатору, зарядными цепочками йз сопротивлении и конденсаторапо числу датчиков пламени, включеннымимежду средней точкой первого делителяи обшей шиной, последовательно соединенными неоновой лампой диодом, певым подвижным койактом пусковоговыключателя, сопротивлением, включен-,ными между средней точкой каждойцепи заряда искроэапальной системы иобшей шиной, диодами по числу реостатно-емкостных цепей, включенными междусредней точкой этих цепей и неподвижнымконтактом пускового выключателя, второй подвижный, контакт которого служитдля подключения к ним датчиков пламе-вни, и вторым делителем из двух сопрьтюлений, средняя точка которого соединена с управляющим входом тиристорного коммутатора, однй конец его подключен к обшей шине, а второй - к обшейточке переключателей элементов искроэапальной системы, соединенной с землей,Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе1. Патент франции Ьа 2023714кл, Р 23 Я 11/00, 1970,2. Патент Франции % 2037895,кл. Р 23 Я 3/00, 1970.