МНОГОСЕКЦИОННЫЙ КОТЕЛ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТАКИМ КОТЛОМ, ПРЕДОТВРАЩАЮЩИЕ ОПРОКИДЫВАНИЕ ТЯГИ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ Российский патент 2012 года по МПК F24H9/20 

Область техники

[1] Настоящее изобретение относится к многосекционному котлу или водогрейному аппарату (мультибойлеру) и способу управления им, а именно к котлу, в котором исключено опрокидывание тяги уходящих газов без применения клапанов, посредством датчика напора воздуха и контроллера, установленных в каждой секции котла, а также к способу управления таким многосекционным котлом.

Предпосылки к изобретению

[2] Как правило, устройства, в которых сжигают топливо, такие как котлы или водогрейные аппараты, проектируют в расчете на выработку определенной мощности. Существует, однако, способ набора требуемой мощности за счет установки нескольких маломощных котлов или водогрейных аппаратов в ряд. Например, котел теплопроизводительностью 200000 ккал/ч можно получить путем установки в ряд пяти котлов теплопроизводительностью 40000 ккал/ч. Построенные таким образом котлы или водогрейные аппараты называют многосекционными.

[3] Многосекционный котел не требует много места для монтажа, удобен в обслуживании и эксплуатации, и при этом, если одна из секций выходит из строя, можно значительно сократить причиняемые этим неудобства за счет управления исправными секциями. Далее, многосекционный котел предпочтителен с точки зрения экономии энергии, поскольку позволяет эксплуатировать секции по отдельности, сообразно потребной мощности.

[4] На фиг.1 схематически показан многосекционный котел традиционной конструкции.

[5] Каждая из секций такого котла снабжена датчиком 20, измеряющим напор воздуха, входящего в камеру 10 сгорания, а также контроллером 30, который управляет скоростью вращения вентилятора, подающего воздух в камеру, сообразно измеряемому напору. Помимо этого контроллер 30 также служит для управления различными подсистемами в ходе работы котла. Контроллеры 30 отдельных секций соединены между собой линией 50 связи.

[6] Большую часть времени в таком котле работает лишь часть секций, сообразно требуемой теплопроизводительности, и при этом уходящие газы работающих секций часто опрокидывают тягу в выключенных секциях. Например, когда работает крайняя слева на фиг.1 секция, а две других выключены, уходящие газы работающей секции могут потечь в камеры сгорания других секций, как показано стрелками.

[7] Когда же выключенная секция с уходящими газами в камере сгорания включается в работу, газы препятствуют поступлению достаточного количества кислорода в камеру, что может повлечь отказ воспламенения или взрыв. Чтобы предотвратить опрокидывание тяги, обычно помещают клапан 60 в выпускном отверстии 40 каждой из секций таким образом, чтобы уходящие газы могли течь только в одном направлении, но не могли затекать в секцию.

[8] На фиг.2 и фиг.3 схематически показаны примеры клапанов, размещаемых в многосекционных котлах традиционного типа. Заслонка клапана 61 на фиг.2 подвешена на петле и открывается в сторону дымохода давлением газов, отходящих из камеры 10 сгорания, но не открывается в сторону ее. В клапане же 62 на фиг.3 заслонка поднимается давлением отходящих из камеры 10 сгорания газов, открывая выпускное отверстие 40 в сторону дымохода, но перекрывает отверстие, когда истечение газов прекращается.

Раскрытие изобретения

Постановка задачи

[9] Однако, будучи механическими устройствами, клапаны 61, 62 подвержены износу в ходе длительной эксплуатации, в результате чего могут вовсе утратить работоспособность. А при вышедших из строя клапанах опрокидывание тяги может повлечь аварию с разрушением котла.

Решение

[10] В свете вышеуказанной проблемы, задача настоящего изобретения - предложить многосекционный котел, в котором опрокидывание тяги исключается без применения секционных механических клапанов, посредством датчика воздушного напора и контроллера, имеющихся в каждой секции.

Преимущества

[11] Согласно настоящему изобретению, приводя вентиляторы выключенных секций во вращение со скоростью, сообразной значениям, измеряемым датчиками воздушного напора работающих секций, можно исключить опрокидывание тяги без применения клапанов в секциях. При этом за счет исключения из конструкции клапанов снижается ее себестоимость, а малая вероятность отказа в ходе длительной эксплуатации также снижает и расходы на обслуживание.

Краткое описание чертежей

[12] Фиг.1 схематически показывает многосекционный котел традиционной конструкции.

[13] Фиг.2 и фиг.3 схематически показывают устройство клапанов, устанавливаемых в многосекционных котлах традиционной конструкции.

[14] Фиг.4 схематически показывает заявляемый многосекционный котел.

[15] Фиг.5 показывает блок-схему алгоритма заявляемого способа, предотвращающего опрокидывание тяги.

Наилучший вариант осуществления изобретения

[16] Способ управления многосекционным котлом из нескольких установленных в ряд секций, предотвращающий опрокидывание тяги, причем каждая из секций оснащена:

- датчиком для измерения напора воздуха, поступающего в камеру сгорания,

- контроллером для управления скоростью вращения вентилятора, подающего воздух в камеру, сообразно величине, измеренной датчиком напора,

причем один из контроллеров включен как первичный, а прочие - как вторичные,

и при этом первичный и вторичные контроллеры соединены между собой линией связи,

и при этом настоящее изобретение отличается тем, что способ управления предусматривает:

- измерение напора поступающего в камеру сгорания воздуха посредством датчика напора при контроллерах работающих секций;

- вычисление посредством первичного контроллера среднего напора по работающим секциям по величинам напора, измеренным их контроллерами;

- вычисление из среднего напора величины потребного напора на вентиляторах выключенных секций;

- управление вентиляторами выключенных секций исходя из вычисленных значений.

[17] При этом заявляемый способ отличается тем, что напор нагнетаемого вентиляторами выключенных секций воздуха составляет от одной до двух третей от измеренного напора.

[18] Как вариант, способ отличается тем, что напор нагнетаемого вентиляторами выключенных секций воздуха составляет половину от измеренного напора.

[19] Способ управления многосекционным котлом из нескольких установленных в ряд секций, предотвращающий опрокидывание тяги, причем каждая из секций оснащена:

- датчиком для измерения скорости вращения вентилятора,

- контроллером для управления скоростью вращения вентилятора по показаниям датчика,

причем один из контроллеров включен как первичный, а прочие - как вторичные,

и при этом первичный и вторичные контроллеры соединены между собой линией связи,

и при этом настоящее изобретение отличается тем, что способ управления предусматривает:

- измерение скорости вращения вентиляторов работающих секций;

- вычисление посредством первичного контроллера средней скорости вращения по работающим секциям по скоростям, измеренным их контроллерами,

- вычисление потребной скорости вращения вентиляторов выключенных секций по средней скорости,

- управление вентиляторами выключенных секций исходя из вычисленных значений.

[20] При этом заявляемый способ отличается тем, что скорость вращения вентиляторов выключенных секций составляет от одной до двух третей от измеренной скорости.

[21] Как вариант, способ отличается тем, что скорость вращения вентиляторов выключенных секций составляет половину от измеренной скорости.

[22] Многосекционный котел из нескольких установленных в ряд секций, каждая из которых оснащена:

- датчиком для измерения напора поступающего в камеру сгорания воздуха,

- контроллером для управления скоростью вращения вентилятора, подающего воздух в камеру, сообразно величине, измеренной датчиком напора,

причем один из контроллеров включен как первичный, а прочие - как вторичные,

и при этом первичный и вторичные контроллеры соединены между собой линией связи,

и при этом настоящее изобретение отличается тем, что:

- первичный контроллер вычисляет средний напор по работающим секциям по величинам напора, измеренным их контроллерами;

- вычисляет из среднего напора величины потребного напора на вентиляторах выключенных секций;

- и управляет вентиляторами выключенных секций исходя из вычисленных значений.

[23] При этом многосекционный котел отличается тем, что напор нагнетаемого вентиляторами выключенных секций воздуха составляет от одной до двух третей от измеренного напора.

[24] Как вариант, котел отличается тем, что напор нагнетаемого вентиляторами выключенных секций воздуха составляет половину от измеренного напора.

[25] Многосекционный котел из нескольких установленных в ряд секций, каждая из которых оснащена:

- датчиком для измерения скорости вращения вентилятора,

- контроллером для управления скоростью вращения вентилятора по показаниям датчика,

причем один из контроллеров включен как первичный, а прочие - как вторичные,

и при этом первичный и вторичные контроллеры соединены между собой линией связи,

и при этом настоящее изобретение отличается тем, что:

- первичный контроллер вычисляет среднюю скорость вращения вентиляторов работающих секций по скоростям, измеренным их контроллерами,

- вычисляет потребную скорость вращения вентиляторов выключенных секций по средней скорости,

- управляет вентиляторами выключенных секций исходя из вычисленных значений.

[26] При этом многосекционный котел отличается тем, что скорость вращения вентиляторов выключенных секций составляет от одной до двух третей от измеренной скорости.

[27] Как вариант, котел отличается тем, что скорость вращения вентиляторов выключенных секций составляет половину от измеренной скорости.

Принцип действия изобретения

[28] Ниже подробно описано устройство и порядок работы предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения применительно к прилагаемым чертежам. Совпадающими номерами позиций на разных чертежах обозначены по существу одинаковые элементы.

[29] На фиг.4 схематически показан многосекционный котел 100 согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, например из пяти котлов или водогрейных аппаратов (далее именуемых «секции») в ряд.

[30] Образующие котел 100 секции 101, 102, 103, 104, 105 согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения содержат соответственно:

- вентилятор 111, 112, 113, 114, 115 для нагнетания воздуха в камеру сгорания,

- датчик 121, 122, 123, 124, 125 для измерения напора поступающего в камеру воздуха,

- горелку 131, 132, 133, 134, 135,

- контроллер 141, 142, 143, 144, 145 для управления скоростью вращения нагнетающего воздух в камеру вентилятора сообразно измеренному датчиком напору.

Контроллеры 141, 142, 143, 144, 145 соединены между собой линией 150 связи. Как правило, один из контроллеров многосекционного котла включен как первичный, а прочие - как вторичные. Пусть, например, контроллер 145 крайней правой на фиг.4 секции включен как первичный, тогда контроллеры 141, 142, 143, 144 будут вторичными.

Для простоты описание прочих элементов котла опускается.

[31] Способ управления, предотвращающий опрокидывание тяги, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения применим преимущественно для котлов с принудительной тягой, из которых отходящие газы выгоняются посредством вентиляторов 111, 112, 113, 114, 115, как показано на фиг.4. Способ управления согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения применяется для котлов с принудительной тягой, однако, поскольку такие котлы забирают воздух непосредственно из атмосферы, без труда можно подать дополнительный воздух, если отходящие газы затекут в камеру сгорания, поэтому опрокидывание тяги не влечет тяжких последствий.

[32] Способ управления, предотвращающий опрокидывание тяги в многосекционном котле 100, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения предусматривает

- измерение напора воздуха в работающих секциях посредством датчиков 121, 122, 123, 124, 125 в секциях 101, 102, 103, 104, 105, не оснащенных клапанами,

- вычисление по измеренным величинам среднего напора по работающим секциям посредством первичного контроллера,

- вычисление потребного напора на вентиляторах в диапазоне от одной до двух третей от среднего напора,

- задание скорости вращения вентиляторов выключенных секций.

Желательно придавать вентиляторам выключенных секций такую скорость, чтобы они развивали напор порядка половины от среднего напора по работающим секциям.

[33] Как описано выше, поскольку вентиляторы выключенных секций развивают заданный напор, уходящие газы работающих секций не затекают в их камеры сгорания, а даже если и затекают, то изгоняются наружу работой вентиляторов.

[34] На фиг.5 показана блок-схема алгоритма заявляемого способа управления, предотвращающего опрокидывание тяги. Подразумевается, что контроллер 145 крайней справа на фиг.4 секции 105 включен как первичный.

[35] Во-первых, первичный контроллер 145 определяет, какие из секций 101, 102, 103, 104, 105 многосекционного котла 100 работают (шаг S₁₀₁).

[36] Пусть, например, работают секции 101, 102 слева. Вычисляют общее количество работающих секций (шаг S₁₀₂), которое в данном случае равно двум.

[37] Первичный контроллер 145 получает величины воздушного напора, измеряемые датчиками 121, 122 работающих секций 101, 102, и вычисляет средний напор по секциям, поделив суммарный напор на число работающих секций (шаг S₁₀₃).

[38] Затем первичный контроллер 145 вычисляет потребный напор на вентиляторах 113, 114, 115 выключенных секций 103, 104, 105 исходя из среднего напора по работающим секциям (шаг S₁₀₄). Потребный напор вычисляют так, чтобы он составлял от одной до двух третей от среднего напора по работающим секциям. Соответственно вычисляют требуемую скорость вращения вентиляторов 113, 114, 115. Желательно, чтобы напор на вентиляторах 113, 114, 115 был равен половине среднего напора по работающим секциям 101, 102. Например, если средний напор по секциям 101, 102 составляет 70% от максимально развиваемого вентиляторами, потребный напор на вентиляторах 113, 114, 115 выключенных секций 103, 104, 105 вычисляют в размере 35% от максимального.

[39] После этого первичный контроллер 145 управляет напором на вентиляторах 113, 114, 115 выключенных секций, т.е. задает им скорость вращения сообразно вычисленному значению потребного напора (шаг S₁₀₅).

[40] Другой вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает

- измерение с помощью датчиков не воздушного напора, а скорости вращения вентиляторов работающих секций,

- вычисление первичным контроллером по измеренным величинам средней скорости вращения вентиляторов по работающим секциям,

- вычисление потребной скорости вращения вентиляторов выключенных секций в диапазоне от одной до двух третей, от средней, предпочтительно половины средней,

- задание скорости вращения вентиляторов выключенных секций по результатам вычислений.

Конструкция многосекционного котла с датчиками скорости вращения вентиляторов и контроллерами не отличается от показанной на фиг.4, за исключением того, что вместо датчиков 121, 122, 123, 124, 125 напора котел 100 оснащен датчиками скорости и соответствующими контроллерами.

Далее, способ управления котлом вышеописанной конструкции совпадает с блок-схемой с фиг.5, с тем отличием, что вместо измерения воздушного напора на работающих секциях измеряют скорости вращения их вентиляторов и управляют скоростями вращения вентиляторов выключенных секций. Конструкция датчиков для измерения скорости вращения вентиляторов и контроллеров для управления вращением хорошо известны специалистам, поэтому их подробное описание опускается.

[41] Заявляемый способ управления, предотвращающий опрокидывание тяги, позволяет действенно предотвратить затекание уходящих газов работающих секций в камеры сгорания выключенных секций путем использования датчиков воздушного напора и контроллеров отдельных секций, без установки для этой цели особых клапанов. Далее, управление можно осуществлять одним только измерением скоростей вращения вентиляторов работающих секций и заданием скоростей вентиляторам выключенных секций сообразно измеренным значениям. Это позволяет снизить себестоимость за счет исключения из конструкции клапанов и одновременно с этим исключить опасность выхода клапанов из строя в результате длительной эксплуатации.

[42] Вместе с этим затраты энергии на вращение вентиляторов выключенных секций с целью предотвратить опрокидывание тяги невелики и мало сказываются на стоимости эксплуатации котла в целом.

[43] Настоящее изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления. Специалистам очевидно, что настоящее изобретение можно модифицировать и изменять различными способами, не затрагивая его существо и область правовой защиты.

Промышленная применимость

[44] Как описано выше, настоящее изобретение позволяет предотвратить затекание отходящих газов в камеры сгорания выключенных секций многосекционного котла.

Данное изобретение относится к способу управления многосекционным котлом из нескольких установленных в ряд секций, предотвращающему опрокидывание тяги уходящих газов, причем каждая из секций оснащена: датчиком для измерения напора воздуха, поступающего в камеру сгорания, контроллером для управления скоростью вращения вентилятора, подающего воздух в камеру, сообразно величине, измеренной датчиком напора, причем один из контроллеров включен как первичный, а прочие - как вторичные, при этом первичный и вторичные контроллеры соединены между собой линией связи, причем способ управления предусматривает: измерение напора, поступающего в камеру сгорания воздуха посредством датчика напора при контроллерах работающих секций; вычисление посредством первичного контроллера среднего напора по работающим секциям по величинам напора, измеренным их контроллерами; вычисление на основе среднего напора величины требуемого напора на вентиляторах выключенных секций; управление вентиляторами выключенных секций на основе вычисленных значений. Согласно заявленному способу появляется возможность создания более дешевого многосекционного котла или бойлера, в котором не нужны клапаны уходящих газов, что также позволяет избежать поломок и дополнительно снизить затраты на техническое обслуживание. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ управления многосекционным котлом из нескольких установленных в ряд секций, предотвращающий опрокидывание тяги уходящих газов, причем каждая из секций оснащена:
- датчиком для измерения напора воздуха, поступающего в камеру сгорания,
- контроллером для управления скоростью вращения вентилятора, подающего воздух в камеру, сообразно величине, измеренной датчиком напора,
причем один из контроллеров включен как первичный, а прочие - как вторичные,
и при этом первичный и вторичные контроллеры соединены между собой линией связи,
причем способ управления предусматривает:
- измерение напора поступающего в камеру сгорания воздуха посредством датчика напора при контроллерах работающих секций;
- вычисление посредством первичного контроллера среднего напора по работающим секциям по величинам напора, измеренным их контроллерами;
- вычисление на основе среднего напора величины требуемого напора на вентиляторах выключенных секций;
- управление вентиляторами выключенных секций на основе вычисленных значений.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что развиваемый вентиляторами выключенных секций напор составляет от одной до двух третей от измеренного.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что развиваемый вентиляторами выключенных секций напор составляет половину от измеренного.

4. Способ управления многосекционным котлом из нескольких установленных в ряд секций, предотвращающий опрокидывание тяги уходящих газов, причем каждая из секций оснащена:
- датчиком для измерения скорости вращения вентилятора,
- контроллером для управления скоростью вращения вентилятора по показаниям датчика,
причем один из контроллеров включен как первичный, а прочие - как вторичные,
и при этом первичный и вторичные контроллеры соединены между собой линией связи,
причем способ управления предусматривает:
- измерение скорости вращения вентиляторов работающих секций;
- вычисление посредством первичного контроллера средней скорости вращения по работающим секциям по скоростям, измеренным их контроллерами,
- вычисление скорости вращения вентиляторов выключенных секций по средней скорости вращения,
- управление вентиляторами выключенных секций исходя из вычисленных значений.

5. Способ, предотвращающий опрокидывание тяги уходящих газов по п.4, отличающийся тем, что скорость вращения вентиляторов выключенных секций составляет от одной до двух третей от измеренной.

6. Способ, предотвращающий опрокидывание тяги уходящих газов по п.5, отличающийся тем, что скорость вращения вентиляторов выключенных секций составляет половину от измеренной.

7. Многосекционный котел из нескольких установленных в ряд секций, каждая из которых оснащена:
- датчиком для измерения напора поступающего в камеру сгорания воздуха,
- контроллером для управления скоростью вращения вентилятора, подающего воздух в камеру, сообразно величине, измеренной датчиком напора,
причем один из контроллеров включен как первичный, а прочие - как вторичные,
и при этом первичный и вторичные контроллеры соединены между собой линией связи, в котором:
- первичный контроллер вычисляет средний напор по работающим секциям по величинам напора, измеренным их контроллерами;
- вычисляет из среднего напора величины желаемого напора на вентиляторах выключенных секций;
- и управляет вентиляторами выключенных секций исходя из вычисленных значений.

8. Котел по п.7, отличающийся тем, что развиваемый вентиляторами выключенных секций напор составляет от одной до двух третей от измеренного.

9. Котел по п.8, отличающийся тем, что развиваемый вентиляторами выключенных секций напор составляет половину от измеренного.

10. Многосекционный котел из нескольких установленных в ряд секций, каждая из которых оснащена:
- датчиком для измерения скорости вращения вентилятора,
- контроллером для управления скоростью вращения вентилятора по показаниям датчика,
причем один из контроллеров включен как первичный, а прочие - как вторичные,
и при этом первичный и вторичные контроллеры соединены между собой линией связи, в котором:
- первичный контроллер вычисляет среднюю скорость вращения вентиляторов работающих секций по скоростям, измеренным их контроллерами,
- вычисляет скорость вращения вентиляторов выключенных секций по средней скорости,
- управляет вентиляторами выключенных секций исходя из вычисленных значений.

11. Котел по п.10, отличающийся тем, что скорость вращения вентиляторов выключенных секций составляет от одной до двух третей от измеренной.

12. Котел по п.11, отличающийся тем, что скорость вращения вентиляторов выключенных секций составляет половину от измеренной.