Устройство для автоматической защиты тепловыделяющей поверхности от пережога при наступлении кризиса теплообмена Советский патент 1986 года по МПК F22B37/42 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в теплоэнергетических установках различного назначения, в частности в котлах тепловых 3лекTPQстанций. Цель изобретения - повьшение надежности защиты. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 блок-схема разделительного фильтра. Устройство для автоматической защиты тепловьщеляющей поверхности от пережога при наступлении кризиса теп лообмена содержит акустический датчик 1, усилитель 2, полосовой фильтр 3, разделительный фильтр 4, перемножитель 5, интегратор 6 и схему 7 ограничения теплового потока. Разделительньш фильтр 4 содержит три ортого нальных звена 8, усилители 9, установленные после каждого ортогонально го звена 8, сумматор 10 выходом сое диненный с выходом разделительного фильтра 4, а также резисторы R и конденсаторы С. На входах и выходах ортогональных звеньев В установлены согласующие устройства 11. Въгход акустического датчика 1 (пьезоэлектрического), установленного на вьпьоде из парогенерирующего ка нала, соединен с входом усилителя 2, выход которого подключен к входу по лосового фильтра 3. Выход последнего соединен с входом разделительного фильтра 4 и с первым входом перемножителя 5, второй вход которого соеди нен с выходом разделительного фильтра 4. Выход перемножителя 5 подключен к входу интегратора 6, выход которого соединен с входом схемы 7 ограничения теплового потока. Устройство работает следующим образом. Акустический датчик 1 преобразует суммарньм акустический шум, включающий как маскирующий технологический шум, так и информативный шум кипения в электрический сигнал, который после усиления усилителем 2 поступает на вход полосового фильтра 3. Последний пропускает шумовой сигнал, занимающий полосу частот, характерную для перехода от пузырькового кипения к пленочному. Сигнал, прошедший полосовой фильтр 3, можно представить в виде .y(t)x(t)+oCX2(t), 812 где X,(t) - стационарный технологический шум; X2(t) - акустический шум кипения 0 - параметр, изменяющийся от О до 1 (oi О - кипения нет, об 1 - пленочное кипение). Электрический сигнал y(t) поступает на вход разделительного фильтра 4 и на первый вход перемножителя 5. Узкополосные случайные сигналы ) и x(t) при изменении параметра об не меняются по виду, а меняется только амйлитуда сигнала х (t). С выхода интегратора 6 снимают напряжение, равное «fее jBjj(i:)h(ir) {B,(c)h(t)dr+, I ° «о +6i B(C)h(t) + B(t-)h(T)dt где В.() j y(t)y(t-o)dt - функция автокорре°ляции сигнала y(t); BjCT) и В (Т) - функции автокорреляции сигналов x,(t) и ), B(T)B,()+B5,(e) f x,(t)x2(t-t)+x/t-o)x/t)jd функция взаимной корреляции. Вели в формуле (1) положить 1 B(T)h() IB. a)h(t)d 0; о B,(C)h(2-)d(r О,-(2) ° то входное напряжение интегратора 6 будет точно равно параметру об . Разложим функции ВСс); В, (); CS) в ряды по некоторой полной системе функций, ортономированных на интервале 0;ooj: B(t):Z:a;t{ ; (r)a,M,(1)+a(f() + (f) + R, (); eo В, (t) .Ib, 4- (t) b, (f, (f) +b Cf, () + + b,cf,(t) + R(-r); (3) B(C)rc,M,(-)c,q,(C)4-c,cp,(t) t + c,tf,() + R,(t-). Ищем передаточную функцию в виде h(t)h,(,(t)+h.Cf,(t)+h,(|,(t). (4) Подставляя (3) и (4) в (2), получаем линейную систему алгебраических уравнений относительно неизвестных h,; a,h,+a2h,+a,h, 1; Ь,Ь,+Ь2Кг+ЦЬ,0; c,h,-bc,h2+c,h,0. Если определитель системы (5) равен нулю, то существует единств ное решение, которое определяет п раметры разделительного фильтра 4 Найдем коэффициент при Ср, (с) , (f, (с),ЧР, () в разложении автоко реляционной функции В () смешан го сигнала при трех фиксированных значениях параметра IX- : otj , об, , о BU, (tr)B,(t)+,Ba) + ei Bj(); BL()B,(;)+«a3()(f); Bj ()B,() + c6,B(ir)+offB2(). Решение системы (6) имеет вид: сСг (.-;T д ( .. + - («г-о.Мо б-оср , д//T NР - 0 1,. з« i:oi.,-«f,)(oi,-oip D/ D «(а. .) ( R i)- ,)(oi, R rт +(;, . (oiV-oi,)fe,) B() B.,,a) (,.) 1 . (et,-cf,)(o,) , Tj/Л («j-oi,y(e,-ot2) По аналогии с (3) запишем: В., (t) ., el.(f;()e„q,()+c;,c(f) +e,,cf,(c),(n; Ba2() i,i.,() + + е„ср,а)+е„с,(-)); В,з(С) re«,cfK()ei,g,() -f +e,q,(me,,q.,() + p3(f). Подставляя в (7) вьфажени для В(Т): В , (Т), В(е), B.J, (Т), Ву (Т Bhj(C) и приравнивая слева и спра коэффициенты при одинаковых tf, CL) получаем для искомых коэффициенто системы (5) (,2,3): Ot 4 0 2 -эи,-с,)(,-«Д Таким образом, перед началом эксплуатации устройства необходимо произвести его настройку. Для этого при трех фиксированных значениях параметра ct нужно замерить три составляющие tp -спектра, т.е. е в разложении (8). Затем нужно вычислить по формулам (9) коэффициентыCf-разложения (3) и подставить их в систему (5). Определив из этой системы коэффициенты h, hj, hg выставляют такие параметры разделительного фильтра 4, чтобы получилась передаточная функция (4). Следовательно, если реализовать разделительный фильтр 4 с передаточной функцией (4) , причем tpj функция из любой полной системы функций, ортонормированных на интервале 0, то выходное напряжение интегратора 6 будет равно параметру об. Рассмотрим пример практической реализации разделительного фильтра 4. В качестве функций Cf, в (4) выбирают функции Лагерра, характери-, зующиеся простотой практической реакции. Функция Лаггерра п-го порядка определяется следующей формулой: - - н q.(t)e - Ь„( ( е Ь„( п , n. ° S (n-i) (i)l где L(ett) - полином Лагерра степени п. Ее операторное изображение равно: ос/2 ,,п P+W2 р + ei/2 Такое же операторное сопротивление имеет цепочка, аналогичная изображенной на фиг. 2 и имеющая п ортогональных звеньев 8 при условии,

что усилители 9 выведены из схемы или их коэффициенты усиления установлены равными единице. Таким образом, при подаче на вход такой цепочки единичного импульса на выходе п-го звена получается- функция Лагерра порядка п. Величины R и С таковы, что о6/2 RC,

Разделительный фильтр 4 должен иметь передаточную функцию (4). Поэтому между ортогональньп ш звеньями 8 вмонтированы усилители 9, коэффициенты усиления которых пропорциональны коэффициентам h; в (4). А именно, коэффициенты усиления усилителей, стоящих после первого ортогонального звена, пропорциональны h,, после второго - h, после третьего - h .

Усилители 9 так же, как и сумматор 10 могут быть реализованы, например, на операционнь1х усилителях 140УД8. К согласующим устройствам 11 предъявляются следующие требования: их коэффициенты передачи (усиления) должны быть равны единице входное сопротивление должно быть как.можно больше, а выходное - как можно меньше. В качестве примера практической реализации согласующих устройств 11 можно назвать катодные , эмиттерные или истоковые повторители.

Напряжения, пропорциональные h,q, (t), h(f(t) , h.,qj(t) снимают с выходов соответствующих усилителей 9 и подают на соответствующие входы сумматора 10. Последний производит сложение согласно (4). Электрический сигнал с выхо,да разделительного фильтра (сумматора 10) поступает на второй вход пepe ffloжитeля 5. Последний может быть реализован, например, на основе микросхемы Электрический сигнал, пропорциональный произведению сигналов, поступивших на входы перемножителя 5, подаю на вход интегратора 6, Последний может быть реализован, например, на операционном усилителе 140УД8. С выхода интегратора 6 снимают электрический сигнал на вход схемы 7 ограничения теплового потока, которая, например, содержит релейный элемент усилитель мощности и исполнительный элемент, управляющий источником питания тепловыделяющей поверхности.

Для определения значений параметра od, соответствующих различным режимам кипения теплоносителя, необходимо зафиксировать параметры трех . режимов кипения, для которых значения о , например, равны 0; 0,3 и 0,6. Шкала измерений параметра о следующая: d О - кипения нет; 1 .пленочное кипение (появление нестабильных паровых пленок). Это можно сделать на экспериментальных стендах, не имеющих источников технологических шумов. При изменении режима теплообмена от естественной конвекции до пленочного кипения интенсивность акустического шума в полосе частот, на которую настроен полосовой фильтр 3 предлагаемого ycfpoйcтва, возрастает от некоторого минимального значения (при этом of. 0) до максимального (oi 1). Прежле всего необз одимо замерить названные минимальные и максимальные значения интенсивности акустического шума (на

пленочный режим кипения выводят только экспериментальный стенд). Кроме того, необходимо для двух промежуточных режимов кипения замерить интенсивность акустического шума в этой

же полосе частот. Затем вычитают из максимального, соответствующего пленочному кипению, и двух промежуточных значений интенсивности акустического isyMa минимальное значение интенсивности акустического шума, соответствующее конвективному теплообмену. Отношение уменьшенных таким образом промежуточных значений интенсивности к разности между максимальным и минимальным значениями интенсивности является значением параметра ci для двух выбранных- (промежуточных) режимов кипения. Таким образом определяют .точное соответствие трех режи-.

мов теплообмена трем значениям параметра oi , например:«;, О, о , (/, 0,6.

Если воспроизвести в условиях реальной теплоэнергетической установки эти режимы кипения, то можно утверж - дать,что параметр о(. точно будет ра-. вен О 0,3 и 0,6,

Порядок предварительной настройки устройства следующий, 1, Устанавливают устройство на место постоянной эксплуатации (прижимают акустический датчик 1 к наружной поверхности циркуляционного

. Изобретение относится к теплоэнергетике и позволяет повысить надежность защиты. Устр-во содержит акустический датчик 1, преобразующий суммарньш акустический шум,включающий фон и информативный шум кипения, в электрический сигнал. Последний после усиления усилителем 2 поступает на вход полосового фильтра 3, затем проходит через разделительньй фильтр 4, перемножитель 5, интегратор 6 и схему 7 ограничения теплового потока. Разделительный фильтр содержит ортогональные звенья, сумматор, резисторы R, конденсаторы С и согласующие устр-ва. Выходное напряжение интегратора будет равно па.раметру с6 , характеризующему харакS тер кипения. Перед измерениями устрво необходимо предварительно настро(Л ить по определенной схеме. 2 ил. .t