Устройство обнаружения и восстановления пламени Советский патент 1979 года по МПК F23Q3/00 

Изобретение предназначено для обеспе чени безопасности бытовой и коммунальной газовой аппаратуры, но может быть применено и в промышленности при автом тизации процессов дистанционного воспла: мене1гая газовоздушной смеси и контроле горения ее на выходе, включая жидкое топливо горелок широкого назначення. Известно устройство обнаружения и восстановления пламени, содержащее искрозапальную систему с цепями управлв НИН на переключателях типа неоновых ламп, датчики пламени и пусковые выключатели 1 . Наиболее близким по технической суиь ности к предлагаемому изобретению является устройство, М)1 сокая.эффективность которого заключается в рациональном совмещении функций обнаружения и восста новления пламени применительно к нескольким газовым горелкам. Устройство содержит искрозапальную систему воспламенения газовоздушной смеси многогорелочных потребителей на тиристорном коммутаторе зарядной цепи функционального конденсатора, датчики пламени, реостатно-емкостные цепи упра&. ления искрозапальной системой с переключающимися элементами типа неоновых ламп,. включен№1х между входом нскро запальной системы, датчиками- пламени и пусковым выключателем 2. Существенным недостатком извес- ных устройств, базирукяцихся на ионизационном принципе обеспечения безопасности (защиты) по горенюо является отсутствие взаимосвязанной блокировки залитого состояния ионизационного датчвка с операциями принудительного вклк чения искрозапальной системы восстановления пламени. Последнее обстоятельст во значительно снижает показатель экоплуатационной безопасности устройства. Целью изобретения является пош 11ц&ние эксплуатационной безопасности. Цель достигается тем, что предлагаемое устройство снабжено первым делит&лем на двух сопротивлениях, включенным параллельно тиристорному коммутатору, зарядными цепочками из сопротивлешш и конденсатора по. числу датчиков пламени, включенными между средней точкой первого делителя п общей ши ной, последовательно соединенными неоновой лампой диодом, первым подвижным контактом пускового выключателя, сопротивлением, включенными между средней точкой каждо цепи заряда искрозапальной системы и общей шиной, диодами по числу реостатно емкостных цепей, включенными между средней точкой этих цепей и неподвижным контактом пускового вf,lключaтeля, второй подвижный контакт которого служит для подключения к ним датчиков пламени, и вто/ ым целителем из цвух сопротивлений, няя точка которого соединена с управляющи входом тиристорного коммутатора, один конец его подключен к общей шине, а второй - к общей точке переключателей элементов искрозапальной системы, соединенной с землей. На чертеже представлена принципиальная схема описываемого устройства. Стрелкой отмечено место и. напрявление подачи магистрального газа. Устройство содержит входные зажимы 1 и 2, однополупериоднь1й выпрямитель н полупроводниковом диоде 3 и ограничительном Сопротивлении 4 образующий с первичной обмоткой 5 индукционной катуш ки 6 токовый контур зарядной цепи функционального конденсатора 7 многоканаль ной системы воспламенения газовоздушно смеси горелок 8-11 посредством электро дов искровых ёапальникдв 12-15 соот ветственно отделенных от горелок воздушным зазором 4-5 мм и соединенных проводниками 16-19 с выводами вторичных обмоток 2 О Si 21 индукционной катуш ки 6. Механические соединения трубопроводов 22-25 на линиях индивидуальной подачи газа к горелкам предполагакзт наличие соответствующих запорных органов 26-29, а также электрического соединения между ними и входным патрубком питающего газопровода ЗО, дополнительно соединенного проводником 31с корпусом газового потребителя (на чертеже ytyioBHO изображен в виде заземления). Ионвзаиионные датчики .32-35 пламени помещены вблизи огневых отверстий (на чертеже не-изображены) горелок и будучи отделенными от последних воздуш. HbiMH промежутками соединены проводниками 36-39 с коммутационными цепями пусковых выключателей 40-43. Механическая связь выключателей 4О-43 с запорными органами 26-29 выполнена таким образом, что исходному (закрытому) положению газовых горелок соответст вует размыкание цепей датчиков 32-35 пламени нормально открытыми контактами пусковых выключателей, тогда как с другой стороны нормально закры1ъ(е контакты пусковых выключателей примыкают 5 узлу соединения ограничительного Сопротивления 4 и первичной обмотки 5 ИНДУКЦИОННОЙ катушки 6 посредством введения нагрузочных сопротивлений 44-47. Силовые электроды тиристорного коммутатора 48 и параллельно лодклк ченные к ним реостатно-емкостные цепи пламячувствительного управления на идентичных последовательных ветвях из сопротивлений 49-52 и времязадающих конденсаторов помещены между узлами попарного соединения катода диода 3 с конденсатором 7 и сопротивления 4 с нижним выводом первичной обмотки 5 индукционной катушки 6 (проводник 57). Количество цепей пламячувствительного управления выбирается в соответствии с численностью ионизационных датчиков органов 26-29, а также удвоенного количества полупроводниковых диодов 5 8-6 5 в цепях соединения их с проводниками 66-69, общих узлов нормально открытых и нормально закрытых контактов пусковых выключателей 40-43, Аноды диодов 58-65 попарно присоединены к собствен-дым выводам неоновых ламп 7О-77, причетные из них дополнительно примыка- , ют к времязадающим конденсаторам 5356 и сопротивлениям 49-52. Свободные выводы неоновых ламп 7О, 72, 74 и 76 накоротко соединены проводником 78 с корпусом газового потребителя н через сопротивление 79 присоединяются к управ ляющему электроду 80 тиристора 48, в свою очередь аашунтированного по цепи управления резистором 81. Правые по схеме выводь неоновых ламп 71, 73, 75 и 77 присоединены к индивидуальным для каждой из них узлам соединений накопительных конденсаторов 82-85 с сопротивлениями 86-89, системы аварийного управления тиристорным коммутатором 48. Свободные выводы конденсаторов 82-85 объединены проводникол 57, тогда как сопротивлени.я 86-89 накоротко примьгкают к нагрузочному зажиму делит&ля, образованного последовательным соединением сопротивлений 90 и 91. Развернутая ветвь 9 О-91 подключена параллельно силовым зажимам тиристора 48/ предполагая ориентацию согфотивления 9 к проводнику 57. Образованные таким образом две группы релаксационных генераторов попарно отделены одна от другой полупроводниковыми диодами 58-65, дополнительно взаимоувязанными с общими для обеих нагрузочными Ьопротивлениями 44-47 проводниками 66-69., Включение устройства в действие достигается путем механического воздействия на запорные органы 27-29 любой из горелок и предполагает предваритель ное подключение входных зажимов 1 и 2 к источнику переменного напряжения промышленной частоты. Условно разбивая указанную операцию на подготовительную и рабочую, рассмотрим процессы подготовительной стадии, пока выбор какой-либо горелки еще не произведен. Выпрямленное диодом 3, постоянное напряжение одновременно прикладывается к зарядным цепям футжционального конденсатора 7, времязадающим конденсато рам 53-56 и накопительным конденсаторам 82-85. Продолжительность заряда конденсатора 7 через первичную обмотку 5 индукционной катушки 6 и граничительное сопротивление 4 определяется незначительной величиной постоя шой заряща ,OI с, поэтому, принимая во внимание соизмеритель высокоомных сопротивлений и 86-89, значения которых выбираются в полтора- два раза больше величины сопротивления ионизированного пламенем воздушного промежутка между горелками и датчиками 32-35 пл амени, мгновенное становление амплитуд питающего напряжения на силовых зажимах тиристора 48 сопровождается умерен ным накоплением электростатической эне гии на обкладках указанных конденсаторов. Рост напряжения на обкладках конденсаторов 53-56 и 82-85 продолжается до момента установившихся значений граничных величин, которые для конденсаторов 53-56 определяются падением напряжений на нагрузочных сопротивлениях 44-47, в то время как для конденсаторов 82-85 характеризуется потенциалом падения напряжения на сопротивлешга 91i Исходя из принятых значений номина пов сопротивлений 49-52 и 86-89, а также пренебрегая влия1шем делителя 90-91 i суммарное сопротивление которого значительно мет1ьше, можно подсчитать, что стабилизация установившихся значений напряжет я на аналогичных один другом конденсаторах 53-56 и 82-85 Первой и второй групп произойдет через 0,8-1,5 с. Условием нормального функционирования устройства является согласование величи11ы потенциального барьера между электродами неоновых ламп 71, 73, 75 и 77 подготовительной и рабочей стадии (преимущественно определяется сопротивлением нагрузочных сопротивлений 44-47, соизмеримых с ионнзировантмми участка1 1и пламени датчиков 32-35) с критическими значением - ;сопротивленвя утечки режима аварийной работы (характеризуется взаимоувязанным выбором номиналов сопротивления делителя ). Другими словами, установившийся потенциал накопительных.конденсаторов 82-85 может превышать или быть меньше запорного потенциала. времязадающих конденсаторов 53-56 на достаточную для гарантированного зажигания неоновых ламп 71, 73, 75 и 77 при аварийном с1П1жетш зависимого от сопротивлетшч утечки напряжения конденсаторов 53-56 до критической величины. Из вышеизложенного следует, что применение разделительных диодов 59, б, 63 и 65 делителя 90-91 обусловлено необходимостью обобщить всевозможные частные случаи использования неоновых ламп первой и второй группы независимо от степеш 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 окажется горе/ша 11, поэтому, открывая к ней подачу газа посредством запорного органа 29, одновременно достигает размыка- ния нормально замкнутого контакта пускового выключателя 4О, а также замыкания нормально открытого контакта в цепи проводников 66 и 36 ионизационного датчика 32 пламени. Разрыв шунтирук щего вли5гаия нагрузочного сопротивления 44 снижает ограничение дальнейшего роста напряжения на конденсаторе 53, которое продолжается до момента превыЛ1ения его величины относительно напряжения зажигания неоновой лампы 70. В нутреннее сопротивление лампы 70 резко снижается, и конденсатор 53 формирует управляющий импульс положительной пол51рности на электрод 80 тиристора 48 Следующее з-а--®Фам проводящее состояние тиристора 48 закорачивает полупроводниковый диод 3 на ограничительное сопроти ление 4, и кроме того, вызывает интен сивный разряд функционального конденса тора 7 на индуктивность первичной обмот ки 5 индукционной катушки 6. Крутой фронт ударного тока в цепи обмотки 5 способствует возникновению высокого напряжения в магнитосвязанных искрозапальных пепях вторичных обмоток 20 и 21. Действующая величина индуктируемог напряжения обмоток 2Ъ и 21 достигает 35-40 кВ и является более чем достаточной для безусловного дробоя двойного воздушного промежутка между электродами искровых запальников 12 - 15 н корпусами соответствующих горелок 8-11 Происходит воспламенение газовоздушной смеси открытой горелки 11. Если однако такого воспламенения не произойдет сразу после прохождения первого запального искрения, то работа системы, восстановления пламени автоматически возобновится через 0,5-0,8 с (характеризуется постоянной заряда конденсатора 53 через резистор 49, от остаточной веяичшнл напряжения на конденсаторе 53 при погасании неоновой лампы 70 до значения напряжения ее очередного зажиг ння), так как шунтирующее вли5шие откры того тиристора 48 на выпрямитель диода 3 и зарядную цепочку времязадающего конденсатора 53 с сопротивлением 49 прекращается сразу же после перезаряда (практически мгнрвенно) функционального конценсатора 7, когда напряжение на йййовых электродах тиристора 48 меняет полярность или становится близким йулю. Возникнове гае открытого пламени горелки 11 в зоне расположения электрода датчика 32 пламейи сопровождается явно выраженным эффектом ионизации, что экв валентно увеличению проводамости воз-. душного промежутка на участке между датчиком 32 и горелкой 11. Конденсатор 53 вновь оказывается защунтированным, но несколько по друтюй цепи, как так на этот 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 тиристора 48. Искрообразование на электродах искровых запальников 12-15 немедленно прекращатеся, а система восстановления пламени переходит в дежурный режим, когда любому погасанию горелки 11 тут же соответствует автоматическое возобновление ее работы Аналогичным образом произойдет включение системы восстановления пламени, воспламение газовоздушной смеси и последующее обеспечение бесперебойности горения на других горелках 8-10, открытьгх в любой очередности или работающих в любом сочетании.. Комплексное .решение вопросов безопасности по горению путем автоматического поджега несгорающего газа возможно благодаря использованию бездействукчдих до сих пор релаксационных генераторов на неоновых лампах 71, 73, 75и 77 системы аварийного управления тиристорным коммутатором 48. Предположим, что. в результате закипания продукта произошло заливание пламени горелки 11, причем поверхнос-рное 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 циссоциации), может оказаться чрезвычайно малым, достигая значения от сотен Ом . до полутора - двух десятков килоОм.;, Канал пламячувствительного управления редаксашюнного генератора на неоновой лампе 70 получает ошибочну1о информацию о состоянии датчика 32 пламени, однако снижение потенциала проводника 66 и соответственно правого электрода йеоновой лампы 71 оказывается ниже критической величины, характерной для нормального горения:. Разность потенциалов между электродами неоновой лампы 71 резко увеличиваетя и, достигая величины напряжения зажигания, способствует интенсивному разряду ранее заряженного накопительного коненсатора 82 на последовательную цепь проводника 66 с поверхностным сопротивлением утечки между датчиком 32 пла мени и корпусом (массой) газового потребителя, сопротивлением 79 и управляющим электродом 80 тиристора 48. Диод 58 предотвращает разряд конденсат тора 82 на конденсатор 53. 965 Воспламенение газовоад ацной смеси горелки 11, в отличие от предшествуюшего режима пламячувствительного управ ления, не отражается на частоте дальнейшего формирования импульсов авари ного управления тиристорного коммутатора, поэтому продолжающееся воспроиэ- водетво TJaKTOBoro искрообразования на искровых запальниках может успешно рассматриваться в виде звуковой сигнали зации, дополнительно свидетельствующей об аварийной ситуации. Введение взаимосвязанной блокировки залитого состояния ионизационного дат чика в соответствии с операциями принудительного включения искрозапальной системы восстановления пламени существенно повышает эксплуатационную безопасность устройства, которое сравнению с известными устройствами аналогичного назначения дает возможность максимально сочетать высокие показатели надежности, ннзкой стоимости и веса искроко денсаторных систем ражигания и автоматики контроля горения. К числу дреимуществ, создаваемых устройством, дополнительно относятся безынердионность, отсутствие контактных цепей, высокая степень согласования базисных компонетов. Формула изобретения Устройство обнаружения и восстановления пламени содержащее искрозапальну систгему воспла$л:енения газовоздушной смесн многогорелочкых потребителей на тиристорном коммутаторе зарядной цепи 0 функционального конденсатора, датчики пламени, реостатно-емкостные цепи утфавления искрозапальной системой с переключающимися элементами типа неоновых ламп, включенных между входом искрозапальной системы, датчиками йламени и пусковым выключателем, отличающееся тем, что, с целью повышения эксплуатационной безопасности/ оно снабжено первым делителем на двух сопротивлениях, включенным параллельно тиристорному коммутатору, зарядными цепочками из сопротивления и конденсатора по числу датчиков пламени, включенными между средней точкой первого делителя и общей шиной, последовательно соединенными неоновой лампой диодом, пер вым подвижным ко1 тактом пускового выключателя, сопротивлением, включен-. ными между средней тоосой каждой цепи заряда искрозапальной системы и общей шиной, диодами по числу реоста-рно-емкостных цепей, включенными межцу средней точхой этих цепей и неподвижным контактом пускового выключателя, вт(Урой подвижны и. контакт которого служит для подключения к ним датчиков ппамени, и вторым делителем из двух сопротивлений, средняя точка которого соединена с управляющим входом тнристо{ ного коммутатора, один конец его nofliключен к общей шине, а второй - к общей точке переключателей элементов нскрозапальной системы, соединенной с землей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Франции 1 2023714,. кл. F 23 Q 11/00, 1970. 2.Патент Франции № 2О37895, кл. Е 23 Q 3/00, 1970.