Устройство зажигания и контроля горения Советский патент 1980 года по МПК F23Q5/00 

(54) УСТРОЙСТВО ЗАЖИГАНИЯ И КОНТРОЛЯ ГОРЕНИЯ

I

Изобретение предразначено для обеспечения безопасности бытовой и коммунальной газовой аппаратуры, но может быть применено и в промышленности при автоматизации процессов дистанционного воспламенения газовоздушной смеси и контроле горения ее на выходе горелок широкого назначения.

Известно устройство зажигания и контроля горения, использующее взаимосвязанные системы обнаружения и восстановления пламени для автоматического воздействия на запальные электроды горелки в зависимости от состояния степени ионизации воздушного промежутка между горелкой и контрольным электродом, установленным в зоне открытого пламени 1.

Наиболее близким по технической сушности и достигаемому результату к изобретению является устройство, содержащее блок питания, блок коммутации, электромагнитный запорный орган на линии подачи газа с целью управления, ав7огенераторную систему обнаружения и восстановления пламени с ограничительным резистором и первичной обмоткой индукционной катушки 2.

Целью изобретения является повышение безопасности устройства.

Это достигается тем, что устройство снабжено интегратором из последовательно соединенных диода в направлении проводимости выпря.мите.ля блока питания, резистора и конденсатора, подключенных параллельно первичной обмотке индукционной катушки, а точка соединения резистора и конденсатора подключена к цепи управления электромагнитного запорного органа.

10

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема (стрелкой отмечено место и направление подачи магистрального газа).

Напряжение блока питания (на чертеже

15 не показан) промышленной частоты прикладывается к входным зажимам проводников 1 и 2. В разрыв любого,например 1 проводника, вмонтировано последовательное соединение нормально-замкнутой 3 и разомкнутой 4 кнопок, образующих с однополупериод.ным выпрямителем на полупроводниковом диоде 5, ограничительным резистором 6, функциональным конденсатором 7 и первичной обмоткой 8 индукционной катушки 9 неразветвленный контур зарядной цепи функционального конденсатора 7.

Гальванически развязанная вторичная обмотка 10 индукционной катушки 9 последовательно соединена а разделительным конденсатором 11, другой вывод которого электрически объединен с трубопроводом 12 на линии подачи газа к горелке 13.

Механическое соединение трубопровода 12 с горелкой 13 предполагает наличие электрического контакта и надежного заземления 14. Границей раздела между входным патрубком 15 трубопровода 12 и горелкой 13 является электромагнитный запорный орган 16.

Обмотка 17 возбуждения соленоида электромагнитного запорного органа 16 последовательно соединена с обмоткой возбуждения блокировочного реле 18. Свободные выводы обмотки 17 и обмотки реле 18 соответственно присоединены к выводам сглаживающего конденсатора 19, помещенного в диагональ между зажимами попарно соединенных ветвей катода диода 5 с проводником 2 источника питающей сети и ограничительного резистора б с общим для проводника 2 выводом первичной обмотки 8 индукционной катущки 9.

Параллельно обмотке блокировочного реле 18, нормально открытые контакты 20 которого шунтируют цепь разомкнутой кнопки 4, помещен тиристор 21 чувствительного элемента деблокировки газоэлектроснабжения. Ориентация тиристора 21 относительно проводника 2 выполнена так, что анод тиристора 21 соединен с узлом соединения обмоток 17 и 18.

Образование автогенераторной системы обнаружения и восстановления пламени достигается на базе указанных элементов зарядной цепи функционального конденсатора 7 путем использования резистора 22, взаимоувязанного гальванической связью тиристорного коммутатора 23 и запального электрода 24 в цепи искрообразования вторичной обмотки 10 индукционной катущки 9.

Объединение катода тиристорного коммутатора 23 с нижним выводом первичной обмотки 8, индукционной катущки 9 (проводник 2) предполагает соединение управляющего электрода 25, тиристора 23 с узлом соединения резисторов 26,27, где для повышения защитных свойств входа и температурной стабильности коммутатора резистор 26 щунтирует управляющий переход, тогда как резистор 27 через переключающийся элемент типа неоновой лампы 28 примыкает к узлу реостатно-емкостной времязадающей цепи резистора 29 и конденсатора 30, а также резистора 22.

Составные-элементы времязадающего релаксационного интегратора командных посылок функционального конденсатора 7 выступают в качестве ограничителя временной

продолжительности процесса искрообразования системы восстановления пламени. Представляя собой смешанное соединение из двух участков последовательно параллельной ветви, каждый из них соответственно подключен к выводам первичной обмотки 8 индукционной катушки 9 со стороны узлов соединения ее с функциональным конденсатором 7 и общего привода 2. Первый, т.е. последовательный участок образован полупроводниковым диодом 31 и резистором 32,

причем полярность диода 31 однозначно выбирается в направлении проводимости диода 5 (анод диода31 присоединен к узлу конденсатора 7 и обмотки 8).

Участок параллельных ветвей релаксаj ционного генератора примыкает к резистору 32 и образован двумя цепями, где одна, например, неоновая лампа 33 последовательно соединена с резистором 34 канала управления чувствительного элемента деблокировки газоэлектроснабжения по промежутку управляющий электрод 35 - катод тиристора 21, тогда как другая образована накопительным конденсатором 36.

Исключая установку искрового запальника 24, одновременно выступающего в качестве датчика наличия пламени и расположенного в непосредственной близости от газовой горелки 13, а также-обмотку 17 возбуждения соленоида, размещенную с целью упрощения кинематических звеньев вблизи запорного органа 16 подачи газа, расположение других комплектующих элементов принципиальной электрической схемы устройства относительно друг другу практически не ограничено и в каждом конкретном случае может выбираться исходя из соображений удобства проведения профилактических работ, допустимых температур в местах предполагаемого встраивания, конструктивной целесообразности к т.п.

Включение устройства в действие достигается кратковременным замыканием кнопки

управления 4. Выпрямленное диодом 5 и частично сглаженное фильтрующим конденсатором 19 постоянное напряжение положительной полярности прикладывается к времязадающим элементам 29-30 тиристорного коммутатора 23 зарядной цепи 6-8 функционального конденсатора 7 автогенераторной системы обнаружения и восстановления пламени, а также узлами последовательно соединенных обмоток 17 и 18 возбуждения соленоида электромагнитного запорного органа 16 и блокировочного реле.

Результатом последующего срабатывания запорного органа 16 является подключение питающего трубопровода 12 горелки 13 к входному патрубку 15 магистрального газа, тогда как замыкание контактов 20 реле 18 осуществляет самоблокировку электроснабжения, определяя при этом продолжительность пускового (принудительно-замкнутого) состояния кнопки 4.

Таким образом, открытое положение запорного органа 16 находится в непосредственной зависимости от электроснабжения устройства, нарушение которого,с одной стороны, искусственно выбирается оператором посредством нажатия .кнопки отключения 3 исходя из условий объективной продолжительности работы горелки 13, а с другой стороны, автоматически нормируется времязадающей цепочкой резистора 32 и конденсатора 36 релаксационного интегратора неоновой лампы 33 благодаря управляющему воздействию на тиристор 21 деблокировки реле 18 при накоплении безуспешных попыток восстановить горение.

Появление положительного напряжения на выходе выпрямителя 5 сопровождается протеканием зарядного тока в цепи функционального и времязадаюшего конденсаторов 7 и 30.Если постоянная времени конденсатора 7 исчисляется долями секунды, то значение постоянной заряда конденсатора выбирается на один порядок больше (значение номинала резистора 29 устанавливается в пределах 15-20мОм). Накопление электростатической энергии в конденсаторе 7 предполагает более раннее становление анодного напряжения на силовых электродах тиристора 23 по сравнению с установившимися критическими значениями напряжения на обкладках конденсатора 30, когда оно достигает величины зажигания неоновой лампы 28.

Разряд конденсатора 30 через зажженную лампу 28 и резистор 27 на управляюший электрод 25 тиристора 23 приводит к лавинообразному открыванию последнего (состояние близкое к короткому замыканию) и характеризуется интенсивным разрядом ранее заряженного функционального конденсатора 7 на индуктивность первичной обмотки 8 индукционной катушки. Возникновению апериодического колебательного процесса препятствует четырехслойная структура тиристора 23 (смена полярности на электродах анод-катод приводит к его закрытию).

Однако, принимая во внимание коэффициент трансфор.мации индукционной катушки 9 и незначительный импеданс первичной обмотки 8, действующее значение искрозапального напряжения на выходе вторичной обмотки 10. достигает значений 25-30 кВ, что оказывается достаточным для гарантированного пробоя воздушного промежутка (4-6 мм) между электродом искрового запальника 24 и горелкой 13.

Ограничение допустимой величины тока выпрямителя 5 в момент открытого состояния тиристора 23 дополнительно осуществляется резистором 6. Описанная последовательность процесса искрообразования системы восстановления пламени автоматически возобновляется с частотой 0,5-1,5 Гц и при отдельных условиях аварийного характера может продолжаться в течение фиксированного интервала, установленного релаксационным интегратором, истечение которого приводит к автоматическому отключению устройства от питающих цепей газо- и электроснабжения. Повторное включение устройства возможно при очередном начатии кнопки 4.

Работа релаксационного интегратора базируется на порционном накоплении электростатической энергии между обкладками времязадающего конденсатора 36 в резульютате периодического суммирования зарядных посылок функционального конденсатора 7. Такое накопление становится возможным благодаря тому, что любому искрообразованию на электроде запальника 24 однозначно соответствует подготовительная стадия, . заключающаяся в появлении экспоненциально падающего броска зарядного тока цепей у функционального и времязадающего конденсаторов 7 и 36. Абсолютные величины этих посылок преимущественно определяются соотношением номинала резистора 32 и реактивного сопротивления обмотки 8. Диод 31 предотвращает возможность самопроизвольного разряда конденсатора 36 на сопротивление первичной обмотки 8 индукционной катушки 9 в период прохожде5ния паузы между смежными посылками командных импульсов. Ступенчатое повыщение напряжения на конденсаторе 36 продолжается до зажигания неоновой лампы 33. Разрядный ток конденсатора 36 в неразветвленO ной цепи проводящей лампы 33, резистора 34 и управляющего электрода 35 переключает тиристор 21 в открытое состояние.

Это приводит к шунтированию обмотки возбуждения реле 18, что сопровождается размыканием блокировочных контактов 20.

5 Питание обмотки соленоида 17 электромагнитного запорного органа 16 и других элементов устройства автоматически прекращается, поэтому горелка 13 отключается от газовых коммуникаций патрубка 15.

л Фактическое воспламенение газовоздущной с.меси происходит на первом-втором искрообразовании и, если горение не наблюдается, то это свидетельствует о наличии объективных причин, а именно об отсутствии магистрального газа, чрезмерном загрязнении огневых отверстий горелки 13 или конструктивных дефектах в цепи искрозапального контура вторичной обмотки 10.

В результате устранения отмеченных причин повторное включение кнопки 4 приводит к ответному воспламенению газовоздущной смеси. Возникновение открытого пламени в зоне расположения электрода искрового запальника 24 мгновенно сопровождается ионизацией указанного промежутка, после чего проводимость участка запальник 24 - горелка 13 увеличивается более чем в 10 раз. Готовность системы обнаружения пламени определяется этим моментом, так как автоматическое шунтирование конденсатора 30

сопрогивлением обратной связи последовательно соединенной цепи резистора 22 и ионизированного участка горелки 13 (исчисляется 4-ЮмОм) стабилизирует уровень напряжения на конденсаторе 30 ниже значения зажигания лампы 28.

Система восстановления пламени автоматически переходит в дежурный режим, искрообразование на запальнике 24 прекращается. Такое состояние не является устойчивым и продолжается до тех пор, пока существует горение. Достаточно пламени погаснуть, как система восстановления пламени автоматически возобновляет искрообразование и, воспламеняя газ, отключается до поступления новой информации о состоянии горения.

Использование зарядных посылок функционального конденсатора для регистрации временной продолжительности работы искроконденсаторной системы зажигания способствует значительному расширению области применения изобретения, дает возможность максимально сочетать высокие показатели надежности, низкой стоимости и веса искроконденсаторных систем зажигания с реализацией новых качеств эксплуатационной безопасности по горению. f JL . 00 / HLJ - / /5 /6

Формула изобретен-ия

Устройство зажигания и контроля горения газа, содержащее блок питания, блок коммутации, электромагнитный запорныйорган на линии подачи газа с целью управления, автогенераторную систему обнаружения и восстановления пламени с ограничительным резистором и первичной обмоткой индукционной катушки, отличающееся тем, что, с целью повышения безопасности, оно

снабжено интегратором из последовательно соединенных диода в направлении проводимости выпрямителя блока питания, резистора и конденсатора, подключенных параллельно первичной обмотке индукционной катушки, а точка соединения резистора и конденсатора подключена к цепи управления электромагнитного запорного органа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3632285, кл. 431-264, 1969.

2.Патент США № 3520645, кл. 431-78, 1968. и