Электрод розжига и контроля пламени: SPARK электроды розжига и контроля пламени

Настоящее изобретение относится к системе для зажигания пламени в промышленной газовой горелке и для определения того, горит ли пламя.

Более конкретно, настоящее изобретение относится к системе, в которой один электрод и одна цепь используются как для зажигания, так и для обнаружения.

В промышленных печах горение возникает, когда электрод или ряд электродов внутри печи зажигают газообразное топливо. Однако для эффективной работы необходимо каким-то образом определить, горит ли пламя; то есть, загорелся ли электрод. Для достижения этого результата в прошлом использовался ряд систем. Типичная система предшествующего уровня техники использует электрод обнаружения для каждого электрода зажигания. Кроме того, каждый электрод обнаружения требует отдельной схемы обнаружения.Однако такие системы предшествующего уровня техники страдают определенными присущими им недостатками. Они дороги в установке и дорогостоящем обслуживании. Кроме того, они сложны и требуют большого количества оборудования вокруг стены печи и внутри нее.

В дополнительном устройстве предшествующего уровня техники используется оптический детектор для определения наличия пламени внутри печи. Однако для этих оптических детекторов также требуется несколько схем, они чрезвычайно дороги и сложны в обслуживании.

С учетом этих недостатков целью настоящего изобретения является создание системы с одним электродом, в которой могут быть выполнены как зажигание, так и обнаружение пламени.Кроме того, система согласно изобретению предполагает использование единой цепи как для зажигания, так и для обнаружения.

Согласно настоящему изобретению в печи предусмотрены один электрод и горелка. Предусмотрена цепь для подачи высокого напряжения на электрод для создания дуги для зажигания топлива. В схеме также предусмотрены средства для уменьшения тока после возникновения зажигания. В это время пламя, благодаря своей электропроводности, действует как выпрямитель тока между электродом и горелкой, благодаря чему в цепь подается небольшой пульсирующий постоянный ток.Этот постоянный ток используется как среда обнаружения. Когда постоянный ток прекращается, то есть когда пламя гаснет, цепь обнаружения сигнализирует об этом. Комбинированная схема обнаружения и зажигания также обеспечивает средства для обеспечения того, чтобы переменный ток не достигал блока детектирования. Предусмотрена шунтирующая цепь, которая предотвращает попадание переменного тока в цепь обнаружения. Кроме того, вокруг электрода может быть предусмотрен изоляционный материал для регулирования влияния функции выпрямления пламени, чтобы тем самым обеспечить стабилизированный постоянный ток.

Другие особенности изобретения будут понятны из нижеследующего описания вместе с прилагаемыми чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 — частичный разрез и частичный схематический вид системы зажигания и обнаружения в соответствии с настоящим изобретением; и

ФИГ. 2 — схематический вид модифицированной схемы обнаружения в соответствии с настоящим изобретением.

Теперь обратимся к фиг. 1 горелка 1 проходит через стенку F.Электрод 2 расположен внутри горелки 1. Внешний конец электрода 2 проходит через горелку 1 и изолирован от нее изолятором 6. Другой конец 2a электрода 2 расположен так, чтобы образовать дугу через зазор 4 с горелкой 1 для зажигания печи. .

Изоляционный материал 3 может покрывать электрод 2 в области конца 2a, а именно в районе, обозначенном пунктирной линией 5. Этот изоляционный материал полностью окружает электрод 2 и обеспечивает желательную особенность в настоящем изобретении, в котором оба элемента зажигания и обнаружение пламени осуществляется с помощью одного электрода.Ионизация топлива в начале горения в зазоре горелки в области около уха, показанной пунктирной линией 5, т.е. в которой начинается горение топливовоздушной смеси, является чрезвычайно сложной. Распределение электрического заряда может оказывать нестабильное потенциальное влияние на электрод 2 и горелку 1. Если это происходит, может быть предусмотрен изоляционный материал 3 для смягчения этого нежелательного влияния и стабилизации прохождения небольшого постоянного тока через пламя из-за электропроводность пламени (т.е.е. его выпрямляющая способность).

Создание этого небольшого постоянного тока при наличии пламени является основой обнаружения пламени в соответствии с настоящим изобретением.

Трансформатор зажигания 7 включает в себя переключатель 9. Через переключатель 9 обычный источник питания 8 для зажигания может быть переключен на детектирующий источник 8 ‘низкого напряжения с помощью механизма твердотельного таймера (не показан). 8, 8 ‘и 9 могут содержать твердотельную схему для управления напряжением. Позиция 10 указывает на схему обнаружения зажигания, состоящую из транзисторной схемы 11 детектора и схемы 12 обхода разрядного тока.20 и 14 — это, соответственно, стабилитрон и конденсатор, включенные в схему 12 обхода разрядного тока, а 15 — источник постоянного тока для схемы 11 детектора.

В схеме, описанной выше, во время операции зажигания первичная обмотка трансформатор зажигания 7 подключен к обычному источнику 8 переменного тока, например 100 или 200 В., посредством чего во вторичной обмотке индуцируется высокое напряжение, вызывающее искровой разряд. Этот искровой разряд образуется в зазоре 4 между горелкой 1 и концом 2а электрода 2.В то же время топливовоздушная смесь подается в горелку 1 через впускное отверстие 17 для топлива, в результате чего топливо воспламеняется.

В этой операции переменный ток разряда намного больше, чем небольшой постоянный ток, возникающий во время операции обнаружения. Если этот переменный ток течет непосредственно к транзисторной схеме 11 детектора цепи 10 детектора зажигания, элементы схемы могут быть повреждены. Чтобы избежать этого, переменный ток пропускается через схему 12 обхода разрядного тока, состоящую из ограничителя 20 (альтернативный ограничитель варистора на силиконовом диоде) и конденсатора 14.На практике большая часть переменного тока проходит через конденсатор 14. Если по какой-либо причине на детекторную схему 11 подается чрезмерно высокое напряжение, цепь защищается от такого высокого напряжения ограничителем 20. Таким образом, с помощью обходной цепи 12, ток разряда может протекать в ней, чтобы вызвать зажигание, не повреждая транзисторную схему 11 детектора.

Теперь будет объяснена операция обнаружения. Первичная обмотка трансформатора зажигания 7 переключается с обычного источника 8 энергии зажигания на источник 8 ‘детектирования низкого напряжения.После этого переключения напряжение во вторичной обмотке запального трансформатора 7 составляет примерно от одной тридцатой до одной пятидесятой напряжения, возникающего в начале разряда. Когда присутствует пламя, небольшой постоянный ток течет через зазор 4 от электрода 2 к горелке 1 из-за электрической проводимости пламени (то есть выпрямляющей способности пламени). Этот небольшой постоянный ток течет по линии 16, как показано стрелкой, к транзисторной схеме 11 детектора. Практически никакой из этого постоянного тока не протекает через байпасную схему 12.Затем этот небольшой ток усиливается для срабатывания встроенного контакта обнаружения (не показан). Если пламя по какой-либо причине гаснет, контакт обнаружения размыкается, чтобы активировать устройство безопасности или устройство сигнализации, которое имеет электрическое соединение с контактом обнаружения.

Согласно изобретению, как описано выше, зажигание осуществляется с помощью одного электрода, вставленного в горелку, и наличие пламени определяется тем же электродом. Кроме того, согласно настоящему изобретению конструкция горелки и стенки печи вокруг горелки упрощается, и, таким образом, упрощается техническое обслуживание.Кроме того, система обнаружения возгорания может иметь очень компактную конструкцию. Таким образом, можно облегчить контроль горения и обеспечить безопасность и низкую стоимость эксплуатации.

Теперь обратимся к фиг. 2 будет описана модифицированная форма системы обнаружения настоящего изобретения. Трансформатор зажигания 7 имеет высоковольтный вывод R вторичной обмотки 7a, соединенный с электродом 2. Горелка 1 расположена в печи и обращена к электроду 2, как объяснено выше со ссылкой на фиг.1. Горелка 1 заземляется посредством корпуса горелки, а затем подключается к ограничителю 20 и конденсаторам 21 и 22 на их одном конце через соединительную клемму B. Горелка дополнительно подключается к одному концу резисторов 23, 24, 25 и стабилитрон 26, а затем к отрицательной стороне источника питания постоянного тока. Другой вывод вторичной обмотки 7a запального трансформатора 7 подключен к другим концам ограничителя 20 и конденсатора 21 и к одному концу резистора 27. Другой конец резистора 27 подключен к конденсатору 22, резистору 28 и вывод затвора полевого транзистора 29 (в дальнейшем именуемого полевым транзистором).Другой конец резистора 28 подключен к другому концу резистора 23 и к выводу истока полевого транзистора. Вывод стока полевого транзистора подключается к выводу E базы транзистора 30 среднего каскада, а затем к положительной стороне источника питания постоянного тока через резистор 31. Вывод коллектора транзистора 30 подключается к положительной стороне источника питания через вывод коллектора транзистора 32 последней ступени и через катушку 33a небольшого электромагнитного реле 33, которое служит нагрузкой.Вывод эмиттера транзистора 30 среднего каскада соединен с другим концом резистора 24 и с выводом базы транзистора 32 последнего каскада. Вывод эмиттера транзистора 32 последнего каскада соединен с другим концом резистора 32. стабилитрон 26. Транзисторы среднего и последнего каскада составляют схему Дарлингтона для увеличения коэффициента усиления по току. Клемма а якоря 34 электромагнитного реле 33 подключена к положительной стороне источника питания постоянного тока. Вывод b якоря 34 подключен к резистору 25, а также к одному из входных выводов логической схемы 35 обнаружения неправильной работы.Другой входной вывод логической схемы 35 подключен к выводу E.

Описанная таким образом схема детектора зажигания состоит в основном из трех частей: схемы байпаса и сглаживания, схемы усилителя, состоящей из трех транзисторов, и логической схемы обнаружения неправильной работы. . Основные части схемы данного изобретения будут более подробно объяснены ниже. Ограничитель 20 представляет собой ограничитель напряжения для поддержания напряжения на входных клеммах A и B ниже определенного значения.Таким образом, главная цепь защищена от чрезмерного напряжения. Конденсаторы 21 и 22 и резисторы 27 выполняют две функции: во-первых, они работают как байпасная цепь переменного тока во время искрового разряда при зажигании и в случае аномального короткого замыкания, которое может возникнуть между электродом 2 и горелкой 1; и, во-вторых, для сглаживания пульсирующего постоянного тока, протекающего между клеммами A и B в результате нормального пламени. Резистор 28 имеет высокое сопротивление и используется в цепи затвора полевого транзистора 29 с целью обнаружения воспламенения.Ограничитель 20 и стабилитрон 26 работают как температурный компенсатор, чтобы поддерживать цепь детектора зажигания в нормальном состоянии, даже когда цепь подвергается воздействию высоких температур. Резистор 25 подает потенциал в точку F, когда якорь 34 находится в положении обнаружения, то есть когда якорь 34 перемещается от вывода c к выводу b. Потенциалы в точках F и E подаются на логическую схему 35, в результате чего неправильная работа схемы детектора определяется автоматически.

Теперь будет объяснена работа схемы детектора зажигания этого варианта осуществления изобретения.Во время операции зажигания соответствующее напряжение для генерации разряда прикладывается к первичной обмотке 7b трансформатора 7 зажигания, создавая тем самым высокое напряжение во вторичной обмотке 7a. Это высокое напряжение подается на зазор между электродом 2 и горелкой 1 через высоковольтный вывод R и заземляющий вывод B через вывод S и элементы байпасной цепи. Таким образом, в промежутке возникает искра. Возникающий разряд служит для воспламенения газообразного топлива. Во время этого разряда протекает переменный ток.Резистор 28 имеет гораздо более высокое сопротивление, чем резистор 27, и большее сопротивление, чем конденсаторы 21 и 22, по отношению к переменной составляющей тока. Соответственно, вышеупомянутый переменный ток не протекает в цепи детектора, а шунтируется в последовательную цепь, состоящую из конденсатора 21 и резистора 27 обходной цепи, и в параллельную цепь, состоящую из конденсатора 21 и ограничителя 20. В качестве В результате схема детектора не работает, и напряжение на клеммах A и B поддерживается ниже определенного значения ограничителем 20.

Зажигание будет продолжаться несколько секунд. Затем напряжение, приложенное к первичной обмотке 7b запального трансформатора 7, переключается на источник малой мощности в несколько вольт. Затем начинается операция обнаружения. Во время этой операции запальный трансформатор 7 служит в качестве детектирующего силового трансформатора. Вторичное напряжение трансформатора снижается примерно до одной тридцатой — одной пятидесятой напряжения, возникающего при зажигании. Когда топливо полностью воспламеняется и образуется нормальное пламя, пламя действует для выпрямления переменного напряжения, существующего в плоскости между электродом 2 и горелкой 1.Таким образом, от электрода к горелке протекает небольшое количество тока, но только в течение полупериода, в котором электрод 2 обладает более высоким потенциалом, чем горелка 1. Таким образом, формируется пульсирующий постоянный ток. Пульсирующее постоянное напряжение, создаваемое на клеммах A и B пульсирующим постоянным током, стабилизируется сглаживающей схемой, состоящей из конденсаторов 21 и 22 и резистора 27, и затем подается на детекторные клеммы C и B. В частности, постоянный ток течет. не через конденсаторы, а через резисторы 23 и 28 цепи детектора.Когда напряжение на клеммах A и B превышает определенное значение, в цепи ограничителя напряжения будет течь избыточный ток. Посредством вышеупомянутой функции сглаживания операция обнаружения стабилизируется.

Во время розжига большой переменный ток зажигания, например 20 м. шунтируется на байпасный контур. Точно так же, предполагая, что короткое замыкание происходит между электродом 2 и горелкой 1 во время зажигания или во время обнаружения, результирующий переменный ток будет шунтироваться байпасной схемой.Таким образом, единственная обнаруживаемая составляющая тока — это постоянный ток, возникающий из-за выпрямляющей способности пламени. В результате система может обнаруживать только наличие нормального пламени.

Эти результаты достигаются благодаря ограничителю 20, который работает как ограничитель, и многофункциональной схеме, включающей конденсаторы 21 и 22, резистор 27 и клеммы B и C. Эта схема работает для сглаживания пульсирующей составляющей постоянного тока и обхода Компонент переменного тока к току.Определенное напряжение, которое определяется номиналом ограничителя 20, создается между входными клеммами A и B как при нормальном обнаружении, так и при ненормальном коротком замыкании на электроде. Это напряжение принимает форму пульсирующего постоянного тока при нормальном обнаружении и переменного тока при искровом разряде короткого замыкания электрода. Без учета варистора 20 переменный ток протекает через параллельную цепь, состоящую из последовательно соединенных конденсатора 21, резистора 27 и конденсатора 22, а постоянный ток течет через последовательную цепь, состоящую из резисторов 23, 28 и 27.Когда на клеммах A и B появляется переменное напряжение, это напряжение делится и подается на резистор 27 и конденсатор 22. Если импеданс резистора 27 больше, чем у конденсатора 22, большая часть напряжения проходит через резистор 27, и только очень ограниченная величина проходит через клеммы C и B обнаружения. В результате между клеммами C и D не возникает значительной разности потенциалов даже в течение полупериода, в котором полевой транзистор 29 будет работать. Таким образом, полевой транзистор не работает, и схема не работает для обнаружения.Однако, когда через цепь протекает постоянный ток, на резистор 28 схемы затвора обнаружения подается напряжение, и создается достаточная разность потенциалов для работы полевого транзистора 29. Таким образом, схема обнаружения работает. Следовательно, резистор 27 в сочетании с конденсаторами 21 и 22 выполняет функцию сглаживания пульсирующей составляющей постоянного тока, а также функцию обхода составляющей переменного тока, как описано ранее. Еще одна важная функция резистора 27 состоит в том, чтобы различать компоненты постоянного и переменного тока, чтобы поддерживать цепь в нерабочем состоянии для обнаружения всех составляющих тока, за исключением пульсирующей составляющей постоянного тока, создаваемой нормальным пламенем.

В дополнение к вышеописанным важным преимуществам этой системы можно получить и другие преимущества. Например, возможно, что некоторые из элементов, такие как ограничитель 20, транзисторы 29, 30, 32 и диод 26, могут выйти из строя и стать полностью проводящими. Однако, как будет очевидно, любой такой отказ не подвергнет опасности схему обнаружения. Например, предположим, что ограничитель 20 должен выйти из строя. В таком случае потенциал на выводе A становится равным потенциалу на выводе B, и, в результате, на детекторные выводы C и D не подается входное напряжение, и полевой транзистор 29 остается в нерабочем состоянии.

Хотя предпочтительные варианты осуществления изобретения были описаны подробно, такое описание предназначено только для иллюстрации, а не ограничения, поскольку многие детали конструкции изобретения могут быть изменены или модифицированы без отклонения от сущности или объема изобретение.

Основная деятельность Sapco: керамические электроды — Sapco

Чистый игрок в разработке и производстве электродов для систем газовых или масляных горелок ,

Sapco — международный лидер в области технологий зажигания для сжигания топлива, специализирующийся на разработке и производстве электродов зажигания, стержней пламени, вводов, кабелей высокого напряжения и соединителей для котлов, горелок и систем сгорания.

Компания экспортирует свою продукцию более чем в 25 стран, в основном в Европу и Северную Америку.

По спецификации Заказчика компания производит электроды с керамической изоляцией и соответствующее соединительное оборудование для розжига и контроля пламени всех типов горелок.

Существует множество применений, включая зажигание, обнаружение пламени (с ионизационными электродами), а также передачу высокого напряжения с газонепроницаемым вводом.

Sapco — это вертикально интегрированный производитель чистых материалов, производящий керамику, электроды, формовку, формовку и сборку на нашем предприятии, расположенном недалеко от Парижа.

Наследие инноваций и технологий

Инновации в дизайне Sapco — лучший выбор для технических керамических компонентов с конкурентоспособными рыночными ценами, специализирующимися на электродах зажигания, стержнях пламени, кабелях напряжения и соединителях.

Наши компоненты предназначены для управления критическими проблемами воспламенения и пламени газовых котлов, топок и систем отопления.Основные факторы, важные для производительности, безопасности эксплуатации, долговечности и функциональности, решаются с помощью дизайна Sapco.

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРОД К КЕРАМИЧЕСКОМУ КРЕПЛЕНИЮ. Запатентованный механический замок обеспечивает надежную фиксацию на границе раздела керамика-металл. Не используется клей, который может выйти из строя при длительном воздействии высоких температур, что может привести к смещению с места и потенциальному сбою зажигания.

ГЛИНОКЕРАМИКА. Плотный керамический материал из глинозема используется для экстримальной электроизоляции и механической прочности

КЕРАМИЧЕСКАЯ ГЕОМЕТРИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ СТЕКЛО.Уникальные конфигурации для предотвращения образования мостиков влаги и предотвращения загрязнения твердыми частицами, которое может привести к неправильному изгибу.

ГАЗОПЕРТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ. Уникальные керамические свойства позволяют устанавливать кольцевые уплотнения в критических точках, что исключает утечки продуктов сгорания против противодавления.

НАИЛУЧШИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ СОСТАВ. Оптимальный выбор состава электродов позволит свести к минимуму образование отложений, вызванное кислотой, избежать проседания и снизить затраты.

БЕЗОПАСНЫЕ КРОНШТЕЙНЫ С ЗАЗЕМЛЕНИЕМ.Вся конструкция кронштейнов прочная и безопасная и может быть оснащена датчиком заземления для усиления сигнала пламени.

СЕРТИФИКАЦИЯ CSA. Все электроды зажигания и стержни пламени Sapco сертифицированы CSA и могут иметь маркировку

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ КАБЕЛЬ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ CORONA. Доступны кабели различного размера для управления критериями проектирования и предотвращения эффекта коронного разряда от высокого напряжения, которое может выделять озон и разрушать изоляционный материал

СОЕДИНЕНИЕ, КОТОРОЕ МОЖЕТ УПРАВЛЯТЬ ЭМИССИЕЙ ЭМИССИИ.Разъемы, поставляемые отдельно или вместе с кабелем, оснащены компонентами подавления электромагнитных помех, которые устраняют это излучение и предотвращают нарушение работы микросхем и сигналов WI-FI.

Гибкое производственное предприятие, ориентированное на качество

Основываясь на своей технологии и строгом контроле качества на всей производственной линии, Sapco может обеспечить полное отслеживание продукции. Компания может обрабатывать как малые, так и большие объемы в соответствии с вашими конкретными потребностями.

Атмосферные печи и однородность температуры (Часть 2)

Нейт Срока, инженер-механик
В качестве инженера-конструктора Нейт Срока специализируется на проектировании механических систем термообработки в атмосфере. До прихода в Ipsen в 2014 году он получил степень бакалавра наук в области машиностроения в Университете Северного Иллинойса.

Нейт также принес с собой значительный объем знаний и обучения по безопасности горения, NFPA 86, техническому обслуживанию печи и оценке термообработки.

В первом посте этой серии мы обсудили, как работает горелка, а также ключевые компоненты подачи топлива и воздуха.Знание того, как работает оборудование, является важной частью его работы, но также важно знать, как работает автомат управления горелкой (BCU), чтобы вы могли управлять им безопасным и эффективным образом.

BCU — это устройство безопасности, которое контролирует, зажигает и контролирует горелки во время включения / выключения и постоянной работы. Это обеспечивает сгорание воздушно-газовой смеси с выделением тепла.

Когда температура печи опускается ниже определенной точки, BCU запускает последовательность, которая требует тепла; начинается десятисекундное окно, называемое испытанием зажигания .

Первый шаг — открыть регулирующие клапаны на отдельной подаче воздуха и газа на каждой головке горелки. После открытия регулирующих клапанов для воздуха и газа смесительная камера горелки заполняется летучей смесью. Чем быстрее эта смесь превратится в пламя, тем более управляемым будет это зажигание.

Recon ^® III Горелки имеют прямое зажигание, что означает, что используется воспламенитель пламени, а не стоячий пилот.Это зажигание контролируется BCU, поскольку он посылает сигнал трансформаторам на работу. Этот сигнал начинает второй этап последовательности, который занимает примерно шесть-восемь секунд из десятисекундного окна. Высокое напряжение подается от трансформатора к воспламенителю, где оно направляется вдоль электрода в камеру смешения. Там он вынужден перепрыгнуть через воздушный зазор, где он видится как искра.

Отсюда последовательность переходит к третьему этапу. Это период времени, когда электрод переходит от зажигания пламени к контролю стабильности пламени.Это достигается за счет того, что BCU подает на электрод переменное напряжение. При наличии пламени ионы перемещаются к электроду, а электроны — к заземлению горелки. Положительные и отрицательные полуволны не равны и, следовательно, могут обрабатываться как сигнал постоянного тока. Обычно известный как сигнал пламени, его можно измерить с помощью мультиметра. Вы можете измерить напряжение в мВ на резисторе 1 кОм, включенном последовательно, с электродом, дающим 1 мВ на мкА. Сила сигнала пламени также отображается визуально на блоке BCU.

Если сигнал пламени не достигается во время или теряется в любой момент после пробного розжига , BCU отключает подачу воздуха и газа к этой горелке. Если это произойдет, оператор также получит визуальный и звуковой сигнал тревоги. Затем BCU можно вручную перезапустить и разжечь горелки.

BCU можно использовать для продувки трубок горелок воздухом перед открытием газового клапана. Это может потребоваться, если было предпринято несколько безуспешных попыток зажечь горелки.BCU также может выполнять контролируемое охлаждение. Это инициируется при понижении контрольной температуры (т. Е. При переходе рецепта к другому сегменту). В этом случае срабатывает регулирующий клапан только для воздуха. Это позволяет более холодному воздуху попадать в горелку и отводить тепло через выхлоп горелки.