3.2.3. Підтримання умов безпечної роботи

До серйозних пошкоджень може призвести накопичення в гарячій паливні вибухонебезпечної суміші палива з повітрям тому є виправданим введення ретельно розробленої системи блокувань. Перш ніж подавати паливо, доводиться досить довго продувати паливню повітрям, щоб виключити можливість накопичення вибухонебезпечної концентрації палива. Потім потрібно запалити

пусковий факел і перевірити запалювання за допомогою сигналізатора полум'я, і тільки після цього можна відкрити клапан подачі основного палива.

Таким чином, паливня повинна бути захищена від надходження надмірної кількості палива у разі пошкодження системи регулювання або обладнання. Цей захист забезпечується схемою наведеною на рис.3.11. Якщо витрата повітря не відповідає збільшенню кількості необхідного тепла, відбірник нижнього рівня встановить нову витрату палива, щодо витрати повітря. Якщо витрата палива не відповідає зменшиться кількість необхідного тепла, відбірник верхнього рівня встановить нову витрату повітря, щодо витрати палива. Таким чином, при збільшенні навантаження повітря змушує вводити паливо, а при зменшенні навантаження паливо змушує вводити повітря. Це пристрій також виконує функцію захисту топки у випадку пошкодження вентилятора або заїдання клапана подачі палива.

Рис. 3.11. Схема захисту паливні від утворення надлишку палива при зміні навантаження або пошкодженні вентилятора.

Щоб описана схема захисту могла працювати, необхідно вимірювати витрати повітря і палива в одних одиницях, еквівалентних кількості тепла. Тут не має сенсу користуватися одиницями обсягу або маси. Тому передбачене градуювання системи подачі повітря з боку вимірюваного, а не номінального значення.

Коли застосовується переградуювання вимірювань витрати палива, як у системі, що на рис. 2.7, на відбірник верхнього рівня може надходити ще третій вхідний сигнал від пристрою, що обчислює кількість виділеного тепла. Але за відсутності переградуювання витрати палива сигнал по тепловиділенні не буде узгоджений з витратою палива, і схема захисту перестане правильно функціонувати.

Схема захисту змушує повітря вводити паливо при збільшенні навантаження і затримувати його подачу при зменшенні навантаження. Тоді вміст кисню в димовому газі буде відрізнятися від номінального значення при всіх змінах навантаження. Якщо допустити, щоб регулятор вмісту кисню реагував пропорційно цим відхиленням, він буде прагнути ліквідувати безпечні умови, що забезпечуються схемою захисту. Тому при регулюванні використовується тільки інтегральна характеристика сигналу про вміст кисню, і тоді чутливість на швидкі коливання зводиться до мінімуму. Головне призначення цього регулятора полягає у введенні поправок на повільні відхилення, викликані помилками витратоміра і змінами якості палива.

3.2.4. Контроль тиску в потоці повітря і в паливні

Зазвичай нафту і газ спалюють при невеликому надлишковому тиску 2,5 - 5 кПа, який створюється вентилятором. Якщо поступаючи повітря нагрівається димовим газом або якщо є обладнання для зменшення забруднення, наприклад осаджувач, фільтр або очищувач димового газу, то необхідний також і витяжний вентилятор. Вугілля і деревне паливо спалюють при невеликому розрідженні, меншому 0,25 кПа, при якому вимагається витяжний вентилятор в димовій трубі. Якщо повітря, необхідне для спалювання, попередньо підігрівається, то звичайно необхідний нагнітаючий вентилятор. Тому в більшості сучасних топках значного розміру є обидва типи вентиляторів з заслінками, встановленими, як показано на рис. 3.12.

Хоча на малюнку показано, що витрата вимірюється мірною діафрагмою, часто уникають цього додаткового звуження, вимірюючи перепад тиску між повітряною камерою і паливнею або в самій паливні. Для підігрітого повітря зазвичай потрібна температурна компенсація, оскільки його температура буде змінюватися в залежності як від теплового навантаження, так і від температури навколишнього середовища.

Співвідношення між масовою витратою G повітря і виміряним перепадом тиску на звужуючому пристрої залежить від абсолютної температури Т:

де - коефіцієнт пропорційності. Щоб знайти похибку, викликану зміною температури, продиференціюємо G по Т:

Підставивши (3.16) в (3.17), отримаємо вираз відношення похибки у витраті dG до величини витрат G:

Якщо температура змінюється на 5,5 °С при Т = 116 °С (389 К), то відносна похибка у витраті складе 0,7%.

З допомогою виразу (3.16) легко ввести температурну компенсацію в звичайному діапазоні вимірювань (-20) - (+150) °С. Можна подати сигнал на необхідне перевищення абсолютної температури шляхом відповідного градуювання ділильного пристрою. Градуювання ділильного пристрою ілюструється рівністю (3.19):

де G - сигнал про величину масової витрати (0 - 100%), tь - основна температура, °С, to - температура, яка відповідає нульовій позначці шкали, tM~ температура, яка відповідає максимальній позначці шкали, a t- температурний сигнал . Наприклад, якщо температура вимірюється в діапазоні (-20) - (+150) °С і витратомір обраний по основній температурі 100 °С, формула приймає вигляд

У випадках коли повітря розділяється на основний та допоміжний потоки для подачі пилоподібного вугілля тощо, вимірювання витрати різними приладами потрібно спочатку Лінеаризувати, а затим підсумовувати. Тоді температурну компенсацію можна вводити на сумуючі сигнали, і немає необхідності лінеаризувати температурний сигнал. Так як вимірювана температура набагато перевищує температуру абсолютного нуля, то в робочому діапазоні лінійна апроксимація квадратного кореня з температури вносить невелику помилку. Компенсація вводиться за формулою:

де а і b - коефіцієнти перерахунку. Вирази (2.19) і (2.20) можна прирівняти в точках t і tм, вважаючи t рівною нулю і одиниці. Тоді в цих двох точках не буде помилки через лінеаризацію. У такому випадку

Для умов наведеного вище прикладу отримуємо а = 0,807, b = 0,257. У даному прикладі апроксимація дає найбільшу похибку - 0,8% в середині шкали температур. Якщо збільшити коефіцієнт а до 0,811, то помилка розподіляється по всьому діапазону температур і становить

Між витратою повітря і тиском у паливні створюється взаємодія, аналогічна взаємодії між витратою пального газу і тиском. Але дві заслінки в повітряній системі зазвичай мають однакові розміри, і перепад тиску на заслінках однаковий. У цьому випадку існуючу взаємодію не можна усунути зміною характеристик контуру регулювання. Замість цього рекомендується схема розв'язки, показана на рис. 3.12. У такій системі для регулювання витрати повітря приводяться в дію обидві заслінки. Якщо характеристики заслінок підібрані правильно і вони узгоджені, то одночасне й однакове переміщення заслінок не зробить впливу на результуючий тиск у паливні. Однак регулятор тиску в камері згоряння може впливати на нижню (по потоку) заслінку, щоб ввести поправку на будь-яке відхилення, яке може виникнути через неузгодженості. Можна так визначити

положення точки вимірювання тиску, що воно буде швидше впливати на нижню заслінку, ніж на верхню. Тоді для узгодження динамічного впливу обох заслінок на тиск треба ввести динамічну затримку сигналу, що передається від першої заслінки до другої.

Схема регулювання, що перешкоджає зміні витрати повітря регулятором тиску в паливні, на рисунку не показана. Якщо розглянута схема регулювання діє ефективно, то потрібно дуже невеликий коректуючий вплив регулятора тиску, і взаємодія двох контурів буде незначною. Крім того, регулятор витрати повинен реагувати на всі зміни навантаження, тоді як для регулятора тиску схема регулювання усуває цю вимогу.