Пристрій для поточного контролю якості пальної суміші

Пропозиція стосується регулювання підводу палива сумісно з регулюванням підводу повітря. Пристрій, що пропонується, призначений для поточного контролю процесу горіння у газових пальниках з попереднім утворенням паливної суміші. Якість паливної суміші, або за іншою назвою - співвідношення "паливо/повітря", має суттєве значення як один з головних чинників, від якого залежить економічна та екологічна ефективність використання палива. У вітчизняній практиці якість паливної суміші характеризують коефіцієнтом надлишку повітря (a). Найбільше поширення мають засоби виміру коефіцієнту надлишку повітря шляхом аналізу продуктів згоряння на вміст кисню, диоксиду вуглецю та продуктів недопалу, якщо вони є [Авдеева А.А. Контроль сжигания газообразного топлива. М.: Энергия, 1971. - С. 209-212.]. Ще й досі знаходять застосування старі прилади типу ОРСа, але сучасним аналогом пристрою такого типу є, наприклад, прилад "TESTO ЗООМ" відомої фірми Testo GmbH & Co з Німеччини, м. Ленцкірх [Краткий каталог, 2001. - Киев: ЛИФОТ.- С 1-2.]. Прилад аналогу містить блок відбору проби паливної суміші, блок газового аналізу проби та блок обробки сигналу. Головним елементом блоку відбору проби є електронасос, блоку газового аналізу - електрохімічна комірка, блоку обробки сигналу - мікропроцесор. Електронасос приєднано трубопроводом до комірки. Комірка електричними мережами пов'язана з мікропроцесором. Треба зауважити, що ці прилади (ОРСа, "TESTO ЗООМ") не вирішують задачу поточного контролю коефіцієнта надлишку повітря. Вони діють періодично, бо аналіз газової проби та продування тр убопроводів потребує певного часу (15-30хв.). Прототипом винаходу ,що заявляється пристрій [А.с. №545829 СССР, М.Кл 2 F23N1/02, 1977], що містить датчик у ви гляді прозорого дифузора з повним кутом розкриття менш 8°, електронасос для подачі паливної суміші у дифузор, та вимірювальний блок у складі шкали, регулятора витрати паливної суміші по перепаду тиску на витратомірі. Шкала розташована поряд з дифузором паралельно його осі та градуйована у одиницях коефіцієнта надлишку повітря (a). Електронасос з'єднано трубопроводом з вихідним перерізом дифузора, а регулятор витрати паливної суміші у комплекті з витратоміром приєднано трубопроводом до входу ди фузора. У вихідному перерізі дифузора встановлено запальник. На з'єднувальних трубопроводах встановлені вогневі перешкоди. Точність дії пристрою прототипу цілком залежить від утримання постійного перепаду тиску паливної суміші на витратомірі. Відхилення перепаду тиску на 2-3% призводить до зміни витрати пальної суміші на 46% (між перепадом тиску та витратою газу існує квадратична залежність), що у свою чергу обумовлює відповідну помилку виміру коефіцієнта надлишку повітря (a) - приблизно 5%. Окрім цього, сучасні дослідження стабілізації полум'я природного газу в зануреному у киплячу воду дифузорі виявили , що навіть у дифузорі з повним кутом розкриття 5,7° та ізотермічною (100°С) стінкою (тобто за найкращих з боку зору прототипу умов дії цього пристрою) мають місце такі небажані явища, як оберти та коливання полум'я, а за певних умов відбувається відрив полум'я, що взагалі робить неможливою дію відомого пристрою [Гуревич Н.А. Стабилизация пламени природного газа в альфиметре. Ч.І. Методика й результаты эксперимента //Экотехнологии и ресурсосбережение. -2002. - №5. - С.58-65.]. В основу винаходу покладено задачу удосконалення пристрою для поточного контролю якості паливної суміші, в якому за рахунок внесення додаткових деталей та їх розміщення забезпечується зменшення помилки контролю коефіцієнта надлишку повітря та завдяки іншої форми перерізу датчика усуваються збої дії пристрою і підвищується його надійність. Означена вище задача вирішується тим, що у пристрої для поточного контролю якості паливної суміші, що містить датчик, виконаний у вигляді прозорого дифузора, вимірювальний блок, а також запальник та вогневу перешкоду, згідно з винаходом, датчик додатково обладнаний встановленим у вхідному перерізі дифузора інцептором, до якого через механічний фільтр приєднаний нагнітач надкритичного тиску. Крім того, переріз датчика виконаний у формі рівнобічного трикутника. При дослідженні ламінарного руху та горіння газу використовують слабкі дифузори з постійною температурою стінки та інцептором, що генерує незмінну швидкість вхідного потоку, які мають унікальну властивість посилювати полум’я, що знайде різноманітне застосування у те хніці (Гуревич Н.А. Ламинарное течение и горение газа в конусе и в реальном диффузоре. //Новини енергетики. - 2002. - №4. - С.20-29. Беляев Б.М., Вагин В.В., Патриеев В.Г, Методика выполнения калибровки критических сопел. //Измерительная техника. - 2002. - №4. - С.37-39. Каталог фірми FLOW SYSTEMS "Sonic Flow Primary Elements for Accurate Flow Measurements and Control of Gases", Philadelphia, PA, 2003/-8pp.). На кресленні зображено запропонований пристрій. Датчик 1 виконано у вигляді прозорого дифузора з повним кутом розкриття менш 8°. Перерізом дифузора є рівнобічний трикутник. Поряд з дифузором паралельно його осі розташована шкала 2, градуйована у одиницях коефіцієнта надлишку повітря (a). У вхідному перерізі дифузора додатково встановлено інцептор 3, до якого приєднано нагнітач надкритичного тиску 4 через механічний фільтр 5. У вихідному перерізі дифузора вмонтовано запальник 6. Вихідний переріз дифузора закінчується тр убопроводом, обладнаним вогневою перешкодою 7. Дифузор 1 занурено у киплячу воду 8 . Наявність надкритичного тиску контролюється манометром 9. Запропонований пристрій діє таким чином. Нагнітач надкритичного тиску 4 безперервно надає паливну суміш у інцептор 3 через фільтр 5. За наявністю надкритичного тиску (2.52ат=252кПа) на манометрі 9, паливна суміш із швидкістю звуку витікає з інцептора 3 в занурений у киплячу воду дифузор 1. Після запалення суміші запальником 6 фронт полум'я займає вздовж осі дифузора певне місце (стабілізується), що за візирною лінією відповідає на шкалі виміру 2 поточному коефіцієнту надлишку повітря (а ). Механічний фільтр 5 затримує сторонні домішки, які можуть забити інцептор. Вогнева перешкода 7 гарантує безпеку дії пристрою. Для порівняльних дослідів пристрою прототипу та пристрою, що пропонується, виготовлено дифузор D1D2-L=2.5-16-135мм з повним кутом розкриття q2=2arctg(D 2-D1)/2L=5.7°, де D1 та D2 відповідно вхідний та вихідний діаметр дифузора, a L - його довжина. Перерізом дифузора у першому випадку (пристрій прототипу) є коло, а у др угому (пропозиція) - рівнобічний трикутник. Для трикутника як D1 та D2 взято так званий еквівалентний (гідравлічний) діаметр. Досліди проведені на стехіометричній (α=1) суміші мереживного природного газу з атмосферним повітрям. Проведено дві серії порівняльних дослідів (табл.1 і табл.2). Задача першої серії дослідів полягала у визначенні помилки контролю коефіцієнта надлишку повітря за рахунок похибки дотримання перепаду тиску паливної суміші. Результати першої серії дослідів наведені у табл.1. Таблиця 1 Визначення помилки контролю якості паливної суміші Параметри паливної суміші Порівняльні дані Прототип Пропозиція Розмірність Задані параметри: - коефіцієнт надлишку повітря - витрата суміші - перепад тиску - критичний тиск Відхилення тиску суміші від заданого Помилка контролю коеф. надлишку повітря см 3/с кПа -“% -“ 1.0 7.6 1 ±2 ±5 1.0 7.6 252 ±2 ±1 Примітка: 1кПа=100мм, водяного стовпа Задача другої серії дослідів полягала у визначенні умов стабілізації полум'я при підвищеній витраті паливної суміші. Результати другої серії дослідів наведені у табл.2. Таблиця 2 Визначення умов стабілізації полум'я Параметри паливної суміші Задані параметри: - коефіцієнт надлишку повітря - витрата суміші Стабілізація полум'я - оберти та коливання Розмірність см 3/с Порівняльні дані Прототип Пропозиція 1.0 13.5 1.0 13.5 є Немає Головна перевага запропонованого пристрою полягає у дотриманні звукової швидкості витікання паливної суміші з інцептора , за рахунок чого витрата паливної суміші є постійною за умови наявності надкритичного тиску на манометрі вимірювального блоку. Надкритичний тиск забезпечити значно легше, ніж дотримувати постійний перепад тиску на витратомірі за допомогою регулятора, який у даному разі взагалі непотрібний.