HU189230B

HU189230B - Method and apparatus for influencing pulsating combustion

Info

Publication number: HU189230B
Application number: HU47783A
Authority: HU
Inventors: Antal Penninger; Laszlo Karpati
Original assignee: Budapesti Mueszaki Egyetem,Hu
Priority date: 1983-02-11
Filing date: 1983-02-11
Publication date: 1986-06-30

Abstract

A találmány tárgya eljárás lüktető égés befolyásolására, amelynek során tüztérben létrehozott szénhidrogén-láng fenntartásával kapcsolatos feltételeket változtatjuk. Az eljárás lényege, hogy a tüztérben érzékeljük az elégetett szénhidrogén-levegő keverék belső nyomásának és az égésre jellemző további paraméternek - előnyösen a lángban felszabaduló hőenergiának az ingadozását, meghatározzuk az érzékelt ingadozások keresztkorrelációs függvényének fázisszögét. Szoros összefüggés célszerűen 0-90° közötti fázisszög értékek esetén a szénhidrogén-láng fenntartásával kapcsolatos feltételeket oly módon változtatjuk, hogy a keresztkorrelációs függvény fázisszögének értéke növekedjen. A találmány tárgya továbbá az eljárás foganato- sítására szolgáló berendezés is, amelynek két erősítő áramköre (1, 2), az erősítő áramkörök (1, 2) kimenetére csatlakozó nullkomparátorai (3,4) vannak. A találmány szerinti berendezés érzékelőket (X, Y) tartalmaz, amelynek kimenetei az erősítő áramkörök (1, 2) bemenetelre vannak kötve, és fázisdetektora (5), szabályozható feszültségű tápegysége (9), valamint a fázisdetektorral (5) sorbakapcsolt összegző áramköre (6) van. A nullkomparátorok (3,4) kimenetei a fázisdetektor (5) bemenetelre csatlakoznak, az összegző áramkör (6) bemenetére a szabályozható feszültségű tápegység (9) kimenete van kötve, az összegző áramkör (6) kimenete pedig önmagában ismert kijelző egységgel (7) van összekötve. (2. ábra) 2 óbra -1-The present invention relates to a method for influencing pulsating combustion, wherein the conditions associated with maintaining a hydrocarbon flame generated in a fire chamber are varied. The essence of the method is to detect the phase angle of the cross-correlation function of the perceived fluctuations in the combustion chamber to detect the internal pressure of the burned hydrocarbon-air mixture and the additional combustion parameter, preferably the heat released in the flame. It is preferred that the conditions associated with maintaining the hydrocarbon flame in the phase angle values between 0 and 90 ° are adjusted to increase the phase angle of the cross-correlation function. The invention also relates to an apparatus for carrying out the process having two amplifier circuits (1, 2), zero comparators (3,4) connected to the outputs of the amplifier circuits (1, 2). The apparatus according to the invention comprises sensors (X, Y) whose outputs are connected to the inputs of the amplifier circuits (1, 2) and a phase detector (5), a power supply (9) and a phase circuit (5) coupled to the phase detector (6). ). The outputs of the zero comparators (3,4) are connected to the input of the phase detector (5), the output of the summing circuit (6) is connected to the output of the adjustable voltage supply (9), and the output of the summing circuit (6) is known as a display unit (7) per se. connected. (Figure 2)

Description

A találmány tárgya eljárás és berendezés lüktető égés befolyásolására. Az eljárás során a kialakuló lüktető égést a tűz fenntartását biztosító feltételek változtatásával befolyásoljuk. A találmány szerinti eljárás és berendezés segítségével nagy hőteljesítményü ipari kazánokban is lehetővé válik a lüktető égés hatékony befolyásolása, lehetőség szerint megszüntetése, illetve alacsony szinten tartása.The present invention relates to a method and apparatus for controlling pulsating burns. During the process, the resulting pulsating combustion is controlled by varying the conditions for maintaining the fire. The process and apparatus of the present invention also make it possible to effectively control, if possible eliminate, or keep pulsating burns in high-heat industrial boilers.

Tüzelőberendezésekben a szénhidrogénlángök égési folyamata számos esetben jellegzetes instabilitásokat mutat. Ezek az instabilitások sokfélék lehetnek. Egy jellegzetes csoportjukat az ún. lüktető égés képezi, amelynél az égési folyamat nyomáslengések kíséretében megy végbe. Általában két főbb csoportját különböztetjük meg:In combustion plants, the combustion process of hydrocarbon flames in many cases exhibits characteristic instabilities. These instabilities can take many forms. A typical group of them is the so-called. It is a pulsating combustion in which the combustion process occurs with pressure oscillations. We generally distinguish between two main groups:

- akusztikai lengéseket,- acoustic vibrations,

- nem akusztikus lengéseket.- non-acoustic vibrations.

E csoportokon belül találhatók nagyfrekvenciás (f > 1 kHz) és kisfrekvenciás (f < 100 Hz) lengések, amelyek közül az előbbi rakétahajtóművekben, illetve gázturbina tüzelőterekben gyakori.Within these groups are high frequency (f> 1 kHz) and low frequency (f <100 Hz) oscillations, the former common in rocket propulsion and gas turbine firing.

Hazai tüzeléstechnikai gyakorlatban a kisfrekvenciás lengések előfordulása a jellemző. E lengések a hőfelszabadulás ingadozásában jelentkeznek. Turbulens lángokban a keveredési és égési folyamatok térben és időben egymáshoz képest eltolódva mennek végbe. A keverékképzést nagymértékben befolyásolják a turbulens áramlás sebességviszonyai a tüzelőanyag-levegő keverék koncentrációjának helyi és időbeli ingadozásai. E térbeli és időbeli ingadozások helyi hőmérséklet-ingadozások és hőfelszabadulás-ingadozások révén nyomáshullámokat hoznak létre. Ezek a nyomáshullámok a lángot határoló teret gerjeszthetik.In domestic firing technology the occurrence of low frequency oscillations is typical. These fluctuations occur in fluctuations in heat release. In turbulent flames, the mixing and burning processes are shifted relative to each other in space and time. Mixture formation is greatly influenced by turbulent flow velocity conditions due to local and temporal fluctuations in fuel-air mixture concentration. These spatial and temporal fluctuations produce pressure waves through local temperature fluctuations and heat release fluctuations. These pressure waves can excite the space surrounding the flame.

Ha a tüzelőberendezés akusztikai szempontból kis csillapítású, akkor ezek a nyomáshullámok a tüzelőberendezés saját frekvenciájához közeli, állandó amplitúdójú lengéseket hozhatnak létre, és lüktető égéshez vezethetnek. Kisméretű tüzelőberendezések akusztikai szempontból Helmholzrezonátorként viselkednek, míg a nagyméretű tüzelőtérrel rendelkező tüzelőberendezések akusztikailag „orgonasíp”-ként működnek, bennük állóhullámok alakulnak ki. Az így kialakuló lengések a 10-50 Hz frekvenciatartományban vannak, ami a tüzelőtér és a léghevítő valamely szerkezeti elemének saját frekvenciájával elég gyakran egybeesik, s ezért rövid üzemelés után már kifáradásos töréshez vezetnek. Különösen kiküszöbölendők a 16 Hz alatti lengések az infrahangtartományban, mivel ezek az emberi szervezetre is károsak.If the combustion apparatus is of low acoustic attenuation, these pressure waves can produce constant amplitude oscillations close to the combustion apparatus's own frequency and lead to pulsating combustion. Small combustion plants act as a Helmholz resonator from an acoustic point of view, whereas large combustion plants act as acoustically "organ whistles" and produce standing waves. The resulting oscillations are in the frequency range of 10-50 Hz, which quite often coincides with the own frequency of a structural element of the combustion chamber and the air heater, and therefore, after a short operation, leads to fatigue fracture. In particular, vibrations below 16 Hz in the infrared range should be avoided as they are also harmful to the human body.

Bár a lüktető égés külön erre a célra tervezet: berendezésben kedvezően kihasználható a gerjesz tett nyomáslengések hőátadási javító hatása miatt, amit számos ilyen elven működő kisméretű, 10-50 kW hőteljesítményű meleg víz, illetve gőzfej lesztő készülék igazol, mégis az ipari tüzelőberen dezésekben fellépő nemkívánatos nyomáslengések számos tüzeléstechnikai hátrány forrásai: rosszabb égési hatásfok, koromképződés, szabályozó bérén dezések meghibásodása, csökkent szabályozási tar tomány, esetleg láng kioltása, megnövekedett zajszint.Although pulsating combustion is specifically designed for this purpose: it can be advantageously utilized in the plant due to the heat transfer improving effect of excitation pressure fluctuations, as evidenced by many small-scale hot water or steam generators operating on these principles, but undesirable in industrial combustion plants. sources of pressure fluctuations are the source of many firing drawbacks: poor combustion efficiency, soot formation, malfunctions in control wages, reduced control range, possibly flame extinguishing, increased noise levels.

A lüktető égés leggyakrabban a tüzelőberendezés égőjének begyújtásakor, a berendezés teljesítméo nyének növelésekor, illetve újabb égő bekapcsolásakor alakul ki. Megszüntetése tehát a tüzelőberendezés gazdaságos üzemvétele, a teljesítmény jobb kihasználása és a szerkezeti elemek károsodásának elkerülése érdekében egyaránt szükséges.Pulsed combustion most often occurs when the burner on the combustion plant is lit, the unit's performance is increased, or when a new burner is turned on. Its elimination is therefore necessary for the economical operation of the combustion plant, for better utilization of power and for avoiding damage to the components.

A lüktető égés befolyásolásának, illetve megszüntetésének egyik ismert módja a tüzelőberendezések két alapvető rendszerének - az égőnek a hozzátartozó táprendszerrel, valamint a tűztérnek az égéstermékeket elvezető vezetékkel - az akusztikai elhangolása. E két rendszer ugyanis egymással kölcsönhatásban van, az égő lángjának hőfelszabadulás-ingadozása akusztikailag gerjeszti a tüztér és az égéstermék-elvezető vezeték együttesét. Rayleigh már a múlt század végén megfogalmazta a lüktető égés fennmaradásának feltételét (Rayleigh-kritérium). Ez a kritérium azt fejezi ki, hogy a lüktető égés abban az esetben alakul ki, illetve marad fenn, ha a hőbevezetés a nyomáslengéssel fázisban van.One known way of controlling or eliminating throbbing combustion is by acoustic tuning of the two basic systems of the combustion plant - the burner with its associated power supply system and the pipe leading to the combustion products. The two systems interact, the fluctuation of the heat release of the burner flame acoustically exciting the firebox and the flue gas discharge line. By the end of the last century, Rayleigh had formulated the condition for the existence of pulsating burn (Rayleigh criterion). This criterion expresses that the pulsating combustion occurs or persists when the heat supply is under pressure by fluctuation of pressure.

Az ismert megoldásokban a két alapvető rendszer akusztikai elhangolása tapasztalati úton történik. Az elhangolást akkor végzik el, ha a tüzelőberendezés zajszintjét túl magasnak találják, ebben az esetben - általában a tüzelőberendezés geometriai kialakításának változtatásával megpróbálják csökkenteni a zajszintet. Ez a véletlenszerű beavatkozás túl azon, hogy szubjektív észlelésen alapul, nem minden esetben hatásos.In the known solutions, the acoustic tuning of the two basic systems is done empirically. Tuning is done when the noise level of the combustion plant is found to be too high, in which case they usually try to reduce the noise level by changing the geometry of the combustion plant. This random intervention, in addition to being based on subjective perception, is not always effective.

A találmány célja a tüzelőberendezések károsodását okozó lüktető égés befolyásolását (csökkentését vagy megszüntetését) egzakt módon lehetővé tevő eljárás és az eljárást megvalósító berendezés kidolgozása.It is an object of the present invention to provide a method for precisely controlling (reducing or eliminating) a pulsating burn that causes damage to combustion plants, and to provide an apparatus for carrying out the process.

Feladatunk tehát olyan eljárás kidolgozása, amely nemcsak az eddig alkalmazott véletlenszerű beavatkozást teszi lehetővé, hanem a tűztéri feltételek figyelésével olyan beavatkozási lehetőséget biztosít, amelynek révén a lüktető égés kialakulása (fennmaradása) előnyösen befolyásolható.Our task, therefore, is to develop a process that not only allows for random intervention to date, but also provides an opportunity for intervention by monitoring fire conditions, which can advantageously influence the formation (persistence) of pulsating burns.

Felismertük, hogy a tüzelőberendezés geometriai kialakítása olyan rezonanciafeltételeket határoz meg, amelyek közvetlen változtatása nem mindig hatásos, és ezért a lüktető égést más paraméterek - esetleg együttes - módosításával kell megszüntetni.It has been discovered that the geometry of the combustion plant determines conditions of resonance whose direct change is not always effective, and therefore the pulsating combustion must be eliminated by modifying other parameters, possibly together.

Ilyen paraméter például az elégetendő szénhidrogén-levegő keverék térfogatáramának, vagy a lángban felszabaduló hőenergiának az ingadozása, valamint a tűztéri belső nyomásnak a változása. Ez utóbbit az elégetett keverék égése során kialakult folyamatok befolyásolják.Such parameters include, for example, fluctuations in the volumetric flow of the hydrocarbon-air mixture to be burned or the heat energy released in the flame, as well as changes in the internal combustion chamber pressure. The latter is influenced by the processes of combustion of the burnt mixture.

Méréseink során megállapítottuk, hogy az előzőekben leírt fizikai folyamatok időbeli lefolyásukat tekintve determinisztikus folyamatokat eredményeznek, ami azt jelenti, hogy ha a kísérletet többiször.megismételjük - ugyanolyan körülmények között - az eredmények időbeli lefolyása mindig Ugyanaz lesz.In our measurements, it has been found that the physical processes described above result in deterministic processes over time, which means that if the experiment is repeated several times, the same time course of results will always be the same.

Felismertük továbbá, hogy ha folyamatosan érzékeljük a tüzelőberendezések két alapvető rendszerére jellemző egy-egy paraméter - előnyösen a tűztérben elégetett szénhidrogén-levegő keverék belső nyomásának, valamint az égésre jellemző további paraméternek - ingadozását, azok kapcsola-2189 230 tából-korrelációjából a lüktető égés kialakulására illetve megszüntetésére következtethetünk.It has also been discovered that by continuously sensing the fluctuation of a parameter characteristic of the two basic systems of combustion equipment, preferably the internal pressure of the hydrocarbon-air mixture burned in the combustion chamber and the additional combustion parameter, their switch-2189 230 correlation to pulsating combustion. or its termination.

Ismert és a méréstechnikában alkalmazott eljárás a korrelációs függvényanalízis, ipari méretű tüzelőberendezéseknél a lüktető égés befolyásolására azonban mind ez ideig nem alkalmazták. A két alapvető rendszerre jellemző egy-egy paraméter időjeleiből meghatározható azok keresztkorrelációs függvénye.Correlation function analysis is known and used in measurement technology, but it has not been used to influence pulsating combustion in industrial-scale combustion plants. From the time signals of each parameter characteristic of the two basic systems their cross-correlation function can be determined.

A korrelálandó függvények: p(t) = P_o sinwt pl.: nyomáslengés q(t) = q₀ sin (wt + τ) pl.: hőenergia-ingadozás A keresztkorrelációs függvény:The functions to be correlated are: p (t) = P _o sinwt eg: pressure oscillation q (t) = q ₀ sin (wt + τ) eg: heat energy fluctuation The cross-correlation function is:

TT

Φ_ν(τ) = Hm j Po ^sin (^WT)' Qo sin [w(t + τ) + φ] dt <Μ^τ) ⁼ PoQo ^cos (wt + φ)Φ _ν (τ) = Hm j Po ^sin ( ^WT ) 'Qo sin [w (t + τ) + φ] dt <Μ ^τ ) ⁼ PoQo ^cos (wt + φ)

Eredményül szintén periodikus függvényt kapunk (lásd la. ábra). Az la. ábrán ezt a keresztkorrelációs függvényt ábrázoltuk. Látható, hogy a τ = 0nál Φχγ (τ) függvénynek nincs maximuma φ fázis szög miatt, tehát τ = 0-ra nem áll fenn a két jel maximális hasonlósága. A <cét jel közötti maximális hasonlóságThe result is also a periodic function (see Figure la). The la. This cross-correlation function is depicted in FIG. It can be seen that for τ = 0 the function Φχγ (τ) has no maximum due to the phase angle φ, so for τ = 0 there is no maximum similarity between the two signals. Maximum similarity between the <cét sign

T„ = — — = τ időeltoláskor áll fenn. ωT „= - - = τ exists at time offset. ω

A két vizsgált jel közötti fázisszög T_K időeltolásból és T_p periódusidőből határozható meg.The phase angle between the two test signals can be determined from T _K time offset and T _p period time.

T φ = zr · 360°T φ = zr · 360 °

TT

PP

A találmány tárgya eljárás lüktető égés befolyásolására, amelynek során tűztérben létrehozott szénhidrogén-láng fenntartásával kapcsolatos feltételeket változtatjuk. Az eljárás lényege, hogy a tűztérben érzékeljük az elégetett szénhidrogén-levegő keverék belső nyomásának és az égésre jellemző további paraméternek az ingadozását, meghatározzuk az érzékelt ingadozások keresztkorrelációs függvényének fázisszögét. Szoros összefüggés - célszerűen 0-90° közötti fázisszög értékek esetén - a szénhidrogénláng fenntartásával kapcsolatos feltételeket oly módon változtatjuk, hogy a keresztkorrelációs függvény fázisszögének értéke növekedjen.The present invention relates to a method for controlling a pulsating burn by changing the conditions for maintaining a hydrocarbon flame generated in a combustion chamber. The essence of the method is to detect in the combustion chamber the fluctuation of the internal pressure of the burned hydrocarbon-air mixture and the additional parameter of combustion, and to determine the phase angle of the cross-correlation function of the detected fluctuations. Closely correlated, preferably for phase angle values of 0 to 90 °, the conditions for maintaining the hydrocarbon flame are varied such that the phase angle value of the cross-correlation function increases.

Az eljárás előnyös foganatosítási módja esetén az égésre jellemző további paraméter ingadozásaként az elégetendő szénhidrogén-levegő keverék térfogatáramának vagy a lángban felszabaduló hőenergia ingadozásait érzékeljük.In a preferred embodiment of the process, fluctuations in the volumetric flow rate of the hydrocarbon-air mixture to be burned or the heat energy released in the flame are detected as fluctuation of the additional combustion parameter.

Az elégetendő szénhidrogén-levegő keverék térfogatáramának ingadozását tűztéri égőfej nyomóoldalán - előnyösen hődrótos anemométerrel érzékeljük.Fluctuation of the volume flow rate of the hydrocarbon-air mixture to be burned is detected on the pressure side of the combustion chamber burner, preferably by means of a heat-wire anemometer.

Az eljárás további előnyös foganatosítási módjánál a lángban felszabaduló hőenergia ingadozásait a láng fényességének változásaként érzékeljük. Igaz ugyan, hogy a lángfényesség ingadozása nem olyan folyamat, amely egyértelmű lineáris kapcsolatba állítható a hőfelszabadulással, de a számos zavaró tényező ellenére az összefüggés jól felismerhető, és így eljárásunkban alkalmazható. Méréseink szerint a láng által emittált fény intenzitásának alapján lehet a hőfelszabadulás mértékére következtetni. Mivel sok esetben nincs lehetőség az érzékelő olyan elhelyezésére, hogy a láng által emittált fény teljes intenzitását követni lehessen, ezért elegendő lehet a láng tövének megfigyelése is, amikor csak a láng emissziójának spektrális eloszlását határozzuk meg. Ehhez kísérleteket végeztünk, amelynek során megállapítható volt, hogy például gázlángok esetében 306,4 nm-en az OH radikálok és 431,5 nm-en t CH radikálok jelentős mértékben meghatározóak ϊ sugárzás intentizásának tekintetében, és a hozzájuk tartozó intenzitás igen jellemző a hőenergia ingadozásaira.In a further preferred embodiment of the method, fluctuations of heat energy released in the flame are perceived as a change in the brightness of the flame. It is true that fluctuations in flame brightness are not a process that can be clearly linearly related to heat release, but in spite of many disturbing factors, the relationship is well recognized and thus applicable in our process. According to our measurements, the intensity of the light emitted by the flame suggests the degree of heat release. Since in many cases it is not possible to locate the sensor so that the full intensity of the light emitted by the flame can be tracked, it may be sufficient to observe the base of the flame when only determining the spectral distribution of the flame emission. For this purpose, experiments were conducted which showed that, for example, at 306.4 nm, OH radicals and 431.5 nm t CH radicals are significantly determinants of ent radiation intensification and their intensity is very characteristic of thermal energy fluctuations. .

Az eljárás célszerű foganatosítási módja esetén a szénhidrogén-láng fenntartásával kapcsolatos feltételeket addig változtatjuk, amíg a keresztkorrelációs függvény fázisszöge meghatározott érték-célszerűen 90’ fölé nő.In a preferred embodiment of the method, the conditions for maintaining the hydrocarbon flame are varied until the phase angle of the cross-correlation function increases to a value above 90 '.

Az eljárásunkkal meghatározott tűztéri belső nyomás és a lángban felszabaduló hőenergia ingadozás jeleiből képzett keresztkorrelációs függvény látható az lb. ábrán. Közel állandó légfeleslegtériyező mellett a tüzelőberendezés hőteljesítményének a csökkentésével (76,25 kW-ról 61 kW-ra) tehát csupán egyetlen szénhidrogén-láng fenntartásával kapcsolatos feltétel megfelelő változtatásávalThe cross-correlation function of the internal combustion chamber pressure determined by our method and the fluctuation of the heat energy released in the flame is shown in FIG. FIG. With a near constant excess air space, the requirement to reduce the heat output of the combustion plant (from 76.25 kW to 61 kW) is accordingly appropriately modified to maintain only one hydrocarbon flame

- φ = 32°-róI (felső ábra) φ = 71,3°-ra (alsó ábra)- from φ = 32 ° (top figure) to 71 = 71.3 ° (bottom figure)

- a két érzékelt jellemző kölcsönhatásának csökkenése jelentős mértékű. Ez a csökkenés a keveredés intenzitásának csökkenése miatti égési sebesség csökkenésére utal. További, a szénhidrogén-láng fenntartásával kapcsolatos feltétel változtatásával ΐ φ fázisszög értéke tovább növelhető.- Significant reduction in interaction between the two sensed characteristics. This decrease refers to a decrease in the burning rate due to a decrease in the intensity of mixing. By further changing the condition for maintaining the hydrocarbon flame, the phase angle ΐ φ can be further increased.

A találmány tárgya továbbá berendezés lüktető égés befolyásolására, az ismertetett eljárás foganatosítására, amelynek két erősítő áramköre, az erősítő áramkörök kimenetére csatlakozó nullkomparátorai vannak. A berendezés úgy van kialakítva, hogy a tűztérben lévő belső nyomás és az égésre jellemző további paraméter ingadozását érzékelő érzékelőket tartalmaz, amelynek kimenetei az erősítő áramkörök bemenetelre vannak kötve. A berendezésnek fázisdetektora, szabályozható feszültségű tápegysége, valamint a fázisdetektorral sorbakapcsolt összegző áramköre van, a nullkomparátorok kimenetei a fázisdetektor bemenetelre csatlakoznak, az összegző áramkör bemenetére a szabályozható feszültségű tápegység van kötve, az öszszegző áramkör kimenete pedig önmagában ismert kijelző egységgel van összekötve.The invention also relates to an apparatus for controlling a pulsating burn by performing the method described, which has two amplifier circuits, zero comparators connected to the output of the amplifier circuits. The apparatus is configured to include sensors for detecting fluctuations in internal pressure in the combustion chamber and further parameters of combustion, the outputs of which are connected to the input of the amplifying circuits. The apparatus has a phase detector, an adjustable voltage power supply, and a phase detector connected in series to the circuit, the outputs of the zero comparators are connected to the phase detector input, and the input of the summing circuit is connected to the known voltage supply unit.

A találmány szerinti berendezés előnyös kiviteli alakjánál a fázisdetéktor kapcsolóüzemmódban működő, önmagában ismert, négysíknegyedes szorzóáramkör, amelynek kimenete kondenzátort és potenciométert tartalmazó feszültségosztó osztáspontjára csatlakozik.In a preferred embodiment of the apparatus according to the invention, the phase detector is a known four-quadrant multiplier circuit operating in a switch mode whose output is connected to a dividing point of a voltage divider comprising a capacitor and a potentiometer.

Célszerűen a berendezés összegző áramköre műveleti erősítőt tartalmaz, a potencíométer csúszkája ellenálláson keresztül a műveleti erősítő neminvertáló bemenetére csatlakozik. Szintén erre a bemenetre csatlakozik a szabályozható feszültségű tápegység kimenete is. A műveleti erősítő invertáló bemenete ellenálláson át földelve van, kimenete pedig szintén ellenálláson át az invertáló bemenetre van visszacsatolva.Preferably, the totalization circuit of the apparatus comprises an operational amplifier, the potentiometer slider being connected to a non-inverting input of the operational amplifier via a resistor. This input is also connected to the output of the controllable power supply. The inverting input of the operational amplifier is grounded through a resistor and its output is also fed back to the inverting input via a resistor.

A berendezés további előnyös kiviteli alakja esetén 180°-os fázisforgatást megvalósító hitelesítő .189 230 áramköre van, amelynek kimenete a fázisdetektor egyik bemenetére van kötve.In a further preferred embodiment of the apparatus, a calibration circuit 189 230 is provided which performs a 180 ° phase rotation, the output of which is connected to one of the inputs of the phase detector.

A találmány szerinti berendezés célszerű példakénti kiviteli alakját a melléklet rajzok alapján ismertetjük részletesen, aholAn exemplary embodiment of the apparatus of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which:

- a 2. ábra a berendezés blokkvázlatát,- Figure 2 is a block diagram of the equipment,

- a 3. ábra a szorzóáramkör <p-U_kl karakterisztikáját és annak lehetséges transzformálását,Figure 3 is a characteristic of the multiplication circuit <pU _kl and its possible transformation,

- a 4. ábra pedig a fázisdetektor és az összegző áramkör részletes kapcsolási elrendezését ábrázolja.Figure 4 shows a detailed circuit arrangement of the phase detector and the summing circuit.

A 2. ábrán a tüztérben lévő belső nyomás és az égésre jellemző további paraméter ingadozását érzékelő X, Y érzékelők kimenetei 1, 2 erősítő áramkörök bemeneteire vannak kötve, melyeknek kimenetei 3, 4 nullkomparátorokra csatlakoznak. A 3, 4 nullkomparátorok kimenetei 5 fázisdetektor bemeneteire vannak kötve és a bemenetek egyikére 180°-os fázisforgatást megvalósító 8 hitelesítő áramkör is csatlakozik. A berendezésnek szabályozható feszültségű 9 tápegysége van, az 5 fázisdetektor és a 9 tápegység kimenete pedig 6 összegző áramkör bemenetére van kötve. A 6 összegző áramkör kimenete önmagában ismert 7 kijelző egységre csatlakozik.In Fig. 2, the outputs of sensors X, Y detecting fluctuations of internal pressure in the firing chamber and other parameters characteristic of combustion are connected to the inputs of amplifier circuits 1, 2, whose outputs are connected to zero comparators 3, 4. The outputs of the zero comparators 3, 4 are connected to the inputs of the phase detector 5 and to one of the inputs is a certification circuit 8 which performs a 180 ° phase rotation. The apparatus has an adjustable voltage power supply 9, and the outputs of the phase detector 5 and the power supply 9 are connected to the input of a summing circuit 6. The output of the summing circuit 6 is connected to a display unit 7 known per se.

Az X érzékelő a tüztérben uralkodó nyomást érzékeli például kapacitív úton, de az X érzékelő kialakítható egyéb más ismert elvenműködő nyomásmérőként (induktív, piezorezisztiv, piezoelektromos stb.). Az x érzékelő a tüztérhez csatlakozik, előnyösen az égőfej(ek) felett van elhelyezve.The sensor X senses the pressure in the firing chamber, for example, by capacitance, but the sensor X can be configured as other known working pressure gauges (inductive, piezoresistive, piezoelectric, etc.). The sensor x is connected to the firebox, preferably located above the burner (s).

Az Y érzékelő az égésre jellemző további paramétertől függő kialakítású.The Y sensor is configured depending on the additional parameter of combustion.

Amennyiben a további paraméterként a lángban felszabaduló hőenergiát (illetve annak ingadozását) érzékeljük, Y érzékelőként önmagában ismert lángionizációs detektort vagy például lángfé.nyességmérő eszközt alkalmazhatunk.If additional heat energy (or fluctuation) in the flame is detected as an additional parameter, a flame ionization detector known per se or a flamethrometer may be used as the Y sensor.

A lángfényesség-érzékelőnek két követelményt is ki kell elégítenie. Az egyik követelmény, hogy kis időállandójú legyen, a másik a nagy spektrális érzékenység a szénhidrogének emissziós tartományában. A látható sugárzástartományban (τ = 400-780 nm) a fényintenzitás érzékelésére a legelterjedtebben használatos eszközök a CdSfotoellenállások. Alkalmazásukat korlátozza az a tény, hogy időállandójuk függ a megvilágítás intenzitásától, az érzékelő felület nagyságától. E hatás, mint kísérleteink is igazolták, csak 50-100 Hz feletti frekvenciatartományban jelentkezik. A lüktető égés frekvenciája 10-35 Hz között van, ezért a CdS-fotoellenállás a fényintenzitás ingadozásának mérésére jól alkalmazható. Kis frekvenciákon ugyanis a megvilágítás intenzitásának változására a fotoellenállás ellenállásváltozása már 10'³-10“² s alatt is jelentős, ami már jól érzékelhető és áramkörileg feldolgozható.The flame sensor must meet two requirements. One is the requirement for a low time constant and the other is the high spectral sensitivity in the emission range of hydrocarbons. In the visible radiation range (τ = 400-780 nm), CdSphoto resistors are the most commonly used means of sensing light intensity. Their application is limited by the fact that their time constant depends on the intensity of illumination and the size of the sensor surface. This effect, as confirmed by our experiments, occurs only in the frequency range of 50-100 Hz. The pulsating burning frequency is between 10 and 35 Hz, so the CdS photoelectric resistor is well suited for measuring luminous intensity fluctuations. At low frequencies, the change in the resistance of the photoelectric resistor is already significant at 10 ' ³ -10 " ² s for changing the illumination intensity, which is already perceptible and can be processed in a circuit.

Ha további paraméterként az elégetendő szénhidrogén-levegő keverék térfogatáramát érzékeljük, akkor például a tüztéri égőfej nyomóoldalán elhelyezett, célszerűen hődrótos anemométert alkalmazunk Y érzékelőként.If, as an additional parameter, the flow rate of the hydrocarbon-air mixture to be incinerated is detected, for example, a preferably heated wire anemometer located on the pressure side of the artillery burner is used as the Y sensor.

Az 5 fázisdetektorként alkalmazott négy síknegyedes szorzóáramkör - amelynek mindkét csatornája kapcsolóüzemmódban működik - kimeneti feszültsége látható a 3. ábrán:The output voltage of the four plane quadrature multiplier circuits used as the phase detector 5, each of which operates in switch mode, is shown in Figure 3:

„2 H u_ki = _nu_e (φ- -) ismert összefüggés alapján, ahol U_e a beállított egységfeszültség, φ a két bemeneti jel fáziseltérése.„2 H u _off = _n u _e (φ- -) based on known relation, where U _{e is} the set unit voltage, φ is the phase difference of the two input signals.

U_kl feszültség a két bemeneti jel fáziseltérésével arányos feszültség, amely 90°-os fáziseltérésnél válik zérussá, és 0°, valamint 180°-os fáziseltérésnél veszi fel a kivezérlési viszonyokat meghatározó áramköri elemekkel beállított negatív, illetve pozitív egységfeszültséget (a 3. ábrán szaggatottan jelölve). Célszerű a szorzóáramkör kimeneti Ü_ki feszültségét az origóba transzformálni - a 90°-hoz tartozó feszültséggel negatív jeltartomány irányba (a 3. ábrán pontvonallal jelölve). Ebben az esetben az Ü_kifeszültség:U _kl voltage proportional to the two input phase difference in voltage which becomes to zero at 90 ° fáziseltérésnél and pick up a negative or positive unit voltage set the headroom conditions circuitry determining (Figure 3 dashed 0 ° and 180 ° fáziseltérésnél marked). It is advisable to transform the output Ü voltage of the multiplier circuit _to the origin - with a voltage of 90 ° in the negative signal range (indicated by a dotted line in Figure 3). In this case the Ü _off voltage is:

összefüggéssel írható le.relationship.

Az ismertetett transzformációval a lüktetőégés vizsgálatánál fellépő 0-180° közötti fáziseltérés egyértelműen mérhető illetve értéke kijelezhető. A szorzóáramkör 3. ábrán ábrázolt <p-Ü_k, karakterisztikájának transzformálását a 6 összegző áramkörrel valósítjuk meg.With the transformation described, the phase difference between 0-180 ° in the pulse combustion assay can be clearly measured and displayed. The transformation of the characteristic of the multiplication circuit <p-U _{k in} FIG. 3 is accomplished by the summing circuit 6.

A 4. ábra szerint az 5 fázisdetektor kimenete C1 kondenzátort és Rl potenciométert tartalmazó feszültségosztó osztáspontjára csatlakozik. A 6 öszszegző áramkör 10 műveleti erősítőt tartalmaz, amely neminvertáló üzemmódban működik. Az Rl potenciométer csúszkája R5 ellenálláson keresztül a 10 műveleti erősítő neminvertáló bemenetére csatlakozik, az invertáló bemenete pedig R6 ellenálláson keresztül földelve van. A 10 műveleti erősítő kimenete R7 ellenállást és R8 potenciométert tartalmazó feszültségosztó osztáspontjára van kötve. Az R7 ellenállás másik kivezetése a 10 műveleti erősítő invertáló bemenetére van visszacsatolva, az R8 potenciométer másik kivezetése pedig a földre csatlakozik. Az R8 potenciométer csúszkája képezi a 6 összegző áramkör kimenetét. A 3. ábrán ismertetett <p-U_kj karakterisztika negatív jeltartományba való transzformálásához a 10 műveleti erősítő neminvertáló bemenetére szabályozható feszültségű 9 tápegység kimenete csatlakozik. A szabályozható feszültségű 9 tápegység negatív U_T tápfeszültségről táplált beállító R9 potenciométert tartalmaz, amelynek csúszkája RIO ellenálláson át van a neminvertáló bemenetre kötve.4, the output of the phase detector 5 is connected to the dividing point of a voltage divider comprising a capacitor C1 and a potentiometer R1. The summing circuit 6 comprises an operational amplifier 10 which operates in non-inverting mode. The slider of the potentiometer R1 is connected via a resistor R5 to the non-inverting input of the operational amplifier 10 and the inverter input is grounded via a resistor R6. The output of the operational amplifier 10 is connected to a dividing point of a voltage divider comprising R7 resistor and R8 potentiometer. The other terminal of the resistor R7 is connected to the inverting input of the operational amplifier 10 and the other terminal of the potentiometer R8 is connected to ground. The slider of the potentiometer R8 forms the output of the summing circuit 6. In order to transform the characteristic <pU _kj described in FIG. 3 into a negative signal range, a non-inverting input power output 9 of the operation amplifier 10 is connected. The adjustable voltage power supply 9 comprises an adjusting potentiometer R9 powered by a negative U _T supply voltage, the slider of which is connected to a non-inverting input via an RIO resistor.

A találmány szerinti berendezés az alábbiak szerint működik. Az X, Y érzékelők által kibocsátott jelet az 1, 2 erősítő áramkörök erősítik. Az 1, 2 erősítők célszerűen két fokozatból vannak felépítve, amelyek erősítése például 0-80 dB között 5 fokozatban változtatható. A kétfokozatú 1,2 erősítők kimeneteihez csatlakozó 3,4 nullszintkomparátorok, amelyek kimeneti zénerdiódás megfogást tartalmaznak, a felerősített jeleket négyszögesítik. A zénerdiódás megfogás miatt a felerősített jelszinttől függetlenül állandó amplitúdójú négyszögjelek kerülnek az 5 fázisdetektor - vagyis a szorzóáramkör - bemeneteire. A négysíknegyedes szorzó-41The apparatus according to the invention operates as follows. The signal emitted by the sensors X, Y is amplified by amplifier circuits 1, 2. The amplifiers 1, 2 are preferably constructed in two stages, the amplification of which can be varied, for example, from 0 to 80 dB in 5 stages. The zero level comparators 3,4 connected to the outputs of the two-stage amplifiers 1,2, which contain an output Zen diode trap, rectify the amplified signals. Regardless of the amplified signal level, due to the Zen diode trapping, constant amplitude quadrature signals are applied to the inputs of the phase detector 5, i.e. the multiplier circuit. The quadruple quotient is 41

189 230 áramkör beállítását R2, R3, R4 ellenállásokkal önmagában ismert módon végezzük. A 4. ábrán Dl, D2, D3 diódák a berendezés áramköreinek polaritásvédelmét biztosítják. Hasonlóan ismert beállításra szolgál az R11 ellenállás.The setting of the circuit 230 by means of resistors R2, R3, R4 is known in the art. In Figure 4, the diodes D1, D2, D3 provide polarity protection for the circuits of the apparatus. A similarly known setting is the R11 resistor.

A szorzóáramkör véges oflset, drift és zajfeszültsége, és az ebből származó relatív hibák csökkentése érdekében a szorzóáramkör kimenetére előnyösen 5 V-os kimeneti egységfeszültséget (U_e) állítunk be. A szabályozható feszültségű 9 tápegységgel eh- ¹hez a negatív U_T tápfeszültségről - 5 V-os feszültséget szuperponálunk. Ezáltal a 6 összegző áramkör kimenetén 180°-os fáziseltérés esetén - 10 V-os feszültségjelenik meg. Ezt a feszültséget az R8 pótért- ₁ciométerrel célszerűen - 1,8 V-os feszültségre osztjuk le, ezáltal az érzékenység 10 mV/fok.The multiplier circuit is preferably 5 V output unit voltage (U _e) forming the output of the multiplier circuit in order finite oflset drift and random noise, and reduce relative errors resulting therefrom. A controlled voltage power supply 9 to the negative supply voltage U _T EH ¹ offer - superimposing five volts. Thus, a voltage of - 10 V is displayed at the output of the summing circuit 6 at 180 ° phase difference. This voltage is preferably _one of R8 pótért- ciométerrel - divided down voltage of 1.8V, thereby the sensitivity of 10 mV / degree.

A 7 kijelzőegység önmagában ismert, például OE-94 típusú, táblába építhető digitális panelméter, amelynek előnyös tulajdonsága, hogy párhuzamos BCD-kimenete van, ezért közvetlenül számítógéphez csatlakoztatható.The display unit 7 is known per se, for example an OE-94 panel-mounted digital panel meter, which has the advantage that it has a parallel BCD output and can therefore be connected directly to a computer.

A berendezés belső 7 hitelesítő áramköre 180°-os fázisforgatásával 180°-os fáziseltolást szimulál. A 7 hitelesítő áramkör előnyösen fázisfordító, önmagában ismert erősítő áramkört tartalmaz. A berende- ²zés hitelesítését külső nullázó és beállító potenciométerrel a 7 kijelzőegységen lehet beállítani.The internal calibration circuit 7 of the apparatus simulates a 180 ° phase shift by rotating it 180 °. Preferably, the certification circuit 7 comprises a phase-reversing amplification circuit known per se. Ing authentication at the equipment ² is set using the display unit 7 and external zero adjustment potentiometer.

A 2. ábrán lévő blokkvázlaton látható, hogy a berendezésnek több párhuzamos pl. output A, output B kimenete van, amelyhez további ellenőrző, ³illetve regisztráló műszer csatlakoztatható.The block diagram in Fig. 2 shows that the apparatus has several parallel, e.g. output A, output B, to which additional monitoring and recording instruments ^{3 can be} connected.

A lüktető égési folyamat eredménye a kisebb tüzelési hatásfok, tűzíéri hőmérséklet, megnövekedett zaj, amelyek jellemzőit önmagában ismert gázelemzővel, hőmérsékletmérővel, zajmérővel is meg ³lehet határozni. A mért értékek ismerete lehetővé teszi a lüktető égés nagyságának megítélését.The result of the pulsating combustion process is lower firing efficiency, firebox temperature, increased noise, the characteristics of which can be determined by a well known gas analyzer, temperature meter, noise meter ³ . Knowing the measured values allows you to judge the magnitude of the pulsating burn.

A találmány szerinti megoldással nem a lüktető égés révén kialakult paraméterekből lehet a beavatkozások módját meghatározni, hanem a tűztéri ⁴belső nyomás és az égésre jellemző további paraméter - előnyösen a lángban felszabaduló hőenergia - ingadozása kölcsönhatását jellemző paramétereiből (fázisszög, továbbá esetleg frekvencia, amplitúdó) közvetlenül a lüktető égés okát lehet befolyá- ⁴solni, azaz találmányunk a lüktető égés kialakulását meghatározó jellemzők mérésével a lüktető égés befolyásolásának lehetőségét teremti meg.The method according to the invention does not determine the mode of intervention from the parameters created by the pulsating combustion, but directly from the parameters (phase angle and possibly frequency, amplitude) of the interaction between the combustion chamber internal pressure ⁴ and other combustion parameters, preferably the flame heat the cause of the pulsating combustion can be influenced ⁴ Solna, i.e., the present invention creates the possibility of formation of pulsating combustion pulsating combustion influencing measurement of defining characteristics.

Claims

A method of controlling a pulsating combustion by varying conditions associated with maintaining a hydrocarbon flame generated in a combustion chamber, comprising detecting in the combustion chamber fluctuation of the internal pressure of the hydrocarbon-air mixture burned and a further characteristic of combustion, determining a cross-correlation , the close relationship, preferably for phase angle values of .0-90 °, is modified to maintain the hydrocarbon flame retention conditions so that the phase angle value of the cross-correlation function increases.

Method according to claim 1, characterized in that fluctuations in the volumetric flow of the hydrocarbon-air mixture to be burned or the heat energy released in the flame are detected as fluctuation of the additional combustion parameter.

Method according to claim 2, characterized in that the fluctuation of the flow rate of the hydrocarbon-air mixture to be burned is detected on the pressure side of the furnace burner, preferably by means of a heat-wire anemometer.

The method of claim 2, wherein the fluctuations in heat energy released in the flame are sensed as a change in the brightness of the flame.

5 to 1-4. A method according to any one of claims 1 to 6, wherein the conditions for maintaining the hydrocarbon flame are varied until the phase angle of the cross-correlation function is increased to a value, preferably above 90 °.

6 Apparatus for controlling throbbing combustion, as shown in Figs. A method according to any one of claims 1 to 3, comprising two amplifier circuits, zero comparators connected to the output of the amplifier circuits, characterized by sensors (X, Y) for detecting fluctuations in internal pressure in the combustion chamber and a further parameter of combustion. ) outputs are connected to the input of the amplifier circuits (1, 2) and have a phase detector (5), an adjustable voltage power supply (9) and a series detector (6) connected in series with the phase detector (5), outputs of the zero comparators (3, 4). the phase detector (5) is connected to an input, the output of the adjustable voltage power supply (9) is connected to the input of the summing circuit (6) and the output of the summing circuit (6) is connected to a known display unit (7).

Apparatus according to claim 6, characterized in that the phase detector (5) is a four-quadrant multiplier known in the switch mode, the output of which is connected to a dividing point of a voltage divider comprising a capacitor (Cl) and a potentiometer (R1).

Apparatus according to claim 7, characterized in that the summing circuit (6) comprises an operational amplifier (10) connected via a slider of the potentiometer (R1) to a non-inverting input of an operational amplifier (10) via a resistor (R5). (R6) is grounded, the output of the operation amplifier (10) is connected to the dividing point of a voltage divider comprising a resistor (R7) and a potentiometer (R8), the other terminal of the resistor (R7) to the inverting input of The other terminal of R8) is connected to ground and the slider of the potentiometer (R8) is the output of the summing circuit (6).

Apparatus according to claim 8, characterized in that the output of the adjustable voltage power supply (9) is connected to the non-inverting input of the operational amplifier (10).

10. 6-9. Apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a calibration circuit (8) for 180 ° phase rotation, the output of which is connected to an input of the phase detector (5).