SE459446B - Foerfarande foer styrning av en med insprutningsmunstycke foersedd braennare genom optisk oevervakning av flamman samt anordning foer genomfoerande av foerfarandet - Google Patents

Description

459 446 10 15 20 Z5 30 35 att den från flamman avgivna strålningen är bärare av information med avseende på gassammansättningen i för- bränníngsgaserna. Olika ämnen eller ämnessammansätt- ningar t ex 02, C02, H2 etc, som ingår i förbrän- ningsgaserna i flamman, ger sålunda upphov till en strålning, vars intensitet markant avviker från strål- ningsintensiteten i övrigt inom vissa våglängdsområden som är karakteristiska för respektive ämne eller ämnes- kombination, och som också beror av halten av ifråga- varande ämne eller ämneskombination. Stökiometrisk för- bränning ger sålunda vid spektralanalys vid ljusstrål- ningen från flamman upphov till ett spektrum, som är ka- rakteristiskt för detta tillstånd. Förbränning vid iuft- överskott eller vid luftunderskott ger upphov till mot- svarande, för dessa tillstånd karakteristiska spektra.

Med hjälp av den genom spektralanalys av ljusstrålningen från flamman erhållna informationen kan man beräkna det momentana värdet på luftfaktorn och i en komparator jäm- föra detta med ett förvalt börvärde. Skillnaden mellan ärvärde och börvärde kan därefter bringas ge upphov till en styrsignal för styrning av tillförseln av bränsle och/eller luft till brännaren så att luftfaktorn konti- nuerligt hålles vid det förutbestämda värdet. Ett känt system av detta slag beskrives i den amerikanska patent- skriften 4,043,742.

För att den ovan beskrivna metoden skall ge ett tillförlitligt resultat krävs emellertid vissa förut- sättningar. Sålunda måste man vara säker på att det ljus som skall behandlas genom spektralanalys verkligen här- rör från brännarens flamma och ej från andra strålnings- källor, t ex intillbelägna brännare eller från förbrän- ningsrummets väggar. Vidare är det synnerligen viktigt att den detekterade ljusstrålningen ej före spektralana- lysen utsättes för påverkan så att dess karaktär ändras, t ex genom filtrering eller på annat sätt. 10 15 20 25 30 35 459 446 Gemensamt för de kända systemen för optisk övervak- ning av flamman är, att flamman betraktas genom en öpp- ning eller ett fönster i förbränningsrummets vägg- I väggen är sålunda anordnad en kanal som är riktad mot flamman och genom vilken ljus från flamman kan tränga ut och uppfångas eller detekteras medelst härför anordnade medel. Kanalen eller öppningen är vidare försedd med ett fönster av genomsynligt värmebeständigt material för att skydda de medel som användes för detekteringen mot inverkan av de höga temperaturer som råder i förbrän- ningsrummet. Övervakning av flamman genom en öppning eller en kanal genom förbränningsrummets vägg medför emellertid vissa olägenheter, som negativt påverkar tillförlitlig- heten i den avsedda detekteringen av ljus från bränna- rens flamma. Till följd av placeringen av öppningen eller kanalen i förbränníngsrummets vägg mittemot eller vid sidan om brännaren kan det ej undvikas, att också ljusstrålning från förbränningsrummets väggar i viss ut- sträckning tränger in i öppningen eller kanalen och de- tekteras. Om flera brännare är anordnade i förbränninge- rummet kan det knappast undvikas att ljusstrålning från en intillbelägen brännare också i viss omfattning in- tränger i detekteríngsöppningen eller kanalen för en viss flamma Det skyddsfönster, som tillsluter öppningen eller kanalen, kommer redan efter en kort tids använd- ning att förses med en beläggning av förbränningsproduk- ter på den mot förbränníngsrummet vända sidan, varvid beläggningen verkar som ett filter för den ljusstrålning som detekteras i öppningen eller kanalen. Dessa faktorer kan således komma att medverka till att det ljus som de- tekceras ger en falsk bila av tillståndet i flamman.

Styrning av brännare, baserad på spektralanalys av ljus, som på ovannämnt sätt utsatts för ovidkommande påverkan, torde sålunda bli i motsvarande grad felaktig. 459 446 10 15 20 25 30 35 Föreliggande uppfinning har till ändamål att åstad- komma ett förfarande för styrning av brännare av inled- ningsvis angivet slag, vid vilket ovan berörda nackdelar med de tidigare kända systemen undvikes och vid vilket inverkan av ljusstrålning från intillbelägna brännare eller från förbränningsrummets väggar minimeras och det detekterade ljuset från flamman på ett tillförlitligt sätt representerar förbränningsbetingelserna i flamman vid detekteringstillfället.

Uppfinningen har också till ändamål att åstadkomma ett förfarande som lämpar sig såväl vid enkel optisk övervakning av ring av bränsletillförseln i beroende avsaknad av ljus från flamman som vid flamman och regle- av förekomst eller mera avancerad, kontinuerlig styrning av tillförseln av bränsle och/eller syre till brännaren i beroende av genom spek- tralanalys av ljus från flamman erhållet momentanvärde på luftfaktorn i förbränningsgaserna.

Uppfinningen har också till ändamål att en anordning för utövning av förfarandet som åstadkomma är enkel till sin uppbyggnad och vid vilken den öppning genom vilken ljuset från flamman detekteras automatiskt hålles fri från beläggningar som eljest skulle kunna påverka kvaliteten hos det detekterade ljuset samtidigt som en kontinuerlig kylning erhålles av de medel som användes för uppfångning av ljuset.

Ovan angivna ändamål uppnås genom ett förfarande och en anordning vars särdrag angives i patentkrav. efterföljande Uppfinningen beskrives i det följande i anslutning till utföringsexempel som illustreras på bifogade rit- ningar på vilka fig 1. visar ett längdsnitt genom ett i anord- ningen enligt uppfinningen ingående insprut- ningsmunstycke utformat i enlighet med uppfin- ningen. 10 15 20 25 30 35 459 - fig 2. visar i större skala ett längdsnitt genom insprutningsstyckets främre del, - fig 3. visar i större skala ett delsnitt genom den bakre änden av den munstyckshållare som upp- här munstycket, och - fig. 4. illustrerar schematískt ett prin- cipschema över ett styrsystem för styrning av en brännare i enlighet med uppfinningen.

Vid förfarandet enligt uppfinniningen styres en med insprutningsmunstycke försedd brännare genom att den av brännaren alstrade flamman optiskt övervakas genom de- tektering av ljuset från flamman. Det detekterade ljuset kan bringas påverka en fotocell som i beroende av före- komst eller avsaknad av ljus bringas ge upphov till en styrsignal för reglering av bränsletillförseln till brännaren. Eftersom det detekterade ljuset är bärare av information rörande de vid detekteríngstillfället rådan- de betingelserna för förbränningen, utsättes före- trädesvis det detekterade ljuset för spektralanalys för att därigenom erhålla ett momentanvärde på luftfaktorn i förbränningsgaserna, vilket jämföres med ett förvalt börvärde, varvid förekommande skillnad mellan ärvärde och börvärde bringas ge upphov till en styrsignal för styrning av tillförseln av bränsle och/eller luft, d v s syre till brännaren så att det önskade börvärdet på luftfaktorn uppnås. Förfarandet enligt uppfinningen ut- märkes därigenom att det ljus, som från flamman in- tränger genom den öppning i insprutningsmunstycket genom vilken bränsle insprutas, detekteras« Genom denna enkla åtgärd uppnås flera fördelar. Detekteríngen av ljuset från flamman sker sålunda i omedelbar närhet av flamman, vilket förhållande redan i och för sig är ägnat att minska risken för ovidkommande påverkan av det ljus från flamman som skall detekteras. Genom att detekteringen utföres inifrån munstycket elimineras eller minskas i 446 459 446 10 15 20 25 30 35 hög grad risken för inverkan av ljusstrålning från intill belägna brännare eller från förbränningsrummets heta väggar. Tack vare att detekteringen äger rum inne i insprutningsmunstycket bortfaller behovet av skyddsfönster mellan flamman och detekteringsstället, eftersom bränslet bildar en skydds- film, som kontinuerligt utbytes, vilket eliminerar ris- ken för avsättningar som eljest skulle kunna negativt påverka kvaliteten hos det detekterade ljuset.

Förfarandet enligt uppfinningen kommer att ytter- ligare belysas i efterföljande beskrivning av en an- ordning för utövning av förfarandet som illustreras på ritningsfigurerna.

I figurerna l-3 visas ett i anordningen enligt uppfinningen ingående insprutningsmunstycke 2 till en brännare l. Insprutningsmunstycket 2 uppbäres vid den ena änden av en munstyckshållare 3 som består av en rörformig metallhylsa med en axiell kanal 4 genom vilken bränsle tillföres det vid munstyckshållarens främre ände monterade insprutningsmunstycket 2. Kanalen 4 matas med bränsle via en i munstyckshållarens bakre del anordnad anslutning 5 för tillförsel av bränsle. Insprut- níngsmunstycket 2 innefattar på känt sätt en innanför munstycket och mitt för dess munstyckshål 6 anordnad turborator 7, som på sin frontsida är utformad med spíralvridna styrlister. Turboratorn 7 hålles anspänd i anliggning mot insprutningsmunstycket medelst en lås- mutter 8 och en med radiella hål utformad hylsa 9.

Mellan turburatorn 7 och spridarmunstycket 2 bildas en spalt genom vilket bränslet pressas förbi turburatorns frontyta i en tunn film ut genom munstyckshålet 6.

Enligt uppfinningen är turburatorn, mitt för mun- styckshålet 6 i insprutningsmunstycket 2 utformad med en axíell utborrning, i vilken är införd en fiberoptisk ljusledare 10 som lämpligen är inkapslad i en rörformig 10 15 20 25 30 35 459 hylsa ll. Den fiberoptiska ljusledaren sträcker sig ända fram till turburatorns 7 frontyta och mynnar således strax innanför insprutningsmunstyckets 2 munstyckshål 6. Den fiberoptiska ljusledaren 10 med skyddshylsan ll sträcker sig axiellt i riktning från turburatorn 7 genom munstyckshållarens 3 kanal 4 och vidare axiellt genom en i munstyckshållarens 3 bakre ände inskruvad ändförslutning 12, som medelst en pack- ning 13 tätar mot munstyckshållarens 3 bakre ände. samt vidare ut ur munstyckshållaren 3 genom en ändtapp 14 som är inskruvbar i ändförslutnignen 12 under komprimering av en packning 15 som tätande omsluter skyddshylsan ll för den fiberoptiska tråden 10. I ändförslutningen 12 är vidare infäst ett skyddsrör 16 som sträcker sig koaxi- ellt med den fiberoptiska tråden 10 och dess skyddshylsa 11 fram till munstyckshåiiarens 3 främre aei. skydd- sröret 16 har till uppgift att underlätta monteringen av den fiberoptiska tråden. .

Då bränsle tillföres genom anslutningen 5. strömmar bränslet vidare genom munstyckshållarens 3 kanal 4, ge- nom de radiella hålen i hylsan 9 och förbi turburatorn 7, samt sprutas därefter ut genom ínsprutnings- munstyckets 2 munstyckshål 6. Den bränslefilm som sprutas ut genom munstyckshålet 6 bildar därvid en bränsleridå framför änden av den fiberoptiska tråden 10 och kyler denna. Bränslet, som sprutas ut genom insprut- ningsmunstyckets 2 munstyckshål 6 med högt tryck, för- hindrar igensättning av munstyckshålet 6, som således hela tiden hållas öppet och medger ljus från flamman att tränga in genom munstyckshålet 6 till änden av den fi- beroptiska tråden 10. Det på så sätt uppfångade ljuset ledes via den fiberoptiska ledaren 10 ut genom mun- styckshållaren 3.

I fig. 4 visas ett principschema för tillämpning av uppfinningen vid styrning av en brännare med användning 446 10 15 20 25 30 35 459 446 av anordningen enligt uppfinningen. I brännaren 1 är så- ledes inmonterat ett på munstyckshållaren 3 monterat spridarmunstycke 2 av det ovan beskrivna slaget in- nefattande den i munstycket mynnande fiberoptiska ljus- ledaren 10, som sträcker sig ut ur munstyckshållaren vid dess bakre ände. Munstyckshållaren 3 är via anslutningen 5 förbunden med en bränseltillförselledning. Utanför munstyckshållaren 3 är den fiberoptiska tråden 10 an- sluten till en fiberförgrening 17, i vilken ljusknippet från den fiberoptiska tråden 10 uppdelas i tre lik- värdiga ljusknippen, som ledes vidare i var sin fi- beroptisk tråd 18, 19 och 20, som mynnar i var sitt fil- ter 21, 22 resp 23. Filterna 21-23 är valda med lämpliga karakterístika för att endast släppa igenom ljus inom ett begränsat våglängdsområde. Våglängdsområdena för filterna 21-23 väljas så. att de representerar tre olika våglängdsområden, vilka vart och ett är karakteristiskt för den ljusstrålning som svarar mot ett visst ämne som ingår i förbränningsgaserna. Filtret 21 kan således väljas att motsvara C02, filtret 22 02 och filtret 23 H2. Det ljus som passerat respektive filter bringas därefter påverka en fotodetektor 25, som via en förstär- kare 26 avger en signal till en signalbehandlingsenhet 27, i vilken är lagrad en styralgoritm, som i beroende av de ingående signalerna beräknar ärvärdet på luft- faktorn i förbränningsgaserna och i beorende därav avger en ärvärdessignal 28 till en regulator i form av en kom- parator 29. Ärvärdessígnalen 28 jämföras i komparatorn 29 med en i denna inmatad börvärdessignal 30. Före- kommande skillnad mellan ärvärdessignalen 28 och bör- värdessignalen 30 ger i komparatorn 29 upphov till en utgående styrsignal 31 till en varvtalsregulator 32 för fläktens 34 fläktmotor 33. Beroende av karaktären på styrsígnalen 31 bringas därvid fläkthastigheten att öka eller minska för ökning respektive minskning av luft- 10 15 20 25 30 35 459 446 tillförseln till brännaren 1, så att det kontinuerligt detekterade ärvärdet på luftfaktorn i förbrännings- gaserna bringas överensstämma med det i komparatorn in- matade börvärdet. I det i fig. 4 illustrerade systemet bringas styrsignalen 31 att styra lufttillförseln till brännaren. Självfallet kan man istället välja att låta styrsignalen 31 styra bränsle- tillförseln.

Uppfinningen som ovan beskrivits i anslutning till de på ritningarna visade utföringsexemplen är ej be- gränsad till dessa utan kan varieras allt inom ramen för efterföljande patentkrav. Sålunda kan man, i stället för en ljusledare, anordna flera fiberoptiska ljusledare 10, t.ex. tre ljusledare, som sträcker sig in i munstycket, inkapslade i en hylsa ll, och som mynnar innanför mun- stycksöppningen 6. Härigenom undvikes behovet av en fi- berförgrening 17 samtidigt som ljusstyrkan i det ljus som lades till vart och ett av filterna 21, 22, 23 blir tre gånger så stor som i det i fig l visade ut- föringsexemplet.

Claims (6)

459 446 10 15 20 25 30 35 10 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för styrning av en med insprutnings- munstycke försedd brännare (1) genom att kontinuer- ligt under förbränningsförloppet optiskt övervaka flamman från brännaren (l) och i beroende av ett ge- nom spektralanalys av ljusstrålníng från flamman er- hållet momentanvärde på luftfaktorn i förbrännings- gaserna reglera tillförseln av bränsle och/eller förbränningsluft till brännaren, k ä n n e - t e c k n a t av att det ljus som från flammans centrala del intränger genom den öppning (6) i mun- stycket (2) genom vilken bränsle insprutas i för- bränningsrummet, uppfângas i en punkt i omedelbar närhet av munstycksöppningen (6) axiellt i förhål-V lande till denna och bakom densamma, samt vidarele- des ut ur munstycket (2) för att undergâ spektral- analys.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n'e t e c k - n a t av att det genom munstycksöppningen uppfånga- de ljuset från flamman uppdelas i likvärdiga strål- knippen, som därefter utsättes med avseende på inbördes olika

3. kraven l eller 2, för spektralanalys vâglängdsområden. Anordning för utövning av förfarandet enligt innefattande en brännare (1) med ett insprutningsmunstycke (2), genom vars munstycke- öppning (6) bränsle ínsprutas i en förbränningskam- mare, k ä n n e t e c k n a d av att inne í in- sprutningsmunstycket (2), i omedelbar närhet av mun- stycksöppningen (6), axiellt i förhållande till den- na och bakom densamma är anordnad minst en fiberop- tisk ljusledare (10) för kontinuerlig uppfångning av det ljus, som från flammans centrala del íntränger genom munstycksöppningen, varvid nämnda fiberoptiska ljusledare (10) är anordnad att vidareleda det upp- 10 15 20 25 30 35 ll 459 446 fångade ljuset ut ur insprutningsmunstycket (2) till en anordning för genomförande av spektralanalys av det uppfångade ljuset.

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k - n a d av en fiberoptisk ljusledare (10), som sträc- ker sig axiellt in i munstycket (2) och mynnar axi- ellt innanför och strax bakom munstycksöppningen (6).

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k - n a d av att den fiberoptiska ljusledaren (10) utanför munstycket (2) är ansluten till en fíberför- grening (l7) i vilken det i den fiberoptiska ljusle- daren (10) fortplantade ljuset uppdelas i ett antal likvärdiga ljusknippen.

6. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k - n a d av flera fiberoptiska ljusledare (10), som sträcker sig axiellt in i insprutningsmunstycket (2), parallellt med varandra och mynnar axiellt innanför och strax bakom munstycksöppningen (6).