一種柴油燃燒器輸出功率的控制方法及其控制裝置的製作方法

2023-06-23 06:20:26 3

專利名稱：一種柴油燃燒器輸出功率的控制方法及其控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬柴油燃燒器領域，涉及一種柴油燃燒器輸出功率的控制方法及其控制裝置，根據加熱設備需要的熱負荷，手動或自動調節燃燒器輸出功率大小；同時採取對空氣密度的自動檢測和補償措施，按最佳「空燃比」要求控制助燃空氣量或燃料量，實現在燃燒器輸出功率調節範圍內高效和穩定的燃燒。
背景技術：
在許多加熱過程中要對燃燒器的輸出功率進行調節以滿足不同要求，例如炊事作業中操作員需通過調節燃燒器的輸出功率(火力)來適應蒸、煮、煎、炒、炸等不同的烹飪作業，以獲得上乘的烹飪效果；恆溫熱水鍋爐在水溫高於設定溫度時自動減小燃燒器的輸出功率，而在水溫低於設定溫度時自動增大燃燒器的輸出功率以保持要求的溫度。在使用燃料的加熱過程中，特別是在移動的生活後勤保障中(如野外炊事作業和淋浴等)，燃燒器往往會在不同海拔高度和不同氣溫的環境中使用，由於燃燒是多因素作用的結果，特別顯著的是空氣密度，它是氣壓和溫度的函數，一般來說隨海拔升高，空氣密度減少；隨溫度降低，空氣密度會增加。如果不考慮這些因素就會出現燃燒不充分(排放超標) 或不穩定(離焰、熄火)的現象，就不能滿足「空燃比」要求。「空燃比」(R)是指當燃料在空氣中燃燒時，一定質量空氣中的氧，剛好使一定質量的燃料完全燃燒，將燃料中所有的碳、氫完全氧化成二氧化碳和水。我們把最佳「空燃比」的效果看作是燃燒過程中使煙氣中汙染物排放低於國家相關標準要求(充分燃燒)，並且燃燒效率達到99%以上(高效燃燒)。為滿足功率調節需要，專利文獻1 (中國專利02828738. X)公開了一種燃燒機的控制方法及自動控制燃燒機，提出了通過控制燃油供給裝置和送風裝置各自的電機轉速的方式自動按比例同步調節輸出的燃油量和風量，達到調節火焰的目的。專利文獻1存在的缺陷是風油比按程序設定，沒有檢測和補償環境變化(氣壓、溫度)的實質性措施，當環境條件變化導致的風油比偏離設計值時不能確保充分燃燒。另外試驗表明，採用控制油泵和風機各自電機的轉速，按比例同步調節輸出燃油量和風量的方式，在調節過程中風量變化滯後於油量變化，形成調節過程中事實上的風油比偏離設計值，其結果是在燃燒器輸出功率由小變大時，燃油供給增加快於風量供給增加，燃燒不充分；在燃燒器輸出功率由大變小時，燃油供給減小快於風量供給減小，燃燒處於貧油燃燒狀況，甚至導致離焰熄火。專利文獻2 (中國專利200420007720. 2)公開了一種可無級調節輸出功率的燃油燃燒器，它是在傳統的燃油燃燒器高壓油路部分增加一個油壓調節裝置，實現燃燒器輸出功率無級調節。專利文獻2存在的缺陷是調節燃燒器輸出功率只通過改變燃料量來實現， 未採取在改變燃料量同時也相應改變助燃空氣量的技術措施，更未涉及當環境氣候影響空氣密度而對助燃空氣量補償的技術措施，因此在調節範圍內不可避免存在燃燒不充分或不穩定的嚴重問題。專利文獻3 (JP2006145121A)所公開的燃燒裝置及其控制方法，為保持最佳空燃比採用的技術手段為對多個閥門，包括燃料閥、移行閥、流量調節閥進行單獨或組合的開啟、關閉操作。文中涉及了其中的高燃燒工況，低燃燒工況、點火工況及停止工況等。其控制方法是為了滿足燃燒裝置在由一種燃燒工況向另一種燃燒工況轉變的過程中保持最佳空燃比。專利文獻3所公開的燃燒裝置通過風機調速調節風量，通過流量調節閥按比例供給燃料，類似專利文獻1，同樣沒有採取自動檢測助燃空氣量和環境氣候變化(氣壓、溫度)並反饋補償的實質性技術措施，當空氣密度變化導致的風油配比偏離設計值(標準狀態)時， 不能保證充分或穩定的燃燒
經檢索，現有的專利技術中不存在通過自動監測氣候環境參數，反饋控制助燃空氣量或燃料量，燃料量隨動於助燃空氣量，按照最佳「空燃比」要求進行風油配比，獲得高效燃燒和控制燃燒器輸出功率的技術。

發明內容
本發明針對燃燒器輸出功率調節和高效燃燒提出了新的控制方法及其控制裝置以滿足實際應用的需要。本發明是通過如下技術方案來實現的
一種柴油燃燒器輸出功率控制方法，本發明根據加熱設備熱負荷的需要，按給定條件控制風機轉速，採用大氣數據傳感器監測環境氣候參數，計算出當前的空氣密度，對其差異通過調整風機轉速進行補償，使助燃空氣量滿足Qa=6 XNX ρ ；燃料跟隨助燃空氣量滿足=L= Qa/(fXR)；
式中Qa—空氣品質流量(千克/秒)；P —空氣密度(千克/米3) ；L-燃料供應量(千克)；f- PFM控制電磁油泵工作的脈衝頻率(0 200赫茲)；Φ —風機流量係數(米7轉)； R—空燃比(無量綱係數，取值1 2) ；N—風機轉速(轉/秒)。本發明通過檢測風機轉速，反饋助燃空氣量信息，控制燃料自動跟隨助燃空氣量變化，當風機停止工作時，燃料自動停止供應。本發明根據加熱設備熱負荷的需要，按給定條件控制風機轉速，在燃燒器風機的進風口或出風口安裝空氣品質流量傳感器，根據實測的空氣品質流量按L= Qa/(fXR)控制燃料量。一種柴油燃燒器輸出功率控制方法採用的控制裝置，本發明燃燒器通過油道與電磁油泵連接，電磁油泵又與電磁油泵功放連接，電磁油泵功放再與計算機連接，燃燒器還通過風道與風機連接，在風道上設置有空氣品質流量傳感器，空氣品質流量傳感器也與計算機連接，在風機後設置有風機功放，風機功放與計算機連接，風機內還通過設置霍爾器件與計算機連接；加熱設備通過溫度變送器和連接的選擇開關與計算機連接，設置有旋鈕通過電位器與計算機連接。本發明的有益效果為，燃燒器輸出功率調節的實質是對投入燃料量的調節，本發明採用電磁泵供油，通過脈頻調製電路(PFM)驅動電磁油泵，燃料量和PFM脈衝頻率的關係為
L= κ Cft......... (1)
式(1)中L-燃料供應量(Kg); κ -係數；C-燃料計量值(常數，一個脈衝周期的燃料量 Kg) ；f-電磁油泵工作的脈衝頻率(0 200赫茲)；t-電磁油泵工作時間(秒)。
然而，改變燃料量時為保證燃燒的穩定性或充分燃燒，按空燃比要求，必須配予適當的助燃空氣量。由於助燃空氣量是空氣密度的函數，當環境氣候發生變化時，空氣密度也隨之改變。因此，本發明的核心不僅要通過式(1)為燃燒精準提供燃料，更重要的是按空燃比要求建立燃料和助燃空氣品質流量的數學模型。本發明的原理之一是根據熱負荷的需要，計算機提取旋鈕給定的或加熱設備經溫度壓力變送器反饋的信號，產生對應的控制電壓，經功放驅動風機提供助燃空氣。對於特定的風機，其固定通流部件的參數是確定的。風機的空氣體積流量正比於風機的轉速。即
Q2 = Q1X (VN1) ......... (2)
式(2)中下標代表不同工作點。對於特定風機，Ct=Q1 /N1是一定的，稱為該風機的流量係數，表示風機每轉產生的空氣體積流量。以此，風機產生的空氣體積流量可表示為 Q= Φ XN......... (3)
式(3)中Q—空氣體積流量(米7秒)；Φ —風機流量係數(米7轉)；N—風機轉速(轉 /秒)。因此通過預置風機轉速即可預置該風機的空氣體積流量。由於相同體積流量的空氣在不同壓力(壓強)和溫度下對應的質量流量不同，因此計算助燃空氣時應採用空氣的質量流量計算
Qa= Φ XNX P......... (4)
式(4)中Qa—空氣品質流量(千克/秒)；P —空氣密度(千克/米3) 安裝在燃燒控制器中的大氣數據傳感器監測當前環境氣候(溫度、氣壓等)，一種情形是對環境氣候因素造成的空氣密度改變，通過調整風機轉速進行補償；另一種情形是當氣候環境超過規定的條件時，控制器按照最佳「空燃比」的要求，採用脈頻調製(PFM)信號控制電磁油泵的工作頻率以調整燃料供應量，確保在這兩種工況下充分和高效燃燒。不管何種情形，根據空燃比，燃料供給都遵循
L= Qa/(fXR) ......... (5)
式(5)中R—空燃比，無量綱係數，取值1 2。本發明的原理之二是根據燃燒器輸出功率大小的需要，計算機提取旋鈕給定的或加熱設備經溫度壓力變送器反饋的電壓信號，產生對應的電壓信號經功放驅動風機，空氣品質流量傳感器安裝在燃燒器風機的進風口或出風口直接檢測助燃的空氣品質流量，採用PFM控制電磁油泵的工作頻率，按照式(5)提供燃料。由於採用了燃料供應量跟隨助燃空氣量的方式，通過調節風機轉速就可控制燃燒器輸出功率，並以接近最佳「空燃比」充分和高效燃燒；另外，當供風裝置出現故障停止工作時，自動停止燃料供應，在點火或重新點燃時不會發生爆燃或失控，確保安全可靠。


圖1表示本發明的系統示意圖2是表示本發明的一種具體實施方式
； 圖3是表示本發明的另一種具體實施方式
； 圖4是圖3的側視圖。圖1中Us_電源電壓；RPl-電位器；θ 1-旋鈕旋轉角度；Ui-旋鈕轉動θ 1時RPl 採樣端的電壓；A-計算機晶片；Gl-風機功放；G2-電磁油泵功放；Pt-大氣數據傳感器；Ml-風機；M2-電磁油泵；H-霍爾；S-空氣品質流量傳感器；B-燃燒器；C-加熱設備；T-溫度壓力變送器。在圖2、圖3和圖4中1-熱穩定器；2-控制裝置；3_旋鈕；4_大氣數據傳感器； 5-離心風輪；6-風機電機；7-電磁泵；8-預混室；9-油路；10-蒸發器；11-燃燒室；12-殼體；13-空氣品質流量傳感器；14送風筒；15穩焰盤；16噴嘴。
具體實施例方式一種柴油燃燒器輸出功率控制方法，本發明根據加熱設備熱負荷的需要，按給定條件控制風機轉速，採用大氣數據傳感器監測環境氣候參數，計算出當前的空氣密度，對其差異通過調整風機轉速進行補償，使助燃空氣量滿足Qa=6 XNX ρ ；燃料跟隨助燃空氣量滿足=L= Qa/(fXR)；
式中Qa—空氣品質流量(千克/秒)；P —空氣密度(千克/米3) ；L-燃料供應量(千克)；f- PFM控制電磁油泵工作的脈衝頻率(0 200赫茲)；Φ —風機流量係數(米7轉)； R—空燃比(無量綱係數，取值1 2) ；N—風機轉速(轉/秒)。本發明通過檢測風機轉速，反饋助燃空氣量信息，控制燃料自動跟隨助燃空氣量變化，當風機停止工作時，燃料自動停止供應。本發明根據加熱設備熱負荷的需要，按給定條件控制風機轉速，在燃燒器風機的進風口或出風口安裝空氣品質流量傳感器，根據實測的空氣品質流量按L= Qa/(fXR)控制燃料量。在圖1中，燃燒器B是加熱設備C的供熱源，Ui代表燃燒器輸出功率的預期值，調節Ui就能獲得加熱設備C需要的熱負荷，Ui是電源電壓Us施加在電位器RPl上，旋鈕轉動θ 1角度時在電位器RPl的輸出端獲得的電壓信號；或者設置在加熱設備C的某一位置上的溫度壓力傳感器經溫度壓力變送器T反饋的電壓信號。計算機A提取Ui經A/D轉換並處理後通過功放Gl驅動風機Ml，風機Ml的轉速N是U的函數，計算機A通過霍爾H反饋風機Ml轉速信號獲取助燃空氣量信息，同時利用大氣數據傳感器Pt檢測當前氣候環境，調節風機Ml的轉速，對空氣密度給予補償，使助燃空氣量滿足式(4)；或者通過空氣品質流量傳感器S直接檢測助燃空氣的質量流量，採用PFM控制電磁油泵Μ2的工作頻率，按照最佳 「空燃比」的要求，遵循式(5)計量供給燃料，燃料在燃燒器中霧化和助燃空氣混合後充分燃燒。電磁油泵Μ2與燃燒器B之間為油道，空氣品質流量傳感器S與燃燒器B之間為風道。—種柴油燃燒器輸出功率控制方法採用的控制裝置，本發明燃燒器通過油道與電磁油泵連接，電磁油泵又與電磁油泵功放連接，電磁油泵功放再與計算機連接，燃燒器還通過風道與風機連接，在風道上設置有空氣品質流量傳感器，空氣品質流量傳感器也與計算機連接，在風機後設置有風機功放，風機功放與計算機連接，風機內還通過設置霍爾器件與計算機連接；加熱設備通過溫度變送器和連接的選擇開關與計算機連接，設置有旋鈕通過電位器與計算機連接。在圖2中，本實施例輸出功率可通過旋鈕3調節，旋鈕3預置風機6的轉速，驅動離心風輪5供風，同時也驅動蒸發器10完成燃油霧化，離心風輪5在風機6的驅動下產生壓力使空氣流入蒸發器10後送入預混室8助燃，助燃的空氣量如式(4)，取決於風機6的轉速和空氣密度P，燃料量L隨動於助燃空氣量Qa，控制裝置2中的PFM電路控制電磁泵7 的工作頻率f，按式(5)計量供給燃料，燃料通過油路9經蒸發器10氣化後與助燃空氣一起進入預混室8中再次混合，在燃燒室11中點燃並持續燃燒。在該具體實施例中，大氣數據傳感器4安裝在控制裝置2內，檢測燃燒器的環境氣候參數以確定當前的空氣密度，當空氣密度偏離預期值時，控制裝置2改變風機6轉速給予補償；當環境氣候超過規定的條件不能提供需要的空氣量時，控制裝置通過電磁泵7自動調節燃料量，以滿足最佳的空燃比，達到充分和高效燃燒。 圖3和圖4是本發明的另一種具體實施例。一種電控柴油燃燒器，根據輸出功率需要，預置風機6轉速，驅動離心風輪5送風，經空氣品質流量傳感器13進入送風筒14 ；空氣品質流量傳感器13檢測到助燃空氣量Qa後，按照式(5)，計算出所需燃料量L，控制電磁泵7經油路9計量供給燃油，通過噴油嘴16霧化後與空氣經穩焰盤15後混合燃燒，達到輸出功率(火力)調節和高效燃燒的的目的。
權利要求
1.一種柴油燃燒器輸出功率控制方法，其特徵在於根據加熱設備熱負荷的需要，按給定條件控制風機轉速，採用大氣數據傳感器監測環境氣候參數，計算出當前的空氣密度， 對其差異通過調整風機轉速進行補償，使助燃空氣量滿足=Qa=Cj5 XNX P ；燃料跟隨助燃空氣量滿足=L= Qa/(fXR)；式中Qa—空氣品質流量(千克/秒)；P —空氣密度(千克/米3) ；L-燃料供應量(千克)；f- PFM控制電磁油泵工作的脈衝頻率(0 200赫茲)；Φ —風機流量係數(米7轉)； R—空燃比(無量綱係數，取值1 2) ；N—風機轉速(轉/秒)。
2.如權利要求1所述的燃燒器輸出功率控制方法，其特徵在於通過檢測風機轉速，反饋助燃空氣量信息，控制燃料自動跟隨助燃空氣量變化，當風機出現故障停止工作時，燃料自動停止供應。
3.如權利要求1所述的燃燒器輸出功率控制方法，其特徵在於根據加熱設備熱負荷的需要，按給定條件控制風機轉速，在燃燒器風機的進風口或出風口安裝空氣品質流量傳感器，根據實測的空氣品質流量按L= Qa/(fXR)控制燃料量。
4.如權利要求1所述的一種柴油燃燒器輸出功率控制方法採用的控制裝置，其特徵在於燃燒器通過油道與電磁油泵連接，電磁油泵又與電磁油泵功放連接，電磁油泵功放再與計算機連接，燃燒器還通過風道與風機連接，在風道上設置有空氣品質流量傳感器，空氣品質流量傳感器也與計算機連接，在風機後設置有風機功放，風機功放與計算機連接， 風機內還通過設置霍爾器件與計算機連接；加熱設備通過溫度變送器和連接的選擇開關與計算機連接，設置有旋鈕通過電位器與計算機連接。
全文摘要
一種電控柴油燃燒器輸出功率控制方法及其控制裝置，本發明根據加熱設備熱負荷的需要，按給定條件控制風機轉速，採用大氣數據傳感器監測環境氣候參數，計算出當前的空氣密度，對其差異通過調整風機轉速進行補償，使助燃空氣量滿足Qa=φ×N×ρ；燃料跟隨助燃空氣量滿足L=Qa/(f×R)；本發明採用相應的控制裝置，由於採用了燃料供應量跟隨助燃空氣量的方式，通過調節風機轉速就可控制燃燒器輸出功率，並以接近最佳「空燃比」充分和高效燃燒；另外，當供風裝置停止工作時，自動停止燃料供應，在點火或重新點燃時不會發生爆燃或失控，確保安全可靠。
文檔編號F23N1/02GK102353072SQ20111032496
公開日2012年2月15日 申請日期2011年10月24日 優先權日2011年10月24日
發明者楊繼泉, 汪一楠, 蘇曉飛, 袁意雄, 許春美 申請人:雲南航天工業總公司