0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

13.3 Автоматическое регулирование соотношения топливо-воздух. Соотношение воздух топливо

SaLuTik › Blog › Руководство по настройке соотношения воздух-топливо(AFR) при помощи A’pexi SAFC II

Необходимый инструментарий

• Ноутбук с операционной системой Windows, имеющий USB или COM порты для подключения ШПЛЗ и USB или Bluetooth для подключения к автомобилю по интерфейсу OBD2
• Широкополосный лямбда зонд (AEM, Innovate, PLX) с возможностью подключения к компьютеру по последовательному порту COM1
• OBD2 сканер (например ELM327) подключаемый к компьютеру по USB или Bluetooth
• Топливный контроллер APEXI SAFC II(SAFC, AFC NEO) или подобные контроллеры, изменяющие показания расходомера в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки, например Camcon, или Blitz или e-Manage или AEM FIC, которые, помимо показаний расходомера, могут изменять длительность импульса форсунки.

Теоретические сведения о работе современных двигателей
Теория настройки AFR
Суть настройки заключается в подаче корректной топливовоздушной смеси в двигатель в разных режимах работы. Известное многим стехиометрическое соотношение (14,7:1), при котором, теоретически, сгорает все топливо, оптимально для работы катализатора, но допустимо только в ненагруженных режимах, например на холостом ходу, или при спокойной езде. В нагруженных режимах используется более богатая смесь. Для атмосферного двигателя – 13-12 для надувного 12-11. Причем даже небольшие изменения AFR могут повлиять на мощность двигателя, так что конкретные значения соотношения для различных режимов работы вашего двигателя стоит искать опытным путем, или изучить опыт людей, настраивавших ваш тип двигателя ранее.
Теперь немного о способе настройки смеси при помощи изменения показаний расходомера. SAFC, как и многие другие «Топливные контроллеры», не управляет непосредственной подачей топлива, а всего лишь изменяет показания расходомера воздуха, что заставляет мозги автомобиля пересчитывать длительность открытия форсунок, и, как следствие, изменять количество топлива в смеси.
Принцип самообучения и работы современного двигателя
В силу особенностей работы узкополосных лямбда зондов, устанавливаемых на многие двигатели(узкополосник показывает AFR в узком диапазоне 14.7:1 и имеет очень неустойчивое среднее положение, по сути показывая компьютеру много или мало топлива подается в двигатель), двигатель имеет 2 режима работы:
1. Closed Loop – режим, в котором происходит коррекция топливовоздушной смеси к соотношению 14,7:1 по показаниям лямбда зонда. В данном режиме двигатель работает в ненагруженных режимах – при спокойной езде.
2. Open Loop – режим в котором коррекции по лямбде не происходит, поскольку узкополосный лямбда зонд не в силах показать AFR, которые устанавливаются в этих режимах. Например при полном открытии дросселя, большой нагрузке, прогреве или при торможении двигателем, когда подача топлива в двигатель прекращается.
Теперь немного про основные принципы самообучения. Существует 2 типа коррекции – кратковременная Short Fuel Trim (далее SFT) и долговременная Long Fuel Trim (LFT). LFT остается в памяти автомобиля при выключении зажигания.
В режиме Closed Loop мозги считывают показания лямбды и, в зависимости от показаний, изменяют параметр SFT.
Например мозги считывают с лямбды показания, говорящие об обедненной смеси, параметр SFT устанавливается на обогащение, относительно изначальной топливной карты, например на +5%. После впрыска считываются новые показания лямбды и значение SFT корректируется в соответствии с этими показаниями.
Если параметр SFT по значению или времени превышает критические значения, корректируется карта параметров LFT. Процесс обучения происходит постоянно. Таким образом, мозги могут скорректировать недостаточное давление топлива, некорректную работу форсунок, расходомера и прочих датчиков в пределах +- 20-30%.
Теперь о режиме Open Loop – корректировка по показаниям лямбда зонда в этом режиме отключается, для корректной работы впрыска используются значения LFT, рассчитанные на основе данных, полученных при обучении.
Переключение между режимами Open и Closed Loop происходит при различном соотношении параметров работы двигателя. Например для 1NZ-FE переход в Open loop происходит при определенном соотношении ткущих оборотов и открытии дроссельной заслонки, например при относительном открытии дросселя 100% переход в опенлуп происходит на любых оборотах при меньшем открытии пороговое значение оборотов двигается в сторону увеличения, например 80% переход с 4000, также при торможении двигателем и прогреве.

Немного о зажигании
Мы не будем подробно останавливаться на настройке зажигания, поскольку SAFC настраивать его не умеет. В современным двигателе углом опережения управляет компьютер по заранее заложенной в него карте. Корректировка угла зажигания происходит по датчику детонации. При возникновении детонации зажигание сдвигается в сторону запаздывания. В случае, если детонация прекратилась, угол продолжает расти дальше согласно карте зажигания. Косвенно управлять углом зажигания можно и при помощи SAFC, поскольку при уменьшении расхода, зажигание сдвигается в сторону опережения.

Детонация
Детонация – враг №1, может быть вызвана низким октановым числом, бедной смесью, ранними углами опережения зажигания, высокой температурой поступающего воздуха, и другими факторами. Детонация приводит к увеличению температуры в камере сгорания, прогоранию поршней, поломке шатунов, и прочим повреждениям двигателя. При настройке необходимо избегать детонации. SAFC II имеет возможность отслеживать сигнал со штатного датчика детонации двигателя. Показания не всегда корректны, но примерный уровень по ним отследить можно.

Настройка смеси при помощи SAFC
Подготовка дополнительного оборудования

Настройку будем производить при помощи программы PCMSCAN, позволяющей записывать параметры двигателя, в том числе и показания ШПЛЗ, подключенного к компьютеру по COM порту. Подробно о подключении ШПЛЗ вы можете прочитать в инструкции к вашему датчику. Стоит добавить, что для отображения показаний AFR в настройках программы PCMSCAN необходимо правильно указать номер COM порта, который можно посмотреть в системных настройках компьютера.
Также необходимо подключиться к мозгам при помощи порта OBD2, этот процесс подробно рассмотрен в справке к программе PCMSCAN и не один раз обсуждался в интернете.
Параметры, которые необходимо будет отслеживать:
1. Обороты двигателя
2. AFR
3. Показания Расходомера (MAF Sensor)
4. Угол опережения зажигания
5. Long Fuel Trim
6. Short Fuel Trim
7. Скорость автомобиля
8. Положение дроссельной заслонки
Для отслеживания этих параметров, в программе PCMSCAN нужно создать два графика, вмещающих по 4 параметра каждый. Создание и настройка полей для графиков очень подробно описана в справке к программе. Не поленитесь и почитайте.

Подготовка и важные моменты настройки SAFC
Не будем подробно останавливаться на том, какие кнопки надо нажимать на SAFC чтобы включить тот или иной режим, эта информация в полном обьеме доступна в инструкциях.
Для настройки топливовоздушной смеси SAFC может предложить нам 2 карты, соответствующие нагруженному (HI-Throttle) и ненагруженному (Lo-throttle) режимам работы двигателя. Переключение между картами осуществляется по датчику положения дроссельной заслонки, параметры переключения можно настроить в пункте меню TH-Point. При настройке TH-Point указываются два значения
• Lo – при значениях положения дросселя меньше этого значения корректировка происходит по Lo карте. Например, в режиме Closed Loop
• Hi – при значениях положения дросселя больше этого значения корректировка происходит по Hi карте.
• Если положение дросселя находится между значениями Hi и Lo, итоговая карта получается путем аппроксимации из Lo и Hi карт
Если вы точно знаете значение положения дросселя при котором происходит переход в Open Loop, вы можете установить его в качестве значения HI, значение Lo стоит установить максимально близким к Hi.
Карта настраивается по оборотам, значения которых можно выставить в настройках SAFC.
Вместо дросселя к SAFC можно подключить датчик давления во впускном коллекторе (имеющий на выходе напряжение 0-5В) и переключаться между картами при переходе давления из вакуума в наддув. Но стоит учитывать, что такое подключение так же может быть не корректным, например положение дросселя 30%, обороты 3000, наддув 0,2 бар, при этом двигатель 1NZ может находиться в режиме Closed Loop. Такое переключение к Hi карте вполне может вызвать изменение параметра LFT, причем суммарно может уехать LFT используемый для корректировки подачи топлива в режиме Open Loop.
Эти нюансы работы вашего двигателя, турбины или компрессора стоит определить опытным путем и учитывать при настройке.

Первый этап – настройка Lo-Throttle карты
Пример настройки будет рассмотрен на примере двигателя 1NZ-FE с установленным компрессором Jimze и форсунками от 1ZZ-FE имеющими примерно +30% производительности относительно штатных форсунок. Переход в OpenLoop осуществляется по 70% (OBDII параметр Absolute throttle position) положения дросселя.
Суть первого этапа заключается в том, чтобы выставить значения LFT максимально близкими к 0%, тем самым компенсировав избыточную производительность новых форсунок.
1. Определяем первое значение корректировки, от которого будем производить настройку.
Производительность стоковых форсунок 210сс
Производительность новых форсунок 270сс
Корректировка%=(1-210/270)*100%=23%
2. Сбрасываем мозги, отключив аккумулятор примерно на 5 минут.
3. Включаем зажигание, не заводя машину.
4. Заходим в пункт меню Settings/Lo-Thrtl в SAFC и выставляем для всех оборотов значения
-23%.
5. Заводим двигатель и включаем запись параметров на ноутбуке.
6. Далее наблюдаем за поведением параметров SFT и LFT. Наша цель выставить значение корректировки так, чтобы параметр LFT был равен 0% а параметр SFT колебался относительно 0 с небольшой амплитудой. При этом вы увидите, что значения AFR тоже совершают колебания относительно значения 14.7(15)
7. После того как вы закончили настраивать корректировку для ХХ, переходите к следующему значению оборотов, например 1500. Держите эти обороты и повторите предыдущий пункт. Таким образом настройте значения корректировки для всех оборотов.
8. Перенесите полученные значения корректировок в Hi карту.
9. После такой настройки стоит спокойно поездить 15-20 километров для обучения двигателя. С включенной записью параметров. После поездки посмотрите на логии, не сильно ли уплыли значения LFT. После того как двигатель адаптируется, LFT на ХХ и при оборотах до 1000 изменится примерно на -10% — это нормально. Если и в остальных режимах значения LFT сильно уплыли, проведите корректировку Lo карты.

Второй этап – подготовка к настройке Hi-throttle карты
1. После того как мозги пообвыклись с Lo картой преходите к настройке Hi карты. Задача на этом этапе – выставить безопасную под наддувом смесь – 11-10.
2. В настройках Hi-Thrtl увеличьте значения корректировки на +40-50% относительно карты Lo, например в карте Lo для 4000 стоит значение -22%, в карте Hi выставьте +20%.
3. Включите запись параметров и покатайтесь открывая дроссель на полную. Во время поездок внимательно следите за показаниями AFR, в случае, если смесь беднее 13, лучше газ отпустить, и увеличить значение корректировки еще процентов на 10.
4. Проехав 10-20 километров в таком режиме остановитесь, и проанализируйте лог вашей поездки:
• Стоит обратить внимание на то, чтобы под нагрузкой двигатель переходил в Open Loop, это можно заметить на логе по параметру SFT, в режиме Open Loop SFT=0%.
• Обратите внимание, при каких параметрах положения дросселя и оборотах двигатель переходит в Open Loop.
• Изучите поведения углов опережения зажигания, помните, что при возникновении детонации угол зажигания будет откатываться в сторону запаздывания. Ели на кривой углов видны провалы, или угол не достигает нужного значения (18-20 градусов), возможно вы столкнулись с детонацией.
5. Итогом второго этапа должна стать стабильная смесь 11-10 в режиме Open Loop при разгоне на любой скорости.
6. Покатайтесь так еще 30-40 км для адаптации мозгов авто, записывая данные поездок. Проанализируйте логи, и если смесь уплыла, произведите корректировки.

Третий этап – настройка Hi-trottle карты
1. Выберите скорость на которой будете настраиваться, для автомата – 2 или 3, для мкпп 3 или 4. Сделайте несколько заездов с полностью открытым дросселем. Постарайтесь чтобы на выбранную вами скорость пришелся максимальный диапазон по оборотам. Например 3000-6500.
2. Изучите логи поездки, посмотрите какое соотношение AFR соответствует оборотам.
3. Определитесь с целевым составом смеси. Точного рецепта тут нет, но большинство сходится во мнении, что мощностная смесь для наддувного двигателя находится в диапазоне от 11 до 12.
4. Произведите первую корректировку. Например, если на 5000 оборотов AFR 10.5, текущая корректировка в Hi карте +22%, а ожидаемое AFR 11.6, вы можете начать с уменьшения корректировки на 5%.
5. Повторяйте пункт 4 для всего настраиваемого диапазона
6. После настройки покатайтесь еще километров 20, и сделайте контрольный заезд. Убедитесь, что смесь в норме, зажигание не убегает, и нет признаков детонации.

Система автоматического регулирования соотношения топливо воздух

Номер патента: 1318768

Текст

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 119) И 1) 51) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ озду ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СООТНОШЕНИЯ ТОПЛИВО — ВОЗДУХ(57) Изобретение может быть использовано .при нагреве металла под пластическую деформацию в высокотемпературных печах , на заводах машиностроительной и металлургической промышленности. Цель изобретения — повышение точности регулирования. Система содержит датчики 1 и 2 соответственно давления топлива и воздуха и регулятор 3 соотношения с задатчиком 4, Один из входов регулятора соединен с датчиком 2 через делитель 5. Последний соединен с выходом корректирующего блока 8, выходы которого соединены соответственно с датчиком 9 перемещения заготовки и с задатчиком 10 корректирующего сигнала. Переход системы с рабочего режима нагрева на режим с пониженной величиной коэффициента расхода воздуха происходит автоматически по мере снижения темпа толкания заготовки меньше величины, установленной задатчиком 10, При полной остановке толкания система переходит на режим холостого хода.1 ил..нка24(Б(/31 Тираж 44 1 олнисное111111111 ( кларо) и( нн)г кин(;).;. н:нгн(ч ннр(т ний и н крин ай1 возя, М( кнн, Ж З), : нн кнн н;)П, Л. 4 Б11 р(н )нг)(«(н( нн нгнн рн 1 ннн ( к(н нр( н(ранн ,ж рл,л. 1 р(и ктннн. 4 Изобретеци относия к регулированиюпроцессов горения и может быть использовано при нагреве,тг. цод пластическуюдеформацию ц н 1 сктпемцературцых печахна заводах мз ши цостроительцой и метал.лургц(ц ской промьшлсццос и.Цел изобретения- повышение точностирегулирования.,На чертеже приведена блок-схема системы автоматического регулирования соотношения топливо — воздух.Система содержит датчик ) давлениятоплива, датчик,2 давления воздуха и регу.лятор 3 соотношения, входы которого соеди.цены соответственно с задатчиком 4, датчиком 1 давления топлива и через делитель 5входного сигнала, выполненный, например,в виде резисторного оптронэ, с датчиком 2давления воздуха, а выход через исполнительный механизм 6с 1)егулирую 1 цимклапаном 7 на возду хоп роводе.Система снабжена корректирующим блоком 8, выполненным, например в виде операционного усилителя, входы которого соединены соответственно с датчиком 9 перемещения заготовки и задатчиком 1 О корректирующего сигнала, а выход с делителем 5.Система работает следующим образом,В рабочем режиме нагрева на входы ре. гулятора 3 с датчиков 1 давления топливаи 2 давления воздуха поступают электрические сигналы О), пропорциональный давлению воздуха, и Ит, пропорциональный давлению топлива. Задатчиком 4 выставляютзадание регулятору 3, который через исполнительный механизм 6 регулирует клапа.ном 7 расход воздуха, необходимый для под.держания заданного соотношения воздухапри данном расходе топлива. Автоматический переход ца режим нагрева с пониженной величиной коэффициента расхода воздуха происходиг по мере снижения темпа толкания )тг)в)к меньше величины, установленк)й:дз(иком 10 корректируюцего сигнала. В результате этого на выход датчика 2 давления воздуха подключается делитель 5, который изменяет выходной сигнал (lв на определенную величину 5 /х. Регулятор 3, получив разбаланс, отрабатывает на его ликвидацию и через исполнительный механизм 6 уменьшает регулирующим клапаном 7 расход воздуха на величину 0, что приводиг к уменьшению коэффициента расхода воздуха, При полной оста- ковке толкания заготовок происходит переход на режим холостого хода, т. е. на режим сжигания топлива с с=0,5. С началом толкания и увеличением его темпа до оптималь.ного на датчике 9 перемещения появляется 15 сигнал, который при увеличении до величинысигнала задатчика переходит на рабочий режим.Таким образом, переход системы с рабочего режима нагрева на режим с пониженной величиной коэффициента расхода воздуха 20 происходит автоматически по мере снижениятемпа толкания меньше величины, установленной задатчиком корректирующего сигна.ла, а при полной остановке толкания система переходит на режим холостого хода.25формула изобретения Система автоматического регулированиясоотношения топливо в возд при нагреве заготовки в высокотемпературной печи, соЗ 0 держащая датчики давления воздуха и топлива; последний из которых подключен к регулятору соотношения, вход которого соеди-, нен с задатчикома выход — с исполнительным механизмом регулирующего клапана на воздухопроводе, отличающаяся тем, что, З 5 с целью повышения точности, она снабженакорректирующим блоком с задатчиком, датчиком перемещения заготовки и делителем, включенным между датчиком давления воз.духа и регулятором соотношения, к входам корректируюпего блока подключены датчик ф перемещения и зздатчик, а к выходу — делитель.

Читать еще:  Снятие и установка тросов привода стояночного тормоза Ситроен Ксантиа

Заявка

ПРЕДПРИЯТИЕ ПЯ Р-6205

КУЙБЫШЕВ ИГОРЬ ВЛАДИМИРОВИЧ, ДОНСКОВ ВЛАДИМИР СЕРГЕЕВИЧ

МПК / Метки

Код ссылки

Устройство для создания пульсаций давления при динамических испытаниях датчиков

Номер патента: 334496

. привод 1 с регулируемым числом оборотов, на валу которого насажен профилированный кулачок 2, сопряженный с подпружиненным толкателем 3, который жестко соединен с подвижным торцом сильфона 4, являющимся одним из элементов рабочей камеры 5 изменяемого объема. На другом торце рабочей камеры находятся испытываемые дифференциальные датчики б давления (или системы датчиков), динамические полости которых сообщены с полостью рабочей камеры 5. Рабочая камера с испытываемыми датчиками и сильфоном заключены в герметичный корпус 7, к которому подсоединен источник 8 среднего давления. Полость корпуса 7 демпфером 9 (отверстием малого диаметра) сообщена с рабочей камерой 5. Статические полости испытываемых датчиков б соединены с источником опорного.

Устройство для измерения давления с помощью емкостного датчика

Номер патента: 1796935

. что устройство для измерения давления с помощью емкостного датчика снабжено тремя резистора ми и вторым инвертирующим усилителем, вход которого через первый резистор соединен с выходом генератора, а через второй резистор — с выходом первого инвертирующего усилителя, при этом третий резистор 3 О подключен между выходом и входом второго инвертирующего усилителя, выход которого через введенную в датчик термозависимую емкость соединен со входом первого инвертирующего усилителя. 35Изобретение поясняется чертежом. Устройство содержит генератор 1, первый 2 и второй 3 резисторы, опорную 4 емкость, третий 5 резистор, второй 6 усилитель, термозависимую 7 емкость, рабочую 8 емкость, 4 первый 9 усилитель.Устройство работает следующим.

Устройство для автоматического регулирования соотношения топливо-воздух в горелках на обжиговой машине с рециклом отходящих газов

Номер патента: 1520327

. подачи первичного воздуха,выходы датчиков температуры теплоносителя 8 горелки 11, первичного воздуха 9 и вторичного воздуха 10 в форкамере 12 и датчика 1 расхода топли= ва соединены соответственно с входами вычислительного блока 13, выход которого и эадатчика 15 соотношениятопливо — воздух соединены с входами блока 11 умножения, выход которого соединен с вторым входом регулятора 7 расхода первичного воздуха.Устройство работает следующим об разом.Вычислительный блок 13 расчитыва» ет влияние температур, контролируемых датчиками 8-10, на соотношение топ» пиво — первичный воздух в соответ» 15 ствии с формулойч Р (СТ 1- С ба165) МЬЦо тт- в )Ст Ст -С пц 1где Я — теплотворная способностьтоплива,»С — теплоемкость теплоносителя,С — теплоемкость.

Датчик отношения давлений воздуха в компрессоре газотурбинного двигателя

Номер патента: 696809

. рычагом 12, один конец которого представляет собой плоский клапан 13, соединенный каналом 14 с управляемойполостью 15 сервопоршня 16. Рычаг 12имеет подвижную опору 17, связанную с сервопоршнем 16. Питаются преобразователи 2-4 от гидронасоса(Ргиь,о )Уравнение равновесия рычага 12 ГгЕ-Р, г, Е бО где Р и Р — эффективные площадиэлементов 7 и 8 соответственно. Так как преобразователь 4 преоб-30разует постоянное давление воздухаР = 0 в гидравлическое, то он посуществу является клапаном посто)янного абсолютного давления жидкости,Датчик работает следующим образом.При изменении, например уменьшении, давления Р 1 в компрессоре умень40 шается давление на входе преобразователя 2 и, следовательно, в полости 5 элемента 7. Это приводит кповороту.

Задатчик давления газа

Номер патента: 611190

. 7. Так как сопротивление сопла 7 зависит от силы, получаемой прн алгебраическом сложении усилия затяжки пружины 17 н веса мембраны 2 с жестким центром 18, тов камере 3 устанавл ивается давление, соответствующее этой сум. марной силе.Прн подаче давления питания через дроссель 8 в надмембранной полости 5 корректора 12 аналогично описанному выше установится давление соответствующее силе, получаемой при алгебраическом сложении, усилия, развиваемого термочувствительным элементом 14, и веса мембраны 1 с жестким центром 19.Давление нз надмембраниой полости 15 кор ректора 2 через дроссель 9 поступает в камеру 4, где складываясь с силой, получаемой при сложении усилия затяжки пружины 17 и веса мембраны 2 с жестким центром 18, вызывает изменение.

13.3 Автоматическое регулирование соотношения топливо-воздух

Автоматическое регулирование соотношения расходов топлива и воздуха, подаваемых в печь, должно обеспечивать необ­ходимые условия сжигания топлива. Эти условия различаются для печей того или иного назначения, но в целом их можно сфор­мулировать следующим образом:

1) топливо должно сжигаться экономично;

2) сжигание топлива должно быть организовано так, чтобы в печи сохранялись наилучшие условия теплообмена факела с металлом и кладкой;

3) сжигание топлива должно обеспечивать поддержание в печи газовой атмосферы определенного состава.

В зависимости от типа печи перед САР ставится задача выполнения одного из перечи­сленных требований или определенной их совокупности.

Численно соотношение топливо–воздух определяется так называемым коэффициентом расхода воздуха α. Часто встречающееся название «коэффициент из­бытка воздуха» сложилось исторически и является менее точным, так как в ряде современных металлургических печей топливо сжигается в определенных зонах не при избытке, а при недо­статке воздуха.

Если топливо сжигается с α=1 и при идеальном смешении с воздухом, то развивается максимальная калориметрическая температура горения. При α 1 топливо сгорает полностью, но часть выделяющегося при этом тепла идет на нагрев излишнего воздуха и максимальная температура горения также не достигается.

Как показывают исследования, при сжигании газообразного топлива в различных реальных печах максимальная температура достигается при α= 1,05…1,15, а при сжигании жидкого топ­лива — при α = 1,15…1,25.

Таким образом, если требуется получить наибольшую ско­рость нагрева металла и экономичное сжигание топлива, то в печи нужно иметь максимальную температуру и, следовательно, си­стема автоматического регулирования должна поддерживать коэф­фициент расхода воздуха на соответствующем уровне. В терми­ческих печах часто возникают несколько иные задачи, связан­ные с тем, что воздух следует подавать с избытком или недостат­ком для снижения температуры факела и изменения его длины и формы с целью предотвращения перегрева изделий и кладки и обеспечения равномерного нагрева садки.

Автоматическое регулирование соотношения расходов топлива и воздуха на большинстве печей осуществляется при помощи регуляторов соотношения. Чаще всего ведущим потоком в схеме отопления и автоматического пропорционирования является топ­ливо, расход которого задается регулятором температуры. Регу­лятор соотношения получает информацию о расходах топлива и воздуха и управляет расходом воздуха, который является, таким образом, ведомым потоком. В некоторых случаях приме­няется обратная схема, где ведущим потоком служит воздух, а ведомым – топливо. Расходы газообразного топлива и воздуха измеряются обычно дросселирующими устройствами: диафраг­мами, соплами, трубами Вентури. Расход мазута измеряют рас­ходомерами постоянного перепада или объемными расходомерами.

Поскольку объектом регулирования соотношения является участок трубопровода между датчиком расхода воздуха и регулирующим органом, то запаздывания в системе невелики. Например, при аппроксимации переход­ной характеристики, снятой на нагревательном колодце, кривой первого порядка с чистым запаздыванием параметры имеют сле­дующие значения: чистое запаздывание τ = 0,2…0,3 с, постоян­ная времени Т = 0,6…0,7 с. Удовлетворительное качество регу­лирования соотношения получают обычно при использовании И-регуляторов различных конструкций [15].

Реферат: работа по дисциплине: «Автоматизация технологических процессов» на тему: «Автоматизация методической печи. Разработка автоматической системы регулирования соотношения топливо-воздух сварочной зоны»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электронных систем

Курсовая работа

по дисциплине: «Автоматизация технологических процессов»

на тему: «Автоматизация методической печи.

Разработка автоматической системы регулирования

соотношения топливо-воздух сварочной зоны»

Выполнил: ст. гр. ЭС-06-2

Руководитель: ст. преп. Михайлюк Г.Д.

Пояснительная записка 20 с., 8 рис., 5 табл., 4 источника.

Объект разработки — автоматическая система регулирования соотношения топливо-воздух в сварочной зоне методической печи.

Цель работы — обеспечение требуемого качества регулирова­ния соотношения топливо-воздух в сварочной зоне методической печи.

Выбрана структура автоматической системы регулирова­ния, разработана математическая модель объекта регулирова­ния, выполнен синтез АСР (Кр1 =2.987, Ти1 =0.632 с), которая обеспечивает минимум среднеквадратичной ошибки при показателе колебательности М=1.4(запас устойчивости по модулю Н=0.81 а по фазе φ=55 град.). Автоматическая система регулирования обеспечивает приемлемое качество регулирования при отработке задания (время регулирования tp =0.98 c; перерегулирование σ=7.14%; ста­тическая ошибка ξ=0) и подавлении возмущений (время регулирования tp =1 c; статическая ошибка ξ=0; максимальное динамическое отклонение умакс.=0.26) .

ОБЪЕКТ АВТОМАТИЗАЦИИ, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ, АСР, ПАРАМЕТРЫ НАСТРОЙКИ, СИНТЕЗ, АНАЛИЗ.

1 Характеристика объекта автоматизации и выбор

структуры управления ……………………………………………. …. 5

2 Разработка математической модели объекта

4 Анализ качества работы АСР.……………………………………………….12

Современное производство характеризуется по­вышением мощности и производительности агрегатов, интенсификацией технологических процессов, их механизацией и автоматизацией.

В связи с этим существенно возросла роль и ответствен­ность автоматического управления и регулирования, так как каждый процент экономии материальных и энергетических ресурсов приносит существенный эффект, а каждая, даже небольшая ошибка управления приводит к большим абсолютным потерям материалов, топлива, электроэнергии, снижает производитель­ность агрегатов и качество производимой продукции.

Основной задачей управления технологическим агрегатом явля­ется создание в нем наиболее благоприятных условий для протекания технологических и теплоэнергетических процессов.

С этой целью применяют автоматические системы регули­рования (АСР), предназначенные для стабилизации технологических параметров на заданном уровне.

В промышленных АСР наиболее широкое распро­странение получили стандартные ПИ- и ПИД – законы регулирования. Для качественного функционирования АСР все динамические параметры входящих в их состав автоматических регуляторов должны быть оптимально настроены. Решению этой задачи посвящена данная курсовая работа, в котором разработана АСР соотношения топливо-воздух сварочной зоны методической печи. Курсовая работа оформленна в соответствии с методическими указаниями.[1]

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ И ВЫБОР СТРУКТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ

Одной из основных отраслей тяжелой промышленности является черная металлургия. Значительная часть выплавляемой на металлургических заводах стали разливается в изложницы. Полученные слитки перед дальнейшей обработкой поступают в нагревательные колодцы.

Методические печи служат для нагрева заготовок после блюминга или слябинга для дальнейшей прокатки. Они представляют собой печи проходного типа, имеющие несколько зон [2].

Методические печи являются агрегатами непрерывного действия с распределенными параметрами по длине и постоянными во времени температурным и тепловым режимами. Эти агрегаты работают в условиях изменяющихся параметров загружаемого металла: температуры, размеров, марки. Задачей нагрева является получение допустимого перепада температуры по сечению заготовки при заданной конечной температуре поверхности.

Задача управления процессом нагрева металла в методических печах заключается в выборе и поддержании режима работы, обеспечивающего получение металла заданного качества с минимально возможным удельным расходом топлива в условиях переменной производительности агрегата.

Работа печи оценивается по таким основным параметрам: температуре нагрева металла, температуре подогретого воздуха, экономичности сжигания топлива, давлению в рабочем пространстве, равномерности прогрева заготовки, которая оценивается косвенно по усилиям, возникающим при прокатке.

Основными управляющими воздействиями таких печей являются: температура в зонах, которая обеспечивается расходом топлива; расход воздуха к горелкам; изменение тяги дымовой трубы [3].

На методической печи предусмотрено автоматическое регулирование параметров:

— температура в томильной и сварочных зонах;

— соотношение топливо-воздух в тех же зонах;

— давление в рабочем пространстве.

В данном курсовом проекте разработана АСР соотношения топливо-воздух в сварочной зоне методической печи, обеспечивающая экономичное сжигание топлива и высокий коэффициент полезного действия агрегата.

Необходимое качество регулирования соотношения достигается в одноконтурной АСР, структура которой приведена на рисунке 1.1

АРС-01 – автоматический регулятор соотношения топливо / воздух

Цена 33100 руб.

  • Описание
  • Документация
  • Описание
  • Загрузки
НаименованиеРазмерСсылка
Декларация о соответствии АРС-01748.65 КбайтЗагрузить
Паспорт АРС-01613.36 КбайтЗагрузить
Руководство по эксплуатации АРС-01.1348.28 КбайтЗагрузить

Автоматический регулятор соотношения топливо / воздух АРС-01 предназначен для программного регулирования соотношения топливо / воздух горелочного устройства с целью поддержания оптимального режима сгорания топлива. Наиболее эффективен для применения в системах управления многогорелочных котлов. Позволяет разгрузить центральный контроллер.

  • регулирование соотношения топливо / воздух по ПИД-закону;
  • управление в ручном и автоматическом режимах исполнительным механизмом воздуха типа однофазного МЭО* или ЧРП;
  • два режима работы регулятора в автоматическом режиме «Вентиляция» и «ПИД-регулирование»;
  • задание от 2 до 10 точек таблицы соотношения;
  • корректировку таблицы соотношения с помощью температурного коэффициента;
  • индикацию давления (расхода, перепада) топлива и воздуха;
  • индикацию записанной таблицы соотношения топливо / воздух;
  • индикацию режимов работы.

*Примечание: возможно управление 3-фазным МЭО, что необходимо указать во время заказа комплекта (требуется использование дополнительного оборудования).

Технические характеристики регулятора соотношения топливо / воздух АРС-01

Наименование параметраЗначение
Температура окружающей среды, ˚С+5…+50
Относительная влажность воздуха при температуре воздуха +35 ˚С, %30…80
Атмосферное давление, кПа86…107
Средняя наработка на отказ, не менее, час15000
Назначенный срок службы, не менее, лет15
Напряжение питания, В187…244

Описание конструкции и работа изделия

АРС-01 выполнен в виде шкафа КИП и А, в котором установлены:

  • блоки питания регулятора и индикатора БПС-24;
  • клеммные соединители для подключения внешних цепей;
  • автоматический выключатель питания.

На дверце шкафа смонтированы:

  • индикатор-регулятор АРС-01.1 и индикатор АДИ-01.1 давления (расхода, перепада) топлива;
  • тумблер переключения управления ручное / автомат;
  • светодиодные индикаторы режимов управления ручное / автоматическое и режима «Вентиляция».

Ручной режим

Управление исполнительными механизмами происходит при помощи нажатия кнопок «Стрелка вверх» или «Стрелка вниз», расположенных на панели индикатора-регулятора АРС-01.1.

Автоматический режим

При наличии на входе «Режим» сигнала низкого уровня формируются сигналы ПИД-регулирования ИМ воздуха в соответствии с таблицей соотношения и учетом температурного коэффициента коррекции «К».
При наличии на входе «Режим» сигнала высокого уровня:

  • на дискретных выходах управления МЭО в первые 30 секунд* формируются сигналы на закрытие, этот режим используется для разгона вентилятора, после этого формируются сигналы регулирования по ПИД-закону для постоянной заранее заданной уставки давления воздуха, этот режим используется для вентиляции;
  • на токовом выходе в первые 30 секунд* формируется ток 4 мА, впоследствии токовый сигнал управления по ПИД-закону для фиксированной уставки давления воздуха.

Сигнал выбора управления на входе «Режим» формируется при помощи управляющего контроллера.

*Время установки ИМ в закрытое положение может быть изменено и настраивается из меню.

Габаритные размеры шкафа (КС-1.3):

  • ширина – 320 мм;
  • глубин – 130 мм;
  • высота – 275 мм.

Схема использования регулятора

Способ автоматического регулирования соотношения топливо-воздух в нагревательных печах Советский патент 1979 года по МПК F23N1/02

Описание патента на изобретение SU672446A1

(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

В НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПЕЧАХ

На участке подачи топлива (газа) к печи установлена диафрагма I, к которой подсоединены дифманометр 2 и вторичный прибор 3. На участке воздухопровода соответственно установлены диафрагма 4, дифманометр 5 и вторичный прибор-6. Все перечисленные приборы связаны с регулятором 7, магнитным усилителем 8 и исполнительным механизмом 9. Система содержит два задатчика 10 и 11 и контакты 12 и 13 реле (реле на схеме не показано).

Способ автоматического регулирования соотношения топливо-воздух осуществляют следующим образом.

Расход газа измеряется комплектом приборов: диафрагма 1, дифманометр 2, вторичный прибор 3. Расход воздуха измеряется таки.м же комплектом приборов. Сигналы от вторичных приборов 3 и 6 поступают на регулятор 7, который их суммирует и отрабатывает си1нал управления, затем последний усиливается магнитным усилителем 8 и далее поступает на исполнительный механизм 9, поворачивающий регулирующий орган на воздухопроводе. Заданные соотнощения между расходом газа и воздуха устанавливаются с по.мощью задатчиков 10 и 11. На задатчике 10 устанавливается коэффициент расхода воздуха, близкий к единице, на задатчике 11 — коэффициент расхода, определяющий требуе.мый избыток воздуха (в пределах 1,4-2). С учетом выщеизложенных условий при заданном расходе топлива от контактов вторичного прибора 3 включается реле, которое своим нормальнозамкнутым контактом 12 отключает от регулятора задатчик 10 и нормально открытым контактом 13 подключает к немму задатчик 11. С этого момента происходит увеличение расхода воздуха и газа и, следовательно, создаются условия для качественного

нагрева металла в печи и нормальной работы системы регулирования в режиме выдержки. По окончании режима выдержки контактом 13 реле отключается задатчик 11 и вновь подключается к системе регулирования задатчик 10. Система автоматического регулирования переходит в свое первоначальное состояние.

Использование изобретения позволит улучщить качество нагрева в режиме выдержки вследствие увеличения количества продуктов сгорания при автоматическом переключении с задатчика, установленного на коэффициент избытка воздуха, равный единице, на задатчик с коэффициентом избытка воздуха, больщий единицы.

Способ автоматического регулирования соотношения топливо-воздух в нагревательных печах при значительной разнице в расходах топлива и воздуха в режиме выдержки путем переключения с одного задатчика установленного на коэффициент избытка воздуха, равный единице, на другой, отличающийся тем, что, с целью улучщения качества нагрева, второй задатчик устанавливают на коэффициент избытка воздуха, больший единицы, и переключение с первого задатчика на второй производят автоматически при достижении заданного минимального расхода топлива.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Михеев В. П. Сжигание природного газа. Ленинград, «Недра, 1975, с. 296.

2.Авторское свидетельство СССР № 177582, кл. F 23 N 1/02, 1969.

Способ автоматического регулирования соотношения топливо-воздух в топке котла

Владельцы патента RU 2534920:

Изобретение относится к теплоэнергетике, используется в системах автоматического регулирования паровых и водогрейных котлов. Техническим результатом изобретения является нахождение и поддержание режима работы котла с максимальным КПД путем регулирования соотношения «топливо-воздух» в топке котла изменением расхода дутьевого воздуха. Для этого постоянно измеряют расход воды, проходящей через котел, и температуры ее на входе и выходе котла, по значениям которых рассчитывают значение тепловой мощности котла, первоначально увеличивают расход воздуха рабочим органом на величину порядка 2%, через время тепловой инерции сопоставляют текущее значение тепловой мощности с предыдущим значением и дают команду рабочему органу на увеличение расхода воздуха в случае, если мощность оказалось больше предыдущего значения, или на уменьшение расхода, если мощность оказалась меньше предыдущего значения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, используется в системах автоматического регулирования паровых и водогрейных котлов.

Известно, что для обеспечения максимальной экономии топлива паровых и водогрейных котлов, т.е. для работы с максимальным КПД, необходимо снизить суммарные тепловые потери ∑(q2+q3+q4+q5):

Здесь η — коэффициент полезного действия котла, PK=W(Tвых-Tвх) — тепловая мощность (тепловосприятие) котла, равная произведению расхода воды W через котел и ее нагреву в котле (Tвых-Tвх), В — расход топлива, Qн — низшая рабочая теплота сгорания топлива, q2 — относительная потеря тепла с уходящими газами, q3 — потеря тепла от химического недожога топлива, q4 — потеря тепла от механического недожога топлива в слое q и в уносе q4ун, q5 — потеря тепла от наружных поверхностей котла.

Потери тепла котла зависят от его топочного режима, главным образом, от соотношения «топливо — воздух», т.е. от коэффициента избытка воздуха α. Но эта зависимость неоднозначна: если с увеличением избытка воздуха для горения потеря тепла с уходящими газами q2, зависящая от температуры уходящих газов, и потеря тепла с уносом q4ун, зависящая от скорости газов в топке, растут, то потери q3 и q снижаются. Поэтому суммарные потери тепла ∑q зависят сложным образом от избытка воздуха α; существует минимум суммарных потерь тепла при оптимальном значении избытка воздуха αопт (Маргулова Т.Х. «Компоновка и тепловой расчет котлоагрегата» ГЭИ. М.-Л. 1956. 120 с.).

Существующие системы автоматического регулирования котлов, направленные на поддержание соотношения топливо-воздух, близкого к оптимальному, регулируют расход воздуха, сопоставляя измеренные значения некоторых параметров работы котла с заданными значениями, принятыми в качестве «оптимальных». Заданные «оптимальные» значения температуры уходящих газов Тух или содержания продуктов неполного сгорания топлива (СО, Н2, СН4) в уходящих газах находят в предварительных наладочных испытаниях котла для нескольких нагрузок. Полученные значения избытка воздуха а и соответствующие значения температуры и химического состава газов считают оптимальными для данной тепловой мощности (нагрузки) котла и используют для настройки задатчиков системы регулирования. Наиболее близким к предлагаемому способу является «Способ регулирования расхода воздуха» — Авт. свид. 1035343 А (15.08.83, бюллетень №30).

Недостатками известных способов являются:

1. Оптимальное соотношение «топливо-воздух» устанавливают и поддерживают не по минимуму суммарных потерь тепла ∑q, а по минимуму одной из потерь: q2 (Тух), или q3, не учитывая всех потерь тепла, в связи с чем КПД котла не будет максимальным, режим работы котла неоптимален.

2. Для осуществления способа необходимо проведение предварительных наладочных испытаний котла на нескольких нагрузках с определением многих параметров его работы. Для котлов, работающих на твердых топливах, эти испытания достаточно трудоемки.

3. Полученные в наладочных опытах значения параметров работы котла, принятых в качестве оптимальных, неоднозначны, поскольку качество топлива, особенно твердого (рядовых каменных и бурых углей), непостоянно, меняется даже во время наладочных опытов.

4. Необходима перенастройка задатчиков для каждой нагрузки котла при соответствующем расходе топлива, поскольку оптимальное соотношение топливо-воздух меняется. В связи с этим в переходных режимах работы котла система автоматического регулирования должна быть отключена.

Задачей предлагаемого изобретения является нахождение и поддержание максимального КПД работы котла путем регулирования соотношения «топливо-воздух» в топке котла изменением расхода дутьевого воздуха.

В результате использования предлагаемого изобретения обеспечивается работа котла с максимальным КПД.

В предлагаемом способе автоматического регулирования соотношения «топливо-воздух» путем изменения расхода дутьевого воздуха для горения постоянно измеряют расход воды W, проходящей через котел, и температуру ее на входе Tвх и выходе котла Tвых, по значениям которых рассчитывают значение тепловой мощности по выражению PK=W(Tвых-Tвх), первоначально увеличивают расход воздуха рабочим органом на небольшую порядка 1-2% величину, через время тепловой инерции сопоставляют текущее значение тепловой мощности PK с предыдущим значением, и дают команду рабочему органу на увеличение расхода воздуха в случае, если мощность PK оказалось больше предыдущего значения, или на уменьшение расхода воздуха, если мощность PK оказалось меньше предыдущего значения.

Для автоматизации способа используют анализатор, получающий на вход данные измерений расхода воды и температур ее на входе и выходе котла и вырабатывающий команды регулирующему органу. В качестве регулирующего органа используют устройство, изменяющее число оборотов дутьевого вентилятора.

Сущность предлагаемого способа поясняется на фиг.1 и 2.

На фиг.1 представлена схема автоматического регулирования котла,

На фиг.2 представлена зависимость мощности котла PK от расхода воздуха V.

Устройство для осуществления способа содержит котел 1, трубопроводы подвода воды 2 и отвода нагретой воды (пара) 3, подачу топлива 4, линию подвода воздуха 5, дутьевой вентилятор 6, измерительное устройство 7, анализатор 8, регулятор расхода воздуха (рабочий орган) 9.

Устройство работает следующим образом: вода поступает в котел 1 через трубу 2, нагревается, и выходит через трубу 3. Топливо в котел поступает по линии 4, воздух для горения — по трубопроводу 5. Измерительное устройство постоянно измеряет расход воды W и температуры ее на входе Tвх и выходе Tвых котла и направляет значения измеренных величин в анализатор 8. Анализатор рассчитывает мощность котла по выражению Р=W(Tвых-Tвх), сопоставляет с предыдущим значением и вырабатывает команду рабочему органу 9 на открытие или закрытие.

Способ автоматического регулирования осуществляют следующим образом.

При включении системы автоматического регулирования постоянно измеряют расход воды и ее температуры, рассчитывают мощность котла Р, первоначально увеличивают расход воздуха по команде рабочему органу на небольшую порядка 2% величину. Через время тепловой инерции (порядка 1 минуты для небольших котлов) сопоставляют текущее значение мощности PK=W(Tвых-Tвх) с предыдущим значением мощности, и дают команду рабочему органу на увеличение расхода воздуха (открытие) в случае, если мощность PK оказалось больше предыдущего значения PK, или команду на уменьшение расхода воздуха (закрытие), если PK оказалось меньше предыдущего значения. Таким образом находят и поддерживают максимальный КПД (максимальную мощность) при каждой нагрузке котла.

При работе парового котла при расчете мощности вместо температуры воды Tвых используют теплосодержание пара, зависящее от давления и температуры пара на выходе котла.

В переходных режимах работы котла предлагаемый способ будет работать аналогично.

Пример работы системы регулирования показан на фиг.2, где дано изменение тепловой мощности котла PK в зависимости от расхода воздуха. При работе котла в режиме, соответствующем точке 1, первоначальная команда от анализатора рабочему органу на увеличение расхода воздуха приводит к увеличению мощности P2≥P1. В связи с этим анализатором вырабатывается следующая команда рабочему органу на дальнейшее увеличение расхода воздуха. Таким образом, режим работы котла приблизится к оптимальному (максимальной мощности и КПД).

Если исходный режим работы котла соответствует точке 2, то первоначальная команда на увеличение расхода воздуха приведет к снижению мощности, и команда, вырабатываемая анализатором, будет дана на уменьшение расхода воздуха. Режим работы котла будет приближаться к оптимальному. Таким образом, система регулирования постоянно вырабатывает команды на увеличение или уменьшение расхода воздуха, приближая режим работы котла к оптимальному.

При теплотехнических испытаниях водогрейного котла «Братск» со слоевой колосниковой топкой на каменном угле Кузнецкого месторождения марки 2СС при тепловой мощности 0,82 МВт измеренный КПД котла составил 0,77. При этом оптимальное значение коэффициента избытка воздуха составило 1,45.

1. Способ автоматического регулирования соотношения топливо-воздух в топке котла путем изменения расхода дутьевого воздуха для горения топлива, отличающийся тем, что постоянно измеряют расход воды W через котел и температуру ее на входе Tвх и выходе котла Tвых, по значениям которых определяют тепловую мощность котла по выражению PK=W(Tвых-Tвх), первоначально увеличивают расход воздуха рабочим органом на величину порядка 2%, и через время тепловой инерции сопоставляют текущее значение тепловой мощности PK с предыдущим значением, и дают команду рабочему органу на увеличение расхода воздуха в случае, если PK оказалось больше предыдущего значения, или на уменьшение расхода воздуха, если PK стало меньше предыдущего значения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сопоставление значений мощности PK выполняют анализатором, который получает на вход данные измерений расхода воды и температур ее на входе и выходе котла и вырабатывает команды рабочему органу на увеличение или уменьшение расхода воздуха.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве регулирующего органа используется устройство, изменяющее число оборотов дутьевого вентилятора.

Использование газоанализаторов для оптимизации режимов горения топлива

Г.М. Тележко, заместитель директора,
Е.В. Хойна, ведущий специалист,
ООО «Информаналитика», г. Санкт-Петербург

В большинстве применяемых в настоящее время устройств сжигания газового топлива оптимизация режима горения обеспечивается путем поддержания соотношения расходов газа и воздуха (давления перед горелочным устройством) в соответствии с режимной картой. Такой способ является недостаточно эффективным, он не позволяет вести учет изменения температуры и влажности воздуха, теплотворной способности и температуры газа и ряда других внешних факторов. В связи с этим, при составлении режимных карт допускают наличие значительного избытка воздуха, чтобы ни при каких условиях не допустить возникновения химнедожога. В результате в некоторых режимах количество воздуха превышает оптимальное в 1,5-2 раза, что увеличивает расход электроэнергии на дутье и приводит к необходимости нагрева избыточно подаваемого воздуха, т.е. к дополнительному расходу топлива.

Разработанные автоматические системы оптимизации соотношения «топливо-воздух», построенные с использованием стационарных газоанализаторов, ведут процесс регулирования по величине содержания кислорода в отходящих газах. На некоторых типах котлов эти системы регулирования предусмотрены проектной документацией в обязательном порядке. Однако эти системы, как правило, не работают в режиме регулирования, а газоанализатор используется в мониторинговом режиме, что обусловлено рядом причин:

■ концентрация кислорода в дымовых газах зависит не только от интенсивности дутья, но и от других условий эксплуатации (неконтролируемый подсос воздуха, изменение характеристик горелок в процессе эксплуатации, неидентичность горелок в многогорелочных котлах, изменение теплотворной способности топлива, колебания влажности воздуха), что, в свою очередь, снижает эффективность работы системы с регулированием по величине содержания кислорода;

■ ограниченное распространение контроллеров, имеющих устойчивые (надежные) алгоритмы работы с газоанализаторами (многие из разработанных алгоритмов регулирования не учитывают переходные процессы в топке при изменении мощности).

Изучение процесса горения газообразного и жидкого топлива показывает, что при недостатке кислорода проявляется резкое повышение концентрации оксида углерода (СО). Соответственно, система регулирования процесса горения, основанная на измерении концентрации СО, будет обладать более высокой чувствительностью к отклонению режима горения от оптимального. Регулирование в этом случае сводится к поддержанию режима на грани химнедожога, что позволяет учитывать изменение большинства других факторов, влияющих на качество сжигания топлива.

Применение вышеуказанного метода, до недавнего времени, сдерживалось отсутствием достаточно надежного, простого и быстрого способа измерения концентрации СО. Системы с отбором и последующим охлаждением пробы, измеряющие концентрации по поглощению в инфракрасной области спектра, либо с помощью электрохимических сенсоров, имели низкое быстродействие, были сложны в эксплуатации, требовали постоянного контроля системы удаления конденсата и пыли. Попытки использовать для измерения неравновесные электрохимические методы оказались неудачными вследствие нестабильности характеристик датчиков и невозможности исключить влияние параметров анализируемой среды (температуры, влажности, состава газа).

В последнее время были разработаны приборы с использованием твердотельных датчиков, которые способны быстро и воспроизводимо измерять содержание СО в дымовых газах и печной атмосфере. Особенностью одного из таких газоанализаторов, разработанного при участии специалистов компании «Информаналитика», является использование керамических сенсоров, определяющих содержание СО и О2 при температурах анализируемого газа до 1000 О С, что позволяет использовать схему динамического отбора пробы (см. рис. 1): за счет набегающего потока отходящих газов, в скошенном оголовке трубы пробоотборного устройства возникает избыточное давление, направляющее часть анализируемого потока к сенсорам; после прохождения вблизи сенсоров эта часть потока возвращается в общий поток отходящих газов.

Использование метода динамического отбора пробы позволяет существенно упростить и снизить стоимость системы, что делает эффективным ее использование даже для энергетических установок невысокой мощности. Ограничение в использовании метода динамического отбора пробы — скорость потока, при которой обеспечивается надежная подача пробы к сенсорам. Как показал опыт, достаточной является скорость газового потока 3 м/с. Сочетание динамического отбора пробы и использование высокотемпературных сенсоров позволяет избавиться от проблем, связанных с конденсацией продуктов горения в системе отбора пробы, и, кроме того, существенно увеличивает быстродействие системы в целом.

Передача данных от первичного преобразователя к блоку индикации осуществляется при помощи интерфейса RS-485. Блок индикации позволяет считывать текущие значения концентрации СО и О2, кроме этого, он служит для формирования управляющих токовых сигналов 4-20 мА. Расстояние, на которое может быть отнесен блок индикации от места монтажа пробоотборного устройства и первичного преобразователя, достигает 500 м, а при необходимости и более, хотя такой случай представляется маловероятным. Диапазоны измерения и погрешности измерения газоанализатора приведены в табл. 1.

Таблица 1. Диапазоны измерения и погрешности измерения газоанализатора.

Определяемый компонентДиапазон измеренияПредел допускаемой основной погрешности
абсолютныйотносительный
Оксид углерода (СО)0-100 ppm±15 ppm
100-1000 ppm±15%
Кислород (02)0-2%±0,3%
2-25%±15%

Измерение оксида углерода быстродействующим твердотельным датчиком является наиболее удобным методом определения химнедожога (высокое быстродействие, отсутствие необходимости обслуживания и т.п.). На графике (рис. 2) приведены результаты измерения концентрации О2 и СО при изменениях расхода (давления) воздуха на постоянной нагрузке. Исследования проводились на котле ДКВР-20/13 с использованием рассматриваемого многокомпонентного газоанализатора. Из графика видно, что на грани химнедожога малейшее (возможное для регулятора данного котла) изменение расхода воздуха приводит к резкому скачку концентрации оксида углерода. При этом содержание кислорода в отходящих газах меняется незначительно. Колебания значений концентрации СО на грани химнедожога имеют очень ярко выраженный характер и связаны как с динамикой процесса горения, так и с невозможностью тонкой регулировки подачи воздуха и нестабильностью его потока.

Появление химнедожога характеризуется резким скачком концентрации СО, что предъявляет особые требования к контроллеру и алгоритму регулирования. Для того чтобы эффективно вести процесс регулирования с различными типами регуляторов и исполнительных механизмов контроллер должен быть настроен не на поддержание определенной концентрации СО в дымоходе, а на обеспечение режима горения на грани появления химнедожога, циклически снижая расход воздуха до появления всплеска концентрации СО с последующим минимальным увеличением расхода воздуха, дабы избежать химнедожога.

В качестве примера реализации такого алгоритма можно привести работу контроллера отечественного производства в комплекте с представленным выше газоанализатором на котле ДКВР-20/13 (рис. 3). Как видно на графике, контроллер позволяет задавать скорость снижения расхода воздуха (Т2 и Т4), величину «отскока» расхода воздуха при появлении химнедожога (Т5), а также время нечувствительности (Т6), в течение которого контроллер поддерживает расход воздуха постоянным, после чего опять начинает его снижение. Обычно, весь цикл «снижение-отскок-поддержание» составляет от 2 до 5 мин и определяется пользовательскими настройками в зависимости от типа топливосжигающего агрегата.

Из рис. 3 следует, что после включения газоанализатора в процесс регулирования контроллер постепенно снизил давление воздуха, подаваемого на горение приблизительно со 120 до 80 кПа (до появления всплеска концентрации СО), и стал приводить соотношение топливо-воздух к оптимальному значению для данных условий горения.

Пример работы системы регулирования при постоянной нагрузке в стационарных условиях приведен на рис. 4. При изменении нагрузки котла система сама «ищет» новое оптимальное соотношение топливо- воздух (рис. 5).

Такой подход позволяет вести процесс сжигания топлива наиболее оптимальным образом на всех режимах, при практически любых изменениях условий эксплуатации и с любыми регуляторами и исполнительными механизмами. Он особенно эффективен при применении в котлах малой мощности, поскольку является самоадаптивным, т.е. фактически самостоятельно в процессе работы корректирует режимную карту. В табл. 2 представлены параметры работы котла ДКВР-20/13 и результаты экономии топлива при различной тепловой нагрузке. Из таблицы видно, что экономия топлива может составлять от 2,5 до 6%. Опыт эксплуатации таких систем регулирования на мощных энергетических котлах показывает несколько меньшую экономию в процентном выражении, но учитывая объемы потребления газа, экономия оказывается значительной. Например, испытания на Казанской ТЭЦ, проводимые в марте 2011 г, показали, что при нагрузке 234 т пара в час применение регулирования «на грани появления химнедожо- га» позволило вырабатывать на 1,5% больше пара при том же расходе газа, что составило экономию топлива — 260 м 3 /ч.

Таблица 2. Экономическая эффективность оптимизации режимов работающего в котельной 2-я Красносельская ЮЗФ горения на примере котла ДКВР-20, ТЭК СПб (котел № 4).

В заключение необходимо упомянуть, что описанный в статье метод регулирования пригоден для использования на различных типах котлов (как водогрейных, так и энергетических), работающих на газообразном и жидком топливе. Для угольных котлов, ввиду того, что горение угля является гораздо более сложным процессом, зависимость концентрации СО от соотношения топливо-воздух имеет индивидуальный характер и определяется:

■ особенностями конструкции котлоагрегата;

■ процедурой подготовки топлива;

■ характеристиками используемых углей.

Рассмотрение особенностей оптимизации топливосжигания в угольных котельных выходит за рамки данной статьи и будет проведено в отдельной работе.

Выводы

1. Современная инструментальная база позволяет реализовать эффективные механизмы регулирования процесса горения в топках котлов при использовании для регулирования непрерывного контроля эмиссии оксида углерода.

2. Для обеспечения тонкой регулировки режимов подачи воздуха необходимо использование соответствующих исполнительных механизмов (предъявляются жесткие требования к точности исполнительных механизмов).

3. Наиболее эффективным методом регулирования режима горения является использование сразу двух каналов регулирования — по СО (основной канал регулирования) и по О2 (контрольный канал соответствия режимной карте), для чего разработаны соответствующее техническое обеспечение и алгоритмы управления.

Соотношение бензина и воздуха в двс

Оптимальное соотношение бензина и воздуха в двигателе

В данной статье расскажем, что такое бедная или богатая смесь бензина и воздуха. Какие пропорции оптимальны для работы двигателя. Мелкодисперсная смесь атмосферного воздуха и жидкого топлива с небольшим включением парообразной фазы называется топливно-воздушной смесью или ТВС. Именно она, сгорая в цилиндрах двигателя, придает поступательное движение поршням и обеспечивает движение автомобиля.

В зависимости от своей структуры, ТВС может быть гомогенной (однородной по своему составу), или обладать слоистой структурой. В зависимости от вида нагрузки, заложенных параметров экономии топлива, и требуемого состава выхлопных газов (содержания вредных веществ и окислов азота), система впрыска топлива самостоятельно выбирает наиболее оптимальную структуру топливно-воздушной смеси.

СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДВИГАТЕЛЯХ

В двигателях внутреннего сгорания горючая смесь требуемого состава приготавливается из топлива и воздуха в специальном устройстве – карбюраторе, а затем подается в нужном количестве непосредственно в цилиндры двигателя.

Смесь, в которой на 1 кг бензина приходится 15 кг воздуха (со стандартным содержанием кислорода), принято называть нормальной. Если быть точным, смесь в соотношении бензина и воздуха в соотношении 1:14,7 называют стехиометрической. Если на ней работает двигатель, его мощность достаточно высока при неплохой экономичности.

Уменьшим поступление воздуха до 12,5 – 13 кг. Смесь обогатится (бензином) – станет мощностной, потому что, сгорая в цилиндрах наиболее быстро, создает максимальное давление на поршни, а значит высокую мощность. Правда, экономичность ухудшается на 15-20%. Если при сгорании на 1 кг бензина затрачивается от 13 до 15 кг воздуха смесь называют обогащенной, если менее 13 кг воздуха – богатой.

Дальнейшее обогащение 5-6 кг воздуха на 1 кг топлива приводит к тому, что способность смеси к воспламенению ухудшается настолько, что двигатель может остановиться. Если соотношение бензина и воздуха станет 1:5, то смесь не воспламеняется.

Если стремиться к экономичности, воздуха к смеси следует немного добавить – до 15-17 кг на 1 кг бензина. Такую смесь называют обедненной. Расход бензина становится минимальным, правда потеря мощности до 8-10% в сравнении с “мощностной”. Если воздуха свыше 17 кг – смесь такого состава называют бедной. Смесь при соотношении бензина и воздуха 1:21 и более не воспламеняется.

Нельзя обеднять смесь беспредельно: когда воздуха больше 20 кг на 1 кг бензина, воспламенение от искры станет ненадежным и может прекратиться. Пока он работает на бедной смеси, нечего ждать достаточной мощности и, как ни странно, экономичности. Ведь тяговые характеристики машины ухудшаются настолько, что водитель вынужден ее “подхлестывать”, переходя на пониженную передачу там, где легко ехал на высшей.

На слишком богатой смеси, мощность мотора существенно снижается, а расход бензина увеличивается. Значит, богатая или, хуже, переобогащенная смесь – это избыток бензина или недостаток воздуха.

ДЛЯ ЧЕГО ОБЕДНЯЮТ СМЕСЬ?

Смесь обеднять нужно в любом случае – это экономичность и токсичность при одинаковой мощности. Топливовоздушная смесь воспламеняется от искры в некотором диапазоне концентраций. Направленным движением воздуха (зависит от формы коллектора, клапанных каналов, камеры сгорания поршня) в цилиндре и факелом впрыскиваемого топлива можно достичь локальной “богатой” смеси в районе свечи зажигания на всех режимах работы, что позволит ей надёжно воспламеняться. При этом суммарно смесь в цилиндре будет “бедной”.

На некоторых режимах (х.х., низкая нагрузка) нет необходимости в большой дозе топлива. Соответственно, нет необходимости и в большом количестве воздуха. Для таких режимов могут уменьшить количество воздуха, например, не открывая один из двух впускных клапанов или сильно искажая фазы их открытия/закрытия, создавая дополнительное сопротивление на выпуске.

На режимах больших нагрузок открывается все, что можно и врыскиваемое топливо закруживается воздухом в цилиндре таким образом, что смесь у свечи будет локально богатой и, главное, будет обеспечено “плавное” последовательное воспламенение и сгорание порций топлива в этом вихре “цлиндровых страстей”. Т.е., смесь предельно обедняется, но лишь вихри воздуха помогают её нормально сжигать.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

13.3 Автоматическое регулирование соотношения топливо-воздух. Соотношение воздух топливо

Бедная или богатая смесь (состав топливно-воздушной смеси) http://www.230km.ru/stat.php?id=199

— Мы в автомобилях имеем дело с бензином и воздухом. Смесь, в которой на 1 кг паров бензина приходится 14,7 кг воздуха (со стандартным содержанием в нем кислорода), принято называть нормальной (стехиометрической). Если на ней работает двигатель вашего автомобиля, его мощность достаточно высока при неплохой экономичности.

Стехиометрический состав — это теоретически верное соотношение топлива и воздуха, при котором в процессе горения кислород воздуха и топливо будут израсходованы полностью без остатка.

Соотношение воздуха к топливу обычно обозначают аббревиатурой AFR (air to fuel ratio). Самым оптимальным соотношением воздуха к топливу считается когда к 14.7 части воздуха подается 1 часть топлива, т.е AFR =14.7.

— Уменьшим поступление воздуха до 12,5-13 кг. Смесь, как принято говорить, обогатится (бензином) — станет так называемой мощностной , потому что, сгорая в цилиндрах наиболее быстро, создает максимальное давление на поршни, а значит, высокую мощность. Правда, экономичность ухудшается довольно ощутимо, на 15-20% в сравнении с «идеалом». Каким? Если стремиться к экономичности, воздуха к смеси следует немного добавить — до 16 кг на 1 кг бензина. Такую смесь и называют экономичной . Расход бензина становится минимальным, правда, ценой некоторых потерь мощности — до 8-10% в сравнении с «мощностной». Смесь такого состава принято называть обедненной . Если при сгорании на 1 кг бензина затрачивается лишь 11-12 кг воздуха, смесь называют богатой. Дальнейшее обогащение 5-6 кг воздуха на 1 кг топлива приводит к тому, что способность смеси к воспламенению ухудшается настолько, что двигатель вообще может остановиться.
— Нельзя обеднять смесь беспредельно: когда воздуха больше 20 кг на 1 кг бензина, воспламенение от искры станет ненадежным и может вообще прекратиться. А пока он хоть как-то работает на бедной смеси, нечего ждать не только достаточной мощности, но и, как ни странно, экономичности. Ведь тяговые характеристики машины ухудшаются настолько, что водитель вынужден ее «подхлестывать» — например, переходя на пониженную передачу там, где вчера легко ехал на высшей.
— Не каждый обладает необходимым опытом, чтобы без каких-либо приборов, просто по ощущению, правильно оценить состав смеси, поступающей в цилиндры двигателя на различных режимах работы. Правда, ему может «посодействовать» в этом ГАИ, остановив для проверки «на СО». Тогда приобретенный таким образом опыт становится — буквально! — очень дорогим.


Рис. Зависимость основных характеристик двигателя от состава топливно-воздушной смеси

— Положим, однако, что вы наблюдательны и своевременно заметили: в теплый летний день выхлопные газы отчетливо видны невооруженным глазом. Дым, дымок. Есть о чем подумать! Выхлопные газы исправного двигателя — по крайней мере, внешне — выглядят чистыми, прозрачными. Откуда же дым?
— Основных причин две. Первая — износ деталей двигателя, о чем мы говорили неоднократно. В цилиндры проникает масло и, сгорев, создает красивый голубой шлейф за кормой и довольно неприятный запах гари в салоне. Подышав ею неделю-другую, вы поймете, что с мотором пора что-то делать: заменять детали, растачивать и т. п. Ситуация, действительно, неприятная, но никогда не путайте ее с другой — когда неполадки возникают в системе питания.
— Двигатель, расходующий много масла, можно отрегулировать так, что окиси углерода (СО) в выхлопе почти не будет (хотя даже голубой дымок не пахнет французскими духами). Но серый или, еще хуже, черный дым из трубы — позор для настоящего автолюбителя! Тут — вина только ваша или того «дяди», которому вы доверили регулировку карбюратора. Как мы уже говорили, это признак богатой смеси. Ни на каких режимах его быть не должно, поскольку содержание «СО» в выхлопе может превысить допустимое в несколько раз!
— Но и это не все. На слишком богатой смеси, как было сказано, мощность мотора существенно снижается, а расход бензина увеличивается. А значит, тотчас и мнение о вас сложится как о беспомощном «чайнике» — ну, кому это понравится?
— Казалось бы, что проще: давайте регулировать карбюратор так, чтобы смесь на любых режимах оставалась бедной — не будет ни «СО», ни черного дыма! На деле не все так просто. Карбюратор, даже простейший, должен позволять двигателю приемлемо работать на самых разнообразных режимах, согласовать которые иногда трудно. Зачастую, обеспечивая работу на одном режиме, жертвуют какими-то характеристиками на другой — тем самым оптимизируют работу машины как целого. Например, холодный пуск (зимой) требует сильного обогащения смеси, при горячем же (когда двигатель достиг максимальной эксплуатационной температуры) такое обогащение, наоборот, недопустимо, — и карбюратор должен готовить смесь, соответствующую каждой из этих ситуаций. Другой пример: когда мотор не связан с колесами (передача выключена), вы имеете дело с «нормальным» холостым ходом двигателя. Но если сбросить газ на высокой скорости, не разъединяя связи мотора и колес, — это тоже холостой ход, «принудительный». Понятно, здесь режимы существенно различны! И снова карбюратор должен готовить то, что нужно для каждого.
— Нагрузочных режимов — великое множество. Если максимальная мощность достигается при определенных условиях — скажем, полный газ при 5500 об/мин, то промежуточные значения мощности можно получить (и реализовать на ведущих колесах) по-разному: меняя обороты коленвала, степень открытия дросселей и передачу.
— Не забудем и о всевозможных переходных режимах, когда меняются и скорость движения, и открытие дросселей карбюратора, наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью, ее состав, давление, температура.

(Из мануала по впрысковы системам)

Запуск двигателя. В этом режиме для облегчения запуска ECU «богатит» смесь. AFR варьируется в среднем от 2 до 12. Показания лямбды компьютером не учитываются.
Прогрев двигателя. По мере роста температуры двигателя, которую ECU определяет с помощью датчика температуры охлаждающей жидкости показатель AFR изменяется в сторону обеднения, т.е количество топлива относительно воздуха уменьшается. Показания лямбды до полного прогрева также не учитываются.
Холостой ход. При условии, что двигатель прогрет AFR на холостых оборотах максимально приближен к стехиометрическому, т.е. равняется 14.7:1.
Движение с постоянной скоростью, плавное увеличение скорости. AFR варьируется в пределах от 14.5 до 15.9, т.е. смесь бедная. Даже если обороты двигателя являются высокими, но педаль газа нажата не больше чем на половину — показатель AFR останется в тех же пределах. При данной нагрузке в приготовление смеси вмешивается лямбда зонд, т.е. двигатель начинает работать в режиме closed loop (замкнутый контур).
Резкое ускорение. Как только педаль газа упираем в пол и дроссельная заслонка полностью открывается компьютер переходит на смесь, которая обеспечивает максимальную мощность , при этом показания лямбда зонда не учитываются, а AFR варьируется от 11.9 до 12, т.е смесь богатится.
Торможение двигателем. При торможении двигателем, когда включена передача, а дроссель полностью закрыт (педаль газа не нажата), ECU сильно беднит смесь. Именно поэтому тормозить двигателем или подкатывать к светофору на передаче считается экономичнее, чем езда накатом на «нейтралке».

13.3 Автоматическое регулирование соотношения топливо-воздух. Соотношение воздух топливо

Группа: New
Сообщений: 5
Регистрация: 1.10.2015
Пользователь №: 279140

Группа: Участники форума
Сообщений: 3319
Регистрация: 31.1.2010
Из: г. Изобильный
Пользователь №: 45516

Режимную карту может делать любой желающий, имеющий желание и газоанализатор. Никаких разрешений не нужно. Меняйте сколько угодно в лучшую сторону, если гарантируете безопасную работу котла. Как то так. Короче, бардак полный.
Но, наладчики и так сделали минимум, так что с экономией вряд ли прокатит.

Сообщение отредактировал CNFHSQ — 24.10.2015, 21:50

Группа: Участники форума
Сообщений: 709
Регистрация: 18.3.2008
Пользователь №: 16652

сам себе Sapiens

Группа: Участники форума
Сообщений: 9824
Регистрация: 21.5.2005
Из: г. Владимир
Пользователь №: 797

Группа: Участники форума
Сообщений: 3319
Регистрация: 31.1.2010
Из: г. Изобильный
Пользователь №: 45516

Чреватый, при малейшем колебании режима, покрытием поверхностей нагрева сажей и снижением экономичности. В таком, экономичном режиме, должен быть постоянный мониторинг и регулирование.

Сообщение отредактировал CNFHSQ — 1.11.2015, 17:56

Группа: Участники форума
Сообщений: 161
Регистрация: 13.11.2007
Из: Ростовская обл.
Пользователь №: 12817

Группа: Участники форума
Сообщений: 709
Регистрация: 18.3.2008
Пользователь №: 16652

я не правильно понял тему. я подумал они покупают газоанализатор и собираются сами крутить настройки, а они ставят систему кислородного регулирования. но мне кажется, её без наладчиков запустить не получится. я вот например один раз сталкивался с такой системой и не смог ее осилить, чего греха таить хотя вроде наладчик с опытом.
во всяком случае такие системы работают вполне законно. экономия может быть такая: снижение избытка воздуха на 0,1 дает около 0,5% КПД. а уж экономический эффект сами считайте

Сообщение отредактировал lentyai — 1.11.2015, 23:40

Группа: Участники форума
Сообщений: 709
Регистрация: 18.3.2008
Пользователь №: 16652

но фокус в том что применение такой системы не даст никакого снижения избытка. поскольку система просто поддерживает соблюдение приемлемых рекомендуемых избытков на уровне 1,15-1,2 которые и так выставляются при любой наладке. насколько я помню, выставить более низкие избытки там не позволяют ограничения параметров. любой может скачать инструкции производителей и увидеть, что реально там можно настроить. не надо думать что система будет вам сжигать газ в стехиометрическом соотношении. вообще эти системы применяются в европе при использовании газов переменного состава — СУГ и всякие смеси, т.н. «городской газ». у нас же с северных месторождений идет фактически чистый метан, колебания состава незначительны, т.о. отслеживать состав уходящих газов необходимости нет.

Сообщение отредактировал lentyai — 2.11.2015, 0:05

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector