[go: up one dir, main page]

RU2838110C1 - Device for complete premixing of natural gas and air - Google Patents

Device for complete premixing of natural gas and air Download PDF

Info

Publication number
RU2838110C1
RU2838110C1 RU2024112296A RU2024112296A RU2838110C1 RU 2838110 C1 RU2838110 C1 RU 2838110C1 RU 2024112296 A RU2024112296 A RU 2024112296A RU 2024112296 A RU2024112296 A RU 2024112296A RU 2838110 C1 RU2838110 C1 RU 2838110C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
air
swirler
damper
throttle
Prior art date
Application number
RU2024112296A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Александрович Абраженин
Максим Александрович Грибов
Алексей Сергеевич ОРЕХОВ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ГЕФФЕН"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ГЕФФЕН" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ГЕФФЕН"
Application granted granted Critical
Publication of RU2838110C1 publication Critical patent/RU2838110C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: heat power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of heat engineering, in particular to the low-pressure natural gas combustion device in the furnaces of hot water boilers. Device for complete premixing of natural gas and air contains in-series connected shutoff device, supply gas nozzle with low pressure gas volumetric flow sensor, throttle with damper and swirler, located on suction nozzle of centrifugal fan in gas vacuum area, wherein the outlet of the centrifugal fan is connected to the gas-air mixture supply pipe to the burner pipe, which is equipped with a gas-air mixture volumetric flow sensor, wherein the shutoff device, the throttle with a damper with a drive and a swirler, as well as sensors of volumetric flow rate of gas and gas-air mixture are connected to an electronic control unit made with possibility of regulating and maintaining gas-air ratio. A throttle with a damper, a swirler, a shutoff device and a gas supply nozzle are installed on a bearing plate fixed on a centrifugal fan.
EFFECT: improving the quality of natural gas combustion by supplying the burner pipe with a prepared combustible gas-air mixture in a rational gas-to-air ratio.
6 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к устройству сжигания природного газа низкого давления в топках водогрейных котлов, и предназначено для полного предварительного смешения природного газа с воздухом перед подачей к горелочной трубе водогрейного котла для последующего сжигания, а также регулирования и поддержания постоянного соотношения газ-воздух в широком диапазоне модуляции тепловой мощности котла.The invention relates to the field of thermal power engineering, in particular to a device for burning low-pressure natural gas in the furnaces of hot water boilers, and is intended for complete preliminary mixing of natural gas with air before feeding it to the burner tube of the hot water boiler for subsequent combustion, as well as regulating and maintaining a constant gas-air ratio in a wide range of modulation of the boiler's thermal power.

Известно устройство для смешения горючего газа и воздуха (патент РФ №2693538, опубл. 03.07.2019 г.), содержащее воздухопровод для подачи воздуха для горения, газопровод для подачи горючего газа, который снабжен внешним регулировочным клапаном, при этом сенсоры объемного расхода располагаются только на первом и втором измерительных трубопроводах, подводящих газ.A device for mixing combustible gas and air is known (RU Patent No. 2693538, published on July 3, 2019), comprising an air duct for supplying combustion air, a gas duct for supplying combustible gas, which is equipped with an external control valve, while the volumetric flow sensors are located only on the first and second measuring pipelines supplying gas.

Недостатками такого устройства является отсутствие измерительного датчика после вентилятора, то есть уже после смешения природного газа с воздухом и образования газовоздушной смеси для подачи к горелочной трубе, что дает меньшую точность измерения количества объемного расхода среды, нагнетаемой в камеру сгорания. При этом устройство для смешения снабжено такими дополнительными элементами, как внешний клапан, работающий в качестве регулятора массового расхода газа, расположенного на подающем газопроводе, а также дополнительными измерительными трубопроводами, что в целом значительно усложняет конструкцию устройства.The disadvantages of such a device are the absence of a measuring sensor after the fan, i.e. after mixing natural gas with air and forming a gas-air mixture for feeding to the burner pipe, which provides less accuracy in measuring the volumetric flow rate of the medium pumped into the combustion chamber. At the same time, the mixing device is equipped with such additional elements as an external valve operating as a gas mass flow regulator located on the supply gas pipeline, as well as additional measuring pipelines, which significantly complicates the overall design of the device.

Известно устройство для смешения горючего газа и воздуха (патент РФ №2511783, опубл. 10.04.2014 г.), принятое за наиболее близкий аналог к заявляемому решению, содержащее цилиндрический корпус, стабилизатор, завихритель газа, при этом цилиндрический корпус снабжен регулируемым шибером для подачи воздуха. Также устройство содержит датчик излучения пламени, который преобразует излучение в электрический сигнал и сравнивает величину этого сигнала с требуемой величиной по оптимальному режиму. В результате вырабатывается сигнал регулировки расхода воздуха с помощью электродвигателя, перемещающего заслонку шибера, в соответствии с тепловой нагрузкой устройства.A device for mixing combustible gas and air is known (RU Patent No. 2511783, published on 10.04.2014), accepted as the closest analogue to the claimed solution, containing a cylindrical body, a stabilizer, a gas swirler, while the cylindrical body is equipped with an adjustable damper for air supply. The device also contains a flame radiation sensor, which converts radiation into an electrical signal and compares the value of this signal with the required value for the optimal mode. As a result, a signal is generated for adjusting the air flow using an electric motor moving the damper flap, in accordance with the thermal load of the device.

Недостатком рассмотренного решения является неточность регулировки подачи газа на входе устройства за счет анализа только тепловой энергии газовоздушной смеси на его выходе, а также неточность химического состава газовоздушной смеси в широком диапазоне модуляции тепловой мощности.The disadvantage of the considered solution is the inaccuracy of the gas supply regulation at the device input due to the analysis of only the thermal energy of the gas-air mixture at its output, as well as the inaccuracy of the chemical composition of the gas-air mixture in a wide range of thermal power modulation.

Технической задачей изобретения является создание устройства для полного предварительного смешения природного газа и воздуха, обеспечивающего полное сжигание топлива с избытком воздуха в широком диапазоне мощностей с низкой эмиссией вредных выбросов, а также повышение надежности и упрощение конструкции устройства по сравнению с существующими аналогами.The technical objective of the invention is to create a device for complete preliminary mixing of natural gas and air, ensuring complete combustion of fuel with excess air in a wide range of capacities with low emissions of harmful emissions, as well as increasing the reliability and simplifying the design of the device in comparison with existing analogues.

Техническим результатом изобретения является повышение качества сжигания природного газа за счет подачи к горелочной трубе подготовленной горючей газовоздушной смеси в рациональном соотношении газ-воздух за счет конструктивных особенностей решения.The technical result of the invention is an increase in the quality of combustion of natural gas by supplying a prepared combustible gas-air mixture to the burner pipe in a rational gas-air ratio due to the design features of the solution.

Технический результат достигается при использовании устройства для полного предварительного смешения природного газа и воздуха, содержащего последовательно соединенные запорное устройство, подводящий газовый патрубок с сенсором объемного расхода газа низкого давления, дроссель с заслонкой и завихрителем, расположенный на всасывающем патрубке центробежного вентилятора в области разряжения газа, при этом выход центробежного вентилятора соединен с патрубком подачи газовоздушной смеси к горелочной трубе, снабженным сенсором объемного расхода газовоздушной смеси, причем запорное устройство, дроссель с заслонкой с приводом и завихрителем, а также сенсоры объемного расхода газа и газовоздушной смеси соединены с электронным блоком управления, выполненным с возможностью регулирования и поддержания соотношения газ-воздух.The technical result is achieved by using a device for complete preliminary mixing of natural gas and air, comprising a series-connected shut-off device, a gas supply pipe with a low-pressure gas volumetric flow sensor, a throttle with a damper and a swirler, located on the suction pipe of a centrifugal fan in the gas vacuum region, wherein the outlet of the centrifugal fan is connected to a pipe for supplying a gas-air mixture to a burner pipe, equipped with a sensor for the volumetric flow of the gas-air mixture, wherein the shut-off device, the throttle with a damper with a drive and a swirler, as well as the sensors for the volumetric flow of gas and the gas-air mixture are connected to an electronic control unit, designed with the possibility of regulating and maintaining the gas-air ratio.

В частном случае, дроссель с заслонкой, завихритель, запорное устройство и подводящий газовый патрубок установлены на несущей пластине, закрепленной на центробежном вентиляторе.In a particular case, the throttle with a damper, a swirl valve, a shut-off device and a gas supply pipe are installed on a support plate fixed to a centrifugal fan.

В частном случае, заслонка выполнена в виде зубчатого колеса или в виде сектора с круговым пазом переменного сечения, снабженного зубчатым сектором.In a particular case, the damper is made in the form of a toothed wheel or in the form of a sector with a circular groove of variable cross-section, equipped with a toothed sector.

В частном случае, с одной стороны завихрителя выполнено сопло Вентури со встроенными в него коаксиальным патрубком, через которое газ подается в завихритель, а с другой стороны выполнено отверстие для подачи газовоздушной смеси в центробежный вентилятор.In a particular case, on one side of the swirler there is a Venturi nozzle with a coaxial pipe built into it, through which gas is supplied to the swirler, and on the other side there is an opening for supplying the gas-air mixture to the centrifugal fan.

В частном случае, электронный блок выполнен с возможностью управления шаговым двигателем, управляющим заслонкой дросселя.In a particular case, the electronic unit is designed with the ability to control a stepper motor that controls the throttle valve.

В частном случае, электронный блок управления выполнен с возможностью регулирования и поддержания постоянного соотношения газ-воздух в широком диапазоне модуляции тепловой мощности водогрейного котла.In a particular case, the electronic control unit is designed with the ability to regulate and maintain a constant gas-to-air ratio in a wide range of modulation of the thermal power of the hot water boiler.

Наличие блока электронного управления и привода заслонки дросселя позволяет точно установить и поддерживать заданное значение соотношения газ-воздух. При этом управление осуществляется на основании показаний сенсоров объемного расхода газа и газовоздушной смеси. Привод стремится установить заслонку дросселя таким образом, чтобы разница между текущим значением расхода газа и теоретически необходимым была минимальной или стремилась к нулю.The presence of an electronic control unit and a throttle valve drive allows you to accurately set and maintain a specified value of the gas-air ratio. In this case, control is carried out based on the readings of the volumetric gas flow and gas-air mixture sensors. The drive strives to set the throttle valve so that the difference between the current gas flow value and the theoretically required one is minimal or tends to zero.

Установка дросселя с заслонкой с приводом и завихрителем на всасывающем патрубке центробежного вентилятора позволяет расположить завихритель газовоздушной смеси напротив всасывающего патрубка вентилятора, что обеспечивает направление всего поступающего потока газа и воздуха строго через вентилятор с проведением последующего съема показаний газовоздушной смеси сенсором объемного расхода, расположенного на выходе центробежного вентилятора, что дает возможность получить более точные данные о газовоздушной смеси, прошедшей через вентилятор для более точного регулирования подаваемой порции газа.The installation of a throttle with a damper with a drive and a swirler on the suction branch of a centrifugal fan allows the swirler of the gas-air mixture to be positioned opposite the suction branch of the fan, which ensures that the entire incoming flow of gas and air is directed strictly through the fan with subsequent readings of the gas-air mixture by a volumetric flow sensor located at the outlet of the centrifugal fan, which makes it possible to obtain more accurate data on the gas-air mixture that has passed through the fan for more accurate regulation of the supplied portion of gas.

Установка дросселя в области разряжения газа позволяет в целом реализовать работу заявляемого устройства. В этой области происходит смешение природного газа, выходящего из подводящего газового патрубка под избыточным давлением, и воздуха из помещения. Попадая в область разряжения на всасывающем патрубке вентилятора, они гарантировано смешиваются и строго направляются к горелочной трубе. При этом вентилятор, подобно вихревому насосу, создает увеличение давления из-за центробежной силы, возникающей при вращении лопастей вентилятора и действующей на газовоздушную смесь, при этом газовоздушный поток двигается из области разряжения до вентилятора (на всасывающем патрубке, где и установлен дроссель) в область повышенного давления (на нагнетающем патрубке подачи газовоздушной смеси). Тем самым обеспечивается перекачивание газовоздушной смеси из области низкого давления в область, где вентилятор за счет механической работы создает более высокое давление.Installing the throttle in the gas vacuum area allows the operation of the claimed device to be implemented as a whole. In this area, natural gas, exiting the gas supply pipe under excess pressure, and air from the room are mixed. Getting into the vacuum area on the fan suction pipe, they are guaranteed to mix and are strictly directed to the burner pipe. In this case, the fan, like a vortex pump, creates an increase in pressure due to the centrifugal force that occurs when the fan blades rotate and acts on the gas-air mixture, while the gas-air flow moves from the vacuum area to the fan (on the suction pipe, where the throttle is installed) to the high-pressure area (on the discharge pipe for supplying the gas-air mixture). This ensures that the gas-air mixture is pumped from the low-pressure area to the area where the fan creates higher pressure due to mechanical work.

Поддержание соотношения «газ-воздух» предполагает соблюдение требуемой пропорции газа и воздуха. Заявляемое устройство позволяет модулировать тепловую мощность горелки (то есть увеличивать или уменьшать количество сжигаемого газа), при этом процесс сжигания газа должен соблюдаться во всем рабочем диапазоне при заданном и постоянном соотношении газ-воздух для:Maintaining the gas-to-air ratio involves maintaining the required proportion of gas and air. The claimed device allows modulating the thermal power of the burner (i.e. increasing or decreasing the amount of gas burned), while the gas combustion process must be maintained throughout the entire operating range at a given and constant gas-to-air ratio for:

- полноты сжигания топлива;- completeness of fuel combustion;

- правильной и безопасной работы котла и горелочной трубы, которые рассчитаны на работу при строго определенных параметрах горения, зависящих от соотношения газа и воздуха, температуры на горелке, коэффициента избытка воздуха, содержания углекислого газа и т.д.;- correct and safe operation of the boiler and burner pipe, which are designed to operate under strictly defined combustion parameters, depending on the ratio of gas and air, the temperature at the burner, the excess air coefficient, the carbon dioxide content, etc.;

- обеспечения минимального количества вредных выбросов на всем рабочем диапазоне.- ensuring a minimum amount of harmful emissions throughout the entire operating range.

В итоге, рассмотренные конструктивные особенности заявляемого решения обеспечивают постоянное отслеживание и регулировку соотношения газ-воздух для полноценного и качественного процесса сжигания газа.As a result, the considered design features of the claimed solution ensure constant monitoring and regulation of the gas-air ratio for a complete and high-quality gas combustion process.

На фиг.1 показана конструкция заявляемого устройства.Fig. 1 shows the design of the claimed device.

На фиг.2 показана конструкция заслонки с ограничительными элементами в виде направляющего кругового паза.Fig. 2 shows the design of a damper with restrictive elements in the form of a circular guide groove.

На фиг.3а показана конструкция заслонки с ограничительными элементами в виде внешней направляющей, на фиг.3б - вид спереди конструкции завихрителя.Fig. 3a shows the design of the damper with restrictive elements in the form of an external guide, Fig. 3b shows the front view of the swirler design.

На фиг.4а показан вид спереди конструкции завихрителя, на фиг.4б - вид сбоку конструкции завихрителя.Fig. 4a shows a front view of the swirler design, and Fig. 4b shows a side view of the swirler design.

Заявляемое устройство содержит запорное устройство 1 на входе, представляющее собой электромагнитный клапан, которое управляется электронным блоком управления 2 центробежного вентилятора 3.The claimed device contains a shut-off device 1 at the inlet, which is an electromagnetic valve, which is controlled by an electronic control unit 2 of a centrifugal fan 3.

Также устройство содержит несущую пластину 4, на которой с одной стороны закреплен электромагнитный клапан 1 и подводящий газовый патрубок 5, а с другой стороны - дроссель 6 с заслонкой 7 и завихрителем 8.The device also contains a supporting plate 4, on one side of which an electromagnetic valve 1 and a gas supply pipe 5 are fixed, and on the other side - a throttle 6 with a damper 7 and a swirler 8.

Несущая пластина 4 служит для создания кольцевого канала для забора воздуха завихрителем 8, образованным между несущей пластиной 4 и центробежным вентилятором 3.The supporting plate 4 serves to create an annular channel for air intake by the swirler 8 formed between the supporting plate 4 and the centrifugal fan 3.

Подводящий газовый патрубок 5 с сенсором объемного расхода газа 9 расположен на входе дросселя 6. При этом газовый патрубок 5 имеет постоянное и известное сечение, для дальнейшего расчета в алгоритме управления. Сенсор объемного расхода газа 9 подводящего газового патрубка 5 представляет собой термоанемометр, снабженный элементом термокоррекции для обеспечения корректных показаний при различных температурах подводимого природного газа.The supply gas pipe 5 with the volumetric gas flow sensor 9 is located at the input of the throttle 6. In this case, the gas pipe 5 has a constant and known cross-section for further calculation in the control algorithm. The volumetric gas flow sensor 9 of the supply gas pipe 5 is a thermal anemometer equipped with a thermal correction element to ensure correct readings at different temperatures of the supplied natural gas.

Центробежный вентилятор 3 соединен с патрубком подачи газовоздушной смеси 10 к горелочной трубе 11, снабженным сенсором объемного расхода газовоздушной смеси 12. Сенсор 12 представляет собой термоанемометр, снабженный элементом термокоррекции для обеспечения корректных показаний при различных температурах подводимого воздуха и газовоздушной смеси.The centrifugal fan 3 is connected to the gas-air mixture supply pipe 10 to the burner pipe 11, equipped with a sensor for the volumetric flow rate of the gas-air mixture 12. The sensor 12 is a thermal anemometer equipped with a temperature correction element to ensure correct readings at different temperatures of the supplied air and the gas-air mixture.

Электронный блок управления 2 принимает сигналы от сенсора объемного расхода газа 9 подводящего газового патрубка 5 и сенсора объемного расхода газовоздушной смеси 12 патрубка подачи газовоздушной смеси 10 к горелочной трубе 11, а также управляет шаговым двигателем (не показан).The electronic control unit 2 receives signals from the gas volume flow sensor 9 of the gas supply pipe 5 and the gas-air mixture volume flow sensor 12 of the gas-air mixture supply pipe 10 to the burner pipe 11, and also controls the stepper motor (not shown).

Центробежный вентилятор 3 обеспечивает увеличение давления для работы заявляемого устройства, управляемого внешним контроллером водогрейного котла. Под режим работы этого внешнего контроллера котла и подстраивается процесс регулирования соотношения газ-воздух заявляемого устройства.The centrifugal fan 3 provides an increase in pressure for the operation of the claimed device, controlled by an external controller of the hot water boiler. The process of regulating the gas-air ratio of the claimed device is adjusted to the operating mode of this external boiler controller.

Дроссель 6 (фиг.2) представляет собой пластину с выполненным по центру сквозным отверстием 13, на котором происходит регулирование расхода газа. В углублении дросселя 6 выполнены пазы: круговой паз 14 переменного сечения с круговыми направляющими для установки заслонки 7, паз со спиральными каналами 15 для сброса газа с дросселя 6 в завихритель 8, паз 16 для зубчатого сектора заслонки 7. Дроссель 6 снабжен также осью 17 для вращения заслонки 7 внутри него.The throttle 6 (Fig. 2) is a plate with a through hole 13 made in the center, on which the gas flow rate is regulated. In the recess of the throttle 6, grooves are made: a circular groove 14 of variable cross-section with circular guides for installing the damper 7, a groove with spiral channels 15 for discharging gas from the throttle 6 into the swirler 8, a groove 16 for the toothed sector of the damper 7. The throttle 6 is also equipped with an axis 17 for rotating the damper 7 inside it.

Заслонка 7 представляет собой пластину в виде зубчатого колеса (фиг.3а) или в виде сектора с круговым пазом переменного сечения (фиг.3б) для плавного регулирования расхода через дроссель 6, снабженного зубчатым сектором 18 для получения вращательного движения от шестерни шагового двигателя. В заслонке 7 выполнено отверстие 19, на котором осуществляется вращательное движение заслонки 7 внутри дросселя 6.The damper 7 is a plate in the form of a toothed wheel (Fig. 3a) or in the form of a sector with a circular groove of variable cross-section (Fig. 3b) for smooth regulation of the flow through the throttle 6, equipped with a toothed sector 18 for obtaining rotational movement from the gear of the stepper motor. In the damper 7, an opening 19 is made, on which the rotational movement of the damper 7 inside the throttle 6 is carried out.

При этом заслона 7 содержит ограничительные элементы в виде направляющего кругового паза 20 (фиг.3а) или внешней направляющей (фиг.3б) для ограничения угла поворота.In this case, the shutter 7 contains limiting elements in the form of a guide circular groove 20 (Fig. 3a) or an external guide (Fig. 3b) to limit the angle of rotation.

Завихритель 8 представляет собой крыльчатку с радиальными загнутыми лопатками 21 (фиг.4а) и крышкой 22 (фиг.4б). С одной стороны завихрителя 8 выполнено сопло Вентури 23 со встроенными в него коаксиальным патрубком 24, через которое газ попадает в завихритель 8, а с другой стороны выполнено отверстие 25 для подачи газовоздушной смеси в центробежный вентилятор 3.The swirler 8 is an impeller with radial curved blades 21 (Fig. 4a) and a cover 22 (Fig. 4b). On one side of the swirler 8 there is a Venturi nozzle 23 with a coaxial branch pipe 24 built into it, through which the gas enters the swirler 8, and on the other side there is an opening 25 for feeding the gas-air mixture into the centrifugal fan 3.

Встроенный коаксиальный патрубок 24 выполнен в виде коаксиальных каналов: основного канала 26, через который газ попадает в завихритель 8 из дросселя 6, и вспомогательных каналов 27, через который в завихритель 8 попадает газ, отраженный от заслонки 7 дросселя 6.The built-in coaxial branch pipe 24 is made in the form of coaxial channels: the main channel 26, through which gas enters the swirler 8 from the throttle 6, and auxiliary channels 27, through which gas reflected from the damper 7 of the throttle 6 enters the swirler 8.

Заявляемое устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.

После включения центробежного вентилятора 3 в работу, завихритель 8, дроссель 6 и заслонка 7 находятся в области разряжения на всасывающем патрубке вентилятора 3, при этом сенсор расхода газовоздушной смеси 12 регистрирует поток воздуха после вентилятора 3.After the centrifugal fan 3 is switched on, the swirler 8, throttle 6 and damper 7 are in the vacuum region on the suction pipe of the fan 3, while the gas-air mixture flow sensor 12 records the air flow after the fan 3.

Воздух поступает в завихритель 8 вдоль радиальных загнутых лопаток 21, а сопло Вентури 23 с коаксиальными каналами 26 и 27 находится таким образом напротив всасывающего патрубка вентилятора 3.Air enters the swirler 8 along the radial curved blades 21, and the Venturi nozzle 23 with coaxial channels 26 and 27 is thus located opposite the suction branch of the fan 3.

По текущему сигналу сенсора объемного расхода газовоздушной смеси 12 электронный блок управления 2 вычисляет теоретически необходимый сигнал сенсора объемного расхода газа 9 подводящего газового патрубка 5.Based on the current signal from the gas-air mixture volume flow sensor 12, the electronic control unit 2 calculates the theoretically required signal from the gas volume flow sensor 9 of the gas supply pipe 5.

Электронный блок управления 2 снабжен настроечной функцией для настройки соотношения газ-воздух, а также функцией термокоррекции.The electronic control unit 2 is equipped with a setting function for adjusting the gas-air ratio, as well as a temperature correction function.

Настроечный коэффициент является функцией расхода газовоздушной смеси:The adjustment coefficient is a function of the gas-air mixture flow rate:

Настройка соотношения газ-воздух заключается в построении функции коэффициента kp от текущего расхода газовоздушной смеси таким образом, чтобы корректировать теоретическое значение требуемого сигнала расхода газа во всем диапазоне тепловой мощности. То есть для настройки соотношения газ-воздух за основу принято каноническое уравнение прямой линии на плоскости.Setting the gas-air ratio consists of constructing the function of the coefficient k p from the current gas-air mixture flow rate in such a way as to correct the theoretical value of the required gas flow rate signal over the entire range of thermal power. That is, to set the gas-air ratio, the canonical equation of a straight line on a plane is taken as a basis.

В электронном блоке управления 2 коррекция показания сенсоров объемного расхода газа 9 и газовоздушной смеси 12 осуществляется следующим образом: головка таких сенсоров снабжена корректирующим термистором или внешним датчиком для считывания температуры измеряемой среды.In the electronic control unit 2, the correction of the readings of the volumetric gas flow sensors 9 and the gas-air mixture 12 is carried out as follows: the head of such sensors is equipped with a correction thermistor or an external sensor for reading the temperature of the measured medium.

Функция коррекции значения сигнала сенсора объемного расхода газа 9 и газовоздушной смеси 12 принимает следующий вид:The function for correcting the value of the signal from the sensor of the volumetric flow of gas 9 and the gas-air mixture 12 takes the following form:

гдеWhere

k - среднее арифметическое разностей между значениями сигналов сенсора объемного расхода на каждый градус;k is the arithmetic mean of the differences between the values of the volumetric flow sensor signals for each degree;

- значение сигнала с корректирующего термистора при комнатной температуре; - the value of the signal from the correction thermistor at room temperature;

t' - текущее значение сигнала с корректирующего термометра.t' - current value of the signal from the correction thermometer.

Среднее арифметическое разностей между значениями сигналов сенсора объемного расхода газа 9 и газовоздушной смеси 12 на каждый градус k определяется следующим образом:The arithmetic mean of the differences between the values of the signals of the gas volume flow sensor 9 and the gas-air mixture 12 for each degree k is determined as follows:

Заслонка 7 устанавливается в положение, соответствующее розжигу. На заслонке 7 выполнен зубчатый сектор 18 (либо заслонка в целом представляет собой зубчатое колесо), в зацеплении с которым находится шестерня шагового двигателя, при повороте которой передается вращение на заслонку 7, соответственно, изменяется сечение дросселя 6.The damper 7 is set to the position corresponding to ignition. On the damper 7, a toothed sector 18 is made (or the damper as a whole is a toothed wheel), in engagement with which is the gear of the stepper motor, when turning which the rotation is transmitted to the damper 7, accordingly, the cross-section of the throttle 6 changes.

Далее открывается электромагнитный клапан 1, являющийся запорным устройством. Сенсор объемного расхода газа 9 регистрирует расход газа через подводящий газовый патрубок 5 к дросселю 6.Next, the electromagnetic valve 1, which is a shut-off device, opens. The volumetric gas flow sensor 9 registers the gas flow through the gas supply pipe 5 to the throttle 6.

Попадая в дроссель 6, поток газа направляется в зауженное сечение, образованное круговым пазом заслонки и отверстием 19 для вращения заслонки 7 в дросселе 6. Таким образом устанавливается необходимый объемный расход газа.Entering the throttle 6, the gas flow is directed into a narrowed section formed by the circular groove of the valve and the opening 19 for rotating the valve 7 in the throttle 6. In this way, the required volumetric gas flow rate is established.

При дросселировании газа на заслонке 7 основная часть газа разделяется на три части:When throttling the gas on valve 7, the main part of the gas is divided into three parts:

1) часть газа проходит через сечение дросселя 6 и попадает во внутренний патрубок 24 в сопле Вентури 23 завихрителя 8;1) part of the gas passes through the section of the throttle 6 and enters the internal branch pipe 24 in the Venturi nozzle 23 of the swirler 8;

2) часть отраженного от заслонки 7 газа попадает по коаксиальному каналу трубка 24 в области разряжения сопла Вентури 23;2) part of the gas reflected from the valve 7 enters the coaxial channel tube 24 into the vacuum region of the Venturi nozzle 23;

3) часть газа протекает по спиральным каналам 15 дросселя 6 к началу радиальных лопаток 21 завихрителя 8, где захватывается потоком воздуха и попадает в завихритель 8, тем самым обеспечивая герметичность устройства.3) part of the gas flows through the spiral channels 15 of the throttle 6 to the beginning of the radial blades 21 of the swirler 8, where it is captured by the air flow and enters the swirler 8, thereby ensuring the tightness of the device.

Шаговый двигатель стремится установить заслонку 7 дросселя 6 таким образом, чтобы разница между текущим значением сигнала сенсора объемного расхода газа 9 и теоретически необходимым значением была минимальной или стремилась к нулю.The stepper motor tends to set the valve 7 of the throttle 6 in such a way that the difference between the current value of the signal of the volumetric gas flow sensor 9 and the theoretically required value is minimal or tends to zero.

Целевая функция для регулирования объемного расхода газа имеет следующий вид:The objective function for regulating the volumetric gas flow rate is as follows:

Теоретически необходимое значение сигнала сенсора объемного расхода газа 9 определяется следующим выражением:The theoretically required value of the signal from the volumetric gas flow sensor 9 is determined by the following expression:

гдеWhere

- теоретически необходимый сигнал сенсора объемного расхода газа 9 по значению; - theoretically required signal of the gas volume flow sensor 9 by value;

- текущее значение расхода газовоздушной смеси (сигнал сенсора объемного расхода газовоздушной смеси 12 за вентилятором 3); - current value of the gas-air mixture flow rate (signal from the gas-air mixture volume flow rate sensor 12 behind fan 3);

- текущее значение расхода газа на входе в горелочный узел (сигнал сенсора объемного расхода газа 9); - current value of gas flow rate at the inlet to the burner unit (signal from volumetric gas flow sensor 9);

n - нулевое значение сигнала сенсора объемного расхода газа 9 в покое, при отсутствии расхода, при комнатной температуре;n is the zero value of the signal from the volumetric gas flow sensor 9 at rest, in the absence of flow, at room temperature;

Sc - площадь сечения контрольного участка, в котором расположен сенсор объемного расхода газовоздушной смеси 12, мм2;S c - cross-sectional area of the control section in which the sensor of the volumetric flow of the gas-air mixture 12 is located, mm 2 ;

Sг - площадь сечения контрольного участка, в котором расположен сенсор объемного расхода газа 9, мм2;S g is the cross-sectional area of the control section in which the gas flow sensor 9 is located, mm2 ;

kp - настроечный коэффициент по выражению (1).k p is the tuning coefficient according to expression (1).

Алгоритм работы заявляемого устройства имеет следующий порядок действия во время работы:The operating algorithm of the claimed device has the following order of action during operation:

1) определение значения по текущему значению сенсора объемного расхода газовоздушной смеси 12;1) definition of meaning according to the current value of the gas-air mixture volume flow sensor 12;

2) определение коэффициентов регулирования;2) determination of control coefficients;

3) проверка условия и генерация управляющего воздействия Р (0 - открытие заслонки 7, 1 - закрытие заслонки 7).3) checking the condition and generating the control action P (0 - opening of damper 7, 1 - closing of damper 7).

При отклонении показаний необходимого расхода газа и текущего расхода газа электронный блок управления 2 дает команду на открытие или закрытие заслонки 7, пока разница между целевым и текущим значением не будет равна нулю. Таким образом поддерживается постоянное соотношение газ-воздух.If the required gas flow rate and the current gas flow rate deviate, the electronic control unit 2 gives a command to open or close the valve 7 until the difference between the target and current values is zero. In this way, a constant gas-air ratio is maintained.

При этом соотношение газ-воздух учитывается каждый раз при определении теоретического сигнала сенсора объемного расхода газа 9 и текущего значения сигнала сенсора объемного расхода газовоздушной смеси 12, что позволяет не только поддерживать соотношение газ-воздух, но также обеспечивать это соотношение при изменении тепловой мощности (модуляции).In this case, the gas-air ratio is taken into account each time when determining the theoretical signal of the gas volume flow sensor 9 and the current value of the signal of the gas-air mixture volume flow sensor 12, which allows not only to maintain the gas-air ratio, but also to ensure this ratio when the thermal power (modulation) changes.

Заявляемое устройство при его упрощенной конструкции обеспечивает качественную подготовку горючей газовоздушной смеси в рациональном соотношении газ-воздух для полноценного сжигания топлива с избытком воздуха в широком диапазоне мощностей с низкой эмиссией вредных выбросов, что выгодно отличает его среди аналогов.The claimed device, with its simplified design, ensures high-quality preparation of a combustible gas-air mixture in a rational gas-air ratio for complete combustion of fuel with excess air in a wide range of capacities with low emissions of harmful emissions, which distinguishes it favorably from its analogues.

Claims (6)

1. Устройство для полного предварительного смешения природного газа и воздуха, характеризующееся тем, что содержит последовательно соединенные запорное устройство, подводящий газовый патрубок с сенсором объемного расхода газа низкого давления, дроссель с заслонкой и завихрителем, расположенный на всасывающем патрубке центробежного вентилятора в области разряжения газа, при этом выход центробежного вентилятора соединен с патрубком подачи газовоздушной смеси к горелочной трубе, снабженным сенсором объемного расхода газовоздушной смеси, причем запорное устройство, дроссель с заслонкой с приводом и завихрителем, а также сенсоры объемного расхода газа и газовоздушной смеси соединены с электронным блоком управления, выполненным с возможностью регулирования и поддержания соотношения газ-воздух.1. A device for complete preliminary mixing of natural gas and air, characterized in that it contains a series-connected shut-off device, a gas supply pipe with a low-pressure gas volumetric flow sensor, a throttle with a damper and a swirler, located on the suction pipe of a centrifugal fan in the gas vacuum region, wherein the outlet of the centrifugal fan is connected to the pipe for supplying the gas-air mixture to the burner pipe, equipped with a sensor for the volumetric flow of the gas-air mixture, wherein the shut-off device, the throttle with a damper with a drive and a swirler, as well as the sensors for the volumetric flow of gas and the gas-air mixture are connected to an electronic control unit designed with the possibility of regulating and maintaining the gas-air ratio. 2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что дроссель с заслонкой, завихритель, запорное устройство и подводящий газовый патрубок установлены на несущей пластине, закрепленной на центробежном вентиляторе.2. The device according to item 1, characterized in that the throttle with the damper, the swirler, the shut-off device and the gas supply pipe are installed on a support plate secured to the centrifugal fan. 3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что заслонка выполнена в виде зубчатого колеса или в виде сектора с круговым пазом переменного сечения, снабженного зубчатым сектором.3. The device according to item 1, characterized in that the damper is made in the form of a toothed wheel or in the form of a sector with a circular groove of variable cross-section, equipped with a toothed sector. 4. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что с одной стороны завихрителя выполнено сопло Вентури со встроенными в него коаксиальным патрубком, через которое газ подается в завихритель, а с другой стороны выполнено отверстие для подачи газовоздушной смеси в центробежный вентилятор.4. The device according to item 1, characterized in that on one side of the swirler there is a Venturi nozzle with a coaxial branch pipe built into it, through which gas is supplied to the swirler, and on the other side there is an opening for supplying a gas-air mixture to a centrifugal fan. 5. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что электронный блок выполнен с возможностью управления шаговым двигателем, управляющим заслонкой дросселя.5. The device according to item 1, characterized in that the electronic unit is designed with the ability to control a stepper motor that controls the throttle valve. 6. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что электронный блок управления выполнен с возможностью регулирования и поддержания постоянного соотношения газ-воздух в широком диапазоне модуляции тепловой мощности водогрейного котла.6. The device according to item 1, characterized in that the electronic control unit is designed with the ability to regulate and maintain a constant gas-to-air ratio in a wide range of modulation of the thermal power of the hot water boiler.
RU2024112296A 2024-05-06 Device for complete premixing of natural gas and air RU2838110C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2838110C1 true RU2838110C1 (en) 2025-04-11

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU38898U1 (en) * 2004-01-27 2004-07-10 Открытое акционерное общество "Стройтрансгаз" GAS PREPARATION ASSEMBLY
US20130224670A1 (en) * 2010-07-12 2013-08-29 Gas Point S.R.L. Premix gas burner
EP2660515A2 (en) * 2012-04-30 2013-11-06 Daesung Industrial Co., Ltd. Premix combustion device of gas burner
RU2511783C1 (en) * 2012-12-21 2014-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") Burner for gas burning
US9097419B2 (en) * 2008-04-30 2015-08-04 Gas Point S.R.L. Premix gas burner
RU2693538C2 (en) * 2015-03-17 2019-07-03 Интергэс Хитинг Эссетс Б.В. Apparatus and method for mixing combustible gas and combustion air, provided with hot water plant equipped with corresponding heat mass flow sensor, and method for measuring mass flow rate of gas stream
EP3663648A1 (en) * 2018-12-05 2020-06-10 Vaillant GmbH Method and device for regulating the mixing ratio of combustion air and combustion gas in a combustion process

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU38898U1 (en) * 2004-01-27 2004-07-10 Открытое акционерное общество "Стройтрансгаз" GAS PREPARATION ASSEMBLY
US9097419B2 (en) * 2008-04-30 2015-08-04 Gas Point S.R.L. Premix gas burner
US20130224670A1 (en) * 2010-07-12 2013-08-29 Gas Point S.R.L. Premix gas burner
EP2660515A2 (en) * 2012-04-30 2013-11-06 Daesung Industrial Co., Ltd. Premix combustion device of gas burner
RU2511783C1 (en) * 2012-12-21 2014-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") Burner for gas burning
RU2693538C2 (en) * 2015-03-17 2019-07-03 Интергэс Хитинг Эссетс Б.В. Apparatus and method for mixing combustible gas and combustion air, provided with hot water plant equipped with corresponding heat mass flow sensor, and method for measuring mass flow rate of gas stream
EP3663648A1 (en) * 2018-12-05 2020-06-10 Vaillant GmbH Method and device for regulating the mixing ratio of combustion air and combustion gas in a combustion process

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106642711B (en) Dual sensing combustion system
US5685707A (en) Integrated burner assembly
US8230825B2 (en) Boiler control system
JPS6030406B2 (en) Method and device for adjusting air/fuel mixture in a combustor having a carburetor tube
CA2582197C (en) System and method for combustion-air modulation of a gas-fired heating system
US20060105279A1 (en) Feedback control for modulating gas burner
WO2009088016A1 (en) Fuel supply device
JPH07189741A (en) Equipment and method of determining and controlling temperature of primary zone of combustion chamber
CN110894955B (en) Burner with a burner head
RU2838110C1 (en) Device for complete premixing of natural gas and air
US9677765B2 (en) Pneumatic composite having mass balancing
JP7708653B2 (en) premixing device
JPS5843655B2 (en) combustion device
AU2011202376B2 (en) Warm-air heater
US20250137639A1 (en) Device for the delivery of a combustible gaseous mixture and procedure
CN116734286A (en) Apparatus and method for controlling fuel-oxidant mixture in a premix gas burner
JP6085965B2 (en) Water heater
JP7538759B2 (en) Premixing Device
JPH11325459A (en) Combustor and control method thereof
JP2644415B2 (en) Forced air combustion device
JP3897608B2 (en) Gas turbine equipment
HK1230709A1 (en) Device for controlling the combustion of a burner
WO2023119182A1 (en) Method and apparatus for monitoring and controlling combustion in combustible gas burner apparatus
JPH02161209A (en) Fuel-burning equipment
JPH0875144A (en) Gas burner