专利名称：一种柴油燃烧器输出功率的控制方法及其控制装置的制作方法
技术领域：
本发明属柴油燃烧器领域，涉及一种柴油燃烧器输出功率的控制方法及其控制装置，根据加热设备需要的热负荷，手动或自动调节燃烧器输出功率大小；同时采取对空气密度的自动检测和补偿措施，按最佳“空燃比”要求控制助燃空气量或燃料量，实现在燃烧器输出功率调节范围内高效和稳定的燃烧。
背景技术：
在许多加热过程中要对燃烧器的输出功率进行调节以满足不同要求，例如炊事作业中操作员需通过调节燃烧器的输出功率(火力)来适应蒸、煮、煎、炒、炸等不同的烹饪作业，以获得上乘的烹饪效果；恒温热水锅炉在水温高于设定温度时自动减小燃烧器的输出功率，而在水温低于设定温度时自动增大燃烧器的输出功率以保持要求的温度。在使用燃料的加热过程中，特别是在移动的生活后勤保障中(如野外炊事作业和淋浴等)，燃烧器往往会在不同海拔高度和不同气温的环境中使用，由于燃烧是多因素作用的结果，特别显著的是空气密度，它是气压和温度的函数，一般来说随海拔升高，空气密度减少；随温度降低，空气密度会增加。如果不考虑这些因素就会出现燃烧不充分(排放超标) 或不稳定(离焰、熄火)的现象，就不能满足“空燃比”要求。“空燃比”(R)是指当燃料在空气中燃烧时，一定质量空气中的氧，刚好使一定质量的燃料完全燃烧，将燃料中所有的碳、氢完全氧化成二氧化碳和水。我们把最佳“空燃比”的效果看作是燃烧过程中使烟气中污染物排放低于国家相关标准要求(充分燃烧)，并且燃烧效率达到99%以上(高效燃烧)。为满足功率调节需要，专利文献1 (中国专利02828738. X)公开了一种燃烧机的控制方法及自动控制燃烧机，提出了通过控制燃油供给装置和送风装置各自的电机转速的方式自动按比例同步调节输出的燃油量和风量，达到调节火焰的目的。专利文献1存在的缺陷是风油比按程序设定，没有检测和补偿环境变化(气压、温度)的实质性措施，当环境条件变化导致的风油比偏离设计值时不能确保充分燃烧。另外试验表明，采用控制油泵和风机各自电机的转速，按比例同步调节输出燃油量和风量的方式，在调节过程中风量变化滞后于油量变化，形成调节过程中事实上的风油比偏离设计值，其结果是在燃烧器输出功率由小变大时，燃油供给增加快于风量供给增加，燃烧不充分；在燃烧器输出功率由大变小时，燃油供给减小快于风量供给减小，燃烧处于贫油燃烧状况，甚至导致离焰熄火。专利文献2 (中国专利200420007720. 2)公开了一种可无级调节输出功率的燃油燃烧器，它是在传统的燃油燃烧器高压油路部分增加一个油压调节装置，实现燃烧器输出功率无级调节。专利文献2存在的缺陷是调节燃烧器输出功率只通过改变燃料量来实现， 未采取在改变燃料量同时也相应改变助燃空气量的技术措施，更未涉及当环境气候影响空气密度而对助燃空气量补偿的技术措施，因此在调节范围内不可避免存在燃烧不充分或不稳定的严重问题。专利文献3 (JP2006145121A)所公开的燃烧装置及其控制方法，为保持最佳空燃比采用的技术手段为对多个阀门，包括燃料阀、移行阀、流量调节阀进行单独或组合的开启、关闭操作。文中涉及了其中的高燃烧工况，低燃烧工况、点火工况及停止工况等。其控制方法是为了满足燃烧装置在由一种燃烧工况向另一种燃烧工况转变的过程中保持最佳空燃比。专利文献3所公开的燃烧装置通过风机调速调节风量，通过流量调节阀按比例供给燃料，类似专利文献1，同样没有采取自动检测助燃空气量和环境气候变化(气压、温度)并反馈补偿的实质性技术措施，当空气密度变化导致的风油配比偏离设计值(标准状态)时， 不能保证充分或稳定的燃烧
经检索，现有的专利技术中不存在通过自动监测气候环境参数，反馈控制助燃空气量或燃料量，燃料量随动于助燃空气量，按照最佳“空燃比”要求进行风油配比，获得高效燃烧和控制燃烧器输出功率的技术。
发明内容
本发明针对燃烧器输出功率调节和高效燃烧提出了新的控制方法及其控制装置以满足实际应用的需要。本发明是通过如下技术方案来实现的
一种柴油燃烧器输出功率控制方法，本发明根据加热设备热负荷的需要，按给定条件控制风机转速，采用大气数据传感器监测环境气候参数，计算出当前的空气密度，对其差异通过调整风机转速进行补偿，使助燃空气量满足Qa=6 XNX ρ ；燃料跟随助燃空气量满足=L= Qa/(fXR)；
式中Qa—空气质量流量(千克/秒)；P —空气密度(千克/米3) ；L-燃料供应量(千克)；f- PFM控制电磁油泵工作的脉冲频率(0 200赫兹)；Φ —风机流量系数(米7转)； R—空燃比(无量纲系数，取值1 2) ；N—风机转速(转/秒)。本发明通过检测风机转速，反馈助燃空气量信息，控制燃料自动跟随助燃空气量变化，当风机停止工作时，燃料自动停止供应。本发明根据加热设备热负荷的需要，按给定条件控制风机转速，在燃烧器风机的进风口或出风口安装空气质量流量传感器，根据实测的空气质量流量按L= Qa/(fXR)控制燃料量。一种柴油燃烧器输出功率控制方法采用的控制装置，本发明燃烧器通过油道与电磁油泵连接，电磁油泵又与电磁油泵功放连接，电磁油泵功放再与计算机连接，燃烧器还通过风道与风机连接，在风道上设置有空气质量流量传感器，空气质量流量传感器也与计算机连接，在风机后设置有风机功放，风机功放与计算机连接，风机内还通过设置霍尔器件与计算机连接；加热设备通过温度变送器和连接的选择开关与计算机连接，设置有旋钮通过电位器与计算机连接。本发明的有益效果为，燃烧器输出功率调节的实质是对投入燃料量的调节，本发明采用电磁泵供油，通过脉频调制电路(PFM)驱动电磁油泵，燃料量和PFM脉冲频率的关系为
L= κ Cft......... (1)
式(1)中L-燃料供应量(Kg); κ -系数；C-燃料计量值(常数，一个脉冲周期的燃料量 Kg) ；f-电磁油泵工作的脉冲频率(0 200赫兹)；t-电磁油泵工作时间(秒)。
然而，改变燃料量时为保证燃烧的稳定性或充分燃烧，按空燃比要求，必须配予适当的助燃空气量。由于助燃空气量是空气密度的函数，当环境气候发生变化时，空气密度也随之改变。因此，本发明的核心不仅要通过式(1)为燃烧精准提供燃料，更重要的是按空燃比要求建立燃料和助燃空气质量流量的数学模型。本发明的原理之一是根据热负荷的需要，计算机提取旋钮给定的或加热设备经温度压力变送器反馈的信号，产生对应的控制电压，经功放驱动风机提供助燃空气。对于特定的风机，其固定通流部件的参数是确定的。风机的空气体积流量正比于风机的转速。即
Q2 = Q1X (VN1) ......... (2)
式(2)中下标代表不同工作点。对于特定风机，Ct=Q1 /N1是一定的，称为该风机的流量系数，表示风机每转产生的空气体积流量。以此，风机产生的空气体积流量可表示为 Q= Φ XN......... (3)
式(3)中Q—空气体积流量(米7秒)；Φ —风机流量系数(米7转)；N—风机转速(转 /秒)。因此通过预置风机转速即可预置该风机的空气体积流量。由于相同体积流量的空气在不同压力(压强)和温度下对应的质量流量不同，因此计算助燃空气时应采用空气的质量流量计算
Qa= Φ XNX P......... (4)
式(4)中Qa—空气质量流量(千克/秒)；P —空气密度(千克/米3) 安装在燃烧控制器中的大气数据传感器监测当前环境气候(温度、气压等)，一种情形是对环境气候因素造成的空气密度改变，通过调整风机转速进行补偿；另一种情形是当气候环境超过规定的条件时，控制器按照最佳“空燃比”的要求，采用脉频调制(PFM)信号控制电磁油泵的工作频率以调整燃料供应量，确保在这两种工况下充分和高效燃烧。不管何种情形，根据空燃比，燃料供给都遵循
L= Qa/(fXR) ......... (5)
式(5)中R—空燃比，无量纲系数，取值1 2。本发明的原理之二是根据燃烧器输出功率大小的需要，计算机提取旋钮给定的或加热设备经温度压力变送器反馈的电压信号，产生对应的电压信号经功放驱动风机，空气质量流量传感器安装在燃烧器风机的进风口或出风口直接检测助燃的空气质量流量，采用PFM控制电磁油泵的工作频率，按照式(5)提供燃料。由于采用了燃料供应量跟随助燃空气量的方式，通过调节风机转速就可控制燃烧器输出功率，并以接近最佳“空燃比”充分和高效燃烧；另外，当供风装置出现故障停止工作时，自动停止燃料供应，在点火或重新点燃时不会发生爆燃或失控，确保安全可靠。
图1表示本发明的系统示意图2是表示本发明的一种具体实施方式
； 图3是表示本发明的另一种具体实施方式
； 图4是图3的侧视图。图1中Us_电源电压；RPl-电位器；θ 1-旋钮旋转角度；Ui-旋钮转动θ 1时RPl 采样端的电压；A-计算机芯片；Gl-风机功放；G2-电磁油泵功放；Pt-大气数据传感器；Ml-风机；M2-电磁油泵；H-霍尔；S-空气质量流量传感器；B-燃烧器；C-加热设备；T-温度压力变送器。在图2、图3和图4中1-热稳定器；2-控制装置；3_旋钮；4_大气数据传感器； 5-离心风轮；6-风机电机；7-电磁泵；8-预混室；9-油路；10-蒸发器；11-燃烧室；12-壳体；13-空气质量流量传感器；14送风筒；15稳焰盘；16喷嘴。
具体实施例方式一种柴油燃烧器输出功率控制方法，本发明根据加热设备热负荷的需要，按给定条件控制风机转速，采用大气数据传感器监测环境气候参数，计算出当前的空气密度，对其差异通过调整风机转速进行补偿，使助燃空气量满足Qa=6 XNX ρ ；燃料跟随助燃空气量满足=L= Qa/(fXR)；
式中Qa—空气质量流量(千克/秒)；P —空气密度(千克/米3) ；L-燃料供应量(千克)；f- PFM控制电磁油泵工作的脉冲频率(0 200赫兹)；Φ —风机流量系数(米7转)； R—空燃比(无量纲系数，取值1 2) ；N—风机转速(转/秒)。本发明通过检测风机转速，反馈助燃空气量信息，控制燃料自动跟随助燃空气量变化，当风机停止工作时，燃料自动停止供应。本发明根据加热设备热负荷的需要，按给定条件控制风机转速，在燃烧器风机的进风口或出风口安装空气质量流量传感器，根据实测的空气质量流量按L= Qa/(fXR)控制燃料量。在图1中，燃烧器B是加热设备C的供热源，Ui代表燃烧器输出功率的预期值，调节Ui就能获得加热设备C需要的热负荷，Ui是电源电压Us施加在电位器RPl上，旋钮转动θ 1角度时在电位器RPl的输出端获得的电压信号；或者设置在加热设备C的某一位置上的温度压力传感器经温度压力变送器T反馈的电压信号。计算机A提取Ui经A/D转换并处理后通过功放Gl驱动风机Ml，风机Ml的转速N是U的函数，计算机A通过霍尔H反馈风机Ml转速信号获取助燃空气量信息，同时利用大气数据传感器Pt检测当前气候环境，调节风机Ml的转速，对空气密度给予补偿，使助燃空气量满足式(4)；或者通过空气质量流量传感器S直接检测助燃空气的质量流量，采用PFM控制电磁油泵Μ2的工作频率，按照最佳 “空燃比”的要求，遵循式(5)计量供给燃料，燃料在燃烧器中雾化和助燃空气混合后充分燃烧。电磁油泵Μ2与燃烧器B之间为油道，空气质量流量传感器S与燃烧器B之间为风道。—种柴油燃烧器输出功率控制方法采用的控制装置，本发明燃烧器通过油道与电磁油泵连接，电磁油泵又与电磁油泵功放连接，电磁油泵功放再与计算机连接，燃烧器还通过风道与风机连接，在风道上设置有空气质量流量传感器，空气质量流量传感器也与计算机连接，在风机后设置有风机功放，风机功放与计算机连接，风机内还通过设置霍尔器件与计算机连接；加热设备通过温度变送器和连接的选择开关与计算机连接，设置有旋钮通过电位器与计算机连接。在图2中，本实施例输出功率可通过旋钮3调节，旋钮3预置风机6的转速，驱动离心风轮5供风，同时也驱动蒸发器10完成燃油雾化，离心风轮5在风机6的驱动下产生压力使空气流入蒸发器10后送入预混室8助燃，助燃的空气量如式(4)，取决于风机6的转速和空气密度P，燃料量L随动于助燃空气量Qa，控制装置2中的PFM电路控制电磁泵7 的工作频率f，按式(5)计量供给燃料，燃料通过油路9经蒸发器10气化后与助燃空气一起进入预混室8中再次混合，在燃烧室11中点燃并持续燃烧。在该具体实施例中，大气数据传感器4安装在控制装置2内，检测燃烧器的环境气候参数以确定当前的空气密度，当空气密度偏离预期值时，控制装置2改变风机6转速给予补偿；当环境气候超过规定的条件不能提供需要的空气量时，控制装置通过电磁泵7自动调节燃料量，以满足最佳的空燃比，达到充分和高效燃烧。 图3和图4是本发明的另一种具体实施例。一种电控柴油燃烧器，根据输出功率需要，预置风机6转速，驱动离心风轮5送风，经空气质量流量传感器13进入送风筒14 ；空气质量流量传感器13检测到助燃空气量Qa后，按照式(5)，计算出所需燃料量L，控制电磁泵7经油路9计量供给燃油，通过喷油嘴16雾化后与空气经稳焰盘15后混合燃烧，达到输出功率(火力)调节和高效燃烧的的目的。
权利要求
1.一种柴油燃烧器输出功率控制方法，其特征在于根据加热设备热负荷的需要，按给定条件控制风机转速，采用大气数据传感器监测环境气候参数，计算出当前的空气密度， 对其差异通过调整风机转速进行补偿，使助燃空气量满足=Qa=Cj5 XNX P ；燃料跟随助燃空气量满足=L= Qa/(fXR)；式中Qa—空气质量流量(千克/秒)；P —空气密度(千克/米3) ；L-燃料供应量(千克)；f- PFM控制电磁油泵工作的脉冲频率(0 200赫兹)；Φ —风机流量系数(米7转)； R—空燃比(无量纲系数，取值1 2) ；N—风机转速(转/秒)。
2.如权利要求1所述的燃烧器输出功率控制方法，其特征在于通过检测风机转速，反馈助燃空气量信息，控制燃料自动跟随助燃空气量变化，当风机出现故障停止工作时，燃料自动停止供应。
3.如权利要求1所述的燃烧器输出功率控制方法，其特征在于根据加热设备热负荷的需要，按给定条件控制风机转速，在燃烧器风机的进风口或出风口安装空气质量流量传感器，根据实测的空气质量流量按L= Qa/(fXR)控制燃料量。
4.如权利要求1所述的一种柴油燃烧器输出功率控制方法采用的控制装置，其特征在于燃烧器通过油道与电磁油泵连接，电磁油泵又与电磁油泵功放连接，电磁油泵功放再与计算机连接，燃烧器还通过风道与风机连接，在风道上设置有空气质量流量传感器，空气质量流量传感器也与计算机连接，在风机后设置有风机功放，风机功放与计算机连接， 风机内还通过设置霍尔器件与计算机连接；加热设备通过温度变送器和连接的选择开关与计算机连接，设置有旋钮通过电位器与计算机连接。
全文摘要
一种电控柴油燃烧器输出功率控制方法及其控制装置，本发明根据加热设备热负荷的需要，按给定条件控制风机转速，采用大气数据传感器监测环境气候参数，计算出当前的空气密度，对其差异通过调整风机转速进行补偿，使助燃空气量满足Qa=φ×N×ρ；燃料跟随助燃空气量满足L=Qa/(f×R)；本发明采用相应的控制装置，由于采用了燃料供应量跟随助燃空气量的方式，通过调节风机转速就可控制燃烧器输出功率，并以接近最佳“空燃比”充分和高效燃烧；另外，当供风装置停止工作时，自动停止燃料供应，在点火或重新点燃时不会发生爆燃或失控，确保安全可靠。
文档编号F23N1/02GK102353072SQ20111032496
公开日2012年2月15日 申请日期2011年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者杨继泉, 汪一楠, 苏晓飞, 袁意雄, 许春美 申请人:云南航天工业总公司