PL235092B1

PL235092B1 - System sterowania uszczelnień promieniowych obrotowych podgrzewaczy powietrza

Info

Publication number: PL235092B1
Application number: PL422650A
Authority: PL
Inventors: Ronald Mrowiec; Ronal D Mrowiec; Robert Halfar; Far Robert Hal; Łukasz Halfar; Far Łukasz Hal; Piotr Kędzior; Ewa Folęga; Marek Łapin; Pin Marek Ła
Original assignee: Rafako Spolka Akcyjna
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2020-05-18
Also published as: PL422650A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest system sterowania uszczelnień promieniowych, służących do minimalizacji przecieków powietrza do spalin w obrotowych podgrzewaczach powietrza, stosowanych w przemyśle energetycznym - jako element kotłów energetycznych, podnoszących ich sprawność.

Obrotowy podgrzewacz powietrza jest regeneracyjnym wymiennikiem ciepła, służącym do podgrzewu powietrza ciepłem uchodzących spalin, celem odzysku ciepła w instalacjach kotłowych.

Konstrukcję obrotowego podgrzewacza stanowi: wirnik, wypełniony pakietami blach grzejnych; obudowa z płytą górną i dolną, umiejscowiona na konstrukcji nośnej; układ łożyskowania wirnika; napęd główny; instalacje pomocnicze oraz uszczelnienia wirnika.

Uszczelnienia podgrzewacza stosowane są w celu minimalizacji przecieków powietrza do spalin i na zewnątrz wirnika, spowodowanych m.in. odkształceniami termicznymi wirnika.

By skompensować te odkształcenia, zastosowano system skrzydeł nastawnych, współpracujących z taśmami stalowymi, przykręconymi do blach promieniowych wirnika - tzw. uszczelnienie promieniowe. Przy prawidłowej regulacji, współpraca wyżej wymienionych elementów powinna odbywać się na granicy tarcia.

Z polskiego opisu patentowego PL 179815, znane jest urządzenie ustalające i utrzymujące szczelinę pomiędzy wirnikiem a skrzydłem uszczelniającym. Układ regulacji wyposażony jest w: binarne/dwustanowe czujniki wielkości szczeliny - zabudowane na skrzydłach uszczelniających, górnym i dolnym; serwomechanizmy (siłowniki elektryczne); sterownik mikroprocesorowy oraz czujnik pomiaru temperatury wlotowej czynnika grzewczego (spalin). Szczelina utrzymywana jest tu w ustalonym zakresie pomiędzy czujnikami. Wymagana jest jednak kosztowna i wymagająca częstego przeglądu instalacja powietrza do chłodzenia czujników.

Natomiast z opisu patentowego GB2400646B, znane jest urządzenie ustalające i utrzymujące szczelinę pomiędzy wirnikiem a obudową. Układ regulacji wyposażony jest w czujnik wielkości szczeliny zabudowany na dolnej obudowie; serwomechanizmy (siłowniki elektryczne); sterownik mikroprocesorowy. W tym rozwiązaniu nie mierzymy bezpośrednio szczeliny pomiędzy płytą a wirnikiem, ale jest wyliczana pośrednio co może powodować niedokładności w regulacji szczeliny.

Celem niniejszego wynalazku jest przezwyciężenie lub przynajmniej zmniejszenie problemów omówionych powyżej.

Istotą rozwiązania jest system sterowania uszczelnień promieniowych obrotowych podgrzewaczy powietrza, wyposażony w skrzydła uszczelniające, pozycjonowane elektrycznym napędem ustawczym poprzez układ dźwigniowy. Położenie górnego skrzydła, na tak zwanym gorącym końcu obrotowego pogrzewacza powietrza, określane jest pośrednio - na postawie różnicy wartości odkształcenia wirnika, na dolnym, tzw. zimnym końcu, proporcjonalnej do sygnału z czujnika pomiarowego oraz wartości współczynnika korekcyjnego, opartego na gradiencie temperatur spalin, gabarytach wirnika oraz jego właściwościach materiałowych, tak że wartość szczeliny utrzymywana jest w sposób nadążny, w całym zakresie odkształceń wirnika, spowodowanych zmianą obciążenia/wydajności kotła. Szczelina pomiędzy skrzydłem uszczelniającym a wirnikiem jest mierzona w sposób ciągły i bezpośredni, za pomocą wyspy czujnikowej zabudowanej bezpośrednio w dolnym skrzydle. Wyspa czujnikowa, wyposażona jest w parę czujników, tj. czujnik pomiarowy i zabezpieczający. Czujnik pomiarowy przekazuje ciągły sygnał pomiarowy (wielkość szczeliny) do systemu sterowania. Natomiast czujnik zabezpieczający - zabezpiecza układ przed kolizją w przypadku awarii czujnika pomiarowego.

Uszczelnianie wymiennika ciepła według wynalazku przebiega w sposób następujący:

Czujnik zabudowany w skrzydle uszczelniającym na zimnym końcu podgrzewacza mierząc bezpośrednio odległość do wirnika przekazuje wartość do systemu regulacji, który wystawia odpowiednią wartość nastawy do napędów ustawczych po stronie zimnej i gorącej podgrzewacza . Przy czym wartość nastawy dla napędu po stronie zimnego końca jest wprost proporcjonalna do zmierzonej wartości przez czujnik, a dla napędu po stronie gorącego końca jest korygowana o wartość współczynnika korekcyjnego opartego na gradiencie temperatur spalin, gabarytach wirnika oraz jego właściwościach materiałowych.

Zastosowanie czujników w wykonaniu wysokotemperaturowym, na dolnym skrzydle uszczelniającym, na tzw. zimnym końcu ZK obrotowego podgrzewacza powietrza, zapewnia ich prawidłową pracę i trwałość w całym zakresie temperaturowym oraz eliminuje potrzebę stosowania instalacji powietrza chłodzącego.

PL 235 092 Β1

Należy również wymienić korzystne skutki wynalazku, z których najistotniejsze to: bezpośredni, bezkontaktowy i ciągły pomiar rzeczywistej szczeliny - mającej wpływ na przecieki; brak potrzeby stosowania instalacji powietrza chłodzącego czujniki oraz praca systemu w całym przedziale wydajności kotła. Wartość nastawy szczeliny może być w łatwy sposób zmieniana zdalnie z systemu sterowania, według potrzeb.

Zastosowanie powyższego systemu sterowania uszczelnień promieniowych, jest zwłaszcza korzystne ze względu na możliwości aktywnej zmiany wartości wymaganej szczeliny (przecieków) oraz pracy systemu w całym przedziale temperaturowym, wraz z uruchomieniem urządzenia, gwarantując rzeczywiste, minimalne przecieki w całej rozpiętości wydajności kotła.

Istotne staje się również wykluczenie elementów pośredniczących do wyznaczania/utrzymywania szczeliny - elementów prowadząco-ślizgowych (części mechanicznej) - podzespołów złożonych, szybko zużywających się oraz podatnych na awarie.

Uniwersalność układu i sposobu sterowania uszczelnień promieniowych, umożliwia jego stosowanie we wszystkich znanych regeneracyjnych obrotowych podgrzewaczach.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest bliżej objaśniony w oparciu o rysunek, na którym:

- fig. 1 przedstawia schemat ideowy systemu regulacji uszczelnień obrotowego podgrzewacza powietrza składający się z wirnika [1], skrzydeł uszczelniających [2] i [7], napędów ustawczych [6] i [8], wyspy czujnikowej [5] oraz systemu sterowania [9],

- fig. 2 przedstawia blokową reprezentację algorytmu sterowania uszczelnień promieniowych.

W systemie sterowania uszczelnień promieniowych istota zawiera się w bezpośredniej zabudowie pary czujników - pomiarowego [4] i zabezpieczającego [3], w dolnym skrzydle uszczelniającym [2], na tzw. zimnym końcu ZK obrotowego podgrzewacza powietrza. Pierwszy czujnik - pomiarowy, to czujnik położenia [4] do bezkontaktowego i bezpośredniego pomiaru odległości (szczeliny) pomiędzy elementem doszczelniającym [2] (skrzydłem regulowanym napędem ustawczym [6]) a poziomą powierzchnią kołnierza wirnika [1], Drugi zaś - to czujnik zbliżeniowy [3], zabezpieczający przed przekroczeniem minimalnej szczeliny. Oba czujniki osadzone są w wyspie czujnikowej [5] - wykonanej ze specjalnego tworzywa odpornego na warunki środowiskowe panujące w miejscu zabudowy. Elementem wykonawczym - pozycjonującym skrzydło uszczelniające [2] - jest elektryczny napęd ustawczy [6],

System regulacji uszczelnienia opiera się na wykorzystaniu informacji z wyspy czujnikowej [5], które przetwarzane są w systemie sterowania [9], System ten porównuje sygnał z czujnika pomiarowego [4], z wartością zadaną szczeliny - wyznaczając wartość uchybu regulacji. System sterowania koryguje pozycję skrzydła uszczelniającego [2] poprzez napęd ustawczy [6], dążąc do zachowania zadanej wielkości szczeliny pomiędzy skrzydłem uszczelniającym [2] a wirnikiem [1],

W celu dodatkowego zabezpieczenia skrzydła uszczelniającego [2] i wirnika [1] przed kolizją, zastosowano czujnik zbliżeniowy [3], Sygnał z czujnika traktowany jest jako nadrzędny (sygnał alarmowy do systemu sterowania [9]) - powodujący odsunięcie skrzydła promieniowego w kierunku na rozszczelnienie, do czasu jego zaniku.

Pozycja górnego skrzydła uszczelniającego [7] gorącego końca (GK) podgrzewacza regulowana jest przez napęd ustawczy [8], Wartość odchylenia określana jest pośrednio - na podstawie sygnału z czujnika pomiarowego [4] (wartość odkształcenia wirnika, na ZK) oraz wartości współczynnika korekcyjnego X (opartego na: gradiencie temperatur spalin, gabarytach wirnika oraz jego właściwościach materiałowych):

X = 0,06/1-ναΔΤ gdzie:

h - wysokość wirnika; a - współczynnik rozszerzalności; AT - gradient temperatur spalin (wlot/wylot).

W poniższej tabeli przedstawione są dane pomiarowe uzyskanych wartości współczynnika korekcyjnego X i pozycja górnego skrzydła uszczelniającego [7] gorącego końca (GK) obrotowych podgrzewaczy powietrza dla trzech różnych podgrzewaczy o wysokości wirnika: 1500,1800 i 1900 mm przy różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej wyzwanej określonymi gradientami temperatur spalin oddziaływujących na wartości odkształcenia wirnika, na dolnym, tzw. zimnym końcu (ZK).

PL 235 092 Β1

Przykłady:

Przykład nr 1 - OPP kotła OP-140,100%WMT
Dane	Rozwiązanie	Wynik
h-1500 [mm] a=l,35 x 10⁵ [”C Ί ΔΤ= 220 [°C] ZK- 6,4 [mm]	X = 0,06 1500 VL35 10 ⁵ 220 - 4,9 [mm] GK=ZK-X=6,4-4,9= 1,5 [mm]	X=4,9 [mm] GK=1,5 [mm]
Przykład nr 2 - OPP kotła OP-650, 100%WMT
Dane	Rozwiązanie	Wynik
h=1800 mm a=l,35 x 1O’^S [C’¹] ΔΤ-180 [°C] ZK= 11,3 [mm]	X = 0,06 1800 71,35 10~⁵ 180 = 5,3 [mm] GK=ZK-X=11,3-5,3- 6,0 [mm]	X=5,3 [mm] GK=6,0 [mm]
Przykład nr 3 - OPP kotła BB-1150,100%WMT
Dane	Rozwiązanie	Wynik
h=1900 mm a=l,35 x 10^-5 [“C¹] ΔΤ=160 [°C] ZK= 14,9 [mm]	X - 0,06 1900 71,35 10“⁵ 160 - 5,3 [mm] GK=ZK-X= 14,9-5,3= 9,6 [mm]	X=5,3 [mm] GK=9,6 [mm]

Zastrzeżenia patentowe

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. System sterowania uszczelnień promieniowych obrotowych podgrzewaczy powietrza, wyposażony w skrzydła uszczelniające, pozycjonowane elektrycznym napędem ustawczym poprzez układ dźwigniowy, przy czym położenie górnego skrzydła, na tak zwanym gorącym końcu (GK) obrotowego pogrzewacza powietrza, określane jest pośrednio - na postawie różnicy wartości odkształcenia wirnika, na dolnym, tak zwanym zimnym końcu (ZK), proporcjonalnej do sygnału z czujnika pomiarowego [4] oraz wartości współczynnika korekcyjnego (X), opartego na gradiencie temperatur spalin, gabarytach wirnika oraz jego właściwościach materiałowych, tak że wartość szczeliny utrzymywana jest w sposób nadążny, w całym zakresie odkształceń wirnika, spowodowanych zmianą obciążenia/wydajności kotła, znamienny tym, że szczelina pomiędzy skrzydłem uszczelniającym a wirnikiem jest mierzona w sposób ciągły i bezpośredni, za pomocą wyspy czujnikowej [5] zabudowanej bezpośrednio w dolnym skrzydle ZK [2],
2. System sterowania według zastrz 1, znamienny tym, że wyspa czujnikowa [5], wyposażona jest w parę czujników, tj. czujnik pomiarowy [4] i zabezpieczający [3].
3. System sterowania według zastrz. 2, znamienny tym, że czujnik - pomiarowy [4], to czujnik położenia [4] do bezkontaktowego i bezpośredniego pomiaru odległości pomiędzy elementem doszczelniającym [2] - skrzydłem regulowanym napędem ustawczym [6] a poziomą powierzchnią kołnierza wirnika [1],

PL 235 092 Β1
4. System sterowania według zastrz. 2, znamienny tym, że czujnik zabezpieczający [3] - to czujnik zbliżeniowy [3], do bezkontakłowego i bezpośredniego pomiaru odległości pomiędzy elementem doszczelniającym [2] - skrzydłem regulowanym napędem ustawczym [6] a poziomą powierzchnią kołnierza wirnika [1],