Емкостной пылемер для угольных котлов тепловых электростанций
Описан разработанный авторами проточный измеритель концентрации угольной пыли в пыле-воздушной смеси, транспортируемой по трубопроводу. Пылемер состоит из емкостного датчика, соединительного триаксиального кабеля длиной несколько метров и электронного блока. Рассмотрены особенности построения пылеме...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/13087 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Емкостной пылемер для угольных котлов тепловых электростанций / А.И. Новик, А.С. Левицкий, Л.А. Кесова, Н.Н. Черезов, Г.Г. Лукашук // Техн. електродинаміка. — 2009. — № 5. — С. 75-78. — Бібліогр.: 7 назв. — pос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859823538124357632 |
|---|---|
| author | Новик, А.И. Левицкий, А.С. Кесова, Л.А. Черезов, Н.Н. Лукашук, Г.Г. |
| author_facet | Новик, А.И. Левицкий, А.С. Кесова, Л.А. Черезов, Н.Н. Лукашук, Г.Г. |
| citation_txt | Емкостной пылемер для угольных котлов тепловых электростанций / А.И. Новик, А.С. Левицкий, Л.А. Кесова, Н.Н. Черезов, Г.Г. Лукашук // Техн. електродинаміка. — 2009. — № 5. — С. 75-78. — Бібліогр.: 7 назв. — pос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Описан разработанный авторами проточный измеритель концентрации угольной пыли в пыле-воздушной смеси, транспортируемой по трубопроводу. Пылемер состоит из емкостного датчика, соединительного триаксиального кабеля длиной несколько метров и электронного блока. Рассмотрены особенности построения пылемера, связанные со спецификой объекта измерения.
Описано розроблений авторами проточний вимірювач концентрації вугільного пилу в пило–повітряній суміші, що транспортується по трубопроводу. Пиломір складається з ємнісного датчика, з’єднувального триаксіального кабелю довжиною кілька метрів і електронного блока. Розглянуто особливості побудови пиломіра, що пов'язані зі специфікою об'єкта вимірювання.
Elaborated by the authors a running measuring device of coal dust concentration in dust-air mixture transported by a pipeline is described. The dust counter consists of a capacitive pick-up, a connecting triaxial cable of a few meters length and an electronic block. Special features of the dust counter constructions concerned with a specific character of the subject of measurement are considered.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:28:03Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0204-3599. Техн. електродинаміка. 2009. № 5 75
УДК 621.317.39
А.И.Новик, докт.техн.наук, А.С.Левицкий, канд.техн.наук (Ин-т электродинамики НАН Украины,
Киев), Л.А.Кесова, докт.техн.наук, Н.Н.Черезов, канд.техн.наук, Г.Г.Лукашук (НТУУ «КПИ»,
Киев)
ЕМКОСТНЫЙ ПЫЛЕМЕР ДЛЯ УГОЛЬНЫХ КОТЛОВ ТЕПЛОВЫХ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Описан разработанный авторами проточный измеритель концентрации угольной пыли в пыле-воздушной
смеси, транспортируемой по трубопроводу. Пылемер состоит из емкостного датчика, соединительного
триаксиального кабеля длиной несколько метров и электронного блока. Рассмотрены особенности построения
пылемера, связанные со спецификой объекта измерения.
Описано розроблений авторами проточний вимірювач концентрації вугільного пилу в пило–повітряній суміші,
що транспортується по трубопроводу. Пиломір складається з ємнісного датчика, з’єднувального
триаксіального кабелю довжиною кілька метрів і електронного блока. Розглянуто особливості побудови
пиломіра, що пов'язані зі специфікою об'єкта вимірювання.
Значительная часть тепловых электростанций Украины работает на твердом топливе – угле,
который в современных котлах используется в мелко размолотом состоянии и подается в топки в виде
пыле-воздушной смеси (ПВС) [2]. От равномерности пылеподачи во времени и по горелкам зависит
температура факела в топке, глубина выгорания топлива и, в конечном счете, коэффициент полезного
действия энергоблоков электростанции, а также экологические показатели уходящих газов котлов.
Для поддержания оптимальной концентрации угольной пыли в ПВС при изменяющихся внешних
условиях (нагрузка блока, качество топлива, уровень пыли в бункере, расход воздуха на горелки котла
и др.) разрабатываются специальные системы автоматического регулирования процесса горения в
реальном времени с учетом различных факторов.
Ключевым элементом системы автоматического регулирования подачи угля является про-
точный измеритель концентрации угольной пыли в ПВС – пылемер [3].
Пылемер может быть построен на основе различных принципов – оптического, радиоактив-
ного, весового и др. Наиболее удобными, простыми и безопасными в обращении следует признать
емкостные (импедансные) концентратомеры угольной пыли. Действие их основано на диэлькомет-
рическом методе: диэлектрическая проницаемость (в общем случае – удельная комплексная элек-
тропроводность на переменном токе) смеси, заполняющей емкостный датчик, монотонно (в первом
приближении – линейно) возрастает с увеличением концентрации угольной пыли в ПВС.
Датчик емкостного пылемера представляет собой два электрода, размещенные на поверх-
ности диэлектрического отрезка трубы, врезанного в пылепровод. Конфигурация электродов может
быть различной, основное требование – создать по возможности равномерное электрическое поле в
поперечном сечении объема датчика (чтобы уменьшить влияние неравномерного распределения плот-
ности пыли по сечению потока). Экспериментально исследовались несколько различных конструкций
емкостного датчика:
─ в виде набора прямоугольных пластин, расположенных по периметру трубы и соединенных одна
с другой через одну (при этом нечетные пластины образуют один электрод, четные – другой); в виде двух
полос, изогнутых по двухзаходной винтовой линии и расположенных одна напротив другой;
─ в виде двух полуцилиндров, разделенных по образующим, параллельным оси датчика, и т.п.
Эффективность той или иной конструкции, которая оценивается по величине начальной емкости
пустого датчика и по величине приращения емкости после его заполнения угольной пылью, для
перечисленных вариантов приблизительно одинакова. Для того, чтобы исключить или существенно
уменьшить паразитные емкости датчика за счет силовых линий между внешними поверхностями
электродов, пластины окружают с внешней стороны электростатическим экраном, который при ис-
пользовании традиционной трехточечной схемы подключения датчика заземляют, а при исполь-
зовании датчика с одним заземленным электродом – подключают к точке измерительной цепи с
© Новик А.И., Левицкий А.С., Кесова Л.А., Черезов Н.Н., Лукашук Г.Г., 2009
76 ISSN 0204-3599. Техн. електродинаміка. 2009. № 5
защитным потенциалом. Внутренняя поверхность электродов отделяется от полупроводящей ПВС
тонким слоем диэлектрика. При этом конструкция датчика должна обеспечивать защиту его внут-
ренней поверхности от абразивного воздействия угольной пыли, загрязнения и образования неже-
лательных токопроводящих мостиков и перемычек.
Частота измерительного сигнала. В принципе для диэлькометрических измерений пригоден
измерительный (тестовый) сигнал любой частоты звукового или ультразвукового диапазона, какие-
либо особые требования к выбору частоты могут быть связаны с электрофизическими свойствами
объекта измерения. Проведенные исследования показали, что в случае измерения концентрации взве-
шенной в воздухе угольной пыли, имеющей сложный физико-химический состав, наиболее адек-
ватные результаты получаются при частотах измерительного сигнала около 1 МГц. Это значение ра-
бочей частоты и выбрано в описываемом емкостном пылемере.
Измерительная цепь и схема подключения емкостного датчика. Измерительная цепь пред-
ставляет собой полууравновешенный мост переменного тока, в котором емкость датчика сравнивается
с емкостью образцового конденсатора. После установки на объект мост уравновешивается вручную
при пустом датчике. При заполнении пылевоздушной смесью мост выходит из равновесия, его выход-
ной сигнал, приблизительно пропорциональный процентному содержанию угля в ПВС, усиливается,
выпрямляется, фильтруется от переменной составляющей, усредняется для уменьшения влияния
флюктуаций входной величины и передается на выход устройства.
Имеется два выхода: стандартизованный токовый выход 0÷5 мА
для системы автоматического управления и контрольный выход по
постоянному напряжению 0÷3 В.
Традиционной, широко применяемой схемой включения
емкостного датчика является так называемая трехзажимная (или
трехточечная) потенциально-токовая схема (рис. 1), когда оба элек-
трода конденсатора датчика Сд изолированы от земли, один из них
подключен к генератору Г, второй – ко входу измерителя тока или
индикатора И [1,4]. Оба подключающих провода, как и сам датчик,
заключены в экран, соеди-
ненный с землей (рис. 2, а, где показан поперечный разрез дат-
чика; 1 – труба из диэлектрика; 2, 3 – электроды емкостного дат-
чика; 4 – наружные экраны электродов; 5 – экраны соедини-
тельных проводов; 6 – корпус датчика). В такой схеме легко уст-
раняется влияние паразитных емкостей подводящих провод-
ников, в качестве которых могут быть использованы отрезки
коаксиального кабеля или обычного экранированного провода.
Однако попытка использования такой схемы в емкостном
пылемере не дала удовлетворительных результатов. При увеличе-
нии концентрации угля γ в ПВС вначале происходило ожидаемое
возрастание выходного сигнала Uвых пылемера, но по достижении
некоторой, достаточно высокой концентрации, рост Uвых замед-
лялся, затем останавливался, а при дальнейшем ее увеличении
входной сигнал начинал уменьшаться (рис. 3). Детальное иссле-
дование этого явления позво-
лило прийти к следующим
выводам. Электропроводя-
щая среда между электродами
емкостного датчика (принци-
пиально не важен характер
этой электропроводности – емкостная, активная или комплексная,
а важно наличие диэлектрического покрытия электродов) выпол-
няет двоякую роль. С одной стороны, она увеличивает результи-
рующую электропроводность между пластинами датчика, в рез-
ультате чего чем выше модуль удельной проводимости, тем боль-
ший ток протекает через цепь. С другой стороны, проводящая
среда между электродами, имея вне датчика хороший контакт
Рис.1
Рис. 2
Рис. 3
ISSN 0204-3599. Техн. електродинаміка. 2009. № 5 77
(гальванический или емкостный) с заземленными трубопроводами, играет роль электростатического
экрана. При повышении электропроводности этого экрана все большая часть тока от высокопотен-
циального электрода уходит через экран на землю, благодаря чему ток на выходе датчика умень-
шается. При больших удельных электропроводностях ПВС второй эффект начинает преобладать, и
зависимость Uвых от γ приобретает вид рис. 3 (производная функции уменьшается до нуля, а затем
меняет знак на противоположный). Подробный анализ этого явления, в том числе, факторов, влияю-
щих на положение точки экстремума функции, сделан применительно к датчикам емкостных уров-
немеров в [5].
Избежать подобной немонотонности и неоднозначности кривой Uвых=f(γ) можно, если изме-
нить конструкцию и схему включения емкостного датчика, соединив один из его электродов (3 − на
рис. 2, б; обозначения элементов аналогичны рис. 2, а) с землей. Это влечет за собой необходимость
изменения и измерительной цепи устройства. Второй электрод, высокопотенциальный или «горячий»
(3 − на рис. 2, б) присоединяется к электронному блоку проводом, который для защиты от влияния
паразитных емкостей должен быть заключен в два экрана – внутренний, эквипотенциальный, на ко-
торый подается напряжение, равное и синфазное с напряжением на «горячем» электроде, и внешний,
заземленный. Однако при этом возникает необходимость измерять ток в проводе, находящемся под
высоким потенциалом. Исключить большие погрешности, связанные с утечками тока через паразит-
ные емкости, удается благодаря разработанному в ИЭД НАНУ принципу построения с использова-
нием так называемого трансформатора с продольно экранированной обмоткой – ТПЭО [4,6,7].
На рис. 4 показана функциональная схема емкост-
ного пылемера. Она включает стабилизированный по амп-
литуде генератор ГС синусоидального напряжения UГ час-
тотой 1 МГц, трансформатор ТПЭО, операционный усили-
тель ОУ, выпрямитель В, масштабирующий усилитель
МУ, усредняющее устройство (фильтр нижних частот пер-
вого порядка ФНЧ) со ступенчато регулируемой постоян-
ной времени – для выбора необходимой степени усред-
нения сигнала, повторитель напряжения ПН, измеритель-
ный преобразователь напряжение-ток U/I, образцовые кон-
денсаторы С0 и Сос, переменный компенсационный резис-
тор RК и два потенциометра RP1 и RP2.
Питающее напряжение UГ с выхода генератора ГС
подается на ТПЭО, представляющий собой ферритовый
сердечник, на который нанесена обмотка из тонкого ко-
аксиального кабеля. Экранирующая оболочка кабеля ис-
пользуется в данном случае как первичная обмотка, ее
нижний (по схеме) конец заземлен. Вторичная обмотка
(образованная внутренним проводником кабеля) включена
между «горячим» электродом емкостного датчика Сд и
точкой S суммирования токов мостовой цепи – инверти-
рующим входом операционного усилителя ОУ. Наводи-
мые ЭДС в каждом витке первичной и вторичной обмоток
ТПЭО полностью идентичны. Поскольку нижние концы
обеих обмоток имеют одинаковый – нулевой потенциал,
то и по всей длине обмотки, а также за ее пределами, внут-
ренний и внешний проводники эквипотенциальны, благодаря чему отсутствуют утечки тока через
паразитные емкости из цепи внутреннего соединительного провода. К точке S подключена также вто-
рая ветвь моста – образцовый конденсатор С0 , на который подано напряжение генератора через по-
тенциометр RP1 «Установка нуля». Нетрудно видеть, что ток на выходе мостовой цепи, поступающий
на вход ОУ с глубокой обратной связью (через конденсатор Сос), равен разности токов датчика Сд и
образцового конденсатора С0, в результате чего, если пренебречь погрешностью от статизма, выра-
жение U1 для напряжения на выходе ОУ будет следующим: Г1 UU && = (Сд– kC0)/Cос, где k – коэффи-
циент передачи потенциометра RP1 (сопротивление RP1 выбрано пренебрежимо малым по сравнению с
реактивным сопротивлением конденсатора С0). Напряжение U1 выпрямляется посредством выпрями-
Рис. 4
78 ISSN 0204-3599. Техн. електродинаміка. 2009. № 5
теля В, затем через потенциометр RP2 «Крутизна», масштабирующий усилитель МУ, фильтр ФНЧ и
повторитель напряжения ПН поступает на один из выходов устройства в виде напряжения Uвых. Кро-
ме того, с помощью преобразователя U/I из напряжения Uвых формируется нормированный выходной
ток Iвых с рабочим диапазоном изменений 0÷5 мА.
Как видно из формулы, если установить значение k таким, чтобы kС0 = Сдп, (где Сдп – емкость
пустого датчика), то мост будет уравновешен, и напряжение U1, а также выходное напряжение пре-
образователя Uвых и его выходной ток Iвых будут равны нулю. При появлении в датчике угольной
пыли его емкость (в общем случае – комплексная проводимость) возрастает, и входной ток ОУ, на-
пряжение Uвых и ток Iвых увеличиваются пропорционально концентрации угля в ПВС.
Соединительный кабель. Из изложенного видно, что емкостный датчик пылемера соединя-
ется с электронным блоком кабелем с двойным экраном (в литературе применяется также термин
«триаксиальный» кабель). Наиболее важным параметром при выборе соединительного кабеля явля-
ется качество экранирования центрального проводника относительно внешнего экрана, которое харак-
теризуется величиной т.н. электрической прозрачности внутренней экранирующей оплетки. В идеале
эта прозрачность равна нулю, в реальных кабелях небольшой процент электрических силовых линий
«просачивается» сквозь внутренний экран и обуславливает паразитную остаточную емкость. В опии-
сываемой схеме эта емкость включается параллельно рабочей емкости датчика и, если она стабильна
по величине, то может быть скомпенсирована как составляющая начальной емкости датчика в про-
цессе установки нуля (реально она составляет малые доли процента от начальной емкости датчика да-
же при длине кабеля в несколько метров).
Другим существенным моментом является влияние на работу пылемера распределенных пара-
метров кабеля. По условиям работы длина соединительного кабеля может достигать 7–10 метров. На
частоте 1 МГц длина волны в кабеле с учетом коэффициента укорочения kукор ≈ 0,7 составляет около
200 метров. При таком соотношении длин линии и волны уже заметно сказываются распределенные
параметры кабеля. Проявляется это в данном случае в том, что в емкостном импедансе, подключен-
ном к измерительному преобразователю через кабель, появляется квадратурная (активная) составля-
ющая, которая особенно ощутима при пустом датчике, она не дает возможности уравновесить мост
одной лишь регулировкой потенциометра RP1. С целью компенсации влияния этой составляющей в
измерительной цепи прибора предусмотрена еще одна регулируемая ветвь – резистор переменного
сопротивления Rк. В процессе настройки перед началом работы поочередной регулировкой RP1 и Rк
при пустом датчике мост уравновешивают полностью по первой гармонике рабочей частоты.
Описанный емкостный пылемер проверен в лабораторных условиях и показал хорошие ре-
зультаты. В настоящее время изготовлена малая серия приборов (6 экземпляров), предназначенная
для установки на агрегатах Трипольской ТЭС и опытной эксплуатации в составе автоматизированной
системы пылеподачи.
1. Гриневич Ф.Б., Новик А.И. Измерительные компенсационно-мостовые устройства с емкостными
датчиками. – Киев : Наук. думка, 1987. – 112 с.
2. Кесова Л.А., Литовкин В.В., Булыгин А.А. Приоритетные направления инвестиций в «чистую»
угольную энергетику Украины // Техн. електродинаміка. Тем.вип. «Енергозбереження в Україні: законодавство,
теорія, практика». – 2003. – С. 38–39.
3. Кесова Л.А., Черезов Н.Н. и др. Технология пылеподачи с высокой концентрацией для котлов тепло-
вых электростанций // Техн.електродинаміка. Тем.вип. «Енергозбереження в Україні: законодавство, теорія,
практика». − 2003. − С. 40−41.
4. Новик А.И., Колупаев Ю.П. и др. Особенности построения измерительных цепей для работы с ем-
костными датчиками // Техн. електродинаміка. – 2005. – № 1. – С. 66–70.
5. Новик А.И. Особенности емкостного измерения уровня веществ с различной электропроводностью //
Техн. електродинаміка. – 2001. – № 4. – С. 66–72.
6. А.с. № 661366 СССР, МКИ G 01 R 17/12. Трансформаторный измерительный мост / А.И.Новик. // БИ.
– 1979. – № 17.
7. А.с. № 1536188 СССР, МКИ G 01 В 7/00. Емкостный измеритель расстояния до заземленной поверх-
ности / П.И.Борщев, А.И.Новик и др. // БИ. – 1990. – № 2.
Надійшла 03.02.09
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-13087 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3599 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:28:03Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Новик, А.И. Левицкий, А.С. Кесова, Л.А. Черезов, Н.Н. Лукашук, Г.Г. 2010-10-28T16:11:14Z 2010-10-28T16:11:14Z 2009 Емкостной пылемер для угольных котлов тепловых электростанций / А.И. Новик, А.С. Левицкий, Л.А. Кесова, Н.Н. Черезов, Г.Г. Лукашук // Техн. електродинаміка. — 2009. — № 5. — С. 75-78. — Бібліогр.: 7 назв. — pос. 0204-3599 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/13087 621.317.39 Описан разработанный авторами проточный измеритель концентрации угольной пыли в пыле-воздушной смеси, транспортируемой по трубопроводу. Пылемер состоит из емкостного датчика, соединительного триаксиального кабеля длиной несколько метров и электронного блока. Рассмотрены особенности построения пылемера, связанные со спецификой объекта измерения. Описано розроблений авторами проточний вимірювач концентрації вугільного пилу в пило–повітряній суміші, що транспортується по трубопроводу. Пиломір складається з ємнісного датчика, з’єднувального триаксіального кабелю довжиною кілька метрів і електронного блока. Розглянуто особливості побудови пиломіра, що пов'язані зі специфікою об'єкта вимірювання. Elaborated by the authors a running measuring device of coal dust concentration in dust-air mixture transported by a pipeline is described. The dust counter consists of a capacitive pick-up, a connecting triaxial cable of a few meters length and an electronic block. Special features of the dust counter constructions concerned with a specific character of the subject of measurement are considered. ru Інститут електродинаміки НАН України Інформаційно-вимірювальні системи в електроенергетиці Емкостной пылемер для угольных котлов тепловых электростанций A capacitive dust counter for coal boilers of thermoelectric power stations Article published earlier |
| spellingShingle | Емкостной пылемер для угольных котлов тепловых электростанций Новик, А.И. Левицкий, А.С. Кесова, Л.А. Черезов, Н.Н. Лукашук, Г.Г. Інформаційно-вимірювальні системи в електроенергетиці |
| title | Емкостной пылемер для угольных котлов тепловых электростанций |
| title_alt | A capacitive dust counter for coal boilers of thermoelectric power stations |
| title_full | Емкостной пылемер для угольных котлов тепловых электростанций |
| title_fullStr | Емкостной пылемер для угольных котлов тепловых электростанций |
| title_full_unstemmed | Емкостной пылемер для угольных котлов тепловых электростанций |
| title_short | Емкостной пылемер для угольных котлов тепловых электростанций |
| title_sort | емкостной пылемер для угольных котлов тепловых электростанций |
| topic | Інформаційно-вимірювальні системи в електроенергетиці |
| topic_facet | Інформаційно-вимірювальні системи в електроенергетиці |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/13087 |
| work_keys_str_mv | AT novikai emkostnoipylemerdlâugolʹnyhkotlovteplovyhélektrostancii AT levickiias emkostnoipylemerdlâugolʹnyhkotlovteplovyhélektrostancii AT kesovala emkostnoipylemerdlâugolʹnyhkotlovteplovyhélektrostancii AT čerezovnn emkostnoipylemerdlâugolʹnyhkotlovteplovyhélektrostancii AT lukašukgg emkostnoipylemerdlâugolʹnyhkotlovteplovyhélektrostancii AT novikai acapacitivedustcounterforcoalboilersofthermoelectricpowerstations AT levickiias acapacitivedustcounterforcoalboilersofthermoelectricpowerstations AT kesovala acapacitivedustcounterforcoalboilersofthermoelectricpowerstations AT čerezovnn acapacitivedustcounterforcoalboilersofthermoelectricpowerstations AT lukašukgg acapacitivedustcounterforcoalboilersofthermoelectricpowerstations |