鄧飛忠 李志敏 吳桂安 仇明貴

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引言

隨著社會的不斷發(fā)展，燃?xì)鉄崴鳠煔馀欧乓笠膊粩嗵岣?，在熱水器實際使用過程中，受到外界環(huán)境因素的影響導(dǎo)致排煙阻力增加，造成燃燒不充分從而導(dǎo)致煙氣排放超標(biāo)造成環(huán)境污染及資料浪費。故在此條件下必須進(jìn)行相應(yīng)風(fēng)量補償維持良好的燃燒工況。

本文通過在實際研發(fā)測試過程中發(fā)現(xiàn)在不同的外界阻力條件下（系統(tǒng)負(fù)載發(fā)生變化），風(fēng)機轉(zhuǎn)速R與風(fēng)機電流I會產(chǎn)生相應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系,而根據(jù)此特征性能結(jié)合實際試驗結(jié)果，講述一種風(fēng)量自適應(yīng)的控制方法，再描述驗證實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)相應(yīng)的分析實驗，驗證控制方案的可行性。

1 燃?xì)鉄崴鞯娜紵r分析

CO排放指標(biāo)是衡量燃?xì)鉄崴鞯娜紵r的核心性能指標(biāo)，良好的煙氣指標(biāo)輸出必須滿足燃料與氧有充分合理的比例混合方能將燃料中的熱量充分釋放，氧量的過少或過量都不利于維持燃燒工況的穩(wěn)定。由此可見氧氣的供給對于燃?xì)鉄崴鞣€(wěn)定的工作顯得尤為重要，烴類燃料的燃燒反應(yīng)式如（1）所示[1,2]：

而燃料燃燒所需的實際空氣量為：

式中：

α—過?？諝庀禂?shù)；

O2—燃?xì)庵蠴的容積成分（%）；

CmHn—燃?xì)庵锌扇冀M分的容積成分（%）；

V0—理論空氣量（%）；

V1—一次空氣引射量（%）；

V2—二次空氣吸入量（%）；

Vε—系統(tǒng)損失空氣量（%）；

VCO—煙氣中CO含量（%）；

β—燃料特性系數(shù)，與成分相關(guān)。

從上述公式反應(yīng)了維持良好燃燒工況的前提是保證系統(tǒng)充分燃燒所需空氣的量。

2 方案設(shè)計

前期試驗過程中發(fā)現(xiàn)在不同外界條件下直流風(fēng)機電流I與風(fēng)機轉(zhuǎn)速R比值均存在一定線性變化關(guān)系，故設(shè)置虛擬值P=I/R*K（K為常數(shù)）；正常生產(chǎn)調(diào)節(jié)過程中系統(tǒng)根據(jù)上述公式在最大負(fù)荷狀態(tài)下自動獲取最大虛擬值Pmax及最小虛擬壓力值Pmin。

當(dāng)機器受到外界阻力影響時，系統(tǒng)根據(jù)前期獲取Pmax及Pmin進(jìn)行線性補償，主要動作是通過調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速，使P=I/R*K逐漸逼近標(biāo)態(tài)負(fù)荷曲線上的P標(biāo)值同時為了避免受外界阻力波動的影響，設(shè)定±5 Pa的允許波動范圍。

隨著外界阻力的不斷增加，系統(tǒng)在逼近過程虛擬值P標(biāo)值時會產(chǎn)生過程壓差值ΔP=P標(biāo)- P實，而隨著ΔP的不斷增加，反映的是系統(tǒng)燃燒工況逐漸惡化，所以需限定報警界限值ΔP報及最大轉(zhuǎn)速值Rmax來限定系統(tǒng)的報警點。

3 試驗分析

3.1 試驗條件說明

試驗選取的是一臺熱負(fù)荷30 kW，四分段（分段方式為：4～7～11～14）的強抽直流燃?xì)鉄崴鳌?/p>

3.2 標(biāo)管狀態(tài)下風(fēng)機最大轉(zhuǎn)速FH及最小轉(zhuǎn)速FL確定

1）燃?xì)鉄崴鲀?nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定后，通過手動補償方式，滿足整機在標(biāo)定最長煙管條件下（如：3米3彎）煙氣性能指標(biāo)（折算后CO≈400 ppm）得到風(fēng)機轉(zhuǎn)速為3 100 r/min，風(fēng)機電流為437 mA，確定I/R比值。

2）實驗操作將熱水器煙管安裝恢復(fù)至標(biāo)態(tài)煙管狀態(tài)，根據(jù)上述確定I/R比值,調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速使得I標(biāo)/R標(biāo)=I/R，確定整機在額定負(fù)荷下的風(fēng)機轉(zhuǎn)速如表2。

表1 具體參數(shù)表

表2 額定負(fù)荷下風(fēng)機轉(zhuǎn)速及電流

3）根據(jù)小火燃燒穩(wěn)定性及結(jié)合CO、02及排煙溫度等輸出露點溫度），確定整機在小負(fù)荷下的風(fēng)機轉(zhuǎn)速如表3。

表3 最小負(fù)荷下風(fēng)機轉(zhuǎn)速及電流

3.3 標(biāo)管狀態(tài)下虛擬值Pmax及Pmin確定

為了使所得虛擬值與傳統(tǒng)風(fēng)壓傳感器壓力控制范圍相似（壓力范圍：（0～200）Pa），定義K值為1 130，根據(jù)虛擬值公式P=I/R*K，得出虛擬值如表4。

表4 標(biāo)管狀態(tài)下的壓力虛擬值

3.4 不同火排數(shù)下壓差補償值確定

1）額定負(fù)荷下，測試壓差值如表5:（以最多排數(shù)為基礎(chǔ)）

表5 不同火排段最大負(fù)荷下壓差補償值

2）小負(fù)荷下，壓差值測試如表6（以最多排數(shù)為基礎(chǔ)）

表6 不同火排段最小負(fù)荷下壓差補償值

通過上述測試結(jié)果得出的過程控制曲線輸出可以用圖1表示。

圖1 不同負(fù)荷段虛擬壓力與比例閥電流對應(yīng)關(guān)系

3.5 過程控制點的可行性評估

1）按上述線性曲線控制方法，提取過程控制點，通過主要性能參數(shù)的采樣及分析，評估控制方法的可性性，如表7所示。

表7 不同火排段下控制點性能參數(shù)

2）實際控制曲線輸出見圖2。

圖2 實際狀態(tài)不同火排段下虛擬壓力與比例閥電流對應(yīng)關(guān)系

從上述數(shù)據(jù)采集結(jié)果，主要性能指標(biāo)分析，可證明控制方案滿足要求。

3.6 界限參數(shù)值確定

1）試驗方法說明

設(shè)定抗風(fēng)壓能力參數(shù)：設(shè)定滿負(fù)荷狀態(tài)抗風(fēng)壓能力：（200～300）Pa,最小負(fù)荷抗風(fēng)壓能力：（150～200）Pa；通過外阻測試試驗，尋找報警界限參數(shù)：過程壓差值ΔP報及最大轉(zhuǎn)速值Rmax。

2）不同火排段最大/最小負(fù)荷狀態(tài)界限參數(shù)采樣測試見表8、表9

表8 不同火排段下最大負(fù)荷抗風(fēng)壓狀態(tài)參數(shù)

表9 不同火排段下最小負(fù)荷抗風(fēng)壓狀態(tài)參數(shù)

3）界限參數(shù)值輸出結(jié)果

①最大風(fēng)機轉(zhuǎn)速及壓差值確定見表10

表10 不同狀態(tài)下極限風(fēng)機轉(zhuǎn)速及壓差關(guān)系

由此得到的壓力界限曲線如圖3。

圖3 極限狀態(tài)下虛擬壓力與比例閥電流對應(yīng)關(guān)系

4）系統(tǒng)抗阻能力輸出結(jié)果

①參數(shù)設(shè)置模式下測試，其結(jié)果如表11所示。

表11 不同狀態(tài)下理論虛擬壓力與實測虛擬壓力對應(yīng)關(guān)系

②實際工作狀態(tài)下測試，其結(jié)果如表12所示。

表12 實際工作狀態(tài)下達(dá)到的抗風(fēng)壓情況

通過數(shù)據(jù)采集分析及最終抗阻能力輸出結(jié)果，通過上述抗風(fēng)壓值的情況可知，控制方案滿足系統(tǒng)總體性能要求。

4 結(jié)論

本文通過對關(guān)于燃?xì)鉄崴黠L(fēng)量自適應(yīng)控制方案探討，結(jié)合上述試驗分析,圍繞著直流風(fēng)機電流及轉(zhuǎn)速的關(guān)系，通過虛擬值的設(shè)定，模擬不同火排段及對應(yīng)負(fù)荷點的虛擬值采樣，通過壓差補償?shù)确绞綄崿F(xiàn)各火排段的風(fēng)量補償線性控制，同時通過界限參數(shù)值的設(shè)置從而保證系統(tǒng)抗阻能力的輸出，最終證明了上述風(fēng)量補償方案的可行性。