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專利名稱：等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測方法和裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)工業(yè)煤粉鍋爐的點(diǎn)火啟動和低負(fù)荷穩(wěn)燃需要依靠燃油，1999 年，國家電力系統(tǒng)的煤粉鍋爐油耗達(dá)287噸，合人民幣近100億元。自 八十年代以來，各國專家致力于采用等離子技術(shù)直接點(diǎn)燃煤粉的研
究，以節(jié)約燃油。
在等離子體點(diǎn)火鍋爐中，利用等離子體發(fā)生器通過電弧放電產(chǎn)生
高溫等離子體，由之點(diǎn)燃媒粉。
然而，隨著等離子體點(diǎn)火裝置在現(xiàn)場的廣泛使用，也暴露出等離 子體點(diǎn)火裝置的一些問題。其中，等離子體發(fā)生器中的燒損件陰極的 使用壽命短，陰極的使用壽命無法準(zhǔn)確的估計(jì)，已成為問題的焦點(diǎn)。
例如，等離子體點(diǎn)火裝置可應(yīng)用于電廠鍋爐，尤其是電廠鍋爐啟 動階段、低負(fù)荷穩(wěn)燃階段和機(jī)組滑停階段，用來替代傳統(tǒng)媒粉鍋爐中 的油槍，達(dá)到節(jié)能增效的目的。這三個(gè)過程都需要點(diǎn)火器有很好的穩(wěn) 定性，能夠長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，不能在中間出現(xiàn)因陰極燒損而斷弧的情 況。特別是在機(jī)組汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、發(fā)電機(jī)并網(wǎng)等關(guān)鍵時(shí)機(jī)，機(jī)組大修后各 種試驗(yàn)的關(guān)鍵時(shí)間都要求點(diǎn)火器有絕對可靠的穩(wěn)定性。否則，將會給 整個(gè)機(jī)組帶來不可估量的損失。因此，如果能夠準(zhǔn)確掌握陰極使用壽 命情況，即可采取提前更換新陰極頭等手段避免在機(jī)組啟動等重要的 運(yùn)行過程中發(fā)生斷弧現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測方 法和裝置，能夠自動監(jiān)測等離子體發(fā)生器陰極壽命，以便及時(shí)更換陰 極，避免由于陰極燒損而在不恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)導(dǎo)致等離子體發(fā)生器停止工 作而產(chǎn)生巨大損失。
為實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明提出了 一種等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測
方法，包括下述步驟 獲得與流過等離子體發(fā)生器陰極的電流有 關(guān)的信息；根據(jù)流過等離子體發(fā)生器陰極的電流確定陰極的消耗速 率；根據(jù)所述消耗速率計(jì)算陰極的剩余壽命。
本發(fā)明還提出了一種等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測裝置，包括 獲得與流過等離子體發(fā)生器陰極的電流有關(guān)的信息的裝置；根據(jù)流過 等離子體發(fā)生器陰極的電流確定陰極的消耗速率的裝置；以及根據(jù)所 述消耗速率計(jì)算陰極的剩余壽命的裝置。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述與流過等離子體發(fā)生器陰極的 電流有關(guān)的信息可以是等離子體發(fā)生器陰極的電流強(qiáng)度或者功率，也 可以是與流過等離子體發(fā)生器陰極的電流相關(guān)聯(lián)的操作。
本發(fā)明還可以顯示所述剩余壽命，或者在所述剩余壽命低于預(yù)定 閾值時(shí)報(bào)警。
此外，本發(fā)明還可以預(yù)先存儲陰極消耗特性曲線，在確定了與電 流有關(guān)的信息之后，通過查找該曲線而確定陰極的消耗速率。
這樣，通過本發(fā)明，可以實(shí)時(shí)獲知當(dāng)前的陰極還有多少壽命，從 而方便操作人員及時(shí)更換陰極。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。附圖中 圖1是本發(fā)明的等離子體陰極壽命監(jiān)測方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方 式的流程圖2是本發(fā)明的等離子體陰極壽命監(jiān)測裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方 式的示意性框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
等離子體點(diǎn)火裝置的基本工作原理是電極接觸引弧，即陰極與陽 極接觸后通過特定的直流電源給陰陽極加大電流，當(dāng)陰極離開陽極時(shí) 引燃電弧，同時(shí)電弧在線圍磁力的作用下被拉出噴管之外，壓縮空氣 在電弧的作用下被電離為高溫等離子體，形成等離子體電弧。等離子 體電弧點(diǎn)燃鍋爐媒粉。
根據(jù)等離子體電弧的工作原理，陰極作為等離子發(fā)生器發(fā)射電子 的高溫部件，燒損是該電極的工作特點(diǎn)。影響陰極使用壽命的因素很 多，其中主要因素有電極材料、電極形狀、電弧工作電流、冷卻條件、 使用氣體種類等。 一般，作為可更換的部件，電極使用的材料、形狀、 冷卻條件等大致是一定的，使用的氣體種類也大致是一定的。所以， 陰極燒損速率是電弧工作電流的單值函數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，主要是靠 調(diào)節(jié)電流來調(diào)節(jié)電弧功率。因此陰極燒損速率也是電弧功率的單值函 數(shù)。該函數(shù)可以通過試驗(yàn)來獲得。
該函數(shù)可以通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定為連續(xù)函數(shù)的形式，也可以是由多 個(gè)采樣點(diǎn)形成的不連續(xù)的函數(shù)。采樣點(diǎn)的多少決定了需要進(jìn)行的試驗(yàn) 的次數(shù)，取決于所需達(dá)到的陰極壽命監(jiān)測精度。
該函數(shù)也可以是分段函數(shù)的形式。在實(shí)踐中，等離子體發(fā)生器有
不同的工況。例如1)在媒粉鍋爐冷爐啟動剛開始點(diǎn)火時(shí)，可適當(dāng) 增加電流來增加電弧功率，確保一次點(diǎn)火成功。2)等離子體點(diǎn)火燃 燒器穩(wěn)定燃燒以后，可以將電流下調(diào)至推薦工作電流范圍。3)鍋爐 已經(jīng)達(dá)到一定負(fù)荷，爐膛內(nèi)溫度已經(jīng)很高，煤粉噴進(jìn)去很容易燃燒時(shí)， 為節(jié)約陰極壽命，可適當(dāng)減少電弧工作電流。為了因應(yīng)一些更為具體 的情況，等離子體發(fā)生器還可以存在其他更多的工況。但是，從實(shí)際 控制的角度，在每一種具體的工況之下，等離子體發(fā)生器的工作狀態(tài) 大致是穩(wěn)定的。因此，在每一種工況之下，可以近似地認(rèn)為特定陰極 的燒蝕速率是一定的，或者有該工況所特有的燒蝕規(guī)律。
發(fā)明人基于上述認(rèn)識提出了本發(fā)明的等離子體發(fā)生器陰極壽命 監(jiān)測方法和裝置。如圖l所示，根據(jù)本發(fā)明的等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測方法，
首先要獲得與陰極電流有關(guān)的信息(步驟S102)。如前所述，這樣的
信息例如是流過陰極的電流強(qiáng)度，或者功率。顯然，電流強(qiáng)度和功率 可以用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何檢測設(shè)備獲得。前面已經(jīng)提到，陰
極的燒蝕函數(shù)可以是基于工況的分段函數(shù)。在這種情況下，如果在每 一種工況下燒蝕速度是恒定的(或者近似地認(rèn)為是恒定的)，則可以 獲得關(guān)于處于哪一種工況的信息。例如，當(dāng)?shù)入x子體發(fā)生器(或者鍋 爐系統(tǒng))的控制系統(tǒng)將等離子體發(fā)生器設(shè)定到某一種工況時(shí)，所述獲 得與陰極電流有關(guān)的信息的步驟S102即可獲得該設(shè)定的有關(guān)信息。 或者可以通過其他途徑獲得有關(guān)工況的信息，例如直接檢測工況。
這樣，在步驟S104，就可以根據(jù)上述信息，應(yīng)用如前所述通過 試驗(yàn)預(yù)先確定的函數(shù)關(guān)系來確定陰極當(dāng)前的消耗速率。進(jìn)而，基于該 速率以及在該速率下的陰極工作時(shí)間，可以得到陰極的剩余壽命(步 驟S106)。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，可以實(shí)時(shí)顯示陰極所剩 下的可以正常使用的時(shí)間(未圖示)，運(yùn)行人員可以比較準(zhǔn)確的掌握 陰極的使用情況。在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，當(dāng)使用時(shí)間低 于一定的值時(shí)，可以發(fā)出報(bào)警信號(步驟S108)，提醒運(yùn)行人員注意 要提前準(zhǔn)備更換陰極頭。當(dāng)然，這兩種優(yōu)選實(shí)施方式可以結(jié)合起來， 同時(shí)實(shí)現(xiàn)平時(shí)的顯示和剩余壽命低于預(yù)定閾值時(shí)的報(bào)警。在顯示剩余 壽命時(shí)，可以有多種顯示方式，例如，可以顯示電極剩余的量(例如 重量、體積或者長度)，或者可以顯示電極的剩余使用時(shí)間，例如在 當(dāng)前燒蝕速率下的剩余使用時(shí)間，或者在預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)燒蝕速率下的剩余 使用時(shí)間。
下面結(jié)合圖2描述本發(fā)明的等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測裝置。 本發(fā)明的監(jiān)測裝置可以實(shí)現(xiàn)在控制等離子體發(fā)生器甚至媒粉鍋爐的 控制系統(tǒng)中，例如計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，或者單獨(dú)地實(shí)現(xiàn)，例如利用可 編程控制器。
如圖2所示，本發(fā)明的等離子體發(fā)生器壽命監(jiān)測裝置包括檢測器 202、消耗速率確定裝置206和剩余壽命計(jì)算裝置。檢測器202可以是用來測量流過陰極的電流的電流計(jì)，或者測量等離子體發(fā)生器功率
(電弧功率)的功率計(jì)。或者，如前所述，檢測器202可以是檢測等 離子體發(fā)生器工況(或者媒粉鍋爐系統(tǒng)工況)的裝置，其檢測手段可 以是直接檢測工況，或者從等離子體發(fā)生器(或者媒粉鍋爐)控制系 統(tǒng)接收有關(guān)工況控制的信息。
這樣，消耗速率確定裝置206就可以根據(jù)該信息，利用前述陰極 消耗特性函數(shù)來計(jì)算陰極的消耗速率。所述陰極消耗特性函數(shù)可以用 編程方式直接結(jié)合在消耗速率確定裝置206中(例如可編程控制器 中)，尤其是當(dāng)所述函數(shù)關(guān)系簡單，例如只是分段常值函數(shù)的時(shí)候， 可以應(yīng)用這種方式。另外，也可以將消耗特性函數(shù)存儲在一個(gè)存儲裝 置204中(例如當(dāng)該函數(shù)很復(fù)雜時(shí))，消耗速率確定裝置206通過查 找該存儲裝置204中存儲的消耗特性函數(shù)(表格，或者解析曲線)， 來確定陰極當(dāng)前的消耗速率。
基于確定的當(dāng)前消耗速率，剩余壽命計(jì)算裝置208計(jì)數(shù)陰極的使 用時(shí)間，從而得到剩余壽命。
在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，可以有顯示裝置(未圖示)顯示電極的 剩余壽命，例如可以顯示電極剩余的量(例如重量、體積或者長度)， 或者可以顯示電極的剩余使用時(shí)間，例如在當(dāng)前燒蝕速率下的剩余使 用時(shí)間，或者在預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)燒蝕速率下的剩余使用時(shí)間。
在另一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以有報(bào)警裝置210。當(dāng)電極剩余 壽命低于預(yù)定閾值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號，以便操作人員及時(shí)更換電極。 該報(bào)警裝置210可以使用任何報(bào)警手段，例如燈光、聲音等，也可以 在顯示裝置上顯示報(bào)警信息。顯示報(bào)警信息的顯示裝置與前述顯示剩 余壽命的顯示裝置可以是同一裝置，也可以是不同裝置。
上面對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明不應(yīng) 局限于這些實(shí)施方式的實(shí)施細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，可以對 這里說明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行各種修改而不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測方法，包括下述步驟獲得與流過等離子體發(fā)生器陰極的電流有關(guān)的信息；根據(jù)流過等離子體發(fā)生器陰極的電流確定陰極的消耗速率；根據(jù)所述消耗速率計(jì)算陰極的剩余壽命。
2. 如權(quán)利要求1所述的等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測方法，其 特征在于，所述獲得與流過等離子體發(fā)生器陰極的電流有關(guān)的信息的 步驟包括檢測流過等離子體發(fā)生器陰極的電流強(qiáng)度或者功率。
3. 如權(quán)利要求1所述的等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測方法，其 特征在于，所述獲得與流過等離子體發(fā)生器陰極的電流有關(guān)的信息的 步驟包括根據(jù)與流過等離子體發(fā)生器陰極的電流相關(guān)聯(lián)的操作來獲 得所述信息。
4. 如權(quán)利要求1到3之一所述的等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測 方法，其特征在于還包括在所述剩余壽命低于預(yù)定閾值時(shí)報(bào)警的步 菔
5. 如權(quán)利要求1到3之一所述的等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測 方法，其特征在于還包括顯示所述剩余壽命的步驟。
6. —種等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測裝置，包括 獲得與流過等離子體發(fā)生器陰極的電流有關(guān)的信息的裝置； 根據(jù)流過等離子體發(fā)生器陰極的電流確定陰極的消耗速率的裝置；根據(jù)所迷消耗速率計(jì)算陰極的剩余壽命的裝置。
7. 如權(quán)利要求6所述的等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測裝置，其 特征在于，所述獲得與流過等離子體發(fā)生器陰極的電流有關(guān)的信息的 裝置包括檢測流過等離子體發(fā)生器陰極的電流強(qiáng)度或者功率的裝置。
8. 如權(quán)利要求6所述的等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測裝置，其 特征在于，所述獲得與流過等離子體發(fā)生器陰極的電流有關(guān)的信息的 裝置包括根據(jù)與流過等離子體發(fā)生器陰極的電流相關(guān)聯(lián)的操作來獲 得所述信息的裝置。
9. 如權(quán)利要求6到8之一所述的等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測 裝置，其特征在于還包括一個(gè)陰極消耗特性曲線存儲裝置，所述根據(jù) 流過等離子體發(fā)生器陰極的電流確定陰極的消耗速率的裝置根據(jù)所 述與流過等離子體發(fā)生器陰極的電流有關(guān)的信息以及所述陰極消耗 特性曲線存儲裝置所存儲的陰極消耗特性曲線來確定陰極的消耗速 率。
10. 如權(quán)利要求9所述的等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測裝置，其 特征在于還包括在所述剩余壽命低于預(yù)定閾值時(shí)報(bào)警的裝置。
11. 如權(quán)利要求6到8之一所述的等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測 裝置，其特征在于還包括在所述剩余壽命低于預(yù)定閾值時(shí)報(bào)警的裝 置。
12. 如權(quán)利要求9所述的等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測裝置，其 特征在于還包括顯示所述剩余壽命的裝置。
13. 如權(quán)利要求6到8之一所述的等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測 裝置，其特征在于還包括顯示所述剩余壽命的裝置。
全文摘要
本申請涉及一種等離子體發(fā)生器陰極壽命監(jiān)測方法和裝置，包括獲得與流過等離子體發(fā)生器陰極的電流有關(guān)的信息；根據(jù)流過等離子體發(fā)生器陰極的電流確定陰極的消耗速率；以及，根據(jù)所述消耗速率計(jì)算陰極的剩余壽命。根據(jù)本發(fā)明，可以預(yù)測陰極的剩余壽命，從而可以及時(shí)更換等離子體發(fā)生器陰極。
文檔編號G01R19/00GK101206232SQ20071013825
公開日2008年6月25日 申請日期2007年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者宏 唐, 李本偉, 薛若連, 鄭慶元 申請人:煙臺龍?jiān)措娏夹g(shù)有限公司