DE10009831A1 - Wasserlanzenbläser mit Überwachungseinrichtung für die Qualität des Wasserstrahls und Verfahren zu dessen Betrieb - Google Patents
Wasserlanzenbläser mit Überwachungseinrichtung für die Qualität des Wasserstrahls und Verfahren zu dessen BetriebInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
- F28G15/00—Details
Abstract
Wasserlanzenbläser zur Reinigung von Wärmeanlagen, wobei eine Wasserlanze (1) mit ihrer Mündung (2) an oder in einer Luke (3) beweglich angeordnet ist und einen Wasserstrahl (4) durch die in Betrieb befindliche und mit Flammen und/oder Rauchgasen beströmte Wärmeanlage (21) hindurch auf von der Luke (3) aus erreichbare Wandbereiche blasen kann, wobei die Wasserlanze (1) mindestens einen Sensor (12) aufweist, welcher derart angeordnet ist, daß dieser wenigstens einen vorgebbaren Meßwert zur Überwachung der Qualität des Wasserstrahls (45) erfaßt. Verfahren zum Betrieb des Wasserlanzenbläsers, wobei während des Betriebes wenigstens ein für die Qualität des Wasserstrahls (4) charakteristischer Parameter als Meßwert erfaßt und ausgewertet wird. Auf diese Weise kann während des Betriebes die Reinigungswirkung des Wasserlanzenbläsers beurteilt und gegebenenfalls beeinflußt werden.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wasserlanzenbläser zur Reinigung von
Wärmeanlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu
dessen Betrieb entsprechend Anspruch 9.
Wasserlanzenbläser dieser Art und Verfahren zu ihrer Betriebsweise sind
beispielsweise in der WO 96/38701, der WO 96/38702, der WO 96/38703 und der
WO 96/38704 beschrieben. Derartige Wasserlanzenbläser geben einen
gebündelten Wasserstrahl durch den Feuerraum auf die gegenüberliegende Wand
ab, und reinigen somit die Wärmeanlagen, insbesondere die Feuerräume von
Dampfkesseln, während des Betriebes. Infolge der kinetischen
Wasserstrahlenergie und des schlagartigen Verdampfens von in Poren der
Ablagerungen eingedrungenem Wasser wird ein Abplatzen der Verschmutzungen
aus Ruß, Schlacke und Asche bewirkt.
Der Auftreffbereich des Wasserstrahls eines Wasserlanzenbläsers folgt im
allgemeinen einem bestimmten vorgebbaren Weg auf der zu reinigenden Fläche,
auch Blasfigur genannt, wobei dieser Weg im allgemeinen mäanderförmig
verläuft und gegebenenfalls Hindernisse, Öffnungen oder andere empfindliche
Zonen ausspart.
Um eine effektive Reinigung der Wärmeanlagen zu gewährleisten, ist es
erforderlich, daß ein aus einer Wasserlanze austretender Strahl während des
Betriebes des Wasserlanzenbläsers eine vorgebbare Qualität beibehält. Die
Wasserlanze hat eine Düse, welche derart an der Wärmeanlage angeordnet ist, daß
diese permanent den Flammen und/oder Rauchgasen im Inneren der Wärmeanlage
ausgesetzt ist. Dies hat zur Folge, daß die Düse verschmutzt, wobei sich
unterschiedliche Partikel, wie beispielsweise Ruß, Asche oder ähnliches, an oder
in der Düse anlagern. Zusätzlich lagern sich im Inneren der Düse Rückstände aus
dem Wasser an, wie beispielsweise Kalk.
Diese Anlagerungen können z. B. die Öffnung der Düse, aus welcher der
Wasserstrahl austritt, verengen und somit die Wasserstrahlqualität negativ
beeinflussen. Mögliche Folgen sind beispielsweise das Aufweiten oder
Aufplatzen des Wasserstrahls, nachdem dieser die Düse verlassen hat.
Demzufolge besteht die Möglichkeit, daß aufgrund einer verschmutzten Düse der
Wasserstrahl einer vorgegebenen Blasfigur nicht exakt folgt und somit
empfindliche Zonen der Wärmeanlagen gefährdet. Weiterhin erhöhen
Ablagerungen im Inneren der Düse die Reibung zwischen Wasserstrom und
Düsenwand und verringern damit die Wassermenge pro Zeiteinheit, welche durch
die Düse geleitet wird. Die Ablagerungen können zudem infolge der erhöhten
Rauhigkeit der Düsenwand zum Aufplatzen des Wasserstahls direkt beim
Verlassen der Düse führen, wobei gegenüberliegende Wandbereiche der
Wärmeanlage nicht mehr oder nur noch teilweise erreicht werden. Die
Reinigungswirkung des Wasserstrahls wird somit reduziert.
Die Wasserstrahlqualität der bekannten Wasserlanzenbläser wird derzeit
beispielsweise anhand der Betriebseigenschaften der den Wasserstrom
erzeugenden Pumpen, einer visuellen Kontrolle und Bewertung der Düse oder
einer nachträglichen Beurteilung der Reinigungswirkung bestimmt. Die
Wasserpumpen sind zumeist weit entfernt von der Wasserlanze angeordnet und
versorgen zudem häufig mehrere Wasserlanzen. Eine Beurteilung eines einzelnen
Wasserstrahls sowie eine Identifikation der Ursache einer Reduzierung der
Wasserstrahlqualität ist somit nur schwer möglich. Eine visuelle Kontrolle und
Bewertung der Düse ist sehr umständlich und erfordert hochqualifizierte
Mitarbeiter, welche aufgrund einer äußeren Betrachtung auf den
Verschmutzungsgrad der Düse schließen können. Bei der nachträglichen
Beurteilung gereinigter Flächen der Wärmeanlage stehen die
Restverschmutzungen an der Kesselwand sowie die Abweichung des
auftreffenden Wasserstrahls von der vorgegebenen Blasfigur im Vordergrund.
Aufgrund des parallelen Betriebes der Wärmeanlage ist die Begutachtung der
Reinigungswirkung lediglich mit einem sehr hohen Aufwand an Sensoren in oder
an der Kesselwand möglich. Die erzielte Reinigungswirkung gewährleistet zudem
nur eine ungenaue Vorhersage der Wasserstrahlqualität während des folgenden
Reinigungsprozesses.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wasserlanzenbläser der
bekannten Art sowie ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art zu
schaffen, mit denen die Qualität und somit auch die Reinigungswirkung des
erzeugten Wasserstrahls schon im Betrieb zuverlässig beurteilt werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wasserlanzenbläser gemäß dem
Anspruch 1 beziehungsweise ein Verfahren gemäß dem Anspruch 9. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen
Ansprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Wasserlanzenbläser zeichnet sich dadurch aus, daß die
Wasserlanze mindestens einen Sensor aufweist, welcher derart angeordnet ist, daß
dieser wenigstens einen Parameter zur Überwachung der Qualität des
Wasserstrahls erfaßt. Die Anordnung des mindestens einen Sensors an oder in der
Wasserlanze erfolgt entsprechend der Art des Sensors sowie dem zu messenden
Parameter. Der Sensor kann innerhalb oder außerhalb der Wärmeanlage
angeordnet werden. Die von dem mindestens einen Sensor erfaßten Meßwerte
werden weitergeleitet und anschließend ausgewertet. Durch eine solche Sensorik
wird erstmals eine objektive Beurteilung der Strahlqualität einer Wasserlanze
während des Betriebes möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der mindestens eine
Sensor als Körperschallsensor ausgeführt. Der Körperschallsensor ist bevorzugt
außerhalb der Wärmeanlage an der Wasserlanze angebracht. Der
Körperschallsensor ist insbesondere als Mikrophon oder piezoelektrischer
Beschleunigungsaufnehmer ausgeführt. Besonders vorteilhaft ist das Anbringen
mehrerer Körperschallsensoren, welche beispielsweise den Körperschall
unterschiedlicher Frequenzbereiche aufnehmen. Auf diese Weise wird
anschließend eine exaktere Frequenzanalyse der Meßwerte gewährleistet oder
ermöglicht eine getrennte Analyse verschiedener Teile der Wasserlanze.
Bei einer Wasserlanze mit einer Düse, die im Inneren der Wärmeanlage
angeordnet ist, ist in einer weiteren zur vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen,
daß die Düse mindestens einen kapazitiv wirkenden Sensor aufweist, mittels
welchem der Wassergehalt in einer Umgebung der Düse nahe dem Wasserstrahl
bestimmbar ist. Der kapazitiv wirkende Sensor ist bevorzugt auf der Oberfläche
und/oder in Vertiefungen der Düse angeordnet. Der einfache Aufbau derartiger
Sensoren ist für eine Meßwerterfassung an dieser Stelle der Wasserlanze
besonders gut geeignet.
Gemäß einer anderen besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist auf
der Oberfläche und/oder in Vertiefungen der Düse mindestens ein
Temperatursensor angeordnet. Besonders einfach und preiswert sind die
Vertiefungen als Bohrungen in das Material der Düse eingebracht. Als
Temperatursensoren werden bevorzugt Thermoelemente oder
Widerstandssensoren eingesetzt. Thermoelemente sind aufgrund ihrer Robustheit
und Zuverlässigkeit besonders gut geeignet. Die Thermoelemente werden dabei
wärmeleitend an der Düse befestigt, insbesondere durch ein
Impulsschweißverfahren. Widerstandssensoren können sehr einfach und
kostengünstig hergestellt werden und sind somit eine preiswerte und geeignete
Alternative.
Besonders vorteilhaft ist es bei einer Ausführungsform mit mindestens einem
Temperatursensor Mittel vorzusehen, welche die Wassertemperatur bei Eintritt in
die Wasserlanze erfassen. Ein Meßverlauf der Temperatur an der Düse ist
wesentlich von der Temperatur des durchströmenden Wassers abhängig. Aus
diesem Grund wird zusätzlich die Wassertemperatur erfaßt, wobei der Meßpunkt
an der Wasserlanze sein kann. Insbesondere ist jedoch ein Meßpunkt vorteilhaft,
welcher nicht an bewegten Teilen des Wasserlanzenbläsers oder einer
Wasserzuleitung angeordnet ist und somit eine einfache Weiterleitung der
Meßwerte ermöglicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Wasserlanzenbläser mit
einer Auswerteeinheit zur Weiterverarbeitung des erfaßten Meßwertes ausgeführt.
Die Weiterleitung der Meßwerte vom Sensor zur Auswerteeinheit ist bevorzugt
mit einem entsprechend geschützten elektrischen Leiter ausgeführt. Eine
Beeinflussung der Meßwerte durch äußere Störgrößen kann besonders gut mit
glasfaserisolierten Verbindungsleitungen verhindert werden, welche zusätzlich
gegen Verunreinigungen und Wasser von einem Metallschutzrohr umgeben sind.
Diese Verbindungsleitungen werden entweder an der Wasserlanze entlang und
weiter über das Antriebssystem des Wasserlanzenbläsers geleitet oder von der
Wasserlanze direkt zur Auswerteeinheit geführt, wobei vorzugsweise Mittel
vorgesehen sind, welche die Funktionalität der Verbindungsleitung auch bei einer
Bewegung der Wasserlanze sicherstellen. Die Weiterverarbeitung des erfaßten
Meßwertes kann somit auch an Orten vorgenommen werden, die weiter von dem
Wasserlanzenbläser entfernt sind. Die Auswertung der Meßwerte erfolgt entweder
analog oder digital. Falls eine digitale Auswertung der Meßwerte stattfindet, ist
ein Analog/Digital-Wandler vorzusehen.
Ist ein Sensor beispielsweise an der Düse der Wasserlanze befestigt, so ist es
besonders vorteilhaft, diesen so anzubringen, daß ein Austausch der verschmutzen
Düse ohne oder mit dem Sensor möglich ist. Dabei ist der Sensor entweder derart
von der verschmutzten Düse entfernbar, daß seine Funktionalität erhalten bleibt
und dieser wieder auf der neuen Düse befestigbar ist, oder der Sensor bzw. seine
Verbindungsleitung weist eine Schnittstelle auf, welche ein gemeinsames
Auswechseln von Düse mit Sensor ermöglichen. Zusätzlich ist der
Wasserlanzenbläser mit Mitteln versehen, welche eine Kalibrierung des Sensors
nach dem Austausch der Düse und/oder des Sensors ermöglicht. Die Kalibrierung
dient der Aufnahme eines Referenzwertes bzw. eines Referenzverlaufes des
Meßwertes mit einer neuen und sauberen Düse als Bezugsgröße für die weitere
Bewertung der Düsenverschmutzung.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung hat der Wasserlanzenbläser
eine Informationseinheit, welche vorzugsweise mit optisch und/oder akustisch
reagierenden Vorrichtungen ausgeführt ist. Einem Bediener des
Wasserlanzenbläsers können somit Informationen zur Verfügung gestellt werden,
welche für die Wasserstrahlqualität bzw. den Grad der Verschmutzung der Düse
bedeutsam sind. Die optisch reagierenden Vorrichtungen weisen insbesondere
farblich unterschiedlich ausgeführte Anzeigemittel auf. Die Farbe des
Anzeigemittels ist dabei in vorteilhafter Weise mit Signalfarben entsprechend der
Wasserqualität ausgeführt. Die akustisch reagierenden Vorrichtungen sind
bevorzugt als Lautsprecher oder Signalhorn ausgeführt, wobei diese einen
Warnton aussenden können, falls keine ausreichende Wasserstrahlqualität mehr
vorhanden ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Wasserlanzenbläser
eine Regeleinheit auf, mit welcher das Betriebsverhalten des Wasserlanzenbläsers
beeinflußbar ist. Die Regeleinheit weist dabei eine Verbindung zur
Auswerteeinheit und/oder Informationseinheit auf. Die Regeleinheit beeinflußt
das Betriebsverhalten des Wasserlanzenbläsers entsprechend gespeicherten
Prozeduren, welche von den eingehenden Daten der Auswerteeinheit oder den
Anweisungen eines Bedieners abhängen. Somit kann einer durch Verschmutzung
der Düse hervorgerufenen Minderung der Wasserstrahlqualität direkt entgegen
gesteuert werden, indem beispielsweise der Druck oder die Blasfigur angepaßt
werden.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung bilden Auswerteeinheit und
Regeleinheit gemeinsam eine Überwachungseinheit. Besonders vorteilhaft ist es,
die Auswerteeinheit, die Regeleinheit und die Informationseinheit in eine
Überwachungseinheit zur integrieren. Auf diese Weise sind diese Einheiten sehr
kompakt und geschützt angeordnet. Die Überwachungseinheit ist insbesondere als
mobile Einheit ausgeführt, welche gegebenenfalls einfach von den
Wasserlanzenbläser zu entkoppeln ist und/oder über Vorrichtungen verfügt,
welche eine Ferndiagnose bzw. Fernsteuerung des Wasserlanzenbläsers
gewährleisten.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Wasserlanzenbläsers zur
Reinigung von Wärmeanlagen besteht darin, daß eine Überwachung des
Wasserstrahls während des Betriebes erfolgt, indem wenigstens ein für die
Qualität des Wasserstrahls charakteristischer Parameter als Meßwert erfaßt und
ausgewertet wird. Der charakteristische Parameter ist dabei selbst eine
Beschreibungsgröße zur Beurteilung der Wasserstrahlqualität oder bezieht sich
auf das Betriebsverhalten des Wasserlanzenbläsers und läßt somit indirekt
Rückschlüsse auf die Wasserstrahlqualität zu. Die Meßwerterfassung erfolgt
während des Betriebes des Wasserlanzenbläsers zu vorgebbaren Zeitpunkten oder
kontinuierlich. Eine Auswertung der charakteristischen Meßwerte erfolgt derart,
daß diese beispielsweise mit Referenzwerten verglichen werden. Aus dem
Vergleich der erfaßten Meßwerte und gespeicherten Referenzwerte werden
Informationen über die Qualität des erzeugten Wasserstrahls sowie den Grad der
Verschmutzung der Düse gewonnen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens ein Sensor an der Wasserlanze
wenigstens einen charakteristischen Parameter erfaßt. In Abhängigkeit von der
Art des charakteristischen Parameters steht der mindestens eine Sensor direkt mit
dem Wasserstrahl in Kontakt oder mißt beispielsweise Strömungsparameter des
Wasserstroms oder er ist auf bzw. in der Düse angeordnet und erfaßt so zum
Beispiel Temperaturen oder Vibrationen der Wasserlanze.
Der erzeugte Wasserstrahl läßt sich mit einer Anzahl von
Beschreibungsparametern charakterisieren. Derartige Beschreibungsparameter
sind beispielsweise der Strahlöffnungswinkel, die Geschwindigkeit des
austretenden Wassers, der Wasserdurchsatz durch die Düse oder ein in der
Wasserlanze erzeugter Druck. Der Strahlöffnungswinkel beschreibt die
Aufweitung des erzeugten Wasserstrahls nach Verlassen der Düse. Die
Geschwindigkeit bezieht sich auf die kinetische Strahlenergie und charakterisiert
die Geschwindigkeit der Wassertropfen, mit der sie aus der Düse der Wasserlanze
austreten. Der Wasserdurchsatz beschreibt die Wassermenge, welche in einer
bestimmten Zeit durch einen Querschnitt der Düse strömt. Der Druck in der Düse
wird von mindestens einer Pumpe erzeugt und ist weiterhin beispielsweise von
der Dichtheit der Wasserleitung, der Wandreibung in den Wasserzuleitungen oder
dem Wasseraustrittsquerschnitt der Düse abhängig.
Eine vorteilhafte Weiterentwicklung des Verfahrens besteht darin, daß der
Strahlöffnungswinkel als charakteristischer Meßwert erfaßt wird. Dies erfolgt
insbesondere mittels Sensoren, welche an oder in der Wasserlanze in einer
Umgebung nahe dem Wasserstrahl angeordnet sind und den Wasseranteil in der
Umgebungsluft messen. Aufgrund am Düsenaustritt angelagerter
Verschmutzungen wird die Strahlausbildung negativ beeinflußt. Dies kann
beispielsweise zu Abreißeffekten oder zum Aufplatzen des Wasserstrahls führen.
Der Wasserstrahl wird somit sehr diffus. Die Sensoren sind bevorzugt unmittelbar
am Düsenaustritt einzeln isoliert angeordnet und messen kapazitiv. Die Sensoren
besitzen eine Kapazität, welche im wesentlichen vom Abstand sowie dem
Material zwischen den Kondensatorplatten abhängig ist. Das Material zwischen
diesen ist hierbei Luft mit einem bestimmbaren Wasseranteil, wobei dieser eine
bestimmte Dielektrizitätskonstante des Luft-Wasser-Gemisches zur Folge hat.
Verändert sich diese Dielektrizitätskonstante aufgrund eines veränderten
Wasseranteils in der Luft, hat dies Einfluß auf die Kapazität der Sensoren und
ermöglicht somit direkt eine Bewertung der Wasserstrahlqualität. Ist der
Strahlöffnungswinkel sehr groß, können die Kondenatorplatten durch das Wasser
sogar elektrisch leitend verbunden werden.
Bei starker Düsenverschmutzung verringert sich die Düsenaustrittsfläche und die
Wandreibung steigt an. Die durchgesetzte Wassermenge fällt bei gleichzeitiger
geringfügiger Erhöhung der Wassergeschwindigkeit. Dies läßt sich beispielsweise
anhand veränderter Drücke des Wasserstrahls innerhalb der Düse feststellen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird als charakteristischer
Parameter der Druck und/oder ein zeitlicher Verlauf des Drucks des Wassers vor
dem Austritt aus der Düse gemessen. Vorteilhafte Sensoren sind beispielsweise
als kompakte Druckschalter oder elektrische Druckaufnehmer ausgeführt, da diese
sehr zuverlässige Meßwerte liefern.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die
Geschwindigkeit und/oder ein zeitlicher Verlauf der Geschwindigkeit des
austretenden Wasserstrahls gemessen. Besonders vorteilhaft ist es, die
Geschwindigkeit aus dem Wasserdurchsatz, also der Wassermenge pro Zeit durch
einen Düsenquerschnitt, abzuleiten. Insbesondere der Einsatz eines induktiven
Durchflußmessers ist vorteilhaft, bei dem die gemessene Spannung proportional
zur Strömungsgeschwindigkeit des Wasserstroms ist. Ein einfacher Aufbau bzw.
eine flexible Anordnung einer solchen Meßvorrichtung an der Wasserlanze ist
somit gewährleistet.
Für eine genauere Bewertung der Düsenverschmutzung wird ein Sensor zur
Erfassung des Wasserdrucks und ein weiterer Sensor zur Messung des
Wasserdurchsatzes zur Bestimmung der Wasserstrahlqualität herangezogen. Der
Wasserdruck unterliegt zumeist Schwankungen, welche beispielsweise aufgrund
von Verunreinigungen in den Zuleitungen oder der vorgelagerten Pumpe
entstehen. Der Einfluß solcher Schwankungen bei einer Auswertung der erfaßten
Meßwerte bezüglich der Düsenverschmutzung wird infolge einer zusätzlichen
Messung des Wasserdurchsatzes vermieden. Die Analyse beider Meßwerte
ermöglicht eine zuverlässige Aussage über die Düsenverschmutzung und somit
der Wasserstrahlqualität.
Der erzeugte Wasserstrahl beeinflußt das Betriebsverhalten des
Wasserlanzenbläsers. So haben beispielsweise pulsierende Druckschwankungen
eine verstärkte Vibration der Wasserlanze zur Folge. Eine Veränderung der
Wasserstrahlqualität läßt sich demzufolge auch aus einem veränderten
Betriebsverhalten des Wasserlanzenbläsers ableiten. Das Betriebsverhalten eines
Wasserlanzenbläsers läßt sich beispielsweise anhand von Körperschwingungen
oder Temperaturen der Wasserlanze beschreiben. Gemäß noch einer weiteren
Ausgestaltung des Verfahrens wird wenigstens ein charakteristischer Meßwert aus
dem Betriebsverhalten des Wasserlanzenbläsers abgeleitet.
Besonders vorteilhaft ist es, die Körperschwingungen der Wasserlanze zu messen
und aus diesen einen charakteristischen Meßwert für die Wasserstrahlqualität
abzuleiten. Zum Messen der Körperschwingungen eignen sich insbesondere
Körperschallsensoren. Die Meßwerterfassung erfolgt dabei bevorzugt an einem
Bereich der Wasserlanze, welcher außerhalb der Wärmeanlage angeordnet ist. Die
erfaßten Frequenzbänder verschieben sich entsprechend dem
Verschmutzungsgrad der Düse, wobei insbesondere eine Verschiebung hin zu
höheren Frequenzen bei verschmutzter Düse zu verzeichnen ist.
Gemäß noch einer weiteren und ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung des
Verfahrens wird der zeitliche Temperaturverlauf an mindestens einem Meßpunkt
an der Wasserlanze erfaßt. Die Meßpunkte sind in einem Bereich der Wasserlanze
angeordnet, der sich sehr nahe der Wärmeanlage befindet. Der zeitliche
Temperaturverlauf wird mit mindestens einem Sensor erfaßt, wobei dieser
bevorzugt auf einer Oberfläche und/oder in einer Vertiefung der Düse angeordnet
ist. Darunter ist insbesondere zu verstehen, daß ein Sensor entweder auf der
Oberfläche oder in einer Vertiefung (z. B. einer Bohrung) im Material der Düse
angeordnet ist. Zusätzlich ist die Positionierung des Sensors in einer als Nut
ausgeführten Vertiefung möglich, wobei sich in diesem Fall der Sensor sowohl in
die Nut als auch über Bereiche auf der Oberfläche erstrecken kann. Diese
vorteilhafte Anordnung des Sensors in einer Nut gewährleistet den Kontakt des
Sensors mit der äußeren Umgebung der Wasserlanze und schützt diesen
gleichzeitig vor Umgebungseinflüssen, wie beispielsweise Verschmutzung oder
äußerer Krafteinwirkung.
Insbesondere bei Reinigungsbeginn und/oder Reinigungsende ermöglicht die
Erfassung des zeitlichen Temperaturverlaufes der Düsenwand, welcher dem
Abkühlungs- beziehungsweise Erwärmungsverhalten entspricht, eine Beurteilung
des Verschmutzungsgrades der Düse. Eine Schmutzschicht zwischen Wasserstrahl
und Düse behindert den Wärmeübergang. Weiterhin wird aufgrund einer
Schmutzschicht im Inneren der Düse die Wandreibung erhöht und die
Geschwindigkeit reduziert, wodurch ebenfalls der zeitlichen Temperaturverlauf in
der Düse beeinflußt wird.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, mit einem Sensor einerseits den
Temperaturverlauf in oder direkt an der Düsenwand und mit einem weiteren
Sensor zusätzlich die tatsächliche Wassertemperatur bei Eintritt in die
Wasserlanze zu erfassen. Der Wasserlanzenbläser wird in vorgebbaren Zyklen
betrieben und befindet sich nach einem solchen Zyklus in einer definierten
Ruheposition. Gerade zu Beginn eines solchen Zyklus, also bei einer
Meßwerterfassung, weist das Wasser in den Zuleitungen des Wasserlanzenbläsers
aufgrund der unmittelbaren Nähe zur Wärmeanlage zunächst eine erhöhte
Temperatur auf, wobei diese Temperatur im Verlauf des Betriebes fällt. Somit
liegt keine konstante Wassertemperatur vor, welche als Bezugsgröße für den
Temperaturverlauf in der Düsenwand herangezogen werden könnte. Aus diesem
Grund werden die Temperaturverläufe von Wasser und Düse parallel erfaßt. Für
eine anschließende Auswertung der Meßwerte wird insbesondere das Verhältnis
aus der zeitlichen Veränderung (Steigung) des Temperaturverlaufes in der Düse
und einem momentanen Temperaturunterschied von Düse und Wasser bestimmt,
das eine zuverlässige Aussage bezüglich der Düsenverunreinigung ermöglicht.
Der momentane Temperaturunterschied beschreibt in diesem Zusammenhang eine
treibende Kraft, welche die Veränderung der Düsentemperatur bedingt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der mindestens eine
charakteristische Meßwert an eine Auswerteeinheit weitergeleitet. Der
Auswerteeinheit ist bevorzugt ein Wandler vorgeschaltet, welcher den analogen
Meßwert in digitale Daten wandelt. Die Auswerteeinheit hat die Aufgabe, den
charakteristischen Meßwert mit einem oder mehreren gespeicherten Meßwerten
zu vergleichen. Die Weiterleitung der Daten erfolgt bevorzugt mit seriellen
Schnittstellen und einem Daten-Bus, insbesondere mit einem CAN-Bus.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, daß die Auswerteeinheit den gemessenen
charakteristischen Parameter mit einem vorgebbaren und gespeicherten Sollwert
vergleicht. Der vorgebbare Sollwert beschreibt einen Wasserstrahl geeigneter
Qualität. Der Sollwert kann insbesondere anhand eines zusätzlichen und
vorgebbaren Grenzwertes und/oder eines vorgebbaren Toleranzbereiches weiter
bestimmt werden. Der Grenzwert beziehungsweise der Toleranzbereich
charakterisiert einen Wasserstrahl, dessen Qualität gerade noch ausreichend ist.
Bei Überschreiten beziehungsweise Unterschreiten des vorgegebenen
Grenzwertes oder Toleranzbereiches werden Daten und/oder Impulse von der
Auswerteeinheit zu einer Informationseinheit weitergeleitet.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung zeichnet sich das Verfahren dadurch
aus, daß die Auswerteeinheit einen zeitlichen Verlauf von Meßwerten aufzeichnet
und mit mindestens einem Referenzverlauf von Meßwerten vergleicht und aus
dem Ergebnis dieses Vergleichs entsprechende Daten und/oder Impulse an eine
Informationseinheit weiterleitet. Der Referenzverlauf kann beispielsweise dann
aufgezeichnet und gespeichert werden, wenn eine unverschmutzte Düse im
Einsatz ist (Kalibrierung). Eine Abweichung des Meßwertverlaufes vom
Referenzverlauf weist demzufolge beispielsweise auf eine verschmutzte Düse hin.
Der Vergleich kann vorteilhafterweise auch einer Filterung der Meßwerte
nachgeschaltet sein, um Störgrößen vor der Auswertung der Meßwerte zu
eliminieren.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn mehrere und/oder unterschiedliche Meßwerte
zur Auswerteeinheit geleitet werden, und die Auswerteeinheit aus den Meßwerten
eine für die Wasserstrahlqualität prägnante Kennzahl ermittelt, wobei diese
anschließend an die Informationseinheit weitergeleitet wird. Aufgrund der
Tatsache, daß die charakteristischen Parameter zur Beschreibung der Qualität des
erzeugten Wasserstrahls in gegenseitigen Wechselwirkungen stehen, ist eine
Verdichtung mehrerer Meßwerte zu einer prägnanten Meßzahl vorteilhaft.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens werden die Daten und/oder
Informationen und/oder Kennzahlen von der Auswerteeinheit an eine Regeleinheit
weitergeleitet, welche das Betriebsverhalten des Wasserlanzenbläsers beeinflußt.
Das hat beispielsweise zur Folge, daß ein Korrektur der Blasfigur vorgenommen,
der Druck beziehungsweise der Durchsatz des Wasserstroms verändert oder
gegebenenfalls der Reinigungsprozess unterbrochen wird. Die entsprechenden
Prozeduren, wie bei einem bestimmten Meßwert bzw. Meßwertverlauf die
Regeleinheit reagiert, sind insbesondere gespeichert und jederzeit von der
Regeleinheit abrufbar.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens zeigt die
Informationseinheit die empfangenen Daten und/oder Informationen und/oder
Kennzahlen der Qualität des Wasserstrahls optisch an. Zu diesem Zweck sind
insbesondere farblich unterschiedlich ausgeführte Anzeigemittel geeignet. Eine
sich verschlechternde Qualität des Wasserstrahls kann somit besonders vorteilhaft
anhand unterschiedlicher LED-Anzeigen signalisiert werden, wobei eine grüne
LED-Anzeige auf eine gute Qualität des Wasserstrahls hinweist, eine gelbe LED-
Anzeige auf eine Düsenverunreinigung deutet und eine rote LED-Anzeige das
sofort notwendige Reinigen bzw. Auswechseln der Düse signalisiert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei nicht mehr ausreichender Qualität des
Wasserstrahls ein akustisches Warnsignal ausgesendet wird.
Weitere Vorteile und besonders bevorzugte Ausgestaltungen des
erfindungsgemäßen Wasserlanlzenbläsers sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb
werden anhand der nachfolgenden Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematisch dargestellte Ausführungsform eines
Wasserlanzenbläsers mit einer Überwachungseinrichtung,
Fig. 2 einen stirnseitigen Querschnitt durch eine Düse mit Sensoren und
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Düse mit thermischen Sensoren gemäß
eine Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt eine Wasserlanze 1 eines Wasserlanzenbläsers zur Reinigung von
Wärmeanlagen, wobei die Wasserlanze 1 mit ihrer Mündung 2 an oder in einer
Luke 3 beweglich angeordnet ist und einen Wasserstrahl 4 auf von der Luke 3 aus
erreichbare Wandbereiche der Wärmeanlage blasen kann. Der Wasserstrahl 4 läßt
sich mittels eines Strahlöffnungswinkels 5, eines Durchsatzes 6 durch einen
Querschnitt (gestrichelt dargestellt) sowie eines Drucks 7 in der Wasserlanze 1
beschreiben. Die dargestellte Ausführungsform weist einen Sensor 12 auf,
welcher an der Düse 13 nahe dem Strahlaustritt angeordnet ist. Dieser Sensor 12
erfaßt mindestens einen für die Qualität des Wasserstrahls 4 charakteristischen
Parameter als Meßwert und leitet diesen an eine Auswerteeinheit 8 weiter.
Ausgehend von der Auswerteeinheit 8 erfolgt eine Meßwertweiterleitung zur
Informationseinheit 9 oder zur Regeleinheit 16. Die Informationseinheit 9 weist
unterschiedliche Anzeigemittel 10 sowie einen Lautsprecher 11 zum Aussenden
eines akustischen Signals auf. Von der Informationseinheit 9 werden Daten
und/oder Impulse an die Regeleinheit 16 weitergeleitet. Die Auswerteeinheit 8,
die Informationseinheit 9 sowie die Regeleinheit 16 sind in einer übergeordneten
Überwachungseinheit 17 integriert.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt einer Ausführungsform einer Düse 13 mit
kapazitiv wirkenden Sensoren 12a. Die Sensoren 12a sind dabei in Vertiefungen
15 angeordnet, welche ausgehend von der Oberfläche 14 in das Material der Düse
13 ausgeformt sind. Die kapazitiv wirkenden Sensoren 12a eignen sich besonders
für die Beurteilung des Strahlöffnungswinkels 5, indem der Wasseranteil in der
unmittelbaren Umgebung der Düse 13 erfaßt wird. Dazu sind die Sensoren 12a
isoliert gegeneinander angeordnet. Bei einer Aufweitung des Wasserstrahls 4
kommt es zu einer verstärkten Ansammlung von Wassertropfen beziehungsweise
Wassernebel nahe der Sensoren 12a, wobei zuerst eine Veränderung der Kapazität
festzustellen ist, die letztendlich einen Stromfluß zwischen den Sensoren 12a zur
Folge hat. Diese Meßwerte (z. B. elektrische Spannung, Kapazität, Strom,
Widerstand) werden an die Auswerteeinheit 8 weitergeleitet.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung von einem Temperatursensor 12b für die Erfassung
des zeitlichen Temperaturverlaufs der Düse sowie einem Meßmittel 20, das für
die Bestimmung der Wassertemperatur geeignet ist. Der Sensor 12b und das
Meßmittel 20 ist jeweils in einer Vertiefung 15 der Düse 13 angeordnet. Der
Sensor 12b erfaßt die Temperatur der Düse 13 und befindet sich in einem
Abschnitt 18 der Düse 13, der besonders massiv ausgeführt ist. Das Meßmittel 20
ist in einem Bereich 19 geringerer Wandstärke nahe dem Wasserstrahl 4
angeordnet und erfaßt somit mit geringer Abweichung die Wassertemperatur.
Beim Einschalten des Wasserstrahls 4 erfolgt eine Abkühlung der Düse 13 von
innen nach außen. Die Wärmeleitung im Material der Düse 13 ist im wesentlichen
von der Wärmeleitfähigkeit des Düsenmaterials sowie dem Wärmeübergang vom
Wasserstrom 4 auf die Düse 13 abhängig. An der Düse 13 angelagerte Partikel aus
beispielsweise Asche, Ruß, Kesselstein oder Kalk behindern den Wärmeübergang
und beeinflussen dementsprechend das Abkühlverhalten der Düse 13. Die
kontinuierlich erfaßten Temperaturmeßwerte werden an die Auswerteeinheit 8
weitergeleitet. Diese berechnet in definierten Zeitintervallen aus dem eingehenden
Meßwertverlauf eine Kennzahl, welche charakteristisch für die
Wasserstrahlqualität ist. Diese Kennzahl ist insbesondere das Verhältnis aus der
zeitlichen Änderung der Düsentemperatur während des Zeitintervalls und dem
momentanen Temperaturunterschied von Wasser und Düse. Die zur
Auswerteeinheit 8 führenden Leitungen müssen auf besondere Weise geschützt
werden, da die Sensoren 12b hohen Temperaturen sowie einer großen
Verschmutzung ausgesetzt sind.
1
Wasserlanze
2
Mündung
3
Luke
4
Wasserstrahl
5
Strahlöffnungswinkel
6
Durchsatz
7
Druck
8
Auswerteeinheit
9
Informationseinheit
10
Anzeigemittel
11
Lautsprecher
12
Sensor
12
a kapazitive Sensoren
12
b Temperatursensoren
13
Düse
14
Oberfläche
15
Vertiefung
16
Regeleinheit
17
Überwachungseinheit
18
Abschnitt
19
Bereich
20
Meßmittel
21
Wärmeanlage
Claims (22)
1. Wasserlanzenbläser zur Reinigung einer Wärmeanlage (21) mit einer
Wasserlanze (1), die eine Düse (13) zum Ausbilden eines Wasserstrahls
(4) und eine Mündung (2) aufweist, wobei die Wasserlanze (1) mit ihrer
Mündung (2) an oder in einer Luke (3) beweglich angeordnet ist und den
Wasserstrahl (4) durch die in Betrieb befindliche und mit Flammen
und/oder Rauchgasen beströmte Wärmeanlage (21) hindurch auf von der
Luke (3) aus erreichbare Wandbereiche blasen kann, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wasserlanze (1) mindestens einen Sensor (12;
12a; 12b) aufweist, welcher derart angeordnet ist, daß dieser wenigstens
einen zur Überwachung der Qualität des Wasserstrahls (4)
charakteristischen Parameter als Meßwert erfaßt.
2. Wasserlanzenbläser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
mindestens eine Sensor (12) ein Körperschallsensor ist.
3. Wasserlanzenbläser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wasserlanze (1) mindestens einen Sensor (12) aufweist, insbesondere
einen kapazitiven Sensor (12a), mittels welchem der Wassergehalt in
einer Umgebung der Mündung (2) außerhalb des Wasserstrahls (4)
bestimmbar ist.
4. Wasserlanzenbläser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wasserlanze (1) mindestens einen Sensor (12) aufweist, insbesondere
einen Druckschalter oder einen elektrischen Druckaufnehmer, mittels
welchem der Druck des Wassers in der Düse (13) bestimmbar ist.
5. Wasserlanzenbläser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wasserlanze (1) mindestens einen Sensor (12) aufweist, insbesondere
einen induktiven Sensor, mittels welchem der Wasserdurchsatz durch die
Wasserlanze (1) bestimmbar ist.
6. Wasserlanzenbläser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf
der Oberfläche (14) und/oder in einer Vertiefung (15) der Düse (13)
mindestens ein Temperatursensor (12b) angeordnet ist.
7. Wasserlanzenbläser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
weiterhin mindestens ein Meßmittel (20) zur Bestimmung der
Wassertemperatur vorhanden ist.
8. Wasserlanzenbläser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wasserlanzenbläser mit einer Auswerteeinheit
(8) zur Weiterverarbeitung der erfaßten Meßwerte des charakteristischen
Parameters verbunden ist, welche insbesondere mindestens ein
Referenzverlauf von Meßwerten des charakteristischen Parameters
gespeichert hat, der kennzeichnend für eine bestimmte Qualität des
Wasserstrahls (4) ist.
9. Wasserlanzenbläser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wasserlanzenbläser eine Informationseinheit (9)
aufweist.
10. Wasserlanzenbläser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wasserlanzenbläser eine Regeleinheit (16)
aufweist, mit welcher das Betriebsverhalten des Wasserlanzenbläsers
beeinflußbar ist.
11. Verfahren zum Betrieb eines Wasserlanzenbläsers zur Reinigung einer
Wärmeanlage (21) mit einer Wasserlanze (1), die eine Düse (13) zum
Ausbilden eines Wasserstrahls (4) und eine Mündung (2) aufweist, wobei
die Wasserlanze (1) mit ihrer Mündung (2) an oder in einer Luke (3)
beweglich angeordnet ist und einen Wasserstrahl (4) durch die in Betrieb
befindliche und mit Flammen und/oder Rauchgasen beströmte
Wärmeanlage (21) hindurch auf von der Luke (3) aus erreichbare
Wandbereiche blasen kann, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Überwachung des Wasserstrahls (4) während des Betriebes erfolgt,
indem wenigstens ein für die Qualität des Wasserstrahls (4)
charakteristischer Parameter als Meßwert erfaßt und ausgewertet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
ein Sensor (12; 12a; 12b) an der Wasserlanze (1) wenigstens einen
charakteristischen Parameter erfaßt.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Wasser in der
Wasserlanze (1) vor der Düse (13) einen Druck (7) aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß als charakteristischer Parameter der Druck (7)
und/oder ein zeitlicher Verlauf des Drucks (7) in der Wasserlanze (1)
gemessen wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Wasserlanze
(1) einen Durchsatz (6) an Wasser aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
als charakteristischer Parameter der Durchsatz (6) und/oder ein zeitlicher
Verlauf des Durchsatzes (6) gemessen wird.
15. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der erzeugte Wasserstrahl
(4) einen Strahlöffnungswinkel (5) hat, dadurch gekennzeichnet, daß als
charakteristischer Parameter der Strahlöffnungswinkel (5) erfaßt wird,
insbesondere mittels mindestens eines Sensors (12a), welcher in der
Umgebung des Wasserstrahls (4) angeordnet ist und den Wasseranteil in
der Umgebungsluft mißt.
16. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei zumindest der Wasserstrahl
(4) Körperschwingungen der Wasserlanze (1) erzeugt, dadurch
gekennzeichnet, daß die Körperschwingungen der Wasserlanze (1)
gemessen werden und anschließend aus den Meßwerten ein
charakteristischer Parameter für die Qualität des Wasserstrahls abgeleitet
wird.
17. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein Sensor (12b) als charakteristischen Parameter einen
zeitlichen Temperaturverlauf an mindestens einem Meßpunkt an der
Wasserlanze (1) erfaßt, insbesondere bei Reinigungsbeginn und/oder
Reinigungsende.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß von einem
Meßmittel (20) die Wassertemperatur gemessen wird und für eine
Anpassung bzw. Korrektur des charakteristische Parameter die
Wassertemperatur verwendet wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßwerte des mindestens einen charakteristischen Parameters an
eine Auswerteeinheit (8) weitergeleitet wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Auswerteeinheit (8) mindestens
einen Referenzverlauf von Meßwerten des charakteristischen Parameters
gespeichert hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (8)
einen Verlauf von Meßwerten des charakteristischen Parameters über
einen Zeitraum aufzeichnet und mit dem mindestens einen
Referenzverlauf vergleicht, ein Ergebnis dieses Vergleichs erhält und
anschließend Daten und/oder Impulse an eine Informationseinheit (9)
weiterleitet.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei mehrere charakteristische
Parameter zur Auswerteeinheit (8) geleitet werden, dadurch
gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (8) aus den mehreren
charakteristischen Parametern eine für die Wasserstrahlqualität
charakteristische Kennzahl ermittelt und diese an die Informationseinheit
(9) weiterleitet.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die
Daten und/oder Informationen und/oder Kennzahlen von der
Auswerteeinheit (8) an eine Regeleinheit (16) weitergeleitet werden,
welche das Betriebsverhalten des Wasserlanzenbläsers beeinflußt.
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