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Luft- und Brennstoffregeleinrichtung für ölbeheizte Öfen Ölbeheizte
Öfen, wie Anwärmöfen, Stoßöfen und besonders auch Tieföfen, haben einen in Abhängigkeit
vom Betriebszustand stark schwankenden Brennstoffbedarf. Der Brennstoffverbrauch
geht beispielsweise auf 10% des größten Wertes zurück, wenn das in den Ofen eingesetzte
Gut vollständig durchwärmt ist, da dann von der Ofenheizung lediglich die Wärmeverluste
zu decken sind, die durch Strahlungs-und Lässigkeitsverluste der Ofenkammer entstehen.
Während der Anwärmzeit muß beispielsweise jedem der beiden Brenner eines Zweiweg-Tiefofens
für ein Einsatzgewicht von 85 t eine Brennstoffmenge von 150 kg je Stunde zugeführt
werden. Wenn das Einsatzgut durchgewärmt ist, geht der Brennstoffbedarf auf etwa
15 kg je Stunde zurück. Dies entspricht einer Brennstoffmenge von 0,25 1 in der
Minute, die jedem Brenner zugeführt werden muß.
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Derart geringe Brennstoffmengen lassen sich weder mit Mengenzählern
noch mit den gebräuchlichen Durchflußmeßgeräten abmessen. Auch Ringkolbenzähler,
die an sich für eine genaue Messung von Bunkeröl, Masut oder Teeröl besonders geeignet
sind, scheiden für diesen Zweck aus, da die Grenze ihres Meßbereiches etwa bei 150
bis 100 kg Öl je Stunde liegt.
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Besser geeignet sind die Zumeßpumpen, die mit Kolben ausgerüstet sind
und besonders als Einspritzpumpen für Dieselmotoren Verwendung finden, deren Anwendung
aber auch für die Zuteilung von Heizöl für Ölbrenner bekannt ist.
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Die Erfindung betrifft eine Luft- und Brennstoffregeleinrichtung für
ölbeheizte Öfen, wie Anwärmöfen, Stoßöfen, Tieföfen, mit mehreren Brennern, einer
gemeinsamen Zumeßpumpe mit mehreren Zylindern (nach Art der Einspritzpumpen für
Dieselmotoren) für die Zumessung des Brennstoffes und mit einem Regler für die Brennstoffzufuhr
sowie einem Gemischregler für das Verhältnis Verbrennungsluft zu Brennstoff. Für
Einrichtungen, bei denen keine selbsttätige Regelung, sondern lediglich eine Steuerung
der Brennstoffmengen durchgeführt wird, ist es bekannt, je nach der gewünschten
Feuerungsleistung der Brenner von einer zentralen Stelle aus die Fördermenge einer
dem Brenner zugeordneten Kolbenpumpe zu verändern. Die einzelnen Kolbenpumpen werden
durch Druckimpulse angetrieben, die ein Kolbenschieber in einem Zylinder an der
zentralen Stelle erzeugt. Hierbei ist nicht sichergestellt, daß jeder Brenner unabhängig
von der Länge der Zuleitung die vorgegebene Brennstoffmenge erhält.
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Gemäß der Erfindung wird eine zuverlässige Rege-Jung dadurch erhalten,
daß die Welle der Zumeßpumpe in an sich bekannter Weise mit einer elektrischen Tachometermaschine
gekuppelt und die Spannung der Tachometermaschine als Meßwert für die zugemessene
Brennstoffmenge in den Gemischregler eingeführt ist und das Stellorgan des Gemischreglers
mit einer Einrichtung zur Veränderung der Drehgeschwindigkeit der Zumeßpumpe in
Wirkverbindung steht. Tachometermaschinen dienen dazu, um die Drehgeschwindigkeit
einer Welle in eine verhältnisgleiche Spannung oder einen - entsprechenden Strom
umzuformen und sind für diesen Zweck seit langem bekannt. Die Regeleinrichtung nach
der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die verwendete Zumeßpumpe gleichzeitig
zwei Aufgaben erfüllt, nämlich daß sie sowohl al&Stellglied für die den Brennern
zuzuführende Brennstoffmenge und gleichzeitig auch als Meßglied für diese Brennstoffmenge
dient.
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Für ein Anwendungsbeispiel nach der Erfindung wird die Zumeßpumpe
von einem Gleichstrommotor angetrieben, der beispielsweise in einem Bereich von
100 bis 1000 Umdr./Min. regelbar ist. Die Zumeßpumpe ist mit einer Tachometermaschine
gekuppelt, die eine der Drehzahl der Pumpenwelle verhältnisgleiche Spannung abgibt.
Da die Drehzahl der Pumpe der geförderten Brennstoffmenge verhältnisgleich ist,
kann die Tachometerspannung zur Anzeige und Aufzeichnung der Brennstoffmenge und
als Ausgangsgröße für die Gemischregelung, d. h. für das Verhältnis Verbrennungsluft
zu Brennstoff verwendet werden.
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Die Erfindung soll an einem in der Zeichnung dargestellten Anwendungsbeispiel
näher erläutert werden. F i g. 1 und 2 stellt den mechanischen Aufbau der Zumeßpumpe
mit dem Gleichstrommotor für ihren Antrieb der- Tachometermaschine und dem in diesem
Anwendungsfall für die Regelung der Drehzahl
des Gleichstrommotors
notwendigen Drehtransformator mit Gleichrichter und Steilgetriebe dar. F i g. 3
zeigt eine Regelungsschaltung für die Verbrennungsluft-Brennstoffregelung eines
Dreizonenstoßofens.
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Nach F i g. 1 ist auf einen Montageblock 6 die Zumeßpumpe 1 mit den
Anschlußleitungen 8 . für den Brennstoffzufluß und die Brennstoffzufühxungsleitungen
22 für die betreffende Brennergruppe befestigt. Die Pumpenwelle ist auf der linken
Seite mit dem in der Drehzahl regelbaren Gleichstrommotor 2 und auf der rechten
Seite mit der Tachometermaschine 7 gekuppelt. Der Gleichstrommotor 2 ist über das
Anschlußkabel 21 an den Gleichrichter 5 (F i g. 2) angeschlossen. Dieser Gleichrichter
formt die vom Drehtransformator 3 abgegebene, und von dessen Stellung abhängige
Wechselspannung in Gleichspannung um. Der Drehtransformator 3 schließlich wird vom
Gemischregler G über ein Stellgetriebe 4 und einen Seil-oder Riementrieb 20 verstellt.
Als Gemischregler kann z. B. ein Fallbügelregler dienen, der den Wechselstrommotor
des Steilgetriebes 4 für die eine oder andere Drehrichtung einschaltet.
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Es soll nun an Hand der Regelungsschaltung nach F i g. 3 erläutert
werden, wie die beschriebene Einrichtung nach F i g. 1 und 2 mit der Regeleinrichtung
eines Dreizonenstoßofens zusammenarbeitet. Die Brenner 15 der drei Heizzonen, der
Anwärmzone (An), der eigentlichen Heizzone (H) und der Ausgleichszone
(A) sind in Gruppen zusammengefaßt. In jeder Zone wird die Temperatur mit Hilfe
eines Thermoelementes Thi, Th. bz@v. Th3 gemessen. Zur Vereinfachung der Darstellung
sind lediglich die mit den Brennern der Ausgleichszone (A) zusammenarbeitenden Regeleinrichtungen
dargestellt. Die Brenner der beiden anderen Zonen sind in gleicher Weise mit ihren
zugeordneten @"Regeleinrichtungen verbunden. Den Brennern wird über die Brennstoffzuführungsleitung
22 .der Brennstoff und über die Luftzuführungsleitung,223 die Verbrennungsluft zugeführt.
In der Luftzuführungsleitung 23 ist die Drosselklappe 24 angeordnet, die>
vom Stellmotor 27 des Temperaturreglers T eingestellt wird.
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Die zugeführte Luftmenge wird über die Blende 25 und die Ringwaage
R gemessen. Der Brennstoff gelangt über eine nichteingezeichnete Förderpumpe in
die Brennstoffzuleitung12 und kann über ein Filter F in die Zumeßpumpe
1 eintreten. Der über= schüssige Brennstoff läuft durch die Rücklaufleitung
13 zur Förderpumpe zurück. Die Drehzahl der Zumeßpumpe wird --wie bereits erläutert
- über das Steilgetriebe 4, den 3 und den Gleichstrommotor 2 vom Gemischregler G
eingestellt. Die Drehzahl der Zumeßpumpe dient als Meßwert für die geförderte- Brennstoffmenge
und wird mit Hilfe der Tachometermaschine 7 in eine elektrische Spannung umgesetzt
und in den Gemischregler G eingeführt.
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Ist die vom Thermoelement Thl gemessene Temperatur zu niedrig, d.
h: liegt diese Temperatur unterhalb des am Temperaturregler T eingestellten Sollwertes,
so wird vom Temperaturregler T ein Regelimpuls auf den Stellmotor 27 für die Drosselklappe
24 gegeben und diese weiter geöffnet. Der gleiche Impuls läuft über den Schalter
11 zum Steilgetriebe 4; das den Drehtransformator 3 derart verstellt,
daß dieser eine größere Wechselspannung abgibt. Der Gleichstrommotor 2 für den Antrieb
der Zumeßpumpe erhält hierdurch vom Gleichrichter 5 eine höhere Spannung, und die
Drehzahl der Zumeßpumpe und damit die Brennstoffzufuhr zur Brennergruppe wird vergrößert.
Der Schalter 11 ist geschlossen, wenn der als Fallbügelregler ausgebildete
Gemischregler G nicht arbeitet, d. h. in -den Pausen zwischen den Abtastperioden.
Beim Ansprechen des Gemischreglers G wird der Schalter 11 geöffnet, ' um
zu vermeiden. daß Doppelimpulse auf das Steilgetriebe 4 gegeben werden. Wenn
sich die Luftzufuhr durch das Eingreifen des Temperaturreglers T ändert, wird also
auch die Brennstoffzufuhr im gleichen Sinne verstellt. Infolge dieser Voreinstellung
braucht der Gemischregler G nur noch eine Korrekturverstellung vorzunehmen. Im Gemischregler
G wird das Verhältnis zwischen der von der Ringwaage R gemessenen Luftmenge und
der' der geförderten Brennstoffmenge entsprechenden Spannung der Tachometermaschine
7 verglichen. Bei einer Abweichung dieses Mengenverhältnisses von dem eingestellten
bestmöglichen Wert gibt der Gemischregler einen Korrekturimpuls auf das Steilgetriebe
4, so daß die Drehgeschwindigkeit der Zumeßpumpe vergrößert oder verringert wird.
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Die beschriebene Regelungsschaltung ist nur ein Ausführungsbeispiel,
und die Erfindung kann auch bei beliebigen anderen Regeleinrichtungen, beispielsweise
bei der Verwendung von pneumatischen Reglern, benutzt werden. Alle für das Verständnis
der Erfindung nicht notwendigen, jedoch für den praktischen Betrieb erforderlichen
Nebeneinrichtungen, wie z. B. die Förderpumpe für den Brennstoff, der Erhitzer und
Regler für die Brennstofftemperatur, die Umschalteinrichtung von Anheizöl auf Bunkeröl,
die Erwärmung der Verbrennungsluft durch die Abgase, die Druckregelung in der Abgasleitung
u. dgl. wurden in die vereinfachte Darstellung nicht aufgenommen.
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Nach der oben beschriebenen Regelungsschaltung ist vorgesehen, daß
sämtliche Zylinder der Zumeßpumpe auf eine gemeinsame Brennstoffzuführungsleitung
22 arbeiten, an die die einzelnen Brenner einer Brennergruppe angeschlossen sind.
Für bestimmte Anwendungsfälle ist es jedoch zweckmäßig, jeden Brenner getrennt an
einen oder mehrere Zylinder der Zumeßpumpe anzuschließen. Hierdurch ist sichergestellt,
daß den einzelnen Brennern jeder Gruppe genau gleiche Brennstoffmengen zugeteilt
werden. Bei Zweiwegtieföfen mit zwei Brennern war bisher für jeden Brenner eine
Regelungseinrichtung notwendig. Wenn man jedoch beispielsweise eine Zumeßpumpe mit
vier Zylindern vorsieht und zwei Zylinder an den einen und die restlichen zwei Zylinder
an den anderen Brenner anschließt, so kommt man mit einer Regelungseinrichtung aus,
und es ist hierbei zwangsläufig sichergestellt, daß das Verhältnis der den beiden
Brennern zugeteilten Brennstoffmengen gleichbleibt.