DE19649264A1 - Flammenbeobachtungsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein in eine Lanze eingebautes optisches Flammen­ beobachtungsgerät.

Bekanntlich müssen in industriellen Öfen und Kesseln, beispielsweise bei Dampferzeugern, die Flammen überwacht werden, da ein unbemerktes Erlö­ schen einer Flamme katastrophale Folgen haben kann, weil dann die Brenn­ stoffzufuhr nicht unterbrochen wird.

Während ältere Geräte nur Präsenz oder Absenz der Flamme überwachen, versucht man in jüngerer Zeit, zugleich möglichst viele Informationen über den Verbrennungsvorgang zu erhalten, um diesen gemäß einem vorgege­ benen Optimum steuern oder regeln zu können. Je nach Anwendungsfall kann in Richtung minimalen Schadstoffausstoßes, maximalen Wirkungsgrades oder anderer Parameter optimiert werden.

Es ist bekannt, den Verbrennungsvorgang mittels einer Videokamera zu be­ obachten. Bei solchen Videokameras werden die einzelnen, in einer Matrix angeordneten Pixelsensoren sequentiell mit der Bildfrequenz ausgelesen, das heißt, das Ausgangssignal ist der zeitliche Integralwert über eine Bildperiode.

Es wäre wünschenswert, neben der Video-Information zusätzliche optische Informationen, insbesondere aus dem die Flamme umgebenden Querschnitt, in Realzeit zu gewinnen, um sie beispielsweise hinsichtlich ihrer Spek­ tralverteilung oder schnellen zeitlichen Schwankung (Fluktuation) aus­ werten zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein in eine Lanze eingebautes optisches Flammenbeobachtungsgerät zu schaffen, bei dem solche zusätzlichen Infor­ mationen verfügbar sind. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge­ löst, daß nahe dem flammenseitigen Ende der Lanze ein Modul, der eine auf die Flamme gerichtete Videokamera und Halterungen für auf die Umge­ bung der Flamme gerichtete Lichtleiter-Eintrittsenden aufweist, abge­ stützt ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen defi­ niert und lassen sich der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels entnehmen, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.

Fig. 1 ist eine Axialschnittdarstellung der Lanze,

Fig. 2 ist eine teilgeschnittene, perspektivische Explosions­ darstellung des flammenseitigen Endes der Lanze,

Fig. 3 zeigt analog zu Fig. 2 die Abstützung des optischen Ge­ räts,

Fig. 4 zeigt in Draufsicht, teilgeschnitten, einen Lichtlei­ terhalter.

Die Lanze gemäß Fig. 1 umfaßt an ihrer der Flamme zugekehrten Seite eine runde Deckplatte oder Schutzscheibe 10, die als Verschleißteil vorgese­ hen ist und vom Rest der Lanze abtrennbar und durch eine neue ersetzbar ist. Die Scheibe weist drei Lichteintrittsöffnungen auf: Eine zentrale runde Aperturöffnung 12 in axialer Ausfluchtung mit dem Tubus 14 der Vi­ deokamera 16 sowie zwei vom Umfang der Scheibe 10 aus einspringende zu­ einander parallele und gegenüber der Aperturöffnung versetzte Schlitze 18, 20. Die Scheibe 10 ist mit einem Kühlkörper 22 am Umfang verschweißt dargestellt, kann jedoch auch in irgendeiner anderen Weise befestigt sein, um den erwähnten Austausch zu vereinfachen.

Der Kühlkörper 22 ist mit einem Zwischenflansch 24 verschweißt, der sei­ nerseits mit einem doppelwandigen Kühlrohr aus Innenrohr 26 und Außen­ rohr 28 verschweißt ist. Das Kühlrohr wird über ein erstes Fitting 30 mit Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Kühlwasser, gespeist, die über ein zweites Fitting 32 wieder abfließt.

Im Innern des Kühlrohrs 26+28 befindet sich ein Stützrohr 34, durch das die Versorgungs- und Signalleitungen (nicht dargestellt) der Kamera 16 geführt sind. Außerdem nimmt das Stützrohr 34 die Lichtleiter in Form von Glasfasern auf.

An seinem der Flamme abgekehrten Ende wird das Stützrohr mittels eines Flansches 36 gehalten, der einerseits mit einem Endflansch 38 des Kühl­ rohrs, andererseits mit einer Abschlußplatte 40 verschraubt ist. Das In­ nenrohr 26 ist nach hinten über das Ende des Außenrohres 28 verlängert und mit einem Fitting 42 versehen, das es ermöglicht, Blasluft in den zwischen dem Innenrohr des Kühlrohres und dem Stützrohr 34 gebildeten Ringraum einzuspeisen. Die Blasluft hält die Lichtdurchtrittsöffnungen in der Scheibe 10 frei und unterstützt zugleich die Kühlung.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 soll nun der Aufbau am flammenseitigen Ende der Lanze detailliert erläutert werden.

Der ringförmige Kühlkörper 22 weist zwei einander diametral gegenüber­ liegende Einschnitte 44, 46 auf, die mit den Schlitzen der Scheibe 10 fluchten, das heißt, daß jeweils ein Schlitz und ein Einschnitt eine ge­ meinsame Mittelebene aufweisen. Auf der der Scheibe 10 abgekehrten Seite ist der Kühlkörper mit zwei Ausnehmungen 48 versehen, die sich jeweils von einer einen Einschnitt begrenzenden Wandung 50 zu der entsprechenden Wandung des anderen Einschnitts erstreckt.

Der Kühlkörper ist mit dem Zwischenflansch 24 verschweißt. Dieser ist als ein Ring mit zwei Paaren von Durchbrechungen 52, 54 ausgebildet, die nach dem Verbinden mit dem Kühlkörper 22 beidseits je eines Einschnitts 44, 46 in die Ausnehmungen 48 münden. Der Zwischenflansch ist auf seiner dem Kühlkörper abgekehrten Seite mit dem Innenrohr 26 und dem Außenrohr 28 des Kühlrohrs verschweißt. Der Ringraum zwischen Innen- und Außenrohr ist durch zwei achsparallele Trennwände 56 in zwei Hälften unterteilt, deren eine mit dem Zulauffitting 30 kommuniziert, während die andere mit dem Ablauffitting 32 in Verbindung steht. Eingespeistes Kühlwasser durchfließt die eine Ringraumhälfte bis zum Zwischenflansch und gelangt durch die Durchbrechungen 52 in die beiden Ausnehmungen 48, durchfließt diese und gelangt durch die jeweils zugeordnete Durchbrechung 54 in die andere Ringraumhälfte. Eine Abdichtung zwischen dem Zwischenflansch 24 und den stirnseitigen Enden der Trennwände 56 ist nicht vorgesehen, da ein geringer Leckverlust an dieser Stelle tolerierbar ist.

In Höhe des Kühlkörpers 22 ist, wie Fig. 1 entnehmbar, eine Lichtleiter­ halterung 60 auf dem Tubus 14 der Kamera 16 befestigt, z. B. aufge­ klemmt; der Deutlichkeit halber ist die Halterung 60 in Fig. 2 axial versetzt dargestellt. Sie umfaßt den Klemmteil 62, auf dem zwei etwa L-förmige Lichtleiterhalter 64, 66 befestigt, z. B. aufgeschraubt sind. Jeder Lichtleiterhalter 64, 66 ist mit Durchgangsbohrungen 68 versehen, in denen jeweils ein Lichtleiter, etwa eine entsprechende Glasfaser, festgelegt, z. B. festgeklemmt ist. Die Lichteintrittsenden der Lichtlei­ ter sind derart angeordnet, daß sie in der Mittelebene der Schlitze 18 und Einschnitte 44, 46 liegen, und die Bohrungen sind so gerichtet, daß die Lichtleiter einen großen Winkel, vorzugsweise 90°, aber mindestens 75° erfassen. Hierfür sind bei einem Aperturwinkel von z. B. 20° fünf bzw. vier Lichtleiter erforderlich. Fig. 4 zeigt einen solchen Lichtlei­ terhalter im Teilschnitt.

Fig. 3 läßt die Kamera 16 mit ihrem Tubus 14 und ihrem Sockel 70 erken­ nen, der in einer Kamerahalterung 72 sitzt. Die Kamerahalterung hat die Form eines Dreibeins, dessen drei Beine an dem Innenrohr 26 des Kühl­ rohrs mit Wärmeleitungskontakt anliegen. Durch die Zwischenräume zwi­ schen den Beinen der Kamerahalterung sind die Lichtleiter verlegt. Jedes Bein der Kamerahalterung 72 ist über einen Gewindebolzen 74 mit einem Stützdreibein 76 verbunden, das zentral ein Loch mit Innengewinde 78 aufweist und auf das Ende des Stützrohrs 34 aufgeschraubt ist. Auch das Stützdreibein liegt mit seinen Beinen in thermischem Kontakt an dem In­ nenrohr 26 des Kühlrohrs an. Von den Zwischenräumen der Kamerahalterung sind die Lichtleiter nach innen und in das Stützrohr hineingeführt. Auf der der Flamme abgewandten Seite weist das Stützrohr eine Abzweigung 80 auf, durch die hindurch die Lichtleiter zu beispielsweise Spektroskopen geführt sind, während das Kamerakabel durch das Stützrohr selbst hinaus­ geführt ist.

Claims (18)

1. In eine Lanze eingebautes optisches Flammenbeobachtungsgerät, dadurch gekennzeichnet, daß nahe dem flammenseitigen Ende der Lanze ein Modul abgestützt ist, der eine auf die Flamme gerichtete Videokamera (16) und Halterungen (60-66) für auf die Umgebung der Flamme gerichtete Lichtleiter-Eintrittsenden aufweist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Modul mit einem Stützrohr (34) verbunden ist, durch das ein Kamerakabel und die Lichtleiter geführt sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Modul von einem Kühlkörper (22) umschlossen ist.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühl­ körper (22) am Ende eines doppelwandigen von Kühlflüssigkeit durchström­ ten Kühlrohrs (26+28) angeordnet ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühl­ rohr (26+28) durch mindestens zwei achsparallele Trennwände (56) in Zu­ lauf- und Rücklaufstränge unterteilt ist.

6. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühl­ körper (22) mindestens eine Ausnehmung (48) enthält, die jeweils einen Zulaufstrang mit einem Rücklaufstrang verbindet.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kühlkörper (22) stirnseitig von einer Schutzscheibe (10) abgedeckt ist.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kühlkörper (22) Einschnitte (44, 46) für den Lichtdurch­ tritt zu den Lichtleitern aufweist.

9. Gerät nach Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzscheibe (10) an den Einschnitten des Kühlkörpers (22) endende und mit diesen beidseits einer gemeinsamen Mittelebene liegende Schlitze (18, 20) für den Lichtdurchtritt zu den Lichtleitern aufweist.

10. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Modul umfaßt:

• - eine Kamerahalterung (72),
• - eine auf dem Kameratubus (14) befestigte Lichtleiterhalte­ rung (60),
• - mindestens einen an der Lichtleiterhalterung angebrachten Lichtleiterhalter (64, 66) mit Bohrungen (68), in denen einzelne Licht­ leiter festgelegt sind.

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Boh­ rungen (68) in einer gemeinsamen Ebene, jedoch zueinander winkelversetzt angeordnet sind.

12. Gerät nach Ansprüchen 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Bohrungen (68) in der gemeinsamen Mittelebene der Schlit­ ze (18, 20) der Schutzscheibe (10) und der Einschnitte (44, 46) des Kühlkörpers (22) verlaufen.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kamerahalterung (72) Ausnehmungen für das Durchführen der Lichtleiter aufweist.

14. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kame­ rahalterung (72) als Dreibein ausgebildet ist.

15. Gerät nach Anspruch 2 und Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Beine der Kamerahalterung (72) mittels Gewindebolzen (74) mit einem Stützdreibein (76) verbunden sind, das auf das Stützrohr (34) auf­ geschraubt ist.

16. Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Stütz­ rohr (34) mittels des Stützdreibeins (76) in dem Kühlrohr zentriert ist.

17. Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwi­ schen Kühlrohr (26+28) und Stützrohr (34) gebildeter Ringraum mit Blas­ luft beaufschlagbar ist.

18. Gerät nach einem der Ansprüche 10 bis 17, gekennzeichnet durch zwei Lichtleiterhalter (64, 66), deren Bohrungen (68) gemeinsam einen Sichtwinkel von mindestens 150°, besser 165°, vorzugsweise 180° erfas­ sen.