-
-
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung
-
der Öldurchsatzmenge einer Zerstäuberdüse eines Ölbrenners Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gleitenden Steuerung der öldurchsatzmenge
einer Zerstäuberdüse eines Ölbrenners in Abhängigkeit von der Temperatur des Öles.
-
Beim Anfahren eines Ölbrenners ist der Verbrennungsraum kalt bzw.
abgekühlt, wodurch ein ungünstiges Verhältnis von Luft zu Öl herrscht, da in der
Regel zunächst im Verhältnis zu der Ölmenge zu wenig Luft vorhanden ist. Im Anfangszustand
wird daher in den meisten Fällen im schwarzen Kennfeld gefahren, bis die günstige
Betriebstemperatur der Anlage erreicht ist. Um die Bedingungen beim Anfahren des
Ölbrenners zu optimieren, muss daher entweder mehr Luft oder weniger Öl zugeführt
werden. Es sind hierfür bereits schon verschiedene Vorschläge bekannt, so beispielsweise
eine automatische Luftklappensteuerung zur Regelung der erforderlichen Luftmenge.
Eine im unteren Teil des Brenners angeordnete Lufteinlassklappe wird je nach Luftbedarf
weiter geöffnet oder geschlossen, bis die Betriebstemperatur erreicht ist. Ferner
werden Ölpumpen angeboten, um die Ölmenge beim Anfahren des Brenners zu steuern
und dadurch mehr oder weniger Öl zuzuführen. Die bekannten, meist elektronisch gesteuerten
Anordnungen sowohl für die Steuerung der Luftmenge als auch für die Steuerung der
Ölmenge sind aber aufwendig, wartungsintensiv und nicht unbedingt betriebssicher.
Eine Einrichtung, die sowohl die öl- als auch die Luftmenge steuert und dabei den
gesamten Brenner herunterregelt, ist noch aufwendiger und komplizierterals die Einzel
steuerungen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
gleitenden Steuerung der öldurchsatzmenge einer Zerstäuberdüse während des Anfahrzustandes
eines Ölbrenners zu schaffen, um beim Anfahren einen entsprechend hohen Luftüberschuss
sicherzustellen, wobei die Vorrichtung sicher, ohne komplizierte Einrichtungen arbeitet
und weitgehend wartungsfrei ist.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art
dadurch gelöst, dass der der Zerstäuberdüse zugeführte ölstrom durch ein von der
Temperatur des Öles gesteuertes Durchlassventil geleitet wird.
-
Ein Durchlassventil zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet,
dass es aus einer einseitig geschlossenen Ventilhülse und einem in diesem mit Spiel
eingesetzten Ventilstössel besteht, wobei das Material des Ventilstössels einen
grösseren Ausdehnungskoeffizienten als das Material der Ventilhülse aufweist und
das freie Ende der Ventilhülse als Sitz für einen am Ventilstössel angeordneten
Ventilkopf ausgebildet ist, der im Nichtarbeitszustand einen zwischen der Innenwand
der Ventilhülse-und dem Mantel des Ventilstössels ausgesparten Ringraum verschliesst.
-
Ein solches Durchlassventil ist äusserst einfach aufgebaut und kann
in eine mit Druck betriebene herkömmliche Zerstäuberdüse für ölbrenner eingesetzt
werden, ohne dass an dieser Düse wesentliche Änderungen vorgenommen werden müssen.
-
Die Ventilhülse weist nahe ihres geschlossenen Endes mindestens einen
Öleinlasskanal auf, der in den Ringraum mündet und an dem dem Öleinlasskanal abgewandten
Ende ist die Wand der Ventilhülse mit mindestens einer Öldurchlass-
bohrung
versehen, deren Querschnitt kleiner ist als der Gesamtquerschnitt der in der Zerstäuberdüse
vorgesehenen Tangentialschlitze. Das vom Ventilsitz und Ventilkopf gebildete Ventil
ist zwischen dem Ringraum im Durchlassventil und der den Düsenkern der Zerstäuberdüse
umgebenden Ringkammer angeordnet.
-
Mit einem solchen Durchlassventil wird die Öldurchsatzmenge beim Anfahren
des Brenners stufenlos gleitend geregelt, und zwar aufgrund der öltemperatur. Die
Luftmenge bleibt unverändert. Das Öl gelangt durch den öleinlasskanal in der Ventilhülse
in den Ringraum des Durchlassventils und von hier durch den Öldurchlasskanal in
der Wand der Ventilhülse in die Ringkammer, die den Düsenkern umgibt. Beim Anfahren
des Brenners fliesst nur eine geringe Ölmenge durch den öldurchlasskanal und folglich
tritt nur wenig Öl aus der Zerstäuberdüse. Wenn die Öltemperatur ansteigt, beispielsweise
durch Fremderwärmung oder durch Wärmerückstrahlung der Brennerflamme,werden die
Ventilhülse und der Ventilstössel erwärmt. Der Ventilstössel wird aber aufgrund
des grösseren Ausdehnungskoeffizienten seines Materials gegenüber der Ventilhülse
stärker ausgedehnt und hebt dabei den Ventilkopf vom Ventilsitz ab. Bei Erreichen
der günstigen Betriebstemperatur von Brenner, Kessel und Kamin wird das Ventil ausreichend
weit geöffnet, so dass die für den Vollastbetrieb erforderliche Ölmenge freigegeben
wird. Damit wird automatisch durch die steigende Öltemperatur eine stufenlose, gleitende
Regelung der Ölmenge erreicht, die auch in der Anfahrphase ein optimales Luft/Öl-Verhältnis
gewährleistet. Das Durchlassventil ist in seinem Aufbau sehr einfach, erfordert
keine zusätzlichen Steuereinrichtungen und kann in herkömmliche Zerstäuberdüsen
eingebaut werden.
-
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
-
Die einzige Figur zeigt eine Längsschnittansicht eines in einer herkömmlichen
Zerstäuberdüse eingesetzten Durchlassventils.
-
Die in einem Düsenträger 1 eingesetzte Zerstäuberdüse Z besteht aus
einem Düsenschaft 2 und einem Düsenkern 3, dessen Kopf an die Innenwand des Düsenträgers
1 stösst. Die Tangentialschlitze 4 am Kopfende des Düsenkernes 3 münden in eine
Wirbelkammer 5, aus der eine Düsenbohrung 6 in der Wand des Düsenträgers 1 nach
aussen führt. Dies ist eine herkömmliche Bauart einer Zerstäuberdüse.
-
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein erfindungsgemässes
Durchlassventil D in die Zerstäuberdüse Z eingesetzt.
-
Das Durchlassventil D besteht aus einer Ventilhülse 7, die an einem
Ende durch einen Boden 7a verschlossen ist. In diese Ventilhülse 7 ist ein Ventilstössel
10 eingesetzt, der die gesamte Länge des Innenraumes der Ventilhülse 7 einnimmt,
jedoch einen etwas kleineren Querschnitt aufweist als der Innenraum der Ventilhülse
7. Auf diese Weise bleibt zwischen der Innenwand der Ventilhülse 7 und dem Aussenmantel
des Ventilstössels 10 ein Ringraum 12 frei.
-
Nahe des freien, dem Boden 7a der Ventilhülse 7 gegenüberliegenden
Endes ist die Wand der Ventilhülse 7 durchbohrt, um einen Öldurchlass 8 aus dem
Ringraum 12 zu schaffen. Es können mehrere solcher Öldurchlassbohrungen 8 vorgesehen
werden. Der Querschnitt einer jeden öldurchlassbohrung 8 ist klein gehalten. Die
freie Fläche dieses Endes der
Ventilhülse 7 ist als Ventilsitz 9
für einen am Ventilstössel 10 angeordneten, zweckmässig angeformten Ventilkopf 11
ausgebildet. Der Ventilstössel 10 ist vorzugsweise als einseitig geschlossener Zylinder
ausgeführt, dessen Boden 10a auf der Innenseite des Bodens 7a der Ventilhülse 7
anliegt.
-
Bei der dargestellten Ausführungsform besteht der Ventilkpf 11 des
Ventilstössels 10 aus einer radial nach aussen gerichteten Auskragung oder einem
Ringflansch, dessen dem Ventilsitz 9 zugekehrte Fläche flach auf dem Ventilsitz
9 aufliegt.
-
In der Wand der Ventilhülse 7 ist mindestens ein Öleinlasskanal 14
vorgesehen, durch den Öl in den Ringraum 12 zwischen Ventilhülse 7 und Ventilstössel
10 eingeführt wird.
-
Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemässen Durchlassventils D
besteht in den unterschiedlichen Materialien von Ventilhülse 7 und Ventilstössel
10. Diese werden so gewählt, dass das Material des Ventilstössels 10 einen grösseren
Ausdehnungskoeffizienten aufweist als das Material der Ventilhülse 7. Hierzu bieten
sich Ausdehnungslegierungen an, so beispielsweise eine Nickel-Eisen-Legierung mit
36 % Nickel und Rest Eisen für die Ventilhülse 7 und eine Nickel-Kupfer-Mangan-Legierung
mit 16 % Nickel, 10 % Kupfer und Rest Mangan für den Ventilstössel 10.
-
Der lineare Ausdehnungskoeffizient der Nickel-Eisen-Legierung liegt
bei 1,2 bis 1,7 und der lineare Ausdehnungskoeffizient der Nickel-Kupfer-Mangan-Legierung
beträgt 27,3 bis 28,3.
-
Diese unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten bewirken,
dass
bei Erwärmen der beiden Bauteile auf eine gleiche Temperatur der Ventilstössel 10
stärker gedehnt wird als die Ventilhülse 7. Da der Ventilstössel 10 bei Ansteigen
der Temperatur nur nach der offenen Seite der Ventilhülse 7 ausweichen kann, hebt
sich der Ventilkopf 11 vom Ventilsitz 9 ab und der zwischen diesen befindliche Ringspalt
wird vergrössert.
-
Ein Vorteil des erfindungsgemässen Durchlassventils D besteht darin,
dass es in eine herkömmliche Zerstäuberdüse Z eines Ölbrenners eingebaut werden
kann, so dass eine optimale Raumausnutzung gegeben ist. Eine solche Kombination
ist in der Zeichnung dargestellt. Die Ventilhülse 7 mit dem eingesetzten Ventilstössel
10 ist durch das offene Ende des Düsenträgers 1 in diesen eingeschraubt und die
Verlängerung 2a des Düsenschaftes 2 wird mit geringem Spiel in den Hohlraum des
zylindrischen Ventilstössels 10 gesteckt, derart, dass dieser an der Wand des Schaftes
2a reibungslos gleiten kann. Die Verlängerung 2a des Düsenschaftes 2 kann den gesamten
Hohlraum des zylindrischen Ventilstössels 10 einnehmen.
-
Das Durchlassventil D ist so in die Zerstäuberdüse Z eingepasst, dass
jeder Öleinlasskanal 14 von aussen zugänglich ist und an eine Ölleitung (nicht dargestellt)
angeschlossen werden kann.
-
Die Öldurchlassbohrung 8, bzw. die Öldurchlassbohrungen, im freien
Randabschnitt der Ventilhülse 7 mündet in eine Ringkammer 13, die zwischen der Innenwand
des Düsenträgers 1 und dem Düsenkern 3 angeordnet ist. In diese Ringkammer 13 ragt
auch das vom Ventilsitz 9 und Ventilkpf 11 gebildete Ventil.
-
Der Ringraum 12 und die Ringkammer 13 sind mit Öl gefüllt.
-
Durch eine Stufe in der Innenwand der Ventilhülse 7 und eine Gegenstufe
in der Aussenwand des Ventilstössels 10 kann der Ringraum 12 in einem Bereich etwas
vergrössert werden, wie es bei 12a gezeigt ist. Auf diese Weise wird die den Ringraum
12 durchströmende Ölmenge etwas vergrössert.
-
Der Querschnitt der Öldurchlassbohrung 8, bzw. aller Oldurchlassbohrungen,
in der Wand der Ventilhülse 7 ist kleiner als der Gesamtquerschnitt der Tangentialschlitze
4 im Düsenkern 3 der Zerstäuberdüse.
-
Beim Betrieb arbeitet das Durchlassventil wie folgt: Beim Anfahren
des Brenners steigt die Temperatur des Öles langsam an und das im Ringraum 12 zwischen
Ventilhülse 7 und Ventilstössel 10 befindliche öl erwärmt sich langsam, wobei zunächst
nur geringe Ölmengen durch die Öldurchlassbohrungen)8 in die Ringkammer 13 am Düsenkern
3 gelangen, da bei niedrigen Öltemperaturen das Ventil geschlossen ist.
-
Bei weiterem Ansteigen der Öltemperatur dehnt sich das Material des
Ventilstössels 10 immer weiter aus. Da es nur am freien Ende des Ventilstössels
10 ausweichen kann, hebt sich der Ventilkopf 11 vom Ventilsitz 9 ab, wodurch der
dazwischen befindliche Ringspalt vergrössert wird und grössere Mengen des wärmeren
Öles in die Ringkammer 13 strömen können. Die Dimensionen der Freiräume des Durchlassventils
D und die Auswahl der Ausdehnungslegierungen der Ventilhülse 7 und des Ventilstössels
10 werden so aufeinander abgestimmt, dass bei Erreichen der günstigen Betriebstemperatur
die für den Vollastbetrieb erforderliche Ölmenge freigegeben wird.
-
Auf diese Weise wird bei gleichbleibender Luftmenge die Ölmenge stufenlos
gleitend gesteuert und es wird sichergestellt, dass auch im Anfahrzustand des Brenners
im weissen Kennfeld gearbeitet wird.