DE3243922C2

DE3243922C2 - Verfahren zum Regeln des Luftströmungsdurchsatzes eines Gebläses

Info

Publication number: DE3243922C2
Application number: DE3243922A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Ichikawa Chiba Arai; Tatsuo Koto Tokio/Tokyo Ino; Minoru Yokohama Kanagawa Komeno; Shigeki Yokohama Kanagawa Ochi; Masaru Osaki; Hitoshi Iwaki Fukushima Saitoh; Yukio Tokio/Tokyo Sato; Shigeru Yokohama Kanagawa Yasuki
Original assignee: Kureha Corp; Fuji Electric Co Ltd; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kureha Corp; Fuji Electric Co Ltd; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1981-11-27
Filing date: 1982-11-26
Publication date: 1986-01-30
Also published as: US4468171A; DE3243922A1; JPS5893987A; JPS6352240B2

Abstract

Der Luftströmungsdurchsatz eines Gebläses, das von einem Motor angetrieben wird, der von einer auf eine einstellbare Drehzahl steuernden Einrichtung gesteuert wird, wird automatisch gesteuert durch Anhalten der auf die einstellbare Drehzahl steuernden Einrichtung als Reaktion auf ein Fehlersignal hiervon während des Betriebes mit einer Einlaßklappe, die stromaufwärts vom Gebläse installiert ist, in voll geöffnetem Zustand, durch gleichzeitiges Drosseln der Einlaßklappe mit einer voreingestellten Geschwindigkeit auf einen Öffnungsgrad, der für die Last geeignet ist, und mittels einer Steuerschaltung, und, nach einer Zeitdauer zum Reduzieren der Restspannung des Motors, durch Umschalten auf einen Betrieb des Gebläses mittels einer kommerziellen Netzspannungsquelle, wodurch auf eine Steuerung mittels des Öffnungsgrades der Einlaßklappe übergegangen wird.

Description

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tors die Schaufelverstellung das Ende des jeweiligen 240 t/h) von der Gebläsedrehzahlsteuerung zur Einlaß-Regelbereichs, so betätigen die Schaufeln einen Um- klappensteuerung zeigt; und

schaltkontakt, wodurch ein anderer Motor eingeschal- Fig. 11 eine graphische Darstellung, die Kennlinien tet wird, welcher der anschließenden Drehzahlstufe ent- des Gebläseenergieverbrauchs in Abhängigkeit von der spricht Außerdem werden die Schaufeln so zurückge- 5 Kessellast im Fall der Steuerung mittels der Einlaßklapstellt, daß in Verbindung mit der Drehzahl des neu ein- pe bzw. im Fall der Steuerung der Gebläsedrehzahl mitgeschalteten Motors der gewünschte Durchsatz erzielt tels einer Primärfrequenzsteuereinrichtung zeigt wird. Zur Erleichterung des vollen Verständnisses der vor-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver- Kegenden Erfindung werden zunächst kurz die Eigenfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubil- io schäften einer Primärfrequenzsteuereinrichtung beden, daß dann, wenn der Motor nach erfolgter Ausschal- schrieben, wie sie bisher verwendet worden ist und tung der Drehzahlregeleinrichtung direkt an die Hetz- zwar sowohl hinsichtlich der Vorteile als auch hinsichtspannungsquelle angeschlossen wird, ein stabiler Über- lieh der Nachteile.

gang der Regelung auf die Einlaßklappe und die diese Wenn, wie zuvor erwähnt, eine Primärfrequenzsteu-

regelnde Regelschaltung gewährleistet ist 15 ereinrichtung zur Steuerung der Drehzahl eines Geblä-

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden ses für einen Kessel verwendet wild, ist der Energiever- Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst brauch des Gebläses (d. h., von dessen Motor) viel nied- Das erfindungsgemäße Verfahren kann überall dort riger als derjenige eines Gebläsesystems, dessen Strö-

vorteilhaft eingesetzt werden, wo beim Unr Aalten der mungsdurchsatz durch Einstellen des Öffnungsgrades

Regelung von Motordrehzahi auf Einlaßklappenstel- 20 einer Einlaßklappe gesteuert wird. Dieser Unterschied

lung unter Anschaltung des Motors an eine andere im Energieverbrauch ist deutlich in F i g. 11 gezeigt, die

Energiequeile möglicherweise eine Instabilität auftreten selbstredend ist und auch zeigt daß dieser Unterschied

könnte. im Teillastbetrieb des Kessels sehr groß ist Man sieht

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in daß unabhängig von der Kessellast die Verwendung ei-

den Unteransprüchen angegeben. 25 ner Steuerungsvorrichtung zur Einstellung der Dreh-

Die Erfindung sowie Weiterbildungen und Vorteile zahl eine große Energieeinsparung bewirkt,

der Erfindung werden nun anhand von Ausführungsfor- Andererseits unterliegt eine Primärfrequenzsteuer-

men näher erläutert In den Zeichnungen zeigt einrichtung dem Risiko des außer Tritt geratens des

F i g. 1 ein schematisches Diagramm, teilweise in Gebläses, und des daraus folgenden Anhaltens des Kes- Schaltbildform, das die wesentlichen Komponenten ei- 30 sels, und zwar auf Grund einer unnormalen Störung, wie

nes Steuersystems eines Gebläses zum Durchführen der dies zuvor erwähnt worden ist. Wenn, wie es in F i g. 4

erfindungsgemäßen Methode zeigt; gezeigt ist, bei der es sich um einen Zeitablaufplan einer

F i g. 2 ein Schaltungsdiagramm, das den inneren Auf- Notumschaltung zwischen der Drehzahlsteuerung eines

bau einer digitalprogrammierbaren Einstellsteuerein- Gebläses und der Steuerung einer Einlaßklappe handelt,

richtung für die Einlaßklappensteuerung bzw. die Dreh- 35 ein Fehlersignal von der Primärfrequenzsteuereinrich-

zahlsteuerung in dem in F i g. 1 dargestellten System tung empfangen wird, wird eine Bestätigung der Redu-

zeigt; zierung der Reststpannung des Motors über eine Bestä-

F i g. 3 einen Zeitablaufplan, der Veränderungen tigungszeit ausgeführt, die eine Anzahl von Sekunden Hauptvariabler zur Zeit einer gewöhnlichen Umschal- dauert Danach wird der Gebläsemotor auf eine kom-

tung der Steuerung zwischen der Drehzahlsteuerung 40 merzielle Netzspannungsversorgung umgeschaltet. Als

des Gebläses und der Steuerung des Öffnungsgrades Folge davon kehrt das Gebläse rasch zu seiner Nenn-

der Einlaßklappe zeigt; drehzahl zurück. Da die Einlaßklappe zu dieser Zeit

F i g. 4 einen der F i g. 3 ähnlichen Zeitablaufplan, der vollständig offen ist, strömt eine große Menge Luft in Veränderungen von Hauptvariablen zur Zeit einer Not- den Kessel, wodurch die Verbrennung im Kessel unsta-

umschaltung zwischen der Gebläsedrehzahlsteuerung 45 bil wird, und der Kessel muß unvermeidlich angehalten

und der Einlaßklappenöffnungssteuerung zeigt; werden. Dies ist unerwünscht.

F i g. 5 eine graphische Darstellung, die eine Simula- Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern des

tion einer Schwankung des Luftströmungsdnrchsatzes Luftströmungsdurchsatzes eines Gebläses, mit dem die

zur Zeit einer Notumschaltung zwischen Gebläsedreh- oben beschriebenen Probleme überwunden werden,

zählsteuerung und Einlaßklappenöffnungssteuerung 50 wird nun anhand einer bevorzugten A.usführungsform

zeigt; der Erfindung, angewendet auf ein Gebläse für einen

F i g. 6 eine graphische Darstellung, die zeitabhängige Kessel, beschrieben. Änderungen der Einlaßklappenöffnung und der Geblä- Zunächst wird ein System zum praktischen Ausführen

sedrehzahl zur Zeit der Notumschaltung zeigt; des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung des

F i g. 7 eine graphische Darstellung, die tatsächliche 55 Luftströmungsdurchsatzes eines Gebläses anhand von Änderungen bei einem synchronen Umschalttest (Kes- F i g. 1 beschrieben. Der (nicht gezeigte) Kessel wird

seidampf abgabe 135 t/h) von der Einlaßklappensteue- über einen Luftkanal 1 mit Luft versorgt. An einem

rung zur Gebläsedrehzahlsteuerung zeigt; Mittelteil des Luftkanals 1 ist ein Gebläse 3 installiert

F i g. 8 eine ähnliche graphische Darstellung, die tat- Eine Einlaßklappe 2 ist am Einlaß des Gebläses 3 instalsächliche Änderungen bei einem Synchronumschalttest 60 liert Stromabwärts vom Gebläse 3 weist der Luftkanal (Kesseldampfabgabe 135 t/h) von der Gebläsedrehzahl- 1 einen Venturi-Bereich 4 auf, in dem ein Strömungssteuerung zur Einlaßklappensteuerung zeigt; durchsatz- bzw. Strömungsgeschwindigkeitsdetektor S

F i g. 9 eine ähnliche graphische Darstellung, die tat- vorgesehen ist Das Gebläse 3 wird von einem Motor 3a

sächliche Änderungen bei einem Notumschalttest (Kes- angei, ieben. Die Einlaßklappe 2 wird zur Änderung ih-

seldampfabgabe 135 t/h) von der Gebläsedrehzahl- 65 res Öffnungsgrades von einer Einlaßklappenbetäti-

steuerung zur Einlaßklappensteuerung zeigt; gungsvorrichtung 6 betätigt, die elektrisch mit einer di-

Fig. 10 eine ähnliche graphische Darstellung, die Er- gitalprogrammierbaren Steuervorrichtung 7 zur Klap-

gebnisse eines Notumschalttests (Kesseldampfabgabe pensteuerung (nachfolgend als Klappensteuervorrich-

tung bezeichnet) verbunden ist.

Der Gebläsemotor 3a wird von einer Primärfrequenzsteuereinrichtung 8 (nachfolgend einfach VF-Steuereinrichtung genannt) gesteuert, die in Reihenschaltung einen Schaltschütz 8a, einen Eingangstransformator Sb, einen Stromquelleninverter 8c, einen Ausgangstransformator Sd und einen Schaltschütz 8e aufweist. Ein Schaltkreisunterbrecher 9 für eine Netzspannungsquelle ist parallel zur VF-Steuereinrichtung 8 geschaltet, um eine Parallelschaltung zu bilden, die eingangsseitig über einen Schaltkreisunterbrecher 10 für eine Netzversorgung an eine Hauptsammelleitung 11 (kommerzielle Netzspannungsversorgung) und ausgangsseitig an den Gebläsemotor 3a angeschlossen ist.

Eine digitalprogrammierbare Steuereinrichtung 12 zur Drehzahlsteuerung (nachfolgend als Drehzahlsteuereinrichtung bezeichnet) ist ausgangsseitig mit dem Stromquelleninverter 8c der VF-Steuereinrichtung 8 verbunden. Diese Drehzahlsteuereinrichtung 12 und die KJappensteuereinrichtung 7 sind je mit dem Strömungsdurchsatzdeteklor 5 verbunden, um je Luftströmungsdurchsatzsignale von diesem Detektor zu erhalten, und sind je mit einer (nicht gezeigten) Hauptsignalquelle zum Empfang von Hauptsignalen von dieser verbunden. Beispiele für die internen Schaltungsaufbauten der Klappensteuereinrichtung 7 und der Drehzahlsteuereinrichtung 12 sind in F i g. 2 gezeigt Jede dieser Schaltungen 7 und 12 ist mit einem Schaltungsteil 13 zur Berechnung einer konstanten Änderungsgeschwindigkeit, einem PID-Einstellteil 15 und einem Klappen/VF-Schalterkreisteil 16 versehen. Die Schaltung 12 ist ferner mit einem VF-Steuersignalteil 17 versehen. Die Schaltung 7 weist ferner einen Schaltungsteil 14 zum Berechnen de- Klappenöffnung auf, ferner einen Klappensteuersignalteil 18, einen Zeitgeber (To) 19 zur Feineinstellung der Klappe 2, einen Zeitgeber (T₂) 20 zum Umschalten von der erzwungenen zur normalen Steuerung der Klappe 2 und einen Schaltungsteil 21 zum Umschalten der klappensignalerzwungenen/normalen Steuerung.

Jeder der PID-Einsteilteile 15 empfängt das delektierte Strömungsdurchsatzsignal vom Detektor 5 sowie ein eingestelltes Strömungsdurchsatzsignal von der Hauptsignalquelle. Jedes PID-Einstellteil 15 führt aufgrund des Empfangs dieser beiden Signale in Form der Differenz zwischen diesen Proportional-, Integral- und Differentialoperationen durch und sendet das Ergebnis der Operationen als ein Ausgangssignal aus. Jede der Klappen/ VF-Schalterkreise 16 empfängt wahlweise das Ausgangssignal vom PID-Einstellteil 15 oder das Signal vom Schaltungsteil 13 zum Berechnen einer konstanten Änderungsgeschwindigkeit, und zwar in Abhängigkeit davon, ob der Klappensteuerbetrieb oder der VF-Steuerbetrieb gewählt ist, und gibt dieses Ausgangssignal weiter. Der Schaltungsteil 14 zum Berechnen der Klappenöffnung ist ein Funktionsgenerator, der das Signal des eingestellten Wertes von der Hauptsteuereinrichtung empfängt und ein Ausgangssignal abgibt, das den Öffnungsgrad der Einlaßklappe anzeigt Die in diesem Schaltungsteil 14 zu erzeugende Funktion stellt die Kennlinie des Öffnungsgrades der Einlaßklappe in Abhängigkeit von dem Luftströmungsdurchsa"tz dar. Der Schaltungsteil 21 zum Umschalten der klappensignalerzwungenen/normalen Steuerung empfängt wahlweise das Signal vom Klappen/VF-Schaltkreisteil 16 oder das Signal vom Schaltungsteil 14 zum Berechnen der Klappenöffnung, und gibt dieses Signal weiter. Das solchermaßen ausgewählte Ausgangssignal vom Schaltkreisteil 21 wird zum Klappensteuersignalteil 18 gesendet, dessen Ausgangssignal das Ausgangssignal der Klappensteuereinrichtung 7 ist. Der Zeitgeber 19 ist vorgesehen, um die zeitliche Steuerung der Klappendrosselung im Fall einer Notumschaltung oder der Abgabe eines Fehlersignals einzustellen. Der Schaltungsteil 13 zum Berechnen einer konstanten Änderungsgeschwindigkeit wird verwendet, um zu bewirken, daß sich die Einlaßklappe im Fall einer Umschaltung von der Klappen-Steuerung zur VF-Steuerung mit konstanter Geschwindigkeit allmählich in ihre voll geöffnete Position bewegt. Im Fall einer zwangsweisen Steuerung wird das den eingestellten Luftströmungsdurchsatz angebende Signal von der Hauptsteuereinrichtung im Schaltungsteil 14 in das Signal umgewandelt, das den Öffnungsgrad der Einlaßklappe darstellt. Dieses letztere Signal wird über den Schaltkreisteil 21 und den Klappensteuersignalteil 18 gesendet, um das Ausgangssignal der Klappensteuereinrichtung 7 zu werten. Solchermaßen wird eine Vorwärtskupplungssteuerung durchgeführt.

Im Fall einer normalen Steuerung wird das Signal der Differenz zwischen dem Signal des Prozeßwertes vom Strömungsdurchsatzdetektor 5 und das Signal des eingestellten Wertes von der Hauptsteuereinrichtung im PID-Einstellungsteil 15 Proportional-, Integral- und Differentialoperationen unterzogen, und das Ausgangssignal dieses Einstellteils wird über die Schaltereinrichtungsteile 16 und 21 an den Klappensteuersignalteil 18 gegeben, dessen Ausgangssignal das Ausgangssignal der Klappensteuereinrichtung 7 wird. Somit wird in diesem Fall eine Rückkoppelungssteuerung durchgeführt.

Es wird nun die gewöhnliche Methode des Steuerns der Umschaltung von der Einlaßklappensteuerung des Gebläses 3 in dem zuvor beschriebenen Steuersystem auf die Steuerung der Gebläsedrehzahl beschrieben. Die synchrone Umschaltung vom Betrieb des Gebläses 3 mit der Netzstromversorgung auf die mit der VF-Steuereinrichtung 8 wird folgendermaßen durchgeführt Nach der Bestätigung, daß der Speisewasserdurchsatz bzw. die Speisewasserströmungsmenge zum Kessel unter einem zufuhrbestimmten spezifizierten Wert ist, daß der Strom des Gebläsemotors unter einem spezifizierten Wert liegt und daß ein Saugzuggebläse, das im Kesselabgaskanal vorgesehen sein kann, in Betrieb ist oder steht, wird ein Schalter zur Bestätigung der Umschaltbedingung »EIN« geschaltet Danach wird der Netz/VF-Umschalter zur Seite »Netz nach VF« geschaltet wodurch ein Befehl zum Umschalten von der kommerziellen Netzleitung 11 auf die VF-Steuereinrichtung 8 automatisch abgegeben wird. Daraufhin gelangen die Schaltschütze 8a und 8e in den Zustand »EIN«, und der Schaltkreisunterbrecher 9 für die Netzspannungsquelle gelangt in den Zustand »AUS«. Als Folge davon wird der Motor 3a des Gebläses 3 mittels der VF-Steuereinrichtung 8 betrieben.

Zu dieser Zeit ist die Drehzahl des Gebläses 3 dieselbe wie im Fall des Betriebes mit der kommerziellen Netzspannungsquelle 11. Ferner wird, während der Luftströmungsdurchsatz durch die Einlaßklappe 2 gesteuert worden ist, eine Lampe zur Anzeige des Drehzahlsteuerbetriebes zum Leuchten gebracht, zusammen mit der Abgabe eines Signals während des Betriebes mittels der VF-Steuereinheit 8. Daraufhin geht die Steuerung des Luftströmungsdurchsatzes durch die Einlaßklappe 2 zu Ende, und die Luftströmungsdurchsatzsteuerung wird umgeschaltet auf die Steuerung durch die Drehzahl des Gebläses 3. Als Ergebnis wird die Einlaßklappe 2 mit konstanter Änderungsgeschwindigkeit

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in ihre vollständig geöffnete Position gedreht, und zwar richtung 6 gegeben, und dadurch wird der Betätigungsauf ein Signal von der die konstante Änderungsge- grad der Klappenbetätigungsvorrichtung gesteuert, woschwindigkeit berechnenden Schaltung 13 der Klappen- durch der Öffnungsgrad der Einlaßklappe 2 gesteuert steuereinrichtung 7 hin, und der Luftströmungsdurch- wird, und der Luftströmungsdurchsatz wird so gesteusatz wird lediglich durch die Drehzahl des Motors des 5 ert, daß er auf einem eingestellten Wert gehalten wird. Gebläses 3 auf einen konstanten Wert gesteuert. Ein zeitlicher Ablaufplan der oben beschriebenen Genauer ausgedrückt: Der Luftströmungsdurchsatz normalen Umschaltung vom Betrieb des Gebläses 3 wird von dem im Venturi-Bereich 4 des Luftkanals 1 mittels der kommerziellen Netzspannungsquelle 11 auf installierten Strömungsdurchsatzdetektor 5 festgestellt; dessen Betrieb mittels der VF-Steuereinrichtung 8 oder das resultierende Luftströmungsdurchsatzsignal wird an io der umgekehrten Umschaltung ist in F i g. 3 gezeigt, die Drehzahlsteuereinrichtung 12 gegeben, wo eine Mo- In F i g. 3 repräsentiert eine Linie A den Befehl zum tordrehzahl berechnet wird, die zu einem voreingestell- Umschalten vom Betrieb mittels der VF-Steuereinrichten Luftströmungsdurchsatz paßt; und ein entsprechen- tung 8 auf den Betrieb mittels der Netzspannungsquelle des Signal wird zum Stromquelleninverter 8c der VF- 11; ß repräsentiert den Befehl zum Umschalten vom Steuervorrichtung 8 gesendet. Im Stromtyp-Inverter 8c 15 Betrieb mittels der Netzspannungsquelle 11 auf den Besteuert dieses Signal die Frequenz des zum Motor 3a trieb mittels der VF-Steuereinrichtung 8; C repräsendes Gebläses 3 geschickten Stroms, wodurch dessen tiert den Betrieb der oben erwähnten Lampenanzeige Drehzahl gesteuert wid, und der Luftströmungsdurch- des Betriebes mittels der Netzspannungsquelle; D resatz wird auf einen eingestellten Wert gesteuert. präsentiert den Betrieb einer Lampenanzeige für den Als nächstes wird bei der gewöhnlichen Methode des 20 Betrieb mittels VF-Steuereinrichtung 8; E repräsentiert Umschaltens von der Drehzahlsteuerung auf die Ein- ein Signal für den Betrieb mittels der kommerziellen gangsklappensteuerung die Synchronumschaltung vom Netzspannungsquelle 11; F repräsentiert ein Signal für Betrieb des Gebläses 3 mittels der VF-Steuereinrich- den Betrieb mittels der VF-Steuereinrichtung 8; G retung 8 auf den Betrieb mittels der kommerziellen Netz- präsentiert das Steuerausgangssignal der Klappensteuspannungsquelle 11 auf folgende Weise durchgeführt: 25 ereinrichtung 7; H repräsentiert das Steuerausgangssi-In ähnlicher Weise wie zuvor beschrieben wird der gnal der Drehzahlsteuereinrichtung 12; und /repräsen-Schalter zur Bestätigung der Umschaltbedingung tiert die Drehzahl des Gebläses 3. »EIN« geschaltet, wenn die Bestätigung vorliegt, daß Als nächstes wird ein Verfahren zur Notumschaltung der Speisewasserdurchsatz zum Kessel unter einem zu- von der Drehzahlsteuerung auf die Einlaßklappensteuevor bestimmten spezifizierten Wert liegt, daß der Strom 30 rung beschrieben. Eine Notumschaltung vom Betrieb des Gebläsemotors unter einem spezifizierten Wert des Gebläses 3 mittels der VF-Steuereinrichtung 8 auf liegt und daß das Saugzuggebläse in Betrieb oder ange- den Betrieb mittels der Netzspannungsquelle wird fclhalten ist Danach wird der Netz/VF-Umschalter auf die gendermaßen durchgeführt

Seite »VF zu Netz« geschaltet Dadurch wird ein Befehl Der Umschaltzustand-Bestätigungsschalter wird bei zum Umschalten von der VF-Steuereinrichtung 8 auf 35 K eingeschaltet, und der Schalter zum Umschalten zwidie Netzspannungsquelle 11 automatisch abgegeben. sehen der Einlaßklappensteuerung und der VF-Steue-Die Steuerung des Luftströmungsdurchsatzes mittels rung wird bei L im Ablaufplan geschaltet Wenn eine der Drehzahl des Motors 3a des Gebläses 3 wird darauf- Bedienungsperson unabhängig von der Kessellast den hin beendet, und die Steuerung geht über auf eine Notschalter zum Umschalten von der VF-Steuerein-Steuerung des Luftströmungsdurchsatzes mittels der 40 richtung 8 auf die Netzspannungsquelle 11 auf dessen Einlaßklappe 2. Position »EIN« schaltet, oder wenn ein Fehlersignal Dies führt zu folgendem Ergebnis: Die Drehzahl des vom Steuerpult der VF-Steuereinrichtung 8 abgegeben Gebläses 3 steigt aufgrund eines Signals von dem eine wird, wird automatisch ein Umschaltbefehl abgegeben, konstante Änderungsgeschwindigkeit berechnenden wodurch die Schaltschütze 8a und 8e des Steuerpultes Schaltungsteil 13 der Drehzahlsteuereinrichtung 12 an 45 auf »AUS« gehen. Gleichzeitig wird die Steuerung des und erreicht die Nenndrehzahl; der Schaltkreisunter- Luftströmungsdurchsatzes mittels der Drehzahl des Gebrecher 9 zum Umschalten auf die Netzspannungsquel- biases 3 beendet und die Drehzahl beginnt abzusinken. Ie gelangt nach Vollendung der Synchronisation der bei- Unmittelbar eine oder zwei Sekunden danach findet die den Versorgungsquellen in den Zustand »EIN«; die Umschaltung auf die Steuerung des Luftströmungs-Schaltschütze 8a und 8e gehen auf »AUS«; daraufhin 50 durchsatzes mittels der Einlaßklappe 2 statt Dadurch wird der Motor 3a des Gebläses 3 mittels der Netzspan- wird die Klappenbetätigungsvorrichtung 6 betätigt denungsquelle 11 betrieben. Zusammen mit der Abgabe ren Betätigungsgeschwindigkeit zuvor erhöht worden eines Signals für Netz/Drehzahl-Umschaltung während ist Die Einlaßklappe 2 wird dadurch zwangsweise bis zu des Betriebes mit der kommerziellen Netzspannungs- einem Klappenöffnungsgrad geschlossen, der zuvor quelle 11, wobei das Signal vom Steuerpult abgegeben 55 durch ein Signal eingestellt worden ist, das von dem die wird, leuchtet eine Lampe zum Anzeigen des Netzbe- Klappenöffnung berechnenden Schaltungsteil der Klaptriebes auf. pensteuereinrichtung 7 erzeugt worden ist Dieser Off-Ferner wird zusammen mit einem Anstieg der Geblä- nungsgrad ist im vorliegenden Beispiel die Klappenposedrehzahl der Luftströmungsdurchsatz mittels der Ein- sition, die der Kessellast zur Zeit der Steuerung des laßklappe 2 so gesteuert, daß er auf einem eingestellten 60 Luftströmungsdurchsaaes mittels der Einlaßklappe 2 Wert gehalten wird. Genauer gesagt wird der Luftströ- entspricht

mungsdurchsatz von dem Strömungsdurchsatzdetektor Nach einer Zeitdauer (Ti = 3 s, F i g. 4) zur Verrin-5, der im Venturi-Bereich 4 des Luftkanals 1 installiert gung der Motorrestspannung geht der Schaltkreisunist, detektiert, und das resultierende Detektionssignal terbrecher 9 für die Netzspannungsquelle 11 auf »EIN«, wird zur Klappensteuereinrichtung 7 gesendet, wo der 65 und der Gebläsemotor 3a wird mittels der Netzspan-Klappenöffnungsgrad entsprechend einem voreinge- nungsquelle 11 betrieben, woraufhin die Gebläsedrehstellten Luftströmungsdurchsatz berechnet wird. Das zahl ansteigt bis sie die Nenndrehzahl erreicht Anderesultierende Signal wird zur Klappenbetätigungsvor- rerseits wird der erzwungene Schließvorgang der Ein-

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laßklappe 2 nach einer vorangestellten Zeitdauer sätzlich ein Boosterrelais bzw. ein Zusatzrelais vorgese-

(T2 — 18 Sekunden nach dem Einschalten der Netz- hen, und für den Fall eines elektrischen Antriebes wird

Spannungsquelle, F i g. 4) beendet, und es wird eine nor- ein rasch öffnender/schließender Motor verwendet,

male automatische Luftströmungsdurchsatzsteuerung Für die vorliegende Ausführungsform ist eine VF-

mittels der Einlaßklappe 2 durchgeführt. 5 Steuereinrichtung 8 beschrieben worden, in der ein

Dieser Notumschaltvorgang ist im Zeitablaufplan der Stromquelleninverter verwendet wird. Das erfindungs-F i g. 4 gezeigt In F i g. 4 repräsentiert eine Linie A den gemäße Verfahren kann aber auch für irgendeine EinBefehl zum Umschalten vom Betrieb mittels der VF- richtung zur Steuerung einer variablen Drehzeit verSteuereinrichtung 8 zum Betrieb mittels der Netzspan- wendet werden, einschließlich einer Primärfrequenznungsquelle ti; B repräsentiert den Befehl zum Um- 10 steuereinrichtung, wie eines Spannungsquelleninverschalten vom Betrieb mittels der Netzspannungsquelle ters. Während die vorausgehende Beschreibung die 11 auf den Betrieb mittels der VF-Steuereinrichtung 8; Notumschaltung auf eine kommerzielle Netzspan-A' repräsentiert den Befehl zur Notumschaltung vom nungsquelle betraf, kann dp« ■ -findungsgemäße Verfah-Betrieb mittels der VF-Steuereinrichtung 8 auf den Be- ren auch bei einem Paraile.redundanz-Betriebssystem trieb mittels der Netzspannungsquelle 11; Crepräsen- 15 oder bei einem in Bereitschaft stehenden Reservesytiert den Betrieb der Lampenanzeige durch die Netz- stem der Steuereinrichtung für variable Geschwindigspannungsquelle 11; D repräsentiert den Betrieb der keit angewendet werden.

Lampenanzeige durch die VF-Steuereinrichtung 8; E Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung des

repräsentiert ein Signal des Betriebes mittels der Netz- Luftströmungsdurchsatzes eines Gebläses ist nicht nur

Spannungsquelle 11; F repräsentiert ein Signal des Be- 20 für den Fall eines Ventilators oder Gebläses für einen

triebes mittels der VF-Steuereinrichtung 8; F'repräsen- Kessel anwendbar, sondern auch für Ventilatoren oder

tiert ein Fehlersignal der VF-Steuereinrichtung 8; G re- Gebläse in verschiedenen Arten anderer Einrichtungen

präsentiert das Steuerausgangssignal der Klappensteu- und/oder Anlagen.

ereinrichtung 7; H repräsentiert das Steuerausgangssi- Um die Art und Brauchbarkeit der vorliegenden Er-

gnal der Drehzahlsteuereinrichtung 12; und / repräsen- 25 findung noch deutlicher zu machen, werden die folgen-

tiert die Drehzahl des Gebläses 3. T₀ bezeichnet die den praktischen Beispiele der Erfindung angegeben tür

Zeitdauer der Feineinstellung der Drosselung der Ein- den Fall der Anwendung der erfindungsgemäßen Me-

iaßklappe 2. Der Schalter zum Umschalten zwischen der thode zum Steuern des Luftströmungsdurchsatzes eines

Einlaßklappensteuerung und der VF-Steuerung wird Gebläses bei tatsächlichen Gebläsen für Kessel. Dabei

bei L betätigt. Und das Fehlersignal wird bei L' in die- 30 sei betont, daß die Erfindung natürlich nicht auf diese

sem Ablaufplan abgegeben. vorgeführten Beispiele beschränkt sein soll.

Wenn die Geschwindigkeit der Drosselung der Einlaßklappe 2 niedrig ist, wird die resultierende Erhöhung Beispiel 1 des Luftströmungsdurchsatzes ein Problem. Wenn dagegen die Drosselungsgeschwindigkeit übermäßig 35 Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahschnell ist, wird die vorübergehende Verringerung des rens zur Luftströmungssteuerung und bei einer Kessel-Luftströmungsdurchsatzes ein Problem. In beiden Fäl- kapazität von 135 t/h wurde ein Synchronumschalttest len besteht die unangenehme Möglichkeit des Auslö- vom Betrieb mittels kommerzieller Netzspannungsschens der Brennerflamme des Kessels und des Anhal- quelle zum Drehzahlsteuerungsbetrieb durchgeführt tens des Kessels. Demgemäß wird bei der vorliegenden 40 Die Beziehungen zwischen den Haupttestvariablen und Ausführungsform ein Anpassung in der Zeitdauer 7o der Zeit sind in F i g. 7 angegeben. Die Testbedingungen möglich gemacht und eine Fortsetzung der stabilen Ver- waren ein überstöchiometrisches Luft/Brennstoff-Verbrennung erreicht hältnis von 0,9, ein Gebläseauslaßzug von 120 mm Was-

Eine Simulation von zeitabhängigen Schwankungen sersäule und ein Verbrauchsdurchsatz bzw. eine Ver-

des Luftströmungsdurchsatzes zur Zeit der zuvor be- 45 brauchsgeschwindigkeit 10 kl/h C-Schweröl (Japanische

schriebenen Notumschaltung ist in Fig.5 gezeigt. In IndustrienormJIS).

F i g. 6 sind die Änderungen des Öffnungsgrades der Der Luftströmungsdurchsatz stieg von 33% auf 38% Einlaßklappe 2 und der Gebläsedrehzahl in Abhängig- (die maximale Anzeige des Strömungsmessers wird als keit von der Zeit gezeigt Wie aus diesen Fig.5 und 6 100% angesetzt), und die Sauerstoffkonzentration im entnehmbar ist, sollten große Schwankungen des Luft- 50 Abgas des Auslasses der Wärme- bzw. Brennstoffausströmungsdurchsatzes zur Zeit der Notumschaltung nutzeinrichtung stieg von 3,2% im stabilen Zustand vorvermieden werden. übergehend auf 5,0% an. Die Flänifneniunn wurde kurz,

Danach wird die VF-Steuereinrichtung 8 rückgesetzt, erhohlte sich jedoch rasch, und die Verbrennung wurde und zu diesem Zeitpunkt wird der Betrieb des Gebläses prompt auf ihren stabilen Zustand zurückgeführt. Wäh-3 umgeschaltet vom Betrieb mittels der Netzspannungs- 55 rend dieser Umschaltung wurde der Dampfdruck am quelle zum Betrieb mittels der VF-Steuereinrichtung 8. Kesselauslaß kontinuierlich auf 120 kg/cm² gehalten, Dadurch wird die Steuerung des Luftströmungsdurch- und die Dampftemperatur am Kesselauslaß wurde gleisatzes von der Steuerung mittels der Einlaßklappe 2 zur chermaßen konstant auf 530° C gehalten. Steuerung mittels der Drehzahl des Gebläses 3 zurückgebracht 60 Beispiel 2

In diesem Zusammenhang sei folgendes angeführt: Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfah-

des Gebläseluftströmungsdurchsatzes wird zum Zweck rens zur Luftströmungsdurchsatzsteuerung wurde ein

der Notumschaltung zuvor die Betriebsgeschwindigkeit Synchronumschalttest vom Betrieb unter Drehzahl-

der Klappenbetätigungsvorrichtung 6 angehoben. Als 65 steuerung zum Betrieb mittels Netzspannungsquelle

spezielle Vorrichtung für diese Maßnahme ist für den durchgeführt wobei der Kessel unter einer Last einer

Fall, daß für die Klappenbetätigungsvorrichtung 6 ein Dampferzeugungsgeschwindigkeit von 130 t/h stand,

pneumatischer Betätigungszylinder verwendet wird, zu- Die Änderungen der Haupttestvariablen in Abhängig-

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keit von der Zeit sind in F i g. 8 angegeben. Die Testbe- einrichtung wurde auf einem konstanten Wert von

dingungen waren die gleichen wie im Beispiel 1. 160 ppm gehalten. Die Flammenform war nahezu kei-

Der Luftströmungsdurchsatz stieg von 38% auf 41 %, ner Veränderung unterworfen und es wurde eine stabile und die Sauerstoffkonzentration im Abgas am Auslaß Verbrennung aufrechterhalten. Der Dampfdruck und der Wärme- bzw. Brennstoffausnutzeinrichtung stieg s die Temperatur am Kesselauslaß wurden auf den stabivon 3,2% im stabilen Zustand vorübergehend auf 5,0%. len Werten von 120 kg/cm² bzw. 530⁰C gehalten. Die Flammenform wurde auch kurz, erhohlte sich je- Wie zuvor ausführlich beschi ieben worden ist, schafft doch rasch, und die Verbrennung ging prompt in ihren die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern stabilen Zustand zurück. Während dieser Umschaltung des Luftströmungsdurchsatzes eines Gebläses durch abwurde der Dampfdruck am Kesselauslaß kontinuierlich io wechselndes Umschalten zwischen einer Drehzahlai'f 120 kg/cm² gehalten, und die Dampf temperatur am steuerung des Gebläses mittels einer Primärfrequenz-Kesselausgang wurde gleichermaßen konstant auf steuereinrichtung und einer Steuerung einer Einlaß-530° C gehalten. klappe. Wenn bei diesem Verfahren die Primärfrequenzsteuereinrichtung ein Fehlersignal erzeugt oder

B e i s ρ i e 1 3 15 von einer Bedienungsperson ein Notumschaltbefehl gegeben wird, wird eine Einlaßklappersbetätigungsvor-

Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfah- richtung, deren Arbeitsgeschwindigkeit zuvor erhöht rens zur Luftströmungsdurchsatzsteuerung wurde ein worden ist (die Arbeitsgeschwindigkeit vom vollständig Notumschalttest vom Betrieb unter Drehzahlsteuerung offenen zum vollständig geschlossenen Zustand beträgt auf einen Betrieb mittels Netzspannungsquelle durchge- 20 23 bis 16 Sekunden) zwangsweise bis zu einem voreinführt, wobei der Kessel unter einer Last einer Dampfer- gestellten Öffnungsgrad geschlossen, und nach einer Zeugungsgeschwindigkeit von 130 t/h arbeitet Die An- voreingestellten Zeitdauer wird die Steuerung auf die derungen der Haupttestvariablen in Abhängigkeit von Einlaßklappensteuerung verlagert de: Zeit sind in F i g. 9 gezeigt. Die Testbedingungen Zur Zeit des Auftretens eines Fehlers besteht daher waren die gleichen wie bei den Beispielen 1 und 2. 25 eine geringe Schwankung der Strömungsgeschwindig-

Der Luftströmungsdurchsatz begann bei 33,5%, ver- keit bzw. des Strömungsdurchsatzes der Luft, die zu

ringerte sich auf ein Minimum von 32% und stieg auf ein dem Apparat oder der Anlage strömt, wie einem Kessel,

Maximum von 39,5%. Die Sauerstoffkonzentration im dem die Luft zugeführt wird. Dadurch wird im Fall eines Abgas am Ausgang der Wärme- bzw. Brennstoffaus- Kessels die Verbrennung stabil gehalten und ist ein kon-

nutzeinrichtung stieg von 33% im stabilen Zustand vor- 30 tinuierliches Arbeiten des Kessels möglich gemacht

übergehend auf 4,1%. Ferner ist eine große Energieeinsparung aufgrund der

Diese Notumschaltung ist der härteste Test im Hin- Verringerung der zum Treiben des Gebläses erforderli-

blick auf die Verbrennung, und die Flamme verkürzte chen Energie verwirklicht und überdies ist die Zuverläs-

sich ebenfalls augenblicklich, erhohlte sich jedoch weni- sigkeit der Gebläsesteuerung bemerkenswert verbes-

ge Sekunden später, und die Verbrennung wurde stabil. 35 sert

Die erhaltenen Ergebnisse zeigten, daß die Änderungen

der Sauerstoffkonzentration und die Konzentration von Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

Stickstoffoxyden am Auslaß der Brennstoffausnutzein-

richtung geringer waren als jene zur Zeit der Synchron-

umschaltung. Während dieser Notumschaltung wurden 40 der Dampfdruck und die Temperatur am Kesselauslaß auf konstanten Werten von 120 kg/cm² bzw. 530° C gehalten.

Beispiel 4 45

Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Luftströmungsdurchsatzsteuerung wurde ein Notumschalttest vom Betrieb unter Drehzahlsteuerung auf den Betrieb mittels der Netzspannungsquelle durch- 50 geführt wobei der Kessel unter einer Last einer Dampferzeugungsgesehwindigkeit von 240 t/h arbeitet Die Änderungen der Haupttestvariablen in Abhängigkeit von der Zeit sind in Fig. 10 angegeben. Die Testbedingungen waren ein überstöchiometrisches Luft/Brenn- 55 stoff-Verhältnis von 0,95, ein Gebläseauslaßzug von 180 mm WS, eine Verbrauchsgeschwindigkeit von 17 kl/h C-Schweröl (JIS), und eine Zwei(t)stufenverbrennungsluftströmungsdurchsatz von 19%.

Der Luftströmungsdurchsatz verringerte sich äugen- 60 blicklich von 56% auf 53,5%, stieg danach unverzüglich auf 57,5% und kehrte dann rasch zu einem stabilen Zustand von 56% zurück. Die Sauerstoffkonzentration im Gas an der Wärme- bzw. Brennstoffausnutzeinrichtung verringerte sich vorübergehend von einem stabilen Zu- 65 stand bei Z5% auf 23% und kehrte dann nach annäherungsweise einer Minute zurück. Die Konzentration von Stickstoffoxyden am Auslaß der Brennstoffausnutz-

Claims

1 2 3) Primärspannungssteuerung: Patentansprüche: Steuersystem, das die Primärspannung des Motors verändert und das erzeugte Drehmoment des Mo-

1. Verfahren zum Regeln des Luftströmungs- tors steuert, um somit eine variable Drehzahl zu durchsatzes eines Gebläses (3), das von einem Motor 5 erhalten.

(3a) angetrieben wird, der an eine Drehzahlregelein- 4) Sekundärspannungssteuerung:
richtung (8,12) angeschlossen ist und an eine Netz- Steuersystem, das einen Schleifringankerniotor Spannungsquelle (11,9) umschaltbar ist, und dem ei- verwendet und dessen Sekundärspannung steuert ne Einlaßklappe (2) zugeordnet ist deren öffnungs- Eine Sekundärwiderstandswertsteuerung und eine grad über eine Regelschaltung (7) einstellbar ist wo- io Scherbius-Steuerung sind möglich,
bei das Regeln des Strömungsdurchsatzes umschalt- 5) Ankerspannungssteuerung:
bar ist zwischen Regelung durch die Drehzahlregel- Steuersystem, das im Fall eines Wechselstromaneinrichtung (8, 12) und Regelung durch die Regel- triebes mit einstellbarer Drehzahl einen kommutaschaltung (7), gekennzeichnet durch fol- torlosen Motor (Thyristormotor) und im Fall eines gende Schritte: 15 Gleichstromantriebes mit einstellbarer Drehzahl

einen Gleichstrommotor verwendet und die dem

— wenn bei vollständig geöffneter Einlaßkiappe Anker zugeführte Spannung steuert

(2) die Regelung durch Anhalten bzw. Ausschal- 6) Steuerung der pi imären variablen Frequenz:

ten der Drehzahlregeleinrichtung (8, 12) aus- Steuersystem, das zur Steuerung der Motordreh-

setzt wird die Einiaßklappe (2) von der Regel- 20 zahl Energie veränderbarer Frequenz und verän-

schaltung (7) mit voreingestellter Geschwindig- derbarer Spannung liefert

keit auf einen Öffnungsgrad gedrosselt, der der

Last angemessen ist, und Auch unter diesen Steuersystemen ist das Primärfre-

— nach dem Verstreichen einer zur Verminderung quenzsteuersystem (6) als ein energiesparendes System der Restspannung des Motors (3a) notwendigen 25 überlegen, da es den Energieverbrauch reduzieren kann, Zeit wird dieser auf die Netzspannungsquelle und dazu in der Lage ist eine drehzahlvarhble Steue-(11, 9) umgeschaltet, wobei die weitere Rege- rung ohne die Hinzufügung spezieller Modifikationen lung durch die Regelschaltung (7) der Einlaß- zu einem existierenden Motor und zu Anbaumaschinen klappe (2) übernommen wird. auszuführen.

30 Wenn beispielsweise die Drehzahl eines Gebläsemo-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- tors für einen Kessel (Zwangszug- bzw. Zwangsströzeichnet daß die Drehzahlregeleinrichtung (8, 12) mung-Gebläse) durch eine Primärfrequenzsteuereinansprechend auf ein von ihr kommendes Fehlersi- richtung gesteuert wird, wird der Energieverbrauch des gnal angehalten bzw. ausgeschaltet wird. Gebläses stark verringert im Vergleich zu dem eines

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- 35 anderen Steuersystems, wie beispielsweise des Systems kennzeichnet, daß die Einlaßklappe (2) durch eine zum Steuern des Öffnungsgrades einer Einlaßklappe, Klappenbetätigungsvorrichtung (6) gedrosselt wird, wie es in einer nachstehend beschriebenen graphischen deren Arbeitsgeschwindigkeit 2.uvor zum Zweck ei- Darstellung gezeigt ist. Insbesondere im Teillastbetrieb ner Notumschaltung erhöht wurde. stellt sich die Energieeinsparungswirkung des Primär-

40 frequenzsystems deutlich heraus.

Eine Primärfrequenzsteuereinrichtung ist jedoch von

dem Risiko begleitet, daß das Gebläse außer Tritt gelangt, und zwar wegen eines Ereignisses wie einer Stö-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des rung der Energiezufuhr (augenblicklicher Spannungs-Luftströmungsdurchsatzes eines Gebläses nach dem 45 abfall od. dgl.), einer Überlastung der Steuervorrichtung Oberbegriff des Anspruchs 1. Zum Regeln des Luftströ- oder Schwierigkeiten in der Vorrichtung, was wiederum mungsdurchsatzes eines Gebläses besteht grundsätzlich zum Anhalten des Kessels führt. Genauer ausgedrückt: einmal die Möglichkeit, die Drehzahl des das Gebläse Wenn, wie es nachfolgend in Verbindung mit einem beiantreibenden Motors zu regeln oder bei konstanter Mo- gefügten Zeitablaufplan beschrieben ist, ein unnormales tordrehzahl mit Hilfe einer Einlaßklappe den Strö- 50 Signal von der Primärfrequenz-Steuereinrichtung empmungsdurchsatz des Gebläses zu regeln. Bei der letztge- fangen wird, wird eine Bestätigung, ob eine Restspannannten Regelung arbeitet der Motor mit einer relativ nung des Motors vorliegt, über eine Bestätigungszeit hohen, konstanten Drehzahl, die an den größtmöglichen von einigen Sekunden ausgeführt, und danach wird der Durchsatz, d. h. an den Durchsatz bei vollständig geöff- Gebläsemotor umgeschaltet auf eine kommerzielle neter Einlaßklappe angepaßt ist. 55 Netzspannungsquelle. Als Folge davon kehrt der Geblä-Grundsätzlich kann man die verschiedenen Steuer- semotor rasch zu seiner Nenndrehzahl zurück, und da bzw. Regelverfahren in folgende Gruppen unterteilen: sich die Einlaßklappe zu dieser Zeit in ihrer voll geöffneten Stellung befindet, wird eine große Menge Luft in

1) Steuerung durch einen polumschaltbaren Motor: den Kessel geschickt, dessen Verbrennung unstabil Steuersystem für eine Anlage, die nur bei zwei oder 60 wird, wodurch der Kessel unvermeidlich und unvorteilmehr verschiedenen Drehzahlen arbeitet. hafterweise angehalten werden muß.

2) Kupplungssteuerung: Aus der DE-AS 10 09 350 ist ein Verfahren der einSteuersystem, bei dem eine Kupplung (Wirbel- gangs genannten Art bekannt Bei diesem Verfahren Stromkupplung oder Fluidkupplung) mit der Aus- sind mehrere, jeweils eine konstante Nenndrehzahl aufgangswelle eines mit konstanter Drehzahl laufen- 65 weisende Motoren vorgesehen. Die Drehzahlen der den Motors verbunden und die Übertragung bzw. Motoren sind unter Berücksichtigung des durch die Transmission der Wellen-PS-Leistung gesteuert Schaufelverstellung beherrschbaren Regelbereichs abwird, gestuft. Erreicht nun während des Laufs des einen Mo-