EP1259762B1

EP1259762B1 - Wasserlanzenbläser mit überwachungseinrichtung für die qualität des wasserstrahls und verfahren zu dessen betrieb

Info

Publication number: EP1259762B1
Application number: EP01909805A
Authority: EP
Inventors: Franz Bartels; Manfred Frach; Klaus Eimer
Original assignee: Bergemann GmbH
Current assignee: Bergemann GmbH
Priority date: 2000-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: WO2001065180A1; US6715499B2; DE50108379D1; EP1259762A1; DE10009831A1; US20030047196A1; AU2001237422A1

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.

Im Zusammenhang mit der Führung von Reinigungsgeräten durch die oberen Rohrbündel eines Dampferzeugers ist ein System aus der US 5,564,371 bekannt, bei dem ein schlauchförmiges Reinigungsgerät am Boden in innere Bereiche des Dampferzeugers eingeführt und anschließend nach oben hin zur Decke bewegt wird. Dabei wird auch vorgeschlagen, dass zur Führung dieses Reinigungsgerätes am Düsenkopf eine CCD-Videokamera vorgesehen ist. Diese CCD-Videokamera dient der Orientierung des Düsenkopfes innerhalb der Wärmetauscherrohre, durch die dieser hindurchgeführt werden muss. Die Vorsehung einer Videokamera ist für diesen Anwendungszweck erforderlich, da die Rohrbündel nur sehr schwer einsehbar sind und eine andere optische Kontrolle bzw. Begutachtung der Rohrbündel nicht möglich ist.

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 11. Vorteilhafte Ausführungsformen, Einsatzgebiete 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, wobei der mindestens eine Sensor einer aus der folgenden Gruppe von Sensoren ist: Körperschallsensor, Kapazitiv wirkender Sensor, Temperatursensor, Druckschalter, elektronischer Druckaufnehmer, induktiv wirkender Sensor. 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 Beschleunigungsaufiiehmer 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.

Weiter wird eine Warmeanlage mit einem erfindungsgemäβen wasserlanzenbläser vorgeschlagen, wobei die wasserlanze mit ihrer Mündung so an oder in einer Luke beweglich angeordnet ist, daβ sich die Düse permanent im Inneren der Warmeanlage befindet und der mindestens eine Sensor derart angeordnet ist, daβ dieser den wenigstens einen charakteristischen Parameter als Meßwert erfaβt.

Das erfindungsgemäBe Verfahren zum Betrieb eines Wassedanzenbläsers 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 Wassalanzenbläsers 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.

Figur 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.

Figur 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.

Figur 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.

Bezugszeichenliste

1: Wasserlanze
2: Mündung
3: Luke
4: Wasserstrahl
5: Strahlöffnungswinkel
6: Durchsatz
7: Druck
8: Auswerteeinheit
9: Informationseinheit
10: Anzeigemittel
11: Lautsprecher
12: Sensor
12a: kapazitive Sensoren
12b: Temperatursensoren
13: Düse
14: Oberfläche
15: Vertiefung
16: Regeleinheit
17: Überwachungseinheit
18: Abschnitt
19: Bereich
20: Meßmittel
21: Wärmeanlage

Claims

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) so mit ihrer Mündung (2) an oder in einer Luke (3) beweglich anordenbar ist daß der 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 geblasen werden 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, wobei der mindestens eine Sensor (12; 12a; 12 b) einer aus der folgenden Gruppe von Sensoren ist: Körperschallsensor, kapazitiv wirkender Sensor, Temperatursensor, Druckschalter, elektronischer Druckaufnehmer, induktiv wirkender Sensor.
Wasserlanzenbläser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserlanze (1) mindestens einen Sensor (12) aufweist, mittels welchem der Wassergehalt in einer Umgebung der Mündung (2) außerhalb des Wasserstrahls (4) bestimmbar ist, wobei der mindestens eine Sensor (12) bevorzugt als kapazitiver Sensor (12a) ausgeführt ist.
Wasserlanzenbläser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserlanze (1) mindestens einen Sensor (12) aufweist, mittels welchem der Druck des Wassers in der Düse (13) bestimmbar ist, wobei der mindestens eine Sensor (12) bevorzugt als Druckschalter oder elektrischer Druckaufnehmer ausgeführt ist.
Wasserlanzenbläser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserlanze (1) mindestens einen Sensor (12) aufweist, mittels welchem der Wasserdurchsatz durch die Wasserlanze (1) bestimmbar ist, wobei der mindestens eine Sensor (12) bevorzugt als induktiver Sensor (12a) ausgeführt ist.
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.
Wasserlanzenbläser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin mindestens ein Meßmittel (20) zur Bestimmung der Wassertemperatur vorhanden ist.
Wasserlanzenbläser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 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.
Wasserlanzenbläser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserlanzenbläser eine Informationseinheit (9) aufweist.
Wasserlanzenbläser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserlanzenbläser eine Regeleinheit (16) aufweist, mit welcher das Betriebsverhalten des Wasserlanzenbläsers beeinflußbar ist.
Wärmeanlage (21) mit einem Wasserlanzenbläser gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zu deren Reinigung, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserlanze (1) mit ihrer Mündung (2) so an oder in einer Luke (3) beweglich angeordnet ist, daß sich die Düse (13) permanent im Inneren der Wärmeanlage (21) befindet und der mindestens eine Sensor (12; 12a; 12b) derart angeordnet ist, daß dieser den wenigstens einen charakteristischen Parameter als Meßwert erfaßt.
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, umfassend folgende Schritte:

Blasen eines Wasserstrahls (4) durch die in Betrieb befindliche und mit Flammen und/oder Rauchgasen beströmte Wärmeanlage (21) hindurch auf von der Luke (3) aus erreichbare Wandbereiche, wobei die Düse (13) permanent den Flammen und/oder Rauchgasen im Inneren der Wärmeanlage (21) ausgesetzt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine Überwachung des Wasserstrahls (4) während des Betriebes erfolgt, indem wenigstens ein für die Düsenverschmutzung sowie die Qualität des Wasserstrahls (4) charakteristischer Parameter als Meßwert erfaßt und ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sensor (12; 12a; 12b) an der Wasserlanze (1) wenigstens einen charakteristischen Parameter erfaßt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte des mindestens einen charakteristischen Parameters an eine Auswerteeinheit (8) weitergeleitet wird.
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.
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.
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.