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Vorrichtung zur Kontrolle des vorgeschriebenen Mengenverhältnisses mehrerer durch Leitungen strömender gasförmiger oder flüssiger
Medien und zur Anzeige der Abweichung von diesem Verhältnis
Bei verschiedenen Einrichtungen des Hüttenwesens und der chemischen Industrie, insbesondere aber bei industriellen Öfen und Kesseln, gelangen gasförmige oder flüssige Stoffe in konstantem Mengenververhältnis zur Verwendung. Es ist bekannt, dass der spezifische Brennstoffverbrauch bei industriellen Öfen und Kesseln, d. h. im allgemeinen bei Feuerungsanlagen, nur dadurch auf ein Minimum gebracht werden kann, dass zwischen dem Brennstoff und der Luft die Einhaltung eines optimalen Mengenverhältnisses laufend gesichert wird.
Dieses Verhältnis ergibt sich aus der Luftmenge, die zur vollkommenen Verbrennung von 1m3 Gas oder 1kg Öl notwendig ist. Es kommt daher auf die Einhaltung dieses optimalen Mengenverhältnisses zwischen Brennstoff und Luft in besonderem Masse an und es wurden bereits zahlreiche Massnahmen vorgeschlagen, um die Einhaltung dieses optimalen Mengenverhältnisses sicherzustellen.
Gemäss den bekannten diesbezüglichen Konstruktionen trachtete man die Einhaltung des vorgeschriebenen Gas-Luft- (bzw. Öl-Luft-) Verhältnisses dadurch zu erzielen, dass man den totalen Gas- bzw. Luftverbrauch (oder Öl-Luftverbrauch) des Ofens mit Hilfe von Stauscheiben mass und das Verhältnis durch Division der erhaltenen Werte errechnete. Das heisst, dass die Vorbedingung der Feststellung des Verhältnisses in einer Mengenmessung bestand. Solch ein Verfahren birgt aber zahlreiche Fehlerquellen in sich und es war in der Praxis auch nicht möglich, die Messung für jeden Brenner industrieller Öfen separat durchzuführen, da die hiezu notwendigen Gas- und Luftrohrleitungsabschnitte nicht genügend lang sind.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Kontrolle des vorgeschriebenen Mengenverhältnisses mehrerer durch Leitungen strömender gasförmiger oder flüssiger Medien und zur Anzeige der Abweichung von diesem Verhältnis zu schaffen, die insbesondere bei Verfahren des Hüttenwesens, bei chemischen Verfahren oder bei Feuerungseinrichtungen angewendet werden kann. Hiebei setzt sich die Erfindung zur Aufgabe, die Abweichung vom Optimalwert des Mengenverhältnisses ohne Mengenmessung mit Stauscheiben und in einer für jeden Brenner unmittelbar ablesbaren Weise zu gewährleisten, wobei kostspielige und störanfällige Apparaturen vermieden werden sollen.
Die Erfindung besteht nun im wesentlichen darin, dass das Anzeigeinstrument aus U-Röhrenmanometern von einer den Medien entsprechenden Anzahl besteht, dass mindestens eines der Manometer zwei nicht mischbare Flüssigkeiten enthält, der Querschnitt der Manometerrohre sich im oberen oder im unteren Teil der U-Röhrenmanometer erweitert, und dass das Niveau der Flüssigkeiten in einem oder in beiden Schenkeln der U-Röhrenmanometer gleichzeitig beobachtbar und vergleichbar ist, wobei die Instrumentenkonstante wenigstens eines der U-Röhrenmanometer veränderbar ist. Im Sinne der Erfindung sind die Anschlüsse der U-Röhrenmanometer an den Rohrleitungsabschnitten zwischen den Austrittsquerschnitten und den Brennstoff- bzw. Luftregelorganen vorgesehen.
Durch die erfindungsgemässe Massnahme können die Instrumentenausschläge einerseits bis zu einer entsprechenden Ablesbarkeit vergrössert bzw. verkleinert, anderseits aber auf eine gleiche Grösse gebracht werden.
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Gemäss der Erfindung kann die Veränderung der Instrumentenkonstante durch in den oberen Teil des Flüssigkeitsraumes des U-Röhrenmanometers veränderlicher Konstante, welches zwei Flüssigkeiten enthält, eintauchende Körper erfolgen. Es kann jedoch im Rahmen der Erfindung die Anordnung auch so getroffen sein, dass die Änderung der Instrumentenkonstante eines oder mehrerer Manometer veränderlicher Konstante durch Austausch der oberen Flüssigkeit mit Flüssigkeiten abweichenden spezifischen Gewichtes erfolgt.
Erfolgt die Angleichung der Instrumentenausschläge bei einer Betriebslage, bei welcher das Gas-Luft Verhältnis auf das vorgeschriebene Optimum mittels eines der bekannten feuerungstechnischen Verfahren zur Einstellung gelangte, so müssen später zur stetigen Sicherung des optimalen Verhältnisses lediglich die Gas-und Luftregulierorgane so weit geöffnet oder aber geschlossen werden, dass die Gleichheit der Manometerausschläge auch weiterhin aufrechterhalten bleibt.
Gewöhnlich herrscht im Feuerungsraum der Heizanlagen atmosphärischer Druck, oder aber es ist dort ein geringer Überdruck von einigen Zehntelmillimetern Wassersäule vorhanden. Diese kleine Abweichung vom atmosphärischem Druck kann aber in bezug auf den Druck der Brennerluft oder des Gases vernachlässigt werden. Der Austrittsquerschnitt am Brennkopf kann daher als eine verzerrte Stauscheibe aufgefasst werden ; der an dieser Stelle gemessene Druck entspricht im wesentlichen der Druckdifferenz zwischen den Drücken vor bzw. hinter dem Querschnitt. Folglich ist die Quadratwurzel der Drücke, die zwischen den Regelorganen und dem Austrittsquerschnitt auftreten, den durchströmenden Mengen proportional.
Demzufolge kann das konstante Verhältnis der einzelnen ausströmenden Medien auch durch Aufrechterhaltung des Druckverhältnisses der an den bezeichneten Stellen durchströmenden Medien festgelegt bzw. abgelesen werden. Falls das Verhältnis der Mengen selbst konstant ist, so weicht das Verhältnis der Drücke bloss durch eine Konstante von dem entsprechenden Mengenverhältnis ab.
Wird in einem optimalen Betriebszustand, bei dem das Brennstoff-Luftverhältnis den günstigsten Wert besitzt, der dem Brennstoffdruck entsprechende Ausschlag des Brennstoffmanometers dermassen durch Verändern der Instrumentenkonstanten vergrössert und gegebenenfalls auch der dem Druck der Brennerluft entsprechende Ausschlag des Luftmanometers durch Verändern der Konstanten so verkleinert, dass die beiden Ausschläge gleich gross sind, so ist bei Aufrechterhaltung dieser Gleichheit das Verhältnis der Luftmenge zur Gasmenge in jedem Falle konstant.
Falls aber der Druck z. B. vor dem Austrittsquerschnitt annähernd Null sein sollte oder aber ein geringer Unterdruck entsteht (wenn z. B. der Querschnitt zu gross ist), ist der zur Verfügung stehende kleine Druck zu einer genauen Vergrösserung ungeeignet. In solchen Fällen wird daher ein regelbares Drosselungsmittel (ein Hahn oder ein Schieber) zwischen dem Gasbrenner und dem Regelorgan eingebaut, welches so weit geschlossen wird, dass im Rohrleitungsabschnitt ein vergrösserungsfähiger Druck entsteht. In einem solchen Falle wird erfindungsgemäss das diesem Medium zugehörige Manometer als Differentialmanometer ausgebildet, welches an beiden Seiten des Drosselventils od. dgl. angeschlossen ist.
Dies hat zur Folge, dass durch entsprechende Einstellung der Drosselung eine zur Vergrösserung geeignete grö- ssere Druckdifferenz erzeugt werden kann. Die Regelung der durchströmenden Mengen erfolgt durch das vom Brenner weiter entfernte Regelorgan.
Die Einstellung des dem Brenner näher liegenden Drosselventils od. dgl. wird bloss dann geändert, wenn die Notwendigkeit einer Korrektur an die Einstellung der Instrumentenausschläge eintritt.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an Hand beispielsweiser Ausführungsformen schematisch veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Vorrichtung, welche ein den Instrumentenausschlag vergrösserndes U-förmiges Röhrenmanometer und ein den Instrumentenausschlag verkleinerndes U-förmiges Röhrenmanometer aufweist. Fig. 2 zeigt die Anordnung der erfindungsgemässen Vorrichtung für den Fall, dass die Drücke vor dem Austrittsquerschnitt sehr gering oder überhaupt gleich Null sind.
Falls die Drücke der Luft- bzw. Brennstoffseite (Druckdifferenzen) voneinander stark abweichen, werden die Instrumentenausschläge der Vorrichtung nach Fig. 1 dermassen vergrössert bzw. verkleinert, dass sie bis zu einer zur Ablesbarkeit nötigen Länge verändert werden. Ist die Druckdifferenz nicht allzu gross und auch die Ablesbarkeit gesichert, so genügt es, bloss den Anschlag des einen Manometers zu verkleinern oder zu vergrössern, das andere U-Rohr kann aus einem Rohr unveränderlichen Durchmessers bestehen.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 wird das im unteren Teil mit einem grösseren Querschnitt versehene U-Röhrenmanometer b, welches gegebenenfalls als Differentialmanometer ausgebildet sein kann, ungefähr bis zur Hälfte mit gefärbtem Wasser gefüllt.
In jeden der beiden darüber befindlichen Abschnitte wird eine gleichgrosse Menge einer Flüssigkeit,
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die ein spezifisches Gewicht kleiner als 1 aufweist und sich mit Wasser nicht vermischt, ungefähr bis zur Hälfte der oberen dünneren Rohrabschnitte eingefüllt. Diesem Manometer wird der höhere Druck bzw. die höhere Druckdifferenz angeschaltet. Unter der Einwirkung dieses Druckes pL ergibt sich unter Berück- sichtigung der Querschnittsverhältnisse des U-förmigen Rohres sowie des spezifischen Gewichtes der ober dem Wasserniveau befindlichen Flüssigkeit eine Säulenhöhe hL bzw. eine Säulenhöhe des gefärbten Wassers hL'. Wie ersichtlich, ist hL'kleiner als hL, so dass also der Ausschlag hL'eine Verkleinerung darstellt.
Das Manometer a, welches gegebenenfalls ebenfalls als Differentialmanometer ausgebildet sein kann, besteht aus einem U-förmigen Rohr, dessen Oberteil im Querschnitt erweitert und bis ungefähr zur Hälfte (Null-Linie) des unteren, engeren Teiles mit gefärbtem Wasser, darüber aber bis zur halben Höhe des oberen, erweiterten Teiles mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, welche leichter als Wasser ist. Diesem Manometer wird der niedere Druck angeschaltet, die geringe Säulenhöhe hG wird dabei unter Berücksichtigung der Querschnittsverhältnisse des U-förmigen Rohres und des spezifischen Gewichtes der ober dem Wasser befindlichen Flüssigkeit auf einen Wert hG'der Säulenhöhe des gefärbten Wassers vergrössert.
Die Manometer a und b können neben-hinter-oder ineinander angeordnet werden, damit die Wassersäulen der beiden Manometer eng nebeneinander von einer hinter ihnen mit waagrechten Linien versehenen Skala erscheinen.
Es ist vorteilhaft, das Querschnittsverhältnis der dünneren und dickeren U-Rohre auf Grund der Gasund Luftdruckwerte (Druckdifferenzen) derart zu wählen, dass hG'grösser als hL'und die Differenz zwischen ihnen nicht allzu gross ist. Nach Einstellung des optimalen Brennstoff-Luft-Verhältnisses (z. B.. an Hand einer Rauchgasanalyse mittels Orsat'schen Gerätes) werden dann in den oberen Teil des Flüssigkeitsraumes des U-Röhrenmanometers veränderlicher Konstante, welches zwei Flüssigkeiten enthält, Körper c eingetaucht. Durch das Eintauchen dieser Körper c wird der obere Teil des Flüssigkeitsraumes so verändert, dass hL'= hG'ist.
Die Einführung der erwähnten Körper und die Verminderung des Flüssigkeitsraumes ist gleichbedeu-
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Brennstoff-Luftverhältnis ist somit eingestellt und festgelegt.
Die Änderung der Instrumentenkonstante eines oder mehrerer Manometer veränderlicher Konstante kann aber auch durch Austausch der oberen Flüssigkeit mit Flüssigkeiten abweichenden spezifischen Gewichtes bzw. Mischungen derselben erfolgen.
Eine andere Einrichtung zur Veränderung der Instrumentenkonstante wird durch Fig. 2 veranschaulicht. Beträgt der Druck des einen Mediums, z. B. des Gases, im Brenner a, d. h. in dem zwischen dem Regelorgan und dem Austrittsquerschnitt liegenden Rohrabschnitt ci, bei normaler Belastung ungefähr Null, so wird dem entsprechenden Manometer jener Druck angeschaltet, der in dem zwischen den beiden Regelorganen b 1 und bz vorhandenen Rohrabschnitt C2 besteht.
In diesem Rohrabschnitt ca wird der Druck auf einen genügend grossen, natürlich von dem im Rohrabschnitt Cg zur Verfügung stehenden Druckwert abweichenden Druck eingestellt, indem man das Regelorgan b 1 so weit schliesst, dass der Druck im Rohrabschnitt C2 genügend erhöht wird. Durch das Regelorgan b 1 kann auch die Instrumentenkonstante verändert werden. Im Rohrabschnitt d sind ebenfalls zwei Regelorgane e 1 und e : l angebracht, wenn der Druckwert vor dem Austrittsquerschnitt annähernd gleich Null ist. Falls aber der Druck vor demAustrittsquerschnitt genügend gross ist, genügt hier ein einziges Regelorgan.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Kontrolle des vorgeschriebenen Mengenverhältnisses mehrerer durch Leitungen strömender gasförmiger oder flüssiger Medien und zur Anzeige der Abweichung von diesem Verhältnis, insbesondere zur Anwendung bei Verfahren des Hüttenwesens oder bei chemischen Verfahren oder Feuerungseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigeinstrument aus U-Röhrenmanometern von einer den Medien entsprechenden Anzahl besteht, dass mindestens eines der Manometer zwei nicht mischbare Flüssigkeiten enthält, der Querschnitt der Manometerrohre sich im oberen oder im unteren Teil der U-Röhrenmanometer erweitert, und dass das Niveau der Flüssigkeiten in einem oder in beiden Schenkeln der U-Röhrenmanometer gleichzeitig beobachtbar und vergleichbar ist,
wobei die Instrumentenkonstante wenigstens eines der U-Röhrenmanometer veränderbar ist.