DE2547075C3 - Regeleinrichtung für das Einhalten eines geforderten Gas-Luft-Verhältnisses bei der Leistungssteuerung von Gasgebläsebrennern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Zeitschrift »BWK« (Brennstoff-Wärme-Kraft), Band 5, 1953, H. 6, S. 203 sind hydraulische Regeleinrichtungen für das Einhalten eines geforderten Gas-Luft-Verhältnisses bei Gasbrennern bekannt

Aus der DE-PS 5 32 863 ist eine Regeleinrichtung für das Einhalten eines geforderten Verhältnisses zweier strömender gasförmiger Medien (Dampf und Luft) bekannt mit einem über eine dauernd arbeitende Flüssigkeitspumpe betätigten Kolbensystem zum Beeinflussen der Durchflußmenge des einen strömenden Mediums sowie mit einem die Förderstrecke der Flüssigkeitspumpe überbrückenden Servo-Ventil, das durch die strömende Menge jedes der beiden Medien beeinflußbar ist.

Aus der .'JS-PS 29 62 094 ist es schließlich bekannt, die Steuerung der Durchflußmenge in Abhängigkeit vom Druck eines fließenden Mediums anstelle von der Druckdifferenz bei einer Stauscheibe vorzunehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wirtschaftlich herstellbare Regeleinrichtung gemäß Oberbegriff des Anspr. 1 mit einem einfachen hycfraulisehen System zu schaffen, die eine stetige Brennerleistungsänderung bei einem optimalen Gas-Luft-Verhältnis über den ganzen Regelbereich ermöglicht — und zwar unabhängig von Gasdruckschwankungen — und die das Sperren der Gaszufuhr bei Spannungsausfall bewirkt.

Die Lösung erfolgt erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Gasgebläsebrenners mit einer Regeleinrichtung,

F i g. 2 eine modifizierte Regeleinrichtung gemäß Fig. 1 im Schnitt und

F i g. 3 einen Schnitt eines Details der F i g. 2 in vergrößertem Maßstab.

Soweit es sich in den Figuren um gleiche Teile handelt, sind in der nachfolgenden Beschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet.

In der Fig. 1 bedeutet 1 ein Gebläse für die Verbrennungsluft, 2 einen Luftkanal und 3 eine in diesem angeordnete verstellbare Luftklappe. Eine Gasleitung 4 ist über ein Gasventil 5 mit einer Gasspeiseleitung 4a verbunden und führt zu einem Brennermund 6, der gegen einen Feuerraum 7 gerichtet ist. Das Gasventil 5 besteht, wie nur aus der F i g. 2 ersichtlich ist, aus einem Schließorgan 8, einer Rückstellfeder 9, die das Schließorgan 8 gegen einen Ventilsitz 10 drückt, und einem mit dem Schließorgan verbundenen Ventilstößel 11. Der Ventilstößel durchdringt das Gehäuse des Ventiles 5 in einer Dichtungspartie 12 und steht mit einem Kolbensystem in direkter Verbindung.

Das Kolbensystem besteht aus einer einseitig geschlossenen Zylinderbüchse 13, die gleichzeitig als

Gehäuse dient, in deren Innern eine Flüssigkeitspumpe 14 und ein Ventilsystem 15 gemeinsam einen auf den Ventilstößel 11 wirkenden Kolben 16 bilden. Der Kolben 16 ist in der Zylinderbüchse IJ mit einem O-Ring 17 gedichtet, der einen Flüssigkeitsreserve-Raum 18 von einem aktiven Druckraum 19 abteilt Die Flüssigkeitspumpe 14 fördert Flüssigkeit vom Raum 18 durch das noch zu beschreibende Ventilsystem 15 zum aktiven Druckraum 19.

Die Zyliiiderbüchse 13 ist an dem ihrem aktiven Druckraum 19 entgegengesetzten Ende durch einen Deckel 21 verschlossen. Dieser bildet gleichzeitig_%eine Konsole 22 zur Verbindung der Zylinderbüchse 13 mit dem Gasventil 5. Der Ventilstößel 11 durchdringt den Deckel 21 in einer zweiten Dichtungspartie 20. Eine dauernd an Spannung liegende elektrische Zuleitung

23 zur Flüssigkeitspumpe 14 durchdringt flüssigkeitsdicht die Zylinderbüchse 13.

Ein Raum 25 (F i g. 1) ist von zwei Membranen 26 und 27 teilweise begrenzt. Die Außenseite der einen Membran 26 ist dem im Luftkanal 2 herrschenden Luftdruck ausgesetzt, wozu eine Abschirmung 28 und eine Rohrverbindung 29 dienen. Die Außenseite der anderen Membrane 27 ist dem in der Gaszuleitung 4 herrschenden Druck nach dem Gasventil 5 ausgesetzt, wozu eine Abschirmung 30 und eine weitere Rohrverbindung 31 dienen.

Die Zentren 32 und 33 der beiden Membranen 26 und 27 sind miteinander und mit einem Betätigungselement

24 eines Servo-Ventils 34 zur Beeinflussung der Rückflußmenge der von der Flüssigkeitspumpe 14 in den aktiven Druckraum 19 geförderten Flüssigkeit verbunden. Im Beispiel der F i g. 1 sind die beiden Membranen 26, 27 nebeneinander mit zueinander parallel liegenden Achsen angeordnet. Die Verbindung zwischen den Zentren 32,33 der Membranen 26 bzw. 27 und dem an der einen Membrane 27 angreifenden Betätigungselement 24 des Servo-Ventils 34 besteht aus einem Waagebalken 35, der sich an einem längs des Waagebalkens verschiebbaren Auflagepunkt 36 an einem feststehenden Punkt der Begrenzung des Raumes

25 abstützt und dessen beide Enden auf den Zentren 32,33 der Membranen 26 bzw. 27 aufliegen.

Der Waagebalken 35 ist zusätzlich durch ein verstellbares Federelement 37 belastet.

Bei Brennern, an denen das Verhältnis Gasdruck zu Luftdruck groß ist und zugleich der Feuerri-.umdruck bei zunehmender Belastung nennenswert steigt, ist es vorteilhaft, wenn der von den Membranen 26, 27 teilweise begrenzte Raum 25 durch eine Ausgleichsleitung 38 mit dem Feuerraum 7 verbunden ist.

Im Ausführungsbeispiel der Fi g. 2 sind die Membranen 26 und 27 übereinander mit deren Zenuen 32 bzw. 33 in der gleichen Achse liegend, in einem die Membranen und die ganze Einrichtung zur Betätigung des Servo-Ventils 34 tragenden Gehäuse 39 angeordnet. Je ein im Gehäuse 39, in je einer Achse senkrecht zu den Achsen der Membranen 26 und 27 einseitig gelagerter, schwenkbarer Hebel 40 und 41 liegt auf je einer der Membranen 26, 27 in deren Zentren 32 bzw. 33 auf. Als Kraftübertragung zwischen den beiden Membranen 26, 27 dient eine senkrecht zur gemeinsamen Achse der Membranen und in der Längsrichtung der Hebel verschiebbare, auf den beiden Hebeln aufliegende Stellmutter 42. Zur Änderung des Wirkverhältnisses zwischen den Membranen sitzt die Stellmutter 42 auf einem Gewindebolzen 43, der in einem Hebel, im vorliegenden Beispiel dem Hebel 40, drehbar, doch in seiner Längsrichtung unverrückbar gelagert ist.

Das Gehäuse 39 besteht aus drei Teilen, zwischen denen die Membranen 26, 27 eingeklemmt sind: Dem Gehäuse-Mittelteil 39, einem Deckel 44 und einem Verbindungsstück 45 zur Zylinderbüchse 13. Die dem Druck der Verbrennungsluft ausgesetzte Membrane 26 ist zwischen dem Gehäuse-Mittelteil 39 und dem Deckel

44 angeordnet Ein Nippel 46a bildet die Anschlußstelle für die Rohrverbindung 29 (F i g. 1) zum Luftkanal 2. Die dem Gasdruck ausgesetzte Membrane 27 ist zwischen dem Gehäuse-Mittelteil 39 und dem Verbindungsstück

45 eingeklemmt Das Verbindungsstück 45 ist mit der Zylinderbüchse 13 dichtend verbunden.

Ein zweiter Nippel 466 dient dem Anschluß der in der F i g. 2 nur symbolisch dargestellten Rohrverbindung 31 zur Gasleitung 4.

Die der Abschirmung 30 im Beispiel der F i g. 1 entsprechende Wand 30a des Verbindungsstückes 45 enthält zur Übertragung des Weges des Zentrums 33 der Membrane 27 auf das Servo-Venti) 34 eine federnde, dicht abschließende Platte 47. In deren Zentrum ist beidseitig der Platte 47, als Betätigungselement 24 (Fig. 1) für das Servo-Ventil 34 dienend, je ein langer und ein kurzer einarmiger Hebel 48 bzw. 49 befestigt, die untereinander starr verbunden sind. Die Hebel sinü durch die Federeigenschaft der Platte 47, unter Beibehaltung ihrer gegenseitigen Lage zueinander, beschränkt ausschwenkbar. Der lange Hebel 48 liegt mit seinem freien Ende auf dem Zentrum 33 der Membrane 27 auf.

Die Platte 47 dient neben der Lagerung der Hebel 48 und 49 auch als Trennwand zwischen dem Raum vor der Membrane 27, der dem Gasdruck ausgesetzt ist, und einem über eine Bohrung 50 mit dem Flüssigkeitsreserve-Raum 18 verbundenen Rückströmraum 51. Außerdem besteht vom aktiven Druckraum 19 aus eine weitere Bohrung 52 zum Rückströmraum 51. Das dem Rückströmraum 51 zugewandte Ende der Bohrung 52 ist zu einem Ventilsitz für eine Kugel 53 erweitert, auf welcher der freie Arm des kurzen Hebels 49 aufliegt und das eigentliche Servo-Ventil 34 (F i g. 1) bildet.

Der Hebel 40, der auf de dem Luftdruck ausgesetzten Membrane 26 aufliegt, ist zusätzlich durch ein verstellbares Federelement 54 belastet. Dieses stützt sich einerseits an einem rechtwinklig abgebogenen Lappen 55 des Hebels 40 und andererseits auf einer Stellschraube 56 im Gehäuse 39 ab.

In der Verlängerung der Längsachse des Gewindebolzens 43 zur Verstellung der Stellmutter 42 ist ein für Einstellzwecke entfernbarer Verschkißnippel 57 vorhanden.

Beschreibung der Flüssigkeitspumpe 14 und des Ventilsystems 15 anhand der F i g. 3:

Die Flüssigkeitspumpe 14 besteht aus einer Schwinganker-Kolbenpumpe, deren Gehäuse stirnseitig mit dem das Ventilsystem 15 enthaltenden Kolben 16 dicht verbunden ist. Zwischen der Pumpe 14 und dem Kolben 16 befindet sich ein erster Druckraum 58 und zwischen diesem und dem aktiven Druckraum 19 sind zwei Ventile vorhanden, von denen das eine ein erstes Ventil 59 ist, gebildet aus einer Kugel 60, einem Ventilsitz 61 und einer die Kugel 60 gegen die Förderrichtung der Flüssigkeitspumpe 14 drückenden Feder 62. Als zweites Ventil 63 besitzt eine Bohrung 64 zwischen dem ersten Druckraum 58 und dem aktiven Druckraum 19 eine Verengung als Ventilsitz 65 für eine weitere Kugel 66 solcher Art, daß eine Bewegung der Kugel 66 in Richtung von der Flüssigkeitspumpe 14 weg das zweite

Ventil 63 schließt. Die Kugel 66 befindet sich zwischen dem Ventilsitz 65 und einem in der Bohrung 64 längsverschiebbaren Steuerteil 67, das gegen die Kugel 66 gerichtet einen Abschnitt verminderten Durchmessers aufweist. Das Steuerteil 67 sowie der Abschnitt 68 verminderten Durchmessers weisen einen durchgehenden zentrischen Kanal 70 auf, der beim Aufliegen der Stirnseite des Abschnitts 68 auf der Kugel 66 von dieser dicht verschlossen ist. Der Kanal 70 enthält eine Blende 71. Ein den Abschnitt 68 umgebender Raum 72 ist durch einen Verbindungskanal 73 mit dem Flüssigkeitsreserve-Raum 18 (F i g. 2) verbunden.

Sobald die elektrische Zuleitung 23 (F i g. 1 und 2) zur Flüssigkeitspumpe 14 an Spannung liegt, fördert die Flüssigkeitspumpe vom Flüssigkeitsreserve-Raum 18 in den ersten Druckraum 58 (F i g. 3). Das erste Ventil 59 ist vorerst geschlossen. Im ersten Druckraum 58 baut sich ein Druck auf, der auf das Steuerteil 67 wirkt und dieses in Richtung der Kugel 66 bewegt, bis die Kugel zwischen dem Abschnitt 68 und dem Ventilsitz 65 eingeklemmt ist. Die zuvor durch den Kanal 70 und dessen Blende 71 fließende kleii.e Flüssigkeitsmenge bleibt bei diesem Vorgang praktisch ohne Bedeutung. Sobald die Kugel 66 zwischen dem Abschnitt 68 und dem Ventilsitz 65 eingeklemmt ist, wird der Kanal 70 von der Kugel 66 dicht verschlossen. Der jetzt schnell ansteigende Druck im ersten Druckraum 58 öffnet das erste Ventil 59 und Druckflüssigkeit fließt in den aktiven Druckraum 19(F ig. 1 und 2).

Vorausgesetzt, daß das Gebläse 1 noch keine Verbrennungsluft liefert, daher im Luftkanal 2 kein erhöhter Druck vorhanden ist, und weil die Kraftwirkung des Federelementes 37 bzw. 54 dem bei steigendem Luftdruck an der mit dem Luftkanal 2 verbundenen Membrane 26 erfolgenden Hub entgegenwirkt, wird die Membrane 26 einseitig ausgelenkt und diese öffnet über das Betätigungselement 24 das Servo-Ventil 34 (Fig. 1). Dadurch fließt die von der Flüssigkeitspumpe 14 geförderte Flüssigkeit ungehindert vom aktiven Druckraum 19 durch die Bohrung 52 (F i g. 2) in den Rückströmraum 51 und durch die weitere Bohrung 50 zurück in den Flüssigkeitsreserve-Raum 18. Der Kolben 16 und damit das, Gasventil 5 bleiben in der Schließstellung.

Bei ansteigendem Luftdruck, beispielsweise beim Öffnen der Luftklappe 3 zur Steigerung der Brennerleistung, wird das Servo-Ventil 34 zunehmend geschlossen. Das Drucköl kann nicht mehr ungehindert zurückfließen, und es baut sich ein Druck im aktiven Druckraum 19 auf. der über den Kolben 16 und den Ventilstößel 11 das Schließorgan 8 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 9 öffnet.

Umgekehrt bewirkt ein steigender Gasdruck über die dem Gas ausgesetzte Membrane 27 ein öffnen des Servo-Ventils 34 und durch den dadurch erfolgenden größeren Flüssigkeitsabfluß ein Schließen des Gasventiles 5. Es ergibt sich ein Gleichgewichtszustand.

Wie aus der Fig.2 ersichtlich ist, erfolgt die Regulierfunktion des Servo-Ventiles 34 durch eine

Änderung des Strömungsquerschnittes für die zwischen der Bohrung 52 und der Kugel 53 zurückfließende Flüssigkeit.

Zur Verstellung der Größe des Luftüberschusses, d. h. des Einflusses der beiden Membranen 26 und 27 auf das

is Servo-Ventil 34, dient im Beispiel der Fig. 1 das Verstellen des Auflagepunktes 36 längs des Waagebaikens 35. Im Beispiel der Fig.2 wird zum gleichen Zweck nach Entfernen des Verschlußnippels 57 durch Drehen des Gewindebolzens 43 die Lage der Stellmutter 42 verschoben.

Ein Verstellen des Auflagepunktes 36 nach dem Beispiel der F i g. 1 hat gegenüber dem Beispiel der Fig.2 den Vorteil, daß der Auflagepunkt nicht Bestandteil des beweglichen Reguliergestänges wie bei der Ausführung nach F i g. 2 ist.

Da es häufig erforderlich ist, bei Kleinlast mit einem größeren prozentualen Luftüberschuß zu arbeiten als bei Vollast, und weil die nötige Änderung des Luftüberschusses über den ganzen Lastbereich von Brenner zu Brenner verschieden ist, kann die Größe der Änderung eingestellt werden. Dies erfolgt durch Verstellen der Vorspannung des Federelementes 37 (Fig. 1)bzw.54(Fig. 2).

Bei Störungen, die die Luftzufuhr ganz abstellen, wird das Servo-Ventil 34 ganz geöffnet und dadurch die Gaszufuhr ganz geschlossen.

Bei Spannungsausfall oder anderweitig nicht mehr fördernder Flüssigkeitspumpe 14 sinkt der Druck im ersten Druckraum 58 (F i g. 3), und das Steuerteil 67 bewegt sich in Richtung der Flüssigkeitspumpe 14. Die Bohrung 70 mit der Blende 71 fördert diese Bewegung, indem sie den Druckausgleich beidseitig des Steuerteils ermöglicht. Die Kugel 66 wird freigegeben, und der Fiüssigkeit im aktiven Druckraum 19 wird ein großer Rückflußquerschnitt durch den Raum 72 und den Verbindungskanal 73 in den Flüssigkeitsreserveraum 18 geöffnet. Das Gasventil schließt daher unter der Wirkung der Rückstellfeder 9 innerhalb einer Zeit von weniger als einer Sekunde.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung für das Einhalten eines geforderten Gas-Luft-Verhältnisses bei der Leistungssteuerung von Gasgebläsebrennern, mit einer dauernd arbeitenden elektrischen Flüssigkeitspumpe, mit einem entgegen der Kraft einer Rückstellfeder betätigbaren Gasventil mit einem Schließorgan, mit einer durch den Druck im Luftkanal stromabwärts einer Drosselklappe beeinflußbaren ersten Membran und einer durch den Druck im Gaskanal stromabwärts des Gasventils beeinflußbaren zweiten Membran, wobei beide Membranen über ein einstellbares Hebelsystem miteinander verbunden sind und über einen mit dem Hebelsystem verbundenen Hebel auf ein hydraulisches System mit einem Veniilsystem zur Verstellung des Gasventils einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische System einen mit dem Schließorgan (8) des Gasventils (5) verbundenen Kolben (16) aufweist, daß der Kolben (16) durch die Rückstellfeder (9) einerseits und den durch die Flüssigkeitspumpe (14) in einem aktiven Druckraum (19) des hydraulischen Systems aufgebauten Druck andererseits im Gleichgewicht gehalten ist, daß der aktive Druckraum (19) über ein Servoventil (34) mit der Saugseite der Flüssigkeitspumpe (14) verbunden ist, daß der mit dem Hebelsystem verbundene Hebel (24) das Servo-Ventil (34) steuert, daß die Druckseite der Flüssigkeitspumpe (14) über das Ventilsystem (15) mit dem aktiven Druckraum (19) verbunden ist und daß ein dem bei steigendem Luftdruck an der ersten Membran (26) erfolgenden Hub entgegenwirkendes Federelement (37) vorhanden ist.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilsystem (15) zwischen einem ersten Druckraum (58) auf der Druckseite der Flüssigkeitspumpe und dem aktiven Druckraum (19) ein erstes Ventil (59) aufweist, das als Rückschlagventil mit einer ersten Kugel (60), einem ersten Ventilsitz (61) und einer die Kugel (60) entgegen dem Druck der Flüssigkeitspumpe beaufschlagenden Feder (62) versehen ist, daß ein zweites Ventil (63) vorgesehen ist mit einer den ersten Druckraum (58) mit dem aktiven Druckraum (19) verbindenden Bohrung (64) mit einer Verengung als zweitem Ventilsitz (65) sowie mit einer zweiten Kugel (66), daß ein in der Bohrung längsverschiebbares Steuerteil (67) mit einem durchgehenden zentrischen Kanal (70) vorhanden ist, daß das dem aktiven Druckraum (19) zugewandte Ende des Steuerteils einen Abschnitt (68) verminderten Außendurchmessers aufweist, daß ein diesen Abschnitt umgebender Raum (72) in der Bohrung (64) über einen Verbindungskanal (73) mit dem Flüssigkeitsreserveraum (18) auf der Saugseite der Flüssigkeitspumpe verbunden ist und daß der durchgehende zentrische Kanal (70) des Steuerteils (67) durch die zweite Kugel (66) verschließbar ist.

3. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Luftbzw. Gasdruck entgegengesetzten Seiten der ersten und zweiten Membran (26 bzw. 27) einen Raum (25) begrenzen, der über eine Ausgleichsleitung (38) mit dem Feuerraum (7) eines Gasgebläsebrenners verbunden ist.

4. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitspumpe (14) baulich mit dem Kolben (16) eine Einheit bildet