DE3102791C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das Temperieren, also Heizen und Kühlen, von Kalanderwalzen erfolgt in der Regel über Kreislaufsysteme mit einem flüssigen Wärmeträger als Umlaufmedium, das mit Hilfe von Förderpumpen in erforderlicher Menge durch das Walzwerkzeug gefördert wird. Je nach den gegebenen Betriebsverhältnissen und der Produktionsart wird entweder Wärme von der Kalan­ derwalze an das zu erzeugende Produkt abgegeben oder es wird von letzterem Wärme auf die Kalanderwalze übertragen und vom Umlaufmedium aufgenommen, das in entsprechender Weise aufzuheizen oder zu kühlen ist.

Die jeweils erforderliche Umlaufmenge des flüssigen Wärme­ trägers für eine momentan anfallende Wärmeleistung der Ka­ landerwalze als Verbraucher richtet sich auf der Basis des spezifischen Wärmeinhalts des Wärmeträgers nach der zuläs­ sigen Temperaturdifferenz zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf an der Kalanderwalze. Dabei wird die Höchstlei­ stung nur beim Aufheizen und Abkühlen sowie bei schnellen Umtemperiervorgängen benötigt. Wenn stabile Betriebsbedin­ gungen erreicht sind, veringert sich die zuzuführenden oder abzuführenden Wärmeleistungen erheblich, so daß bei gleicher zulässiger Temperaturdifferenz an der Kalanderwal­ ze nunmehr wesentlich kleinere Umlaufmengen an Wärmeträger erforderlich sind.

Da die Förderpumpe und deren Antriebsmaschine für die benö­ tigte größte Umlaufmenge ausgelegt sein müssen, wird bei Anlagen, die bei allen Betriebszuständen mit konstanter Um­ laufmenge arbeiten, ständig mit hoher Pumpenantriebslei­ stung gefahren, auch wenn der augenblickliche Arbeitsprozeß dies nicht mehr erfordern würde. Die überschüssige Wärme, also das überschüssige Umlaufmedium, wird hierbei über ei­ nen steuerbaren Bypaß dem Vorlauf der Förderpumpe zugelei­ tet.

Bei konstanter Umlaufmenge drückt sich die jeweilige Wärme­ leistung an der Kalanderwalze durch die Änderung der Tempe­ raturdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur des Wärmeträgers aus. Diese Änderung der Temperaturdifferenz kann als proportionale Regelgröße für eine variable Umlauf­ menge genutzt werden. Eine Änderung der Umlaufmenge in Ab­ hängigkeit von der vorgenannten Temperaturdifferenz kann durch Änderung der Antriebsdrehzahl der Förderpumpe er­ reicht werden, wobei direkt veränderte Motordrehzahlen oder das Dazwischenschalten irgendeines Drehzahlwandlers bzw. Getriebes möglich sind. Alle diese Maßnahmen sind jedoch technisch aufwendig und teuer und schützen, insbesondere bei Reglerausfall, das Walzwerkzeug nicht vor Überhitzen.

Wie die DE-OS 23 58 754 zeigt, ist es bei Heizungsanlagen für Gebäude bekannt, die im Hauptkreis liegende Umwälzpumpe über eine Nebenschlußleitung kurzzuschließen, so daß ein Teilstrom des Vorlaufs hinter der Umwälzpumpe entnommen und an einer Stelle der Umwälzpumpe wieder indie Pumpenzulauf­ leitung eingeführt werden kann. Zu diesem Zweck ist in der Nebenschlußleitung ein stufenlos steuerbares Sperrventil vorgesehen, das in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf einstellbar ist. Dabei er­ folgt die Steuerung des Sperrventils über zwei Temperatur­ fühler, wovon der eine auf Temperaturänderungen im Vorlauf und der andere auf Temperaturänderungen im Rücklauf an­ spricht. Während die Temperatur des Vorlaufs im wesentlichen konstant bleibt, steigt die Temperatur des Rücklaufs mit wachsender Außentemperatur an. Bei kleiner werdender Tempe­ raturdifferenz wird das Sperrventil weiter geöffnet, so daß der durch die Nebenschlußleitung laufende Teilstrom vergrö­ ßert und somit die durch den Heizungskreislauf strömende Menge bzw. die Strömungsgeschwindigkeit veringert wird.

Wie die DE-OS 30 05 209 zeigt, ist es ferner bekannt, bei einer Heizungsanlage für Gebäude, bei der sowohl in der Vorlaufleitung nach der Umwälzpumpe als auch in der Rück­ laufleitung nach den Heizkörpern je ein Temperaturfühler vorgesehen ist, die beide hintereinandergeschaltet sind, einen Regelverstärker vorzusehen, dem der arithmetische Mittelwert der Vorlauf- und Rücklauftemperatur als Istwert dient. Der Regelverstärker vergleicht, ob die in den Teme­ raturfühlern für die Vorlauf- und Rücklauftemperatur gemes­ sene Heizkreis-Mittelwerttemperatur und die von einem Au­ ßenthermometer gemessene Gebäudeaußentemperatur dem jeweils zugeordneten Vergleichswert auf der vorgegebenen Heizkurve eines Heizkurveneinstellers entsprechen. Bei einer auftre­ tenden Abweichung verstellt der Regelverstärker mit Hilfe eines Einstellmotors ein Mischventil zum Vermischen von heißem, aus dem Heizkessel kommendem Vorlaufwasser mit küh­ lerem Wasser aus der Rücklaufleitung, und zwar so lange, bis sich eine der Gebäudeaußentemperatur zugeordnete Heiz­ kreis-Mittelwerttemperatur einstellt. Die Umwälzpumpe arbeitet mehrstufig oder mit variabler Drehzahl, wobei die Umschaltung der Umwälzpumpe in Abhängigkeit von der Gebäu­ deaußentemperatur erfolgt.

Eine solche Regeleinrichtung ist für die Temperierung von von Kalanderwalzen technisch zu aufwendig und teuer und er­ fordert einen relativ hohen Leistungsbedarf in allen Be­ triebszuständen. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß bei solchen Heizungssystemen im Hinblick auf den Be­ trieb der Umwälzpumpe bezüglich deren Schaltung keine Lei­ stungseinsparung für die einzelnen, vom Auslegungsbereich abweichenden Betriebszustände erreicht werden kann, was dort auch nicht als notwendig angesehen wird.

Schließlich ist zu beachten, daß zum Temperieren von Kalan­ derwalzen Kühlwasser und zum Heizen Dampf, Umlaufheißwasser oder Wärmeübertrageröl verwendet wird. Dadurch ergibt sich hier ein völlig anderes Verhalten als bei Hausheizungsanla­ gen. Aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen dem Heizme­ dium und dem zu beheizenden Medium ist die Leistung eines Wärmetauschers bei kaltem Umlaufmedium sehr hoch, bei Um­ laufmedium mit seiner Betriebstemperatur entspricht die Auslegung der Nennleistung. Bei wassergekühlten Kühlern verhält es sich umgekehrt, bei niedrigen Umlauftemperaturen ist hier die Nennleistung vorhanden, bei hohen Temperaturen des Umlaufmediums und damit hoher Temperaturdifferenz ist eine sehr hohe Kühlleistung vorhanden. Bei der Temperierung von Kalanderwalzen muß daher ein langsames Herunterfahren des Sollwerts nach dem Temperaturgradienten erfolgen, hohe Änderungsgeschwindigkeiten würden nämlich eine Kalanderwal­ ze zerstören.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen wärmeabgebenden und/oder wärmeaufnehmenden tempe­ raturempfindlichen Verbraucher, insbesondere für Kalander­ walzen, ein neues, einfaches und sicher arbeitendes Tempe­ rierverfahren sowie eine technisch einfache Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, mit der die aufzubringende Wärmeleistung den jeweils herrschenden Be­ triebsbedingungen in vorbestimmbaren Grenzen anpaßbar sind und die nicht nur bei neu zu installierenden Kalandrieran­ lagen benutzbar ist, sondern auch ohne großen Umrüstungs­ aufwand in bereits bestehenden Anlagen eingebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Auslegung erfolgt die Reduzie­ rung der anfänglich hohen Wärmeleistung auf ein dann erfor­ derliches niedrigeres Maß stufenlos unter Ausnutzung der Charakteristik einer Kreiselpumpe, indem über das der Krei­ selpumpe strömungsmäßig nachgeschaltete Sperrventil der Pumpengegendruck mehr oder weniger erhöht wird, wodurch die Umlaufmenge des Wärmeträgers variiert werden kann, und zwar in Abhängigkeit von der an die Kalanderwalze abzugebenden oder von dieser aufzunehmenden Wärmemenge eines im Zwangs­ umlauf geführten flüssigen Wärmeträgers unter Berücksichti­ gung der Temperaturdifferenzen zwischen Vorlauf und Rück­ lauf.

Es wird also festgestellt, welche Wärmeleistung der Kalan­ derwalze zugeführt wird, und zwar durch Messen der Vorlauf- und Rücklauftemperatur der Walzen. Die Umlaufmediummenge ist bekannt, ebenso wie die spezifische Wärme des Umlaufme­ diums, hieraus errechnet sich die Wärmeleistung. Die Tempe­ raturdifferenz Vorlauf/Rücklauf ist also ein direktes Maß für die der Kalanderwalze zugeführte bzw. von der Kalander­ walze abgeführte Wärmemenge, so daß eine vorher gewählte Temperaturdifferenz ausgenutzt wird, um die Wärmeleistung durch die Separatregelung entsprechend zu begrenzen.

Ein solches Verfahren ist technisch überraschend einfach, arbeitet betriebssicher und eignet sich auch zur Nachrü­ stung bei bereits vorhandenen Anlagen dieser Art. Ein wei­ terer Vorteil ist darin zu sehen, daß eine wesentliche Ein­ sparung von Antriebsleistung für die Pumpe erreicht wird. Auch ist die im Hinblick auf eine zumeist vierundzwanzig­ stündige Betriebsdauer pro Tag solcher Anlagen durch die Erfindung bewirkte Energieeinsparung an Heizleistung erheb­ lich, da die während der Aufheiz- oder Abheizperiode und bei Umtemperierungsvorgängen notwendigen hohen Wärmelei­ stungen während des stabilen Betriebszustandes nicht mehr erforderlich sind.

Durch Festlegen einer maximal zulässigen Differenz zwischen der Vorlauf und Rücklauftemperatur und durch die in Abhän­ gigkeit von der Temperaturdifferrenz erfolgende Regelung der zu- oder abgeführten Leistung wird ein absoluter Schutz der Kalanderwalze vor schädlicher Wärmeeinwirkung mit daraus resultierenden unzulässigen Wärmespannungen erreicht, da die zulässige Höchstleistung am Walzwerkzeug nicht über­ schritten wird. Dafür sorgt zusätzlich, bei Wärmebedarf der Kalanderwalze beim Aufheizen, das Steuerventil des Heiz­ kreislaufs und beim Kühlen das zuständige Steuerventil des Kühlkreislaufs. Die erfindungsgemäße Temperaturbegrenzung bringt schließlich noch den Vorteil mit sich, daß selbst bei Reglerausfall bzw. bei Ausfall des ersten Reglers zur Steuerung der Vorlauftemperatur ein Zerstören der Kalander­ walze durch Wärmespannungen wegen zu hoher Temperaturdiffe­ renzen nicht auftreten kann. Die Umwälzmenge muß nicht überwacht werden, da eine Reduzierung der Umwälzmenge bei gleicher Temperaturdifferenz eine niedrigere Leistung be­ deutet. Daher können auch verstopfte Filter oder ähnliche Betriebsmängel der Kalanderwalze nicht schaden.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage im Schema, das nachfolgend beschrieben ist.

Die in der Zeichnung dargestellte Anlage mit jeweils einem Wärme­ verbraucher oder Erzeuger 1, zum Beispiel einer Kalanderwalze, die beheizt oder gekühlt werden soll, besteht im wesentlichen aus einer von einem Motor angetriebenen Umwälzpumpe 2, einem nach dieser Pum­ pe 2 in einer Zulaufleitung 3 angeordneten Regelventil 4, einem Dreiwegeventil 5 zur Regelung der Kühlung, einer in einem Heizkreislauf 16 installierten Heizeinrichtung 7 mit mit Dampf­ regelventil 6 und einem in einem Kühlkreislauf 15 vorgesehenen Kühler 8 sowie der Rücklaufleitung 9. Der Kühler 8 wird von einer Nebenschlußleitung 17 durchströmt.

Die Anlage arbeitet normalerweise mit konstanter, vorher eingestell­ ter Vorlauftemperatur. Der Meßfühler 10 mißt die Vorlauftemperatur und über den Regler 13 werden die Ventile 5 und 6 wie folgt beein­ flußt:

• a) Beim Heizen ist das Ventil 5 bei geradem Durchgang voll ge­ öffnet und das Dampfregelventil 6 öffnet je nach erforderli­ cher Heizleistung von 0 bis 100%.
• b) Bei Betrieb ohne Wärmebedarf und ohne Wärmeabgabe ist das Ventil 6 geschlossen.
• c) Bei Kühlbetrieb schaltet das Ventil 5 bei geschlossenem Ven­ til 6, ausgehend vom Eckabgang 0%, wobei der gerade Durch­ gang dann 100% beträgt, entsprechend der erforderlichen Kühl­ leistung auf maximalen Eckabgang 100%, wobei dann der gerade Durchgang 0% beträgt.

Dies erfolgt bei konstanter Umwälzmenge.

Vor und hinter dem Verbraucher 1 greifen in dessen Zulaufleitung 3 und dessen Rücklaufleitung 9 Temperaturfühler 11 und 12 ein, welche die Temperaturen im Vor- und Rücklauf an einen Regler 14 weiterge­ ben, der seinerseits das Regelventil 4 steuert. Dabei verläuft die vorgesehene Regelung so, daß bei sinkender Temperaturdifferenz zwi­ schen Vor- und Rücklauf das Regelventil 4 mehr geschlossen wird, wodurch sich der Gegendruck für die Kreiselpumpe 2 erhöht. Entspre­ chend der Kennlinie einer Kreiselpumpe sinkt dadurch die Umwälz­ menge und zwangsläufig der Leistungsbedarf der Pumpe 2. Die An­ triebsleistung des Antriebsmotors der Pumpe 2 sinkt dadurch eben­ falls.

Steigt dagegen die Temperaturdifferenz im Vor- und Rück­ lauf, so macht das Regelventil 4 weiter auf, d. h. der Pum­ pengegendruck verkleinert sich, wodurch die Umlaufmenge vergrößert wird und die Pumpenantriebsleistung steigt.

Zur Steuerung des Kühlkreislaufes 15 ist ein Kühlwasser- Steuerventil 31 und zur Steuerung des Heizkreislaufs 16 ist ein Dampfsteuerventil 32 vorgesehen.

Die Umwälzmenge stellt sich bei höchstzulässiger Tempera­ turdifferenz im Vorlauf 3 und Rücklauf 9 auf den kleinsten Wert ein.

Bei unzulässig großen Belastungen wird die Temperaturdiffe­ renz am Verbraucher 1 größer als zulässig. Daraufhin spricht der Regler 14 an, wodurch das Kühlwasserventil 31 und/oder das Dampfsteuerventil 32 schließen. Dadurch ist die Wärme­ abfuhr und/oder Wärmezufuhr abgestellt und erst, wenn die Temperaturdifferenz sich in den zulässigen Grenzen befin­ det, werden die Ventile wieder freigegeben.

Dem Kühlkreislauf 15 und dem Heizkreislauf 16 ist jeweils ein Steuerventil 20 bzw. 21 zugeordnet, die über den in Ab­ hängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf des Verbrauchers 1 beeinflußten Regler 14 ge­ steuert sind.

Daraus ergibt sich ein Schutz oder ein zusätzlicher eigen­ ständiger Schutz des angeschlossenen Verbrauchers 1.

Claims (6)

1. Verfahren zur Temperierung einer Kalanderwalze als in einem Kreislaufsystem mit einem flüssigen Wärmeträger liegender, wärmeabgebender und/oder wärmeaufnehmender, temperaturempfind­ licher Verbraucher, auf den eine Regleranordnung in dem Sinne einwirkt, daß die ermittelte Temperaturdifferenz zwischen Vor­ lauf- und Rücklauftemperatur als proportionale Regelgröße für eine variable Umlaufmenge zur Steuerung des Wärmehaushalts benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlauf­ temperatur des Wärmeträgers über einen ersten Regler (Vorlauf­ temperaturregler 13), jeweils auf einen voreinstellbaren Wert gehalten wird und daß die durch Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe des Verbrauchers (1) verursachten Änderungen der Vorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz des Wärmeträgers zwi­ schen seiner Vorlauf- und Rücklauftemperatur mittels eines wei­ teren Reglers (Temperaturdifferenzregler 14), derart ausgeregelt werden, daß bei sinkender Wärmeabgabe oder sinkender Wärmeauf­ nahme bzw. bei steigender Wärmeabgabe oder bei steigender Wärme­ aufnahme des Verbrauchers (1) die pro Zeiteinheit umgewälzte Menge des Wärmeträgers durch Änderung des Gegendruckes einer Kreiselpumpe (2) für den Wärmeträger vermindert bzw. erhöht wird, in dem Sinne, daß bei Bedarf größerer Umwälzmengen der Pumpengegendruck erniedrigt und kleinerer Umlaufmengen der Pumpengegendruck erhöht wird.

2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der von der Kreiselpumpe (2) zum Verbraucher (1) führenden Zulaufleitung (3) ein in Ab­ hängigkeit von die Temperaturdifferenz zwischen dem Vor­ lauf und Rücklauf am Verbraucher (1) ermittelnden Meß­ fühlern (11 und 12) gesteuertes Regelventil (4) zur Vari­ ierung des Gegendruckes der Kreiselpumpe (2) angeordnet ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiselpumpe (2) von einem Hauptstrommotor angetrieben ist.

4. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Zulaufleitung (3) nach der Kreiselpumpe (2) eine Nebenschlußleitung (17) abzweigt, die einen Kühler (8) durch­ strömt, der von einem Kühlkreislauf (15) mit Kühlmittel ver­ sorgt wird.

5. Anlage nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühlkreislauf (15) und im Heizkreislauf (16) jeweils ein Steuerventil (31) bzw. (32) vorgesehen ist, die beim Überschrei­ ten der höchstzulässigen Temperaturdifferenz die Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr vermindern bzw. ganz drosseln.

6. Anlage nach Anspruch 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß dem Kühlkreislauf (15) und dem Heizkreislauf (16) jeweils ein Steuerventil (20) bzw. (21) zugeordnet ist, die über den in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen Vor­ lauf und Rücklauf des Verbrauchers (1) beeinflußten Regler (14) gesteuert sind.