DE8900071U1 - Steuergerät für die Überwachung eines drehzahlgesteuerten Verbrennungsluftgebläses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergesät für die sicherheitstechnische überwachung der Drehzahl eines Verbrennungsloütgebläses für einen Öl-, Gas- oder Zweistoff—Brenn er.

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d«a Stand dAf Ttchnik »lrd b«l öl-, Gaa- oder GAbllAtbrAfinAfa» ±m folftndtn Brenner genannt, tut iinpassunt ^*' Br#nn*rl»i»tung an den Vlreebederf der Anlage der Brennatoff und die Terbrennunfaluft aechaniach t*fcoppelt verlndert. Pie für die Verbrennung de« jeweils vorgegebenen Brennstoffes notwendige Luftmenge wird Über eine Luftklappe auf das für ein bestimmtes Brennstoff-Luft-VerhKltnis erforderliche M&ß bei konstanter, von der Hetzfrequenz bestimmter Drehzahl des Verbrennungsluftgebläses gedrosselt. Alternativ zu diesem Vorgehen kann die benötigte Lüftmenge auch durch eine Veränderung der Drehzahl des Verbrennungsluf tjgebläses des Brenners erreicht werden.

Daraus ergeben sich die Vorteile einer Reduzierung &rgr; der erforderlichen elektrischen Energie sowie einer

H Geräuschminderung. Im Falle der drehzahlabhängigen

i Luftmengensteuerung nimmt man eine Überwachung durch

1| Messung der Massenströme der Verbrennungsluft und

Sf des Brennstoffes vor.

I Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei öl-,

* Gas- oder Zweistoff-Brennern, deren

I Verbresnijngsluf teeage durch Drehzahländerung des

H Verbrennungsluftgebläses bestimmt wird, das Verhältnis

ff. von Brennstoff&mdash; zu Luftmenge sicherheitstechnisch

I zuverlässig zu überwachen.

f Diese Aufgabe wird drfindungsgemäß durch die Maßnahmen

gemäß Anspruch 1 gelöst.

% Das Verändern der Drehzahl des Verbrennungsluftgebläses

\ und somit der geforderten Verbrennungslüftmenge

mechanisch unabhängig von der vorgegebenen Brennstoffmenge verlangt eine Absicherung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses für einen sicheren ; Brennerbetrieb. Im Gegensatz zur bekannten Überwachung

~^&euro; durch Messung der Massenströme der Verbrennungsluft

und des Brennstoffes wird das vorgegebene Brennstoff-Luft-Verhältnis erfindungsgemäß durch die selbsttätig fehlererkennend und somit in eigensicherer Funktion stattfindende Überwachung der Drehzahl des Verbrennungsluftgebläses in Afehärsk^it von der Stellung des S^llgliedes für die Brennstoffmenge vorgenommen. Abhängig vom Wärmebedarf der Feuerungsanlage wird von einem Leistungsregler ein Stellglied angesteuert, welches die Brennstoffmenge bestimmt. Über die '& Drehzahlsteuerung wird der vorgegebenen Brennstoffmenge

die zur Verbrennung !iotwe.1Ji.5a Luftnenge zugeordnet. In einer bevorzugten Ausführung wird die Drehzahl des Srehstroa-Asynchron-Motors des Verbrennung«' luftgebläses Über einen statischen Frequenzuarichter durch Variation der Frequenz und Spannung eingestellt.

Da diese Ansteuerung als offene Steuerkette wirkt, kann nicht davon ausgegangen werden, daß in Jedesa Fall die richtige Drehzahl entsprechend der vorgegebenen Brennstoffmenge Io Fehlerfall eingehalten wird« Das erfindungsgemäße Vorgehen zur sicherfceitstACissischen überwachung des drehzahlgesteuerten Verbrennungsluftgebläses gilt bei der Fehlerbetrachtung nach DIH 57116/VDE 0116/79 als fehlersicher.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, insbesondere in bezug auf die in der Zeichnung wiedergegebentn AusfUhrungsbeispiele, deren nachfolgende Beschreibung die Erfindung näher erla'utert. Es zeigt

Figur 1 ein Blockschaltbild einer ernten Ausführungsfons; Figur 2 ein Blockschaltbild einer zweiten

Ausföhrungsforn, das gegenüber der ersten Ausführungsforra zusätzlich eine Oa-Regelung aufweist;

Figur 3 ein Blockschaltbild einer dritten

Auaführungsfore, das Ober das zweite Au»fuhrungsbeispiel hinaus eine Abgasrückführung enthält.

Die Figuren zeigen strichpunktiert den Umriss des Steuergerätes (31) des jeweiligen Assführnagsbeispiels.

In Figur 1 ist die Drehzahlsteuerung und die sicherheitstechnische Überwachung des drehzahlgesteuerten Verbrennungsluftgebläses eines Brenners dargestellt. Von der leistungsregelung (1) des Wärmeerzeugers wird der Antrieb (2) der Stellglieder zur Brennstoffdosierung (3), (4) angesteuert. Die jeweilige Stellung dieses Antriebes (2) wird über einen Sensor (5) erfaßt und als Eingangssignal einem Funktionsgeber (6) zugeführt. Dieser gibt ein dem Breninstof f-Luf tverhältnis angepaßtes Signal an den Frequenzumrichter (7) als drehzahlproportionalen Sollvez't. Eine in Frequenz und Spannung variable Ausgangsspannung des Frequenzumrichters bewirkt die Einstellung einer vorgegebenen Drehzahl des Verbrennungsluftgebläses des Brenners (8). Durch diese offene Steuerkette ist die Funktion des Brenners bestimmt.

Zur Absicherung der Drehzahl das Verbrennungsluftgebläses und somit Einhaltung eines jeweils vorgegebenen Brennstoff-Luftverhältnisses wird direkt vom Motor ein Tachogenerator (9) zur Drehzahlerfassung angetrieben, welcher als aktiver Geber ein eigensicheres, drehzahlproportionales Signal abgibt. Dieses Signal wird als Drehzahl&mdash;Istwert den beiden Komparatoren (10) und (11) zugeführt. Ein zweiter unabhängiger Sensor (12), der ebenfalls rom Antrieb (2) betätigt wird, gibt sein Signal auf einen zweiten unabhängigen Funktionsgeber (13), Der im Funktionsgeber (13) gebildete Vergleicfis-Sollwert, welcher dem Drehzahl&mdash;Sollwert entspricht, wird ebenfalls auf die beiden Konparatoren (10) und (11) aufgeschaltet.

Beide Koraparatoren, die als unabhängige Geräte arbeiten, führen einen Soll-Istwert-Vergleich durch. Tritt eine unzulässige Abweichung zwischen Soll- und Istwert auf, geben beide: Komparator en ein Signal an eine Auswertelogik (IA), die nach Ablauf einer zulässigen Verzögerungszeit eine Abschaltung des Brenners (S) bewirkt. Somit sind die beiden unabhängigen Steuerketten zur Istwer tbilduiig und Sollwertbildung zweikanalig tiberwacht. Zur Prüfung auf ordnungsgemäße Funktion der beiden Komparatoren (10) und (11) werden diesen in periodischen Zeitabständen Testsignale von der Komparator-Testschaltung (15) aufgeschaltet und deren f unktionsr:ichtige Auswirkung überwacht. Der periodische Zeitablauf wird durch bauteilgeprüfte Zeitglieder bewirkt.

Zum Start des Brenners ist es notwendig, im Brenner einen erhöhten Luftdruck zu erzeugen, der der entstehenden Druckwelle, die durch den ZündVorgang ausgelöst wird, entgegenwirkt. Ober die Startablauf-Steuerung (16) und (17) wird sowohl dem Frequenzumrichter (7) der Drehzahl-Sollwert, als auch direkt den Komparatoren (10) und (11) der Vergleichs-Sollwerii von 2 unabhängigen Gebern ein entsprechendes erhöhtes Signal den Komparatoren vorgegeben. Zur Einstellung der vorgegebenen Luftmenge zus Zünden wird über eine zusätzlich im Luftkanal angebrachte Luftküappe (18) die geforderte Luftmenge eingestellt, wobei hierdurch der erhöhte Druck der Verbrennungsluft erreicht wird. Diese Luftklappe (18) wird durch einen zwangsläufig angesteuerten zweiten Korrekturstellantrieb (19) über einen sechacisches Verband (2O¹) betätigt. Mach erfolgter Zündung übernimmt die Drehzahlsteuerung die Brennstoff-

&bull; &PSgr; 4* * * *

Luftzuordnung.

Als Notbetrieb ist es möglich, das Verbrennungsluftgebläse direkt am elektrischen Netz (21) mit der Netzfrequenz zu betreiben. Hierbei *ird der Frequenzunirichter (7) freigeschaltet und die Drehzahlsteuerung außer Betrieb gesetzt. Über den für den Startablauf eingesetzten Koirekturstellenantrieb (19) wird die Luftklappe (i8) in eine Drosselstellung gebracht.

Über eine mechanische Verbundsteuereinrichtung (20) und (22) wird über den gesamten Leistungs-Stellbereich

% des Brenners ein vorgegebenes Brennstoff-Luftverhältnis

"2 erreicht.

, Figur 2 zeigt das Blockschaltbild der Drehzalsteuerung

% und sicherheitstechnischen Überwachung mit zusätzlich

\ wirkender Restsauerstoff-Regeleinrichtung. Über

die Messung des Restsauerstoffwertes im Abgas des

Wärmeerzeugers wird über eine nachgeschaltete Regeleinrichtung das Brennstoff&mdash;Luftverhältnis so beeinflußt, daß bei geringstem Luftüberschuß ein höchstmöglicher feuerungstechnischsr Wirkungsgrad erreicht wird. Die zur Erfassung des &bull;Restsauerstoffwertes im Abgas eingesetze Oa-Sonde (23) gibt ihr Meßsignal aufbereitet über ein Oj-Meßgerät (24) auf einen Regler (25). Das für die Vergleichs-Sollwertvorgabe der Drehzahlregelung vom Sensor (12) gebildete Signal wird in gleicher Weise auf den Regler (25) und einen weiteren unabhängigen Funktionsgeber (26) aufgeschaltet. Der Funkionsgeber (26) bildet brennerleistungsabhängig einen Os-Sollwert, Der Ausgang des Reglers (25)

·&mdash;&ggr;"1&igr;&Tgr;&idigr;&idigr;*&uacgr;*&pgr;- Tn-&tgr;&mdash; - --.

beeinflußt über die Oa-Xorrektur (27) das vom Funktionsgeber (6) dem Frequenzuorichter (7) zugeführte Signal. Die Korrektur (27) beeinflußt des Drehzahl-Sollwertsignal nur in zulässigen vorgegebenen Grenzen. Diese Grenzen liegen innerhalb des zulässigen Bereiches der Drehzahlüberwachungseinrichtung, die durch die beiden Koniparatoren (10) und (11) überwacht werden. Zusätzlich bewirkt ein Grenzwertschalter (28) bei einer definierten Abweichung des Restsauerstoffgehaltes eine Abschaltung des Srenners.

Figur 3 zeigt eine Erweiterung der Drehzahlsteuerung für den Betrieb einer Abgas-Rückführung. Die Abgasrückführung, bei der dosiert eine Abgasmenge der Flamme zugeführt wird, bewirkt eine Verminderung der bei der Verbrennung auftretenden Stickoxide. Parallel zum frequenz&mdash; und spannungsveränderbaren Ausgang des Frequenzuarichters (7), an dem das Verbrennungsluftgebläse betrieben wird, arbeitet ein separates Gebläse (29) zur Abgasrückführung.

Bei einer Veränderung der Brennerleistung und somit der Verbrennungsluftmenge durch Drehzahländerung wird auch die Drehzahl des Abgasrückführgebläses (29) parallel mitgeführt. Das bedeutet, daß die Drehzahl des Abgasrückführgebläses (29) bereits durch die Überwachung des Verbrennungsluftgebläses des Brenners (8) überwacht wird. Zusätzlich kann abhängig von der Brennerleistung die rückgeführte Abgasmenge durch eine Drosseleinrichtung (30) verringert werden.

Claims (1)

1. Steuergerät tut &bull;lchathaltatachfliachan überwachung &bull;la·· dr«h**hlt**teu»tt*fl 1Tefbr«fiflttfl|ilttf tfftfeliftt·

für einen öl-, Gas- oder Ztreistoff-Gebläeebrenner, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einhaltung eines jeweils vorgegebenen Brennstoff-Luft-Verhältnisses ein selbsttätig fehlererkennend ausgebildeter zweikanaliger Sollwert-Istwert-Vergleicher (9 bis 15) vorgesehen ist.

2 Steuergerät. nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet» daß der Sollwert-Ietwert-Vergleicher zwei unabhüngig voneinander arbeitende Komparatoren (10, 11) für den

Vergleich des Drehzahl-Ietwertes des Yerbrennungsluft-

geblSses Mit einem unabhängig gebildeten zweiten

Sollwert aufweist.

3. Steuergerät «nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dafl ein Drehzahl-Istwsrt-Geber in Form eines Tachogenerator« (9) al* aigenticherer Geber vorgesehen 1st.

II·· ·*

*· Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bildung der Führungsgröße zwei unabhängige Sensoren (5, 12) vorgesehen sind, denen unabhängige Funktionsgeber (6, 13) irr getrennten Umwandlung der Führungsgröße in drehpropcrtionale Sollwerte nachgeschaltet sind.

ft. Steuergerät etch tin·« dar Ansprache 1 feit 4, i käute h gekenßteichflet, daft dia beiden toftiatatoran (10» 11) *«* pariodlach aelblttltlgen PfUfung Und Fehlererkennung an ftifl*

(15) ·&eegr;|··&sfgr;&eegr;1&ogr;···&eegr; Aitid.

&thgr;» Steuergerät nlch ·1&eegr;·&Agr; der ÄnlptUch· 1 ti· 5, d t rt u f t h &igr; &igr; k &igr; &bgr; &bgr; t ( 1 c h &igr; &igr; t, AkB ein· Aüi»i-tlo|ik (14) zut #ich«ttn Abschaltung dt? Feuerung bti Ufl*ulii«i|«r Abweichtln| «in*· i*»«llt &diams;ottttfttbendtn Ätennetoff-Luft-Vefhlltftis··· nach Ablauf einer tulisslgan Zftit an di· beiden toapftratorcn (10* 11) afltaachloaatn i*t.

7« Steuergerät nach eine« der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Aufbau eines zur Verbeaaerung der Starteigenschaft entsprechenden Überdruckes während des Anfahrvorganges des Brenners bei zwangsläufig erhöhter drehzahl eine zusätzlich im Luftkanal eingebaute, über * ein Korrekturstellglied betätigte Drosseleinrichtung vorgesehen ist.

8r Steuergerät nach Anspruch 7_f dadurch gekennzeichnet,

daß für einen Hotbetrieb mit Netzfrequenz über die Luftdrosseleinrichtung (18) zum Brennerstart eine ■echanische Kopplung (20, 22) zur Einstellung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses vorgesehen ist.

9. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet* dl &bgr; tut Jttttsft*aftrfttoff~itesftunft CO*~MeAstti»g) is A^t** it» tfifAtefteugtf« tin« 0»-Sonde (23) vorgesehen iit, dar ein· fctitltchlltunt (24 bit 27) cut fcofrftktuf dft· von dta £unktiontgcb*f (6) erseUfteft Örehtahl« Sollntft·· i« Slttftt der Blnhaltufif «intr optlaalcn ttfbrtnnttni bei seriflftt·· Luftübertchuß nschfeschtrltet iit.

10» Steuergerät _nmCh Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet» defl ein den 0*-Soll«ert abhängig von der Jeweiligen Brennerleittung vorgebender Sollwertbildner (funktionst^btt 26) vorgesehen ist, der als Teil der Regelschaltung (24 bis 27) d±B»e ie Sinne einer Korrektur des Dreh*ahl-Sollwertfts nur in den von den Komperatoren (10, 11) be&bgr;tin»ten Grenzen aussteuert.

11. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, d«"ß eine Abgasrückführung vorgesehen ist, deren AbgasrUckführgebläse (29) nebtn dem drehzahlgesteue-rten Verbrennungsluftgebläse parallel an diesem Netz betrieben und hinsichtlich der vorgegebenen Fördermenge in die sicherheitstechnische überwachung ebenso eingeschaltet ist.

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