EP0342347A2 - Method for reducing the effect of deregulating factors for ventilator burners and ventilator burners - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for reducing the effect of disturbance variables on the combustion in fan burner systems in which a fuel and / or air flow is set according to a desired load level, a fan burner system with a fan burner with air supply and fuel supply, an arrangement for measuring a relative Change in density or, with at least almost constant gas volume flow, a relative change in mass flow of a gas as a function of its pressure and temperature, and use of the method.
- the procedure according to claim 4 is preferably used.
- a pressure equalization is created between the sample gas and the gas, thus determining the pressure reference size.
- the measured relative end tion of the pressure difference is equal to the relative change in density in the gas and, with at least an almost constant gas volume flow, is at least almost equal to the relative change in gas mass flow.
- a forced draft burner system according to the invention is distinguished by the wording of claim 7, and an arrangement for measuring the relative change in density of a gas as a function of its pressure and its temperature is distinguished by the wording of claim 9.
- the method according to the invention is particularly suitable for use on forced draft burners which are operated in discrete load stages, in particular for one- or two-stage forced draft burners.
- a burner 1 schematically shows a burner 1 for the combustion of fuel with a practically constant calorific value, such as heating oil EL, natural gas etc.
- the fuel flow B * is fed to the burner 1 via a line 3 with actuator 5 and, analogously, via a line 7 the air flow L *, in turn provided by an actuator 9.
- the two actuators 5 and 9 are driven by servomotors 11 and 13.
- disturbance variables z such as fuel pressure, specific air requirement, air temperature, air pressure, air humidity, conditions on the chimney draft
- a sensor arrangement 17 On the output side of the compensator arrangement 19 shown in FIG. 1, compensation signals s B and s L are generated, which are each fed to a superimposition unit 21 or 23 in the fuel flow and / or air flow control path. The influence of the measured disturbance variables z is thus compensated for by intervention in the fuel flow and / or air flow.
- the relative change in the air mass flow with at least almost constant air volume flow is at least almost equal to the difference between the relative change in air pressure and the relative change in air temperature, both the combustion air supplied to the burner. It can now be shown that the relative change of the air factor is equal to the relative change in the air mass flow mentioned in (1), or that the related change in the oxygen content in the flue gas is, in a first approximation, proportional to the relative change in the air mass flow mentioned.
- the fuel pressure in particular the setpoint of an intended fuel pressure control, is to be intervened, this is done, at least to a first approximation in which means: the change in fuel pressure with respect to the fuel pressure at the above-mentioned reference ratios.
- FIG. 1 schematically shows a fan burner system according to the invention, which has a compensation arrangement, in order to compensate for the influence of the main disturbance variables mentioned.
- the air temperature ⁇ L and the static air pressure p L are measured in the air flow L * of the burner, which is basically constructed and fed as shown in FIG. 1.
- the compensator 25 which acts as a superimposition unit according to (1), is supplied with adjustable constants K p and K ⁇ in accordance with the standardization variables and from (1).
- the pressure measured value signal is first weighted at the compensator 25 with the normalization factor K p and analogously the temperature measured value signal with the weighting factor K regimen. By forming the difference, the expression shown in (1) on the right is then formed in an electrically analog manner in compensator 25.
- the output signal of the compensator 25 As mentioned, corresponding to the result of (1), inverted according to (2) and superimposed on a superposition unit 27 in the control path for the air flow L *, the load level-dependent control signal. If it is preferred to intervene on the control signal path for the fuel stream B *, this is done, analogously, according to (3) on a superimposition unit in the fuel flow control signal path.
- the superimposition takes place according to (4) on the fuel pressure control signal.
- electrical reference signals for example after optimally setting the combustion, for example when starting up the system, are set as p Lo and T Lo in accordance with the then prevailing pressure and temperature values.
- Fig. 3 the basic structure of the compensator 25 for an intervention in the air mass flow L * is shown in more detail.
- Conventional sensors with electrical output signals such as thermocouples, resistance thermometers and pressure sensors, can be used as transducers 28 and 29 for sizes ⁇ L and p L.
- the further task now is to determine the relative change in the air mass flow as a function of the relative change in the air pressure and the air temperature in the simplest possible manner.
- this can be done by individually recording air pressure and temperature, appropriate weighting and offsetting according to (1).
- this extremely simple procedure is preferably used for the detection of the air mass flow changes caused by the main disturbance variable in the forced air burner system compensated for the disturbance variable, but can in principle be used wherever a change in gas density or change in gas mass flow as a function of the gas pressure and the gas temperature is to be recorded .
- a gas volume V is encapsulated in a closed container 30 for this purpose.
- the vessel 30 lies in the gas stream L *.
- T L T V applies.
- the difference between the static pressure p a in the gas stream L * and the pressure p V in the vessel 30 is measured by means of a differential pressure sensor 33.
- a differential pressure signal p a - p V appears at the output of the differential pressure sensor 33, which , based on the pressure p ao at reference ratios, equal to the relative change in density in the ambient gas L, which in turn, at at least almost constant volume flow V *, is at least almost equal to the gas mass flow change ⁇ L * with respect to the same reference ratios, ie L0 *.
- one condition is that the output signal of the differential pressure measurement by means of the sensor 33 is proportional to the relative density or gas mass flow change, that the gas of the flow L * and that in the vessel 30 are at the same temperatures.
- radiation protection 31 is therefore provided, which prevents thermal radiation from the outside and corresponding measurement errors.
- the closed vessel 30 is arranged on the fuel line 7 of a forced draft burner according to FIG. 2 with a fan 37.
- the differential pressure sensor 33 measures the pressure difference between the static pressure in the flowing combustion air and the gas pressure, preferably air pressure, in the vessel 30.
- the output signal swing of the sensor 33 is zero-symmetrical.
- the output signal of the differential pressure sensor 33 is fed to an amplifier 39, preferably with an adjustable gain.
- the fuel pressure in line 3 to the burner is regulated to a predetermined value by means of a schematically illustrated pressure regulating valve 41, the valve body 45 operating in the regulating sense against the force of a spring 43 additionally carrying a magnet armature 47 which runs in two fixed coils 49 and 51 .
- the coil 49 is activated via a diode D1 and a voltage / current converter 53, and at the other polarity of the output signal of the amplifier 39, the coil 51 is activated via an inverse polarized diode D2 and a voltage / current converter 55.
- a disturbance variable compensation shift is forced on the valve body 45 of the control valve 41 by the force of one of the coils 51, 49 in the correct polarity, and the actuating force of the control difference is superimposed, with which the effects of the main disturbance variables, namely the temperature and pressure changes in the combustion air, on the combustion by intervention be compensated for the fuel flow B *.
- the structure of the valve is shown in detail in DE-PS 3513282.
- pressure equalization between the container 30 and the air flow L * is achieved with the schematically illustrated valve 53, for example with an optimally adjusted burner.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Auswirkung von Störgrössen auf die Verbrennung bei Gebläsebrenneranlagen, bei denen ein Brennstoff- und/oder Luftstrom entsprechend einem erwünschten Lastgrad eingestellt werden, eine Gebläsebrenneranlage mit einem Gebläsebrenner mit Luftzuführung und Brennstoffzuführung, eine Anordnung zur Messung einer relativen Dichteänderung oder, bei wenigstens nahezu konstantem Gasvolumenstrom, einer relativen Massestromänderung eines Gases in Funktion seines Druckes und seiner Temperatur sowie eine Verwendung des Verfahrens.The present invention relates to a method for reducing the effect of disturbance variables on the combustion in fan burner systems in which a fuel and / or air flow is set according to a desired load level, a fan burner system with a fan burner with air supply and fuel supply, an arrangement for measuring a relative Change in density or, with at least almost constant gas volume flow, a relative change in mass flow of a gas as a function of its pressure and temperature, and use of the method.
Es ist bei Gebläsebrenneranlagen bekannt, den Luftmassestrom und den Brennstoffmassestrom, beispielsweise mittels einer Verbundsteuerung oder -regelung dem erwünschten Lastgrad entsprechend einzustellen. Um dabei bei allen Lastgraden eine mindestens genähert optimale Verbrennung sicherzustellen, insbesondere weitgehend unabhängig von der Beeinflussung durch Störgrössen, wird üblicherweise der Sauerstoffgehalt im Rauchgas als Regelgrösse gemessen und ein Regelkreis vorgesehen, der durch Stellen von Luft- und/oder Brennstoffzufuhr den 0₂-Gehalt im Rauchgas auf einem Führungswert hält. Derartige Regelungen sind technisch aufwendig, insbesondere bedingt durch die vorzusehende 0₂-Messonde und den Regler. Es ergeben sich weiter zu lösende Stabilitätsprobleme, insbesondere in Anbetracht der regelungstechnisch schwierigen Regelstrecke, nämlich des Feuerraumes und der Rauchgaszüge bis zur Stelle der Sauerstoffkonzentrationsmessung. Derartige Stabilitätsprobleme sind durchaus lösbar, allerdings auch mit entsprechendem technischen Aufwand. Ein derartiges Vorgehen zur Optimierung der Verbrennung durch regelungstechnische Massnahmen ist beispielsweise aus der EP-PS 0086337 bekannt. In vielen Fällen, so insbesondere bei Kleinbrenneranlagen, wie Haushaltbrenneranlagen, ist der für diese Regelungen zu betreibende Aufwand des öftern wesentlich zu hoch. Anderseits trägt die Gesamtheit dieser Kleinanlagen gerade massgeblich zur Luftverunreinigung bei.In fan burner systems, it is known to adjust the air mass flow and the fuel mass flow according to the desired load level, for example by means of a composite control or regulation. In order to ensure an at least approximated optimal combustion at all load levels, especially largely independent of the influence of disturbance variables, the oxygen content in the flue gas is usually measured as a control variable and a control circuit is provided which by adjusting the air and / or fuel supply has the 0₂ content in the Flue gas keeps on a lead value. Such regulations are technically complex, in particular due to the 0₂ measuring probe to be provided and the Regulator. There are further stability problems to be solved, especially in view of the control system's difficult control system, namely the combustion chamber and the flue gas flues up to the point of the oxygen concentration measurement. Such stability problems can be solved, but also with the corresponding technical effort. Such a procedure for optimizing the combustion by means of control measures is known for example from EP-PS 0086337. In many cases, especially in the case of small burner systems, such as domestic burner systems, the effort often required for these regulations is often much too high. On the other hand, all of these small systems make a significant contribution to air pollution.
Es setzt sich deshalb die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein Verfahren obgenannter Gattung zu schaffen, bei welchem die genannten Nachteile der Verbrennungsregelung nicht auftreten und trotzdem eine gute Verbrennung sichergestellt ist.It is therefore the object of the present invention to provide a method of the above-mentioned type in which the disadvantages of the combustion control mentioned do not occur and nevertheless good combustion is ensured.
Dies wird durch die Massnahme gemäss Wortlaut des Anspruchs 1 erreicht. Es ergibt sich aus diesem höchst einfachen Vorgehen die Möglichkeit, kostengünstig, d.h. mit relativ bescheidenem technischen Aufwand, die Verbrennung bei Gebläsebrenneranlagen wesentlich zu verbessern, was ihre Störgrössenabhängigkeit anbelangt, wobei, aufgrund des Vermeidens eines Regelkreises, auch die erwähnten Stabilitätsprobleme entfallen. Dabei wird der technische Aufwand derart abgesenkt, dass nun eine drastische Verbrennungsverbesserung auch bei Kleinbrennern rentabel wird.This is achieved by the measure according to the wording of claim 1. This extremely simple procedure results in the possibility of significantly improving the combustion in fan burner systems in a cost-effective manner, ie with relatively modest technical outlay, as far as their dependence on the disturbance variable is concerned, and, due to the avoidance of a control loop, the stability problems mentioned are also eliminated. The technical effort is reduced in such a way that it is now drastic Improving combustion will also be profitable for small burners.
Dabei ergibt sich nun, dass bei bevorzugtem Vorgehen gemäss Wortlaut von Anspruch 2 der weitaus überwiegende Anteil der Störgrösseneinflüsse an derartigen Brenneranlagen bereits ausgeschaltet wird. Durch diese gezielte Auswahl gemessener Hauptstörgrössen, nämlich des Umgebungsluftdruckes und der Umgebungslufttemperatur, ergeben sich einerseits nur geringste Messaufwendungen und hinzu, dem Wortlaut von Anspruch 3 folgend, ein höchst einfacher Kompensationseingriff in den Luftmassestrom und/oder den Brennstoffmassestrom.It now emerges that with a preferred procedure in accordance with the wording of
Soll dabei der Brennstoffmassestrom durch Eingriff auf den Brennstoffdruck zur Störgrösseneinflusskompensation verstellt werden, so wird bevorzugterweise nach dem Wortlaut von Anspruch 4 vorgegangen.If the fuel mass flow is to be adjusted by interfering with the fuel pressure in order to compensate for disturbance variables, the procedure according to claim 4 is preferably used.
Aus dem Vorangehenden geht hervor, dass für die höchst einfache, bevorzugte Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens eine Luftdruck- und eine Lufttemperaturmessung in der dem Brenner zugeführten Luft notwendig ist. Selbstverständlich können diese beiden Messwerte durch geeignete Sensoren, einen Temperaturfühler und einen Drucknehmer, ermittelt werden.It follows from the foregoing that for the extremely simple, preferred embodiment of the method according to the invention, an air pressure and an air temperature measurement in the air supplied to the burner are necessary. Of course, these two measured values can be determined by suitable sensors, a temperature sensor and a pressure sensor.
Es ergibt sich aber weiter eine weiter vereinfachende Möglichkeit, die Aenderung des Luftmassestromes in Funktion des Luftdruckes und der Lufttemperatur zu messen. Dabei wird vom generell anwendbaren, erfin dungsgemässen Verfahren nach Anspruch 5 für die Dichteänderungsmessung an Gasen ausgegangen und dieses Verfahren nach dem Wortlaut von Anspruch 6 eingesetzt, um mit einer einzigen Messung direkt die Luftmassestromänderung in Funktion von Temperatur- und Druckänderung zu erfassen.However, there is a further simplifying possibility of measuring the change in the air mass flow as a function of the air pressure and the air temperature. It is invented by the generally applicable method according to
Zum Verfahren von Anspruch 5 kann ausgeführt werden, dass zwischen der relativen Aenderung der Druckdifferenz zwischen Druck im Gas und Druck im Messgas die einfache Relation besteht:
Zu Beginn des Verfahrens wird zwischen Messgas und Gas Druckausgleich erstellt und damit die Druckbezugsgrösse festgelegt. Die gemessene relative Aende rung der Druckdifferenz ist gleich der relativen Dichteänderung im Gas und ist, bei wenigstens nahezu konstantem Gasvolumenstrom, wenigstens nahezu gleich der relativen Gasmassestromänderung.At the beginning of the process, a pressure equalization is created between the sample gas and the gas, thus determining the pressure reference size. The measured relative end tion of the pressure difference is equal to the relative change in density in the gas and, with at least an almost constant gas volume flow, is at least almost equal to the relative change in gas mass flow.
Eine erfindungsgemässe Gebläsebrenneranlage zeichnet sich nach dem Wortlaut von Anspruch 7 aus, eine Anordnung zur Messung der relativen Dichteänderung eines Gases in Funktion seines Druckes und seiner Temperatur nach dem Wortlaut von Anspruch 9.A forced draft burner system according to the invention is distinguished by the wording of
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere für die Verwendung an Gebläsebrennern, die in diskreten Laststufen betrieben werden, insbesondere für ein- oder zweistufige Gebläsebrenner.The method according to the invention is particularly suitable for use on forced draft burners which are operated in discrete load stages, in particular for one- or two-stage forced draft burners.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert.The invention is subsequently explained, for example, using figures.
Es zeigen:
- Fig. 1 ein verfahrenstechnisches Schema einer Gebläsebrenneranlage mit erfindungsgemässer Störgrössenkompensation,
- Fig. 2 ein verfahrenstechnisches Schema einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Verfahrens bzw. einer erfindungsgemässen Anlage,
- Fig. 3 ein Signalflussdiagramm der Störgrössenkompensation, wie sie bei der Anlage gemäss Fig. 2 vorgesehen ist,
- Fig. 4 schematisch eine Messanordnung für die relative Dichteänderung eines Gases in Funktion seines Druckes und seiner Temperatur, bzw. der relativen Gasmassestromänderung bei konstantem Gasvolumenstrom,
- Fig. 5 schematisch eine weitere bevorzugte Ausbildungsvariante eines Ausschnitts einer nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitenden, erfindungsgemässen Gebläsebrenneranlage.
- 1 is a procedural diagram of a forced air burner system with disturbance variable compensation according to the invention,
- 2 shows a procedural diagram of a preferred embodiment variant of the method according to the invention or of a system according to the invention,
- 3 shows a signal flow diagram of the disturbance variable compensation, as is provided in the system according to FIG. 2,
- 4 schematically shows a measuring arrangement for the relative change in density of a gas as a function of its pressure and its temperature, or the relative change in gas mass flow with a constant gas volume flow,
- 5 schematically shows a further preferred embodiment variant of a section of a forced-air burner system according to the method of the invention.
In Fig. 1 ist schematisch ein Brenner 1 für die Verbrennung von Brennstoff mit praktisch konstantem Heizwert, wie von Heizöl EL, Erdgas etc. dargestellt. Dem Brenner 1 wird der Brennstoffstrom B* über eine Leitung 3 mit Stellglied 5 zugeführt und, analog, über eine Leitung 7 der Luftstrom L*, seinerseits gestellt durch ein Stellglied 9. Die beiden Stellglieder 5 und 9 werden durch Stellmotoren 11 und 13 angetrieben. Ein Funktionswandler 15, wie eine Kurvenscheibe oder ein elektronischer Funktionsgenerator, führt in Abhängigkeit eines Steuersignals, entsprechend dem erwünschten Lastgrad β, das Verhältnis zwischen Brennstoff- und Luftstrom.1 schematically shows a burner 1 for the combustion of fuel with a practically constant calorific value, such as heating oil EL, natural gas etc. The fuel flow B * is fed to the burner 1 via a
Eine derartige Verbundsteuerung, bei der zusätzlich der Brennstoffdruck B* geregelt sein kann, ist in vielen Ausführungsvarianten bekannt.Such a combination control, in which the fuel pressure B * can also be regulated, is known in many design variants.
Gemäss gestrichelter Umrandung werden nun erfindungsgemäss Störgrössen z, wie Brennstoffdruck, spezifischer Luftbedarf, Lufttemperatur, Luftdruck, Luftfeuchte, Verhältnisse am Kaminzug, mit einer Sensoranordnung 17 gemessen und, nach entsprechender Wandlung in elektrische Signale, an einer Kompensatoranordnung 19 miteinander verrechnet. Ausgangsseits der in Fig. 1 dargestellten Kompensatoranordnung 19 werden Kompensationssignale sB und sL erzeugt, welche je einer Ueberlagerungseinheit 21 bzw. 23 im Brennstoffstrom- und/oder Luftstoffstromstellpfad zugeführt werden. Damit wird der Einfluss der gemessenen Störgrössen z durch Eingriff auf den Brennstoffstrom- und/oder Luftstrom kompensiert.According to the dashed outline, disturbance variables z, such as fuel pressure, specific air requirement, air temperature, air pressure, air humidity, conditions on the chimney draft, are now measured according to the invention with a
Wird der Einfluss der verschiedenen, beispielsweise genannten Störgrössen z auf die Verbrennungsverhältnisse, d.h. auf den Luftfaktor λ im Rauchgas untersucht, so zeigt sich, dass vor allem bei Stufenbrennern der überwiegende Anteil des Gesamteinflusses auf Aenderungen des Luftdruckes und der Lufttemperatur der Verbrennungsluft beruhen: z.B. bei Einstufenbrennern stammen über 90% aller Störwirkungen von Luftdruck- und Lufttemperaturänderungen. Dies, weil die übrigen Störgrössen auf die Verbrennung einen nur kleinen Einfluss nehmen oder weil sie mit Luftdruck und/oder Lufttemperatur korreliert sind.If the influence of the various, e.g. mentioned, disturbance variables z on the combustion conditions, i.e. Examined for the air factor λ in the flue gas, it can be seen that, especially in the case of stage burners, the major part of the total influence is due to changes in the air pressure and the air temperature of the combustion air: e.g. in single-stage burners, over 90% of all disturbing effects come from changes in air pressure and air temperature. This is because the other disturbance variables have only a small influence on the combustion or because they are correlated with air pressure and / or air temperature.
Es ergibt sich, mindestens in erster Näherung, unter Berücksichtigung der Gasgleichung und für einen wenigstens nahezu konstant betrachteten Luftvolumen strom, was während Betriebsphasen mit konstanter Last β erfüllt ist, zwischen relativer Luftmassestromänderung, relativer Luftdruck- und Lufttemperaturänderung, die folgende Beziehung:
z : störgrössenbedingt,
z: interference-related,
Es ist ersichtlich, dass die relative Aenderung des Luftmassestromes bei wenigstens nahezu konstantem Luftvolumenstrom wenigstens nahezu gleich der Differenz der relativen Aenderung des Luftdruckes und der relativen Aenderung der Lufttemperatur ist, beides der dem Brenner zugeführten Verbrennungsluft. Es kann nun weiter gezeigt werden, dass die relative Aenderung
des Luftfaktors gleich der erwähnten relativen Aenderung des Luftmassestromes in (1) ist, bzw. dass die bezogene Aenderung des Sauerstoffgehaltes im Rauchgas in erster Näherung proportional zur genannten relativen Aenderung des Luftmassestromes ist.It can be seen that the relative change in the air mass flow with at least almost constant air volume flow is at least almost equal to the difference between the relative change in air pressure and the relative change in air temperature, both the combustion air supplied to the burner. It can now be shown that the relative change
of the air factor is equal to the relative change in the air mass flow mentioned in (1), or that the related change in the oxygen content in the flue gas is, in a first approximation, proportional to the relative change in the air mass flow mentioned.
Der Einfluss der genannten Hauptstörgrössen - Luftdruck und Lufttemperatur - wird nun erfindungsgemäss durch die Kompensationssteuerung wieder aufgehoben, bei Eingriff auf den Luftmassestrom mindestens in erster Näherung unter Einhaltung von
komp : Kompensationseingriff,
und/oder durch Eingriff auf den Brennstoffmassestrom mindestens in erster Näherung nach
comp: compensation intervention,
and / or by interfering with the fuel mass flow at least to a first approximation
Soll dabei auf den Brennstoffdruck, insbesondere auf den Sollwert einer vorgesehenen Brennstoffdruckregelung eingegriffen werden, so wird dies, mindestens in erster Näherung, nach
In Fig. 2 ist, mit diesen Erkenntnissen, schematisch eine erfindungsgemässe Gebläsebrenneranlage, die eine Kompensationsanordnung aufweist, dargestellt, um den Einfluss der genannten Hauptstörgrössen zu kompensieren. Hierzu wird im Luftstrom L* des wie bereits anhand von Fig. 1 grundsätzlich aufgebauten und gespiesenen Brenners, die Lufttemperatur ϑL und der statische Luftdruck pL gemessen. Nach entsprechender Wandlung der erfassten Messgrössen ϑL und pL in elektrische Signale werden letztere einem Kompensator 25 zugeführt. Dem gemäss (1) als Ueberlagerungseinheit wirkenden Kompensator 25 werden im weiteren einstellbare Konstanten Kp und Kϑ zugeführt, entsprechend den Normierungsgrössen
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante wird nun das Ausgangssignal des Kompensators 25, wie erwähnt, dem Resultat von (1) entsprechend, gemäss (2) invertiert und an einer Ueberlagerungseinheit 27, im Steuerpfad für den Luftstrom L*,dem lastgradabhängigen Stellsignal überlagert. Wird vorgezogen, auf den Stellsignalpfad für den Brennstoffstrom B* einzugreifen, so erfolgt dies, in Analogie, gemäss (3) an einer Ueberlagerungseinheit im Brennstoffstromstellsignalpfad. Bei Eingriff auf den Brennstoffdruck, beispielsweise die Führungsgrösse am Brennstoffdruckregler, erfolgt die Ueberlagerung gemäss (4) am Brennstoffdruckstell- bzw. -führungssignal.In the embodiment variant shown in FIG. 2, the output signal of the
Zur Einstellung der Gewichtungsfaktoren, Kp und Kϑ von Fig. 2, werden elektrische Bezugssignale, z.B. nach optimaler Einstellung der Verbrennung, beispielsweise beim Einfahren der Anlage, entsprechend den dann vorherrschenden Druck- und Temperaturwerten als pLo und TLo eingestellt.To set the weighting factors, K p and Kϑ of FIG. 2, electrical reference signals, for example after optimally setting the combustion, for example when starting up the system, are set as p Lo and T Lo in accordance with the then prevailing pressure and temperature values.
In Fig. 3 ist, detaillierter, der prinzipielle Aufbau des Kompensators 25 für einen Eingriff am Luftmassestrom L* dargestellt. Als Wandler 28 bzw. 29 für die Grösse ϑL und pL können herkömmliche Sensoren mit elektrischen Ausgangssignalen, wie Thermoelemente, Widerstandsthermometer sowie Drucksensoren, eingesetzt werden.In Fig. 3, the basic structure of the
Es stellt sich nun die weitere Aufgabe, auf möglichst einfache Art und Weise die relative Aenderung des Luftmassestromes in Funktion der relativen Aenderung des Luftdruckes und der Lufttemperatur zu ermitteln.The further task now is to determine the relative change in the air mass flow as a function of the relative change in the air pressure and the air temperature in the simplest possible manner.
Gemäss Fig. 2 kann dies durch Einzelerfassung von Luftdruck und-Temperatur, entsprechende Gewichtung und Verrechnung nach (1) vorgenommen werden.According to FIG. 2, this can be done by individually recording air pressure and temperature, appropriate weighting and offsetting according to (1).
Imfolgenden wird nun aber weiter ein höchst einfaches Verbundmessverfahren bzw. eine entsprechende Anordnung beschrieben, dessen Resultat bzw. Ausgangssignal direkt dem zu ermittelnden Wert der relativen Luftmassestromänderung entspricht, wie erwähnt unter Voraussetzung konstanten Luftvolumenstromes, worauf sich die erwähnte Grösse aus der eigentlich ermittelten, relativen Luftdichteänderung ergibt. Dabei wird davon ausgegangen, dass an einem starren, abgeschlossenen, mit Gas gefüllten Behältnis, das mit einem umgebenden Gas in Temperaturausgleich steht, die relative Aenderung des Differenzdruckes zwischen Gefässaussen- und -innendruck gleich der relativen Dichteänderung des Aussengases und, bei konstantem Gasvolumenstrom, gleich der relativen Luftmassestromänderung des Umgebungsgases ist. Es ergibt sich mithin, mindestens in erster Näherung:
V* : den Gasvolumenstrom.In the following, however, a very simple composite measurement method or a corresponding arrangement is described, the result or output signal of which corresponds directly to the value of the relative change in air mass flow to be determined, as mentioned, assuming a constant air volume flow, whereupon the quantity mentioned is derived from the relative air density change actually determined results. It is assumed that in a rigid, closed, gas-filled container that is in temperature equilibrium with a surrounding gas, the relative change in the differential pressure between the outside and inside pressure of the vessel is equal to the relative change in density of the outside gas and, with a constant gas volume flow, the same is the relative air mass flow change of the ambient gas. It therefore follows, at least in a first approximation:
V *: the gas volume flow.
Es ist nun daraus ersichtlich, dass sich, wenn zur Festlegung der Druckbezugsgrösse pao der Innendruck gleich dem Aussendruck gemacht wird, wie dies auf einfache Art und Weise durch Druckausgleich erfolgt, direkt aus einer Differenzdruckmessung zwischen Innen- und Aussendruck die relative Dichte- bzw. Gasmassestromänderung in Funktion von Aussendruck und -temperatur ergibt.It can now be seen from this that if the internal pressure is made equal to the external pressure to determine the pressure reference size p ao , as is done in a simple manner by pressure equalization, the relative density or Changes in gas mass flow as a function of external pressure and temperature.
Dieses höchst einfache Vorgehen wird, wie nachfolgend erläutert werden wird, bevorzugterweise für die Erfassung der hauptstörgrössenbewirkten Luftmassestromänderungen an der erfindungsgemässen störgrössenkompensierten Gebläsebrenneranlage eingesetzt, kann aber grundsätzlich überall dort eingesetzt werden, wo eine Gasdichteänderung bzw. Gasmassestromänderung in Funktion des Gasdruckes und der Gastemperatur erfasst werden soll.As will be explained in the following, this extremely simple procedure is preferably used for the detection of the air mass flow changes caused by the main disturbance variable in the forced air burner system compensated for the disturbance variable, but can in principle be used wherever a change in gas density or change in gas mass flow as a function of the gas pressure and the gas temperature is to be recorded .
Gemäss Fig. 4 wird hierzu in einem geschlossenen Behältnis 30 ein Gasvolumen V gekapselt. Das Gefäss 30 liegt im Gasstrom L*. Zwischen Gasstrom L* und dem Gasvolumen V besteht eine gute thermische Leitung, wie mit Q̇ angedeutet, so dass TL = TV gilt. Mittels eines Differenzdrucksensors 33 wird die Differenz zwischen dem statischen Druck pa im Gasstrom L* und dem Druck pV im Gefäss 30 gemessen. Wird, als Bezugsverhältnis, vorerst der Druck im Gefäss 30 gleich dem Druck im Gasstrom L* bei einem Gasmassestrom L₀* gesetzt, was durch Druckausgleich über ein Ausgleichsventil 35 erfolgt, so erscheint am Ausgang des Differenzdrucksensors 33 ein Differenzdrucksignal pa - pV, welches, bezogen auf den Druck pao bei Bezugsverhältnissen, gleich der relativen Dichteänderung im Umgebungsgas L ist, die wiederum, bei wenigstens nahezu konstantem Volumenstrom V*, wenigstens nahezu gleich der Gasmassestromänderung ΔL* bezüglich denselben Bezugsverhältnissen, d.h. L₀* wird.4, a gas volume V is encapsulated in a
Wie erwähnt, ist eine Bedingung, dass das Ausgangssignal der Differenzdruckmessung mittels des Sensors 33 proportional zur relativen Dichte- bzw. Gasmassestromänderung ist, dass das Gas des Stromes L* und dasjenige im Gefäss 30 auf gleichen Temperaturen liegen. Um dies sicherzustellen, wird deshalb ein Strahlungsschutz 31 vorgesehen, welcher eine thermische Einstrahlung von aussen und entsprechende Messfehler verhindert.As mentioned, one condition is that the output signal of the differential pressure measurement by means of the
In Fig. 5 ist an der Brennstoffleitung 7 eines Gebläsebrenners gemäss Fig. 2, mit einem Ventilator 37, das geschlossene Gefäss 30 angeordnet. Der Differenzdrucksensor 33 misst die Druckdifferenz zwischen dem statischen Druck in der strömenden Verbrennungsluft und dem Gasdruck, vorzugsweise Luftdruck, im Gefäss 30. Der Ausgangssignalhub des Sensors 33 ist null-symmetrisch. Das Ausgangssignal des Differenzdrucksensors 33 wird einem Verstärker 39, vorzugsweise mit einstellbarer Verstärkung, zugeführt. Der Brennstoffdruck in der Leitung 3 zum Brenner wird mittels eines schematisch dargestellten Druckregelventils 41 auf einen vorgegebenen Wert geregelt, wobei der in regelndem Sinne gegen die Kraft einer Feder 43 arbeitende Ventilkörper 45 zusätzlich einen Magnetanker 47 trägt, der in zwei festen Spulen 49 und 51 läuft. Bei der einen Ausgangsspannungspolarität des Verstärkers 39 wird die Spule 49 über eine Diode D1 und einen Spannungs/Stromwandler 53 aktiviert, bei der anderen Polarität des Ausgangssignals des Verstärkers 39 wird über eine invers gepolte Diode D2 und einen Spannungs/Stromwandler 55 die Spule 51 aktiviert. Somit wird dem Ventilkörper 45 des Regelventils 41 eine Störgrössenkompensationsverschiebung durch die Kraft jeweils einer der Spulen 51, 49 polaritätsrichtig aufgezwungen und der Stellkraft der Regeldifferenz überlagert, womit die Auswirkungen der Hauptstörgrössen, nämlich der Temperatur- und Druckänderungen in der Verbrennungsluft, auf die Verbrennung durch Eingriff auf den Brennstoffstrom B* kompensiert werden. Der Aufbau des Ventils ist im Detail in der DE-PS 3513282 gezeigt.In FIG. 5, the
Mit der einstellbaren Verstärkung am Verstärker 39 wird dabei das Steuergesetz berücksichtigt, wonach nach (4) und (5) gilt:
Um gemäss (5), (6) die Anfangs- bzw. Bezugsverhältnisse festzulegen, wird, beispielsweise bei optimal eingestelltem Brenner, Druckausgleich zwischen dem Behältnis 30 und dem Luftstrom L* mit dem schematisch dargestellten Ventil 53 erwirkt.In order to determine the initial or reference conditions according to (5), (6), pressure equalization between the
Da sich die Temperatur im Verbrennungsluftstrom nur langsam ändert, entstehen praktisch keine Fehler aufgrund von Temperaturausgleichsvorgängen zwischen Luftstrom L* und Luftvolumen V. Im weiteren wird die Druckänderung mittels des Differenzdrucksensors 33 praktisch verzögerungsfrei erfasst, so dass ebenso verzögerungsfrei die notwendige Kompensation vorgenommen werden kann.Since the temperature in the combustion air flow changes only slowly, there are practically no errors due to temperature compensation processes between air flow L * and air volume V. Furthermore, the pressure change is detected practically without delay by means of the
Claims (12)
z : störgrössenbwirkt,
und durch Eingriff auf den Luftmassestrom an der Brenneranlage mindestens in erster Näherung nach
komp : Kompensationsgrösse
und/oder auf den Brennstoffstrom mindestens in erster Näherung nach
kompensiert.3. The method, preferably according to at least one of the claims, as claimed in claim 1 or 2, characterized in that the relative change in the air mass flow caused by the disturbance variables is at least approximated
z: disturbance variables,
and by interfering with the air mass flow at the burner system at least to a first approximation
comp: size of compensation
and / or the fuel flow at least in a first approximation
compensated.
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