CH688692A5 - Vorrichtung zum Absperren und Freigeben eines Gasstroms in einer Gasleitung. - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Absperren und Freigeben eines Gasstroms gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie ist auch mit Vorteil in Vorrichtungen anwendbar, welche zusätzlich zur Regelung des Gasstroms geeignet sind. 



  Eine derartige Vorrichtung ist z.B. aus der      DE 4 038 445 A1 bekannt. Dort ist eine Absperreinrichtung beschrieben mit einem Stellglied, das durch eine Membran in einer Druckkammer betätigt wird, welche Membran die Druckkammer in ein Druckvolumen teilt, das mit dem Stelldruck beaufschlagt wird und ein Restvolumen, das offenbar dem in der Umgebung herrschenden Luftdruck ausgesetzt ist. Eine Rückstellfeder übt dagegen auf die Membran eine in Schliessrichtung wirkende Kraft aus. Da beim Schliessen des Stellglieds der Druck im Druckvolumen über eine Rückführungsleitung mit einem Abschaltventil, welche stromabwärts des Stellglieds in die Gasleitung mündet, abgebaut wird, ist er ähnlichen Schwankungen ausgesetzt wie der an dieser Stelle in der Gasleitung herrschende Druck. Der Druck im Restvolumen ist dagegen vom Druck in der Gasleitung unabhängig.

  Es ist also zu erwarten, dass Druckdifferenzen zwischen dem Druckvolumen und dem Restvolumen, die das Schliessen des Stellglieds beeinflussen, in nicht vorhersehbarer Weise schwanken, was sich negativ auf Zuverlässigkeit und Gleichförmigkeit der Schliessvorgänge auswirkt. 



  Das Problem verschärft sich, falls der Absperreinrichtung eine im wesentlichen gleich aufgebaute Absperr- und Regeleinrichtung nachgeschaltet ist, welche ausserdem ein Ventil umfasst, das den Stelldruck und damit die Stellung des Stellglieds der Absperr- und Regeleinrichtung in Abhängigkeit vom Druck in der Gasleitung stromabwärts des besagten Stellglieds regelt.

  Sollen sowohl die Absperreinrichtung als auch die Absperr- und Regeleinrichtung durch einen Abschaltbefehl, welcher die simultane \ffnung der jeweiligen Abschaltventile und gewöhnlich auch die simultane Schliessung von Steuerventilen bewirkt, über die der Stelldruck aufgebaut wird, geschlossen werden, so kann leicht die Schliessung des Stellglieds der Absperr- und Regeleinrichtung - etwa aus einer Zwischenstellung heraus - rascher erfolgen, sodass sich zwischen demselben und dem noch nicht geschlossenen Stellglied der Absperreinrichtung ein verhältnismässig hoher Druck aufbaut, der einen ausreichenden Druckabbau im Druckvolumen über die Rückführungsleitung der Absperreinrichtung verhindert, sodass das Stellglied derselben nicht oder jedenfalls nicht dicht geschlossen wird, da die Kraft der Rückstellfeder dann nicht ausreicht,

   das Stellglied gegen den hohen Druck im Druckvolumen zu schliessen. 



  Hier soll die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, schafft eine Vorrichtung zum Absperren und Freigeben oder zum Absperren, Freigeben und Regeln eines Gasstroms, welche ein zuverlässiges und von Parametern wie dem Druck in der Gasleitung unabhängiges Schliessverhalten gewährleistet. Die dadurch erzielten Vorteile liegen vor allem in der gerade bei Gasversorgungssystemen entscheidend wichtigen Sicherheit, mit der Schliessvorgänge ablaufen. 



  Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, welche  nur Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigen 
 
   Fig. 1 das Schaltbild einer Absperreinrichtung mit nachgeschalteter Absperr- und Regeleinrichtung gemäss einer ersten Ausführungsform, 
   Fig. 2 das Schaltbild einer Absperreinrichtung mit nachgeschalteter Absperr- und Regeleinrichtung gemäss einer zweiten Ausführungsform, und 
   Fig. 3 schematisch einen Schnitt durch ein Stellglied mit integrierter Druckkammer, entsprechend einer speziellen Ausführung eines Teils der Absperreinrichtung oder der Absperr- und Regeleinrichtung. 
 



  Zum Absperren und Freigeben eines Gasstroms in einer Gasleitung 1 umfasst die Vorrichtung gemäss Fig. 1 eine Absperreinrichtung 2 mit einem in die Gasleitung 1 eingebauten Stellglied 3, welches über einen Stössel 4 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 5 durch eine Membran 6 geöffnet werden kann. Die Membran 6 teilt eine Druckkammer 7 in ein Druckvolumen 8 und ein Restvolumen 9. 



  Eine Stelldruckleitung 10 zweigt stromaufwärts des Stellglieds 3 von der Gasleitung 1 ab und führt über ein Steuerventil 11, ein Filter 12 und einen als Druckverstärker, der eine positive Druckdifferenz zum Druck in der Gasleitung 1 erzeugt, wirkenden Kompressor 13 sowie eine Drossel 14 zum Druckvolumen 8. 



  Die Absperreinrichtung 2 umfasst weiter eine Rückführungsleitung 15, die das Druckvolumen 8 über ein Abschaltventil 16 stromabwärts des Stellglieds 3 mit der Gasleitung 1 verbindet. Eine vom Restvolumen 9 ausgehende  Ausgleichsleitung 17 mündet zwischen dem Abschaltventil 16 und der Gasleitung 1, d.h. stromabwärts des Abschaltventils 16 in die Rückführungsleitung 15. Sie könnte auch in die Gasleitung 1 münden. Entscheidend ist, dass die Ausgleichsleitung 17 bei offenem Abschaltventil 16 einen raschen Druckausgleich zwischen dem Druckvolumen 8 und dem Restvolumen 9 ermöglicht. 



  Stromabwärts der Absperreinrichtung 2 ist eine Absperr- und Regeleinrichtung 18 vorgesehen, welche mit einem weiteren Stellglied 3 min , einem Stössel 4 min  und einer Rückstellfeder 5 min  sowie einer weiteren Druckkammer 7 min  mit Membran 6 min , Druckvolumen 8 min  und Restvolumen 9 min , einer Rückführungsleitung 15 min  mit Abschaltventil 16 min  sowie einer Ausgleichsleitung 17 min  im wesentlichen gleich wie die Absperreinrichtung 2 aufgebaut ist. Die Druckkammer 7 min wird von einer Zuleitung 10 min  gespeist, die stromabwärts des Kompressors 13 von der Stelldruckleitung 10 abzweigt und über ein Steuerventil 11 min  und eine Drossel 14 min zum Druckvolumen 8 min  führt. Das Steuerventil 11 min  kann auch zur weiteren Erhöhung der Redundanz stromaufwärts der Abzweigung der Zuleitung 10 min  in der Stelldruckleitung 10 angeordnet sein. 



  Zusätzlich weist die Absperr- und Regeleinrichtung 18 ein Regelelement 19 auf mit einem auf einer Seite von einer Membran 20 begrenzten Volumen, welches durch eine Druckleitung 21 stromabwärts des Stellglieds 3 min  und der Mündung der Rückführungsleitung 15 min  mit der Gasleitung 1 und durch eine Regelleitung 22 mit dem Druckvolumen 8 min  der Druckkammer 7 min  verbunden ist. Die Membran 20, welche durch eine Sollwertfeder 23 mit einer Kraft beaufschlagt ist, betätigt ein Ventil 24 an der Mündung der Regelleitung 22. 



   Falls im Druckvolumen 8 der Absperreinrichtung 2 kein Stelldruck anliegt, so wird das Stellglied 3 durch die  Rückstellfeder 5 über den Stössel 4 in geschlossenem Zustand gehalten. Ist das Steuerventil 11 offen und der Kompressor 13 eingeschaltet, so wird, wenn das Abschaltventil 16 geschlossen ist, im Druckvolumen 8 ein Stelldruck Ps aufgebaut, welcher die Membran 6 und damit den Stössel 5 nach unten drückt und das Stellglied 3 öffnet. Dabei wird der durch Strömungsverluste am Stellglied 3 hervorgerufene Druckabfall ausgenützt, sodass eine verhältnismässig geringe Verstärkung des Eingangsdrucks Pe durch den Kompressor 13 zur Erzeugung eines ausreichenden Stelldrucks ausreicht. 



  Es ist auch möglich, die Rückführungsleitung 15 und die Ausgleichsleitung 17 stromabwärts des Stellglieds 3 min  in die Gasleitung 1 münden zu lassen und damit den kumulierten Druckabfall an beiden Stellgliedern 3, 3 min  auszunützen. So zeigt Fig. 2 eine Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 1, bei welcher die Rückführungsleitung 15 der Absperreinrichtung 2 in die Rückführungsleitung 15 min  der Regel- und Absperreinrichtung 18 mündet. 



  Die Absperr- und Regeleinrichtung 18 funktioniert im wesentlichen gleich wie die Absperreinrichtung 2. Übersteigt jedoch bei geschlossenem Abschaltventil 16 min  der Ausgangsdruck Pa, der stromabwärts des Stellglieds 3 min  herrscht und über die Druckleitung 21 zum Regelelement 19 übertragen wird, einen Sollwert, so wird die Membran 20 gegen die Kraft der Sollwertfeder 23 nach oben gedrückt und öffnet das Ventil 24. Über die Regelleitung 22 und die Druckleitung 21 kann nun Gas aus dem Druckvolumen 8 min  abströmen, sodass sich der Druck dort vermindert und die Membran 6 min  durch die Rückstellfeder 5 min  angehoben wird und die Stellung des Stellglieds 3 min  sich der Schliessstellung nähert. Dies erhöht den Strömungswiderstand des Stellglieds 3 min  und verursacht einen Abfall des Ausgangsdrucks Pa.

  Unterschreitet derselbe den Sollwert, so schliesst das  Ventil 24, und der Druck im Druckvolumen 8 min  wird über die Zuleitung 10 min  erhöht, sodass das Stellglied 3 min weiter geöffnet wird. Auf diese Weise wird der Ausgangsdruck Pa innerhalb eines Regelbereichs um den Sollwert gehalten. 



  Ist das Stellglied 3 offen und soll geschlossen werden, so wird durch einen Abschaltbefehl das Abschaltventil 16 geöffnet und das Steuerventil 11 geschlossen. Dadurch baut sich der Druck in der Druckkammer 8 rasch ab und die Membran 6 wird durch die Rückstellfeder 5 angehoben und schliesst über den Stössel 4 das Stellglied 3. Dank der Ausgleichsleitung 17 wirkt bei offenem Abschaltventil 16 auf beiden Seiten der Membran 6 der gleiche Druck, sodass die rasche und vollständige Schliessung des Stellglieds 3 durch die Rückstellfeder 5 sichergestellt ist und nicht durch einen Überdruck im Druckvolumen 8 gegenüber dem Restvolumen 9 behindert werden kann. Die Schliessung des Stellglieds 3 min  funktioniert analog. 



  Gewöhnlich sollen die beiden Stellglieder 3, 3 min  zugleich geschlossen werden. Ist das Stellglied 3 min  nur teilweise offen und schliesst daher rascher als das ganz offene Stellglied 3, so baut sich in der Gasleitung 1 zwischen den beiden Stellgliedern 3, 3 min  ein verhältnismässig hoher Druck auf, der sich dem Eingangsdruck Pe annähert und der über die Rückführungsleitung 15 in das Druckvolumen 8 übertragen wird und auf die Membran 6 zurückwirkt. Auch in diesem Fall wird jedoch durch die Ausgleichsleitung 17 sichergestellt, dass das Stellglied 3 ohne weiteres durch die Rückstellfeder 5 geschlossen werden kann. 



  Statt wie in Fig. 1, 2 dargestellt, kann die Absperr- und Regeleinrichtung auch stromaufwärts der Absperreinrichtung in die Gasleitung eingebaut sein. Dies ermöglicht etwa zweistufigen Betrieb, falls die Absperreinrichtung eine z.B. von Hand einstellbare Zwischenstellung mit festem  Strömungswiderstand zulässt. Auch in diesem Fall ist es vorteilhaft, auch die zur stromaufwärts angeordneten Einrichtung gehörige Rückführungsleitung direkt oder indirekt stromabwärts beider Stellglieder in die Gasleitung münden zu lassen. Die Druckleitung, die zur Regelung des Ausgangsdrucks der Absperr- und Regeleinrichtung das Ventil mit der Gasleitung verbindet, muss in diesem Fall zwischen den Stellgliedern in die Gasleitung münden. 



  Eine Ausführung des Stellglieds 3, bei der die Druckkammer 7 in dasselbe integriert ist und die Ausgleichsleitung entfällt, ist in Fig. 3 dargestellt. 



  In einem Gehäuse 25 ist ein Ventilsitz 26 eingebaut, an welchem eine Durchflussöffnung 27 des Stellglieds durch einen Ventilteller 28 verschlossen ist. Im stromabwärts des Ventiltellers 28 gelegenen Teil der Durchflussöffnung 27 ist die Membran 6 eingebaut, welche das Druckvolumen 8 von der Durchflussöffnung 27 abtrennt und durch den Stössel 4 mit dem Ventilteller 28 verbunden ist. Das Restvolumen 9 ist somit in die Durchflussöffnung 27 integriert. Das Druckvolumen 8 ist an die Stelldruckleitung 10 angeschlossen und über die Rückführungsleitung 15 mit dem Abschaltventil 16 mit dem stromabwärts des Stellglieds liegenden Teil der Gasleitung 1 verbunden. Der Ventilteller 28 wird von der im stromaufwärts des Ventilsitzes 26 liegenden Teil der Durchflussöffnung 27 angeordneten, am Gehäuse 25 abgestützten Rückstellfeder 5 mit einer gegen den Ventilsitz 26 gerichteten Kraft beaufschlagt. 



   Ein derartiges mit der Druckkammer integriertes Stellglied 3 kann sowohl in einer Absperreinrichtung als auch in einer Absperr- und Regeleinrichtung eingesetzt werden und z.B. in den in Fig. 1, 2 dargestellten Vorrichtungen jeweils die Stellglieder 3, 3 min , die Druckkammern 7, 7 min  und die Ausgleichsleitungen 17, 17 min  oder jeweils eine dieser  Kombinationen ersetzen. 

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Steuern eines Gasstroms in einer Gasleitung (1), welche eine Absperreinrichtung (2) umfasst mit einem in die Gasleitung (1) eingebauten Stellglied (3) und einer Druckkammer (7) mit einer Membran (6), welche dieselbe in ein Druckvolumen (8) und ein Restvolumen (9) teilt und mit dem Stellglied (3) derart in Wirkverbindung steht, dass eine das Druckvolumen (8) vergrössernde Bewegung derselben das Stellglied (3) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (5) öffnet und mit einer Rückführungsleitung (15), welche das Druckvolumen (8) über ein Abschaltventil (16) stromabwärts des Stellgliedes (3) mit der Gasleitung (1) verbindet sowie eine stromaufwärts des Stellglieds (3) von der Gasleitung (1) abzweigende Stelldruckleitung (10), welche über ein Steuerventil (11) und einen Druckverstärker zum Druckvolumen (8) führt, dadurch gekennzeichnet,

dass das Restvolumen (9) unmittelbar mit der Gasleitung oder mit dem stromabwärts des Abschaltventils (16) liegenden Abschnitt der Rückführungsleitung (15) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Restvolumen (9) und der Rückführungsleitung (15) durch eine Ausgleichsleitung (17) hergestellt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsleitung (17) direkt in die Rückführungsleitung (15) mündet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Restvolumen (9) unmittelbar mit der Gasleitung (1) verbunden ist.

5.

Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (3) in einem Gehäuse (25) einen durch einen Ventilteller (28) verschliessbaren Ventilsitz (26) enthält sowie stromabwärts desselben das durch die Membran (6) abgetrennte Druckvolumen (8).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (5) stromaufwärts des Ventilsitzes (26) im Gehäuse (25) abgestützt ist und gegen den Ventilteller (28) drückt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Absperr- und Regeleinrichtung (18) umfasst mit einem weiteren Stellglied (3 min ), welches in Serie mit dem Stellglied (3) der Absperreinrichtung (2) in die Gasleitung (1) eingebaut ist.

8.

Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperr- und Regeleinrichtung (18) eine weitere Druckkammer (7') umfasst mit einer Membran (6 min ), welche dieselbe in ein Druckvolumen (8 min ), das über eine von der Stelldruckleitung (10) abzweigende Zuleitung (10 min ) mit dem Druckverstärker verbunden ist und in ein Restvolumen (9 min ) teilt und mit dem weiteren Stellglied (3 min ) derart in Wirkverbindung steht, dass eine das Druckvolumen (8 min ) vergrössernde Bewegung derselben das weitere Stellglied (3 min ) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (5 min ) öffnet, sowie eine weitere Rückführungsleitung (15 min ),

welche das Druckvolumen (8 min ) über ein weiteres Abschaltventil (16 min ) stromabwärts des weiteren Stellgliedes (3 min ) mit der Gasleitung (1) verbindet und dass das Restvolumen (9 min ) stromabwärts des Abschaltventils (16 min ) mit der Rückführungsleitung (15 min ) verbunden ist sowie dass sie ausserdem ein Regelelement (19) umfasst mit einem Ventil (24), über welches das Druckvolumen (8 min ) stromabwärts des Stellgliedes (3 min ) der Absperr- und Regeleinrichtung (18) mit der Gasleitung (1) verbunden ist und das, falls dort der Ausgangsdruck (Pa) einen Sollwert überschreitet, öffnet und, falls derselbe einen Sollwert unterschreitet, schliesst.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beide Rückführungsleitungen (15, 15 min ) mit dem stromabwärts der Stellglieder (3, 3 min ) liegenden Teil der Gasleitung (1) verbunden sind.

10.

Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dem stromaufwärts angeordneten Stellglied (3) zugeordnete Rückführungsleitung (15) in die dem stromabwärts angeordneten Stellglied (3') zugeordnete Rückführungsleitung (15 min ) mündet.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (3 min ) der Absperr- und Regeleinrichtung (18) stromabwärts des Stellglieds (3) der Absperreinrichtung (2) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (24) stromabwärts der Mündung(en) der Rückführungsleitung(en) (15 min ) mit der Gasleitung (1) verbunden ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (3 min ) der Absperr- und Regeleinrichtung (18) stromaufwärts des Stellglieds (3) der Absperreinrichtung (2) angeordnet ist.