DD221663B1

DD221663B1 - Verfahren und einrichtung zur schweissgasversorgung

Info

Publication number: DD221663B1
Application number: DD26077184A
Authority: DD
Inventors: Hans Froehlich; Joerg Boehnke; Ralf Glasse
Original assignee: Halle Feinmech Werke Veb
Priority date: 1984-03-12
Filing date: 1984-03-12
Publication date: 1987-10-08
Also published as: DD221663A1

Description

jedoch kleiner als der volle Öffnungsquerschnitt zwischen Dichtkegel (16) und Dichtsitz (17) ist.

3. Einrichtung nach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Druckmindererstufen mit dem dazwischen angeordneten Schwebekörperdurchflußmesser mit nachgeordnetem Drosselventil oder mit der dazwischen angeordneten Drosselblende (14) mit vorgeordnetem Manometer (12) in einem gemeinsamen Gehäuse (3) eingebaut sind.

4. Einrichtung nach 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen nur aus den beiden Druckmindererstufen mit einem dazwischen angeordneten Drosselventil oder einer Drosselblende (14) aufgebaut ist und daß sie mit einem zusätzlichen, jedoch gesonderten, auf Atmosphärendruck geeichten, Schwebekörperdurchflußmesser komplettiert ist, welcher an seinem unteren Ende einen plastisch-elastischen Dichtkonus für senkrechten Aufsatz auf die Schweißbrennerdrüse aufweist.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zugehörige Einrichtung zur Versorgung vorzugsweise mit Schweißgasen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß eine Reihe von Schweißgeräten, wie z. B. Autogenbrenner mit konstanten Gasdrücken zu versorgen sind.

Die variable mengenmäßige Dosierung der Autogenschweißgase erfolgt entweder über Ventile oder Druckdüsen bestimmter Größe. Zu diesem Zweck werden die Gase aus Druckgasflaschen oder Ringleitungen entnommen, wobei an der Entnahmestelle ein Flaschen- oder Ringleitungsdruckminderer angebaut ist. Diese Geräte werden vielfach auch als Druckregler bezeichnet. Es ist üblich, solche Druckregler hintereinander gekoppelt zu verwenden oder sogenannte mehrstufige Druckminderer einzusetzen, insbesondere an Druckgasfiaschen für hochgespannte Gase.

Weiterhin ist bekannt, daß die anderen Gasschweißeinrichtungen mit konstanten Gasmengen zu versorgen sind. Bei diesen Geräten kommt es also nicht auf große Druckkonstanz in den zum Schweißgerät führenden Gasversorgungsleitungen an, sondern auf eine Mengenkonstanz im Gasdurchfluß durch das gesamte Schweißgerät. Zu diesem Zweck werden einstellbare Flaschen- oder Ringleitungsdruckminderer an ihrem Ausgang mit einem Schwebekörperdurchflußmesser (Rotameter) oder einer Dosierdüse ausgerüstet.

Nach DD-PS 142919 ist bereits vorgeschlagen worden, zur Erhöhung der Meßgenauigkeit den Gasdruck im Rotameter am Ausgang des Druckminderers in definierter Weise in Relation zum Strömungsgegendruck des nachgeschalteten Verbrauchers einzustellen und konstant zu halten.

Weiterhin wurde mit DD-PS 206047 vorgeschlagen, als Dosierdüse am Ausgang eines Schutzgasdruckminderers eine an sich bekannte Brennschneiddüse einzuordnen.

Der Nachteil aller bekannten und auf der Basis von mit Mengenmeßeinrichtungen (Rotameter, Dosierdüsen) ausgerüsteten Druckminderern und Schweißgasversorgungseinrichtungen besteht in den relativ hohen Gasverlusten in der Phase der Arbeitsunterbrechungen (d. h. Unterbrechung des Gasdurchflusses) und in der Notwendigkeit, daß kleine und leichte Schweißteile gegen „Wegblasen" durch den Schweißgasstrom gesichert werden müssen.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, die Effektivität insbesondere von Schutzgasschweißeinrichtungen zu erhöhen.

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und zugehörige Einrichtungen zur Schweißgasversorgung zu entwickeln, mit denen die Verluste an Schweißgasen in den Phasen der Arbeitsunterbrechungen und der Bewegungsimpuls des Schweißgases auf die Schweißteile wesentlich vermindert werden können, so daß kleine und leichte Schweißteile nicht mehr gesichert werden brauchen.

Die Aufgabe wird unter Verwendung von Druckregel-, Durchflußmeß- und Schweißeinrichtungen, wobei das Schweißgas mit einem Arbeitsdruck p₀ in einer definierten Durchflußmenge bereitgestellt und auf den Strömungsgegendruck p_g, gegebenenfalls auch auf Zwischendrücke durch mehrstufige Druckminderer, entspannt wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schweißgas zuerst vom Arbeitsdruck p₀ auf einen Zwischendruck p_z entsprechend

-ES_-5...20

Pz

und anschließend nochmals vom Zwischendruck p_z auf den Strömungsgegendruck p_g der Schweißeinrichtung, jedoch nur geringfügig entsprechend

—=1,05. ..1,2 Pg

entspannt wird, und daß mit Erhöhung von p_g auf ein einstellbares maximales Druckniveau

dieser Strömungsgegendruck überproportional druckerhöhend auf p_z zurückgeführt wird, bis p_z = p_ü erreicht, wobei p_ü, p_z, P₈ und P₉ max als Überdruck bezeichnet wird.

Eine Einrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in überraschend einfacher Weise unter Verwendung mindestens einer ersten Membrandruckmindererstufe, an deren Arbeitsdruckausgang, ausgelegt für Arbeitsdrücke p_ü bis vorzugsweise 10kp/cm², ein Schwebekörperdurchflußmesser mit nachgeordnetem Drosselventil oder eine Drosselblende vorzugsweise mit einem vorgeordneten Manometer angeordnet sind, erfindungsgemäß so gestaltet, daß der Drosselquerschnitt A₀ in mm² des Drosselventils oder der Drosselblende entsprechend

A_D < K

Po max + 1

ausgelegt ist, worin V_max die maximale Durchflußmenge des Schweißgases in m³/h, p_{a max} der maximale Arbeitsdruck in kp/cm² Überdruck und K ein gasabhängiger Faktor sind, mit

K = 0,3 für H₂

K = 0,5 für He

K = IfUrCH₄, NH₃

K = 1,2 für O₂, N₂, Luft, CO, C₂H₂

K= 1,5 für Ar, CO₂

K= 1,8 für C₃H₈

und daß in Strömungsrichtung hinter dem Drosselquerschnitt Aq eine zweite Druckmindererstufe angeordnet ist, die im Gegensatz zur bisherigen Konstruktions- und Betriebslehre auf einen Schließdruck p_s < 2p_gmax fest eingestellt ist, wobei p_gmax der maximale Strömungsgegendruck (bei V_max) der nachgeordneten Schweißeinrichtung ist, und in der der Strömungsquerschnitt A_s zwischen Gehäuse und Dichtkegel kleiner als der volle Offnungsquerschnitt zwischen Dichtkegel und Dichtsitz ist, bemessen nach

A_s>10KV_max

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist vorzugsweise so gestaltet, daß die beiden Druckmindererstufen mit dem dazwischen angeordneten Schwebekörperdurchflußmesser mit nachgeordnetem Drosselventil oder mit der dazwischen angeordneten Drosselblende mit vorgeordnetem Manometer in einem gemeinsamen Gehäuse eingebaut ist. In einer weiteren vorzugsweisen Ausführung ist die erfindungsgemäße Einrichtung lediglich aus den beiden Druckmindererstufen mit einem dazwischen angeordneten Drosselventil oder einer Drosselblende aufgebaut, so daß innerhalb von ihr kein Element zur Durchflußmengenermittlung existiert und daß sie zusätzlich mit einem einfachen, auf Atmosphärendruck geeichten Durchflußmengenmesser vorzugsweise nach dem Schwebekörperprinzip, der einen elastischen Dichtkonusanschluß zum Ansetzen an die Schweißbrennerdüse aufweist, ausgerüstet ist.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß auf einfache Weise und mit einfachen Mitteln sowie wartungsfrei und mit höchster Betriebssicherheit der in der Phase der Arbeitsunterbrechungen auftretende Druckanstieg in der Zuleitung zum und im Schweißbrenner auf reproduzierbarem und einfach einstellbarem minimalen Niveau gehalten wird, wodurch die bisher vorhandenen Gasverluste beim Einschalten des Schweißvorganges infolge des schnellen Abbaus des Druckanstieges auf ein verschwindend geringes Maß reduziert werden und gleichzeitig dadurch das bisher vorhandene „Wegblasen" selbst sehr leichter kleiner Schweißteile vermieden wird. Die das erfindungsgemäße Verfahren reproduzierende Einrichtung bezieht ihre besondere hohe Funktionssicherheit aus einem neuartigen Konstruktionsprinzip, das neben der Auslegung des Drosselquerschnitts A₀, und der Druckwerte von p_z und p_g insbesondere darauf beruht, daß der Strömungsquerschnitt zwischen Gehäuse und Dichtkegel grundsätzlich in definierter Größe kleiner als der Offnungsquerschnitt zwischen Dichtkegel und Dichtsitz ist. Durch diese, den bisherigen Bemessungsregeln für Druckminderer widersprechende Ausführung wird ein bisher nicht bekannter Funktionseffekt nutzbar. Dieser besteht darin, daß der Dichtkegel infolge der druckmäßigen Auslegung des Verfahrens und der besonderen Auslegung der Strömungsquerschnitte, insbesondere des Strömungsquerschnitts

zwischen Gehäuse und Dichtkegel, die funktionell Wirkung eines in der Gasströmung beweglichen Strömungswiderstandes erhält, der in seiner Bewegungsdynamik und augenblicklichen Lage von der Durchflußmenge und den Drücken p_z und p_g einerseits beeinflußt wird und andererseits selbst rückkoppelnd auf diese Größen einwirkt. Daraus ist auch die überproportionale Druckerhöhung von p_zbei Erhöhung von p_g auf das maximale Druckniveau p_gmaxauf einfache Weise realisiert worden. Der als beweglicher Strömungswiderstand ausgelegte Dichtkegel wirkt gleichzeitig in vorteilhafter Weise auch durchflußmengenbegrenzend. Das heißt, daß die maximale Durchflußmenge nicht wesentlich überschritten werden kann, weil mit weiter anwachsender Strömungsmenge der bewegliche Strömungswiderstand durch Strömungsumschlag und die nicht zuletzt auch dadurch erhöhte Strömungskraft gegen den Dichtsitz gedrückt wird und damit den Durchflußquerschnitt für das Schutzgas schnell reduziert bzw. verschließt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Die zugehörige Zeichnung zeigt im Schnitt schematisch eine als kombiniertes Druck- und Durchflußmengenregelventil ausgeführte erfindungsgemäße Einrichtung.

Die Einrichtung ist mittels Anschlußstutzen 1 und Überwurfmutter 2 an eine nicht dargestellte Argon-Gasflasche angeschlossen. Im Gehäuse 3 ist eine erste an sich übliche Membrandruckmindererstufe, bestehend im wesentlichen aus Schließfeder 4, Dichtkegel 5, Dichtsitz 6, Membran 7, Stellfeder 8, Stellschraube 9 und Schraubkappe 10. Der Flaschendruck von dieser ersten Membrandruckmindererstufe wird mit dem im Gehäuse 3 dicht eingeschraubten Flaschendruckmanometer 11 kontrolliert. Mit der Stellschraube 9 wird der Arbeitsdruck p_ü im Bereich bis 10kp/cm² eingestellt. Der Arbeitsdruck Pu kann mit dem ebenfalls im Gehäuse 3 eingeschraubten Manometer 12 kontrolliert werden. Im Arbeitsdruckausgang 13 der ersten Membrandruckmindererstufe ist eine Drosselblende 14 dicht eingeschraubt. Der Drosselquerschnitt A₀ der Drosselblende 14 beträgt in erfindungsgemäßer Auslegung für eine maximale Durchflußmenge von 1,2 m³/h rund 0,25 mm². Im Gegensatz zu den bisher bekannten Druckmindererkonstruktionen ist in Strömungsrichtung hinter der ersten regelbaren Membrandruckmindererstufe eine zweite fest eingestellte Druckmindererstufe im gleichen Gehäuse 3 angeordnet, welche im wesentlichen aus Schließfeder 15, Dichtkegel 16, Dichtsitz 17, Membran 18, Stellfeder 19, Stellschraube 20, Feststellmutter 21 und Schraubkappe 12 besteht. Für eine Durchflußmenge von z. B. 0,6m³/h wird mittels Stellschraube 9 ein Arbeitsdruck Pa = 2,3kp/cm² eingestellt, der beim Durchströmen des diese Durchflußmenge dosierenden Drosselquerschnitts A₀ in der Drosselblende 14 auf einen Zwischendruck р_г = 0,3 kp/cm² entspannt und dann weitergeleitet wird zur zweiten Druckmindererstufe, insbesondere vorbei an der Schließfeder 15 und dem Dichtkegel 16. Der Strömungsquerschnitt A_s zwischen Gehäuse 3 und Dichtkegel 16 ist mit A_s = 16mm² kleiner als der Strömungsquerschnitt zwischen Dichtkegel 16 und Dichtsitz Dadurch, daß nun der kritische Strömungsquerschnitt für das unter dem Zwischendruck p_z stehende Schweißgas Argon zwischen dem Gehäuse 3 und dem beweglichen, auch schwingungsfähigen Dichtkegel 16 besteht, wird mit wachsender Durchflußmenge die Strömungskraft auf den Dichtkegel 16 zuerst allmählich erhöht, ohne daß sich der kritische Strömungsquerschnitt verändert. Mit Annäherung an die maximale Durchflußmenge V_max erfolgt ein turbulenter Strömungsumschlag im kritischen Strömungsquerschnitt, wodurch die Strömungskraft auf den Dichtkegel 16 schlagartig sich erhöht und den Dichtkegel 16 gegen den Dichtsitz 17 drückt, was neben der Druckerhöhung von p_gin Richtung P_gmaxzu einer überproportionalen Druckerhöhung von р_г zurückwirkt und zu einer selbsttätigen Begrenzung auf die maximale Durchflußmenge V_max führt. Die zweite Druckmindererstufe ist mittels Stellschraube 20, Feststellmutter 21, Stellfeder 19 und Membran 18 auf ein maximales Druckniveau p_gmax = 0,5kp/cm² des Strömungsgegendruckes p_g des am Abgangsstutzen 23 mittels Brennerschlauch 24 angeschlossenen und nicht dargestellten Schweißbrenners begrenzt. Erwähnt sei noch, daß die Dichtkegel 5 und 16 mittels Hebern 25 mit den Membranen 7 bzw. 18 in Verbindung stehen. Die Dichtkegel 5 und 16 und Schließfedern 4 und 15 werden über die Verschlußschrauben 26 in das Gehäuse 3 eingesetzt. Wird der Gaszufluß zum Schweißbrenner mittels an sich üblichem und in den Brennerschlauch 24 eingeschleiften, nicht dargestellten Ventil abgesperrt, dann wird unmittelbar mit Erreichen von р_дтах = 0,5kp/cm² durch die heruntergedrückte Membran 18 auch der Dichtsitz 17 durch den Dichtkegel 16 verschlossen. Damit kann im Brennerschlauch 24 kein höherer Druck als p_gmax = 0,5kp/cm² auftreten. Damit werden einerseits jährlich rund 60 m³ Argon eingespart, wenn der Brennerschlauch 9 mm Nennweite und 3 m Länge hat, und andererseits ist ein „Wegblasen" selbst sehr kleiner und leichter Schweißteile infolge des nunmehr äußerst geringen Staudrucks (p_gmax = 0,5 kp/cm²) nicht mehr zu beobachten.

Claims

1. Verfahren zur Schweißgasversorgung unter Verwendung von Druckregel-, Durchflußmeß- und Schweißeinrichtungen, wobei das Schweißgas mit einem Arbeitsdruck p_u in einer definierten Durchflußmenge bereitgestellt und auf den Strömungsgegendruck p_g, gegebenenfalls auch auf Zwischendrücke durch mehrstufige Druckminderer, entspannt wird, gekennzeichnet dadurch, daß das Schweißgas zuerst einen Zwischendruck p_z entsprechend

bL»5...2O

Pz

J^-« 1,05...1,2
Pg

entspannt wird, und daß mit Erhöhung von p_g auf ein einstellbares maximales Druckniveau p_g max > -J^g- < p_z

dieser Strömungsgegendruck p_g überproportional druckerhöhend auf p_z zurückgeführt wird, bis Pz = Pu erreicht, wobei p_u, p_z, Pg und p_gmax als Überdrücke bezeichnet sind.

2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens zur Schweißgasversorgung nach Anspruch 1, unter Verwendung mindestens einer ersten Membrandruckmindererstufe, an deren Arbeitsdruckausgang ausgelegt für Arbeitsdrücke p_ü bis vorzugsweise lOkp/cm², ein Schwebekörperdurchflußmesser mit nachgeordnetem Drosselventil oder eine Drosselblende vorzugsweise mit vorgeordnetem Manometer angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß der Drosselquerschnitt A₀ in mm² des Drosselventils oder der Drosselblende (14) entsprechend

A₀ < K ^Vmax

Pu max+ 1

ausgelegt ist, worin V_max die maximale Durchflußmenge in m³/h, р_итах der maximale Arbeitsdruck in kp/cm² Überdruck und K ein gasabhängiger Faktor sind, mit

K «0,3 für H₂

K «0,5 für He

K=HUrCH₄, NH₃

K * 1,2 für O₂, N₂, Luft, CO, C₂H₂

K «1,5 für Ar, CO₂

K «1,8 für C₃H₈

und daß in Strömungsrichtung hinter dem Drosselquerschnitt eine zweite Druckmindererstufe angeordnet ist, die auf einem Schließdruck p_s entsprechend

PS ^ 2

worin Pg max der maximale Strömungsgegendruck (bei V_max) der nachgeordneten Schweißeinrichtung ist, fest eingestellt ist und in der der Strömungsquerschnitt A_s zwischen Gehäuse (3) und Dichtkegel (16) entsprechend

A_s> 10 · K-V

s -^ IU-IX- »max