DD269428A1 - Druckminderer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beinhaltet einen Druckminderer. Die Erfindung bezieht sich auf die Regelungs- und Sicherheitstechnik in stroemende Medien fuehrenden Rohrleitungssystemen, insbesondere Fernwaermesystemen. Es ist Aufgabe der Erfindung, einen fuer den Einsatz in Waermeuebergabestationen geeigneten, membrangesteuerten Druckminderer ohne spezielle konstruktive Veraenderungen impulsleitungsmaessig so auszugestalten, dass der Druckminderer neben seinem normalen Aufgabenprofil zusaetzlich sicherheitstechnische Funktionen uebernehmen kann. Die erfindungsgemaesse Loesung ist so zu konzipieren, dass eine problemlose Nachruestung der nach dem Stand der Technik bekannten Druckminderer moeglich ist. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe dadurch geloest, dass die beiden Membrankammern eines membrangesteuerten Druckminderers mit Pilotregler durch eine By-Pass-Leitung, die durch eine eingebundene steuerbare Ventileinrichtung kurzschliessbar ist, miteinander verbunden sind und eine gleiche steuerbare Ventileinrichtung in die Impulsleitung zwischen Pilotregler und Membrankammer (Sollwertkammer) eingebunden ist. Beide Ventileinrichtungen koennen vorteilhafterweise zu einer Mehrweg-Einrichtung zusammengefasst werden.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Regelungs- und Sicherheitstechnik in strömende Medien führenden Rohrleitungssysi imen, insbesondere Fernwärmesystemen Es handelt sich beim Gegenstand der Erfindung insbesondere um einen membrangesteuerten Druckminderer.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ein Druckminderer ist grundsätzlich ein Druckregler, der ohne hilfsenergie arbeitet, und das Meßglied (Membransystem) durch eine Feder belastet wird. Die Regelung beruht auf einem Kräftevergleich an einer Steuermembran, wobei die Wirkung des Vordrucks des Druckminderers und des Nachdrucks des Druckminderers (Sollwert) auf die Steuermembran genutzt wird. Häufig wird zur Sollwertbildung ein gesonderter Hilfsdruck- oder Pilotregler eingesetzt.

Aus der Fach- und Patentliteratur sind eine Vielzahl von Lösungen bekannt, in denen Druckminderer und Regler an sich konstruktiv beschrieben sind, ihr Einsatz für Regelungsaufgaben in Rohrleitungssystemen für strömende Medien vorgeschlagen oder auch ein Zusammenwirken von Druckminderern mit Sicherheitseinrichtungen in solchen Systemen erläutert werden. Ak Beispiele sind DD-WP 79.168 (Konstruktive Maßnahmen zur Erweiterung des Regelbereichs eines Druckminderers, insbesondere Einsatz von Photodioden zur Markierung des Sollwerts und zur elektronischen Nachregelung des Hinterdrucks), DE-OS 3.243.558 (Ventileinrichtung für Fernwärme-Hausanschlußstationen, bei der ein membrangesteuerter Druckminderer mit einem Sicherheitsventil gemeinsam arbeitet), AT-PS 337.528 (Membrangesteuerter Niederdruckgasregler, dessen innere Konstruktion ein Sicherheitsverschlußglied aufweist, das wirksam wird, wenn der Nachdruck zu stark abfällt), DE-PS 2.601.055 (Kombinationsventil, das aus einem membrangesteuerten Druckregler und einem integrierten Magnetventil besteht, wobei zwei Größen auf den Schließmechanismus wirken).

Die vorgeschlagenen Lösungen sind durch eine konstruktive Kompliziertheit gekennzeichnet und zeigen keine Möglichkeiten, die Eigenschaft eines membrangesteuerten Druckminderers, bei Membrandefekten oder Druckausgleich in der Membrankammer in Schließstellung zu gehen, für Funktionserweiterungen der Armatur sinnvoll zu nutzen. Darüber hinaus ist gemäß DD-WP 132.032 eine Schaltungsanordnung zur Mehrfachregelung strömender Medien in Fernwärmenetzen bekannt, bei der mehrere membrangesteuerte Differenzdruckregler durch eine Verkopplung ihrer Impulsleitungen verbunden sind. Dadurch ergibt sich, daß bei Havariesituationen (Erreichen von Grenzwerten der Systemparameter) im Netz ein Gegeneinanderarbeiten der einzelnen Regelkreise vermieden wird und ihre Eigenständigkeit aufgehoben wird.

Die vorgeschlagene Schaltung besitzt einen hohen Kompliziertheitsgrad und ist im Einsatz auf Einzelfälle beschränkt. Die nach dem gegenwärtigen Stand der Technik bekannten Wärmeübergabestationen (sogenannte Hausanschlußstationen), die die Kopplung zwischen der Fernwärmeerzeugerseite und den Fernwärme-Abnehmeranlagen übernehmen, sind grundsätzlich mit einem DruckregelungS'/Drucksicherungs-Baustein ausgerüstet. Dieser Baustein enthält eine Serienschaltung eines Motorventils, eines Druckminderers, einer Druckmeßeinheit und eines Sicherheitsventils. Dabei übernimmt das Motorventii (ausgerüstet mit äußerst störanfälligen Klimact-Antrieben) die Funktion der Absperrung des Primärvorlaufs der Hausanschlußstation bei Druc!<' - oder -unterschreitungen, die durch die nachgeschaltete Druckmeßeinheit feststellbar ist. Der Druckminderer stellt den fu. um Abnehmoranlagen vorgegebenen Netzdruck ein.

Um den gerätetechnischen Aufwand in den Hausanschlußstationen zu reduzieren, sind gemäß DD-WP 241.458 und DD-WP 238.438 Verfahrenslösungen vorgeschlagen worden, einer der verwendeten Armaturen eine Doppelfunktion zu übertragen. In der Abnohmerstation wird danach die Wärmestromregelung als Funktion der Heizlast der Mengenstrombegrenzung regelungstachnisch so überlagert, daß die Mengenstrombegrenzung Priorität hat. Mengenstrombegrenzung und Wärmestromregelung können dann mit einem Motorstellventil realisiert werden, wenn eine rechentechnische Einheit (z.B. Mikrorechner) entsprechend programmiert ist.

Eine Lösung über spezielle Modifikationen der Armatur, die eine Doppelfunktion übernehmen soll, ist jedoch nicht vorgeschlagen worden. Darüber hinaus haben Motorventile den bereits vorstehend genannten Nachteil.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung in Schaltungen von Rohrleitungssystemen, in denen nach dem Stand der Technik bekannte Druckminderer mit Membransteuerung eingesetzt sind, auf einfache Weise und mit geringen technischen Mitteln zu erreichen, den Aufwand für die Sichorung von an Rohrleitungssysteme für flüssige Strömungsmedien angeschlossen^ Abnehmeranlagen gegen eine ihren Betrieb gefährdende Abweichungen von den geforderten Betriebsparametern zu verringern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Ausgehend vom Ziel der Erfindung ergibt sich als Aufgabe, einen für den Einsatz in strömende Medien führenden Rohrleitungssystemen geeigneten membrsngesteuerten Druckminderer ohne konstruktive Veränderungen impulsleitungsmäßig so auszugestalten, daß dor Druckminderer neben seinem normalen Aufgabenprofil zusätzlich sicherheitstechnische Funktionen übernehmen kann.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Lösung anzugeben, die eine einfache Nachrüstung der nach dem Stand derTechnik bekannten Druckminderer erlaubt.

Der Druckminderer, auf den sich die Erfindung bezieht, besitzt eine Membransteuerung und bildet mit einem Pilotregler (Sollwertgeber) sov ie mehreren Impulsleitungen eine bauliche Einheit. Über eine {+Mmpulsleitung wird der im Pilotregler erzeugte Druck-Sollwert auf die Oberseite der Steuermambran der Membransteuerung (obere Membrankammer) geführt. Eine (-)-lmpulsleitung führt den Nachdruck des Druckminderers auf die Unterseite der Steuermembran (untere Membrankammer). Nachdruck und Federkraft der Membranfeder der Membransteuerung halten der Membrankraft, hervorgerufen durch die entsprechende Sollwertbeaufschlagung, das Gleichgewicht. Das heißt, der Schließkegel des Druckminderers läßt genau die Menge an Strömungsmittel durch den Druckminderer fließen, die den dem Sollwert entsprechenden Nachdruck hinter dem Druckminderer erzeugt.

Die normale Reglerfunktion des Druckminderers sichert, daß bei einem Absinken des Nachdrucks der Schließkegel des Druckminderers weiter geöffnet wird und umgekehrt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird nun dadurch gelöst, daß die ob<\ j und untere Membrankammer direkt durch eine Bypassleitung (Impulsleitung) miteinander verbunden werden. Es ist erfindungswesentlich, daß in diese Bypass-Leitung sine schaltbare Armatur, z. B. ein Magnetventil, eingebunden ist. Gleichzeitig wird in die (+Mmpulsleitung direkt hinter dem Ausgang des Sollwertgebers ebenfalls eine schaltbare Armatur, z. B. Magnetventil, eingebunden. Im Fall, daß der Druckminderer als Regler arbeitet, i it die (+Mmpulsleitung über die schaltbare Armatur durchgeschaltet, die Bypass-Leitung ist durch die entsprechende s !haltbare Armatur unterbrochen.

Bei einer Havariesituation (z. B. Druck- oder Temperaturgrenzwert-Überschreitungen in dem Druckminderer nachyeschalteten Leitungsabschnitten) werden die beiden schaltbaren Armaturen durch entsprechende Grenzwertsignale umgeschaltet. Das bedeutet, daß der Sollwert von der oberen Membrankammer weggeschaltet wird und über die nun durchgeschaltete Bypass-Leitung in der Membrankammer ein Druckausgleich erzeugt wird. Dieser Druckausgleich ist in der Wirkung einem Membran-Riß gleichzusetzen. Hierbei geht der Kegel des Druckminderers in Schließstellung und die dem Druckminderer nachgeschalteten' Anlagenteile werden durch Abschaltung vor einer Havarie bewahrt, f adurch ist es auf einfache Weise möglich, daß der Druckminderer eine Doppelfunktion wahrnehmen kann und eine gesonderte Armatur, die z. B. in Wärmeübertragerstationen die entsprechende Absperrfunktion übernimmt (z.B. Motorventil mit wartungsintensiven und störanfälligen Klimact-Antrieben), entfallen kann.

Die Auftrennung der (+Mmpulsleitung bei Kurzschluß der By-Pass-Leitung hat weiterhin den Zweck, den ständigen Durchfluß des Heizmediums durch die Impulsleitungen und damit das Auftreten von ÜHertemperaturen an der Membran der Membransteuerung des Druckminderers zu veiM'idern.

Nach Beseitigung des Havariezustandes kann der Druckminderer durci· Umscheiten beider Magnetventile wieder öffnen und seine normale Roglerfunktion übernehmen.

Es ist erfindungsgemäß auch möglich, die beiden schaltbaren Armaturen durch eine schaltbare 2-Wege-Armatur zu ersetzen. Es ist erfindungswesentlich, daß der Eingang dieser Armatur dann über die (+Mmpulsleitung mit der oberen Membrankammer der Membransteuerung des Druckminderers verbunden ist.

Der er&ie Ausgang dieser schaltbaren Armatur ist direkt mit dem Sollwertgeber verbunden, wogegen der zwr«te Ausgang über die Bypass-Leitung zur unteren Membrankammer der Membransteuerung des Druckminderers führt. Je nach Schaltzustand der genannten Armatur ist die Bypass-Leitung durchgeschaltet und der Sollwertgeber abgetrennt (Havariefall; Schließ- bzw. Sicherheitsfunktion des Druckminderers) oder der Sollwertgeber ist mit der oberen Membrankammer der Membransteuerung gekoppelt (durchgeschaltete [+Mmpulsleitung) und die Bypass-Leitung ist unterbrochen (normale Regelfunktion des Druckminderers).

Aiisführungsbelspiel

Die erfindungsgemäße Lösung ist in Fig. 1 und 2 dargestellt. In beiden Fällen ist ein Druckminderer (5) im Zusammenwirken mit einem Hilfsdruck- oder Pilotregler als Sollwertgeber (2) dargestellt. Beide Aggregate bilden in der Praxis mit ihren dazugehörigen Impulsleitungen eine bauliche Einheit. Der Sollwertgeber (2) wird mit dem Vordruck und dem Hinterdruck des Druckminderers (5) durch Impulsleitungen beaufschlagt. Der Sollwert wird über eine (+Mmpulsleitung (7) auf die Oberseite der Steuermembran

(obere Membrankammer) dos Druckminderers geleitet, der auf ein bestimmtes Maß einzustellende Nachdruck über eine (-)-

Impulsleitung (8) wirkt auf die Unterseite der Steuermembran (untere Membrankammer). Der Nachdruck und die :^T->Horkraft der Membranfeder (nicht dargestellt) halten der durch den Sollwert hervorgerufenen Membrankraft das Gleichgewicht. Das bedeut jt. ein Ansteigen des Nachdrucks bewirkt bei konstantem Sollwert, daß sich die Membran des Druckminderers nach oben und damit den Ventilkegel des Druckminderers in Schußrichtung bewegt. Die Federkraft der Membranfeder ist so bemessen, daß bei Membranbeschädigungen oder bei Stillstand der Anlage der Ventilkegel

des Druckminderers in Schließstellung geht.

Die erfindungsgemäß eingebundenen Armaturen, vorzugsweise Magnetventile 3 und 4 (Fig. 1), sind zum einen in die (+)- Impulsleitung zwischen Sollwertgeber (2) und Membranoberseite der Steuermembran des Druckminderers (5) und zum

anderen in die Bypass-Leitung (9) zwischen oberer und unterer Membrankammer angeordnet.

Fig. 2 zeigt die Möglichkeit, anstelle der beiden Armaturen 3 und 4 ein 2-Wege-Magnetventil β so in die (+Mmpulsleitung

einzubinden, daß die Eingangsseite dieses Magnetvontils (6) mit der (+Hmpulsleitung zur oberen Membrankammer und die

Ausgangsseiten des Magnetventils (6) einmal mit dem Sollwertgeber (2j und zum anderen mit der Bypass-Leitung zur unteren Membrankammer verbunden sind.

Claims (2)

1. Druckminderer, der eine Membransteuerung besitzt und mit einem Pilotregler als Sollwertgeber, einer (+Mmpulsleitung als Verbindung zwischen Sollwertgeber und oberer Membrankammer der Membransteuerung des Druckminderers und einer (-)-lmpulsleitung als Verbindung zwischen der Nachdruckseite des Druckminderers mit der unteren Membrankammer der Membransteuerung des Druckminderers ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der (+Mmpulsleitung eine schaltbare Armatur, z. B. Magnetventil, eingebunden ist und die obere und untere Membrankammer der Membransteuerung des Druckminderors durch eine Bypass-Leitung direkt miteinander verbunden sind, wobei in dieser Leitung ebenfalls eine schaltbare Armatur, z. B. M ag net v- ..il, eingebunden ist.

2. Druckminderer, gemäß Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltbaren Armaturen in der (+Mmpulsleitung und in der Bypass-Leitung durch eine schaltbare Zwei-Wege-Armatur, z. B. 2-Weg-Magnetventil, derart ersetzt sind, daß der Eingang der schaltbaren Zwei-Wege-Armatur über die (+Mmpulsleitung mit der oberen Membrankammer und die Ausgänge der schaltbaren Zwei-Wege-Armatur einmal mit dem Sollwertgeber und zum anderen übe, die Bypass-Leitung mit der unteren Membran der Membransteuerung des Druckminderers verbunden sind.