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Die Erfindung betrifft einen Domdruckregler zum Regeln von Gasdruck, mit einem Gehäuse, einem feststehendem Ventilsitz, einem beweglichen Ventilkörper, einer auf den Ventilkörper einwirkenden Schließfeder und einer mit dem Ventilkörper verbundenen Membran, die im Öffnungssinne mit einem über eine Gasdruckfeder einstellbaren Steuerdruck und im Schließsinne mit einem Sekundärdruck beaufschlagbar ist.
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Ein Domdruckregler dieser Art ist bekannt. Im Gegensatz zu vielen anderen Druckreglern arbeitet dieser Domdruckregler nicht mit einer mechanischen Feder, sondern mit einer Gasdruckfeder, die über ein Steuergas einstellbar ist. Als Steuergas kann entweder das zu regelnde Gas oder ein separates Gas eingesetzt werden. Über die Gasdruckfeder lässt sich der benötigte Sekundärdruck einstellen. Der Primär- und Sekundärdruck wird jeweils über ein mechanisches Manometer erfasst und angezeigt. Weiterhin wird der Sekundärdruck am Ausgang des Domdruckreglers über eine Steuerleitung in eine zwischen Membran und Membranteller liegende Domkammer geleitet. Kommt es nun zu Abweichungen des Sekundärdruckes stellt sich in der Domkammer umgehend der gleiche Druck ein. Da der Druck in der Domkammer dem der Gasdruckfeder über die Membran entgegenwirkt, wird das Ventil bei sinkendem Sekundärdruck weiter geöffnet bzw. bei steigendem Sekundärdruck weiter geschlossen, sodass sich letztendlich wieder der gewünschte Sekundärdruck einstellt. Bei Abweichungen, die durch diese Maßnahme nicht mehr ausgeglichen werden können, kann der Sekundärdruck über die Gasdruckfeder neu eingestellt werden.
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Ein solcher Domdruckregler ist durch die Rückkopplung des Sekundärdruckes in die Domkammer sehr gut dafür geeignet, Abweichungen im Sekundärdruck aufgrund von schwankendem Verbrauch oder schwankenden Vordrücken zu kompensieren. Auch bei extrem hohen oder niedrigen Durchflussleistungen weist er ein sehr stabiles Regelverhalten auf. Eine nahezu exakte Regulierung ist auch bei hohen Druckdifferenzen möglich, sodass in den meisten Fällen eine sonst übliche zweistufige Lösung nicht mehr nötig ist. Sobald sekundärseitig an der Entnahmestelle ein anderer Arbeitsdruck benötigt wird oder sich die Gas- und/oder Umgebungstemperatur signifikant ändert, kann über den Steuerdruck der Gasdruckfeder der Sekundärdruck nachjustiert werden.
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Ein Problem eines solchen Domdruckreglers ist, dass durch die Messung von Primär- und Sekundärdruck nur der aktuelle Druck am Domdruckregler über Manometer angezeigt und der Sekundärdruck gegebenenfalls über den Steuerdruck der Gasdruckfeder nachgeregelt werden kann. Allerdings lässt sich der Auslöser für die Abweichung des Arbeitsdruckes auf Basis dieser beiden Messwerte nur sehr eingeschränkt feststellen. Zudem ist eine kontinuierliche Überwachung eines solchen Domdruckreglers nicht bzw. nur mit zusätzlichem Aufwand möglich. Somit werden temporäre Abweichungen des Arbeitsdruckes und mögliche temporäre Fehler im vor- und nachgelagerten Drucksystem oder im Domdruckregler selbst nicht erfasst. Eine Ereignisdiagnose ist daher nahezu nicht möglich.
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Gerade die immer weiter voranschreitende Automatisierung sowie die höher und komplexer werdenden Anforderungen an Gasdrucksysteme in Industrieprozessen machen eine möglichst umfängliche und zeitnahe Funktionsüberprüfung, Funktionsprotokollierung und Ereignisdiagnose unentbehrlich.
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Die Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Domdruckregler bereit zu stellen, der weitere nützliche Zustandsparameter des Systems automatisch zu erfassen in der Lage ist, und eine ständige Funktionsüberprüfung sowie eine Protokollierung der erhobenen Messwerte in den Domdruckregler zu integrieren.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einem Domdruckregler der eingangs genannten Art vor, mindestens einen Wegsensor vorzusehen, durch den der Hub des Ventilkörpers messbar ist, sowie eine in das Gehäuse integrierte Sensorik-Auswerteeinheit.
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Durch die Integration eines zusätzlichen Wegsensors lässt sich die momentane Ventilkörperauslenkung erfassen. Durch diese zusätzlichen Zustandsparameter kann auf die quantitativen Schwankungen im System geschlossen werden. Als Wegsensor kommt hier beispielsweise ein kapazitiver, induktiver, magnetischer oder optischer Wegsensor in Frage. Die Sensor-Auswerteeinheit zeichnet die Messwerte des Wegsensors auf. Somit können die quantitativen Schwankungen im Drucksystem des Domdruckreglers über einen kontinuierlichen längeren Zeitraum und mit wenig Aufwand protokolliert werden, sodass diese vom Bediener später ausgewertet werden können.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zusätzlich mindestens ein an die Sensorik-Auswerteeinheit angeschlossener elektronischer Drucksensor zur Erfassung des Primärdruckes und/oder des Sekundärdruckes vorgesehen ist. Durch diese Sensorik lassen sich weitere Messdaten erheben. Mittels dieser Messdaten lässt sich neben der Quantität der Schwankungen im Drucksystem auch auf deren Ursache schließen. Die zusätzlichen Messdaten werden ebenfalls von der Sensor-Auswerteeinheit aufgezeichnet.
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So können über einen elektronischen Drucksensor, der den Primärdruck erfasst, Schwankungen im vorgelagerten Drucksystem festgestellt werden, während über die Messdaten eines den Sekundärdruck erfassenden elektronischen Drucksensors Ungereimtheiten im Domdruckregler selbst detektiert werden.
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Weiterhin ist es sinnvoll, wenn ein an die Sensorik-Auswerteeinheit angeschlossener Temperatursensor zur Erfassung der Umgebungstemperatur des Domdruckreglers vorgesehen ist. Da die Domdruckregler unter unterschiedlichen und vor allem auch stark schwankenden klimatischen Bedingungen eingesetzt werden, kann über den zusätzlichen Temperatursensor der Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Schwankungen im Gesamtdrucksystem erfasst werden.
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Zweckmäßig ist es auch, wenn mindestens jeweils ein an die Sensorik-Auswerteeinheit angeschlossener Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des primärseitigen und/oder des sekundärseitigen Gases vorgesehen ist. Durch die zusätzliche Messung der Gastemperaturen lässt sich die Durchflussmenge und damit der Gasverbrauch genauer und kontinuierlich bestimmen, sodass durch ungewöhnliche Verbrauchswerte Leckagen oder andere ungewollte Gasverluste festgestellt werden können.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass ein an die Sensorik-Auswerteeinheit angeschlossener Drucksensor zur Erfassung des Steuerdrucks und ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Steuergases vorgesehen sind. Durch diese Messwerte lassen sich Auffälligkeiten bezüglich des Steuerdruckreglers erfassen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Domdruckreglers sieht vor, dass die Sensoren an die Sensorik-Auswerteeinheit angeschlossen und im oder am Gehäuse des Domdruckreglers integriert sind. Durch diese Maßnahme bleibt die Installation des Domdruckreglers einfach, da kein zusätzlicher Verdrahtungsaufwand zum Anschluss der Sensoren an die Sensorik-Auswerteeinheit beim Einbau des Domdruckreglers entsteht.
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Zweckmäßig sind die Messdaten der Auswerteeinheit über eine am Domdruckregler angeordnete Schnittstelle abrufbar. Dies kann durch eine grafische Schnittstelle, aber auch durch eine einfache Hardware-Schnittstelle realisiert sein. Somit können die unterschiedlichen Verläufe der Zustandsparameter, gegebenenfalls Korrelationskurven oder Ereignishistorien bei der Über- bzw. Unterschreitung von Grenzwerten dargestellt werden. Durch diese Maßnahme sind Wartungsmaßnahmen weitaus effektiver und damit häufiger und präziser durchführbar. Zudem kann aus den gewonnen Messdaten auf den Verschleißstatus des Domdruckreglers aber auch der vor- und nachgelagerten Systeme geschlossen werden.
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Besonders sinnvoll ist es, wenn die am Domdruckregler angeordnete Schnittstelle eine Funkschnittstelle ist. Durch diese alternativ oder zusätzlich zur graphischen Schnittstelle integrierte Funkschnittstelle lassen sich die Daten auch über ein vom Wartungspersonal mitgeführten drahtlosen Anzeigemodul wie beispielsweise einem Smartphone oder Tablet-PC abrufen. Denkbar wäre bei einem entsprechend vorhandenen Daten-Netzwerk auch eine Fernwartung bzw. eine automatische Fernüberwachung des Domdruckreglers über diese Schnittstelle.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1: schematisch eine 3D-Ansicht eines Domdruckreglers gemäß der Erfindung;
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2: schematisch einen Längsschnitt durch den Domdruckregler im geschlossenen Schaltzustand aus 1.
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In den Zeichnungen ist das Gehäuse des Domdruckreglers mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Das Gehäuse 1 weist ein primärseitiges Anschlussende 1a auf, das mit einer nicht dargestellten ankommenden Rohrleitung eines vorgelagerten Druckverteilungssystems verbunden werden kann, und ein sekundärseitiges Anschlussende 1b, an das ein ebenfalls nicht dargestelltes nachgelagertes Druckverteilungssystem oder direkt ein Endverbraucher angeschlossen werden kann. Zudem ist das Gehäuse 1 mittels Schrauben 2 mit einem Gehäuse-Deckel 3 verbunden. Zwischen Gehäuse 1 und Gehäuse-Deckel 3 ist eine Membran 4 druckdicht gelagert. Diese Membran 4 besteht aus einem Elastomer.
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Des Weiteren ist ein Antrieb 5 dargestellt. Dieser Antrieb 5 wird in diesem Ausführungsbeispiel manuell betrieben. Ein elektrischer oder pneumatischer Antrieb wäre aber ebenfalls möglich. Über den Antrieb 5 kann mittels eines Steuergases der Druck am sekundärseitigen Anschlussende 1b eingestellt werden. Als Steuergas kann entweder das zu regelnde Gas oder ein separates Gas eingesetzt werden. Das Steuergas wird hierzu in eine zwischen Membran 4 und Gehäuse-Deckel 3 liegende Druckkammer 6 geleitet. Die mit dem Druck des Steuergases beaufschlagte Membran 4 überträgt ihren Hub über einen zweiteiligen Membranteller 7 auf einen Ventilkörper 8. Der Ventilkörper 8 besteht aus einem Ventilschaft 8a, einem Ventilteller 8b und einem Ventilstößel 8c.
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Im in der 2 dargestellten geschlossenen Schaltzustand sperrt der Ventilkörper 8 den Gasdurchfluss durch den Domdruckregler, indem er mittels einer Schließfeder 9 den Ventilteller 8b gegen einen Ventilsitz 10 drückt. Wird der Steuergasdruck nun soweit erhöht, dass die Kraft der Schließfeder 9 überwunden wird, bewegt sich der Ventilkörper 8 vom Ventilsitz 10 weg und der Domdruckregler öffnet. Über eine weitere Erhöhung des Steuerdruckes kann dann der Sekundärdruck am sekundärseitigen Anschlussende 1b auf den Sollwert eingestellt werden. Der Hub des Ventilkörpers 8 ist durch die Form des Membrantellers 7 begrenzt.
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Durch eine Steuerleitung 11 wird der Sekundärdruck in eine zwischen Gehäuse 1 und Membran 4 bzw. Membranteller 7 liegende Domkammer 12 übertragen. Somit ist der Sekundärdruck in der Domkammer 12 gegen den Steuerdruck in der Druckkammer 6 gekoppelt. Kommt es nun zu Schwankungen im System, beispielsweise durch Veränderung des Primärdruckes oder der Temperatur, und der Sekundärdruck steigt bzw. fällt, schließt bzw. öffnet der Domdruckregler weiter, sodass sich sekundärseitig wieder der Solldruck einstellt. Werden die Schwankungen im System zu stark bzw. verändern sich die Rahmenbedingungen dauerhaft und signifikant, muss der Sekundärdruck über den Antrieb 5 neu eingestellt werden.
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Erfindungsgemäß sind bei diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich verschiedene Sensoren am Domdruckregler installiert, über die verschiedene Systemparameter erfasst werden können. Ein primärseitiger kombinierter Druck-/Temperatursensor 13 erfasst den Primärdruck und die Temperatur des Gases an dieser Stelle. Signifikante Änderungen oder auch temporäre Schwankungen dieser Messwerte lassen auf eine Änderung im dem Domdruckregler vorgelagerten Drucksystem vermuten. Weiterhin erfasst ein sekundärseitiger kombinierter Druck-/Temperatursensor 14 den Sekundärdruck und die Temperatur des Gases an dieser Stelle. Signifikante Änderungen dieser sekundärseitigen Messwerte bei gleichzeitig konstanten primärseitigen Messwerten lassen auf eine Fehlfunktion des Domdruckreglers schließen.
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Des Weiteren ist ein Wegsensor 15 vorgesehen, der den Hub des Ventilstößels 8c erfasst. Über diesen zusätzlichen Wegsensor 15 lässt sich der Durchfluss durch den Domdruckregler relativ genau bestimmen. Treten bei den Durchflusswerten ungewöhnliche Werte auf, liegt die Ursache vornehmlich im nachgelagerten Drucksystem bzw. beim Endverbraucher.
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Schließlich ist noch ein kombinierter Druck-/Temperatursensor 16 zur Erfassung des Steuerdrucks vorgesehen. Mittels dieser Messwerte lässt sich Korrekte Funktion des Steuerdruckreglers inklusive des Antriebs 4 vollständig überwachen.
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Zur Aufzeichnung der Messdaten sind die Sensoren 13, 14, 15 und 16 an eine Sensorik-Auswerteeinheit 17 angeschlossen.
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Die Sensorik-Auswerteeinheit 17 kann je nach Ausführungsform ganze Messreihen protokollieren oder aber auch nur eingestellte Grenzwertüberschreitungen oder sonstige Ereignisse erfassen, die von besonderen Interesse sind. Die Sensorik-Auswerteeinheit 17 hat in diesem Ausführungsbeispiel bereits ein Display 17a zur Darstellung der Messprotokolle integriert. Anstelle des Displays wäre auch eine andere Schnittstelle zum Auslesen und Auswerten der gemessenen Daten möglich. Die Schnittstelle könnte beispielsweise auch in Form einer einfachen Hardware-Schnittstelle realisiert werden, an der das Bedien- und Wartungspersonal über ein Verbindungskabel ein mobiles Gerät anschließen kann. Eine weitere Möglichkeit wäre eine Funkschnittstelle (z.B. NFC, Bluetooth etc.) oder eine optische Schnittstelle (z.B. IR), über die Messwerte ausgelesen werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 1a
- primärseitiges Einbauende
- 1b
- sekundärseitiges Einbauende
- 2
- Schraube
- 3
- Gehäuse-Deckel
- 4
- Membran
- 5
- Antrieb
- 6
- Druckkammer
- 7
- Membranteller
- 8
- Ventilkörper
- 8a
- Ventilschaft
- 8b
- Ventilteller
- 8c
- Ventilstößel
- 9
- Schließfeder
- 10
- Ventilsitz
- 11
- Steuerleitung
- 12
- Domkammer
- 13
- Druck-/Temperatursensor (primärseitig)
- 14
- Druck-/Temperatursensor (sekundärseitig)
- 15
- Wegsensor
- 16
- Druck-/Temperatursensor (Steuerdruck)
- 17
- Sensorik-Auswerteeinheit
- 17a
- Display
