DE1890042U - Vorrichtung zur steuerung stroemender volumina mit linearer charakteristik. - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Steuerung strömender Volumina mit linearer Charakteristik

Xn der Regel- und Steuertechnik tritt häufig das Problem auf, eine strömende Flüssigkeit oder ein strömendes Gas - sei es nun eine Steuerflüssigkeit oder eine Betriebsflüssigkeit, oder auch ein Gas oder Luft, was zu Steuerzwecken in pneumatischen Anlagen dient, oder auch ein Betriebsgas - in seiner Menge zu verändern, d.h. zu steuern, und zwar in Abhängigkeit anderer Steuer- oder Betriebsgrößen.

Besonders schwierig gestaltet sich dieses zunächst trivial erscheinende Problem dadurch, daß kein Drosseloder Steuerelement zur Veränderung des Strömungsquerschnittes bekannt ist, welches eine lineare Abhängigkeit der Durchflußmenge vom Steuerimpuls aufweist.

Im einfachsten Falle kann es sich beim Steuerimpuls um die Bewegung eines Hebels oder die Drehung einer Spindel eines Ventils, eines Schiebers, einer Drosselklappe oder dgl. handeln. Deshalb benötigen alle bekannten Drosselgeräte, wenn man mit ihnen eine lineare Charakteristik erreichen will, eine andersartige, nicht lineare Impulsgebung oder Impulsumsetzung zur Umwandlung ihrer eigenen nicht linearen Charakteristik in eine lineare Abhängigkeit vom Impulsgeber, d.h., zur Linearisierung. Dies bedingt den Einsatz von Kurvenscheiben oder entsprechenden Programmsteuergeräten oder auch mechanischen Integratoren usw., wie sie in der RegeltBchnik üblich sind.

Die Erklärung hierfür kann folgendermaßen erfolgen; Will man mit einem Ventil einen Stoffstrom regeln und setzt konstanten Vordruck voraus, so ändert sich der

Druckabfall im Ventil mit jeder Einstellung. Unter dem Einfluß dieses veränderlichen Druckabfalles ist die Änderung des Stoffstromes nicht linear abhängig von der Veränderung der Einstellung. Dasselbe gilt für einen Schieber. Dies erklärt sich beim Schieber durch die mit der Einstellung veränderliche Fläche, die der Schieber dem aufprallenden Medium bietet, und wird auch mitbeeinflußt durch das sich verändernde Strömungsbild hinter dem Schieber. Zwar kann man durch Wahl eines Rechteck— kanals und eines in diesen eingeführten Schiebers den Einfluss des runden Strömungskanals, der sich auch in einer Nichtlinearität äußert, unterdrücken, jedoch nicht den Einfluß der unterschiedlichen Strömungsverhältnisse.

Daraus folgt, daß eine lineare Regelcharakteristik nur erreichbar ist mit einem Gerät, dessen Druckverlust bei eingestelltem Vordruck stets derselbe ist, unabhängig von der Einstellung des freien Querschnittes.

Die genannten Schwierigkeiten fallen weg durch die Vorrichtung gemäß dieser Neuerung zum Regeln von Stoffströmen mit linearer Charakteristik. Es folgt zunächst eine Erläuterung dieser Vorrichtung anhand einer Zeichnung, die lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellt:

In einem Strömungskanal 4 ist ein Venturikanal eingebaut, bestehend aus einem konvergenten Teil 1, der Kehle 2 und dem Diffusor 3· Der Querschnitt der Kehle 2 ist rechteckig. Im engsten Teil 2 des Venturikanals sind in zwei einander gegenüberliegenden Kammern 6 zwei Klappen 5 eingebaut, die um ihre Achse 7 gegeneinander schwenkbar sind. Dadurch verengt oder erweitert sich der Kehlenquerschnitt 2 zwischen den Klappen 5· Die Klappen werden beispielsweise betätigt durch die Schubs tangen 9·

In der Zeichnung befinden sich die Klappen 5 etwa in einer mittleren Stellung. In dieser Position reißt die Strömung an den Unterkanten 11 der beiden Klappen ab. Dies hat zur Folge, .daß sich unter den Klappen Rückströmungswirbel 8 bilden, die dem achsialen Hauptstrom einen an die Klappen 5 direkt anschließenden Diffusor vortäuschen, derart, daß sie eine Verbindung der Begrenzungslinien des Hauptstromes zwischen der Unterseite der inneren Kanten der Klappen 5 und der Oberseite des Venturi-Diffusors 3> der sich an den zylindrischen Teil 2 anschließt, vortäuschen.

Diese Erscheinung ist aus der Strömungslehre bekannt. Sie hat zur Folge, daß bei konstantem Vordruck des strömenden Mediums im Rohr 4 der Druckverlust des Venturikanals stets der gleiche ist, unabhängig von der Einstellung der Klappen 5· Da die Klappen 5 jedoch den freien Querschnitt der Kehle linear zur Bewegung der Schubstangen 9 verändern, ändert sich somit auch die strömende Menge - stets bei gleichem Vordruck im Kanal k, unabhängig von der Einstellung der Klappen 5 linear mit der Querschnittsänderung in der Kehle.

Diese Erscheinung wird immer dann beobachtet, wenn der Diffusorwinkel kleiner oder gleich ca. 7° ist, d.h. wenn mit Sicherheit eine Strahlablösung an den schrägen ¥änden des Diffusors vermieden wird; weiter tritt sie nur auf, wenn das durch den konvergenten Teil des Venturikanales strömende Medium beim Eintritt desselben in den Raum zwischen den Klappen 5 nicht plötzlich scharf umgelenkt wird, sondern nur eine geringe Ablenkung erfährt, so daß hier keine Verwirbelung durch Aufprall, die den Druckverlust stark verändert, zu verzeichnen ist.

Dies wird erreicht, wenn die Kanten 10 der Klappen, d.h. die in Strömungsrichtung verlaufenden Kanten der Klappen 10, stets länger sind als dem zweifachen max. Stellweg

der Klappen entspricht, d.h. der zweifachen Länge der Sehnen der Kanten 11« Werden die Kantenlängen 10 kurzer ausgebildet, so ist die lineare Charakteristik nicht mehr gegeben, da sich dann der Druckverlust des Gerätes bei Verstellung der Klappen 5 ändert, selbst wenn der Vordruck konstant ist. Die Strahlablösung unterhalb der Klappen, die zur Bildung des Rückströmwirbels 8 führt, ist für den Druckverlust des Gerätes unbedeutend, da der Rückströmwirbel einen sich sauber an die Klappen 5 anschließenden Diffusor vortäuscht.

Somit kann gesagt werden, daß bei konstantem Vordruck des Gerätes dieses unabhängig von der Einstellung der Klappen 5 stets dieselbe Kehlengeschwindigkeit und daraus folgend denselben Druckverlust haben wird. Wenn jedoch die Kehlengeschwindigkeit stets konstant ist, unabhängig von dem engsten Querschnitt, so hat dies eine lineare Veränderung des engsten Querschnittes vorausgesetzt, auch eine lineare Veränderung der durchströmenden Menge zur Folge. Eine lineare Veränderung des engsten Querschnittes ist jedoch ohne weiteres gegeben, bedingt dadurch, daß die Klappen 5 an den zwei gegenüberliegenden Seiten eines rechteckigen (oder quadratischen) Querschnittes angeordnet sind.

Somit kann festgestellt werden, daß Vorrichtung gemäß dieser Neuerung ein Gerät gefunden wurde zur Steuerung strömender Volumina mit linearer Charakteristik, welches darüberhinaus keinerlei Eichung erfordert.

Claims (2)

915-29.1.64 Schutzansprüche

1. ) Vorrichtung zur Veränderurtg des engsten Querschnittes von rechteckigen Venturikanälen oder des Querschnittes von Strömungskanälen mit rechteckigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer linearen Steuercharakteristik im engsten Querschnitt zwei gegenläufig schwenkbare Klappen angeordnet sind, deren jede um eine quer zur Gasströmungsrichtung angeordnete Achse geschwenkt werden kann, welche sich auf derjenigen Seite der Klappe befindet, auf der das Gas in den Venturikanal eintritt, und daß insbesondere die Länge der Klappen in Strömungsrichtung stets größer als der zweifache maximale Stellweg einer Klappe ist.

2.) Vorrichtung nach Anspruch 1.), dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Klappen eine pneumatisch betätigte Gummimembrane eingesetzt wird.

3·) Vorrichtung nach Anspruch 1·), dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der beiden Klappen ein stromlinienförmig ausgebildeter Verdrängungskörper verwendet wird, der in der Achse des Venturikanales auf und ab bewegt werden kann.