DE19917468C2

DE19917468C2 - Two-stage gas pressure regulator

Info

Publication number: DE19917468C2
Application number: DE19917468A
Authority: DE
Inventors: Uwe Bax; Otfried Stuck
Original assignee: Itron GmbH
Current assignee: Actaris Gaszaehlerbau GmbH
Priority date: 1999-04-17
Filing date: 1999-04-17
Publication date: 2001-09-13
Anticipated expiration: 2019-04-18
Also published as: DE19917468A1

Description

Die Erfindung betrifft einen zweistufigen Gasdruckregler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a two-stage gas pressure regulator according to the preamble of claim 1.

Zweistufige Gasdruckregler werden verwendet, um eine relativ stabile Gas druckregelung bei einem relativ großen Druckbereich bis zu beispielsweise 16 bar zu erzielen, wobei das Gasnetz als Puffer etwa zwischen 4 und 16 bar dient, so daß man den Netzdruck vor erwarteten Spitzenzeiten entsprechend hochfahren kann. Hierbei ist in der ersten Stufe ein relativ großer Regelbereich vorgesehen, während in der zweiten Stufe eine hohe Regelgüte für einen noch nicht sauber geregelten Zwischendruck angestrebt wird.Two stage gas pressure regulators are used to make a relatively stable gas pressure control with a relatively large pressure range up to 16 bar, for example To achieve, the gas network serves as a buffer between about 4 and 16 bar, so that you can ramp up the network pressure before expected peak times. A relatively large control range is provided in the first stage, while in the second stage, a high control quality for a control that has not yet been properly regulated Intermediate pressure is sought.

Bisher sind zweistufige Gasdruckregler bekannt, bei denen beide Regelven tile membrangesteuerte Ventile sind. So ist aus DE 195 41 051 A1 ein Gasdruck regler bekannt, dessen Vorregelventil ein Ventilelement in Form eines membran betätigten Ventiltellers aufweist, der über einen Dichtungsring in Eingriff mit dem Ven tilsitz, der durch eine schmale Stirnseite einer Düse gebildet wird, bringbar ist. Das Ventilelement ist mit in Umfangsrichtung verteilten Führungsrippen in der Düsen bohrung axial verschiebbar geführt. Jedoch strömt Gas an den Führungsrippen vorbei aus der Düse, wenn der Ventilteller vom Ventilsitz abgehoben ist, wodurch eine Schwingungsanfälligkeit gegeben ist und sich eine Beeinträchtigung der Regel güte ergeben kann. Auch bei dem zweistufigen Gasdruckregler aus DE 298 06 665 U1 ist das erste Regelventil, das auf den Zwischendruck regelt, ebenfalls schwingungsanfällig, so daß insofern die Regelstabilität beeinträchtigt wird.So far, two-stage gas pressure regulators are known, in which both control valves tile are diaphragm controlled valves. DE 195 41 051 A1 is a gas pressure Known regulator, the pilot valve is a valve element in the form of a membrane actuated valve plate, which engages with the Ven via a sealing ring tilsitz, which is formed by a narrow end face of a nozzle, can be brought. The Valve element is in the nozzle with guide ribs distributed in the circumferential direction bore guided axially. However, gas flows on the guide ribs over from the nozzle when the valve plate is lifted off the valve seat, whereby there is a susceptibility to vibration and there is an impairment of the rule goodness can result. Also with the two-stage gas pressure regulator from DE 298 06 665 U1 is also the first control valve that regulates the intermediate pressure susceptible to vibration, so that the control stability is impaired.

Abgesehen davon ist die Regelung des zweiten Regelventils, mit dem der Ausgangsdruck eingestellt wird, nicht hysteresefrei, so daß die Präzision des Ausgangsdrucks leidet.Apart from that, the regulation of the second control valve with which the Output pressure is set, not hysteresis-free, so that the precision of the Output pressure suffers.

Aus DE 41 36 866 A1 ist ein einstufiges Druckregelventil vom Typ Magnet ventil bekannt, bei dem die Steuerung über einen Elektromagneten erfolgt, für dessen Anker ein Dämpfungselement in Form einer Buchse vorgesehen ist, die auf den Anker aufgeschoben ist, um so Resonanzschwingungen durch resonante Überkopplung durch mechanische Reibung zu dämpfen. Für eine Anwendung bei einer rein mechanischen Gasdruckregelung ist die Vorrichtung jedoch ungeeignet.DE 41 36 866 A1 describes a single-stage pressure control valve of the solenoid type valve known, in which the control takes place via an electromagnet, for the armature of which is provided with a damping element in the form of a bushing the anchor is pushed on, so as to resonate vibrations through resonant To dampen overcoupling by mechanical friction. For an application at however, the device is unsuitable for purely mechanical gas pressure control.

DE 25 10 235 A1 beschreibt ein einstufiges Druckregelventil, dessen Regel kolben endseitig eine Hülse trägt, in die eine gehäusefeste Reibklammer eingreift, wodurch die Schwingungsanfälligkeit reduziert und die Regelstabilität verbessert wird. Diese Konstruktion ist allerdings baulich aufwendig und beansprucht eine beträchtliche Länge.DE 25 10 235 A1 describes a single-stage pressure control valve, the rule of which piston carries at the end a sleeve into which a friction clamp fixed to the housing engages, which reduces the susceptibility to vibration and improves control stability becomes. However, this construction is structurally complex and requires one considerable length.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen zweistufigen Gasdruckregler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der eine mechanische Gasdruckregelung mit verbesserter Regelstabilität und/oder Präzision des Ausgangsdrucks bei einfacher und platzsparender Konstruktion ermöglicht.The object of the invention is therefore to provide a two-stage gas pressure regulator the preamble of claim 1 to provide a mechanical Gas pressure control with improved control stability and / or precision of the Outlet pressure with a simple and space-saving design.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.This task is according to the characterizing part of the claim 1 solved.

Hierbei wird dadurch, daß das den Zwischendruck einstellende Regelventil einen Ventilkolben aufweist, der in einer Buchse geführt ist, eine entsprechende vor bestimmte Reibung erzeugt, die die Schwingungsanfälligkeit beseitigt und die Regel stabilität erhöht. Abgesehen davon läßt sich dann der Ventilkolben als Aus gleichskolben nutzen, wobei entsprechend dem Flächenverhältnis der Wirkflächen des Ventilkolbens der Zwischendruck herauf- bzw. heruntergefahren wird, so daß die Feder der Membranregeleinrichtung für dieses Regelventil frei von Kolbenkräften abstimmbar ist und nur einen relativ kleinen Druck aufnehmen muß.This is characterized in that the control valve adjusting the intermediate pressure has a valve piston, which is guided in a bushing, a corresponding one generates certain friction that eliminates the susceptibility to vibration and the rule stability increased. Apart from that, the valve piston can then be turned off Use the same piston, according to the area ratio of the active areas of the valve piston, the intermediate pressure is raised or lowered, so that the Spring of the diaphragm control device for this control valve free of piston forces is tunable and only has to absorb a relatively small pressure.

Ferner wird dadurch, daß das den Ausgangsdruck einstellende Regelventil eine vom Zwischen- und vom Ausgangsdruck beaufschlagte Ausgleichsmembran, die eine Ventiltellerkombination betätigt, aufweist, dieses Regelventil reibungsarm und führt zu einer hysteresefreien Regelung, wodurch sich eine entsprechend hohe Regelgüte ergibt.Furthermore, the control valve that adjusts the outlet pressure a compensating membrane acted upon by the intermediate and outlet pressure, which actuates a valve plate combination, this control valve has low friction and leads to hysteresis-free control, which results in a correspondingly high level Control quality results.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.Further embodiments of the invention are the following description and the subclaims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines schematisiert in der beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention is illustrated below using a schematic in the attached figures illustrated embodiment explained in more detail.

Der dargestellte zweistufige Gasdruckregler umfaßt ein mehrkammeriges Gehäuse 1, das eintrittsseitig einen Anschlußflansch 2 zum Verbinden des Gasdruckreglers mit einer Gasnetzleitung aufweist. Das Gehäuse 1 umfaßt eine Kammer 3, die eintrittsseitig ein erstes Regelventil 4 und austrittsseitig ein zweites Regelventil 5 aufweist, wobei sich abströmseitig an das Regelventil 5 ein Ausgangsabschnitt anschließt, der einen Anschlußflansch 6 zum Verbinden des Gasdruckreglers mit einem Verbrauchernetz aufweist.The two-stage gas pressure regulator shown comprises a multi-chambered housing 1 which has a connection flange 2 on the inlet side for connecting the gas pressure regulator to a gas mains line. The housing 1 comprises a chamber 3 which has a first control valve 4 on the inlet side and a second control valve 5 on the outlet side, an outlet section adjoining the control valve 5 on the outflow side, which has a connecting flange 6 for connecting the gas pressure regulator to a consumer network.

Das Regelventil 4 umfaßt einen Ventilkolben 7, der - über einen stirnseitigen Dichtungsring 8 - mit einem Ventilsitz 9 in einer Zwischenwandung 10 des Gehäuses 1 in dichtenden Eingriff bringbar ist (dargestellt). Der Ventilkolben 7 ist an seinem dem Dichtungsring 8 abgewandten Ende in einer Buchse 11 mittels einer Dichtung 12 abgedichtet geführt und in seinem mittleren, schlanker ausgebildeten Bereich 7a mit einer im Gehäuse 1 schwenkbar gelagerten Gabel 13 gekoppelt, wobei die Gabel 13 mit einer Regeleinrichtung 14 gekoppelt ist, um über die Stellung des Ventilkolbens 7 den Zwischendruck in der Kammer 3 zu regeln.The control valve 4 comprises a valve piston 7 which - via an end-face sealing ring 8 - with a valve seat 9 can be brought into an intermediate wall 10 of the housing 1 in sealing engagement (shown). The valve piston 7 is guided 8 end facing away in a bushing 11 sealed by a seal 12 at its end facing the sealing ring and is coupled in its middle, slender formed region 7 a with a pivotably mounted in the housing 1 fork 13, the fork 13, with a control device 14 is coupled to regulate the intermediate pressure in the chamber 3 via the position of the valve piston 7 .

Der Ventilkolben 7 besitzt an der der Buchse 11 zugewandten Seite eine Ausnehmung, deren Boden 15 eine Wirkfläche des Ventilkolbens 7 darstellt, die von dem Druck des in einem abgedichteten Raum 16 zwischen dem Ventilkolben 7 und der Buchse 11 befindlichen Gases beaufschlagt wird.The valve piston 7 has a recess on the side facing the bushing 11 , the bottom 15 of which represents an active surface of the valve piston 7 which is acted upon by the pressure of the gas located in a sealed space 16 between the valve piston 7 and the bushing 11 .

Außerdem ist ein Sicherheitsabsperrventil 17 an sich bekannter Bauart vorgesehen, das über eine mehrteilige, einen Ventilteller 18 tragende Ventilspindel 19 auslösbar ist. Der Ventilteller 18 ist von der Einlaßseite her gegen den Ventilsitz 9 über eine sich am Gehäuse 1 abstützende Feder 20 der Ventilspindel 19 vorgespannt. Die Ventilspindel 19 erstreckt sich axial zum Regelventil 4 und ist durch den Ventilkolben 7 hindurchgeführt.In addition, a safety shut- off valve 17 of known type is provided, which can be triggered by a multi-part valve spindle 19 carrying a valve disk 18 . The valve disk 18 is biased from the inlet side against the valve seat 9 via a spring 20 of the valve spindle 19 supported on the housing 1 . The valve spindle 19 extends axially to the control valve 4 and is guided through the valve piston 7 .

Der Eingangsdruck wirkt hierdurch nicht nur eintrittsseitig auf den Ventilkolben 7, sondern auch im Raum 16 zwischen der Buchse 11 und dem Ventilkolben 7. Der Ventilkolben 7 dient somit als Ausgleichskolben. Durch entsprechende Bemessung des Verhältnisses der beiden Wirkflächen des Ventilkolbens 7 wird dementsprechend der Zwischendruck in der Kammer 3 herauf- bzw. heruntergefahren. Dies bedeutet, daß der größte Teil der Kräfte von den mechanischen Teilen aufgenommen wird. Die Regeleinrichtung 14 benötigt daher nur eine relativ schwache Druckfeder 21, die frei von Kolbenkräften abstimmbar ist und bei ausgeglichenen Wirkflächen nur in einem kleinen Druckintervall von beispielsweise 100 bis 150 mbar wirksam ist, während der Ventilkolben 7 über seine beiden Wirkflächen die Regelung in einem größeren Eingangsdruckbereich von beispielsweise 200 mbar bis 16 bar übernimmt. Soll dagegen auch ein größerer Leistungsdurchsatz durch Anheben des hindurchströmenden Volumenstroms erzielbar sein, sind die Wirkflächen des Ventilkolbens 7 entsprechend unterschiedlich zu bemessen, wobei dann zwar mit niedrigen, aber nicht konstantem Zwischendruck gearbeitet wird, der dann beispielsweise bis auf 600 mbar steigen kann, um gegenüber dem obigen Beispiel mit ausgeglichenen Wirkflächen eine Leistungsvervierfachung zuzulassen.The inlet pressure thus acts not only on the inlet side on the valve piston 7 , but also in the space 16 between the bushing 11 and the valve piston 7 . The valve piston 7 thus serves as a compensating piston. By appropriately dimensioning the ratio of the two effective surfaces of the valve piston 7 , the intermediate pressure in the chamber 3 is accordingly increased or decreased. This means that most of the forces are absorbed by the mechanical parts. The control device 14 therefore only requires a relatively weak compression spring 21 , which can be tuned free of piston forces and, with balanced active surfaces, is only effective in a small pressure interval of, for example, 100 to 150 mbar, while the valve piston 7 regulates in a larger input pressure range via its two active surfaces from, for example, 200 mbar to 16 bar. If, on the other hand, a higher power throughput is to be attainable by increasing the volume flow flowing through it, the effective areas of the valve piston 7 are to be dimensioned accordingly differently, working with a low, but not constant, intermediate pressure, which can then rise, for example, to 600 mbar in order to counteract to allow a quadrupling of the power in the above example with balanced effective areas.

Die Regeleinrichtung 14 umfaßt eine mit der Gabel 13 gekoppelte Betätigungsstange 22, die mit einer von einem Membranteller 23 gestützten und durch die Druckfeder 21 vorgespannten Membran 24 gekoppelt ist. Die Druckfeder 21 stützt sich an einem Gehäusedeckel 25 ab. Über die Druckfeder 21 wird der Abstand zum Umgebungsdruck bzw. zum Ausgangsdruck eingestellt. Zwischen dem Membranteller 23 und dem Gehäusedeckel 25 ist zweckmäßigerweise eine Sicherheitsmembran 26 für Umgebungsdruck vorgesehen. Es kann auch vorgesehen sein, linke Hälfte der Regeleinrichtung, daß bei einem Brechen der Membran 24 des Gas mit Zwischendruck direkt in den Ausgangsabschnitt strömt.The control device 14 comprises an actuating rod 22 coupled to the fork 13, which is coupled to a membrane 24 supported by a diaphragm plate 23 and biased by the compression spring 21 . The compression spring 21 is supported on a housing cover 25 . The distance to the ambient pressure or to the outlet pressure is set via the compression spring 21 . A safety membrane 26 for ambient pressure is expediently provided between the membrane plate 23 and the housing cover 25 . It can also be provided, left half of the control device, that if the membrane 24 of the gas breaks at intermediate pressure, it flows directly into the outlet section.

Das Regelventil 5 umfaßt eine Ventilstange 30, die über einen Kniehebel 31 mit einer Regeleinrichtung 32 gekoppelt ist. Das Regelventil 5 umfaßt ferner einen ringförmigen Ventilsitz 33 mit seitlichen Durchtrittsöffnungen 34, der zwischen zwei Gehäusewandungen 35, 36 angeordnet ist, wobei die beiden Gehäusewandungen 35, 36 eine mit dem Ausgangsabschnitt kommunizierende und damit mit Ausgangsdruck beaufschlagte Kammer bilden, die von der Kammer 3, in der der Zwischendruck herrscht, getrennt ist.The control valve 5 comprises a valve rod 30 which is coupled to a control device 32 via a toggle lever 31 . The control valve 5 further comprises an annular valve seat 33 with lateral passage openings 34 , which is arranged between two housing walls 35 , 36 , the two housing walls 35 , 36 forming a chamber which communicates with the outlet section and is thus acted upon by outlet pressure and which is separated from the chamber 3 , in which the intermediate pressure prevails, is separated.

Das Regelventil 5 umfaßt zwei mit Abstand zueinander angeordnete Ventilteller 37, 38, die mit einem Ringabschnitt 33a des Ventilsitzes 33 von der einen bzw. anderen Seite in Dichteingriff bringbar und mit entsprechenden Dichtungsringen 39 belegt sind. Die Ventilteller 37, 38 werden über eine Feder 40 gegen durch Muttern 41 auf der Ventilstange 30 gebildete Anschläge gedrückt.The control valve 5 comprises two valve plates 37 , 38 arranged at a distance from one another, which can be brought into sealing engagement from one or the other side with an annular section 33 a of the valve seat 33 and are covered with corresponding sealing rings 39 . The valve plates 37 , 38 are pressed by a spring 40 against stops formed by nuts 41 on the valve rod 30 .

Das Regelventil 5 umfaßt ferner eine Ausgleichsmembran 42, die eine zum Ventilsitz 33 benachbarte Öffnung in der Gehäusewandung 35 verschließt und an einem gegenüber der Ventilstange 30 um eine vorbestimmte Strecke in axialer Richtung verschiebbaren Membranteller 43 befestigt ist, so daß der Ventilteller 38 entsprechend gegenüber den Ventilteller 37 gegen die relativ kleine Kraft der Feder 40 axial verschiebbar ist, wodurch die hohe Regelgüte erzielt wird, denn dementsprechend arbeitet das Regelventil 5 reibungsarm und hysteresefrei.The control valve 5 further comprises a compensating diaphragm 42 which closes an opening in the housing wall 35 adjacent to the valve seat 33 and is fastened to a diaphragm plate 43 which can be displaced in the axial direction by a predetermined distance relative to the valve rod 30 , so that the valve plate 38 correspondingly with respect to the valve plate 37 is axially displaceable against the relatively small force of the spring 40 , as a result of which the high control quality is achieved, because the control valve 5 accordingly operates with little friction and free of hysteresis.

Die Regeleinrichtung 32 ist ähnlich der Regeleinrichtung 14 aufgebaut und umfaßt eine mit einer Betätigungsstange 44 gekoppelte, von einem Membranteller 45 gestützte und von einer Druckfeder 46 beaufschlagte Membran 47 sowie eine Sicherheitsmembran 48, wobei eine Einstellung des Ausgangsdrucks über eine von außen betätigbare Stellschraube 49 vorgenommen werden kann.The control device 32 is constructed similarly to the control device 14 and comprises a membrane 47 coupled to an actuating rod 44 , supported by a membrane plate 45 and acted upon by a compression spring 46, and a safety membrane 48 , the output pressure being adjusted by means of an externally actuated adjusting screw 49 can.

Die Ventilspindel 19 ist mit einem Hebel 50 gekoppelt, der im Falle des Auslösens des Sicherheitsabsperrventils 17 bei zu hohem eingangsseitigen Gasdruck freigegeben wird und somit die Ventilspindel 19 entsperrt, so daß die Feder 20 den Ventilteller 18 in Eingriff mit dem Ventilsitz 9 drückt und die Gaszufuhr abgesperrt wird. Hierbei wirkt der Ausgangsdruck auf eine ansonsten mit Umgebungsdruck beaufschlagte Membran 51.The valve spindle 19 is coupled to a lever 50 which is released when the safety shut-off valve 17 is triggered when the gas pressure on the inlet side is too high and thus unlocks the valve spindle 19 so that the spring 20 presses the valve disk 18 into engagement with the valve seat 9 and the gas supply is cordoned off. Here, the outlet pressure acts on a membrane 51 that is otherwise subjected to ambient pressure.

Claims

1. Two-stage gas pressure regulator with a housing ( 1 ), in which a chamber ( 3 ) is arranged, on the inlet side a first control valve ( 4 ) controlled by a first control device ( 13 ) and having a valve element for regulating the inlet pressure to an intermediate pressure in the chamber (3) and the outlet side having a second, controlled by a second a working diaphragm (47) comprising control means (32) control valve (5) for regulating the intermediate pressure to an outlet pressure, characterized in that the formed as a valve piston (7) the valve member of the first Control valve ( 4 ) is guided in a bushing ( 11 ) with defined friction in such a way that there is no susceptibility to vibration and the second control valve ( 5 ) comprises a valve plate combination ( 30 , 37 , 38 ) which is acted upon by the intermediate and outlet pressure and through the working diaphragm ( 47 ) can be actuated, the valve piston ( 7 ) also having a circumferential seal ( 12 ) the bushing ( 11 ) is in frictional engagement.

2. Gas pressure regulator according to claim 1, characterized in that the valve piston ( 7 ) is designed as a compensating piston with two active surfaces of different sizes acted upon by the inlet pressure in opposite directions.

3. Gas pressure regulator according to claim 1 or 2, characterized in that the valve piston ( 7 ) on a valve spindle ( 19 ) is guided axially displaceably, via which an inlet pressure leakage to a space ( 16 ) between the valve piston ( 7 ) and the bushing ( 11 ) is sealed, formed.

4. Gas pressure regulator according to claim 3, characterized in that the valve spindle ( 19 ) has a valve seat ( 18 ) which can be brought into engagement with a valve seat ( 9 ) of the first control valve ( 4 ), spring-loaded in the closing direction of the valve head ( 18 ) and with a safety shut-off valve ( 17 ) can be released against excessive pressure in a predetermined axial position.

5. Gas pressure regulator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the valve plate combination ( 30 , 37 , 38 ) comprises two valve plates ( 37 , 38 ) on a valve rod ( 30 ) that a compensating membrane ( 42 ) on a membrane plate ( 43 ) is fixed that the diaphragm plate ( 43 ) on the valve rod ( 30 ) for adjusting the axial distance between the two valve plates ( 37 , 38 ) by the acting pressure difference between intermediate and outlet pressure is slidably arranged, and that the diaphragm plate ( 43 ) adjacent valve plate ( 38 ) is also axially displaceable on the valve rod ( 30 ).