DE2213954A1 - Durchflußregler - Google Patents

Description

2 Ο f.-.. T-O

TOKYO NETSUSHORI KOGYO KABUSHIKI KAISHA

785, Aza Funashita, Minoira-cho, Kohoku-ku, Yokohama-shi, Kanagawa-ken, Japan

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Durchflußregelung und insbesondere auf eine Torrichtung dieser Art, bei der mehr als ein fließendes Medium in einem bestimmten Verhältnis zugemischt und das Gemisch mit einem bestimmten Druck abgegeben wi rd.

Das Durchmischen fließender Medien in einem bestimmten Verhältnis bei Konstanthaltung des Drucks der Mischung ist eine Aufgabe, die sich in verschiedenen Zweigen der Technik stellt. Ein Verfahren zur Lösung dieser regeltechnischen Aufgabe mit der gewünschten Exaktheit und eine in diesem Sinne automatisch arbeitende Vorrichtung sind indessen bislang noch nicht bekannt. Dies hat auch einer breiteren Anwendung der metallurgischen Behandlung von Metallen in Öfen mit Gasatmosphäre entgegengestanden, beispielsweise also der Zementation und der Nitrierbehandlung, deren Vorteilhaftigkeit

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an sich allgemein anerkannt ist. In der britischen Patentschrift 1 034 157 ist eiⁿ "Verfahren zur Mtrierhärtung mit Gas beschrieben, wobei darauf hingewiesen wird, daß das Mischungsverhältnis der einem Ofen mit Gasatmosphäre zugeführten Gase bei der metallurgischen Behandlung von Metallen für die Qualität des Produkts von wesentlicher Bedeutung ist. Wie in der angeführten Patentschrift weiter hervorgehoben wird, kann bei der Verwendung eines explosiven Gases wie etwa Ammoniak ein außerordentlich gefährlicher Betriebszustand eintreten, falls das Mischungsverhältnis nicht genau eingehalten wird.

Die Erfindung hat demgemäß zur Aufgabe, einen Durchflußregler zu schaffen, der geeignet ist, das Verhältnis mehrerer fließender Medien in einem Gemisch und den Druck in diesem Gemisch automati sch konstantzuhalten.

Weiterhin hat die Erfindung zur Aufgabe, einen Durchflußregler von einfacher Bau- und Arbeitsweise zu schaffen.

Durch die Erfindung wird ein Durchflußregler geschaffen, der eine Hauptpump vorrichtung aufweist, der aus einem Hauptzuführsystem und mindestens noch einem weiteren Zuführsystem fließende Medien zugeführt werden und die ihrerseits diese fließenden Medien im Gemisch einem Entnahme systern zuführt, ferner Hilfspumpvorrichtungen, die zu den zusätzlich vorgesehenen Zufuhrsystemen gehören, Regelungsmittel zum Peststellen von Abweichungen des in dem Entnahme system herrschenden Drucks von einem Solldruck und zur Regelung der Drehzahl der Hauptpumpvorrichtung im Sinne einer Konstanthaltung des Entnahmedrucks und Verhältnisregler zur Regelung der Drehzahlen der Hilfspumpvorrichtungen entsprechend jenem Verhältnis der Drehzahländerung der Hilfspumpvorrichtungen zur Drehzahländerung der Hauptpumpvorrichtung, das jeweils zur Herbeiführung einer Durchsatzänderung der Hilfspumpvorrichtungen im Verhältnis der durch die Drehzahländerung der Hauptpumpvorrichtung bedingten Durchsatzänderung der Hauptpump vorrichtung nötig ist.

Weitere Ziele, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem Zusammenhang der Beschreibung anhand der beigegebenen Zeichnungen. Darin zeigen:

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Hg. 1 ein Blockschema einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Durchflußreglers·;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der "bekannten Beziehungen zwischen dem Druck und dem Strömungsdurchsatz einer Pumpe oder eines Gebläses "bei Angabe der Drehzahl als Kenngröße;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehungen zwischen den Drehzahlen und dem Durchsatz der in Pig. I dargestellten einzelnen Pumpen oder Gebläse; und

Fig. 4 ein Blockschema einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Durchflußreglers.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, bei der es sich um ein Blockschema des erfindungsgemäßen Durchflußreglers handelt. In dieser Figur ist mit den stark ausgezogenen Linien ein Durchflußsystem dargestellt, mit den. schwach ausgezogenen Linien ein Antriebssystem und mit den durchbrochenen Linien ein Regelsystem. Bei dem Durchfluß systern kann es sich um ein System für den Durchsatz von Flüssigkeiten oder von Gasen handeln und die folgende Beschreibung bezieht sich beispielartig auf ein Gasdurchsatz sy stern.

Zu dem Durchfluß regler gehört ein Hauptgebläse B,, dem aus einem Hauptzuführsystem 1 und aus weiteren Zuführsystemen 2 und 3 fließende Medien zugeführt werden, worauf diese fließenden Medien von dem Hauptgebläse in ein einziges Entnahme system 4 gefördert werden. Es kann eine beliebige Zahl von zusätzlichen Zufuhrsystemen vorgesehen sein. Für jedes der zusätzlichen Zuführsysterne 2 und 3 ist ein ,Hilfsgebläse B„ bzw. B, vorgesehen, das dazu dient, das betreffende fließende Medium dem Hauptgebläse B-, zuzuführen. Diesen Hilfsgebläsen B- und B, sind Konstantregler R, bzw. R vorgeschaltet, um Turbulenzen oder Störungen im zuführseitigen Strom der betreffenden fließenden Medien zu beseitigen und die Aufrechterhaltung eines im wesentlichen konstanten Drucks in den fließenden Medien zu gewährleisten. Solche Konstantregler sind nach dem Stand der Technik bekannt und handelsüblich. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform strömt dem Hauptzuführsystem Luft unter Atmosphärendruck zu, so daß ein Konstantregler nicht erforderlich ist, doch

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falls durch dieses System ein Gas zuströmen sollte, in dessen Strom Störungen oder DruckSchwankungen auftreten können, so wäre es in diesem Fall erwünscht, ähnlich wie hei den zusätzlichen Zuführsystemen 2 und 3 auch hier einen Konstantregler vorzusehen. Zwischen das Hauptgebläse B- einerseits und die Gebläse B₂ und B, anderseits sind Stellventile V, bzw,- Y- gelegt, die dazu dienen, die Anteilsverhältnisse der durch die zusätzlichen Zuführsysteme 2 und 3 zuströmenden fließenden Medien in bezug auf das durch das Hauptzuführsystem 1 fließende Medium festzulegen. Die Festlegung der Anteilsverhältnisse erfolgt beim Zusammenbau oder bei der Einstellung der Vorrichtung und bleibt während des Betriebs im wesentlichen unverändert.

Die Tatsache, daß gesondert von dem Hauptgebläse B, in den zusätzlichen Zuführsystemen 2 und 3 die Hilfsgebläse B- und B, vorgesehen sind, stellt eines der Erfindungsmerkmale dar. Die Wirkweise der Vorrichtung richtet sich auf die Konstanthaltung des Drucks in dem Entnahme system 4 oder des Förderdrucks des Hauptgebläses B₁ unter Beibehaltung der Anteilsverhältnisse der aus den zusätzlichen Zuführsystemen 2 und 3 zuströmenden fließenden Medien in dem Gemisch mit dem aus dem Hauptzufuhrsystem 1 zuströmenden Medium, indem zu diesem Zweck bei einer etwaigen DurchsatζSchwankung des Hauptgebläses die Durchsätze der fließenden Medien durch die Hilfsgebläse B« und B_ gleichzeitig und im gleichen Verhältnis geändert werden. Bevor im folgenden mit der Beschreibung der Vorrichtung fortgefahren wird, sei zur Erläuterung zunächst auf Fig. 2 und 3 Bezug genommen.

In Fig. 2 ist für unterschiedliche Drehzahlen N₁ und N₂ der Druck als Funktion des Durchsatzes einer Pumpe oder eines Gebläses aufgetragen, so daß man die entsprechenden Kennlinien erhält. Die Ordinate stellt den Druck (p) dar und die Abszisse den Durchsatz (Q). Es sei davon ausgegangen, daß der Arbeitspunkt der Pumpe oder des Gebläses bei einer Drehzahl N, zunächst bei A, liege und die Drehzahl nun auf einen Wert N2 abgeändert wird. Der Arbeitspunkt verschiebt sich dann nach A_, wobei sich der Durchsatz auf einen Wert ändert, der, ausgehend von dem Anfangswert bei P,, mit dem Faktor N_?/n.. zu errechnen ist oder dem Wert T₀ entspricht, während

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"irrend sich der Druck auf einen Wert ändert, der, ausgehend von dem

Anftngswert bei Q,, mit dem Faktor (N₂/^) zu errechnen ist oder dem Wert Q₂ entspricht. Soll der Druck dagegen "bei dem Anfangswert P konstantgehalten werden, so muß sich der Arbeitspunkt zu dem Punkt A₇. auf der der Drehzahl N_ entsprechenden Kennlinie verschieben, was zur Folge hat, daß sich der Durchsatz auf den Wert Q, an- ■■ dert. Hieraus ergibt sich, daß sich die Aufrechterhaltung des Förderdrucks des Hauptgebläses B, auf dem Wege einer drehzahlbezogenen Regelung erreichen läßt. Drehzahländerungen sind jedoch mit einer Durchsatzänderung verbunden, was eine gleichzeitig erfolgende, entsprechende Regelung der Durchsätze der Hilfsgebläse Bp und B, bedingt, wenn ein festes Verhältnis dieser Durchsätze zu dem des Hauptgebläses B, aufrechterhalten bleiben soll. Erreicht wird dies durch Änderung der Drehzahlen der Gebläse B_ und B,. Bezeichnet man den Durchsatz des Entnahmesystems 4 oder des Hauptgebläses B, mit Q und die Durchsätze der zusätzlichen Zuführsysterne 2 und 3 oder der Hilfsgebläse B_ und B, mit X bzw. Y, so ist der Durchsatz des Hauptzuführsystems 1 durch die Gleichung

Z=Q-X-Y
gegeben.

Es ist somit klar, daß bei einer Konstanthaltung des Verhältnisses der Durchsätze X und Y der Hilfsgebläse B_p und B, in bezug auf den Durchsatz Q des Hauptgebläses B-, auch die Anteilsverhältnisse der aus den Zuführsysterneη 1, 2 und 3 zugeführten fließenden Medien in dem Gemisch konstantgehalten werden können. Aus diesem Grund ist für das Hauptzuführ sy stern 1 ein Hilfsgebläse nicht erforderlich, doch kann erwünschtenfalls ein solches vorgesehen sein.

Im Rahmen der Erfindung wird der Förderdruck des Hauptgebläses B₁ konstantgehalten, während bei jeder Drehzahländerung des Hauptgebläses B₁ für die Hilfsgebläse B_ und B, diejenigen Drehzahlen festgelegt und eingestellt werden, die geeignet sind, eine der aus der Drehzahländerung des Hauptgebläses resultierenden Durchsatzänderung verhältnisgleiche Durchsatzänderung der Hilfsgebläse

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zu bewirken. Mit anderen Worten, das Relatiwerhältnis der Drehzahländerungen der Hilfsgebläse B_? und B, zu der des Hauptgebläses B, ist so festgelegt, daß sich der Durchsatz des betreffenden Hilfsgebläses jeweils im gleichen Verhältnis ändert wie der Durchsatz des Hauptgebläses, und die Drehzahlen der Hilfsgebläse B- oder B₇. werden entsprechend diesem Relatiwerhältnis geregelt. In diesem Sinne kann eine Eichkurve aufgestellt werden, welche die Beziehungen zwischen den Drehzahlen und dem Durchsatz für jedes der Gebläse B,, B₂ und B-, wiedergibt, deren feste Durchsatzverhältnisse beibehalten bleiben sollen, und das erwähnte Relatiwerhältnis kann dann natürlich aus einer solchen Kurve ermittelt werden.

Fig» 3 zeigt beispielartig Eichkurven für das Hauptgebläse B-, und die Hilfsgebläse B_? und B,, deren feste Durch satzver*- hältnisse beibehalten bleiben. Auf der Ordinate sind die Drehzahlen aufgetragen und auf der Abszisse die Durchsätze eines jeden der Gebläse. Es sei davon ausgegangen, daß.das Hauptgebläse B, und das Hilfsgebläse B„ mit einer Drehzahl N„ betrieben werden, während das andere Hilfsgebläse B, mit einer Drehzahl N, arbeitet, wobei sich der Durchsatz des Hauptgebläses auf einen Wert Q, beläuft, die Durchsätze der beiden Hilfsgebläse dagegen auf Werte X, und Y.. . Erfolgt nun zur Konstanthaltung des Förderdrucks eine Drehzahländerung des Hauptgebläses B, auf einen Drehzahlwert UV in Verbindung mit einer Durchsatzänderung auf einen Wert Q„, so entspricht dem, wie der Darstellung zu entnehmen ist, eine Durchsatzänderung der Hilfsgebläse Bp und B, auf Werte X„ bzw. Yp, so daß deren Drehzahlen auf die Werte N bzw. N-, abgeändert werden müssen, um feste Durchsatzverhältnisse beizubehalten. Dies kann so geschehen, daß man die Relativverhältnisse der Dreh Zahländerungen Np-K. und N-, -N, der Hilfsgebläse B_? bzw. B, in bezug auf die Drehzahländerung Np-Np. des Hauptgebläses B, bestimmt und die Drehzahlen der einzelnen Gebläse entsprechend diesen Relativverhältnissen regelt.

Es sei nun wieder auf Hg. 1 Bezug genommen, um mit der Beschreibung des erfindungsgemäßen Durchflußreglers fortzufahren. Die Gebläse B,, B_p und B, werden jeweils von dem betreffenden der Antriebsmittel M,, M₂ und M, angetrieben, bei denen es sich um

Wechselstromerzeuger

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We chseIstromerzeuger, Gleichstrommotoren oder· Druckluftmotoren handeln kann. Die Drehzahlen dieser Antriebsmittel unterliegen der Steuerwirkung von Steuermitteln C₁, C„ bzw. C,, wobei es sich um Motordrehzahlregler, Luftdruckregler oder Solenoidventile handeln kann. Die Antriebsmittel stellen in Verbindung mit den Steuernd tteln jeweils ein regelbares Antriebssystem dar.

Bei der in Pig. 1 gezeigten Ausführungsform wird jedem der Steuermittel C-,, C„ und C, von einer in das Entnahme system 4 für das fließende Medium gelegten, auf Druckabweichungen ansprechenden Torrichtung D ein Regelsignal zugeleitet, wobei das Steuermittel jeweils das betreffende Antriebsmittel KL, M₂ oder M, entsprechend diesem Regelsignal zu steuern vermag. Bei der auf Druckabweichungen ansprechenden Vorrichtung kann es sich um einen Druckwandler handeln, der geeignet ist, den Druck im Entnahme system 4 mit einem Sollwert-Bezugsdruck zu vergleichen und bei einer etwa*- igen Abweichung ein elektrisches Signal zu erzeugen. Druckwandler dieser Art sind nach dem Stand der Technik bekannt und handelsüblich. Im Rahmen der Erfindung sind zwischen die auf Druckabweichungen ansprechende Vorrichtung D einerseits und die Steuermittel Cp und C, anderseits Verhältnisregler VE, bzw. VR₂ gelegt. Bei diesen Verhältnisreglern kann es sich um Regelwiderstände handeln, die bewirken, daß den Steuermitteln C« und C, im Ansprechen auf ein Fehlersignal von gegebener Größe unterschiedliche Eingangsgrößen zugeführt werden, so daß ein Relativverhältnis der Eingangsgrößen der Steuermittel C₁, Cp und C, eingehalten wird, wie es erforderlich ist, um die Drehzahlen der betreffenden Gebläse so abzuändern, daß in dem Gemisch bestimmte Anteilsverhältnisse der fließenden Medien gewahrt bleiben.

Erwünschtenfalls kann auf die Verwendung von Verhältnisreglern auch verzichtet werden, wenn man Steuermittel vorsieht, die so aufgebaut sind, daß sie die Drehzahlen der Gebläse B₁, B „und B₇. im Ansprechen auf ein Fehlersignal von gegebener Größe mit unterschiedlicher Obersetzung regeln.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Regelung nach mechanischen Prinzipien erfolgt. Bei den

Antriebsmitteln

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Antriebsmitteln M-, , Μ_? und M, handelt es sich tun Druckluftmotoren und bei den Steuermitteln C,, C„ und C, um Ventile zur Begelung der Druckluftzufuhr zu den Motoren. Die Drehzahl eines Druckluftmotors , ist dem Druck der zugeführten Druckluft proportional, und der Druckluftmotor stellt daher zusammen mit einer automatischen Druckluftregelung in Form eines Ventils ein regelbares Antriebssystem dar, wie es für die Zwecke der Erfindung in Betracht kommt. Auch hier beruht der Reglungsvorgang auf der Peststellung einer Abweichung des in dem Entnahme sy stern 4 herrschenden Drucks von einem Sollwert-Bezugsdruck. Bei dieser Ausfübrungsform sind drei gesonderte., auf Druckabweichungen ansprechende Vorrichtungen D-, , D₂ und D,. an das Entnahme sy stem angeschaltet, um den Steuermitteln C-,, C₀ bzw. C, Signale zur Drehzahlregelung der Gebläse B-, , B„ und B_ im Sinne der Einhaltung bestimmter Drehzahlverhältnisse zuzuführen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Steuermittel gesondert von den auf Druckabweichungen ansprechenden Vorrichtungen vorgesehen, doch können sie mit diesen auch in Form des vorerwähnten handelsüblichen Durchsatzreglers für fließende Medien zusammengefaßt sein.

, !Patentansprüche

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Claims (6)

1. 2213354

   - 9 --.Pa t en t a η s ρ r ü c h e

   (1.yDurchflußregler, gekennzeichnet durch eine Hauptpumpvorrichtung (B₁) für fließende Medien, der aus einem Hauptzuführsystem (l) und aus mindestens einem zusätzlichen Zuführsystem (2, J) fließende Medien zuführbar'sind und die ihrerseits zum Zuführen der fließenden Medien im Gemisch zu einem Entnahme sy stern (4) betätigbar ist, eine dem zusätzlichen Zuführsystem (2, 3) zugeordnete Hilfspumpvorrichtung (B„, B,) für fließende Medien, ein Regelungsmittel (C-, , D) zum Feststellen einer Abweichung des in dem Entnahme system (4) herrschenden Drucks von einem Solldruck und zur Drehzahlregelung der Hauptpumpvorrichtung (B,') im Sinne einer Konstanthaltung ihres Förderdrucks und eine Verhältnisregelvorrichtung"(VIL , Cp? VR₂, C,) zur Drehzahlregelung der Hilfspumpvorrichtung (B_?, B,) im Sinne der Einhaltung des "jeweils"zur Herbeiführung einer Durchsatzänderung der HiIfspumpvorrichtung (B„, B,) im Verhältnis der durch eine Drehzahländerung der Hauptpumpvorri chtung (B,) bedingten Durchsatzänderung der Hauptpump vorrichtung (B,) nötigen Verhältnisses der Drehzahländerung der Hilf spump vorrichtung (Bp, B₂,) zur Drehzahländerung der Haüptpumpvorri chtung (B,).
2. 2. Durchflußregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es. · sich bei der Haüptpumpvorrichtung (B,) und bei der Hilfspumpvorri chtung (B_p, B-.) um Rotationsgebläse handelt.
3. 3. Durchfluß regler nach Anspruch' 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Hauptpumpvorrichtung (B,) und bei der Hilfspumpvorrichtung (B₉-, B₂.) um Rotationspumpen handelt.
4. 4· Durchflußregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelungsmittel (C, , D) eine im Ansprechen auf eine Abweichung des in dem Entnahme system (4) herrschenden Drucks von einem Solldruck zum Erzeugen einer elektrischen Ausgangsleistung betätigbare Ansprechvorrichtung (D) einbegreift und die Verhältnisregelvorrichtung (VR,, Cpi VR , C,) eine zum Abzweigen einer dem jeweiligen Verhältnis der Drehzahländerung proportionalen elektrischen Ausgangsleistung aus der Ansprechvorrichtung (D) betätigbare Vorrichtung (VR₁, VRp) einbegreift.

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5. 5. Durchflußregler nach Anspruch 4? dadurch gekennzeichnet, daß die zum Abzweigen einer Ausgangsleistung betätigbare Vorrichtung (VR-, , VRp) zur Abzweigung einer elektrischen Ausgangsleistung in einem variablen Verhältnis betätigbar ist.
6. 6. Durchflußregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelungsmittel (C-, , D,) und die Verhältnisregelvorrichtung (C_?, Dpj C,, D_) jeweils eine im Ansprechen auf eine Abweichung des in dem Entnahmesystem (4) herrschenden Drucks von einem Solldruck zur Erzeugung einer mechanischen Ausgangsleistung betätigbare Ansprechvorrichtung (D-. ; Dp, D,) einbegreifen, wobei die An sp rech vorrichtung (Dp, D,) der Verhältnisregel vorrichtung (Cp, D_?; C,, D.,) zur Erzeugung einer dem.Verhältnis der Drehzahländerung proportionalen elektrischen Ausgangsleistung für die Ansprechvorriehtung (D₁) des Regelungsmittels (C, , D,) betätigbar ist.

   7· Durchflußregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Hauptpumpvorrichtung (B, ) und die Hilfspumpvorrichtung (B₂, B) ein Ventil (V₁; V₂) gelegt ist.

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