DE2213954C3 - Mengenverhältnisregeleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mengenverhältnisregeleinrichtung zum selbsttätigen proportionalen Zuführen von flüssigen oder gasförmigen Medien aus einer Hauptleitung und mindestens einer zusätzlichen Leitung in eine Entnahmelei'ung, bei der zumindest in der zusätzlichen Leitung eine Pumpe angeordnet ist, der eine Steuereinrichtung zugeordnet ist, welche die Drehzahl der Pumpe entsprechend einem von einer hinter der Pumpe angeordneten Meßeinrichtung gelieferten Signal auf den zum Konstanthalten des Mischungsverhältnisses erforderlichen Wert einregelt.

Bei einer in der DTPS 9 39 840 beschriebenen Gemischregeleinrichtung dieser Gattung werden mehrere Flüssigkeitsströme über Rohrleitungen in eine Entnahmeleitung eingeleitet. Diese bekannte Einrichtung dient dazu, das Mengenverhältnis der Einzelkomponenten in der Entnahmeleitung konstant zu halten. Zu diesem Zweck ist in jeder Leitung hinter der Pumpe ein Durchflußmengenmesser angeordnet. Dabei ist vorgesehen, daß durch Differentiale od. dgl. eine Summierung der Drehzahlen der einzelnen Mengenmesser erfolgt, und daß die so gebildete Gesamtdrehzahl über je eine Drehzahlvergleichsvorrichtung, deren Abtrieb auf soviel Prozent der Gesamtdrehzahl eingestellt wird, als dem gewünschten Flüssigkeitsanteil entspricht, der Drehzahl des zugehörigen Mengenmessers gegenübergestellt wird. Mit diesem bekannten Gemischregler ist es zwar möglich, das Mengenverhältnis der Einzelkomponenten in der Entnahmeleitung konstant zu halten, es ist aber nicht möglich, den in der Entnahmeleitung herrschenden Druck automatisch konstant zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Mengenverhältnisregeleinrichtung zu schaffen, die geeignet ist, sowohl das Mengenverhältnis mehrerer Einzelkomponenten in einem flüssigen oder gasförmigen Gemisch als auch den Druck in diesem Gemisch automatisch auf einem vorgegebenen Wert zu halten.

Die diese Aufgabe lösende Mengenverhältnisregeleinriciitung ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch eine in der Entnahmeleitung angeordnete Hauptpumpe, eine hinter der Hauptpumpe angeordnete Druckmeßeinrichtung zum Feststellen einer Abweichung des in der Entnahmeleitung herrschenden Drucks von einem vorgegebenen Druck und eine von der Druckmeßeinrichtung gesteuerte Steuereinrichtung zur Regelung der Drehzahl der Hauptpumpe zum Konstanthalten des in der Entnahmeleitung herrschenden Drucks und eine von der Druckmeßeinrichtung gesteuerte Verhältnissteuereinrichtung zur Drehzahlregelung der in der zusätzlichen Leitung angeordneten Pumpe im Sinne der Einhaltung des jeweils zur Herbeiführung einer Durchsatzänderung dieser Pumpe im Verhältnis zu der durch eine Drehzahländerung der Hauptpumpe bedingten Durchsatzänderung der Hauptpumpe nötigen Verhältnisses der Drehzahländerung der Pumpe zur Drehzahländerung der Hauptpumpe.

Mit der Erfindung wird eine Mengenverhältnisregeleinrichtung geschaffen, die geeignet ist, sowohl das Mengenverhältnis mehrerer Einzelkomponenten in der Entnahmeleitung als auch den in der Entnahmeleitung herrschenden Druck automatisch konstant zu halten.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In der Druckschrift »Electronic« 1958, Nr. 1, S. 3 und 4, ist eine Drehzahlregelung der Dosierpumpen und Fördereinrichtungen bei der Mischung der zur Papierherstellung benötigten Stoffe beschrieben. Mit dieser Drehzahlregelung allein läßt sich zwar das Mischungsverhältnis der einzelnen Stoffe konstant halten, nicht hingegen der in dem Gemisch herrschende Druck.

In der DT-PS 9 64 889 ist eine Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines zum Antrieb zweier Pumpen dienenden Elektromotors beschrieben. Mit dieser Anordnung soll zwar die Aufgabe gelöst werden, die Mischung gewisser Stoffe in einem bestimmten Verhältnis zu regeln. Die von dem drehzahlgeregelten gemeinsamen Elektromotor angetriebenen beiden Pumpen gehören dabei jeweils zu einer Pumpenanordnung, die zur Förderung jeweils eines Stoffes dient. Diese bekannte Regeleinrichtung ist damit anders aufgebaut als der Anmeldungsgegenstand, und sie ist auch nicht geeignet, den in der Entnahmeleitung herrschenden Druck auf einen konstanten Wert zu halten.

In der DT-PS 7 46 386 ist ein Mengenregler beschrieben, der durch die Druckdifferenz vor und

hinter einer Drosselstelle gesteuert wird, wobei die Drücke vor und hinter der Drosselstelle auf die beiden Seiten einer Membran geleitet werden und die daraus erfolgende Bewegung der Membran diir Stellung eines Drossel- oder Absperrorgans beeinflußt Dieser bekannte Mengenregler ist aber nicht zum proportionalen Zuteilen von mehreren Einzelkomponenten geeignet

Die Erfindung wird im folgenden an Hand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschema einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mengenverhältnisregeleinrichtung,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Beziehungen zwischen dem Druck und dem Durchsatz einer Pumpe bei Angabe der Drehzahl als Kenngröße,

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Beziehungen zwischen den Drehzahlen und dem Durchsatz der in Fig. t dargestellten einzelnen Pumpen und

F i g· 4 ein Blockschema einer zweiten Ausführungsform dtr erfindungsgemäßen Mengenverhältnisregeleinrichtung.

Es sei zunächst auf F i g. 1 Bezug genommen, in der mit den stark ausgezogenen Linien ein Leitungssystem, mit den schwach ausgezogenen Linien ein Steuersystem und mit den unterbrochenen Linien ein Regelsystem dargestellt ist. Bei dem Leitungssystem kann es sich um ein System für den Durchsatz von Flüssigkeiten oder von Gasen handeln, und die folgende Besch-eibung bezieht sich beispielartig auf ein Leitungssystem für den Durchsatz von Gasen.

Zu der Mengenverhältnisregeleinrichtung gehört eine Hauptpumpe ßi, der aus einer Hauptleitung 1 und aus zusätzlichen Leitungen 2 und 3 gasförmige Medien zugeführt werden, worauf diese gasformigen Medien von der Hauptpumpe in eine einzige Entnahmeleitung 4 gefördert werden. Es kann eine beliebige Zahl von zusätzlichen Leitungen vorgesehen sein. Für jede der zusätzlichen Leitungen 2 und 3 ist eine Pumpe Bi bzw. a vorgesehen, die dazu dient, das betreffende gasförmige Medium der Hauptpumpe Si zuzuführen. Diesen Pumpen B2 und Bi sind Druckregler R\ bzw. Ri vorgeschaltet, um Turbulenzen oder Störungen im zuführseitigen Strom der betreffenden gasförmigen Medien zu beseitigen und die Aufrechterhaltung eines im wesentlichen konstanten Drucks der zuströmenden gasförmigen Medien zu gewährleisten. Solche Druckregler sind nach dem Stand der Technik bekannt und bedürfen daher keiner näheren Erläuterung. Bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform strömt der Hauptleitung 1 Luft unter Atmosphärendruck ?,w, so daß ein Druckregler nicht erforderlich ist. Falls durch die Hauptleitung 1 jedoch ein Gas zuströmen sollte, in dessen Strömung Störungen oder Druckschwankungen auftreten können, so wäre es zweckmäßig, ähnlich wie bei den zusätzlichen Leitungen 2 und 3 auch in der Hauptleitung 1 einen Druckregler vorzusehen. Zwischen die Hauptpumpe B\ einerseits und die Pumpen Bi und Bi andererseits sind Stellventile Vi bzw. Vi gelegt, die dazu dienen, die Mengenverhältnisse der durch die zusätzlichen Leitungen 2 und 3 zuströmenden gasförmigen Medien in bezug auf die durch die Hauptleitung 1 zuströmende Menge eines gasförmigen Mediums festzulegen. Die Festlegung der Mengenverhältnisse erfolgt beim Zusammenbau oder bei der Einstellung der Mengenverhältnisregeleinrichtung, und sie bleibt während des Betriebs im wesentlichen unverändert.

Die Arbeitsweise der Mengenverhältnisregeleinrichtung zielt auf die Konstanthaltung des Drucks in der Entnahmeleitung 4 oder des Förderdruck* der Hauptpumpe Bi unter Beibehaltung der gewünschten Mengenverhältnisse der aus den zusätzlichen Leitungen 2 und 3 zuströmenden gasförmigen Medien in dem Gemisch in bezug auf die aus der Hauptleitung 1 zuströmende Menge eines gasförmigen Mediums, wobei zu diesem Zweck bei einer etwaigen Durchsatzschwankung der Hauptpumpe B\ die Durchsätze der gasförmigen Medien durch die Pumpen Bi und Bi gleichzeitig und im gleichen Verhältnis geändert werden. Bevor mit der Beschreibung der Einrichtung fortgefahren wird, sei zur Erläuterung zunächst auf die Fig.2 und 3 bezug genommen.

In F i g. 2 ist für unterschiedliche Drehzahlen /Vi und Afc der Druck als Funktion des Durchsatzes einer Pumpe 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 bei einer Drehzahl Ni zunächst bei A\ liege und die Drehzahl nun auf einen Wert Ni abgeändert wird. Der Arbeitspunkt verschiebt sich dann nach Λ2, wobei sich der Durchsatz auf einen Wert ändert, der, ausgehend von dem Anfangswert bei /Ί, mit dem Faktor N1/N1 zu errechnen ist oder dem Wert Pi entspricht, während sich der Druck auf einen Wert ändert, der, ausgehend von dem Anfangswert bei Qi, mit dem Faktor (N1/N1)² zu errechnen ist oder dem Wert Qi entspricht. Soll der Druck dagegen auf dem Anfangswert Pi konstant gehalten werden, so muß sich der Arbeitspunkt zu dem Punkt A3 auf der der Drehzahl Ni entsprechenden Kennlinie verschieben, was zur Folge hat, daß sich der Durchsatz auf den Wert Ch ändert Hieraus ergibt sich, daß sich die Aufrechterhaltung des Förderdrucks der Hauptpumpe Bi auf dem Wege einer drehzahlbezogenen Regelung erreichen läßt Drehzahländerungen sind jedoch mit einer Durchsatzänderung verbunden, was eine gleichzeitig erfolgende, entsprechende Regelung der Durchsätze der Pumpen B? und Bi bedingt, wenn ein festes Verhältnis dieser Durchsätze zu dem der Hauptpumpe ßi aufrechterhalten bleiben soll. Erreicht wird dies durch Änderung der Drehzahlen der Pumpen Bi und Bi. Bezeichnet man den Durchsatz der Entnahmeleitung 4 oder der Hauptpumpe ßi mit Q und die Durchsätze der zusätzlichen Leitungen 2 und 3 oder der Pumpen Bi und ßi mit X bzw. Y, so ist der Durchsatz der Hauptleitung 1 durch die Gleichung

Z=Q-X-Y

bestimmt.

Es ist somit klar, daß bei einer Konstanthaltung des Verhältnisses der Durchsätze X und Y der Pumpen Bi und Bi in bezug auf den Durchsatz Q der Hauptpumpe ßt auch die Mengenverhältnisse der aus den Zuführsystemen 1, 2 und 3 zugeführten gasförmigen Medien in dem Gemisch konstant gehalten werden können. Aus diesem Grund ist für die Hauptleitung 1 eine zusätzliche Pumpe nicht erforderlich, doch kann erwünschtenfalls eine solche vorgesehen sein.

Bei der gezeigten Mengenverhältnisregeleinrichtung wird der Förderdruck der Hauptpumpe ßi konstant gehalten, während bei jeder Drehzahländerung der Hauptpumpe ßi für die Pumpen Bi und ßi in den zusätzlichen Leitungen 2 und 3 diejenigen Drehzahlen festgelegt und eingestellt werden, die geeignet sind, eine der aus der Drehzahländerung der Hauptpumpe t resultierenden Durchsatzänderung verhältnisgleiche

Durchsatzänderung der Pumpen Bi und Bi zu bewirken. Mit anderen Worten, das Verhältnis der Drehzahländerungen der Pumpen Bi und Bi zu der Drehzahländerung der Hauptpumpe B\ ist so festgesetzt, daß sich der Durchsatz der betreffenden Pumpe B2bzw. Bi jeweils im gleichen Verhältnis ändert wie der Durchsatz der Hauptpumpe Bi, und die Drehzahlen der Pumpen Bi oder Bi werden entsprechend diesem Verhältnis geregelt. In diesem Sinne kann eine Eichkurve aufgestellt werden, welche die Beziehungen zwischen den Drehzahlen und dem Durchsatz für jede der Pumpen Bi, Bi und Bi wiedergibt, deren vorgegebene Durchsatzverhältnisse beibehalten werden sollen, und das erwähnte Drehzahlverhältnis kann dann aus einer solchen Kurve ermittelt werden.

F i g. 3 zeigt beispielartig Eichkurven für die Hauptpumpe Bi und die Pumpen Bi und Bi, deren vorgegebene Durchsatzverhältnisse beibehalten bleiben. Auf der Ordinate sind die Drehzahlen aufgetragen und auf der Abszisse die Durchsätze einer jeden dieser Pumpen. Es sei davon ausgegangen, daß die Hauptpumpe Bi und die Pumpe Bi mit einer Drehzahl Ni betrieben werden, während die andere Pumpe Bi mit einer Drehzahl Ni arbeitet, wobei sich der Durchsatz der Hauptpumpe B\ auf einem Wert Q\ beläuft, die Durchsätze der beiden Pumpen Bi und Bi dagegen auf Werte X\ und Vi. Erfolgt nun zur Konstanthaltung des Förderdrucks eine Drehzahländerung der Hauptpumpe B\ auf einen Wert M in Verbindung mit einer Durchsatzänderung auf einen Wert Qi, so entspricht dem, wie der Darstellung zu entnehmen ist, eine Durchsatzänderung der Pumpen Bi und Bi auf Werte Xi bzw. Yi, so daß deren Drehzahlen auf die Werte M bzw. Ni abgeändert werden müssen, um feste Durchsatzverhältnisse beizubehalten. Dies kann so geschehen, daß man die Verhältnisse der Drehzahländerungen Ni-N* und N\-Ni der Pumpen Bi bzw. Bi in bezug auf die Drehzahländerung M-M der Hauptpumpe Bi bestimmt und die Drehzahlen der einzelnen Pumpen entsprechend diesen Verhältnissen regelt.

Es sei nun wieder auf F i g. 1 Bezug genommen, um mit der Beschreibung der gezeigten Mengenverhältnisregeleinrichtung fortzufahren. Die Pumpen Bi, Bi und Bi werden jeweils von einem zugeordneten Antriebsmotor Af 1, M2 und Mi angetrieben, bei dem es sich um einen Wechselstrom-, Gleichstrom- oder Druckluftmotor handeln kann. Die Drehzahlen dieser Antriebsmotoren werden mit Hilfe von Steuereinrichtungen Ci, G bzw. d D ein Regelsignal zugeleitet, wobei die Steuereinrichtungen den jeweils zugeordneten Antriebsmotor Μι, M2 oder Mi entsprechend diesem Regelsignal steuern können. Bei der Druckmeßeinrichtung kann es sich um einen Druckwandler handeln, der geeignet ist, den in der Entnahmeleitung 4 herrschenden Druck mit einem Sollwert-Bezugsdruck zu vergleichen und bei einer etwaigen Abweichung ein elektrisches Signal zu erzeugen. Druckwandler dieser Art sind nach dem Stand der Technik bekannt und bedürfen keiner näheren Erläuterung. Wie aus F i g. 1 hervorgeht, sind zwischen die Druckmeßeinrichtung Deinerseits und die Steuereinrichtungen Ci und Ci andererseits Verhältnisregler VR\ bzw. VRi gelegt. Bei diesen Verhältnisreglern kann es sich um Regelwiderstände handeln, die bewirken, daß den Steuereinrichtungen Ci und Ci im Ansprechen auf ein Fehlersignal von gegebener Größe unterschiedliche Regelsignale zugeführt werden, sodaß ein solches Verhältnis der Regelsignale der Steuereinrichtungen Ci, Ci und Ci eingehalten wird, wie es erforderlich ist, um die Drehzahlen der betreffenden Pumpen so abzuändern, daß in dem Gasgemisch in der Entnahmeleitung 4 bestimmte Mengenverhältnisse der gasförmigen Medien gewahrt bleiben.

Erwünschtenfalls kann auf die Verwendung von Verhältnisreglern auch verzichtet werden, wenn man Steuereinrichtungen vorsieht, die so aufgebaut sind. daO sie^die Drehzahlen der Pumpen Bi, Bi und Bi im Ansprechen auf ein Fehlersignal von gegebener Größe mit unterschiedlicher Übersetzung regeln.

Fig.4 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Regelung nach mechanischen Prinzipien erfolgt. Bei den Antriebsmotoren Mi, Mi und Mi handelt es sich um Druckluftmotoren und bei den Steuereinrichtungen Ci, Ci und Ci um Ventile zur Regelung der Druckluftzufuhr zu den Motoren. Die Drehzahl eines Druckluftmotors ist dem Druck der zugeführten Druckluft proportional, und der Druckluftmotor stellt daher zusammen mit einer automatischer Druckluftregelung in Form eines Ventils ein regelbare; Fördersystem dar, wie es für die Zwecke der Erfindung in Betracht kommt Auch hier beruht der Regelungsvorgang auf der Feststellung einer Abweichung des in der Entnahmeleitung 4 herrschenden Drucks von einerr Sollwert-Bezugsdruck. Bei dieser Ausführungsform sine drei gesonderte Druckmeßeinrichtungen Di, Di und D an die Entnahmeleitung 4 angeschlossen, um der Steuereinrichtungen Ci, C2 bzw. d Signale zur Drehzahlregelung der Pumpen Bi, Bi und Bi im Sinne dei

gesteuert bei denen es sich um Motordrehzahlregler,

Luftdnickregler oder Magnetventile handeln kann. Die 50 Einhaltung bestimmter Drehzahlverhältnisse zuzufüh

Antriebsmotoren stellen in Verbindung mit den ren. Bei der dargestellten Ausführungsform sind di<

Steuereinrichtungen jeweils ein regelbares Fördersy- Steuereinrichtungen gesondert von den Druckmeßein

stem dar. richtungen vorgesehen, doch können sie mit diesen aucf

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wird in Form des vorerwähnten handelsüblichen Durchsatz

jederderSteueränrichtungenCQundGvoneinerin 55 reglere für gasförmige Medien zusammengefaßt sein,
die Entnahmeleitung 4 gelegten Druckmeßemrichtung

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mengenverhältnisregeleinrichtung zum selbsttätigen proportionalen Zuführen von flüssigen odei· gasförmigen Medien aus einer Hauptleitung und mindestens einer zusätzlichen Leitung in. eine Entnahmeleitung, bei der zumindest in der zusätzlichen Leitung eine Pumpe angeordnet ist, der eine Steuereinrichtung zugeordnet ist, welche die Drehzahl der Pumpe entsprechend einem von einer hinter der Pumpe angeordneten Meßeinrichtung gelieferten Signal auf den zum Konstanthalten des Mischungsverhältnisses erforderlichen Wert einregelt, gekennzeichnet durch eine in der Entnahmeleitung (4) angeordnete Hauptpumpe (B\), eine hinter der Hauptpumpe angeordnete Druckmeßeinrichtung (D) zum Feststellen einer Abweichung des in der Entnahmeleitung (4) herrschenden Drucks von einem vorgegebenen Druck und eine von der Druckmeßeinrichtung (D) gesteuerte Steuereinrichtung (C) zur Regelung der Drehzahl der Hauptpumpe (B\) zum Konstanthalten des in der Entnahmeleitung (4) herrschenden Drucks und eine von der Druckmeßeinrichtung (D, Di, Di) gesteuerte Verhältnissteuereinrichtung (VRi, Ci; VRi, Ci) zur Drehzahlregelung der in der zusätzlichen Leitung (2, 3) angeordneten Pumpe (Bi, Bi) im Sinne der Einhaltung des jeweils zur Herbeiführung einer Durchsatzänderung dieser Pumpe (Bi, Bi) im Verhältnis zu der durch eine Drehzahländerung der Hauptpumpe (B\) bedingten Durchsatzänderung der Hauptpumpe (Bt) nötigen Verhältnisses der Drehzahländerung der Pumpe (Bi, Βή zur Drehzahländerung der Hauptpumpe (ßi).

2. Mengenverhältnisregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hinter der Hauptpumpe (B\) angeordnete Druckmeßeinrichtung (D, Di, Di) geeignet ist, ein elektrisches Steuersignal zu erzeugen.

3. Mengenverhältnisregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hinter der Hauptpumpe (B\) angeordnete Druckmeßeinrichtung (D, Di, Di) geeignet ist, ein mechanisches Steuersignal zu liefern.