DE2311472A1

DE2311472A1 - Gasdruckregler

Info

Publication number: DE2311472A1
Application number: DE19732311472
Authority: DE
Inventors: Charles Detroit Stang Jun
Original assignee: Maxitrol Co
Current assignee: Maxitrol Co
Priority date: 1972-03-13
Filing date: 1973-03-08
Publication date: 1973-09-27
Also published as: IT979115B; US3773071A; BE796236A; NL7303051A; GB1395096A; FR2175986B1; CA988809A; FR2175986A1; DE2311472B2

Description

PATENTANWÄLTE £ 3 I f 4- 7

DK. ing. H. !MEGENI)ANK ■ dipl-ixg. H. IIAUOK · «ipl-phys. W- SCHMITZ Dipl. Ing. E. Graalfs hamburg-münchen Dipl. Ing. ¥. Wehnert

ZUSTELLTJ NOSAN SC H KI FT: HAMBURG 36 · NKUER WALL 41

TKI,. 3β 74 28 UJVO »64115

TEI.KGH. XEHEDAPiTENT HAMBURG

MÜNCHEN 15 ■ MOZARTSTR. 23

TEL·. 5 3S O3 S<1

TELEGH. IV EG E ;. AI· ATK.¹VT MÜNCIIEN

Hamburg,den 13. Februar 1973

MAXITROL COMPANY
23555 Telegraph Road,
Southfield. Michigan 48075/USA

Gasdruckregler

Die Erfindung betrifft einen Gasdruckregler zur Regelung eines denselben passierenden Gasstroms, so daß der Druck an der Auslaßseite trotz Änderungen des Druckes in der Einlaßseite und der Strömungsgeschwindigkeit durch, den Hegler im wesentlichen konstant bleibt.

Bei Gasdruckreglern, mit denen sich die Erfindung befaßt, werden verhältnismäßig niedrige Einlaßgasdrücke in der Größenordnung von etwa 5o oder 76 mm W.3. bis 585 oder mm W.8. geregelt, wobei es erwünscht ist, mit dem .Regler den Auslaßdruck trotz wesentlicher Änderungen des Einlaß= druckes oder der Strömungsgeschwindigkeit des Gases durch den Regler konstant zu halten. Die verschiedenen konstruk= tiven Eigenschaften eines Gasreglers stehen diesem Ziel der

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— 2 —

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirkungsweise eines Gasreglers, wie z.B. eines Seglers nach der US Patent« schrift 2 668 396 so zu verbessern, daß er einen annehmbar konstanten Auslaßdruck über einen großen Bereich von sich ändernden Einlaßdrücken und Strömungsgeschwindigkeiten durch den Regler aufrecherhält, wie es bisher nicht möglich war.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Änderung der Einrichtung zum Abtasten des Druckes erzielt, auf den die Membrane des Ventils anspricht, wobei diese abgeänderte Abtast» einrichtung mehrere Abtastdurchgänge, vorzugsweise zwei, auf= weist, welche verschiedene bestimmte Stellen im Auslaßkanal des Reglers mit der Abtastkammer verbinden, die auf einer Seite der Membrane angeordnet ist.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Irfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben werden. Ss zeigern

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine Mittenebene eines Reglers gemäß der Erfindung, aus dem der gerade Gasdurchgangskanal ersichtlich ist; und

Fig. 2 einen rechtwinklig zum Schnitt der Figur 1 liegenden vertikalen Schnitt entlang einer Mittenebene.

Die Erfindung ist in Verbindung mit einem Gasregler R wie er in der zuvor erwähnten US Patentschrift 2 668 396 offenbart ist, dargestellt. Er weist ein Gehäuse 1 mit einem geraden

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Aufreehterhaltung eines im wesentlichen konstanten Auslaßdruckes entgegen. Unter diesen Eigenschaften sind die Federwirkung, die Membranewirkung, die Körperwirkung, die Ventilwirkung» die Wirkung von Momentumkräften, die dynamische Druckwirkung und die Wirkung des Kippens des Heglers zu nennen. Jede dieser Wirkungen wirkt der Aufrechterhaltung eines konstanten Auslaß= druckes, wenn sich die JDurchflußgeschwindigkeit durch den Hegler ändert mehr oder weniger entgegen. Im allgemeinen be« wirken diese Wirkungen eine Abnahme des Auslaßdruckes, wenn sich die Durchströmgeschwindigkeit erhöht.

Bei Gasreglern, wie sie in der US Patentschrift 2 686 396 beschrieben und beansprucht sind, sind diese Wirkungen durch diese besondere Konstruktion des Reglers auf ein Minimum reduziert. Dieser bekannte Regler weist ein konisches Ventil auf, das den geraden Durchgangskanal schneidet. Es wurde fest* gestellt, daß das konische Ventil im wesentlichen ausgeglichen ist _f und daß die Reglerkonstruktion die Verwendung einer klei= neren Membrane und einen kürzeren Gasdurchgang gestattet, was alles zu einer flacheren Auslaßdruckkurve im Vergleich mit früheren Gasreglern beiträgt, bei denen ein Teller- oder Bigelventil in Verbindung mit einer Membrane verwendet wurde.

Die Erfindung basiert auf der Entdeckung, daß der Betriebs* bereich eines Gasreglers nach der US Patentschrift 2 268 396 oder wahrscheinlich anderer Regler, bei denen der Gasdurchgang von der Membranekammer getrennt ist, durch eine Änderung der Abtastlochanordnung im Regler erweitert werden kann.

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Gasdurchgangskanal 3 auf, der sich horizontal durch den Regler erstreckt. Dieser Kanal ist in einem mittleren Abschnitt von einer Ventilkammer 5 geschnitten und kann somit als in. einen Einlaßkanal 7 und einen Auslaßkanal 9 unterteilt ange= sehen werden. Der Ein- und Auslaßkanal haben vorzugsweise gleiche Durchmesser und zwar vorzugsweise den lichten Durch= messer des Ein* und AuslaSrohres, die in die größeren ,Rohr* gewinde 11 und 13 aufweisenden Sin- und Auslaßkanäle 7 bzw. eingeschraubt sind.

Die Ventilkammer 5 weist einen unteren Abschnitt 15 und einen oberen Abschnitt auf, welcher den Gasdurchgangskanal 3 schneidet. Die Ventilsitze 17 und 19 umgeben die Öffnungen der Ein« und Auslaßkanäle 7 bzw. 9» äie 3ja öie Ventükasamer 5 münden und haben die Form sich aufrechterstreckender Sitzflächen_fdie dem den Strömungsdurchgang regelnden Yeirfeilkörper 21 angepaßt sind. Wie eingehender in der US Patentschrift 2 668 396 beschrieben, sind der Ventilkörper 21 und die Ventilsitze 17 und "19 im wesentlichen konisch ausgebildet und wirken zusammen, um die Strömung vom Einlaßkanal 7 in den Auslaßkanal 9 zu messen und den Druckabfall zwischen den beiden Kanälen zu regeln, um einen im wesentlichen konstanten Druck einer ge= wünschten Hohe im AuslaSkanal 9 aufrechtzuerhalten. Das Ventil 21 ist mittels einer vertikalen Sippe 22 geführt.

Der Ventilkörper 21 kann durch irgendeine geeignete Betäti= gungsvorrichtung, die auf Druckänderungen im Auslaßkanal 9 anspricht zum Ventilsitz hin- und fortbewegt werden. Obwohl hierfür vorzugsweise eine Membrane verwendet wird, wie dies

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nachfolgend beschrieben ist. Der Ventilkörper 21 weist einen koaxialen Schaft 23 auf, der sich durch eine Öffnung 25 in einer Wand 26 des Gehäuses und in eine Druckabtastkammer 27 erstreckt, die am Boden durch die unregelmäßig geformte Wand 26 und an den Seiten durch die ringförmige Seitenwand 28 be* grenzt ist, die sich aufwärts von der Wand 26 erstreckt. Bin Deckel 29 für das Gehäuse 1 weist einen Hohlraum 31 auf, der die Kammer 27 ergänzt, um eine die ^mbrane 35 aufnehmende Kammer 33 zu bilden. Der äußere Umfang der Membrane 35 ist strömungsmitteldicht zwischen den Flanschen des Deckels und des Gehäuses, wie bei 37 gezeigt, eingeklemmt, wobei luft im Hohlraum 31 durch die lüftungsöffnung 38 entweichen kann.

Der Ventilschaft 23 ist in geeigneter Weise, wie z.B. durch die Rlembraneplatten und Kiemmuttern, wie bei 39 gezeigt, ver*= bunden und mit der Membrane beweglich. Die Membrane und das Ventil sind in Ventiloffnungsrichtung durch eine Schrauben* druckfeder 41 beaufschlagt, die zwischen der oberen Fläche der Membrane 35 und einem Sinstellstopfen 43 abgestützt ist ,welch letzterer in die vertikale, rohrförmige Federführung 45» die einen Teil des Deckels 29 bildet, eingeschraubt ist. Eine £appe 49 ist in das obere Ende der Führung 45 eingeschraubt und mit einem Loch 51 versehen, welches zur Aufnahme der üblichen Plombe dient, die verwendet wird, um unbefugte Druckänderungen der Feder 45 zu verhindern.

Gemäß der Erfindung erstrecken sich zwei Abtastdurchgänge und 55 durch verschiedene Teile der Wand 26, um die Steuer* druckabtastkammer 27 mit dem Auslaßkaaal 9 zu verbinden.

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Bei der bevorzugten, dargestellten lusführungsf orm liegt der Abtastdurchgang 53 in einer Mittenebene im oberen Abschnitt der Wand 26, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist und recht= winklig mit Bezug auf den oberen Teil des Auslaßkanals 9. Der Abtastdurchgang 55 ist winklig gegenüber dem Abtastdurch= gang 53 versetzt und vorzugsweise in einem Seitenäbschnitt der Wand 26 angeordnet, so daß seine Mitte nahe aber etwas über einer horizontalen Ebene liegt, die durch die Längsachse des Gasdurchgangskanals 3 geht. Mit anderen Worten gesagt ,ist die Öffnung des Abtastdurchgangs 55 im Auslaßkanal 9 Vorzugs« weise nach einer Seite um 90° vom Auslaßkanal 9 versetzt. Das heißt, bei Betrachtung der Pig. 2, daß der Abtastdurch= gang 55 eine etwa 9 Uhrstellung einnimmt, die auch eine etwa 3 Uhrstellung sein könnte.

Hinsichtlich der Axialstellung der Abtastdurchgänge 53 und 55 liegt der Abtastdurchgang 53 vorzugsweise unmittelbar stromabwärts vom Übergangsabschnitt 57 zwischen den großen und kleinen Abschnitten des Auslaßkanals 9» wohingegen der Abtastdurchgang 55 vorzugsweise unmittelbar über dem inneren. Ende des vergrößerten Abschnitts 13 des Auslaßkanals 9 liegt, d.h. in dem Übergangsabschnitt 57· Die Stellung des Abtast» durchgangs 53 entspricht dem Abtastdurchgang der US Patent* schrift 2 668 396, wohingegen der Abtastdurchgang 55 eine Stellung einnimmt, die im wesentlichen der eines handelüb* liehen Seglers entspricht.

Es wurde festgestellt, daß durch Verwendung der beiden Abtast« durchginge zum Abtasten des Druckes im Auslaßkanal 9 aa zwei verschiedenen Winkelabstände einnehmenden Stellen ein resultäBisiider

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Druck in der Abtastkammer 27 erzielt wurde, der die Wir« kungsneise des Reglers verbessert. So werden verhältnismäßig konstante Auslaßdrücke über einen weiteren Bereich der Strö« mungsgeschwindigkeiten und der Einlaßdrücke erzielt, als dies mit einem einzigen Abtastdurchgang der einen oder anderen Art aöglieh ist. Bs wurde festgestellt, daß die Kombination der beiden Abtastdurchgange die Auslaßdruckkurve so abflacht, daß beispielsweise ein Hegler den Anforderungen des American National Standard Institute (ANSI) für Klasse I und Klasse II entspricht.

Der Grund, warum die beiden Abtastdurchgänge 53 "und 55 be* achtlich bessere Resultate ergeben als eines dieser Löcher allein, dürfte darin zu sehen sein, daß jeder Abtastdurchgang einen unterschiedlichen Druck im Auslaßkanal wahrnimmt, wobei der eine wahrscheinlich dazu neigt, den anderen während ge« wisser Betriebbedingungen zu beherrschen. Es erscheint, daß der Abtastdurchgang 55 einen geringeren Druck als der Abtast« durchgang 53 wahrnimmt und daher dazu neigt, die Membrane das Ventil mehr öffnen zu lassen und den Auslaßdruck zu er« höhen. Dies ist bei Betriebsbedingungen mit geringem Diffe« rentialdruck und großer Ventilöffnung vorteilhaft, da die Neigung besteht, die verschiedenen, zuvor aufgezählten Wir= kungen abzuschwächen, so daß der Auslaßdruck abnimmt oder einen Abfall in der Kurve bewirkt. Der Abtastkanal 53 scheint einen höheren Druck wahrzunehmen und hat daher eine geringe oder keine Steigerungswirkung und ist bei hohen Differential« drucken und wenn das Ventil beinahe geschlossen ist vorteil« haft. Ss erscheint somit, daß der Abtastkanal 55 "bei

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niedrigen Einlaßdrücken und großen öffnungen vorherrschend ist, während der Abtastdurchgang 53 bei hohen Einlaßdrücken und kleinen Öffnungen vorherrschend ist. Die komhinierte Abtastung der beiden Abtastdurchgänge gibt das gewünschte Resultat einer flachen Kurve über einen großen Bereich der Strömungsgeschwindigkeit und des Einlaßdruckes.

Bei einer weiterreichenden Anwendung bei anderen Reglern, die einen von der Membrane oder, der Ventilbetätigung geson*= derten Strömungsweg aufweisen, lehrt die Erfindung die Ver* wendung von zwei oder mehr Abtastdurchgängen, um zwei oder mehr verschiedene Druckzustände im Auslaßkanal zu erfassen. Einer der Abtastdurchgänge sollte so angeordnet sein, daß er einen Druck wahrnimmt, der niedriger als der Durchschnitts» druck im AuslaSkanal ist, um so dazu zu neigen, den Auslaß= druck zu erhöhen und die verschiedenen anderen Faktoren zu vermindern, die insbesondere bei geringen Drücken dazu neigen, einen Abfall des Auslaßdruckes gegen die Stromungsgeschwin«= digkeitskurve zu bewirken, Der andere Abtastdurchgang sollte, falls zwei verwendet werden, so angeordnet sein, daß er einen höheren Druck wahrnimmt, der vorzugsweise über dem Durch» schnittsdruck im Auslaßkanal liegt.

Somit ist mit der Erfindung in einem weitgefaßten Sinne ein Gasdruckregler geschaffen, bei dem die Stellung des Regel* ventils von einem Steuerdruck abhängt, der sich aus Drücken zusammensetzt, die an zwei oder mehr Punkten an der Auslaß*= seite des Ventils wahrgenommen werden. Diese Punkte liegen voneinander getrennt und sind wenigstens unter härteren

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Arbeitsbedingungen bei mittleren Strömungsgeschwindigkeiten und Differentialdrücken verschiedenen Druckwerten zu gegebenen Zeitpunkten ausgesetzt, wobei einer der Punkte vorzugsweise einen Druck unter dem Duchschnittswert für die Auslaßseite
ausgesetzt ist. Änderungen der speziellen dargestellten
Konstruktion können, ohne vom. Erfindungsgedanken abzuweichen, vorgenommen werden.

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Claims

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diese Seite der Membrane vom Gasdurchgangskanal (3) mit Aus= nähme der Verbindung durch die Abtastdurchgänge getrennt ist.
2.) Gasdruckregler nach Anspruch 1, dadurch gekenn= zeichnet, daß das Gehäuse (1) eine Wand (26) aufweist, die den Boden der Membranekammer (2?) und einen oberen !Teil des Gasdurchgangkanals bildet, und daß die Abtastdurchgänge (53j55) sich durch diese Wand erstrecken.
3.) Gasdruckregler zur Regelung eines denselben passie= renden Gasstroms, so daß der Druck an der Auslaßseite trotz Änderungen des Druckes an der Einlaßseite und der Strömungs= geschwindigkeit durch den Begier im wesentlichen konstant bleibt, mit einem Gehäuse (1), das eine Membranekammer (2?) mit vertikaler Achse und einen Gasdurchgangskanal (3), der

sich.

einen Abstand von der Kammer hat und/entlang einer im wesentlichen horizontalen, senkrecht zu der Kammerachse liegenden Linie erstreckt, aufweist, einem im Gehäuse vorgesehenen Ventil= sitz (17,19), der einen mittleren Abschnitt des Gasdruchgangs» kanals (3) schneidet und denselben in einen EinlaSabschnitt (7) und einen Auslaßabschnitt (9) unterteilt? einer wirksam in der Kammer (27) angeordneten Membrane (35); einem an der Membrane befestigten, sich mit der Membrane entlang der Kammerachse bewegenden, im Gasdurchgan^canal (3) angeordeneten und mit dem Ventilsitz (17,19) zusammenwirkenden, den Druck im Auslaß= abschnitt (9) regelnden Ventilkörper (21) und einer Einrichtung, die mehrere Abtastdurchgänge (53,55) aufweist, deren eine Enden an verschiedenen, einen wesentlichen Abstand voneinander aufweisenden Stellen in den Auslaßabschnitt (9) münden, während die anderen Enden eine Verbindung zur Membranekammer (27)

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Patentansprüche

M.)/ Gasdruckregler zur Regelung eines denselben passie* renden Gasstroms, so daß der Druck an der Auslaßseite trotz Änderungen des Druckes an der Einlaßseite und der Ströxaungs* geschwindigkeit durch den Regler im wesentlichen konstant bleibt mit einem Gehäuse (1), das eine Membrankanjmer (27) mit vertikaler Achse und einen Gasdurchgangskanal (3), der einen Abstand von der Kammer hat und sich erfeng einer im wesentlichen horizontalen, senkrecht zu der ifaramerach.se liegenden Linie erstreckt, aufweist, einem im Gehäuse vorgesehenen Ventilsitz (17» 19)» der einen mittleren Abschnitt des Gasdurchgangskanals (3) schneidet und denselben in einen Einlqßäbaciinitt (7) und einen Auslaßabschnitt (9) unterteilt; einer wirksam in der Kammer (27) angeordneten Membrane (35)» einem an der Membrane befestigten, sich mitder Membrane entlang der Kammerachse bewegenden, im Gasdurchgangskanal (3) angeordneten und mit dem Ventilsitz (17*19) zusammenwirkenden, den Druck im Auslaß= abschnitt (9) regelnden Ventilkörper (21),' der zusammen mit dem Ventilsitz im wesentlichen konisch ausgebildet ist und deren Konusachse im wesentlichen mit der Kammerachae zusammenfällt und einer Einrichtung, die wenigstens zwei Abtastdurchgänge (53t55) aufweist, deren eine Enden an verschiedenen, einen wesentlichen Abstand voneinander aufweisenden Stellen in den Auslaßabschnitt (9) münden, während die anderen Enden «ine Verbindung zur M«abran«kama#r (27) herstellen, um eine Seite der Membran· (35) mit dem an verschiedenen Stellen des Auslaßabschnitte (9) herrschenden Druck zu beaufschlagen, wobei

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herstellen, um eine »Seite der Membrane (35) mit dem an verschie» denen Stellen des Auslaßabschnitts (9) herrschenden Druck zu beaufschlagen, wobei diese Seite der Membrane vom Gas= durchgangskanal (3) mit Ausnahme der Verbindung durch die Abtastdurchgänge getrennt ist.
4.) Gasäruckregler nach Anspruch 3, dadurch gekenn= zeichnet, daß die Abtastdurchgänge (53,55) um etwa 90° zu= einander versetzt angeordnet sind.
5.) Gasdruckregler nach Anspruch 4, dadurch gekenn= zeichnet, daß einer der Abtastdurchgänge (53) mit Bezug auf die Mittenebene des Reglers im wesentlichen in der 12 Uhr= stellung angeordnet ist.
6.) Gasdruckregler zur fiegelung eines denselben passie= renden Gasstroms, so da3 der Druck an der Auslaßseit« trotz Änderungen des Druckes an der EinlaSseite und der Strömungs= geschwindigkeit durch den Segler im wesentlichen konstant bleibt, mit einem Gehäuse (1), das einen Gasdurchgangskanal (3) und einen denselben an einem mittleren Abschnitt schnei= denden Ventilsitz (17,19) aufweist, der den Gasdurchgangskanal in einen SinlaSabschnitt (7) und einen Auslaßabschnitt (9) unterteilt, einer auf den Auslaßdruck ansprechenden Betäti« gungsvorrichtung (35), mit der ein Ventilkörper wirksam ver* bunden ist, der mit dem Ventilsitz (1?f19) zusammenwirkt und den Druck im AuslaBabschnitt (9) regelt, einer Drudsbtastkammer (27), die mit der Betätigungsvorrichtung (35) zusammenwirkt uäid einer Einrichtung, die mehrere Abtastdurchgänge (53»55) Aufweist, die in die Abtaetkaamer (27) münden und eine

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Verbindung mit verschiedenen, einen wesentlichen Abstand von« einander aufweisenden Stellen des Aus laß ab schnitte (9) her» stellen, um die Betätigungsvorrichtung (35) mit dem Druck der verschiedenen Stellen des Auslaßabschnitts (9) zu beaufschlagen.
7.) Gasdruckregler mit einem Gehäuse (1), das einen Gas« durchgangskanal (3) aufweist, in dem eine Ventilkammer (5) angeordnet ist, die den Gasdurchgangskanal in einen Sinlafl= abschnitt (7) und einen AuslaSabschnitt (9) unterteilt, wobei ein in der Ventilkammer (5) angeordneter Ventilkörper (21) die Strömung zwischen dem Sin- und Auslaßabschnitt (7bsw.9) regelt, einer auf Druck ansprechenden Vorrichtung (35)» di· die Bewegung des Ventilkörpers (21) steuert, so daß die Stellung des Ventilkörpers (21) durch den Druck, der auf die auf Druck ansprechende Vorrichtung (35) wirkt, bestimmt wird, einer Druck* kammer (27), die der auf Druck ansprechenden Vorrichtung (35) zugeordnet ist und in der der Steuerdruck herrscht, der auf die auf Druck ansprechende Vorrichtung wirkt, einer ersten Druckabtaststelle im Auslaßabschnitt (9), wo ein im wesentlichen an Durchschnittsdruck herrscht, einer zweiten Abtaststelle im Auslaßabschnitt (9), wo der Druck unter dem Durchschnitt liegt und Durchgangskanal· (53,55), die den ersten und den zweiten Druckabtastpunkt mit der Druckabtastkammer (27) verbinden, so daß der Druck von jeder Abtaststelle der Kammer zugeführt wird, um den Steuerdruck zu bilden.

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