-
OHNE HILFSENERGIE ARBEITENDE STEUERVORRICHTUNG jR GAS-DRUCKREGELVENTILE
Die Erfindung betrifft eine ohne Hilfsenergie arbeitende Steuervorrichtung für Gasdruckregelventile,
welche den sich zeitlich ändernden Druck von gasförmigen Medien auf einem konstanten,
vorgegebenen Wert hält.
-
Zur Regelung des Gasdruckes sind zahlreiche Vorrichtungen bekannt.
-
Die charakteristischsten der bekannten Vorrichtungen A654-2718/VL
sind
die sog. unmittelbaren (direkten) und die vorgesteuerten oder auch Integraldruckregler.
-
Bei den unmittelbaren Druckreglern ist in das Leitungssystem des
gasfömigen Mediums ein Stellventil eingebaut. Die Achse des Ventils steht unmittelbar
oder über eine Übersetzung, zum Beispiel ein Gestänge, mit einer Arbeitsmembran
in Verbindung.
-
Eine auf der Arbeitsmembran angebrachte Gewichts- oder Federbelastung
hält die Membran in ihrer unteren Lage und fixiert das Stellventil in Offen-Stellung.
Der Raum unter der Arbeitsmembran ist durch eine Fühlerleitung oder - bohrung mit
dem Raum hinter dem Stellventil verbunden.
-
Wird in den Leitungsabschnitt vor dem Stellventil Gas eingeleitet,
so strömt dieses durch das offene Stellventil in die Ausgangsseite und bt durch
die Fühlerbohrung hindurch einen Druck auf die Arbeitsmembran aus. Wenn der Druck
den Wert erreicht, der der auf der Arbeitsmembran befindlichen Belastung entspricht,
hebt sich die Arbeitsmembran, und das mit ihr verbunde Stellventil wird geschlossen.
-
Wird ein Verbraucher zugeschaltet, so sinkt der Druck in der Ausgangsleitung
und gleichzeitig in dem Raum unter der Membran ab, die Arbeitsmembran wird durch
ihre Belastung weiter nach unten gedrückt, und infolgedessen öffnet sich das Stellventil.
-
Das Stellventil bleibt offen, bis der Raum unter der Arbeitsmembran
den eingestellten Solldruck erreicht hat. Daraus folgt, daß sich der an er Ausgangsseite
anliegende Druck bei direkt gesteuerten Reglern mit dem Anwachsen der Durckflußmenge
ständig verringert, da für eine größere Durckflußmenge eine größere Ventilöffnung
notwendig ist und dazu sich die Membran weiter nach unten bewegen beziehungsweise
der unter ihr herrschende Druck vermindert werden muß.
-
Der Umstand, daß bei gasverbrauchenden Vorrichtungen auch bei sich
änderndem Verbrauch das Einhalten eines annähernd
konstanten Gasdruckes
wünschenswert ist, schränkt die-C)finunÕ os Ventils beziehungsweise den Regelbereich
ein, so daß bei der utmittelbar gesteuerten Regelung nur ein geringer Tei] der maximalen
Durchlaßfähigkeit des Ventils genutzt werden kann.
-
Darum gingen die Bestrebungen dahin, die Leistung der Regler - unter
Einhaltung eines annähernd konstanten Druckes an der Ausgangsseite (im folgenden:
Ausgangsdruck) - zu steigel-n.
-
Eines der Ergebnisse dieser Bestrebungen ist die Interalregelung,
bei der die Bewegung des Stellventils durch das Gas an der Eingangsseite, das unter
höherem Druck steht, vorgenommen wird. Der Ausgangsdruck wirkt nur auf die Fühlermembran
des Vorregels und öffnet beziehungsweise schließt unter geringem Energieaufwand
lediglich dessen Nadelventil. In den Raum unter der Arbeits embran wird das Gas
mit dem vor dem Stellventil herrschenden Eingangsdruck eingelassen, welcher die
Arbeitsmembran anhebt und mit Hilfe eines Winkelhebels das qtellventil offen-halt
Wenn der Druck an der Ausgangsseite den gewünschten Wert erreicht hat, öffnet die
sich anhebende FUhlermembran das Nadelventil, und durch dieses hindrch hat das unter
Eingangsdruck stehende Gas d Möglichkeit, in Richtung der Ausgangsseite zu entweichen.
-
Aus dem Unterschied zwichen Eingangs- und Ausgangsdruck stellt sich
in der Steuernadelventilkammer ein mittlerer Druck ein. Die Steuerventilkammer und
der Raum über der Arbeitsmembran stehen miteinander in Verbindung.
-
Wenn der mittlere Druck, der sich eingestellt hat, ansteigt, so gelangt
Gas in den Raum über der Arbeitsmembran und bildet ein Gegengewicht gegen die Hubkraft
des EingangsdtuckeE; die Membran senkt sich und das Stellventil beginnt zu sheliepen.
-
Das Stellventil schließt dann völlig, wenn durch Ansteigen des Ausgangsdruckes
der mittlere Druck einen Wert erreicht hat, bei dem die Summe seiner auf die Arbeitsmembran
wirkenden Kraft und dem Gewicht der Arbeitsmembran größer ist als die durch den
Eingangsdruck von unten auf die Membran wirkende Hubkraft.
-
Sinkt der Ausgangsdruck, so sinkt auch der mittlere Druck, und der
von unten auf die Arbeitsmembran wirkende Eingangsdruck ist fähig, diese anzuheben,
wodruch das Stellventil öffnet.
-
Von den Integraldruckreglern sind zahlreiche Ausf6hrungsformen bekannt.
Allen Typen ist gemeinsam, daß sie das Stellsignal von der geregelten Seite erhalten,
während die zur Stellarbeit nötige Energie vom Eingangsdruck geliefert wird.
-
Mit diesen Reglern kann der auf einen Sollwert eingestellte Gasdruck
bis zur Grenze des maximalen Durchlasses geregelt werden.
-
Eine kennzeichnende Eigenschaft der beschriebenen Regler ist, daß
außer Betrieb das Stellventil geschlossen ist. Dies ist nachteilig, weil die zum
Öffnen des Ventils notwendige Energie, die sich aus dem gemeinsamen Gewicht der
Arbeitsmembran und des an diese angeschlossenen Stellventile ergibt, augenblicklich
vorhanden sein muß, wenn der Verbrauch beginnt. Die Zeit des Stellsignals, die Funktionsszeit
des Steuerreglers, ferner die Ausbildung des mittleren Druckes, die Verminderung
des Gegendruckes über der Arbeitsmembran und nicht zuletzt die Energie, die nötig
ist, um die das Stellventil an seinen Sitz andrückende Kraft zu überwinden, verlängern
die Stellzeit ganz beträchtlich.
-
Die Schließzeit des Stellventils ist wesentlich günstiger, aber auch
diese wird von einer Änderung des Eingangsdruckes stark beeinflußt.
-
Aus den angegebenen Gründen kann der Regler mit Vorsteuerung mit
Erfolg nur in Fällen angewendet werden, wo zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck
ein wesentlicher Unterschied besteht.
-
Von den auf Grund des im obigen beschriebenen Prinzipes arbeitenden
Regler sind die charakteristischsten die GASELAN-Regler.
-
Der Regler Gaselan GRDS ist für Niederdruck geeignet.
-
Die Vorrichtung ist als kombinierter Regler ausgeführt, der mit einem
Vorsteuerregler gegebenenfalls zur Abgabe von Druckwellen
geeignet
ist. Gleichzeitig ist der Regler als Regler mit Direktsteuerung zu betrachten, bei
dem in die Ausgangsleitung eine Venturidüse eingebaut ist. Eine ebenfalls dort angebrachte
Drosselklappe lenkt einen Teil des Gasstromes in die Ventundüse. içlit Hilfe der
Saugwirkung der Venturidüse wird über die angeschlossene Leitung eine Depression
in einer Kammer hervorgerufen, deren Umkehrventil durch eine gewichtsbelastete Membran
betätigt wird. Der Raum unter der membran erhält den Druck von der Ausganzsleitung,
und die Gewichtsbelastung der embran hält dem eingestellten Ausgangsdruck das Gleichgewicht.
-
Herrscht in der Ausgangsleitung der Solldruck, so befindet sich die
gewichtsbelastete Membran in angehobener Stellung, und die Depression gleicht sich
durch das Umkehrventil hindurch aus, denn die Kammer unter dem Umkehrventil und
die Ausgangsleitung sind miteinander verbunden.
-
Mit dem Ansteigen des Verbrauchers sinkt der Druck der Ausgangsleitung
bei direkt gesteuerten Reglern in charakteristischer Weise. In diesem Palle senkt
sich die gewichtsbelastete Membran, das Umkehrventil verschließt den Weg in Richtung
der Ausgangsleitung und öffnet gleichzeitig den sich an die Fühlerkammer anschließenden
Leitungsschnitt. Auf diese Weise verursacht die Saugwirkung der Venturidüse einen
Druckabfall- unter der Arbeitsmembran, diese sinkt unter der unveränderten Belastung
nach unten und öffnet das Stellvantil. Nachdem durch die zusäztliche Gasmenge in
der Ausgangsleitung der einmestellte Solldruck erreicht ist, beginnt auch der Druck
unter der das Umkehrventil betätigenden Membran zu wachsen; Die Membran hebt sich,
und das Umkehrventil gelangt wider in den Ausgangszustand, d; h. die Saugwirkung
der Venturidüse wirkt sich nicht mehr in der Fühlerkammer aus, sondern erhält ihren
Ausgleich erneut aus dem neutralen Abschnitt der Ausgangsleitung.
-
Die beschriebene Vorrichtung ist nur zur Regelungkleiner Ausgangs-
und Eingangsdrücke geeignet (Pl max. = 500- mm Ws, P2 50-100 mm Ws), und zwar einesteils,
weil die in der Ausgangsleitung
angebrachte Drosselklappe und die
Venturidüse den Strömungsquerschnitt sehr verengen und bei größeren Gasmengen einen
bedeutenden Widerstand verursachen würden, andrentsils, da die Vorrichtung zwangsläufig
periodisch arbeitet und daher der Ausgangsdruck schwanken würde. Diese Schwankungen
gleichen sich bei dem niederen Druck des städtischen Gasleitungsnetzes aus, für
industrielle Anlagen können sie jedoch nicht geduldet werden Der Regler GASELAN
GRDK stellt eine Weiterentwicklung der direkt gesteuerten Regler dar.
-
Bei diesem Regler wird die Entlastung des Stellventils durch einen
zwischen der Fühlermembran und dem'Stellventil -angebrachten Hebel mit grober Übersetzung
ersetzt. Der mit dem Ansteigen der Durchlaßmenge verbunden Druckabfall soll dadurch
kompeniert werden, daP das May der FUhlermembran mit dem Maß der Ventilkammer identisch
ist.
-
Dieser Regler kann bei der Reduzierung von Hoch- oder Mitteldruck
auf Niederdruck als zweiter, sog. Feinregler, d.h.
-
als Zusatzvorrichtung verwendet werden,wegen seines verhältnismäßig
groben Piatzbedarf ist sein Einbau jedoch problematisch, Ziel der Erfindung ist
die Schaffung einer ohne Hilfsenergie arbeitenden Steervorflchtung für Gasdruckregler,
die cie Mängel der beschriebenen Vorrichtungen nicht aufweist und die Vorteile der
bekannten Lösungen in sich vereinigt.
-
Dies wird mit einer Vorrichtung erreicht, in deren-Arbeitsleitungssystem
eine Strömung hervorgerufen wird. Das strömende Gas kann in zwei Teile geteiit werden.
Die Energie des einen Teilstromes wirkt in einem Injektor druckmindernd, während
das Gas des anderen Te ilstromes durch ein mittels einer FAhlermembran gesteuertes
Drossielement hindurch in. einen Ausgleichsraum geleitet werden kann, von wo aus
es mit Hilfe der - vom jeweiligen Verhältnis-der beiden Teilströme zueinander anhängenden
- jeweiligen Saugwirkung des Injektors den zur Funktion des.Arbei+-ventils notwendigen
Druck gewährleitet.
-
An manchen Stellen des Arbeitsleitungssystems der erfindungsgemägen
Vorrichtungen werden Strömungsverhältnisse geschaffen, unter denen die Geschwindigkeit
des dort strömenden Gases der in der Ausgangsleitung strömende Gasmenge poportional
ist.
-
Bei Verwendung der erfindungsgemäten Vorrichtung kann der Betriebsdruck
aif einemhöheren Wert gehalten werden als dem sog. Schliepdruck. In ein Gastransportsystem
können mehrere Gasdruckregler eingebaut und ihre Einstellung so aufeinander abgestimmt
werden, daP der Druck des Gases an jedem Punkt der gegebenen Leitung unabhängig
von dem si-ch aus der Länge der Leitung und sonstigen Faktoren ergebenden Widerstand
gleich ist.
-
Gegenstand der Erfindung ist demnach eine ohne Hilfsenergie arbeitende
Steuervorrichtung für Gasdruckregelventile.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dadurch gekennzeichnet werden,
daß an die Arbeitsmembran des Gasdruckregelventils ein aus einer in Länsrichtung
verstellbaren Düse, einer in dieser befindlichen Stellstange und aus einer Venturidüsegebildeter
Injektor angeschlossen ist. Der Eintrittsstutzen des Injektors ist mit einem im
Rohr hinter dem Regelventil angebrachten, der Strömungsrichtung entgegengerichteten
Einleitungsstutzen verbunden. Die Saugöffnung des Injektors ist über eine Verbindung
5-leitung mit der Membrankammer, die Austrittsöffnung der Tdentsldüse des Injektors
tiber eine Arbeitsleitung mit einem entfernten Punkt des Rohres hinter dem Gasdruckregelventil
verbunden.
-
Der Einleitungsstuzen kann bezogen auf die Längsachse des Rohres
auch drehbar ausgeführt sein.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung istueiterhin dadurch charakterisiert,
dae der Injektor über einen an die Saugöffnung der Venturidüse angeschlos8enen-Ausgleichsraum
verfügt. An den Ausgleichsraum sind sowohl die Verbindungsleitung wie auch eine
zu der Eintrittsüffnung des Injektors führende Umgehungsleitung angeschlossen. In
der Umgehungsleitung befindet sich ein stellpaares DrosLelement, da8 Uber ein Gelenkgestänge
mit einer vorgespannten
Fühlermembran in Verbindung steht. Der
Raum unter der Fühlermembran ist über eine Signalleitung zweckmäßig mit einem Rohrsystem
sekundären Betriebsdruckes verbunden.
-
Die erfindungsgemäPe Vorrichtung wird im folgenden an Hand einer
auf der Zeichnung dargestellten, als Beispiel gewählten zweckmäaigen Ausführungsform
näher erläutert.
-
In ein zum Transport gasförmiger Medien geeignetes Rohr 9 ist ein
Gasdruckregelventil 1 eingebaut, dessen Membrankammer 12 unter Zwischenschaltung
eines Drosselv-entils 11 über eine Verbindungßleii ng Da mit einem in einen Injektor
6 eingebauten Ausgleichsraum 10 in Verbindung steht. Der Injektor 6 besteht aus
einer mit einer fix einstellbaren Stellstange 5-versehenen DEse 4 und einer deren
Fortsetzung bildenden Venturidüse 7. Die Entfernung zwischen der Düse 4 und der
Venturidüse 7 kann verändert werden. Die Eintrittsöffnung 21 des Injektors 6 ist
über eine Arbeitsleitung 3 mit einem in dem Rohr 9 angebrachten, bezogen auf die
Längsachse des Rohres 9 im Winkel verstellbaren Einleitungsstutzen 2 verbunden.
-
Der Ausgleichsraum 10 schließt sich an die Saugöffnung 23 der Venturidüse
7 in der Nähe der Einblasöffnung der Düse 4 an. Gleichzeitig steht der vor der Eingangsöffnung
der Düse 4 ausgebildete Raum unter Zwischenschaltung eine Umgehungsleitung 14 mit
dem Ausgleichsraum 10 in Verbindung. In der Umgehungsleitung 14 ist ein Drosselventil
lla angebracht. Ferner befindet sich in der Umgehungsleitung 14 ein stellbares Drosselelement
13, welches beider hier erläuterten Ausführungsform durch einen Drosselsapfen verkörpert
ist. Das Drosselelement 13 ist über ein stellbares Gelenkgestänge 15 mit der in
das an sich bekannte Membranhaus 18 eingebauten Membran 17 verbunden; das Gelenkgestänge
15 ist ferner noch mit der dem Betriebsdruck das Gleichgewicht haltenden Belastung
verbunden. Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel ist die Belastung eine mit einer
Schraube 19 einstellbare Feder 16. An die Membrankammer schliept sich die Signalleitung
20 an.
-
Unter Zwischenschalten eines Dreiwegehahns 8 schließt sich an die
Austrittsöffnung 22 der Venturidüse 7 ein weiterer Abschnitt der Arbeitsleitung
3 an, welcher an einem entfernteren Punkt in das Rohr eintritt.
-
Durch Einstellen des Einleitungsstutzens 2 in entsprechende Richtung
und Einstellen des Drosselventils 11 wird in der Arbeitsleitung 3 zwischen den Punkten
Al und B eine Strömung eingestellt, bei der an der Mundöffnung der Düse 4 die Geschwindigkeit
des Gases proportional der in dem Rohr 9 strömenden Gasmenge ist. Die Saugwirkung
des Injektors wird durch Verändern der Lage der Düse 4 so eingestellt, daß aus der
Saugwirkung und aus dem dynamischen Druck des in der Umgehungsleitung 14 strömenden
Gases sich in dem Aueichsraum 10 ein resultierender Druck - geringer als der eingestellte
Sollwert - ergibt, bei dem durch Einleiten von unter diesem resultierenden Druck
stehendem Gas in die Arbeitskammer 12 die dem Verbrauch entsprechende Öffnung des
Druckregelventils 1 gewährleistet ist. Das sic in dem Ausgleichsraum 10 ausbildende
Druckgleichgewicht bewirkt die Stabilität des Reglers.
-
Die Menge des in der Umgehungsleitung 14 strömenden Gases wird durch
die Funktion des Drosselelementes 13 geregelt.
-
Dieses Drosselelement ist bei der Einstellung des resultierenden Druckes
des Ausgleichsraumes 10 in halb geschlossewner Stellung.
-
Wird in Mittelstellung des so eingestellten Drosselelementes 13 das
Gelenkgestänge 15 befestigt, so ist das Drosselelement in der unteren Endlage geschlossen,
in der oberen Endlage offen.
-
Bei Jeder kleinen Druckänderung,. die sich durch schnelle änderung
des Verbrauches ergibt und an einem Gasmesser bemerkbar macht, wird die Fühlermembran
17 angehoben oder sie sinkt. Wenn das Drosselelement 13 schließt, d.h. am Fühlerort
zum Beispiel durch plötzliches Öffnen der Druck sinkt, so sinkt auch die StEmung
in der Umgehungsleitung 14 und die Leistung des Injektors
steigt.
Dadurch sinkt der Druck im Ausgleichsraum 10 und gleichzeitig in der Membrankammer
12, und das Druckregelventil 1 öffnet intensiver. Dadurch wird der Gasmenge, der
durch den plötzlichen Anstieg des Verbrauches verursacht wurde, ausgeglichen Wenn
das Drosselelement 13 öffnet (z.B. wenn infolge plötzlichen Verbrauchrückganges
der Druck am Fühlerort steigt), so strömt in der Umgehungsleitung 14 eine größere
Gasmenge in den Ausgleichsraum 10. Gleichzeitig sinkt die Leistung des Injektors,
da ein bedeutender Teil des Gases, durch dessen dynamischen Druck der Injektor arbeitet,
nun in die Umgehungsleitung strömt. Auf diese Weise steigt der Druck in der Membrankammer
12 des Gasdruckregelventils 1 kräftig an, wodurch das schnelle Schließen des direktgesteuerten
Ventils (des Gasdruckregelventil8) eintritt.
-
Dadurch, daa das Stellsignal von einem in Richtung des Verbrauches
vorgeschobenen Punkt aus eintrifft, wird die unerwünscht Auffüllung oder ein Absinken
des Druckes in dem Sbschnitt der Verbrauchsleitung hinter der Regeleinheit beseitigt
oder auf ein Minimum beschränkt. Diese Erscheinung ist besonders stark ausgeprägt
bei der Zwischenschaltung eines Drehkolbengasmesser wo die Bewegungsenergie beziehüngsweise
die Trägheit des rotierenden Teiles den Druckansteig in dem Leitungsabsschnitt zwischen
Gasmesser und Verbraucher stark beeinflußt.
-
Bei Anwendung der erfindungsgemäten Lösung wird bei schnellem Zuschalten
eines Verbrauchers ein relativer Druckanstieg zwischen Gasmesser und Reglereinheit
und im Ergebnis dessen eine intensive Beschleunigung des Drehkolbens erreicht.
-
Bei schnellem Abschalten sinkt der Druck in dem Bettung abschnitt
zeitweilig ab; dies gleicht sich nach dem Sihenbleibev des Drehkolbens aus der vorverdichteten
Gasmenge wieder ause Die Meßstelle kann in beträchtlicher Entfernung von de Fühlermembran
17 angebracht sein, da das Volumen der Fühlermemr brankammer gering und zur Anderung
ihres Druckes daher nur dus Strsmen einer geringen Gasmenge erforderlich ist.
-
Mit der erfjndungsgemägen Lösung zur automatischen Gasdruckregelung
kann eine Einheit ausgebildet werden, die über mehrere Regelstrecken verfügt, und
bei Ausfall einer Strecke ist die automatisch dafür eintretende Strecke im Stande,
den Betriebsdruck auf dem ursprnglichen Wert und konstant zu halten.
-
Auch an räumlich entfernter liegende Verbraucher kann das Gas durch
Leitung verhältnismäßig engen Querschnittes geleitet werden, weil der zum Uberwinden
des Rohrleltungswiderstandes notwendige Drucküberschup von der Vorrichtung automatisch
gewährleistet wird.