DE2504952C3 - Vorrichtung zur Regelung des Gasdruckes - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine ohne Fremdenergie arbeitende Vorrichtung zur Regelung des Gasdruckes hinter einem als Stellglied dienenden Ventil, wobei das Stellglied mit einer Arbeitsmembran verbunden ist und eine auf den zu regelnden Druck ansprechende Fühlermembran vorgesehen ist, die eine Drossel steuert, die in einer von der Hauptleitung abzweigenden und hinter dem Einlaß wieder in die Hauptleitung mündenden Leitung angeordnet ist und einen veränderbaren Betätigungsdruck für die Arbeitsmembran erzeugt.

Ein derartiger vorgesteuerter Druckregler ist beispielsweise durch die DE-PS 4 95 177 bekannt geworden. Bei solchen Reglern wird die Bewegung des Stellgliedes durch das Gas an der Eingangsseite, das unter erhöhtem Druck steht, vorgenommen. Der Ausgangsdruck wirkt nur auf die Fühlermembran und öffnet bzw. schließt unter geringem Energieaufwand ein in der Leitung zur Fühlermembran sitzendes Nadelven- M) til. In den unter der Arbeitsmembran befindlichen Raum wird das Gas mit dem vor dem Stellglied herrschenden Eingangsdruck eingelassen, so daß die Arbeitsmembran angehoben werden kann und mit Hilfe eines Winkelhebels das Stellglied offen hält. Hat der Druck an der o"> Ausgangsseite den gewünschten Wert erreicht, öffnet die sich anhebende Fühlermembran das Nadelventil und durch dieses hindurch hat das unter dem Ein^en^sdruck stehende Gas die Möglichkeit, in Richtung der Ausgangsseite abzuströmen.

Aus dem Unterschied zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck stellt sich in der Steuernadelventilkammer ei« mittlerer Druck ein, der den Druck im Raum über der Arbeitsmembran beeinflußt

Steigt dieser mittlere Druck an, so gelangt Gas in den Raum über der Arbeitsmembran und bildet ein Gegengewicht gegen die Hubkraft des Eingangsdrukkes; die Membran senkt sich und das Stellglied beginnt zu schließen.

Sinkt der Ausgangsdruck, so sinkt auch der mittlere Druck in der Steuernadelventilkammer und der von unten auf die Arbeitsmembran wirkende Eingangsdruck ist in der Lage, diese anzuheben und das Stellglied zu öffnen.

Ein wesentliches Merkmal dieser vorgesteuerten Regler besteht darin, daß das Stellglied geschlossen ist, wenn kein Gas strömt Dies ist insofern nachteilig, weil die zum öffnen des Stellgliedes notwendige Energie, die sich aus dem Gewicht der Arbeitsmembran und des an diese angeschlossenen Stellgliedes ergibt, augenblicklich vorhanden sein muß, wenn der Verbrauch beginnt Die Zeit des Stellsignals, die Funktionszeit 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 Stellglied an seinen Sitz andrückende Kraft zu überwinden, verlängern die Stellzeit ganz beträchtlich.

Die Schließzeit des Stellgliedes ist wesentlich günstiger, aber auch diese wird von einer Änderung des Eingangsdruckes stark beeinflußt

Aus diesen Gründen können Regler mit Vorsteuerung mit Erfolg nur in solchen Fällen verwendet werden, wo zwischen Eingangs- und Ausgangsdruck ein wesentlicher Unterschied besteht

Dieselben Kriterien gelten praktisch auch für den vorgesteuerten Druckregler gemäß der DE-PS 5 07 293.

Bei der unmittelbar gesteuerten Regelung, wie sie beispielsweise durch die DE-PS 8 57 724 bekannt ist, liegt zwar ein genügend schnelles Ansprechen vor, doch kann hier der maximale Durchlaßbereich des Ventils nicht ausgenutzt werden, weshalb man einen relativ geringen Regelbereich in Kauf nehmen muß.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Regler, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, dessen Ansprechzeit wesentlich zu verringern und eine feinfühlige Regelung zu schaffen, die auch starke Druckschwankungen rasch auszugleichen vermag.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 gelöst Durch die in der Abzweigleitung angeordnete Venturi-Düse wird der dynamische Druck der Gasströmung zur Beeinflussung der Arbeitsmembran verwendet, wodurch sich eine wesentlich höhere Regelgeschwindigkeit als bei den bekannten vorgesteuerten Druckreglern ergibt. Zugleich ist die Druckkonstanthaltung bis zum maximalen Durchlaß, also ein großer Regelbereich, gesichert.

Bei zahlreichen Anwendungen beeinflussen die als Verbraucher angeschlossenen Geräte den Druck in der Hauptleitung bei nachlassender Gaszufuhr, beispielsweise indem sie auf die Gasströmung eine Saugwirkung ausüben. In diesem Fall kann unter Verzicht auf die Fühlermembran der Saugdruck der Venturi-Düse ausschließlich von dem am Auslaß der Abzweigleitung herrschenden Druck, der in diesem Falle als Meßdruck

zu betrachten ist, gesteuert werden. Bei dieser vereinfachten Ausführungsform wirkt der dynamische Druck der Gasströmung unmittelbar — ohne Winkelhebel od. dgL — auf die Arbeitsmembran des Stellgliedes.

Die Merkmale des Anspruches 3 geben an, wodurch die Saugwirkung der Venturi-Düse durch die Drossel beeinflußt wird. Die Merkmale des Anspruches 4 ermöglichen die Verstellung der Saugwirkung der Venturi-Düse durch Verändern der Strömungsgeometrie.

Um die Fühiermembran im Gleichgewicht mit dem Betriebsdruck zu halten, ist sie gemäß Anspruch 5 mit einer verstellbaren Belastung verbunden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert 1 s

In ein zum Transport gasförmiger Medien geeignetes Rohr 9 ist ein Gasdruckregelventil 1 eingebaut, dessen Membrankammer 12 unter Zwischenschaltung eines Drosselventils 11 über eine Verbindungsleiidng 3a mit einem in einen Injektor 6 eingebauten Ausgleichsraum 10 in Verbindung steht Der Injektor 6 besteht aus einem mit einer fix einstellbaren Stellstange 5 versehenen Düsenkörper 4 und einer dessen Fortsetzung bildenden Venturidüse 7. Die Entfernung zwischen dem Düsenkörper 4 und der Venturidüse 7 kann verändert werden. Die Eintrittsöffnung 21 des Injektors 6 ist über eine Abzweigleitung 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 des Düsenkörpers 4 an. Gleichzeitig steht der vor der Eingangsöffnung des Düsenkörpers 4 ausgebildete Raum unter Zwischenschaltung einer Umgehungsleitung 14 mit dem Ausgleichsraum 10 in Verbindung. In der Umgehungsleitung 14 ist ein Drosselventil 11a angebracht. Ferner befindet sich in der Umgehungsleitung 14 ein stellbares Drosselelement 13, welches bei der hier erläuterten Ausführungsform durch einen Drosselzapfen verkörpert ist. Das Drosselelement 13 ist über ein stellbares Gelenkgestänge IS 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 schließt sich die Signalleitung 20 an, die in einem in Richtung des Verbrauchers vorgeschobenen Punkt in das Rohr 9 mündet.

Unter Zwischenschalten eines Dreiwegehahns 8 schließt sich an die Austrittsöffnung 22 der Venturidüse 7 ein weiterer Abschnitt der Abzweigleitung 3 an, welcher an einem entfernteren Punkt in des Rohr eintritt

Durch Einstellen des Einleitungsstutzens 2 in entsprechende Richtung und Einstellen des Drosselventils 11 wird in der Abzweigleitung 3 zwischen den Punkten A₁ und B eine Strömung eingestellt, bei der an der Mundöffnung des Düsenkörpers 4 die Geschwindig- m> keit des Gases proportional der in dem Rohr 9 strömenden Gasmenge ist. Die Saugwirkung des Injektors wird durch Verändern der Düsengeometrie so eingestellt, daß aus der Saugwirkung und aus dem dynamischen Druck des in der Umgehungsleitung 14 n; strömenden Gases sich in dem Ausgleichsraum 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 sich 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 geschlossener 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 Strömung 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 Gasmangel, 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 Drück in der Membrankammer 12 des Gasdruckregelventils 1 kräftig an, wodurch das schnelle Schließen des Ventils eintritt.

Dadurch, daß das Stellsignal von einem in Richtung des Verbrauches vorgeschobenen Punkt aus eintrifft, wird die unerwünschte Auffüllung oder ein Absinken des Druckes in dem Abschnitt der Verbrauchsleitung hinter der Regeleinheit beseitigt oder auf ein Minimum beschränkt. Diese Erscheinung ist besonders stark ausgeprägt bei der Zwischenschaltung eines Drehkolbengasmessers, wo die Bewegungsenergie beziehungsweise die Trägheit des rotierenden Teiles den Druckanstieg in dem Leitungsabschnitt zwischen Gasmesser und Verbraucher stark beeinflußt

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen 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 Leitungsabschnitt zeitweilig ab; dies gleicht sich nach dem Stehenbleiben des Drehkolbens aus der vorverdichteten Gasmenge wieder aus.

Die Meßstelle kann in beträchtlicher Entfernung von der Fühlermembran 17 angebracht sein, da das Volumen der Fühlermembrankammer gering und zur Änderung ihres Druckes daher nur das Strömen einer geringen Gasmenge erforderlich ist.

Mit der erfindungsgemäßen 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 imstande, den Betriebsdruck auf dem ursprünglichen Wert und konstant zu halten. Auch

ar· räumlich entfernter liegende Verbraucher kann das Gas durch Leitung verhältnismäßig engen Querschnittes geleitet werden, weil der zum Überwinden des Rohrieitungswiderstaades notwendige Drucküberschuß von der Vorrichtung automatisch gewährleistet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Eine ohne Fremdenergie arbeitende Vorrichtung zur Regelung des Gadruck.es hinter einem als s Stellglied dienenden Ventil, wobei das Stellglied mit einer Arbeitsmembran verbunden ist und eine auf den zu regelnden Druck ansprechende Fühlermembran vorgesehen ist, die eine Drossel steuert, die in einer von der Hauptleitung abzweigenden und hinter dem Einlaß wieder in die Hauptleitung mündenden Leitung angeordnet ist und einen veränderbaren Betätigungsdruck für die Arbeitsmembran erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (13) den als Betätigungsdruck wirkenden Saugdruck einer in der Abzweigleitung (3) angeordneten Venturi-Düse (7) steuert und daß der Einlaß der Abzweigleitung (3) als Staurohr (2) in der Hauptleitung (9) angeordnet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 für Verbraucher, die bei nachlassender Gaszufuhr den Druck in der Hauptleitung beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verzicht auf die Fühlermembran (17) der Saugdruck ausschließlich steuerbar ist von dem am Auslaß der Abzweigleitung (3) herrschenden Druck.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (13) in einer den Eingang (21) und den Ausgang (22) der Venturi-Düse (7) verbindenden Umgehungsleitung (14) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Düsenkörper (4) der Venturi-Düse (7) eine einstellbare Stellstange (S) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlermembran (17) mit einer dem Betriebsdruck das Gleichgewicht haltenden, einstellbaren Belastung (16) verbunden isi.