DE2626892A1

DE2626892A1 - Druckregulator

Info

Publication number: DE2626892A1
Application number: DE19762626892
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl Ing Kitsnik
Original assignee: KAELLE REGULATORER AB
Current assignee: KAELLE REGULATORER AB
Priority date: 1975-06-17
Filing date: 1976-06-16
Publication date: 1976-12-30
Also published as: GB1544666A; FR2315118A1; FR2315118B1; SE384929B; BR7603859A; US4143673A; JPS521629A; FI761753A; CA1074205A

Description

AB Källe-Regulatorer, Box 96, 661 OO Säffle, Schweden

Druckregulator

Die Erfindung betrifft einen Druckregulator, und zwar eine Vorrichtung zum Halten eines gegebenen Druckes in einem Strömungsmittel und zum Steuern dieses Druckes in Abhängigkeit von einer konstanten Gewichtslast. .

Zum Halten eines vorgegebenen Druckes in einem Medium oder eines Sekundärdruckes auf einem konstanten Wert sind bisher üblicherweise Druckregulatoren verwendet worden, bei denen eine Federkraft dafür sorgen soll, den Druck der abfließenden Strömung auf einem konstanten Wert zu halten. Beim Gebrauch dieser bekannten Vorrichtung haben sich gewisse Nachteile herausgestellt. So hat sich bei Veränderungen, insbesondere stufenweise Veränderungen, des einströmenden Mediums bzw. des Primärdruckes des Regulators herausgestellt, daß ein konstanter Druck der Sekundärströmung nicht gemäß der Propor-

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tionalität der Feder zu erhalten ist, sondern dieser Druck steigt entweder an oder er fällt ab, abhängig davon, wie der Druck des eingespeisten Mediums variiert worden ist bzw. sich verändert, hat. Bei unterschiedlichen Auslassen der Sekundärströmung hat sich außerdem gezeigt, daß sich der Druck der letzteren verändert hat in Abhängigkeit davon, wie groß der Auslaß ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Vorrichtungen der eingangs beschriebenen Gattung unter Vermeidung ihrer Nachteile zu verbessern.

Als Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß im Gehäuse der Vorrichtung, d.h. also des Druckregulators, ein bewegliches Bauteil vorhanden ist, welches einen gegen den gesteuerten Strömungsmitteldruck wirkenden Druckbereich besitzt, sowie eine an dem beweglichen Bauteil befestigte Drosseleinrichtung zum veränderlichen Schließen einer überströmöffnung.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Druckregulator, welcher die an ihn gestellten Anforderungen, d.h. also die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, in bemerkenswerter Weise erfüllt bzw. löst, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung zugleich dennoch einfach und billig in der Konstruktion ist. Außerdem ist der erfindungsgemäße Druckregulator sehr betriebssicher und durch eine sehr große Genauigkeit und Wiederholbarkeit bei der Veränderung des Primärdruckes ebenso wie bei unterschiedlichen Sekundärströmungsauslässen bis herunter zu Null gekennzeichnet. Die Betriebssicherheit ergibt sich neben anderen Umständen insbesondere daraus, daß der Druckregulator lediglich ein bewegliches Teil aufweist, welches gleichsam auf dem gesteuerten Medium

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schwimmt/ wobei ein konstanter Sekundärdruck aufrechterhalten wird, ohne daß' ein mechanischer Kontakt zwischen den Steuerelementen der veränderlichen Drosseleinrichtung stattfindet. Demgemäß ist das Risiko vermieden, daß die variable Drosseleinrichtung sich festklemmt oder ihre Reibungsverhältnisse in einem beachtlichen Ausmaße ändert, was sich in einer Veränderung des Sekundärdruckes äußern würde. Die erfindungsgemäße Konstruktion ist weiterhin insbesondere geeignet für einen Einsatz in stark verunreinigter Umgebung, wie dieses beispielsweise in Betrieben der Schwerindustrie u.a. der Fall ist, ,Obei sich diese besondere Eignung u.a. daraus ergibt, daß der erfindungsgemäße Druckregulator aus nur einer geringen Anzahl einfacher und robuster Teile aufgebaut ist. Pestteilchen und andere Verunreinigungen, welche in den erfindungsgemäßen Druckregulatoren entweder durch dessen Einlaß oder durch den Sekundärdruckauslaß eindringen, werden wirksam zurÜberlauf- bzw. Überströmöffnung geleitet und dort entfernt, was sich aufgrund der Selbstregulierungsfunktion ergibt, wobei diese Öffnung ggf. eine große Kapazität aufweisen kann, wenn sich dieses als notwendig' oder zumindest als zweckmäßig herausstellt.

Es hat'sich in praxi gezeigt, daß der erfindungsgemäße Regulator ganz ausgezeichnete dynamische Eigenschaften (schnelles Ansprechen auf Druckwechsel) besitzt, wobei sich entstehende Proportionalitätsabweichungen als praktisch vernachlässigbar klein herausgestellt haben und sich vor allem eine sehr' gute Langzeitstabilitat eines vorgegebenen Einstellpunktes gezeigt hat.

Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachstehend an·einem Ausführungsbei-

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spiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematisierten Vertikalschnitt durch einen erfindungsgemäßen Druckregulator; und

Fig. 2 Kurvendiagramme, welche die Empfindlichbis 5 keit des erfindungsgemäßen Druckregulators verglichen mit einem konventionellen Druckregulator zeigt.

Der in Fig. 1 dargestellte Druckregulator 1 besitzt ein Regulatorgehäuse 2, an dem der obere Teil eines Zylinders 4 mittels Schrauben 3 befestigt ist. Der Zylinder 4 ist an seinem dem Gehäuse 2 abgekehrten Ende offen. In dieses Ende des Zylinders 4 ist ein Kolben 5 in den Zylinder 4 eingesetzt. Der Kolben 5 ist bei der dargestellten Ausgestaltung mit zwei Stufen versehen, von denen die eine Stufe einen größeren Durchmesser aufweist und eine Buchse 6 trägt bzw. begrenzt, die beispielsweise aus Tetrafluoräthylen besteht, um auf diese Weise eine minimale Reibung zwischen dem Kolben 5 und dem Zylinder 4 sicherzustellen. Ein oder mehrere Gewichte 7 stellen eine konstante Gewichtsbelastung dar, die an der anderen Stufe anliegt, wobei diese andere Stufe über der ersten Stufe liegt und einen kleineren Durchmesser aufweist. Zwischen einem Basisflansch 9 des Zylinders 4 und dem Gehäuse 2 ist eine Wälzmembran 8 angeordnet, welche gegen das gesteuerte Medium eine Dichtung bildet. Eine Widerlagerplatte 10 liegt an der Unterseite der Membran 8 an. An der Oberseite der Membran 8 liegt der Kolben 5 an. Durch die Membran 8 ist. ein Druckbereich gebildet, der wiederum von der Unterseite des Kolbens 5 und der Widerlagerplatte 10 getragen bzw. abgestützt wird. Aufgrund einer wellen- bzw. schlaufenförmigen Anordnung der Membran 8 (die Biegestelle ist in Fig. 1 mit 11 bezeichnet) kann der

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Kolben 5 im Zylinder 4 verschoben werden, ohne daß irgendwelche beachtlichen Kräfte erforderlich sind, wobei eine Dichtung gegen das Innere des Druckregulators 1 aufrechterhalten bleibt. Ein Regulierkolben 12 ist mittels einer Schraube 13 am unteren Ende des Kolbens 5 und gegen die Widerlagerplatte 10 befestigt.

Das Innere des Druckregulators 1 weist im wesentlichen 2 Kammern auf, nämlich eine obere Kammer 14 und eine untere Kammer 15. Die untere Kammer 15 ist von der oberen Kammer 14 durch eine Trennwand 16 abgeteilt, in welcher sich eine öffnung 17 befindet, durch welche der Regulierkolben 12 unter Aufrechterhaltung eines ständig offenen Schlitzes 18 zwischen dem Randabschnitt des Regulierkolbens 12 und der die öffnung 17 bildenden Kante frei verschoben werden kann. Sollen größere Strömungsmittelmengen den Druckregulator 1 passieren, so kann die Trennwand 16 mit Durchlässen 19 versehen sein. Ein den Druck in der oberen Kammer 14 anzeigender Druckmesser 20 kommuniziert über eine Leitung 21 mit der oberen Kammer 14. Die Kammer

14 öffnet sich in einen Auslaß 22. Der unteren Kammer 15 wird Druckmedium durch einen Einlaß 23 zugeführt, der mit einer auswechselbaren Düse 24 versehen ist. In der unteren Kammer 15 arbaeitet ein Ventilsitz 25 mit dem Regulierkolben 12 zusammen. Der Ventilsitz 25 ist in einen Dichtring 26 eingesetzt bzw. mittels des Dichtringes 26 montiert, welcher für eine Abdichtung gegen eine Bohrung 27 sorgt, die im Boden der unteren Kammer

15 vorgesehen ist. Der Ventilsitz ist als Buchse ausgebildet und besitzt einen ebenen oberen Rand bzw. eine ebene obere Stirnseite. Der untere Rand bzw. die untere Stirnseite 28 des Ventilsitzes 25 ist mit einem Flansch vtir sehen, der an einer Überlauf leitung 29 anliegt, welche sich in die Atmosphäre öffnet. Die Überlaufleitung 29 ist mit einem Gewinde 30 versehen, um hierdurch zu bewir-

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ken, daß die als Flansch ausgebildete Unterseite 28 des Ventilsitzes 25 an einer Schulter 31 anliegt, die außen um die Bohrung 27 herum vorgesehen ist. Die Überlaufleitung 29 stellt einen Auslaß 32 für Überlaufmedium sowie für feste Partikel bzw. Verunreinigungen dar, welche in den Druckregulator 1 eingetreten sind. Um die Bewegung des Kolbens 5 zu ermöglichen, ist im unteren Abschnitt des Zylinders 4 unmittelbar oberhalb des Basisflansches 9 eine Öffnung 33 vorgesehen, durch welche die in den Zylinder 4 eingeschlossene Luft entweichen kann.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Druckregulators ist wie folgt:

Ein Medium, dessen Druck auf einem konstanten, vorgegebenen Wert gehalten werden soll, wird durch den Einlaß 23 und die Düse 24 eingespeist. Aus der unteren Kammer 15 strömt das Medium durch den Schlitz 18 und die ggf. vorhandenen Durchlässe 19 in die obere Kammer 14 zum Druckbereich (Widerlagerplatte 10) des gewichtsbelasteten, beweglichen Kolbens 5 und hebt den Kolben 5 aus seiner untersten Stellung an, in welcher der Regulierkolben 12 gegen den Ventilsitz 25 abgedichtet ist. Wenn dieses geschieht, strömt Überlaufmedium durch den Auslaß 32 in der Leitung aus, die zwischen dem Regulierkolben 12 und dem Ventilsitz 25 gebildet wird, wenn sich der Kolben 5 aufwärtsbewegt. Hierdurch fällt der Druck in den Kammern 14 und 15 in Abhängigkeit von den Bereichsbedingungen der Düse 24 und des variablen Überlaufes, der durch den Regulierkolben 12 und den Ventilsitz 25 gebildet ist, bis man ein Gleichgewicht zwischen der aufwärtsgerichteten Kraft des Mediumdrucks der Kammer 14 und der abwärtsgerichteten Gewichtskraft erhält. Der gesteuerte Mediumdruck wirkt auf den Druckbereich des beweglichen Kolbens 5 und der Kolben 5 wird zur Aufrecht-

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erhaltung des Gleichgewichtes ständig auf dem Medium "schwimmen", ohne daß irgendein mechanischer Kontakt zwischen den Regulierelementen 12, 25 des variablen Drosselmittels besteht, so daß das Risiko eliminiert ist, daß das variable Drosselmittel sich verklemmt oder aber die Reibung verändert, was zu einer nachfolgenden Veränderung des Sekundärdruckes führen würde. Die Wälzmembran 8 und die aus Tetrafluoräthylen bestehende Buchse 6 stellen eine minimale Reibung zwischen den beweglichen Teilen sicher.

In den Fig. 2 bis 5 ist die Empfindlichkeit bei Druckveränderungen des Primärdruckes, d.h. also des dem Druckregulator zugeführten Mediumdruckes, in den Fig.

2 und 3 und die Empfindlichkeit hinsichtlich Druckveränderungen in der Sekundärströmung in den Fig. 4 und 5 durch in Diagrammen aufgetragene Kurven dargestellt. Dabei beschreiben die Fig. 2 und 4 die Kurven des erfindungsgemäßen Druckregulators und die Fig.

3 und 5 entsprechen Kurven eines konventionellen Druckregulators.

Bei Veränderungen des Primärdruckes zwischen etwa 1 3,5 at (.15 - 50 PSI) erhält man - wie aus Fig. 2 erkennbar ist - noch einen konstanten Sekundärdruck von in diesem Falle etwa 0,81 at (11,5 PSI), während sich bei einem konventionellen Regulator - wie aus Fig. 3 ersichtlich ist - Druckveränderungen des Sekundärdruckes von etwa 0,06 at (0,8 PSI) ergeben. Bei Veränderungen der Sekundärabströmung mit einem Wert zwischen 0 - 125 l/h(0 - 33 GPH) erhält man - wie aus Fig. erkennbar ist — bei dem erfindungsgemäßen Regulator noch einen konstanten Sekundärdruck von etwa 0,82 at (11,6 PSI) bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, während der Sekundärdruck eines konventionellen Regulators zwischen

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etwa 0,76 bis 0,97 at (10,8 - 13,8 PSI) schwankt bei einer Schwankung der Sekundärabströmung zwischen etv/a 45,4 bis 121 l/h (12 - 32 GPH).

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Claims

BOEHMERT & BOEHMERT K 764

16. Juni 1976

Ansprüche

1J Vorrichtung zum Halten eines vorgegebenen Druckes in einem Strömungsmittel und zum Steuern dieses Druckes in Abhängigkeit von einer konstanten Gewichtslast, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (2) der Vorrichtuni, (1) ein bewegliches Bauteil (5) vorhanden ist, welches einen gegen den gesteuerten Strömungsmitteldruck wirkenden Druckbereich besitzt sowie eine an dem beweglichen Bauteil (5) befes.tigte Drosseleinrichtung (12) zum veränderlichen Schließen einer Überströmöffnung (32).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Bauteil aus einem Kolben (5) besteht, der mit mindestens einem Gewicht (7) versehen ist, wobei das untere Ende des Kolbens (5) den Druckbereich darstellt, an dem die Drosseleinrichtung als ein bezüglich eines Ventilsitzes (25) einstellbarer Regulierkolben (12) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbereich aus dem unteren Teil des Kolbens (5) besteht, der gegen seine Umgebung durch eine Wälzniembran (3) abgedichtet ist und eine Widerlagerplatte (10) aufweist, welche an der Wälzmembran (8) anliegt, so daß der Umfang der Wälz-

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membran (8) dichtend zwischen dem Gehäuse (2) der Vorrichtung (1) und einem Zylinder (4) angeordnet ist, welcher in dem Gehäuse (2) angeordnet ist undden Kolben (5) enthält.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (5) in dem Zylinder (4) durch eine am Kolben (5) befestigte Buchse (6) geführt ist, wobei die Buchse (6) und der Zylinder (4) aus einem solchen Material bestehen und gegenseitig einen solchen Zwischenraum aufweisen, daß die vorhandene Reibung zwischen diesen Bauteilen verglichen mit den Regulierkräften vernachlässigbar klein ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Regulierkolben (12) direkt an der Widerlagerplatte

(10) und der Wälzmembran (8) anliegt und sich von einer oberen Kammer (14) nach unten durch eine öffnung

(17) nach einer unteren Kammer (15) erstreckt und in Dichtstellung an dem Ventilsitz (25) anliegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (14, 15) durch eine Trennwand (16) gebildet sind, in welcher die Öffnung (17) ausgebildet ist, wobei der Durchmesser der Öffnung (17) etwas größer ist als der Durchmesser des Regulierkolbens (12), so daß ein ständig offener Schlitz (Spalt) (18) zwischen dem Randabschnitt des Regulierkolbens (12) und der öffnung (17) gebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mit einer Düse

(24) versehenen Einlaß (23), einen Auslaß (22) für ein

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auf konstanten Druck gesteuertes Strömungsmedium, sowie einen Auslaß (32) für überlaufmedium.

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