DE2704048C2

DE2704048C2 - Vorrichtung zur Regelung des Gasdruckes in einer Gasleitung und Anzeige der gelieferten Gasmenge

Info

Publication number: DE2704048C2
Application number: DE19772704048
Authority: DE
Inventors: Jean Philille Houilles Cornil
Original assignee: Gaz de France SA
Current assignee: Engie SA
Priority date: 1976-02-13
Filing date: 1977-02-01
Publication date: 1982-11-25
Also published as: NL7701548A; FR2341131A1; IT1073400B; DE2704048A1; BE850953A; GB1573570A; NL183546C; NL183546B; FR2341131B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung :ur Regelung des Druckes in einer Gasleitung und \nzeige der gelieferten Gasmenge, mit einem in der zeitung liegenden Hauptregeier und einer in Ströiiungsrichrung konvergierenden und anschließend divergierenden, in axialer Richtung durchströmten -lauDtdüse. welche den 'jitz eines Ventiles bildet, das koaxial zur Hauptdüiie angeordnet ist, wobei zumindest eines der beiden von der Hauptdüse und dem Ventil gebildeten Elemente längs einer ihrer Erzeugenden einen veränderlichen Querschnitt aufweist s derart, daß diese Elemente einen konvergierenden Raum, eine halsförmige Einschnürung sowie einen divergierenden, im Querschnitt ringförmige;; Raaai begrenzen und wobei das eine dieser beiden Elemente relativ zu dem anderen Element unter der Einwirkung eines Steuerorganes in axialer Richtung verschiebbar ist, welches auf den stromauf herrschenden Druck sowie auf einen Steuerdruck anspricht, der in Abhängigkeit von dem stromab herrschenden Druck über ein Steuerventil derart eingesteuert wird, daß

is das Ventil den ringförmigen Querschnitt der halsförmigcn Einschnürung verändert, um auf diese Weise den Druck in Abhängigkeit von dem Gasbedarf in dem stromab liegenden Teil der Leitung zu regeln, mit einer Anzeigevorrichtung, welche auf Veränderung des Querschnitts in der von der Hauptdüse und dem Ventil begrenzten, halsförmig^n Einschnürung anspricht.

Die FR-PS 73 05604 zeigt eine Vorrichtung zur Regelung und Mengenmessung eines in einer Leitung strömenden Gases, wobei ebenfalls eine konvergierende und divergierende Düse verwendet wird, welche Dei Schallgeschwindigkeit im engsten Querschnitt arbeitet. Dieser engste Querschnitt der Düse hat einen ringförmigen, veränderbaren Querschnitt.

Eines der Elemente, welches den engsten Querschnitt dieser Düse begrenzt, weist einen verformbaren Teil aus elastischem weichem Stoff (das Ventil) auf, wodurch die Genauigkeit der Messungen des Querschnittes dieser engsten Stelle begrenzt wird. Nach einer ähnlichen Ausführungsform gemäß dieser Druckschrift vollzieht sich die Veränderung des Querschnittes der engsten Stelle der Düse durch relative Verschiebung eines einen Ventilsitz bildenden Rohres gegenüber einem granatenförmigen Ventil, welches in das Innere dieses Rohres teilweise hineinragt. Eine derartige bekannte Vorrichtung macht aber eine Leitung erforderlich, welche in der Höhe des Ventiles bombiert ist. Darüber hinaus bleiben die Winkel des konvergierenden und divergierenden Teiles während der Verschiebung des Rohres nicht konstant, wobei zu bemerken ist, daß auch in diesem Falle die Genauigkeit der Messungen begrenzt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese bekannte Vorrichtung so zu verbessern, daß sie in der Herstellung billiger ist und im Betrieb sicherer arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das erste, hohle, drehsymmetrische und den Ventilsitz bildende Element eine Trennwand aufweist, welche in Strömungsrichtuiig des Gases einen ersten kegels'^impfförmigen und koTjvergieienden sowie einen zweiten, kegelstumpfiörmigen und divergierenden Teil aufweist, daß das zweite, drehsymmetrische und das Ventil bildende Element aus einem spitzbogiget. Teii gebildet wird, daß die einander gegenüberliegenden Flächen des Ventiles und des Ventilsitzes unverformbar sind derart, daß die Winkel der konvergierenden und divergierenden Räume während der axialen Bewegung des Ventiles konstant bleiben uytd daß die Vorrichtung darüber hinaus eine Vorrichtung zu» Korrektur der Ga&ircige in Abhängigkeit von dem stromauf in der Leitui.^ herrschenden Gasdruck sowie eine Vorrichtung zur

Korrektur des Gasdurchsatzes in Abhängigkeit von der Temperatur des Gases in der Leitung stromab des Hauptreglers vorgesehen sind.

Erfindungsgemäß werden diese beiden unterschiedlichen Funktionen, nämlich die Funktion der Regulierung einerseits und die Funktion der Mengenmessung andererseits von ein und demselben Gerät durchgeführt, wodurch eine erhebliche Herabsetzung der Herstellungs- und Betriebskosten sichergestellt ist.

Weitere Merkmale gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung im einzelnen näher veranschaulicht. In dieser zeigen in rein schematischer Weise:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung und Messung von Gasmengen,

F i g. 2 einen Axialschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung, weiche mit einer Vnrrirhtiing 7iir Korrektur der Gasmenge in Abhängigkeit von dem Wert des stromauf gemessenen Druckes ausgerüstet ist.

Fig. 3 einen Axialschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, welche mit einer pneumatisch arbeitenden Vorrichtung zur Korrektur des Wertes der Gasmenge und gleichzeitig in Abhängigkeit von dem stromauf gemessenen Druckwert und von dem stromauf gemessenen Wert der Temperatur ausgerüstet ist,

Fig. 4 einen Axialschnitt durch die erfindungsgernäße Vorrichtung, welche mit elektrischen Vorrichtungen zur Korrektur des Wertes der Gasmenge in Abhängigkeit von den Parametern des Gaszustandes stromauf der Vorrichtung zur Messung der Gasmenge ausgerüstet ist,

Fig. 5 einen Axialschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, welche mit einer mechanischen Vorrichtung zur Korrektur des Wertes der Gasmenge in Abhängigkeit von dem stromauf gemessenen Druck ausgerüstet ist,

Fig. 6 eine schematische Darstellung des konvergierenden und divergierenden Raumes einer Düse, welche im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird.

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Gesamtanordnung gemäß der Erfindung, bei welcher eine kleine Düse mit veränderbarem engsten Querschnitt und eine kleine Düse mit fester Geometrie parallel zu der Hauptdüse mit veränderbarem engsten Querschnitt geschaltet sind.

Wie aus Fig. 1 der Zeichnung ersichtlich, ist mit der Bezugszif^£?r 1 eine Hauptleitung angedeutet, in welcher ein Hauptregler 2 mit einer metallischen Hauptdüse 14 konvergierenden und divergierenden Querschnitts vorgesehen ist. Die Verbindung dieses Hauptreglers 2 mit der Leitung 1 erfolgt über Kupplungsflansche 3. Das Gas strömt in Richtung der Pfeile 4 stromauf und bewegt sich in Richtung stromab, wobei die Gasströmung in diesem Regler 2 im wesentlichen ihre axiale Richtung beibehält. Der Hauptregler 2 besitzt eine hohle Steuerungsstange 5, in deren Innenraum das Gas strömt, welches von dem stromauf liegenden Teil der Leitung 1 kommt. Diese Stange 5 ist mit dem klassischen Steuersystem für Regler und Druckmindererventile verbunden, und weist beispielsweise einen Kolben 6 mit der Membran 7, eine Rückholfeder 8 und einen Kreuzzapfen 9 für die Führung auf. Der vordere Teil der hohlen Stange 5 ist in dem Rohr 10 in axialer Richtung verschiebbar gelagert, während der Mittelteil der Stange 5 den Zylinder 11 in dichtender Weise durchsetzt, in welchem der Kolben 6 und die Feder 8 angeordnet sind. Das Innere der Stange S steht mit dem Rohr 10 über mehrere, am Umfang liegende öffnungen 12 oder Bohrungen in Verbindung. Die Stange 5 endet stromab dieser Bohrungen 12 in einem kegelstumpfförmigen Teil 13, welcher konzentrisch zu der ίο Achse der Stange 5 liegt und dessen unterer Teil stromab der Basis des Durchmessers liegt, der identisch mit dem Durchmesser der Stange S ist. Der kegelstumpfförmige Teil 13 wird von einem Element

14 umgeben, welches die Rolle eines Sitzes eines Reglers spielt. Auf der kleinen Grundfläche des kegelstumpfförmigen Teiles 13 der Stange 5 ist mittels eines Verbindungselementes 16 ein spitzbogenförmiger und in axialer Richtung länglicher Teil 15 befestigt, dessen hinterer Teil aus einem Kegelstumpf

-" £,t-llllg\.r f^Cllf£.ltUl gVt/HUkl »*1!U, UIIVf UL39V1I 'UIULILI Teil als Halbkugel ausgebildet ist, weiche sich in kontinuierlicher Weise an den kegelstumpfförmigen Teil anschließt. Der kegelstumpfförmige Teil 13, an welchen der spitzbogenförmige Teil 15 befestigt ist.

bildet das Ventil des Hauptreglers 2. Es ist noch zu bemerken, daß die große Basisfläche des spitzbogenförmigen Teiles 15, weicher sich an die kleine Grundfläche cies Ventiles 13 anschließt, ungleich kleiner ist als die vorerwähnte Grundfläche dieses Ventiles 13.

Mit der Bezugsziffer 17 ist ein Dichtungsglied bezeichnet, weiches im Falle eines Msngels des Gasbedarfes in der stromab liegenden Leitung die erforderliche Dichtigkeit sicherstellen soll und auf dem Ventil stromauf dti' verengten Stelle der Düse angeordnet ist. Das Eement 14. welches rias Ventil 13.

15 umgibt, ist in dichter Weise auf nc;n r*:c::r i«j gelagert uπH w'fd von einem hohlen Gehäuse gebildet, dessen äußere, zylinderförmige Umrißlinie an die Form des Rohres 10 angepaßt ist. und dessen Bohrung koaxial zu der Stange 5 und dem Ventil 13. 15 angeordnet ist. Die Konizität der Bohrung des Sitzes ist in dem stromauf liegenden Teil ein wenig größer als in dem kegelstumpfförmigen Teil

13 der Stange 5, um mit dem kegelstumpfförmigen Teil 13 und anschließend daran mit dem stromauf liegenden Teil des spif'bogep.förmigen Teiles 15 einen konvergierenden Rm^raum zu bilden: in dem stromab liegenden Teil ist die Konizität gegenüber derjenigen des spit^bogenförmigen Teiles 15 amfkehrt,

so um einen divergierenden Ringraum zu bilden, wobei die engste Stelle ringförmigen Querschnittes — welche die konvergierenden und divergierenden Räume begrenzt — in unmittelbarer Nähe desjenigen Teiles liegt, welcher stromauf des spitzbogenförmigen Teiles 15 angeordnet ist. Der konvergierende Kegelwinkel des Sitzes liegt vorzugsweise zwischen 30 und 45°, während der Winkel des divergierenden Konus vorzugsweise zwischen 3 und 7° liegt.

Der Hauptregler 2 mit der konvergierenden und

divergierenden Hauptdüse 14 kann die Gasmenge wie ein klassischer Regler regeln. Die Führungsstange 5 bildet dabei mit dem Membran 7 eine körperliche Einheit, welche auf der auf der Seite des Elementes

14 liegenden Fläche dem stromauf herrschenden Druck und auf der gegenüberliegenden Fläche einem Steuerdruck ausgesetzt ist. der von einem Steuerventil 18 geliefert wird, das in einer Sekundärleitung angeordnet ist. Diese Sekundärleitune verbindet den

stromab der Hauptleitung 1 liegenden Teil mit einer öffnung 19 oder Düse, welche in den Zylinder 11 eingearbeitet ist. Mit der Bezugsziffer 20 ist eine kalibrierte Bohrung oder öffnung bezeichnet, welche ebenfalls in einer Leitung vorgesehen ist, die den stromauf liegenden Teil der Leitung 1 mit der Bohrung oder Düse 19 verbindet. Der Steuerdruck hängt von der Anzeige des stromab gemessenen Druckes ab, oV; in das Steuerventil 18 eingesteuert wird. Aufgabe dieses Steuerventiles 18 ist es daher, den Ringquerschnitt zwischen den Elementen 14 und 15 durch Längsverschiebung der beweglichen Gesamtanordnung zu verändern, welch letztere von der Stange gebildet wird, die das Ventil 13, 15 und den Kolben 6 uerart prägt, daß die stromab des Reglers in der Leitung zugeführte Gasmenge den Veränderungen des Gasmengenbedarfes in der stromab liegenden Leitung 1 folgt. Die Folge davon ist, daß der stromab getriebene Druck auf einen konstanten Wert oder Bezugsweri eingeregelt bieibi.

Der Hauptregler 2 ist so ausgebildet, daß er nicht nur eine Regelung der Gasmenge — wie vorstehend beschrieben — sicherstellt, sondern darüber hinaus auch die Möglichkeit eröffnet, die Gasmengt zu ermitteln, welchen Wert diese Menge auch immer einnehmen möge. In der Tat zeigt eine Anzeigevorrichtung 21 für die jeweilige Stellung in einem jeden Augenblick den Wert des Durehgangsquerschnittes für das Gas an. Diese Anzeigevorrichtung 21 bildet mit der beweglichen Gesamtanordnung eine körperliche Einheit, welch letztere aus den Teilen 5, 6 und 15 gcoildet wird. Infolgedessen ist es möglich, die Gasmenge zu bestimmen, sofern man die Parameter des Gaszustandes am Eingang des Hauptreglers 2 kennt, nämlich den stromauf herrschenden Druck, die Temperatur und die Dichtigkeit.

In der Tat ist es bekannt, daß die Menge eines Gases, welches durch eine konvergierende und divergierende Düse hindurchströmt, und bei welcher mit Schallgeschwindigkeit sowie mit einem minimalen Querschnitt S₁- gearbeitet wird, wie folgt ermittelt werden kann:

Q_m = SJ(n)[ Ρ_λρ_Α (1)

Q_m = Massenmenge in kg s
S_c = Querschnitt in qm
P_A = Druck stromauf der Düse (in Pa)
g_A — Volumenmasse des Gases stromauf (in kg/m³)
/((5) = Funktion des isotropischen Koeffizienten des Gases derart, daß sich unter Berücksichtigung der Zustandsgieichung des Gases P-Zrυ Τ nachfolgende Gleichung ergibt, wobei P. Z. T, y die Parameter des Gaszustandes.des Druckes, der Koeffizient der Kompressibilität, die absolute Temperatur und die Volumenmasse sind, während der Buchstabe r das Verhältnis RjM ist, und R die Konstante der idealen Gase und M die Molmasse des Gases sind:

wobei K ein numerischer Koeffizient ist, welcher von den Einheiten und der Natur des verwendeten Gases abhängig ist.

Ζ_Λ = Koeffizient der Kompressibilität des Gases stromauf der Düse.

T_A = Temperatur des Gases stromauf der Düse (in ⁰K).

Indem man den Faktor der Kompressibilität Z_A vernachlässigt, und indem man eine konstante Temperatur voraussetzt, erhält man folgende Gleichung:

mc

Für eine konvergierende und divergierende Düse veränderlichen Querschnittes, wie sie vorstehend beschrieben und in Fig. 6 der Zeichnung dargestellt ist, ergibt sich der Querschnitt in der engsten Stelle der Düse wie folgt:

S_c = ne(D-e) (4)

e = Dicke der Krone des Durcht.ittsquerschnittes
D — Basisdurchmesser (Durchmesser, wenn der spitzbogenföriiiige Teil vollkommen gelöst ist)

Dabei ist a der Öffnungswinkel des spitzbogenförmigen Teiles und L der Hub desselben in Richtung der Achse A-A.

ι e

^tg 2 = τ

dann ist

Für einen Hub L, der kleiner ist als der Wert L_max, also

■ tg —

erhält man S_c = LDle, —, wobei der Querschnitt proportional dem Hub ist.

Die Menge des Gases drückt sich also durch folgende

Gleichung aus. sofern Λ" gleich ist KD tg --:

Q_m = KLP_A (5)

Die Gasmenge ist also proportional dem Hub des spitzbogenförmigen Teiles und dem stromauf gemessenen Druck. Der Faktor A" kann in vollkommener Weise bestimmt werden, wenn man die Natur des Gases und die geometrischen Kennwerte der Vorrichtung kennt.

_Μ Beispiel: Naturgas mit einer Dichte von 0,611;

/(S) = 0.67 D = 32 mm α = 5° Γ« = 288 ⁰K
erhält man

Q_m = 2,9LP_A,

wobei L der Hub in mm, P_A der Druck in bar und Q_m in kg/h ausgedrückt wird.

Daraus geht hervor, daß bei einer Verschiebung der beweglichen Gesamtanordnung 5, 6, 15 die Win-

öo kel des konvergierenden Teiles und des divergierenden Teiles sich nicht verändern, und daß die engste Stelle der Düse von den metallischen, unverformbaren Tsiicii ,^dauernd begrenzt ist. Die Folge davon ist, daß der Durchschnittsquerschnitt entsprechend den vorerwähnten Berechnungsformeln genau ermittelt werden kann.

Wenn der Öffnungswinkel α des spitzbogenfönnigen Teiles hinreichend klein gewählt wird, so ent-

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spricht eine geringe Veränderung der Gasmenge und damit eine geringe Veränderung des Querschnittes einer außerordentlich großen Verschiebung dieses spitzbogenförmigen Teiles, was einen Genauigkeitsfaktor für die Messung der Verschiebung bedeutet.

Die F i g. 2 der Zeichnung zeigt eine Vorrichtung, welche derjenigen nach F i g. 1 entspricht, in welche aber eine pneumatische Vorrichtung eingeschlossen ist, die es erlaubt, die korrigierte Größe des stromauf gemessenen Druckwertes andauernd, also laufend zu erhalten.

Die Grundelemente der Vorrichtung, insbesondere des Hauptreglers 2, welcher bereits im Zusammenhang mit der Fi g. 1 erläutert wurden, sind auf allen Figuren mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden im folgenden auch nicht erneut im Detail erörtert werden. Andererseits sind diejenigen Elemente, welche zur Regulierung der Menge dienen, z. B. das Steuerventil 18, bereits in allen Verwirklichungsformen der Erfindung vorhanden und werden daher in den Fig. 2 bis 5 nicht näher dargestellt.

Die Vorrichtung gemäß F i g. 2 besitzt eine Mikrodüse 22 mit veränderbarem engsten Querschnitt, wobei diese Mikrodüse 22 eine der Hauptdüse 14 analoge Form aufweist. Der bewegliche Verschlußkörper 23 bzw. Einbaukörper dieser Mikrodüse 22 steht mit der beweglichen Gesamtanorclnung 5. 6. 15 des Hauptreglers 2 in Verbindung. Die Düsen 14 und 22 erhalten sämtlich den gleichen Druck, der insbesondere aufgrund der Bohrungen bzw. Öffnungen 12 und 24 stromauf herrscht.

Der stromab liegende Teil der Mikrodüse 22 mit veränderbarem engsten Querschnitt ist mit dem stromauf liegenden Teil einer zweiten kleinen Düse 25 verbunden, deren divergierender Teil selbst an den stromab liegenden Teil der Hauptdüse 14 angeschlossen ist. Die zweite kleine Düse 25 kann eine feste Geometrie besitzen, d. h. also so geformt sein, daß sie kein bewegliches Verschlußgüed bzw. keinen beweglichen Einbaukörper und darüber hinaus einen engsten Querschnitt aufweist, der in seiner Größe unveränderbar ist.

Die Arbeitsweise der in F i g. 2 der Zeichnung dargestellten Vorrichtung ist die folgende:

Das bewegliche Verschhißglied 23 bzw. der bewegliche Einsatzkörper der Düse 2 ist mit demjenigen der Hauptdüse 14 fest verbunden. In einem jeden Augenblick haben diejenigen Durchgangsquerschnitte welche durch diese beiden Düsen 14 und 22 gebildet werden, ein konstantes Verhältnis. Die F:.iae davon ist. daß die beiden Düsen 14 und 22 n.it dein stromauf herrschenden Druck und mit der Schallgeschwindigkeit in der engsten Stelle einer jeden Düse beaufschlagt werden, wobei die Gasmengen der diese Düsen durchsetzenden Gase in einem jeden Augenblick in einem konstanten Verhältnis zueinander stehen. Das gleiche gilt für die Durchtrittsquerschnitte, und zwar in einem MaCe. in welchem die tatsächlichen Mengen Q₁₁₁. q,,.. welche eine jede Düse 14, 22 durchsetzen, eine Funktion der Verschiebung des Verschlußgliedes bzw. Einbaukörpers 15, 23 sind (siehe Gleichung 5). Man erhält also

Um die Hauptmenge zu erhalten. i-jt es erforderlich, diejenige Menge zu kennen, welche durch die Hilfsdüse 22 hindurchsiroiM. Wenn die Düse 25 mii einem unveränderbaren, also festen engsten Querschnitt größer ist als der maximale Querschnitt der Düse 22, so ist die Menge q_m in der Düse 25 gleich der Menge q_m , in der Düse 22.

Darüber hinaus ergibt sich entsprechend der Gleichung (3) die Menge q_m in der Düse 25 aus folgender Gleichung:

q_mi~ KSJ(O) Ρ_Λι (8).

wobei P₁ derjenige Druck ist. welcher in dem /wischen der Düse 22 mit veränderbarem Querschnitt und der zweiten Düse 25 liegenden Teil herrscht (F-'ia. 7).

Da. stromauf der Düse 25. dessen Querschnitt der engsten Stelle und damit die physikalische Menge konstant ist. die Menge </_m sich wie der Druck P_A verändert, genügt die Messung mit einer Druekmeßvorricbtung 26. um diejenige Menge Q_m von Ort /u Ort ahzulei-

JJ.J, '.vclchc die

!4 diirch'.etr! ti;: bei

tung der Gleichungen (7) und (X). sich folgender Zusammenhang ergibt:

Q_m = KS₁

I'

wobei k eine Konstante ist.

Ein pneumatisches Summiergerät 27 erlaubt parallel zur Anzeige oder zur Registrierung der Mensen der Vorrichtung 26 die Addition der Volumina. Die Summiervorrichtung 27 kann beispielsweise ein kleiner Gaszähler sein.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die in F i g. 2 der Zeichnung dargestellte Vorrichtung eine Korrektur der Werte der Gasmengen in Abhängigkeit von dem stromauf gemessenen Druck erlaubt, jedoch keincswees dem Koeffizienten der Kompressibilität des Gases Z und auch nicht der Temperatur des Gases am Eintritt in die Hauptdüse 14 Rechnung trägt.

Der Koeffizient Z kann auch vernachlässigt werden, wenn die Drücke den Wert von 20 bar nicht überschreiten.

Demgegenüber kann sich eine Korrektur der Temperatur als notwendig erweisen. Die Fig. 3 der Zeichnung zeigt eine etwas abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit welcher es möglich ist. eine korrigierte Menge und gleichzeitig auch den Wert des stromauf herrschenden Druckes sowie der entsprechenden Temperaturen zu erhalten.

Die Korrektur der Temperatur geschieht durch Einführung einer zusätzlichen Düse 28 mit veränderbarem engsten Querschnitt, wobei der Durchtrittsquerschnitt dem Wert derjenigen Temperatur angepaßt ist. welche stromauf des Hauptreglers 2 herrscht. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ersetzt die Düse 28 mit veränderbarem engsten Querschnitt die Düse 25 mit festem engsten Querschnitt, welche bei der Ausführungsform nach F i g. 2 dargestellt ist.

Ein in der Leitung 1 stromauf des Hauptreglers 2 angeordnetes Tcmperaiurmeßgerät 29 ist mit der Düse 28 verbürgen. Das TempersfurnicRgf!-; 2B. welches beispielsweise aus einer, eine ausdehnbare Flüssigkeit enthaltene Kugel bestehen kann, muß so konzipiert sein, daß ein Temperaturanstieg eine Vergrößerung des Querschnittes der engsten Stelle der Düse 28 und damit eine Verkleinerung des Wertes P zwischen den Düsen 22 und 28 nach sich ziehi. wobei der Wert P von dem Gerät 26 gemessen wird.

i 2

Us i»! darauf hinzuweisen, daß die im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 erläuterten Vorrichtungen, weiche die konvergierenden und divergierenden Düsen in Hetrieb setzen, welch letztere bei Schallgeschwindigkeit arbeiten, in der Herstellung außerordentlich einfach sind, da die verschiedenen EIemenie und Bauteile statisch sind.

Darüber hinaus erlaubt die Möglichkeit der Ermittlung der Gasmenge über den Druck die Verwendung einer großen Anzahl von bestehenden Anzeigegeräten oder Mengenmeßgeräten. Darüber hinaus kann die Zählgenauigkeit größer als + 1 °/n sein, und zwar für eint- Menge, die zwischen 5 und 1Of)⁰Z_n der Menge der Vorrichtung liegt.

In einem Falle, in welchem die Gasmtngen mit großer Genauigkeit ermittelt werden müssen, z. B. mit einer Genauigkeit von ± 0.5⁰O. kann es interessant sein, die Korrekturen der Werte der Mengen in Abhängigkeit von den Parametern des Gaszustandes mittpU cleklrki-hrr Vnrrjrhtiinopn 711 v£Hvir!ilichcn. Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 4 der Zeichnuii^! dargestellt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist die Hilfsdüse 22 der Fig. 2 und 3 durch ein Potentiometer oder aber durch einen linearen Rheostat 30 ersetzt, welcher an den Kolben des beweglichen Teiles des Hauptreglers 2 angekoppelt ist. Ein Gerät 31 zur Ermittlung des Druckes, welches über eine Stromquelle 32 versorgt wird, liefert eine elektrische Spannung, welche proportional dem stromauf des Hauptreilers 2 gemessenen Druck ist. Diese elektrische Spannung wird an das Potentiomcier 30 angelegt. Der Strom, welcher durch das Potentiometer 30 hindurchgeführt wird, ist auf diese Weise proportional der Menge in der Düse 14, korrigiert um den stromauf gemessenen Druckwert. Die Ermittlung der Menge des Gases erfolgt durch Messung der Spannung an den Klemmen eines Widerstandes 33, welcher in Reihe zu dem Potentiometer 30 geschaltet ist. Eei dem Meßergebnis wird ein Proportionalitäts-Koeffizient berücksichtigt. Um den Veränderungen der Temperatur eines Gases Rechnung zu tragen, ist ein auf die Veränderung der Temperaturen ansprechender Widerstand 35 in der Leitung 1 angeordnet, und zwar stromauf des Hauptreglers 2. Dieser Widerstand 35 ist mit dem Potentiometer und dem Meßwiderstand 33 in Reihe geschaltet. Das Spannungsmeßgerät 34 wird also an die Klemmen desjenigen Teiles eines Stromkreises angeschlossen, welcher den Meßwiderstand 33 und den Widerstand 35 enthält. Man kann auch dem Faktor der Kompressibilität des Gases und der Dichte dieses Gases durch Eirtfüh rung zusätzlicher verstellbarer Widerstände Rechnung tragen, welche in der Zeichnung nicht weiter dargestellt sind um in demjenigen Teil des Stromkreises mit dem Meß'.viderstand 33 und dem Widerstand 35 in Reihe geschaltet sind, zu weichem die Meßvorriehtung 34 parallel geschaltet ist. Es ist klar, daß der Wert des Widerstandes des Potentiometers 30 größer sein muß als der Wert der Summe der Widers'ände

ίο des Meßwiderstandes 35 und der verschiedenen verstellbaren und vorstehend angedeuteten Widerstände. Diese verstellbaren, zusätzlichen Widerstände können auch unmittelbar an diejenigen Sonden angeschlossen werden, welche die entsprechenden physi- !'aiisdien Größen, z.B. die Volumenmasse u.dgl. ermitteln. Darüber hinaus können die verschieden;, η Druckmeßvorrichtungen 31, die Temperaturmeßvorrichtung 35 und die Meßvorrichtung für die Volumenmasse u.dgl. sehr unterschiedlich ausgebildet

Falls keine allzugroße Genauigkeit erwünscht ist. kann die Messung der Mengen, welche entsprechend den stromauf gemessenen Druckveränderungen korrigiert sind, mit Hilfe eines Hauptreglers ?, durch geführt werden, welche im Zusammenhang mit der Fig. ΐ der Zeichnung erläutert wurde, wobei man diesem Hauptregler 2 eine mechanische Vorrichtung gemäß Fig. 5 der Zeichnung zuordnet.

Bei der Verwirklichungsform nach Fig. 5 der Zeichnung bildet ein Hebel einen Abstützpunkt 38. welcher sich zusammen mit der beweglichen Gesamtanordnung 6, 5, 15 des Hauptreglers 2 bewegt. wobei dieser Hebel auch einen Anlenkpunkt 39 zeigt, welcher Verschiebungen unterworfen ist, die proportional zu dem stromauf herrschenden Druck in der Leitung 1 sind. Diese Verschiebungen werden von einem Bourdon-Rohr 40 erzeugt. Die auf deii Anlegepunkt 39 des Hebels 37 einwirkende Verschiebung wird auf einen zweiten Hebel 41 mit einem Festpunkt 42 über einen Reaktionspunki 43 übertragen. Der Hebel 41, welcher an eine Zahnstange 44 angekoppelt ist. verstärkt in proportionaler Weise die vorstehend erläuterte Verschiebung derart, daß diese Verschiebung durch unmittelbares ,^A hlesrn einer Anzeigenadel 45 oder einer Registriernariel möglich ist.

Die Ausführungsform nach Fig. 5 der Zeichnung zeigt eine Lösung, deren Genauigkeit in bestimmten Fällen, z.B. zur Messung von Gasmengen in unterschiedlichen Einführungspunklen eines Netzes mit Knotenpunkten, ausreir?::·^ ₃ein kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regelung des Druckes in einer Gasleitung und Anzeige der gelieferten Gasmenge, mit einem in der Leitung (1) liegenden Hauptregler (2) und einer in Strömungsrichtung konvergierenden und anschließend divergierenden, in axialer Richtung durchströmten Hauptdüse (14) welche den Sitz eines Ventiles (15) bildet, das koaxial zur Hauptdüse (14) angeordnet ist, wobei zumindest eines der beiden von der Hauptdüse (14) und dem Ventil (15) gebildeten Elemente längs einer ihrer Erzeugenden einen veränderlichen Querschnitt aufweist is derart, daß diese Elemente (14, 15) einen konvergierenden Raum, eine halsförmige Einschnürung sowie einen divergierenden, im Querschnitt ringförmigen Raum begrenzen und wobei das eine dieser beiden Elemente (14, 15) relativ zu dem anderen Element unter der Einwirkung eines Steuerorgar.es (15, 7) in axialer Richtung verschiebbar ist, welches auf den stromauf herrschenden Druck sowie auf einen Steuerdruck anspricht, der in Abhängigkeit von dem stromab herrschenden Druck über ein Steuerventil (18) derart eingesteuert wird, daß das Ventil (15) den ringförmigen Querschnitt der halsförmigen Einschnürung verändert, um auf diese Weise den Druck in Abhängigkeit von dem Gasbedarf in dem stromab liegenden Teil der Leitung zu regeln, mit einer Anzeigevorrichtung (21), welche auf Veränderung des Querschnittes in der von der Hauptdüse (14) und dim Ve iil (15) begrenzten, halsförmigen Einschnürrng.anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß da;; .rste, hohle, drehsymmetrische und den Ventilsitz bildende Element (14) eine Trennwand aufweist, weiche in Strömungsrichtung des Gases einen ersten kegelstumpfförmigen und konvergierenden sowie einen zweiten, kegelstumpfförmigen und divergierenden Teil aufweist, daß das zweite, drehsymmetrische und das Ventil (15) bildende Element aus einem spitzbogigen Teil gebildet wird, daß die einander gegenüberliegenden Flächen des Ventiles (15) und des Ventilsitzes unverformbar sind derart, daß die Winkel der konvergierenden und divergierenden Räume während der axialen Bewegung des Ventils (15) konstant bleiben und daß die Vorrichtung darüber hinaus eine Vorrichtung so (22—25; 31—34; 37--45) zur Korrektur der Gasmenge in Abhängigkeit von dem stromauf in der Leitung (1) herrschenden Gasdruck sowie eine Vorrichtung zur Korrektur des Gasdurchsatzes in Abhängigkeit von der Temperatur des Gases in der Leitung (1) stromab des Hauptreglers (2) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur inneren Abdichtung bei mangelndem Gasbedarf in dem Ventil (15) stromauf der halsförmigen Einschnürung ein Dichtungsglied (17) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnt, daß das spitzbögige Ventil (15) eine geringe Konizität aufweist, welche kleineristalslO⁰.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel des kegelstumpfförmigen und konvergierenden Teiles des Sitzes des Ventiles (15) der Hauptdüse (14) zwischen 30 und 45° liegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel des kegelstumpförmigen und divergierenden Teiles des Sitzes des Ventiles (15) der Hauptdüse (14 zwischen 3 und 7° liegt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aizeigevorrichtung, welche den Wert der korrigierten Gasmenge in Abhängigkeit von dem stromauf gemessenen Druck anzeigt, eine erste, kleine, konvergierende und divergierende Düse (22) aufweist, deren halsförmige Einschnürung in ihrem Querschnitt veränderbar ist, wobei in dieser Düse (22) der gleiche Druck wie derjenige stromauf der Hauptdüse herrscht und wobei die Düse (22) ein bewegliches und mit dem Ventil (15) des Hauptreglers (2) verbundenes Verschlußglied (23) enthält, welches die gleiche Form wie die Hauptdüse (14) aufweist derart, daß die ringförmigen Querschnitte der halsförmigen Einschnürung der Hauptdüse (14) und der ersten kleinen Düse (22) in einem konstanten Verhältnis bleiben, daß die erste kleine Düse (22) über ihren stromab liegenden Teil mit einer zweiten, kleinen konvergierenden und divergierenden Düse (25, 28) verbunden ist, die ihrerseits den divergierenden Teil an den stromab liegenden Teil der Hauptdüse (14) angeschlossen hat und daß zwischen der ersten kleinen Düse (22) und der zweiten kleinen Düse (25) ein Druckanzeigegerät (26) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite kleine Düse (25) eine feste Geometrie aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigegerät, welches den Wert der korrigierten Gasmenge in Abhängigkeit von der stromauf gemessenen Temperatur liefert, eine kleine konvergierende und divergierende Düse (28) mit veränderbarem Querschnitt der halsförmigen Einschnürung aufweist und daß der Durchtrittsquerschnitt dieser Düse (28) demjenigen Wert der Temperatur angepaßt und unterworfen ist, welche stromauf des Hauptreglers (2) herrscht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, kleine, konvergierende und divergierende Düse (28) eine halsförmige Einschnürung mit veränderbarem Querschnitt aufweist und daß der Durchtrittsquerchnitt dem Wert derjeni|»en Temperatur unterworfen und angepaßt ist, welche stromauf des Hauptreglers (2) herrscht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung, welche mit einem beweglichen und mit dem Ventil des Hauptreglers (2) verbundenen Organ ausgerüstet ist, ein erstes Element (30) aufweist, dessen elektrische Impedanz in Abhängigkeit von der Stellung des Ventiles (15) des Hauptreglers (2) sich linear verändert, daß die Vorrichtung zur Korrektur des Wertes der Gasmenge in Abhängigkeit von dem stromauf herrschenden Druck eine Drucksonde (31) aufweist, welche das erste Element (30) mit veränderbarer Impedanz mil Hilfe

einer elektrischen Spannung versorgt, weiche proportional zu dem stromauf gemessenen Druck ist, und daß die Anzeigevorrichtung eine Vorrichtung (34, 36) zur Messung der elektrischen Größen aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzp'chne, daß in der stromauf des Hauptregiers (2) liegenden Leitung ein zweites Element mit veränderbarer Impedanz, z. B. ein Heißleiter (35) angeordnet ist, welcher den Veränderungen der Temperatur Rechnung trägt und mit dem ersten E!fcC:fent (30) mit veränderbarer Impedanz in Reihe geschaltet ist, und daß die Drucksonde (31) die ersten und zweiten Elemente (30 bzw. 35) mit veränderbarer Impedanz gleichzeitig mit einer Spannung versorgt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbaren Widerstände, welche für die Parameter des Gaszustandes stromauf des Hauptreglers (2), z.B. für die Kompressibilität und die Dichte des Gases kennzeichnend sind, mit dem ersten Element (30) mit veränderbarer Impedanz in einem Kreis in Reihe geschaltet sind, welcher an die Klemmen der Drucksonde (31) angeschlossen sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung einen ersten Hebel (37) aufweist, dessen Abstützpunkt (38) mit dem Ventil (15) des Hauptreglers (2) eine körperliche Einheit bildet, und daß die Vorrichtung zur Korrektur der Gasmenge in Abhängigkeit von dem stromauf gemessenen Druckwert ein Bourdon-Rohr (40) aufweist, welches eine Verschiebung proportional zu dem stromauf gemessenen Druck liefert, und daß diese Verschiebung auf das äußere Ende dieses Hebels (37) einwirkt und anschließend daran über einen Reaktionspunkt (43) auf das äußere Ende eines zweiten Hebels (41) übertragen wird, welcher mit der Anzeigevorrichtung (44, 45) verbunden ist derart, daß der angezeigte Wert proportional der korrigierten Gasmenge in Abhängigkeit von dem Wert des stromauf gemessenen Druckes ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung darüber hinaus eine Summierungsvorrichtung aufweist, um parallel zur Anzeige oder aber zur Messung der Gasmengen die Gasvolumina zu addieren.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Summieiungsvorrichtung eine pneumatische Summierungsvorrichtung ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Summierungsvorrichtung eine elektronische Summierungsvorrichtung ist.