DE2847380C2 - Pressure medium operated regulator with feedback, in particular positioner - Google Patents
Pressure medium operated regulator with feedback, in particular positionerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetriebenen Regler mit Rückführung mit den m Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen.The invention relates to a fluid-operated controller with feedback to the m preamble of claim specified characteristics.
Solche Regler dienen hauptsächlich dazu, die an einem Stellglied auftretenden Störeinflüsse wie Reibung, wechselnde Kräfte auf dem Ventilkegel und dgl. möglichst unwirksam zu machen. Bei einem Regelventil soll mit Hilfe einer Meßvorrichtung des Stellungsreglers eine durch einen Führungsdruck erzeugte Kraft (bzw. ein entsprechender Weg) mit einer Kraft (bzw. einem Weg) verglichen werden, welche (bzw. welcher) die Stellung der Ventilstange möglichst gut zugeordnet ist. Die sich mit der Ventilstellung ändernde Kraft wird üblicherweise durch eine Feder erzeugt, die von der Ventilstange oder dem sonstigen Stellglied mehr oder weniger gespannt wird. Die den Führungsdruck abbildende Kraft entsteht dadurch, daß dieser Druck auf eine Membran, ein Federrohr, eine Bourdonfeder, einen Kolben od. dgl. wirkt. Besteht ein Ungleichgewichl zwischen den beiden abbildenden Kräften, so sorgt ein z. B. aus Düse und Prallplatte mit nachgeschaltetem Leistungsverstärker bestehendes pneumatisches Schaltsystem dafür, daß der Druck im Stellmotor des pneumatischen Stellgliedes so lange verändert wird, bis die Ventilstange diejenige Stellung eingenommen hat, welche dem Führungsdruck aufgabengemäß zuzuordnen ist.Such controllers are mainly used to reduce the disturbing influences that occur on an actuator, such as friction, To make changing forces on the valve cone and the like as ineffective as possible. With a control valve if the positioner is to use a measuring device to generate a force (resp. a corresponding path) can be compared with a force (or a path) which (or which) the Position of the valve rod is assigned as well as possible. The force that changes with the valve position becomes usually generated by a spring, which is more or more of the valve rod or the other actuator is less tense. The force depicting the guide pressure arises from the fact that this pressure is applied to a membrane, a spring tube, a Bourdon tube, a piston or the like. Acts. Is there an imbalance? between the two imaging forces, a z. B. from nozzle and baffle plate with downstream Power amplifier existing pneumatic switching system that the pressure in the servomotor of the pneumatic actuator is changed until the valve rod has assumed the position which is to be assigned to the management pressure according to the task.
Im allgemeinen diente bisher zur Abbildung der Ventilstellung eine normale Schraubenfeder. Auch wurde anstatt dessen auch schon ein Torsionsstab verwendet. Beide Ausführungen leiden vor allem an ihrem unvermeidlichen Platzbedarf bzw. an ihrer sperrigen Bauweise, welche der praktischen Brauchbarkeit des Reglers abträglich sind.In general, a normal helical spring has previously been used to map the valve position. Even a torsion bar was used instead. Both versions suffer mainly from their unavoidable space requirements or their bulky construction, which of practical usability of the controller are detrimental.
Aus der DE-OS 16 73 592 ist auch bereits ein Regelgerät der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Meßfeder aus einer Spiralfeder besteht, deren inneres Ende auf einer Spannwelle befestigt ist, welche mit dem Drehpunkt oder Ende eines mit dem Stellglied gekuppelten Hebels verbunden ist, und deren äußeres Ende mit dem Meßwerk des Stellungsreglers gekuppelt ist Bei diesem Regelgerät ist das innere Ende der Spiralmeßfeder direkt und fest mit dem freien Ende derFrom DE-OS 16 73 592 a control device of the type mentioned is already known in which the measuring spring consists of a spiral spring, the inner end of which is attached to a tension shaft, which is connected to the fulcrum or end of a lever coupled to the actuator, and the exterior thereof The end is coupled to the positioner's measuring mechanism. The inner end of this control device is the Spiral measuring spring directly and firmly to the free end of the
ίο Spannwelle verbunden. Eine in der Praxis oft e.-forderliche genaue Einstellung des Nullpunktes des Gerätes und eine Änderung der Federkennlinie der Spiralmeßfeder kann daher nur nach einer Demontage der betreffenden Teile des Gerätes vorgenommen werden. Auch ein Auswechseln der Spiralmeßfeder ist aus diesem Grunde nichi ohne zeitraubende und umständliche Montagearbeit möglich.ίο expansion shaft connected. One that is often required in practice exact setting of the zero point of the device and a change in the spring characteristic of the spiral measuring spring can therefore only be carried out after the relevant parts of the device have been dismantled. Also a For this reason, replacing the spiral measuring spring is not without time-consuming and laborious assembly work possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung der Spiralmeßfeder zwischen dem Stellglied und dem pneumatischen Meßwerk so mit einer einfachen Vorrichtung zu verbinden, daß die Einstellung des Nullpunktes und eine Verschiebung der Federkennlinie bzw. eine Auswechslung der Spiralmeßfeder auf einfache Weise auch bei einem bereits montierten Gerät möglich ist. Dabei soll dieses Gerät möglichst kompakt als ein selbständiges Bauelement ausgebildet sein, welches ohne Schwierigkeiten an Stellglieder mit pneumatisch angetriebenem Stellmotor wie insbesondere Membranventil angebaut werden kann.The invention is based on the object of the arrangement of the spiral measuring spring between the actuator and to connect the pneumatic measuring mechanism with a simple device so that the setting of the zero point and a shift in the spring characteristic or a replacement of the spiral measuring spring simple way is also possible with an already assembled device. This device should be as compact as possible be designed as an independent component, which can be easily connected to actuators pneumatically driven servomotor such as in particular diaphragm valve can be attached.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das innere Ende der Spiralmeßfeder an einem auf der Spannwelle verdrehbar und feststellbar gelagerten Auge befestigt ist, welches gegenüber der Spannwelle mittels einer Einstellschraube und eines mit dem Auge verbundenen Hebels verdrehbar ist, während das äußere Ende der Spiralmeßfeder mit einem Druckmeßstift verbunden ist, dessen Fußende an einem vom Meßdruck beaufschlagbaren, z. B. balg- oder membranförmigen Meßorgan befestigt ist und dessen KopfendeThis object is achieved in that the inner end of the spiral measuring spring on a the expansion shaft rotatable and lockable mounted eye, which opposite the expansion shaft is rotatable by means of an adjusting screw and a lever connected to the eye, while the outer end of the spiral measuring spring is connected to a pressure measuring pin, the foot end of which at one of the Pressure can be applied, z. B. bellows or membrane-shaped measuring element is attached and its head end
«o auf eine Prallplatte wirkt, welche mit der Auslaßdüse eines auf den Stellmotor eines Stellgliedes, z. B. eines Regelventils, wirkenden pneumatischen Kraftschalters zusammenarbeitet.«O acts on a baffle plate, which with the outlet nozzle one on the servomotor of an actuator, z. B. a control valve, acting pneumatic power switch cooperates.
Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann das innere EndeWith the help of this device, the inner end
<5 der Spiralmeßfeder in bezug auf die Spannwelle mehr oder weniger angezogen werden, um den Nullpunkt einzustellen und die Federkennlinie zu verschieben, ohne daß eine vollständige Demontage der betreffenden Teile des Gerätes vorgenommen werden muß.<5 of the spiral measuring spring in relation to the expansion shaft more or less tightened to set the zero point and shift the spring characteristic, without having to completely dismantle the relevant parts of the device.
v> Diese Vorrichtung erleichtert auch erheblich den Austausch einer bestimmten Spiralmeßfeder durch solche mit anderen Eigenschaften, vor allem mit anderen Federkonstanten oder Federkennlinien. Infolge seiner kompakten und wenig Raum beanspruchenden Bauart kann das Gerät als Einheit leicht an verschiedenartige, pneumatisch betätigte Ventile od. dgl. anmontiert werden.v> This device also makes that much easier Replacement of a certain spiral measuring spring by one with other properties, especially with other spring constants or spring characteristics. As a result of its compact and space-consuming In terms of design, the device can easily be mounted as a unit on various types of pneumatically operated valves or the like will.
In der Zeichnung ist die Erfindung in zwei Ausführungsformen beispielsweise veranschaulicht.In the drawing, the invention is illustrated in two embodiments, for example.
w> Fig. 1 zeigt schematisch in einem senkrechten Schnitt ein pneumatisch betriebenes Stellventil mit einem Stellungsregler.w> Fig. 1 shows schematically in a vertical Section through a pneumatically operated control valve with a positioner.
F i g. 2 zeigt dieses Stellventil in einem waagerechten Schnitt nach der Linie AB der Fig. I mit dem Stellungsregler in teilweise geschnittener Draufsicht.F i g. 2 shows this control valve in a horizontal section along the line AB in FIG. I with the positioner in a partially sectioned plan view.
Fig. 3 zeigt schematisch in einem senkrechten Schnitt das pneumalisch betriebene Stellventil gemäß F i g. I mit einer Variante des Stellungsreglers, undFig. 3 shows schematically in a vertical section the pneumatically operated control valve according to F i g. I with a variant of the positioner, and
Fig.4 zeigt das Stellventil wieder analog Fig.2 in einem waagerechten Schnitt nach der Linie C-D der Fig.3 mit dem Stellungsregler in teilweise geschnittener Draufsicht,4 shows the control valve again analogously to FIG. 2 in a horizontal section along the line CD in FIG. 3 with the positioner in a partially sectioned plan view,
Bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungs- ϊ formen besteht das Stellglied aus einem Ventilkörper 24, der über einen Rahmen 25 fest mit dem Membrangehäuse 26 eines pneumatischen Stellmotors verbunden ist. In dem mit einer Eingangsöffnung 27 versehenen Druckraum 28 des Membrangehäuses 26 ist eine Arbeitsmembran 29 angeordnet, deren Membranteller 30 fest mit einer Ventilstange 31 verbunden ist Die Ventilstange 31 trägt einen Ventilkegel 32, welcher mit einem Ventilsitz 33 zusammenarbeitet Auf den Membranteller 30 wirken von unten die Ventilfedern 34, welche bestrebt sind, das Ventil entgegen dem im Druckraum 28 herrschenden Luftdruck zu öffnen.In the embodiments shown in the drawing, the actuator consists of a valve body 24 which is firmly connected via a frame 25 to the diaphragm housing 26 of a pneumatic servomotor. In the pressure chamber 28 of the diaphragm housing 26, which is provided with an inlet opening 27, a working diaphragm 29 is arranged, the diaphragm plate 30 of which is firmly connected to a valve rod 31 Valve springs 34 which strive to open the valve against the air pressure prevailing in the pressure chamber 28.
An der Ventilstange 31 ist mit Hilfe einer gegebenenfalls axial verstellbaren Schelle 34' ein Winkelstück 35 befestigt auf welchem ein Stellstift 36 verschiebbar und kraftschlüssig aufliegt Das äußere Ende des Stellstiftes 36 ist in dem Langloch 37 eines Hebels 38 radial verstellbar und mittels eines Schraubenbolvens 36' in jeder Verschiebungslage des Stellstiftes 36 auf der Auflagefläche des Winkelstückes 35 feststellbar gelagert On the valve rod 31 is optionally with the help of a axially adjustable clamp 34 'an angle piece 35 attached to which an adjusting pin 36 is displaceable and rests frictionally. The outer end of the adjusting pin 36 is radially in the elongated hole 37 of a lever 38 adjustable and by means of a screw bolt 36 'in each displacement position of the adjusting pin 36 on the Support surface of the angle piece 35 mounted lockable
Mit dem Rahmen 25 des Ventils ist durch in der Zeichnung nur angedeutete Halteteile 39 das Gehäuse 40 eines Stellungsreglers fest verbunden. Dieser Stellungsregler ist in der Zeichnung der Anschaulichkeit Jo halber im Verhältnis zu dem Ventil ziemlich groß dargestellt. Er enthält als Positionsmeßfeder eine spiralförmig gewundene Blattfeder oder Spiralmeßfeder 41, deren inneres Ende 4Γ mit einer im Gehäuse 40 drehbar gelagerten Spannwelle 42 mittels eines auf der « Spannwelle 42 sitzenden Auges 42' verbunden ist. Die Spannwelle 42 ist ihrerseits mit dem Ende 38' des Hebels 38 verbunden, welcher auf diese Weise bei seinen Ausschlagbewegungen die Spiralmeßfeder 41 spannen kann.The housing is connected to the frame 25 of the valve by holding parts 39, which are only indicated in the drawing 40 of a positioner firmly connected. This positioner is shown in the drawing for clarity shown rather large in relation to the valve. It contains a position measuring spring Spirally wound leaf spring or spiral measuring spring 41, the inner end 4Γ of which with an in the housing 40 rotatably mounted tensioning shaft 42 is connected by means of an eye 42 'seated on the "tensioning shaft 42". the Tension shaft 42 is in turn connected to the end 38 'of the lever 38, which in this way the spiral spring 41 can tension its deflection movements.
Das äußere Ende 41" der Spiralmeßfeder 41 ist gemäß F i g. 1 und 2 praktisch unmittelbar und vor allem ohne Zwischenschaltung eines weiteren Hebels mit dem beweglichen Teil eines Druckmeßwerkes verbunden, welches beim Ausführungsbeispiel aus einer Meßmembran 43 besteht, aber auch ein Federbalg sein könnte. Der Membranteller 44 trägt einen Meßstift 45, an dem das Ende 41" der Spiralmeßfeder 41 befestigt ist. In den Meßdruckraum 46 unterhalb der Meßmembran 43 mündet eine Meßdruckleitung 47, in die der wechselnde Meßdruck eingeführt wird, wie durch den Eingangspfeil 48 angedeutet ist.According to FIGS. 1 and 2, the outer end 41 ″ of the spiral spring 41 is practically immediate and above all connected to the moving part of a pressure measuring mechanism without the interposition of a further lever, which in the exemplary embodiment consists of a measuring membrane 43, but could also be a bellows. The diaphragm plate 44 carries a measuring pin 45 to which the end 41 ″ of the spiral measuring spring 41 is attached Measuring pressure space 46 below the measuring membrane 43 opens a measuring pressure line 47 into which the alternating Measurement pressure is introduced, as indicated by the input arrow 48.
Der Kopf 49 des Meßs'.iftes 45 wirkt von unten auf eine bei 50 gelagerte Prallplatte 51, weiche die Auslaßdüse 52 eines Kraftschalters mehr oder weniger abschließt bzw. öifnet. Der Auslaßdüse 52 wird durch eine Leitung 53 über eine veränderliche Vordrossel xp ein aus dem Zuluftanschluß 54 kommender, im wesentlichen konstanter Luftdruck zugeführt. Aus einem der Ausiaßdüse 52 nachgeschalteten Leistungs- 6« verstärker 55 führt über eine weitere Drossel Q eine Druckleitung 56 in den Druckraum 28 des Membrangehäuses 26 des Stellmotors des Ventils.The head 49 of the measuring device 45 acts from below on a baffle plate 51 mounted at 50, which more or less closes or opens the outlet nozzle 52 of a power switch. The outlet nozzle 52 is supplied with an essentially constant air pressure coming from the supply air connection 54 through a line 53 via a variable pre-throttle x p. From a power amplifier 55 connected downstream of the outlet nozzle 52, a pressure line 56 leads via a further throttle Q into the pressure chamber 28 of the diaphragm housing 26 of the servomotor of the valve.
Wenn beispielsweise der Eingangs- oder Befehlsdruck nach einer Störung des Gleichgewichtszustandes 6'> in dem Meßdruckraum 46 ansteigt, so bewegt sich die Meßmembran 43 entgegen der Wirkung der Spiralmeßfeder 41 nach oben und h-ebt über den Meßstiftkopf 49 die Prallplatte 51 von oer Auslaßdüse 52 ab. Dadurch fällt der Druck in der Zuiuftlejtung 53 und infolgedessen auch der Druck hinter dem Verstärker 55 in der Druckleitung 56. Der Arbeitsdruck in dem Druckraum 28 des Stellmotors sinkt entsprechend, und die Ventilstange 31 wird unter der Wirkung der Ventilfeder 34 nach oben bewegt. Dadurch wird die Spiralmeßfeder 41 von dem sich im Uhrzeigersinn drehenden Hebel 38 und der Spannwelle 42 so lange gespannt, bis zwischen der Kraft an der Meßmembran 43 und der Kraft am Ende 42" der Spiralmeßfeder 41 wieder Gleichgewicht herrscht. Wenn dagegen der Eingangs- oder Befehlsdruck sinkt so kehren sich die vorstehend beschriebenen Funktionen entsprechend um. Auf diese Weise werden die auf das Stellglied wirkenden Störungskräfte ausgeschaltet, wie z. B. die auf den Ventilkegel wirkenden wechselnden Drücke des durch das Ventil strömenden Mediums, an Stopfbüchsen auftretende Reibungskräfte od. dgl.If, for example, the input or command pressure after a disturbance of the equilibrium state 6 '> rises in the measuring pressure chamber 46, the measuring membrane 43 moves against the action of the spiral measuring spring 41 upwards and lifts the baffle plate 51 from the outlet nozzle 52 via the measuring pin head 49. Through this the pressure falls in the supply line 53 and consequently the pressure downstream of the booster 55 in the Pressure line 56. The working pressure in the pressure chamber 28 of the servomotor decreases accordingly, and the Valve rod 31 is moved upwards under the action of valve spring 34. This will make the spiral measuring spring 41 stretched by the clockwise rotating lever 38 and the tensioning shaft 42 until between the force on the measuring diaphragm 43 and the force at the end 42 ″ of the spiral measuring spring 41 regain equilibrium prevails. If, on the other hand, the input or command pressure decreases, the above-described are reversed Functions accordingly. In this way, the disturbance forces acting on the actuator turned off, such as B. the changing pressures acting on the valve cone through the valve flowing medium, frictional forces occurring at stuffing boxes or the like.
Die veränderliche Drossel xp dient zur Stabilisierung des aus Ventil und Stellrelais gebildeten Regelkreises. Wenn dessen Verstärkung nämlich zu hoch ist, kann das Ventil zu schwingen anfangen. Auen die ebenfalls veränderliche Drossel Q dient dazu, gegebenenfalls die Stabilität sowohl des Stellungsregelkreises als auch des Regelkreises, innerhalb dessen das Steliveniil mit dem Stellretais eingesetzt wird, zu sichern bzw. zu verbessern. The variable throttle x p is used to stabilize the control circuit formed from the valve and control relay. If its gain is too high, the valve can start to oscillate. The throttle Q , which is also variable, serves to secure or improve the stability of both the position control loop and the control loop within which the actuating element with the actuating relay is used, if necessary.
Gemäß der Erfindung kann eine Hilfsvorrichtung zur Einstellung des Nullpunktes und zur Verschiebung der Federkennlinien mit der Anordnung der Spiralmeßfeder verbunden werden. Diese Hilfsvorrichtung besteht in einfacher Ausführungsform aus einer Schraube 57, die auf einen Hebel 58 wirkt, welcher mit dem auf der Spannwelle 42 verdrehbaren Auge 42' verbunden ist. Dadurch kann das innere Ende 41' der Spiralmeßfeder 41 in bezug auf die Spannwelle 42 mehr oder weniger angezogen werden, ohne daß die Spannwelle demontiert werden muß. Auch kann die Spiralmeßfeder leicht ausgetauscht werden.According to the invention, an auxiliary device for setting the zero point and for shifting the Spring characteristics can be linked to the arrangement of the spiral measuring spring. This auxiliary device consists in simple embodiment of a screw 57, which acts on a lever 58, which with the on the Tension shaft 42 rotatable eye 42 'is connected. This allows the inner end 41 'of the spiral measuring spring 41 are tightened more or less with respect to the expansion shaft 42 without the expansion shaft being dismantled must become. The spiral measuring spring can also be easily exchanged.
Eine Variante des Gerätes besteht gemäß F i g. 3 und 4 darin, daß auf der Spannwelle 42 anstelle einer einzigen Spiralmeßfeder zwei oder mehr parallel wirkende Spiralmeßfedern nebeneinander angeordnet sind, welche wahlweise einzeln oder zu zweit bzw. zu mehreren in beliebiger Kombination adf das Eingangsdruckmeßwerk wirken. Bei der dargestellten Ausführungsform sind beispielsweise zwei verschieden große Spiralmeßfedern 59 und 60 vorgesehen. Die jeweils gewünschte Verbindung der äußeren Enden der Spiralmeßfedern 59, 60 mit dem Meßstift 45 der Meßmembran 43 des Druckmeßwerkes kann z. B. mit Hilfe eines um die Achse des Meßstiftes 45 verdrehbaren Kupplungsstückes 61 hergestellt werden. Die Enden u'ieses Kupplungsstückes können z. B. mittels Schrauben 62, 63 mit den äußeren, freien Enden der Spiralmeßfedern 59 bzw. 60 verbunden werden. In der in Fi g. 4 in ausgezogenen Linien gezeichneten Stellung wirken beide Spiralmeßfedern 59, 60 gleichzeitig über dar, Kupplungsstück f 3 auf den Meßstift 45, während in der in gestrichelten Linien gezeichneten Stellung 6Γ des Kupplungsstückes nur die Spiralmeßfeder 59 mit dem Meßstift 45 verbunden ist.A variant of the device is shown in FIG. 3 and 4 in that on the tensioning shaft 42 instead of a single spiral measuring spring two or more parallel acting spiral measuring springs are arranged side by side, which act either individually or in pairs or several in any combination adf the input pressure measuring mechanism. In the illustrated embodiment, for example, two different sized spiral measuring springs 59 and 60 are provided. The respectively desired connection of the outer ends of the spiral measuring springs 59, 60 with the measuring pin 45 of the measuring membrane 43 of the pressure measuring mechanism can, for. B. be made with the help of a rotatable about the axis of the measuring pin 45 coupling piece 61. The ends of u'ieses coupling piece can, for. B. be connected by means of screws 62, 63 with the outer, free ends of the spiral measuring springs 59 and 60, respectively. In the in Fi g. 4 drawn in solid line position both act Spiralmeßfedern 59, 60 simultaneously r over there, coupling piece f 3 to the measuring pin 45, while in the drawn in dashed line position 6Γ of the coupling piece only the Spiralmeßfeder 59 is connected with the measuring pin 45th
Es ist hierbei vorteilhaft, die Federkonstanten oder Federkennlinien bzw. Drehmomente der verschiedenen Spiralmeßfedern 50, 60 us'.v. im Verhältnis von 1:2:4 usw. oder ähnlich abzustufen. Bei dieser Ausbildung kann man durch entsprechende Auswahl der wirksamenIt is advantageous here to use the spring constants or spring characteristics or torques of the various Spiral measuring springs 50, 60, etc. in a ratio of 1: 2: 4 etc. or similar. In this training can be achieved by selecting the effective ones
Spiralmeßfedern die Zuordnung zwischen dem Winkel, um den der Hebel 38 des Stellgliedes verdreht w ird, und der Kraftwirkung auf den Meßsiift 45 des Druckmeßwerkes innerhalb großer Grenzen verändern. Solche Abstufungen kann man auch für die verschiedenen, gemäß Fig. I und 2 je nach Bedarf austauschbaren Spiralmeßfedern vorsehen.Spiral measuring springs the assignment between the angle, around which the lever 38 of the actuator is rotated, and the force acting on the measuring device 45 of the pressure measuring mechanism within large limits. Such Graduations can also be interchangeable for the different ones according to FIGS. 1 and 2 as required Provide spiral measuring springs.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen For this purpose 2 sheets of drawings
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Legal Events
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