DE2947216A1 - Gas flow regulator - uses diaphragm control stages responsive to pressure difference and static line pressure - Google Patents
Gas flow regulator - uses diaphragm control stages responsive to pressure difference and static line pressureInfo
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Abstract
Description
Vorrichtung zum Regeln des Durchflusses strömender MedienDevice for regulating the flow of flowing media
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln des Durchflusses strömender Medien, insbesondere gasförmiger Art, bestehend aus einem Stellgerät und einem Differenzdruckregler, wobei im Regler die Kraft der Sollwertfeder mit der an der Meßmembran durch Aufschaltung des vom Wirkdruckgeber erzeugten Differenzdruckes gebildeten Differenzdruckkraft verglichen und abhängig von diesem Vergleich die Öffnungsstellung des Verstärkerventils beeinflußt wird.The invention relates to a device for regulating the flow flowing media, in particular of the gaseous type, consisting of an actuator and a differential pressure regulator, with the force of the setpoint spring in the regulator on the measuring membrane by switching on the differential pressure generated by the differential pressure transducer The differential pressure force formed is compared and, depending on this comparison, the The opening position of the booster valve is influenced.
Bekannte, mit Hilfsenergie arbeitende Gas-Druckregelgeräte sind mit Reglern versehen, welche den zum Betätigen des Stellgliedes erforderlichen Stelldruck aus dem Eingangsdruck bilden und das Arbeitsgas in den Ausgangsraum abströmen lassen. Hierdurch sind Systeme gegeben, die völlig unabhängig von Fremdenergie arbeiten und Verlustgas nicht in die Atmosphäre abströmen lassen.Known, auxiliary power gas pressure regulators are with Provided regulators, which the actuating pressure required to operate the actuator from the inlet pressure form and the working gas in the output space let it flow away. This gives systems that are completely independent of external energy work and do not allow waste gas to escape into the atmosphere.
Neben Reglern für die Ausgangsdruck-Regelung, der an sich häufigsten Regelaufgabe, finden bekannterweise auch Kombinationsregler Anwendung. Diese ermöglichen außer einer Ausgangsdruck-Regelung alternativ auch eine Differenzdruck-Regelung. Die beiden hierzu erforderlichen Regelstufen sind in Reihe geschaltet. Durch diese Schaltungsweise wird erreicht, d3 sich der Regelvorgang situationsbedingt auf den Ausgangsdruck oder aber auf den Differenzdruck beziehen kann. Reglerkombinationen dieser Art finden dann vor allem Anwendung, wenn Zähler vor Überlastung zu schützen sind oder aber wenn eine Konstant-Einspeisung in nachgeschaltete Rohrleitungssysteme erreicht werden soll.In addition to regulators for output pressure regulation, the most common per se Control task, as is known, combination controllers are also used. These enable In addition to an outlet pressure control, a differential pressure control is also available as an alternative. The two control stages required for this are connected in series. Through this Switching is achieved that the control process is dependent on the situation Output pressure or can refer to the differential pressure. Controller combinations This type is mainly used when protecting meters from overload or if there is a constant feed into downstream pipeline systems should be achieved.
Wird der Differenzdruckregler beispielsweise für die Aufgabengröße Durchfluß benutzt, ergibt sich der Nachteil, daß zwischen geregeltem Differenzdruck und dem Jeweiligen Durchfluß ein Zusammenhang besteht, welcher auch von der Höhe des jeweilligen statischen Druckes am Differenzdruckgeber mitbestimmt wird. Bezogen auf den Betriebsdurchfluß, ist der Zusammenhang und, bezogen auf den Normdurchfluß, der Zusammenhang gegeben. Vorausgesetzt wird hierbei, daß die Gastemperaturen in der Praxis weitgehend konstant sind. Dem durch die vorstehenden Gleichungen (1) und (2) beschriebenen physikalischen Zusammenhang läßt sich dadurch begegnen, daß bei Kenntnis des Bereiches, in welchem sich der statische Druck ändert, sich die Druckdifferenzstufe wie folgt einstellt: Zur Begrenzung des maximalen Betriebsdurchflusses erfolgt die Einstellung bei maximalem statischen Druck und zur Begrenzung auf den maximalen Normdurchfluß bei maximalem statischen Druck. Eine derart ausgebildete Anlage kann also nur bei einem Druckwert den gewünschten - optimalen - Grenzdurchfluß exakt einhalten. Bei allen anderen statischen Druckwerten müssen entsprechende Durchflußabweichungen in Kauf genommen werden.If the differential pressure regulator is used, for example, for the task of flow, there is the disadvantage that there is a relationship between the regulated differential pressure and the respective flow, which is also determined by the level of the respective static pressure on the differential pressure transducer. The relationship is related to the operating flow and, based on the standard flow rate, the relationship given. It is assumed here that the gas temperatures are largely constant in practice. The physical relationship described by the above equations (1) and (2) can be countered by knowing the range in which the static pressure changes, the pressure differential stage is set as follows: To limit the maximum operating flow, the setting is made at maximum static pressure and to limit the maximum standard flow rate at maximum static pressure. A system designed in this way can therefore only maintain the desired - optimal - limit flow exactly at one pressure value. For all other static pressure values, corresponding flow deviations must be accepted.
Die Funktion derartiger, in der Gas-Regeltechnik verwendeter DifferenzdruckregAer sei im folgenden kurz erläutert: Wenn in einem Regler die Sollwertfeder vorgespannt ist, öffnet sich das zugehörige Verstärkerventil so weit, daß ein Stelldruck aufgebaut wird. Dieser läßt über ein Stellgerät genau die Gasmenge überströmen, welche an einem Wirkdruckgeber einen dem vorgegebenen Sollwert entsprechenden Differenzdruck erzeugt. Im Regler wird also die Kraft F5 der Sollwertfeder mit der den Durchfluß repräsentierenden Kraft, etwa Fdp, verglichen, welche ihrerseits durch den auf die Meßmembran mit ihrer Fläche, etwa A1, wirkenden Differenzdruck a p gebildet ist. Für den Gleichgewichtszustand gilt die Bedingung F5 = Fap. Die Höhe des statischen Druckes, welchem der Differenzdruck überlagert ist, ist dabei sekundärer Natur, da sich durch die beidseitige Beaufschlagung der Fläche A1 der Meßmembran die Kräfte aufheben.The function of such differential pressure regulators used in gas control technology is briefly explained below: If in a controller the setpoint spring is biased, the associated booster valve opens so far that a signal pressure is being built. This allows exactly the amount of gas to flow over an actuator, which at a differential pressure transducer a differential pressure corresponding to the specified target value generated. In the controller, the force F5 of the setpoint spring becomes the same as the flow representing force, such as Fdp, compared which in turn is affected by the Measuring membrane is formed with its area, approximately A1, acting differential pressure a p. The condition F5 = Fap applies to the state of equilibrium. The height of the static Pressure, on which the differential pressure is superimposed, is of secondary nature, since the forces acting on both sides of the surface A1 of the measuring membrane lift.
Wie schon erwähnt, verändert sich aufgrund physikalischer Zusammenhänge auch bei konstant gehaltenem Differenzdruck ap an einer Blende der Durchfluß q, wenn sich der statische Druck p ändert. Es ist jedoch durchaus denkbar, mit der Änderung des statischen Druckes p gleichzeitig auch eine Anderung des Sollwertes um den Betrags p zu erreichen und damit den Durchfluß konstant zu halten.As already mentioned, changes due to physical relationships the flow rate q even if the differential pressure ap at an orifice is kept constant, when the static pressure p changes. However, it is quite conceivable with the A change in the static pressure p also changes the setpoint value at the same time to reach the amount p and thus to keep the flow constant.
Systeme dieser Art sind bekannt. So kann beispielsweise das Ausgangssignal einer Durchfluß-Meßvorrichtung dazu benutzt werden, um über einen elektrischen Regler und einen nachgeschalteten Stellmotor die erforderliche Sollwertänderung p zu erzielen.Systems of this type are known. For example the Output signal of a flow measuring device can be used to have a electrical controller and a downstream servomotor, the required setpoint change p to achieve.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese Sollwertänderung p nicht etwa durch Zwischenschaltung von Fremdenergien, sondern durch den sich ändernden statischen Druck unmittelbar zu erreichen.The present invention is now based on the object of this change in setpoint p not through the interposition of external energies, but through the changing to achieve static pressure immediately.
Gelöst wird diese Aufgabe im wesentlichen dadurch, daß zwischen der Meßmembran und der Sollwertfeder eine weitere Membran angeordnet ist, deren wirksame Fläche für die Regelung eines konstanten Betriebsdurchflusses der Bedingung A2 = A1 . #P1 (6) p1 und für die Regelung eines konstanten Normdurchflusses der Bedingung A2 = A1 . dP1 (7) P2 entspricht, wobei A1 = wirksame Fläche der Meßmembran, A2 = wirksame Fläche der Zusatzmembran.This object is essentially achieved in that between the Measuring membrane and the setpoint spring, a further membrane is arranged, the effective Area for the regulation of a constant operating flow of the condition A2 = A1. # P1 (6) p1 and for the regulation of a constant standard flow of the condition A2 = A1. dP1 (7) corresponds to P2, where A1 = effective area of the Measuring membrane, A2 = effective area of the additional membrane.
P1 = Anfangs-Differenzdruck, P1 = statischer Anfangsdruck(bei Regelung eines konstanten Betriebsdurchflusse) und p2 = statischer Enddruck (bei Regelung eines konstanten Normdurchflusses) ist.P1 = initial differential pressure, P1 = static initial pressure (with control constant operating flow rate) and p2 = static final pressure (with control a constant standard flow rate).
Bei der vorliegenden Erfindung gilt für den Gleichgewichtszustand des Reglers jetzt F5 + Fp =F#p. Die neue Kraft Fp ändert sich mit der Höhe des statischen Druckes um p = A2 . (p2 - p1). Diese Kraftänderung #Fp ist gleichbdeutend einer Sollwertänderung und bedingt für den Gleichgewichtszustand die gew nschte Änderung der Differenzdruckkraft f#p um den Betrag #Fp=##p . A1. Somit gilt: #Fp = #F#p A2 . (P2- P1 ) = ## p . A1 (3) Für die Größenbestimmung der Zusatzmembran sowie für ihre Wirkungsrichtung ist die Kenntnis der erforderlichen Sollwertänderung ##p notwendig. Diese Größe läßt sich aus den Gleichungen (1) und (2) wie folgt ableiten (Indizierung: 1 = Anfangszustand; 2 = Endzustand): Konstanter Betriebsdurchfluß Konstanter Normdurchfluß Das negative Vorzeichen besagt, daß bei der Normdurchfluß-Regelstufe die Wirkungsrichtung der Zusatzmembran so zu wählen ist, daß sich mit steigendem statischen Druck ein Absinken des Soll-Differenzdruckes ergibt.In the present invention, F5 + Fp = F # p now applies to the equilibrium state of the controller. The new force Fp changes with the level of the static pressure by p = A2. (p2 - p1). This change in force #Fp is equivalent to a change in the setpoint value and, for the state of equilibrium, causes the desired change in the differential pressure force f # p by the amount #Fp = ## p. A1. Thus: #Fp = # F # p A2. (P2- P1) = ## p. A1 (3) To determine the size of the additional diaphragm and its direction of action, it is necessary to know the required change in setpoint ## p. This variable can be derived from equations (1) and (2) as follows (indexing: 1 = initial state; 2 = final state): constant operating flow Constant standard flow The negative sign means that in the standard flow control stage the direction of action of the additional diaphragm is to be selected in such a way that the nominal differential pressure decreases with increasing static pressure.
Bei Substitution der Gleichungen (4) bzw. (5) in die Gleichung (3) ergibt sich für die Fläche A2 der Zusatzmembran folgende Abhängigkeit: Konstanter Betriebsdurchfluß A2 = A1 p1 (6) Konstanter Normdurchfluß #P1 A2 = A1 . (7) P2 Die wirksame Fläche A2 der Zusatzmembran läßt sich also in Abhängigkeit von der Fläche A1 der Meßmembran, vom Anfangsdifferenzdruckdp7 sowie vom statischen Anfangsdruck p1 (bei Regelung eines konstanten Betriebsdurchflusses) bzw. vom statischen Enddruck p2 (bei Regelung eines konstanten Normdurchflusses) bestimmen.When substituting equations (4) or (5) in equation (3) the following dependency results for the area A2 of the additional membrane: more constant Operating flow A2 = A1 p1 (6) Constant standard flow # P1 A2 = A1. (7) P2 the effective area A2 of the additional membrane can therefore be determined as a function of the area A1 of the measuring membrane, the initial differential pressure dp7 and the static initial pressure p1 (when controlling a constant operating flow rate) or the static final pressure Determine p2 (when controlling a constant standard flow rate).
Bei wechse]nden Betriebsdaten besteht selbstverständlich die Möglichkeit, anstelle ständiger Neu-Anpassung die Zusatzfläche A2 beizubehalten und ihre Kraftwirkung auf den Gleichgewichtszustand des Reglers durch ein geeignetes verstellbares Ubersetzungssystem den Erfordernissen anzupassen.If the operating data changes, there is of course the possibility of instead of constant readjustment, keep the additional area A2 and its force effect on the equilibrium state of the controller through a suitable adjustable transmission system adapt to requirements.
Mit der vorgeschlagenen Erfindung geht der Vorteil einder, daß ein mit diesem Differenzdruckregler mit Zusatzmembran ausgerüstetes Regelgerät weiterhin völlig unabhängig von Fremdenergie arbeitet und wahlweise die Regelung eines konstanten Betriebs- oder aber eines konstanten Normdurchflusses ermöglicht. Es besteht zudem die Möglichkeit, durch Wahl des Flächenverhältnisses der Membranen (Zusatzmembran : IleEmembran) den Durchfluß in einer bestimmten vorwählbaren Abhängigkeit zum statischen Druck zu regeln.The proposed invention has the advantage that a Control device equipped with this differential pressure regulator with additional membrane continues works completely independently of external energy and optionally the regulation of a constant Operational or a constant standard flow allows. There is also the possibility of choosing the area ratio of the membranes (additional membrane : IleEmembran) the flow rate in a certain preselectable relationship to the static Regulate pressure.
Hinsichtlich der apparativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht auch dif Möglichkeit, das Differenzdruck-Mesystem aus zwi Membranen unterschiedlicher Fläche herzustellen. Die Flächendifferenz läßt sich dabei entsprechend der Größe A2 der Zusatzmembran wählen. Durch diesen konstruktiven Kunstgriff ist eine reibungsbehaftete und damit regelungstechnisch ungünstige Ventilstangenabdichtung am Regler entbehrlich.With regard to the equipment configuration of the present invention there is also the possibility of using the differential pressure measuring system from two different membranes To produce surface. The area difference can be adjusted according to the size Select A2 of the additional membrane. This constructive trick is frictional and therefore, in terms of control engineering, unfavorable valve rod seals on the controller are unnecessary.
In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch dargestellt: Dem Regler 1 ist über eine Stelldruckleitung la ein Stellgerät 2 nachgeschaltet, welches seinerseits in der Rohrleitung 2a und 2b angeordnet ist. In der Rohrleitung 2a (oder 2b) ist zudem ein Wirkdruckgeber, z.B. eine Blende 3, angeordnet. Mittels der Rohrleitungen 3a und 3b wird die am Wirkdruckgeber 3 gebildete Druckdiferenz dP der Meßmembran 6 zugeführt. Die Rohrleitung 2a (oder 2b) steht ferner über die Leitung Ib (bei Regelung des Betriebsdurchflusses) oder die Leitung lc (bei Regelung des Normdurchflusses) mit dem Regler 1 in Wirkverbindung.The invention is shown schematically in the drawing: The controller 1 is connected downstream via a control pressure line la an actuator 2, which in turn is arranged in the pipeline 2a and 2b. In the pipeline 2a (or 2b) is In addition, a differential pressure transducer, e.g. an orifice 3, is arranged. By means of the pipelines 3a and 3b is the pressure difference dP of the measuring membrane formed at the differential pressure transducer 3 6 supplied. The pipeline 2a (or 2b) is also available via the line Ib (at Regulation of the operating flow rate) or the line lc (with regulation of the standard flow rate) with the controller 1 in operative connection.
Uber diese Leitungen wird der statische Druck in der Rohrleitung 2a oder 2b auf die Zusatzmembran 7 geschaltet.The static pressure in the pipe 2a or 2b switched to the additional membrane 7.
Schließlich steht die Rohrleitung 2b vor dem Stellgerät 2 über eine Leitung ld mit dem Regler 1 in Verbindung.Finally, the pipeline 2b is in front of the actuator 2 via a Line ld with the controller 1 in connection.
Die Meßmembran 6 ist über eine verschiebbare Stange 6a mechanisch mit einem Verstärkerventil 5 gekoppelt. In derselben Weise ist die Membran 6 über die Stange 7a mit der Zusatzmembran 7 verbunden, auf welche die Sollwertfeder 4 mit der Kraft Fs wirkt. Mit Fp ist die durch Wirkung des statischen Druckes auf die Membran 7 erzeugte veränderliche Zusatzkraft symbolisiert. Die den Durchfluß repräsentierende Kraft Fzp wird mit der Summe der Kräfte F5 und Fp verglichen.The measuring membrane 6 is mechanical via a displaceable rod 6a coupled to a booster valve 5. In the same way the membrane 6 is over the rod 7a is connected to the additional diaphragm 7 on which the setpoint spring 4 acts with the force Fs. With Fp is the effect of static pressure on the membrane 7 symbolizes the variable additional force generated. The flow The force Fzp representing the figure is compared with the sum of the forces F5 and Fp.
Claims (5)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19792947216 DE2947216A1 (en) | 1979-11-23 | 1979-11-23 | Gas flow regulator - uses diaphragm control stages responsive to pressure difference and static line pressure |
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Publications (1)
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|---|---|
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- 1979-11-23 DE DE19792947216 patent/DE2947216A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |