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Gas-Druckregelgerät
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Die Erfindung betrifft ein Gas-Druckregelgerät mit einem Stellgerät,
dessen Stellantrieb an einer Seite (Stelidruckseite) vom gedrosselten Eingangsdruck
und an der anderen Seite vom ungedrosselten Eingangsdruck beaufschlagt wird, sowie
einem Regler mit Doppelmembran und einem zwischen der Doppelmembran geschalteten
Verstärkerventil, dessen Düse mit der Stelldruckseite des Stellgerätes in Verbindung
steht.
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Bei Gas-Druckregelgeräten dieser Art steht der Regler mit der Ausgangsleitung
des Gasdruckregelgerätes in Verbindung.
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Steigt in der Ausgangsleitung der Druck an, dann setzt der Regelvorgang
ein, d.h. im Verstärkerventil verringert sich der Ausströmquerschnitt, wodurch ein
entsprechender Druckanstieg an der Stelldruckseite des Stellgerätes zustandekommt,
so daß das Stellglied in Schließrichtung verstellt wird.
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Sinkt andererseits der Druck in der Ausgangsleitung ab, verringert
sich dementsprechend der Druck an der Stelldruckseite des Stellgerätes und öffnet
das Stellglied entsprechend mehr.
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Der Stelldruck, der sich an der Stelldruckseite des Stellgerätes ausbildet,
hängt ab von der Höhe des Eingangsdruckes.
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Ändert sich der Eingangsdruck, muß sich entsprechend auch der Stelldruck
ändern, um aufgabengemäß die Regelgröße "Ausgangsdruck konstant halten zu können.
Durch die Krafteinwirkung des Stelldruckes auf das Verstärkerventil hat jedoch ein
sich ändernder Stelldruck einen negativen Einfluß auf die Regelgenauigkeit.
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Es ergibt sich mithin ein Regelverhalten, bei dem bei Änderung, z.B.
Steigerung des Eingangsdruckes auch der Ausgangsdruck entsprechend steigt, was aber
unerwünscht ist.
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Der Erfindung liegt mithin die Aufgahe zugrunde, ein Gas-Druckregelgerät
zu schaffen, bei dem bei Änderung des Eingangsdruckes der Ausgangsdruck keine Beeinflussung
erfährt.
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Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Abströmleitung
des Reglers und damit der Doppelmembranzwischenraum mit einem Hilfsdruck beaufschlagt
wird, der in einer mit der Abströmleitung des Reglers in Verbindung stehenden Differenzdruckstufe
mit Doppelmembran erzeugt wird, deren Oberseite mit der Stelldruckseite des Stellgerätes
in Verbindung steht und deren zur federbelasteten Unterseite der Doppelmembran gehörende
Druckraum über eine Leitung mit dem Doppelmembranzwischenraum des Reglers in Verbindung
steht.
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In der Differenzdruckstufe ist der auf die Unterseite der Doppelmembran
wirkende Druck wegen der auf die Unterseite wirkenden Sollwertfeder immer geringer
als der auf der Oberseite der Doppelmembran der Differenzdruckstufe wirkende Stelldruck.
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Es wird daher in dem zur Unterseite gehörenden Druckraum ein Hilfsdruck
erzeugt, der auch in dem Doppelmembranawischenraum des Reglers Kräfte entfaltet.
Diese Kräfte wirken sich aber lediglich auf die von der Düsenöffnung des Verstärkerventils
auf die untere Membran projezierte Fläche aus und wirkt entgegengesetzt zur Kraft
des Stelldruckes,
d.h. die eine Fläche wird mit dem Stelldruck,
die andere Fläche mit dem Hilfsdruck beaufschlagt. Da durch die Wirkung der zusätzlichen
Differenzdruckstufe zwischen Stelldruck und Hilfsdruck eine konstante Differenz
besteht, die sich auch bei Eingangsdruckänderungen nicht verändert, nimmt die absolute
Größe des Eingangsdruckes keinen Einfluß mehr auf den Gleichgewichtszustand im Regler.
Mithin ist der Eingangsdruck als Störgröße ausgeschaltet.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Gas-Druckregelgerätes
dargestellt.
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Das insgesamt mit 1 bezeichnete Stellgerät besitzt den Stellantrieb
19 mit dem Stellglied 20, welches die Öffnung 3 abschließen kann.
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Die Oberseite (Stelldruckseite) ib des Stellgerätes 1 wird mit gedrosseltem
Eingangsdruck beaufschlagt; denn die Stelldruckseite steht mit der Eingangsleitung
21 über die mit der Drossel 2 versehenen Leitung 22 und der Leitung 23 in Verbindung.
Die andere Seite la des Stellantriebes wird mit ungedrosseltem Eingangsdruck beaufschlagt;
denn diese Seite steht mit der Eingangsleitung 1 über die Leitungen 22, 2.4 in Verbindung.
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Die Stelldruckseite des Stellgerätes erhält ihre Stellimpulse von
dem insgesamt mit 5 bezeichneten Regler, welcher die Doppelmembran 6 aufweist, in
deren Doppelmembranzwischenraum
11 das Verstärkerventil 8 - bestehend
aus der Düse 8b und der Prallplatte Ba, die an der einen Membran befestigt ist geschaltet
ist.
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Der Regler 5 besitzt darüber hinaus noch die Sollwertfeder 18, die
eine entsprechende Kraft auf das Doppel-Membransystem 6 ausUbt, deren Oberseite
6b über die Leitung 7 mit der Ausgangsleitunq 10 des Gas-Druckregelgerätes in Verbindung
steht. Die Abströmleitung 25 für den Doppelmembranziischenraum 11 des Reglers 5
steht mit der Differenzdruckstufe 12 in Verbindung, in der ein Hilfsdruck Ph erzeugt
wird.
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Zu diesem Zwecke besitzt diese Differenzdruckstufe eine Doppelmembran
26, 26a, deren Oberseite 13 mit der Stelldruckseite des Stellgerätes 1 in Verbindung
steht und deren Unterseite die Sollwertfeder 17 aufweist.
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Da mithin die Oberseite 13 mit dem Stelldruck beaufschlagt wird und
die Unterseite unter der Kraft der Sollwertfeder 17 steht, bildet sich in dem zur
Unterseite der Doppelmembran, d.h. in dem zur Membran 26a gehörenden Druckraum 15
ein Hilfsdruck Ph aus, der über die Leitung 16 dem Doppelmembranzwischenraum 11
des Reglers 5 zugeführt wird, der immer kleiner ist als der auf die Oberseite 13
wirkende Stelldruck, weil im Raum 15 noch die Kraft der Sollwertfeder 17 wirkt.
Die AbströmleStung 25 reicht in den Doppelmembranzwischenraum 27 der Differenzdruckstufe
12. Die Abführung
des dort einfließenden Mediums erfolgt über die
Leitung 9 in die Ausgangsleitung 10.
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Daß der Ausgangsdruck, d.h. der Druck in der Ausgangslitung 10 mithin
unabhängig von Änderungen der Eingangsdrücke, d.h.
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von Drücken in der Leitung 21 ist, ergibt die folgende Rechnung: Im
Gleichgewichtszustand herrscht im Regler 5 folgende Bedingung: P . AM + Ph . AD
= F F + P st AD a Dabei ist also Pa AM die Kraft, die auf die Oberseite 6a der Doppelmembran
6 einwirkt und Ph . AD ist die in gleicher Richtung wirkende Kraft, die auf die
von der Düse Bb auf die Membran projezierte Fläche ausgeübt wird.
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Entgegen dieser Kraft wirkt die Kraft FF der Feder 18 und die Kraft,
die vom Stelldruck Pst ausgeübt wird (P st AD) Nun muß wegen des Gleichgewichtszustandes
in der Differenzdruckstufe folgende Bedingung herrschen: Ph = denn da im Druckraum
15 die Kraft der Feder 17 wirkt, muß der dort herrschende Hilfsdruck Ph immer kleiner
sein, als der auf der Oberseite 13 der Membran 26 wirkende Stelldruck Pst Dabei
wird der von der Feder 17 eingestellte Differenzdruck rnit Ap bezeichnet.
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In Verbindung mit der ersten Gleichung ergibt sich dann Pa . AM +
Pst . AD - #p . AD = Fr + Pst . AD oder Pq, AM ~ Ag =FF Daraus ergibt sich, daß
die vom Eingangsdruck abhängigen Größen P st und Ph in der gleichung nicht mehr
vorhanden sind. Sie können daher auch keinen Einfluß mehr auf den Gleichgewichtszustand
des Reglers 5 nehmen.
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Durch die Maßnahme in der Differenzdruckstufe 12 einen Hilfsdruck
Ph zu erzeugen, der um einen einstellbaren Betrag unter dem jeweils erforderlichen
Stelldruck P st liegt und diesen Druck zwischen die Membranen 6 des Reglers 5 zu
schalten, wird erreicht, daß die Eingangsdruckänderungen nicht mehr in der Lage
sind, einen negativen Einfluß auf die Regelgenauigkeit zu nehmen.
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Es wäre zwar auch möglich, den Eingangdruck p auf die Oberseite 1'
des Reglers 1@ zu schalten. Wird aber der Stelldruck P st auf die Oberseite 13 geschaltet,
dann hat das den Vorteil, daß bei konstantem Eingangsdruck die zwar geringen aber
doch möglichen Stelidruckänderungen (z.B.
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zum Anfahren unterschiedlicher Uffnungsstellungen des Stellgliedes
3) ebenfalls keine negativen Einflüsse auf die Regelgenauigkeit nehmen werden.
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Die in den vorgenannten Gleichungen verwendeten Formel zeichen haben
folgende Bedeutung: AM - Fläche der Membran 6 AD Fläche der Düse Bb P - Ausgangsdruck
a P - Eingangsdruck e Ph - Hilfsdruck Pst - Stelldruck # P - konstante Differenz
zwischen Stelldruck und Hilfsdruck FF - Kraft der Sollwertfeder 18 - Anspruch
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