DE3828002A1 - Pneumatisch arbeitendes gas-druckregelgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein pneumatisch arbeitendes Gas- Druckregelgerät, bestehend aus einem Stellgerät und einem Regler, wobei das Steuergas für die Energieversorgung des Reglers an der Eingangsseite des Gas-Druckregelgerätes entnommen, dem Regler über eine Drossel zugeführt und durch die Abströmleitung an die Ausgangsseite abgegeben wird, und daß der ein Doppelmembransystem enthaltende Regler über eine Stelldruckleitung den Stelldruck für das Stellgerät liefert.

Bei dem Gas-Druckregelgerät der eingangs genannten Art handelt es sich um ein solches, bei dem die Öffnung des Stellgliedes des Stellgerätes dadurch erreicht wird, daß der Stelldruck durch den Regler unter den Wert des Eingangsdruckes herabgesetzt wird. Dies bedeutet, daß der vom Regler erzeugte Stelldruck an den Eingangsdruck gekoppelt ist. Änderungen des Eingangsdruckes haben also auch Stelldruckänderungen zur Folge, was wiederum eine unerwünschte Änderung des Ausgangsdruckes bewirkt.

Die Regelgenauigkeit eines derartigen Reglers wird nun danach bemessen, inwieweit er in der Lage ist, den Ausgangsdruck unabhängig von Änderungen des Eingangsdruckes konstant zu halten. Um dies zu erreichen, ist bekannt, einen derartigen Regler mit einer Hilfsdruckstufe zu versehen, die die Aufgabe hat, Änderungen des Eingangsdruckes so zu kompensieren, daß derartige Änderungen des Eingangsdruckes nicht auch zu Änderungen des Ausgangsdruckes führen.

Gas-Druckregelgeräte mit einer derartigen Hilfsdruckstufe sind bauaufwendig und damit teuer.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den Ausgangsdruck eines Gas-Druckregelgerätes auch bei Änderungen des Eingangsdrucks konstant zu halten, ohne daß hierfür der Einsatz einer zusätzlichen Hilfsdruckstufe erforderlich ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Doppelmembransystem zwei Membranen mit unterschiedlicher Fläche aufweist.

Die beiden Membranen sind hierbei übereinander angeordnet und miteinander verbunden. Im einzelnen ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Seite des Verstärkerventils angeordnete Membran eine geringere Fläche als die andere gegenüberliegende Membran besitzt. Das Verstärkerventil selbst besteht aus einer mit der Membran verbundenen Prallplatte und einer im Gehäuse fest angeordneten Düse bestimmten Querschnittes und ist mit dem Stelldruck beaufschlagt.

Durch die Vergrößerung der wirksamen Fläche der Membran, die der auf der Seite des Verstärkerventils angeordneten Membran gegenüberliegt, wird erreicht, daß durch den zwischen den beiden Membranen befindlichen Druck eine Kraft erzeugt wird, die der durch das Verstärkerventil erzeugten und auf die andere Membran wirkenden Kraft entgegengesetzt ist. Voraussetzung für den Druckaufbau zwischen den Membranen ist, daß die Abströmleitung eine Drosselfunktion hat.

Da sowohl diese Kraft, als auch die von dem Verstärkerventil auf die Membran aufgebrachte Kraft von der Höhe des Eingangsdruckes und damit des Stelldruckes abhängt, wird bei der Wahl einer entsprechenden Differenz der beiden Membranflächen eine Kompensation der beiden Kräfte stattfinden, was zum Ergebnis hat, daß bei einer Änderung des Eingangsdruckes eine Änderung des Ausgangsdruckes nicht stattfindet.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform befindet sich in der Abströmleitung eine einstellbare Drossel. Hierdurch wird eine Feinabstimmung des Druckausgleichs ermöglicht, weil sich hierdurch der Druck zwischen dem Dopelmembransystem durchflußabhängig und damit stelldruckabhängig verändern läßt und somit Toleranzeinflüsse bei den Membranflächen ausgeglichen werden können.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform eines derartigen Gas-Druckregelgerätes dargestellt.

Das Gasdruckregelgerät 1 besteht aus einem in der Regelstrecke angebrachten Stellgerät 2, sowie einem Regler 3, der mit dem Stellgerät 2 durch die Stelldruckleitung 4 verbunden ist. Das Steuergas für die Energieversorgung des Reglers 3 wird an der Eingangsseite des Gasdruckregelgerätes 1 entnommen und durch die Leitung 5 über die Drossel 6 dem Regler 3 zugeführt; über die Abströmleitung 7 wird das Steuergas an der Ausgangsseite wieder abgeführt.

Das Stellgerät 2 besteht aus dem Stellglied 8, das mit der Stellmembran 9 verbunden ist.

Die Stellmembran 9 wird auf ihrer Unterseite 9 a mit dem Eingangsdruck Pe beaufschlagt; auf die Oberseite 9 b dieser Membran wirkt der Stelldruck Pst. Der Stelldruck ist geringer als der Eingangsdruck Pe, da er über die Drossel 6 auf die Oberseite 9 a der Membran 9 geführt wird. Das Stellglied öffnet, wenn die Differenz zwischen Eingangsdruck und Stelldruck einen bestimmten Wert überschreitet.

Der Regler 3 besteht im wesentlichen aus einem insgesamt mit 10 bezeichneten Doppelmembransystem, das aus zwei übereinander angeordneten Membranen 11 und 12 besteht, die fest miteinander verbunden sind. Der Membran 12 sind hierbei ein insgesamt mit 13 bezeichnetes Verstärkerventil zugeordnet. Dabei wirkt der Stelldruck Pst auf eine von der Düse 18 vorgegebene Fläche AD auf die mit der Membran 12 verbundene Prallplatte 14 ein. Von außen steht das Doppelmembransystem 10 einerseits unter dem Ausgangsdruck Pa und andererseits der Kraft FF der Sollwertfeder 15. Hierbei stellt der Ausgangsdruck Pa den Ist-Wert dar, der mit dem durch die Sollwertfeder 15 vorgegebenen Sollwert verglichen wird. Differenzen zwischen Soll- und Ist-Wert führen durch Änderung der Offenstellung des Verstärkerventils 13 zu einer erforderlichen Stelldruckbeeinflussung und damit letztendlich zur jeweils erforderlichen Offenstellung des Stellgliedes 8.

Für die Erläuterung der Funktionsweise des Reglers wird zunächst davon ausgegangen, daß die wirksamen Flächen der Membranen 11 und 12 des Doppelmembransystems 10 gleich groß sind. Da sich die Wirkungsrichtung des Stelldruckes im Verstärkerventil 13 zur Wirkungsrichtung der Sollwertfeder 15 addiert, ist der Gleichgewichtszustand des Reglers dann gegeben, wenn der auf die Prallplatte 14 wirkende Stelldruck (Pst × AD) und die Kraft FF der Sollwertfeder 15 gleich der Kraft ist, die von dem Ausgangsdruck Pa auf die Membranfläche AM der Membran 12 erzeugt wird; d. h. es gilt die Formel

Pa × AM = FF + Pst × AD

für den Gleichgewichtszustand.

Aus dieser Formel ist erkennbar, daß mit einer Änderung des Stelldrucks Pst, die mit einer Änderung des Eingangsdruckes Pe einhergeht, zwangsläufig auch eine unerwünschte Änderung des Ausgangsdruckes Pa verbunden ist.

Um dieses zu verhindern, muß eine zusätzliche Kraft erzeugt werden, die drei Bedingungen erfüllen muß:
Sie muß gegen die Kraft gerichtet sein, mit der der Stelldruck die mit der Membran 12 verbundene Prallplatte beaufschlagt;
sie muß vom Betrag her so groß sein wie die durch das Verstärkerventil 13 auf die Membran 12 aufgebrachte Kraft (Pst × AD);
sie muß sich ebenfalls in Abhängigkeit des Eingangsdruckes verändern.

Der Ausgangsdruck für Überlegungen, die zur Erzeugung einer derartigen Kraft führen, ist, daß über die Drossel 6 dem Stelldruckraum bei höherem Eingangsdruck Pe mehr Gas zuströmt, das über das Verstärkerventil 13 und die Abströmleitung 7 wieder der Ausgangsseite zugeführt werden muß. Wird nun in die Abströmleitung 7 eine Drossel 16 eingebaut, erzeugt sie zwischen den Membranen einen Staudruck P, dessen Höhe abhängig ist von der abströmenden Gasmenge und somit abhängig ist von der Höhe des Eingangsdruckes bzw. des Stelldruckes. Es ergibt sich dann, daß sich der Druck P zwischen den Membranen 11 und 12 stelldruckabhängig verändert. Wenn nun die Membran 11 eine um Δ AM größere wirksame Fläche erhält als die Membran 12, (Δ AM = AM 11-AM 12), dann entsteht aufgrund des Druckes P in dem Raum zwischen den beiden Membranen 11 und 12 eine Kraft, die gegen die Kraft gerichtet ist, die vom Stelldruck auf die mit der Membran 12 verbundene Prallplatte 14 ausgeübt wird. Eine Kompensation des Eingangsdruckes bzw. des Stelldruckes erfolgt unmittelbar dann, wenn folgende Formel gilt:

P × Δ AM = Pst × AD.

Durch die Anordnung einer einstellbaren Drossel 16 in die Abströmleitung 7 kann der Druck zwischen den Membranen 11 und 12 beeinflußt werden, so daß hierdurch auf einfache Weise eine Feinabstimmung des Druckausgleichs möglich ist.

Claims (6)

1. Pneumatisch arbeitendes Gas-Druckregelgerät, bestehend aus einem Stellgerät und einem Regler, wobei das Steuergas für die Energieversorgung des Reglers an der Eingangsseite des Gas-Druckregelgerätes entnommen, dem Regler über eine Drossel zugeführt wird und durch die Abströmleitung an die Ausgangsseite abgegeben wird, und daß der ein Doppelmembransystem enthaltende Regler über eine Stelldruckleitung den Stelldruck für das Stellgerät liefert, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelmembransystem (10) zwei Membranen (11, 12) mit unterschiedlichen Flächen aufweist.

2. Pneumatisch arbeitendes Gas-Druckregelgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (11, 12) des Doppelmembransystems (10) übereinander angeordnet und miteinander verbunden sind.

3. Pneumatisch arbeitendes Gas-Druckregelgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Seite des Verstärkerventils (13) angeordnete Membran (12) eine geringere Fläche besitzt als die andere gegenüberliegende Membran (11).

4. Pneumatisch arbeitendes Gas-Druckregelgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkerventil (13) aus einer mit der Membran (12) verbundenen Prallplatte (14) und einer Düse (18) bestimmten Querschnittes besteht und mit dem Stelldruck beaufschlagt wird.

5. Pneumatisch arbeitendes Gas-Druckregelgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmleitung (7) als Drossel (16) ausgebildet ist.

6. Pneumatisch arbeitendes Gas-Druckregelgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abströmleitung (7) eine einstellbare Drossel (16) angeordnet ist.