DE4339489A1

DE4339489A1 - Vorrichtung zum Absperren und Freigeben eines Gasstroms in einer Gasleitung

Info

Publication number: DE4339489A1
Application number: DE4339489A
Authority: DE
Inventors: Christian Grossenbacher
Original assignee: Landis and Gyr Bussiness Support AG
Current assignee: Electrowatt Technology Innovation AG
Priority date: 1993-02-24
Filing date: 1993-11-19
Publication date: 1994-08-25
Also published as: CH688692A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Absperren und Freigeben eines Gasstroms gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie ist auch mit Vorteil in Vorrichtungen anwendbar, welche zusätzlich zur Regelung des Gasstroms geeignet sind.

Eine derartige Vorrichtung ist z. B. aus der DE-40 38 445 A1 bekannt. Dort ist eine Absperreinrichtung beschrieben mit einem Stellglied, das durch eine Membran in einer Druckkammer betätigt wird, welche Membran die Druckkammer in ein Druckvolumen teilt, das mit dem Stelldruck beaufschlagt wird und ein Restvolumen, das offenbar dem in der Umgebung herrschenden Luftdruck ausgesetzt ist. Eine Rückstellfeder übt dagegen auf die Membran eine in Sehließrichtung wirkende Kraft aus. Da beim Schließen des Stellglieds der Druck im Druckvolumen über eine Rückführungsleitung mit einem Abschaltventil, welche stromabwärts des Stellglieds in die Gasleitung mündet, abgebaut wird, ist er ähnlichen Schwankungen ausgesetzt wie der an dieser Stelle in der Gasleitung herrschende Druck. Der Druck im Restvolumen ist dagegen vom Druck in der Gasleitung unabhängig. Es ist also zu erwarten, daß Druckdifferenzen zwischen dem Druckvolumen und dem Restvolumen, die das Schließen des Stellglieds beeinflussen, in nicht vorhersehbarer Weise schwanken, was sich negativ auf Zuverlässigkeit und Gleichförmigkeit der Sehließvorgänge auswirkt.

Das Problem verschärft sich, falls der Absperreinrichtung eine im wesentlichen gleich aufgebaute Absperr- und Regeleinrichtung nachgeschaltet ist, welche außerdem ein Ventil umfaßt, das den Stelldruck und damit die Stellung des Stellglieds der Absperr- und Regeleinrichtung in Abhängigkeit vom Druck in der Gasleitung stromabwärts des besagten Stellglieds regelt. Sollen sowohl die Absperreinrichtung als auch die Absperr- und Regeleinrichtung durch einen Abschaltbefehl, welcher die simultane Öffnung der jeweiligen Abschaltventile und gewöhnlich auch die simultane Schließung von Steuerventilen bewirkt, über die der Stelldruck aufgebaut wird, geschlossen werden, so kann leicht die Schließung des Stellglieds der Absperr- und Regeleinrichtung - etwa aus einer Zwischenstellung heraus - rascher erfolgen, so daß sich zwischen demselben und dem noch nicht geschlossenen Stellglied der Absperreinrichtung ein verhältnismäßig hoher Druck aufbaut, der einen ausreichenden Druckabbau im Druckvolumen über die Rückführungsleitung der Absperreinrichtung verhindert, so daß das Stellglied derselben nicht oder jedenfalls nicht dicht geschlossen wird, da die Kraft der Rückstellfeder dann nicht ausreicht, das Stellglied gegen den hohen Druck im Druckvolumen zu schließen.

Hier soll die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet, ist, schafft eine Vorrichtung zum Absperren und Freigeben oder zum Absperren, Freigeben und Regeln eines Gasstroms, welche ein zuverlässiges und von Parametern wie dem Druck in der Gasleitung unabhängiges Schließverhalten gewährleistet. Die dadurch erzielten Vorteile liegen vor allem in der gerade bei Gasversorgungssystemen entscheidend wichtigen Sicherheit, mit der Schließvorgänge ablaufen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, welche nur Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild einer Absperreinrichtung mit nachgeschalteter Absperr- und Regeleinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 das Schaltbild einer Absperreinrichtung mit nachgeschalteter Absperr- und Regeleinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, und

Fig. 3 schematisch einen Schnitt durch ein Stellglied mit integrierter Druckkammer, entsprechend einer speziellen Ausführung eines Teils der Absperreinrichtung oder der Absperr- und Regeleinrichtung.

Zum Absperren und Freigeben eines Gasstroms in einer Gasleitung 1 umfaßt die Vorrichtung gemäß Fig. 1 eine Absperreinrichtung 2 mit einem in die Gasleitung 1 eingebauten Stellglied 3, welches über einen Stößel 4 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 5 durch eine Membran 6 geöffnet werden kann. Die Membran 6 teilt eine Druckkammer 7 in ein Druckvolumen 8 und ein Restvolumen 9.

Eine Stelldruckleitung 10 zweigt stromaufwärts des Stellglieds 3 von der Gasleitung 1 ab und führt über ein Steuerventil 11, ein Filter 12 und einen als Druckverstärker, der eine positive Druckdifferenz zum Druck in der Gasleitung 1 erzeugt, wirkenden Kompressor 13 sowie eine Drossel 14 zum Druckvolumen 8.

Die Absperreinrichtung 2 umfaßt weiter eine Rückführungsleitung 15, die das Druckvolumen 8 über ein Abschaltventil 16 stromabwärts des Stellglieds 3 mit der Gasleitung 1 verbindet. Eine vom Restvolumen 9 ausgehende Ausgleichsleitung 17 mündet zwischen dem Abschaltventil 16 und der Gasleitung 1, d. h. stromabwärts des Abschaltventils 16 in die Rückführungsleitung 15. Sie könnte auch in die Gasleitung 1 münden. Entscheidend ist, daß die Ausgleichsleitung 17 bei offenem Abschaltventil 16 einen raschen Druckausgleich zwischen dem Druckvolumen 8 und dem Restvolumen 9 ermöglicht.

Stromabwärts der Absperreinrichtung 2 ist eine Absperr- und Regeleinrichtung 18 vorgesehen, welche mit einem weiteren Stellglied 3′, einem Stößel 4′ und einer Rückstellfeder 5′ sowie einer weiteren Druckkammer 7′ mit Membran 6′, Druckvolumen 8′ und Restvolumen 9′, einer Rückführungsleitung 15′ mit Abschaltventil 16′ sowie einer Ausgleichsleitung 17′ im wesentlichen gleich wie die Absperreinrichtung 2 aufgebaut ist. Die Druckkammer 7′ wird von einer Zuleitung 10′ gespeist, die stromabwärts des Kompressors 13 von der Stelldruckleitung 10 abzweigt und über ein Steuerventil 11′ und eine Drossel 14′ zum Druckvolumen 8′ führt. Das Steuerventil 11′ kann auch zur weiteren Erhöhung der Redundanz stromaufwärts der Abzweigung der Zuleitung 10′ in der Stelldruckleitung 10 angeordnet sein.

Zusätzlich weist die Absperr- und Regeleinrichtung 18 ein Regelelement 19 auf mit einem auf einer Seite von einer Membran 20 begrenzten Volumen, welches durch eine Druckleitung 21 stromabwärts des Stellglieds 3′ und der Mündung der Rückführungsleitung 15′ mit der Gasleitung 1 und durch eine Regelleitung 22 mit dem Druckvolumen 8′ der Druckkammer 7′ verbunden ist. Die Membran 20, welche durch eine Sollwertfeder 23 mit einer Kraft beaufschlagt ist, betätigt ein Ventil 24 an der Mündung der Regelleitung 22.

Falls im Druckvolumen 8 der Absperreinrichtung 2 kein Stelldruck anliegt, so wird das Stellglied 3 durch die Rückstellfeder 5 über den Stößel 4 in geschlossenem Zustand gehalten. Ist das Steuerventil 11 offen und der Kompressor 13 eingeschaltet, so wird, wenn das Abschaltventil 16 geschlossen ist, im Druckvolumen 8 ein Stelldruck p_s aufgebaut, welcher die Membran 6 und damit den Stößel 5 nach unten drückt und das Stellglied 3 öffnet. Dabei wird der durch Strömungsverluste am Stellglied 3 hervorgerufene Druckabfall ausgenützt, so daß eine verhältnismäßig geringe Verstärkung des Eingangsdrucks p_e durch den Kompressor 13 zur Erzeugung eines ausreichenden Stelldrucks ausreicht.

Es ist auch möglich, die Rückführungsleitung 15 und die Ausgleichsleitung 17 stromabwärts des Stellglieds 3′ in die Gasleitung 1 münden zu lassen und damit den kumulierten Druckabfall an beiden Stellgliedern 3, 3′ auszunützen. So zeigt Fig. 2 eine Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 1, bei welcher die Rückführungsleitung 15 der Absperreinrichtung 2 in die Rückführungsleitung 15′ der Regel- und Absperreinrichtung 18 mündet.

Die Absperr- und Regeleinrichtung 18 funktioniert im wesentlichen gleich wie die Absperreinrichtung 2. Übersteigt jedoch bei geschlossenem Abschaltventil 16′ der Ausgangsdruck p_a, der stromabwärts des Stellglieds 3′ herrscht und über die Druckleitung 21 zum Regelelement 19 übertragen wird, einen Sollwert, so wird die Membran 20 gegen die Kraft der Sollwertfeder 23 nach oben gedrückt und öffnet das Ventil 24. Über die Regelleitung 22 und die Druckleitung 21 kann nun Gas aus dem Druckvolumen 8′ abströmen, so daß sich der Druck dort vermindert und die Membran 6′ durch die Rückstellfeder 5′ angehoben wird und die Stellung des Stellglieds 3′ sich der Schließstellung nähert. Dies erhöht den Strömungswiderstand des Stellglieds 3′ und verursacht einen Abfall des Ausgangsdrucks p_a. Unterschreitet derselbe den Sollwert, so schließt das Ventil 24, und der Druck im Druckvolumen 8′ wird über die Zuleitung 10′ erhöht, so daß das Stellglied 3′ weiter geöffnet wird. Auf diese Weise wird der Ausgangsdruck p_a innerhalb eines Regelbereichs um den Sollwert gehalten.

Ist das Stellglied 3 offen und soll geschlossen werden, so wird durch einen Abschaltbefehl das Abschaltventil 16 geöffnet und das Steuerventil 11 geschlossen. Dadurch baut sich der Druck in der Druckkammer 8 rasch ab und die Membran 6 wird durch die Rückstellfeder 5 angehoben und schließt über den Stößel 4 das Stellglied 3. Dank der Ausgleichsleitung 17 wirkt bei offenem Abschaltventil 16 auf beiden Seiten der Membran 6 der gleiche Druck, so daß die rasche und vollständige Schließung des Stellglieds 3 durch die Rückstellfeder 5 sichergestellt ist und nicht durch einen Überdruck im Druckvolumen 8 gegenüber dem Restvolumen 9 behindert werden kann. Die Schließung des Stellglieds 3′ funktioniert analog.

Gewöhnlich sollen die beiden Stellglieder 3, 3′ zugleich geschlossen werden. Ist das Stellglied 3′ nur teilweise offen und schließt daher rascher als das ganz offene Stellglied 3, so baut sich in der Gasleitung 1 zwischen den beiden Stellgliedern 3, 3′ ein verhältnismäßig hoher Druck auf, der sich dem Eingangsdruck p_e annähert und der über die Rückführungsleitung 15 in das Druckvolumen 8 übertragen wird und auf die Membran 6 zurückwirkt. Auch in diesem Fall wird jedoch durch die Ausgleichsleitung 17 sichergestellt, daß das Stellglied 3 ohne weiteres durch die Rückstellfeder 5 geschlossen werden kann.

Statt wie in Fig. 1, 2 dargestellt, kann die Absperr- und Regeleinrichtung auch stromaufwärts der Absperreinrichtung in die Gasleitung eingebaut sein. Dies ermöglicht etwa zweistufigen Betrieb, falls die Absperreinrichtung eine z. B. von Hand einstellbare Zwischenstellung mit festem Strömungswiderstand zuläßt. Auch in diesem Fall ist es vorteilhaft, auch die zur stromaufwärts angeordneten Einrichtung gehörige Rückführungsleitung direkt oder indirekt stromabwärts beider Stellglieder in die Gasleitung münden zu lassen. Die Druckleitung, die zur Regelung des Ausgangsdrucks der Absperr- und Regeleinrichtung das Ventil mit der Gasleitung verbindet, muß in diesem Fall zwischen den Stellgliedern in die Gasleitung münden.

Eine Ausführung des Stellglieds 3, bei der die Druckkammer 7 in dasselbe integriert ist und die Ausgleichsleitung entfällt, ist in Fig. 3 dargestellt.

In einem Gehäuse 25 ist ein Ventilsitz 26 eingebaut, an welchem eine Durchflußöffnung 27 des Stellglieds durch einen Ventilteller 28 verschlossen ist. Im stromabwärts des Ventiltellers 28 gelegenen Teil der Durchflußöffnung 27 ist die Membran 6 eingebaut, welche das Druckvolumen 8 von der Durchflußöffnung 27 abtrennt und durch den Stößel 4 mit dem Ventilteller 28 verbunden ist. Das Restvolumen 9 ist somit in die Durchflußöffnung 27 integriert. Das Druckvolumen 8 ist an die Stelldruckleitung 10 angeschlossen und über die Rückführungsleitung 15 mit dem Abschaltventil 16 mit dem stromabwärts des Stellglieds liegenden Teil der Gasleitung 1 verbunden. Der Ventilteller 28 wird von der im stromaufwärts des Ventilsitzes 26 liegenden Teil der Durchflußöffnung 27 angeordneten, am Gehäuse 25 abgestützten Rückstellfeder 5 mit einer gegen den Ventilsitz 26 gerichteten Kraft beaufschlagt.

Ein derartiges mit der Druckkammer integriertes Stellglied 3 kann sowohl in einer Absperreinrichtung als auch in einer Absperr- und Regeleinrichtung eingesetzt werden und z. B. in den in Fig. 1, 2 dargestellten Vorrichtungen jeweils die Stellglieder 3, 3′, die Druckkammern 7, 7′ und die Ausgleichsleitungen 17, 17′ oder jeweils eine dieser Kombinationen ersetzen.

Claims

1. Vorrichtung zum Steuern eines Gasstroms in einer Gasleitung (1), welche eine Absperreinrichtung (2) umfaßt mit einem in die Gasleitung (1) eingebauten Stellglied (3) und einer Druckkammer (7) mit einer Membran (6), welche dieselbe in ein Druckvolumen (8) und ein Restvolumen (9) teilt und mit dem Stellglied (3) derart in Wirkverbindung steht, daß eine das Druckvolumen (8) vergrößernde Bewegung derselben das Stellglied (3) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (5) öffnet und mit einer Rückführungsleitung (15), welche das Druckvolumen (8) über ein Abschaltventil (16) stromabwärts des Stellgliedes (3) mit der Gasleitung (1) verbindet sowie eine stromaufwärts des Stellglieds (3) von der Gasleitung (1) abzweigende Stelldruckleitung (10), welche über ein Steuerventil (11) und einen Druckverstärker zum Druckvolumen (8) führt, dadurch gekennzeichnet, daß das Restvolumen (9) mit dem stromabwärts des Abschaltventils (16) liegenden Abschnitt der Rückführungsleitung (15) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Restvolumen (9) und der Rückführungsleitung (15) durch eine Ausgleichsleitung (17) hergestellt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsleitung (17) direkt in die Rückführungsleitung (15) mündet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Restvolumen (9) unmittelbar mit der Gasleitung (1) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (3) in einem Gehäuse (25) einen durch einen Ventilteller (28) verschließbaren Ventilsitz (26) enthält sowie stromabwärts desselben das durch die Membran (6) abgetrennte Druckvolumen (8).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (5) stromabwärts des Ventilsitzes (26) im Gehäuse (25) abgestützt ist und gegen den Ventilteller (28) drückt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Absperr- und Regeleinrichtung (18) umfaßt mit einem Stellglied (3′), welches in Serie mit dem Stellglied (3) der Absperreinrichtung (2) in die Gasleitung (1) eingebaut ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperr- und Regeleinrichtung (18) eine weitere Druckkammer (7′) umfaßt mit einer Membran (6′), welche dieselbe in ein Druckvolumen (8′), das über eine von der Stelldruckleitung (10) abzweigende Zuleitung (10′) mit dem Druckverstärker verbunden ist und ein Restvolumen (9′) teilt und mit dem weiteren Stellglied (3′) derart in Wirkverbindung steht, daß eine das Druckvolumen (8′) vergrößernde Bewegung derselben das Stellglied (3′) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (5′) öffnet, sowie eine weitere Rückführungsleitung (15′), welche das Druckvolumen (8′) über ein weiteres Abschaltventil (16′) stromabwärts des weiteren Stellgliedes (3′) mit der Gasleitung (1) verbindet und daß das Restvolumen (9′) stromabwärts des Abschaltventils (16′) mit der Rückführungsleitung (15′) verbunden ist sowie daß sie außerdem ein Regelelement (19) umfaßt mit einem Ventil (24), über welches das Druckvolumen (8′) stromabwärts des Stellgliedes (3′) der Absperr- und Regeleinrichtung (18) mit der Gasleitung (1) verbunden ist und das, falls dort der Ausgangsdruck (p_a) einen Sollwert überschreitet, öffnet und, falls derselbe einen Sollwert unterschreitet, schließt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beide Rückführungsleitungen (15, 15′) mit dem stromabwärts der Stellglieder (3, 3′) liegenden Teil der Gasleitung (1) verbunden sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dem stromaufwärts angeordneten Stellglied (3) zugeordnete Rückführungsleitung (15) in die dem stromabwärts angeordneten Stellglied (3′) zugeordnete Rückführungsleitung (15′) mündet.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (3′) der Absperr- und Regeleinrichtung (18) stromabwärts des Stellglieds (3) der Absperreinrichtung (2) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (24) stromabwärts der Mündung(en) der Rückführungsleitung(en) (15′) mit der Gasleitung (1) verbunden ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (3′) der Absperr- und Regeleinrichtung (18) stromaufwärts des Stellglieds (3) der Absperreinrichtung (2) angeordnet ist.