DE60120465T2

DE60120465T2 - Balgstellglied für druck- und strömungssteuerung

Info

Publication number: DE60120465T2
Application number: DE60120465T
Authority: DE
Inventors: Shizhong Coquitlam DUAN; W. Douglas Port Coquitlam SMITH
Original assignee: ABB Inc Canada; ABB Inc USA
Current assignee: ABB Inc Canada; ABB Inc USA
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2021-11-14
Also published as: EP1337760B1; DE60120465D1; WO2002040873A3; EP1337760A2; CA2428639A1; CA2428639C; WO2002040873A2; AU2002248911A1; US6394418B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stellglied zur Steuerung der durch eine Ventilanordnung gelieferte Fluidmenge und insbesondere ein Stellglied zur unabhängigen Steuerung der Zuführung von Fluid (zum Beispiel Wasser, Dampf) in getrennten Zonen quer durch eine Papiermaschine.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
PAPIERHERSTELLUNG
Bei der modernen Papierherstellung wird eine Endlosfaser-/Wasser-Aufschlämmung als sich bewegende Bahn gebildet. Während sich die Aufschlämmung entlang der Papiermaschine bewegt, wird das Wasser entfernt und es verbleibt die das Papierflächengebilde bildende Faser. Die erste Partie der Papiermaschine führt das Wasser (auf dem Langsiebtisch) unter dem Einfluss von Schwerkraft ab und erzeugt eine Bahn mit ausreichender Festigkeit, so dass sie zur Zuführung in eine Pressenpartie selbststützend ist. Die zweite Partie der Papiermaschine presst die Papierbahn und quetscht das Wasser aus dem Flächengebilde. Diese Partie besteht in der Regel aus einer Reihe von Walzen, die zwischen sich Pressnips bilden, durch die die Papierbahn geführt wird. Nachdem durch Pressen so viel Wasser wie möglich entfernt worden ist, muss die verbleibende Feuchtigkeit in der Bahn verdampft werden. Die dritte Partie der Papiermaschine verdampft die verbleibende Feuchtigkeit in der Papierbahn auf die für die hergestellte Papiersorte gewünschte Endhöhe.
Bei der Papierherstellung ist es wichtig, dass eine gleichbleibende Qualität erzeugt und aufrechterhalten wird. Von den vielen Papierparametern ist der Feuchtigkeitsgehalt wahrscheinlich der grundlegendste. Es ist nicht nur wichtig, dass die Gesamtfeuchtigkeitshöhe gesteuert wird, sondern auch, dass die Feuchtigkeitsverteilung in dem ganzen Flächengebilde sowohl in Bewegungs-(Maschinen-)Richtung (MD) als auch in Breiten-(Maschinenquer-)Richtung (CD) gesteuert wird. Eine Schwankung des Feuchtigkeitsgehalts des Flächengebildes beeinträchtigt oftmals die Papierqualität genauso viel oder sogar noch stärker als der absolute Feuchtigkeitsgehalt. Es gibt zahlreiche Einflüsse auf die Papiermaschine, die zu einer Schwankung des Feuchtigkeitsgehalts führen können, insbesondere in Maschinenquerrichtung. Bei Papiermaschinen kommt es oft zu nassen Rändern und charakteristischen Feuchtigkeitsprofilen. Somit sind mehrere Stellgliedsysteme entwickelt worden, um eine Steuerung des Feuchtigkeitsprofils während der Papierherstellung zu bieten.
Herkömmliche Stellgliedsysteme zur Steuerung des Feuchtigkeitsprofils über das Flächengebilde in Papiermaschinen arbeiten mit gezieltem Zuführen von Dampf oder Sprühen von Wasser auf die Papierbahn während der Herstellung. Bei der Verwendung von Dampf wird dieser vor den Pressnips hinzugefügt, wodurch die Temperatur der ganzen Feuchtigkeit in der Bahn erhöht wird. Durch die Temperaturzunahme wird das Entfernen von Wasser durch Pressen viel effektiver, da die zusätzliche Feuchtigkeitsentfernung viel stärker ist als die zusätzliche Feuchtigkeit der Dampfkondensation. Wenn die Bahn mit Wasser besprüht wird, erfolgt dies in der Verdampfungspartie. Das der Oberfläche hinzugefügte Wasser kann dazu verwendet werden, die Feuchtigkeitsvarianz über die Bahn auszugleichen. Es kann die zusätzliche Wirkung einer lokalen Kühlung der Bahn aufweisen, um eine schädliche Überhitzung zu verhindern. Im Allgemeinen werden Wassersprays für Qualitätsverbesserungen verwendet, während Dampfblaskästen sowohl für Produktions- als auch Qualitätsverbesserungen verwendet werden.
DAMPFBLASKASTENSYSTEME
Profilierdampfblaskästen liefern eine variable Dampfverteilung in Zonen quer über die Papierbahn. Jede Zone erfordert ein unabhängiges stufenloses Stellglied zur Steuerung des Strömungsvolumens in dem Bereich. Herkömmlicherweise weist das für solch eine Zonensteuerung verwendete Stellglied einen Dampfdurchfluss auf, der durch Positionierung eines Dampfventils als Reaktion auf ein pneumatisches Signal gesteuert wird. Das pneumatische Signal wird in der Regel von 6 psig bis 30 psig variiert, um ein Ventilöffnungsausmaß einzustellen. Der pneumatische Steuerteil des Stellglieds ist von dem Dampfventilteil getrennt.
Bei dieser Erfindung wird ein pneumatisches Signal variiert, um den Dampfdruck an getrennten Zonen über die Papierbahn direkt zu steuern. Eine Öffnung bestimmt die Dampfströmung von ihrer Steuerdruckkammer zum Papierbahnbereich. Dieser Lösungsansatz gestattet eine Ausführung mit kleinerem Stellglied und voller Absperrung.
FEUCHTIGKEITSSPRÜHSYSTEME
In Papiermaschinen verwendete Feuchtigkeitssprühstellgliedsysteme sind dazu ausgeführt, ein Feuchtigkeitssprühprofil in Maschinenquerrichtung aufzutragen, um einem unerwünschten Feuchtigkeitsprofil in der Papierbahn entgegenzuwirken. Somit bestehen diese Systeme aus einer Reihe von Stellgliedmodulen, die den Sprühgrad in getrennten, benachbarten Zonen in Maschinenquerrichtung unabhängig einstellen können. Die Steuerung der Strömung in jeder Zone erfolgt aus einer logischen Entscheidung von der Maschine über ein zu der Zonenposition gesendetes Signal. Die Art und Weise, wie dieses Signal gehandhabt wird, wird zu einer wichtigen Betrachtung für solche Stellgliedsysteme.
Die in Papiermaschinen verwendeten Feuchtigkeitssprühsysteme sind auf Grundlage von Sprühdüseneigenschaften ausgeführt. Die Düse ist die Vorrichtung, die die Wasserteilchen zu einer feinen Tröpfchengröße zerkleinert. Diese Düsen verwenden in der Regel entweder den Hydraulikdruck des Wassers oder verwenden eine getrennte Luftdruckleitung zur Erzeugung der Tröpfchen. Zu anderen Techniken können solche Technologien wie Ultraschall gehören, um Tröpfchen zu erzeugen.
Hydraulische Ausführungen verwenden den Wasserdruck direkt, um die Wassertröpfchen zu einem Sprühnebel zu zerkleinern. In der Regel ist diese Technik dadurch begrenzt, wie klein eine Teilchengröße ist, die sie erzeugen kann. Eine Durchflussänderung beeinträchtigt die Nebeleigenschaften (Teilchengröße, Sprühmuster usw.) von Hydraulikdüsen, wodurch ihre Teillastfähigkeit verringert wird und diese Düsen somit bei einem einzigen Durchfluss am effektivsten werden. Diese Ausführungen erfordern maschinell genau herausgearbeitete, winzige Öffnungen, die mit Verunreinigungen im Speisewasser beaufschlagt werden. Jegliches teilweise Verstopfen oder Blockieren einer Düsenöffnung beeinflusst den Volumenstrom sowie das Sprühmuster und bewirkt, dass die Düse ihre Nebelwirkung verliert.
Pneumatische Ausführungen verwenden Druckluft zum Zerkleinern der Wassertröpfchen zu Sprühnebel. Der Nebel wird durch den Druckluftstrom zur Bahnoberfläche befördert. Die Düsenöffnungen für das Wasser sind nicht so kritisch für das Sprühmuster und verleihen ihnen eine größere Teillastfähigkeit. Typischerweise variiert (vergrößert sich) die durchschnittliche Teilchengröße jedoch mit Zunahme der Wasserströmung. Jegliche teilweise Verstopfung der Wasserdüsenöffnung beeinträchtigt den Volumenstrom, oft jedoch nicht das Sprühmuster. Sowohl das Wasser als auch die Luft muss ohne Verunreinigungen bereitgestellt werden, um einen ordnungsgemäßen Betrieb aufrechtzuerhalten.
Die GB 591599 offenbart eine druckempfindliche Vorrichtung zur Verwendung mit einem Vergaser. Die Vorrichtung hält den durch die Vorrichtung passierenden Fluidmassenstrom bei verschiedenen Umgebungstemperaturen aufrecht, so dass er sich auf einen einzigen Sollwert befindet, der voreingestellt ist. Der Fluidstrom durch die Vorrichtung wird durch ein mit einem Balg verbundenes Ventilglied gesteuert, wobei sich der Balg als Reaktion auf Druckänderungen innerhalb eines Reservoirs bezüglich der Druckseite eines Gehäuses der Vorrichtung ändert. Der Anfangsdruck innerhalb des Reservoirs bestimmt den voreingestellten Wert des Fluidmassenstroms. Der Anfangsdruck innerhalb des Reservoirs wird durch Füllen des Reservoirs mit Luft (oder vorzugsweise Stickstoff) durch einen Kanal in einer Oberwand des Reservoirs hergestellt. Nach dem Herstellen des Anfangsdrucks im Reservoir wird der Kanal mit einer Schraube geschlossen. Wie aus der vorangehenden Beschreibung leicht hervorgeht, kann die Vorrichtung der GB 591599 den Fluidmassenstrom gemäß einem Steuersignal nicht ändern und eignet sich deshalb nicht zur Steuerung des Wasser- oder Dampfstroms zu einer Sprühdüse in einem Papierherstellungsprozess. Ein anderes Beispiel für solch eine Vorrichtung ist in der EP 0750148 zu finden.
Es ist von besonderem Interesse, ein System herzustellen, das leicht mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) oder einem Rechner zusammenwirkt. Das herkömmliche Verfahren zur Steuerung für jede Zone bestand in der Verwendung mehrerer elektromagnetisch betätigter Ventile. Jedes Ventil kann hinsichtlich der Sprayteilchengröße bei einem bestimmten Wasserdurchfluss optimiert werden. Des Weiteren gewährleisten Magnetventile eine angemessene Gewährleistung eines 100%igen Absperrens. Diese mehreren Ventilgruppen öffnen den Volumenstrom auf binäre Weise, so dass das erste Magnetventil die Mindestströmung gestattet, das zweite Magnetventil das Doppelte der Mindestströmung gestattet, das dritte Magnetventil das Vierfache der Mindestströmung gestattet usw. Somit werden 4 Magnetventile in Kombinationen verwendet, um 16 getrennte Strömungseinstellungen zu ergeben, während 5 Elektromagnete 32 getrennte Strömungseinstellungen ergeben. Düsen sind zur Optimierung der Sprühmuster und Teilchengröße für die bestimmte Strömung bemessen.
Durch Anordnen der elektromagnetischen Zonensteuerungs-Stellglieder lokal zu den Sprühdüsen (nach außen über die Papiermaschine hinweg) ergibt sich die kompakteste Gesamtausführung. Ein gemeinsamer Wassersammler (und ein gemeinsamer Luftsammler, wenn pneumatische Ausführungen verwendet werden) versorgt alle Zonen. In der Regel ist ein die mehreren elektromagnetisch betätigten Ventile umfassender Block in jeder Zone angebracht. Verdrahtung wird zu einzelnen Elektromagneten an der Maschine hinausgeführt. Dieser Lösungsansatz ist mit dem Nachteil behaftet, dass die elektrischen Elektromagnete in einer sehr rauen Umgebung platziert werden. In der sehr heißen und feuchten Umgebung kommt es häufig zu einem Versagen von Elektromagneten, und ein Austausch von Elektromagneten kann ein teures Abschalten der Papiermaschine erfordern.
Elektromagnetische Zonensteuerungsstellglieder sind in einigen Systemen von der Maschine entfernt angeordnet worden, wobei das Wasser über Rohrleitungen zum Sprühen zu den einzelnen Zonen geleitet wird. Bei diesen Systemen werden die elektrischen Elektromagnete in einer kontrollierten Umgebung angeordnet, wo sie zugänglich sind. Auf Wasser- (und Luft-)Druckabfälle vom Steuerschrank zu den Maschinenzonen muss eingegangen werden. Der an der Maschine benötigte Platz ist aufgrund des Austausches der einzelnen Rohrleitungen gegen die Elektromagnete ungefähr der gleiche. Jedoch ist außerhalb der Maschine viel mehr Platz erforderlich, um die zusätzlichen Rohrleitungen usw. unterzubringen.
Aus der obigen Besprechung geht hervor, dass bestehende Wassersprühsysteme mehrere Beschränkungen aufweisen. Die erste Schwierigkeit ist der für den Teil des Systems, der an der Papiermaschine angeordnet ist, erforderliche Raum. In der Regel wird festgestellt, dass zwischen den Walzen, Trägerfilzen, der Papierbahn usw. nur wenig Platz zur Verfügung steht. Ein geringerer Platzbedarf für das Feuchtigkeitssprühsystem würde viel mehr Möglichkeiten zur Optimierung der Position der Ausrüstung an der Papiermaschine bedeuten. Mehrere Düsen pro Zone erfordern mehr Platz zum Anbringen der Düsen, der zugehörigen Rohrleitungen und der Elektromagnete. Dadurch wird das Gewicht erhöht, das gestützt werden muss, wodurch wiederum eine größere Stützkonstruktion und wiederum mehr Gewicht erforderlich wird.
Die binäre Steuerstrategie mehrerer Magnetventile pro Zone begrenzt die Auflösung der Strömungssteuerung. Obgleich die Auflösung allgemein als „gut genug" betrachtet wird, ist die Möglichkeit einer Optimierung begrenzt. Darüber hinaus führen mehrere Elektromagneten neben ihren zusätzlichen Kosten zu potentiellen Versagenspunkten. Deutlich weniger Komponenten würden weniger Versagensmöglichkeiten ergeben.
Des Weiteren ist bekannt, dass das elektromagnetische Stellglied eine Komponente mit geringer Lebensdauer in dieser Anwendung ist. Die Papiermaschine wird 24 Stunden am Tag kontinuierlich betrieben, wobei pro Jahr nur eine oder zwei geplante Abschaltungen erfolgen. Da ein Produktionsverlust sehr teuer ist, soll die installierte Ausrüstung 10 bis 20 Jahre Lebensdauer mit geringer oder gar keiner Wartung aufweisen. Stellgliedzuverlässigkeit ist kritisch.
Eine Regulierung von Sprühwasser für Dauereinstellungen weist bei Verwendung in rauer Umgebung Beschränkungen auf. Im Allgemeinen erfordern die bei der oben beschriebenen Papierherstellungsanwendung verwendeten Sprühdüsen einen sehr geringen Durchfluss. Eine Fernregulierung der Sprühwasserversorgung würde eine Strömungssteuerung anstatt einer Drucksteuerung erfordern, um die Schwierigkeit von geringem Durchfluss, langen Transportleitungen und verschiedenen Druckabfällen zu überwinden. Da das Wasser strömend ist, wäre des weiteren eine kontinuierliche Regulierung erforderlich, die kostspielig sein kann. Eine Regulierung des Sprühwasserdrucks lokal der Sprühdüse würde genaue Durchflusseigenschaften ergeben. Jedoch muss eine Steuerung in einer rauen Umgebung zuverlässig sein und ein Bezugsmedium verwenden, das an sich stabil ist. Interessanterweise muss das Bezugsmedium nicht kontinuierlich strömen, sondern einfach eine Bezugseinstellung behalten. Durch diese Realisierung erhalten die potentiellen Steuerstrategien, die eingesetzt werden können, etwas Flexibilität. Die vorliegende Erfindung verwendet dieses Konzept zur Schaffung eines stufenlos verstellbaren Stellglieds.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Um die Nachteile des Stands der Technik anzugehen, haben die Erfinder ein neues Stellglied zur Steuerung der Zufuhr von Feuchtigkeit zu einer Oberfläche entwickelt. Das Stellglied kann in Verbindung mit einer Sprühdüse in einem Wassersprühsystem für eine Papiermaschine verwendet werden. Des Weiteren findet das Stellglied in einem Dampfsteuerstromventil zur Verwendung in einem Dampfblaskasten an einer Papiermaschine Anwendung. Diese Erfindung verwendet eine einzige Düsenstellgliedanordnung an jeder Zone mit voller Absperrfähigkeit. Noch bedeutender ist, dass das Stellglied der vorliegenden Erfindung ein neues Konzept für ein voll-proportionales Stellglied beinhaltet. Die Auflösung dieses neuen Stellglieds wird nur durch das Steuersignal zum Stellglied und nicht durch das Stellglied selbst begrenzt. Die kleine Größe und das geringe Gewicht des Stellglieds gestatten einen minimalen Platzbedarf.
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein Stellglied zur Steuerung der Fluidströmung von einer Fluidquelle gemäß der Offenbarung von Anspruch 1 bereit.
Bei der ersten Ausführungsform wird das Stellglied der vorliegenden Erfindung zur Steuerung einer standardmäßigen, serienmäßig gefertigten hydraulischen Wassersprühdüse verwendet. Als Alternative dazu kann das Stellglied der ersten Ausführungsform zur Steuerung des Dampfdrucks verwendet werden, der zu einer Öffnung geführt wird, um die Dampfströmung zur Dampfblaskastenzone zu steuern. Die Balgkonstruktion des Stellglieds wirkt als Regler zur Steuerung des Drucks des der Düse (oder Öffnung) zugeführten Fluids und steuert auf diese Weise die Wasserströmung (oder Dampfströmung) zu der Zone. Der Bezugsdruck für die Balgkonstruktion ist ein von der Maschine erzeugtes Luftdrucksignal.
Das Stellglied der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise in einem System verwendet, das einen gemeinsamen Sammler enthält, der sich über die Papiermaschine erstreckt, um das der Papierbahn zugeführte Fluid, zum Beispiel Sprühwasser oder Dampf, zu befördern. Vorzugsweise weist dieser Sammler gleichmäßige Befestigungspunkte auf, an denen das Stellglied der vorliegenden Erfindung und der Auslass für jede Zone befestigt werden. Der Auslass kann eine Wassersprühdüse oder eine Dampföffnung sein. Der Sammler ist an jeder Zone identisch gefertigt und bearbeitet, um die Sprühdüse oder Dampföffnung genau anzuordnen, das Sprühwasser oder den Dampf dem Stellglied zuzuführen und das Stellglied in Position anzubringen. Ein getrenntes Rohr mit kleinem Durchmesser ragt zu jedem Stellglied zur Zuführung des pneumatischen Steuersignals.
Das Stellglied reguliert den Druck des Fluids (Sprühwasser oder Dampf) unter Verwendung des pneumatischen Steuersignals als Bezug. Die Ausführung ist dazu ausgeführt, einen Start-Druck von ungleich Null zu gestatten. Somit kann die Steuerluft mit einem anderen Mindestdruck arbeiten als das Sprühwasser oder der Dampf, wobei ein typischer Druckluftbereich von 6–30 psig gestattet wird, um einen Sprühwasser- oder Dampfbereich von 0–24 psig zu erzeugen. Es kann ein anderer Bereich von Druckluftsteuerdrücken verwendet werden, um einem bestimmten Betriebsbereich von Dampf- oder Wasserdrücken zu entsprechen.
Die Balgkonstruktion des Stellglieds trennt die pneumatische Steuerluft und das der Bahn zuzuführende Fluid und ist zwangsabgedichtet (zum Beispiel verschweißt oder verlötet), um eine Leckage zu verhindern. Der Hub der Balgkonstruktion ist äußerst klein, da er nur Ausgleichsdrücken dient. Dies bedeutet, dass die inhärente Federrate des Balgs oder eine getrennte Feder zur Vorbelastung des Stellglieds verwendet werden können (wobei sie einen „Start" von ungleich Null ergeben), aber sich vernachlässigbar auf den Betrieb auswirken. Dies führt zu einer hochlinearen Stellgliedreaktion, die dem Auslass des Stellglieds zugeführt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Stellglied bereit, das zur Steuerung der größeren Dampfströme zu einem Dampfblaskasten verwendet wird. Diese Ausführungsform des Stellglieds verwendet eine deutlich größere Einlassöffnung, die dazu erforderlich ist, diesen größeren Dampfdurchflüssen Rechnung zu tragen. Eine größere Einlassöffnung übt einen größeren Gegendruck auf die Balgkonstruktion aus und beeinträchtigt ihre Genauigkeit und Linearität. Bei der zweiten Ausführungsform wird eine doppelte Einlassöffnung verwendet und so angeordnet, dass nur der Flächenunterschied der beiden Einlassöffnungen den Gegendruck auf die Balgkonstruktion beeinflusst. Somit kann einer (einem) deutlich größeren Einlassöffnung und Durchfluss ohne Verlust von Genauigkeit und Linearität Rechnung getragen werden.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Stellglied zur Steuerung der Fluidströmung von einer Fluidquelle bereit, das Folgendes umfasst:
ein Gehäuse mit einem mit der Fluidquelle verbindbaren ersten Einlass, einem mit einer ersten Druckquelle verbindbaren zweiten Einlass und einem mit einer zweiten Druckquelle verbindbaren dritten Einlass;
einen in dem Gehäuse beweglichen Kolben;
eine sich zwischen dem Gehäuse und dem Kolben erstreckende erste flexible Dichtung zur Definition eines mit dem ersten Einlass in abgedichteter Verbindung stehenden ersten Bereichs;
eine sich zwischen dem Gehäuse und dem Kolben erstreckende zweite flexible Dichtung zur Definition eines mit dem zweiten Einlass in abgedichteter Verbindung stehenden zweiten Bereichs;
eine sich zwischen dem Gehäuse und dem Kolben erstreckende dritte flexible Dichtung zur Definition eines mit dem dritten Einlass in abgedichteter Verbindung stehenden dritten Bereichs;
wobei sich der Kolben als Reaktion auf Druckdifferenzen im ersten, zweiten und dritten Bereich im Gehäuse in eine solche Position bewegt, dass die durch den ersten Bereich auf den Kolben ausgeübten Kräfte durch die durch den zweiten und dritten Bereich ausgeübten Kräfte ausgeglichen werden;
ein Ventilglied, das zur Bewegung mit dem Kolben zum Öffnen und Schließen des ersten Einlasses zwecks Änderung der Fluidströmung von der Fluidquelle ausgeführt ist; und
einen Auslass aus dem Gehäuse, der mit dem ersten Einlass in Verbindung steht, um den Austritt der Fluidströmung zu gestatten, wodurch durch Änderung des Drucks aus der Druckquelle am zweiten Einlass ein Signal zur Bewegung der Kolbenposition zwecks Steuerung des Fluiddrucks aus dem Auslass geliefert wird.
Die flexiblen Dichtungen umfassen wieder Metallbalgkonstruktionen.
Gemäß diesem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Stellglied bereit, das zur Steuerung zweier getrennter Ströme, eines Wasser- und eines Luftstroms, in einem vorhersagbaren Verhältnis unter Verwendung eines einzigen pneumatischen Steuersignals verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform ist das pneumatische Steuersignal in der Regel wieder ein Bereich von 6–30 psig, obgleich auch andere Signalbereiche verwendet werden können. Bei verschiedenen Wasserdurchflüssen werden der Druck und der Durchfluss von Zerstäubungsluft jedoch angepasst, um eine im Wesentlichen konstante Sprayteilchengröße der Wassertröpfchen aufrechtzuerhalten. Durch Verwendung mehrerer Bälge verschiedener Größe und mit spezieller Anordnung kann ein einziges Steuersignal verwendet werden, um die Kombination von Endwasserdurchfluss und Luft-/Wasser-Verhältnis zu bewirken, um die optimale Wassertröpfchengröße aufrechtzuerhalten.
Des Weiteren stellt vorliegende Erfindung ein Stellglied zur Verwendung mit Dampf bei Anwendungen mit relativ geringem Durchfluss bereit. Das Ventil öffnet sich nur genug, um ausreichend Volumenstrom durchzulassen, um den Ausgleichsdruck mit dem pneumatischen Steuersignal aufrechtzuerhalten. Wenn der Dampfversorgungsdruck ausreicht, erreicht die Strömung durch das Ventil bekanntermaßen Schallgeschwindigkeiten. Solche hohen Geschwindigkeiten können zu Flächenverschleiß führen. Um diese Wirkung zu lindern, enthält die vierte Ausführungsform einen oder mehrere Durchgänge im Einlassströmungsweg mit reduziertem Querschnitt, die vor dem Einlassventil selbst zu Druckabfällen führen. Auf diese Weise wird der Druckabfall am Einlassventil reduziert, wodurch sich das Ventil weiter öffnet und die Strömungsgeschwindigkeit durch das Ventil reduziert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Aspekte der vorliegenden Erfindung werden in den beigefügten Zeichnungen rein beispielhaft dargestellt; in den Zeichnungen zeigen:
1 eine Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform des Stellglieds der vorliegenden Erfindung, das zur Steuerung von Wasserströmung zu einer Sprühdüse nützlich ist;
1a eine Draufsicht des Stellglieds von 1;
2 eine Schnittansicht durch eine zweite Ausführungsform des Stellglieds der vorliegenden Erfindung, die zwei vergrößerte Einlassventilöffnungen enthält, um das Stellglied zur Verwendung in einem Dampfblaskasten geeignet zu machen;
3 eine Schnittansicht durch eine dritte Ausführungsform des Stellglieds der vorliegenden Erfindung, die mehrere Balgkonstruktionen zur Verwendung mit einer intern gemischten Zerstäubungssprühdüse enthält;
3a eine Schnittansicht durch den oberen Teil des Stellglieds, um den Zerstäubungslufteinlass im Detail sowie den pneumatischen Steuerlufteinlass zu zeigen;
4 eine Schnittansicht durch eine vierte Ausführungsform des Stellglieds der vorliegenden Erfindung, die eine Reihe von Durchgängen im Fluideinlassweg enthält, um den Druckabfall an der Ventilöffnung zu reduzieren; und
5 eine Schnittansicht durch eine fünfte Ausführungsform des Stellglieds der vorliegenden Erfindung, die eine elastische Dichtung und ein Vorbelastungsglied einsetzt, um die Metallbalgkonstruktion der zuvor beschriebenen Ausführungsformen zu ersetzen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Auf die 1 und 1a Bezug nehmend wird eine Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform eines Stellglieds 2 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Steuerung der Wasserströmung zur Bahn einer Papiermaschine gezeigt. Das Stellglied 2 umfasst ein Gehäuse 4 mit einem ersten Einlass 16 an einem Ende 17 des Gehäuses, der auf herkömmliche Weise mit der (nicht gezeigten) Wasserquelle verbunden werden kann. Am gegenüberliegenden Ende 12 des Gehäuses ist ein zweiter Einlass 10 vorgesehen, der über eine Standardverbindung 11 und einer Druckleitung 13 mit einer (nicht gezeigten) Druckquelle verbunden werden kann. Vorzugsweise ist die Druckquelle eine Druckluftquelle, die auf kontrollierte Weise verstellt werden kann. Vorzugsweise steht die Wasserquelle über einen sich über die Papiermaschine erstreckenden Verteiler mit dem Einlass 16 in Verbindung. Eine Reihe von identischen Stellgliedern, wobei jedes Stellglied eine zugehörige Sprühdüse aufweist, ist in Abständen an dem Verteiler angebracht, um Steuerzonen in Maschinenquerrichtung zum Aufsprühen von Wasser zur Steuerung des Feuchtigkeitsprofils der Papierbahn zu definieren.
Bei der dargestellten ersten Ausführungsform der 1 und 1a wird das Gehäuse 4 als ein allgemein hexagonaler Körper mit einem hohlen zylindrischen Innenraum 21 gezeigt, der die sich bewegenen Teile des Stellglieds enthält. Vorzugsweise ist das Gehäuse aus einer oberen Kappe 20 gebildet, die an einer unteren Basis 22 angebracht ist. Eine Reihe von Gewindebefestigungselementen 24 erstreckt sich durch Durchgänge 28 in der Basis, um ausgerichtete Gewindeöffnungen 29 in der Basis in Eingriff zu nehmen und so die Basis und die Kappe aneinander zu befestigen. Eine Reihe von Durchgängen 24 erstreckt sich durch die Kappe und ist auf Öffnungen 26 in der Kappe ausgerichtet, um eine Befestigung des Stellglieds an einer externen Halterung zu gestatten.
Innen ist eine elastische Balgkonstruktion 30 innerhalb des zylindrischen Innenraums 21 des Gehäuses 4 vorgesehen, die sich allgemein zwischen dem ersten Einlass 16 und dem zweiten Einlass 10 erstreckt. Die Balgkonstruktion 30 ist vorzugsweise aus Metall hergestellt und weist eine Eigenelastizität auf, die es der Balgkonstruktion gestattet, sich entlang ihrer Längsachse frei auszudehnen und zusammenzuziehen.
Des Weiteren ist ein beweglicher Kolben 32 im Innenraum 21 des Gehäuses 4 vorgesehen. Der Kolben 32 ist mit dem Ausdehnen und Zusammenziehen der Balgkonstruktion beweglich. Das Gehäuse 4 und der Kolben 32 wirken zusammen, um einen ringförmigen Bereich dazwischen zur Aufnahme der Balgkonstruktion 30 zu definieren. Diese Anordnung wirkt dahingehend, ein Knicken oder Winden der Balgkonstruktion im Gehäuse zu verhindern.
Die Balgkonstruktion weist ein erstes Ende 40 auf, das abdichtend an einem sich vom Kolben 32 erstreckenden Flansch 42 befestigt ist. Das zweite Ende 43 der Balgkonstruktion ist abdichtend an der Basis 22 des Gehäuses befestigt. Vorzugsweise enthält die Basis 22 eine erhobene ringförmige Lippe 44, die das untere Ende des Kolbens 32 verschiebbar aufnimmt, um die Bewegung des Kolbens zu führen. Der obere Rand der erhobenen ringförmigen Lippe 44 dient als die Fläche, gegen die der untere Rand 43 der Balgkonstruktion abgedichtet ist.
Die Abdichtung der Enden der Balgkonstruktion teilt das Innere 21 des Stellglieds in einen inneren Bereich 45 zwischen dem Kolben und der Balgkonstruktion und einen äußeren Bereich 46 zwischen der Balgkonstruktion und der Wand des Gehäuses. Der innere Bereich 45 steht mit dem ersten Einlass 16 für Wasser in abgedichteter Verbindung. Der äußere Bereich 46 der Balgkonstruktion zwischen der Balgkonstruktion und dem Gehäuse steht mit dem mit der Druckluftquelle verbundenen zweiten Einlass 10 in abgedichteter Verbindung.
Die Balgkonstruktion 30 dehnt sich im Gehäuse in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem inneren und dem äußeren Bereich 45 bzw. 46 aus oder zieht sich zusammen. Wenn zum Beispiel durch den Einlass 11 pneumatischer Druck angelegt wird, ist der Druck im äußeren Bereich 46 größer als der Druck im inneren Bereich 45, was dazu führt, dass sich die Balgkonstruktion 30 in Längsrichtung im Gehäuse 4 ausdehnt. Umgekehrt zieht sich die Balgkonstruktion zusammen, wenn der Druck im inneren Bereich 45 größer ist als der Druck im äußeren Bereich 46.
Der Kolben 32 enthält ein Ventilglied 50, das zur Bewegung in der Balgkonstruktion ausgeführt ist, um den Einlass 16 zu öffnen und zu schließen und so die Wasserströmung von der Wasserquelle zu verstellen. Das Ventilglied 50 umfasst einen länglichen Schaft 52, der starr am Kolben 32 angebracht ist. Der Schaft schließt in einem vergrößerten Stopfen 54 ab, der eine Dichtungsfläche 55 aufweist, welche zur Anlage an der Schulter 56 des Einlasses 16 zum Schließen des Einlasses ausgeführt ist. Das Ventilglied 50 ragt um eine solche Strecke vom Kolben 32 vor, dass die Balgkonstruktion zwischen dem Kolbenflansch und dem Gehäuse komprimiert wird, wenn das Ventilglied zum Schließen des ersten Einlasses angeordnet ist. Somit besteht eine Restfederkraftbelastung der Balgkonstruktion, die das Ventilglied in Position zum Schließen des Einlasses 16 hält. Des Weiteren wird dadurch ein „Start"-Druck hergestellt, der von dem pneumatischen Steuersignal am Lufteinlass 10 erreicht werden muss, bevor sich der Einlass 16 öffnet. Dadurch wird auch gewährleistet, dass der Wert des Wasserdrucks im Bereich 45 auf einen Druck gehalten wird, der um den Wert des „Start"-Drucks kleiner ist als der pneumatische Druck.
Die Basis 22 ist mit einem Auslass 58 aus dem Gehäuse hergestellt, der mit dem inneren Bereich 45 in Verbindung steht, um den Austritt von Wasser aus dem Stellglied zu gestatten. Der Auslass 58 ist in der Regel mit einer herkömmlichen, externen Mischluft-Zerstäubungssprühdüse verbunden, um der Bahn der Papiermaschine Wasser zuzuführen. Die Zerstäubungsluft wird in der Regel allen solchen Sprühdüsen von einem gemeinsamen Verteiler zugeführt. Durch diese Art von Sprühdüse wird der erforderliche Sprühwasserdruck minimiert, da die Energie zur Zerstäubung des Wassers von dem Luftdruckabfall zugeführt wird.
Im Betrieb wirkt das Stellglied der vorliegenden Erfindung gemäß der ersten Ausführungsform von 1 und 1a dahingehend, das der Sprühdüse unter Verwendung des pneumatischen Drucks von der Druckquelle am zweiten Einlass 10 als Bezug zugeführte Wasservolumen zu steuern. Das Quellenwasser wird dem Wassereinlass 16 mit einem Druck zugeführt, der über dem maximalen Solldruck für die Sprühdüse liegt. Steuerluft wird dem Stellgliedlufteinlass 10 zugeführt. Der Luftdruck im äußeren Bereich 46 wirkt gegen die freigelegte Fläche der Balgkonstruktion 30, um eine Betätigungskraft zu erzeugen, der von drei entgegenwirkenden Kräften entgegengewirkt wird. Eine entgegenwirkende Kraft ergibt sich aus der Elastizität der komprimierten Balgkonstruktion 30. Die zweite entgegenwirkende Kraft ergibt sich aus dem Druck des Quellenwassers, das gegen die relativ kleine Fläche (die Querschnittsfläche der Öffnung bei 56) des freigelegten Ventilstopfens 54 am Wassereinlass 16 wirkt. Die dritte entgegenwirkende Kraft wird durch den Sprühwasserdruck (den Gegendruck der Sprühdüse) in der inneren Kammer 45 erzeugt, der gegen die freigelegte Innenfläche der Balgkonstruktion wirkt. Die ersten beiden Reaktionskräfte sind konstant oder im Wesentlichen konstant, wodurch gestattet wird, dass Änderungen des Steuerluftdrucks am Lufteinlass 10 den Druck des der Sprühdüse zugeführten Wassers vorhersagbar beeinflussen. Das Stellglied wirkt auf einem Gleichgewicht dieser Kräfte. Der Druck des Wassers im inneren Bereich 45 wird von dem Stellglied 2 so gehalten, dass er gleich dem Druck im äußeren Bereich 46 minus der Vorkomprimierungsbelastung im Balg 30 ist. Das Wasser tritt durch den Auslass 58 mit einem einer (nicht gezeigten) Sprühdüse zugeführten kontrollierten Druck aus dem Bereich 45 aus.
Wenn der Steuerluftdruck am Lufteinlass 10 niedriger ist als ein Start-Druck, der durch das Maß an Vorkomprimierung der Balgkonstruktion 30 bestimmt wird, bleibt der Ventilstopfen 54 im Wassereinlass 16 angeordnet und kein Wasser gelangt durch das Stellglied. Die Sprühdüse empfängt kein Wasser.
Wenn der pneumatische Steuerdruck den Start-Druck des Stellglieds übertrifft, werden die Balgkonstruktion 30, der Kolben 32 und der Ventilstopfen 54 nach unten bewegt, so dass Wasser durch den Einlass 16 in den inneren Bereich 45 des Stellglieds und über den Auslass 58 zur Sprühdüse herausströmt. Die Sprühdüse gestattet eine Strömung, bietet aber auch Widerstand gegen Wasserströmung. Somit baut sich der Druck im inneren Bereich 45 auf. Mit Zunahme des Drucks im inneren Bereich 45 vergrößert sich auch die Summe der entgegenwirkenden Kräfte, bis die Summe der Kräfte mit der von dem Steuerluftdruck im äußeren Bereich 46 ausgeübten Kraft übereinstimmt. Es ergibt sich ein Gleichgewichtspunkt, bei dem das Ventilglied 50 und der Einlass 16 in ihren relativen Positionen bleiben und gestatten, dass genau der erforderliche Wasserdurchfluss mit dem Sprühdüsendurchfluss beim Sprühwasserdruck übereinstimmt. Wenn sich das Ventilglied 50 zur Verringerung der Wasserströmung durch den Einlass 16 bewegt, dann fällt der Druck im inneren Bereich 45 ab, während mehr Wasser die Sprühdüse verlässt als durch den Einlass eintritt, und ein Kräfteungleichgewicht drückt das Ventilglied zum erneuten Öffnen des Einlasses. Wenn sich das Ventilglied zum Vergrößern der Wasserströmung durch den Einlass 16 bewegt, dann erhöht sich analog der Druck im inneren Bereich 45, während weniger Wasser zur Sprühdüse austritt als durch den Einlass eintritt, und ein Kräfteungleichgewicht drückt das Ventilglied zum erneuten Schließen des Einlasses.
Der pneumatische Steuerdruck wird über einen von dem Stellglied unabhängigen Druckbereich gesteuert. Zu hoher zugeführter pneumatischer Steuerdruck betätigt das Stellglied auf die gleiche Weise wie oben beschrieben, bis der Druck des Quellenwassers übertroffen wird. Zu diesem Zeitpunkt bleibt der Einlass 16 effektiv geöffnet. Das Stellglied und die Komponenten sind jedoch so ausgeführt, dass sie angemessen übermäßige Drücke ohne Beschädigung tolerieren können.
Das neue Stellglied der vorliegenden Erfindung liefert eine kontinuierliche proportionale Reaktion auf Eingangssteuerung, jedoch fast ohne Hysterese. Des Weiteren gestattet es eine Fernerzeugung des pneumatischen Steuersignals, das als Bezugsdruck zur Steuerung des Stellglieds wirkt. Das Verwenden eines pneumatischen Signals bietet Zuverlässigkeit beim Platzieren des Stellglieds in einer rauen Umgebung. Der sehr kurze Hub, der für den Kolben und die Balgkonstruktion erforderlich ist, gestattet eine Größen- und Gewichtsreduzierung des Stellglieds. Durch die Einfachheit der Ausführung kann auf Rückholfedern, Hubeinstellscheiben, dynamische Dichtungen usw. verzichtet werden.
Die erste Ausführungsform kann auch durch Verwendung einer flexiblen Dichtung und Feder anstelle der beschriebenen Metallbalgkonstruktion hergestellt werden. Für den Fachmann liegt auf der Hand, dass auch andere Anordnungen mit Dichtung und Vorbelastungskonstruktion möglich sind. Die Funktionsgrundlagen sind bei solchen alternativen Ausführungsformen die gleichen.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Stellglieds der vorliegenden Erfindung, die für Dampfströmungssteuerung bestimmt ist. Solch ein Stellglied erfordert eine größere Einlassöffnung, um ausreichende Dampfströmung zu gestatten. Der Dampfeinlass entspricht dem Wassereinlass 16 bei der ersten Ausführungsform von 1. Mit Vergrößerung der Fluideinlassfläche des Stellglieds wird die Größe des Ventilglieds vergrößert, und der Gegendruck an der Balgkonstruktion 30 nimmt zu. Um diese Wirkung zunichte zu machen verlässt sich die zweite Ausführungsform des Stellglieds auf eine Doppeleinlass- und Ventilanordnung, bei der der Gegendruck an der Balgkonstruktion auf den Flächenunterschied der beiden Einlässe zurückzuführen ist.
Die Grundstruktur des Stellglieds der zweiten Ausführungsform ähnelt der der ersten Ausführungsform. Das Stellglied verhält sich auch ähnlich wie die erste Ausführungsform, gestattet aber die Drucksteuerung von größeren Fluiddurchflüssen. In 2 sind jene Teile des Stellglieds, die mit der ersten Ausführungsform identisch sind, mit der gleichen Bezugszahl versehen.
Das Stellglied der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in erster Linie darin, dass zwei Blendenöffnungen 66 anstelle der einzigen Öffnung 16 verwendet werden. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Basis 22 mit einer hohlen röhrenförmigen Verlängerung 60 von der Basis 22 des Gehäuses 4 zur Einführung in einen Dampfversorgungsdurchgang von einer (nicht gezeigten) Dampfquelle ausgebildet. Die Verlängerung 60 enthält ein Paar Einlassöffnungen 66, um Dampf in den inneren Bereich 45 der Balgkonstruktion 30 zu lassen, und einen Auslass 68 zur Zuführung von Dampf zum Auslass eines (nicht gezeigten) Dampfblaskastens. Der Auslass 68 wirkt als Strömungsöffnung, um den Dampfdruck im Bereich 45 vorhersagbar in Dampfströmung zum Dampfblaskasten umzuwandeln. Bei dieser Ausführungsform weist der Weg vom Auslass 68 zur Atmosphäre einen vernachlässigbaren Druckabfall auf. Durch die Seitenwände 70 wird die röhrenförmige Verlängerung 60 definiert, die sich von der Basis 22 nach unten erstreckt. Es ist ein offenes oberes Ende 72 vorgesehen, so dass das Innere der Verlängerung mit dem inneren Bereich 45 der Balgkonstruktion 30 in freier Verbindung steht. Das untere Ende 74 der Verlängerung ist geschlossen und mit einem Auslass 68 ausgebildet. Ein Paar aufeinander ausgerichteter Öffnungen 78 erstreckt sich durch die Seitenwände 70, um Durchgänge zum Inneren der Verlängerung zu definieren.
Das Stellglied der zweiten Ausführungsform enthält einen Kolben 32, der wie bei der ersten Ausführungsform abdichtend an der Balgkonstruktion 30 befestigt ist. Darüber hinaus ist ein Ventilglied 50 am Kolben zur Bewegung mit dem Kolben und der Balgkonstruktion angebracht. Bei der zweiten Ausführungsform umfasst das Ventilglied 50 einen Schaft 52, der am Kolben 32 angebracht ist, und einen im Inneren der Verlängerung 60 beweglichen unteren Kolben 80. Der Kolben 80 ist mit einem Flanschpaar, einem oberen und unteren Flansch 82 bzw. 84, ausgebildet, die zur Abdichtung gegen die Schultern 92 bzw. 94 ausgeführt sind, welche an den Innenseitenwänden der Verlängerung 60 ausgebildet sind, um die Einlässe 66 zu definieren, die Dampf in das Innere der Verlängerung 60 und den inneren Bereich 45 der Balgkonstruktion 30 lassen.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform ist die kombinierte Fläche der dem oberen Flansch 82 und dem Sitz 92 zugeordneten Einlassöffnung 66 kleiner als die kombinierte Fläche der dem unteren Flansch 84 und dem Sitz 94 zugeordneten Einlassöffnung. Dies wird durch Verwendung von dünneren Verlängerungsseitenwänden in der Nähe des Sitzes 94 erreicht. Der Quellendampfdruck an der Öffnung 78 wird an den oberen Flansch 82 und in die entgegengesetzte Richtung an den unteren Flansch 84 angelegt. Dies führt dazu, dass der Nettogegendruck an der Balgkonstruktion aufgrund des Quellendampfdrucks an den Flanschen gleich dem Flächenunterschied zwischen dem Öffnungspaar ist. Die Kräfte an dieser Ausführungsform des Stellglieds unterscheiden sich von der ersten Ausführungsform darin, dass die zusätzliche Kraft gleich dem Unterschied zwischen dem Fluidquellendruck und dem Innenkammerdruck ist, der auf den Flächenunterschied der oberen und der unteren Einlassöffnung wirkt. Indem dieser Flächenunterschied im Vergleich zur Fläche der Balgkonstruktion 30 klein ausgeführt wird, kann die zusätzliche Kraft vernachlässigbar gemacht werden. Das Paar größerer Einlässe lässt jedoch eine größere Dampfströmung durch. Obgleich die dargestellte Ausführungsform ein Paar Einlassöffnungen 66 zeigt, liegt für den Fachmann auf der Hand, dass auch mehrere gepaarte Öffnungen möglich sind, solange der Flächenunterschied jedes Öffnungspaars relativ klein ist.
Die 3 und 3a zeigen eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zur Verwendung mit einer innen gemischten Zerstäubungssprühdüse bestimmt ist, die eine zusätzliche Zerstäubungsluftströmung erfordert. Das Stellglied der 3 und 3a wirkt dahingehend, unter Verwendung eines einzigen pneumatischen Steuersignals zwei getrennte Ströme, eine Wasser- und eine Zerstäubungsluftströmung, mit einem vorhersagbaren Durchfluss und in einem vorhersagbaren Verhältnis zu steuern.
Das Stellglied der dritten Ausführungsform verwendet drei Bälge zur Steuerung der Wasserströmung auf ähnliche druckregulierende Weise wie die oben beschriebenen ersten beiden Ausführungsformen, außer dass der Druck bezüglich eines dritten Drucks geregelt wird. Während bei den ersten beiden Ausführungsformen Druck in der Kammer 45 auf einen mit dem pneumatischen Steuerdruck in der Kammer 46 mit Bezug auf die Atmosphäre verwandten Druck gesteuert wird, wird bei der dritten Ausführungsform der Druck in der Kammer 145 auf einen mit dem pneumatischen Steuerdruck in der Kammer 146 mit Bezug auf den Druck in der Kammer 147 verwandten Druck gesteuert.
Auf 3 Bezug nehmend, wird ein Stellgliedgehäuse 104 gemäß der dritten Ausführungsform gezeigt, das an der Basis des Stellglieds einen ersten Einlass 116 aufweist, der mit einer (nicht gezeigten) Sprühwasserquelle verbunden werden kann. Ein zweiter Einlass 110 kann mit einer (nicht gezeigten) Druckquelle verbunden werden. Darüber hinaus ist ein dritter Einlass 117 vorgesehen, der mit einer Druckluftquelle zur Zerstäubung des durch den Einlass 116 zugeführten Wassers verbunden werden kann. 3a ist eine Querschnittsansicht durch den oberen Teil des Stellglieds von 3, die den Einlass 117 zeigt.
Vorzugsweise wird das Stellglied durch einen allgemein zylindrischen Körper 105 gebildet, in dem Endkappen 106 und 107 eingesetzt sind, um einen eingeschlossenen Innenraum 103 zu bilden. Es ist ein im Innenraum 103 beweglicher Kolben 135 vorgesehen. Die Endkappen 106 und 107 enthalten sich nach innen erstreckende ringförmige Wände 106a und 107a, die die Enden des Kolbens 135 verschiebbar aufnehmen, um die Bewegung des Kolbens zu führen. Des Weiteren enthält der Kolben 135 einen ringförmigen Flansch 140 zwischen seinen Enden. Der Flansch 140 dient als die Montagefläche am Kolben für die Enden der im Innenraum des Stellglieds angeordneten Mehrfachbalgkonstruktion.
Eine erste elastische Sprühwasserbalgkonstruktion 130 erstreckt sich zwischen der ringförmigen Wand 107a am unteren Ende des Stellglieds und dem Flansch 140 des Kolbens, um einen inneren Bereich 145 der ersten Balgkonstruktion in abgedichteter Verbindung mit dem ersten Einlass 116 zur Aufnahme von Druckwasser zu definieren. Eine zweite elastische pneumatische Balgkonstruktion 132 erstreckt sich zwischen dem oberen Ende des Gehäuses und dem Flansch 140. Die Balgkonstruktion 132 erstreckt sich neben einer dritten Balgkonstruktion 131 und schließt diese ein, um einen inneren Bereich 146 in abgedichteter Verbindung mit dem zweiten Einlass 110 zu definieren, der mit der Druckquelle verbunden ist. Des Weiteren ist eine dritte elastische Zerstäubungsluftbalgkonstruktion 131 vorgesehen, die sich zwischen der ringförmigen Wand 106a am oberen Ende des Stellglieds und dem Flansch 140 des Kolbens gegenüber der Balgkonstruktion 130 erstreckt. Der innere Bereich 147 der dritten Balgkonstruktion befindet sich in abgedichteter Verbindung mit dem dritten Einlass 117, der Zerstäubungsluft empfängt.
Die erste, zweite und dritte Balgkonstruktion dehnt sich als Reaktion auf Drücke in den inneren Bereichen der Balgkonstruktionen im Innenraum 103 des Gehäuses 104 aus und zieht sich zusammen, um Kräfte auf den Kolben auszuüben und so den Kolben in eine solche Position zu bewegen, dass die durch die erste Balgkonstruktion ausgeübten Kräfte den durch die zweite und dritte Balgkonstruktion ausgeübten Kräften entsprechen. Dies wird unten ausführlicher erläutert.
Ein Ventilglied 150 erstreckt sich von dem unteren Ende des Kolbens 135 und bewegt sich mit dem Kolben zum Öffnen und Schließen des ersten Einlasses 116 zum Ändern der Wasserströmung in den inneren Bereich 145 von der Wasserquelle. Ein Wasserauslass 158 aus dem Stellgliedgehäuse steht mit den inneren Bereich 145 in Verbindung, um das Austreten von Wasser aus dem Bereich 145 zur (nicht gezeigten) Sprühdüse zu gestatten. Der Zerstäubungsluftauslass 160 und der Sprühwasserauslass 158 sind beide mit einer (nicht gezeigten) Sprühdüse verbunden, die die beiden Fluide vormischt, bevor sie sie als Spray abgibt. Die Sprühdüse weist bezüglich des Strömungs- und Gegendrucks einen Satz von Eigenschaften auf. Der Druck am Auslass 160 und der Druck am Auslass 158 werden durch die Sprühdüse auf dem gleichen Wert gehalten. Der Druck im Bereich 147 ist durch den Auslass 160 mit der Sprühdüse verbunden und wird auf dem gleichen Druck wie die Sprühdüse gehalten. Der Einlass 117 leitet Zerstäubungsluft aus einer (nicht gezeigten) Druckquelle ein, die einen vorhersagbaren Durchfluss auf Grundlage des Gegendrucks der Sprühdüse bewirkt.
Durch Änderung des Drucks aus der Druckquelle am zweiten Einlass 110 wird ein Signal bereitgestellt, um die Position des Kolbens zur Steuerung der Wasserströmung aus dem Auslass 158 auf einen vorhersagbaren Wasserdurchfluss zu steuern. Die Zerstäubungsluftströmung am Einlass 117 reagiert auf die Gegendruckeigenschaften der Sprühdüse derart, dass sich das Wasser und die Zerstäubungsluft in einem ordnungsgemäßen Verhältnis befinden, um die optimale Wassertröpfchengröße über einen Bereich von Wasserströmungen aufrechtzuerhalten.
Im Betrieb des Stellglieds der dritten Ausführungsform wird Zerstäubungsluft über den Einlass 117 in die Balgkonstruktion 132 geleitet, wodurch die Balgkonstruktion mit Druck beaufschlagt wird und sie sich gegen die Balgkonstruktion 130 ausdehnt. Die Balgkonstruktion 130 erhält Sprühwasser über den Einlass 116 von der Wasserquelle, wodurch die Balgkonstruktion mit Druck beaufschlagt wird, um dem Zerstäubungsluftdruck entgegenzuwirken. Idealerweise werden gleich große Bälge 130 und 131 so verwendet, dass ein Kraftgleichgewicht aufrechterhalten wird, wenn die Drücke gleich sind, obgleich für diese beiden entgegenwirkenden Bälge verschiedene Flächen verwendet werden können, um zu gestatten, dass ein Druckverhältnis erzeugt wird.
Die einen größeren Durchmesser aufweisende pneumatische Balgkonstruktion 132 erstreckt sich außerhalb der Zerstäubungsluftbalgkonstruktion 131 zur Bildung eines Bereichs 146, der auf seiner Außenseite durch die Balgkonstruktion 132, auf seiner Innenseite durch die Zerstäubungsluftbalgkonstruktion 131, auf seiner Unterseite durch den Flansch 140 und auf seiner Oberseite durch das Gehäuse 104 begrenzt wird. Der Bereich 146 empfängt das pneumatische Steuersignal von dem Einlass 110, der dazu neigt, die Balgkonstruktion 131 gegen den Flansch 140 des Kolbens 135 zu expandieren. Somit ist der Kolben am Flansch 140 den folgenden Kräften ausgesetzt: Pa· Aa + Pc·(Ac – Aa) + L = Pw·Awwobei:

Pw: = Sprühwasserdruck in Bereich 145
Aw: = effective Fläche der Sprühwasserbalgkonstruktion 130
Pa: = Zerstäubungsluftdruck in Bereich 147
Aa: = effektive Fläche der Zerstäubungsluftbalgkonstruktion 131
Pc: = Druck des pneumatischen Signals in Bereich 146
Ac: = effektive Fläche der pneumatischen Balgkonstruktion 132
L: = voreingestellte Federbelastung des Balgs 130, 131, 132

Die durch das Stellglied der vorliegenden Erfindung gesteuerte (nicht gezeigte) intern gemischte Zerstäubungsluftsprühdüse weist einen Satz von Strömungseigenschaften auf, der den unter gewissen Strömungsbedingungen erzeugten Gegendruck bestimmt. Die wichtigen Eigenschaften für diese Anwendung ist die Variation des erforderlichen Drucks und dass die Luftströmung eine konstante Sprayteilchengröße behält, während die Wasserströmung verstärkt wird. Wenn nur Zerstäubungsluft und kein Wasser strömt, ist der erforderliche Druck zur Düse minimal. Wenn die Sprühwasserströmung zur Düse verstärkt wird, muss die Zerstäubungsluftströmung verkleinert und der Druck zur Düse muss erhöht werden.
Bei der dritten Ausführungsform wird die Zerstäubungsluftsteuerung und der Druck zur Düse passiv bewirkt. Zerstäubungsluft tritt aus einer (nicht gezeigten) Druckquelle, die auf einen bestimmten konstanten Wert gehalten wird, in den Einlass 117 ein. Die Zerstäubungsluft passiert durch den Einlass 117 vom Quellendruck zum Sprühdüsendruck. Die Zerstäubungsluftströmung wird durch diesen Druckabfall und somit durch den Sprühdüsendruck bestimmt. Wenn Wasser zur Sprühdüse eingeleitet wird, erhöht die gemischte Strömung durch die Düse den Gegendruck der Düse. Diese Gegendruckzunahme verursacht eine Verringerung des Druckabfalls durch den Einlass 117, wodurch eine Reduzierung der Zerstäubungsluftströmung verursacht wird. Somit wird das Verhältnis zwischen Zerstäubungsluft und Sprühwasser eingestellt und die optimale Sprayteilchengröße gemäß den Düseneigenschaften aufrechterhalten.
Zum Beispiel können die Zerstäubungsluft- und Wasserbalgkonstruktionen 131 bzw. 130 so ausgelegt sein, dass sie die gleiche Fläche aufweisen, und die Fläche der pneumatischen Balgkonstruktion 132 kann so dimensioniert sein, dass sie das Doppelte der Fläche des Zerstäubungsluftbalgs 131 beträgt. Wenn das pneumatische Signal vom Einlass 110 als Steuereingabe mit Wasserdruck als Ausgabereaktion verwendet wird, dann geht deshalb aus dem oben beschriebenen Aufbau deutlich hervor, dass der Wasserdruck immer um ein Maß größer sein wird als der Luftdruck, das gleich dem Steuerdruck minus etwaiger voreingestellter Federbelastungen am Balg ist. Somit ist der Wasserdurchfluss durch den Auslass 158 des Stellglieds der Zerstäubungsluftkammer direkt mit dem pneumatischen Druck verwandt.
Ein im Innenraum 103 des Gehäuses 104 beweglicher Kolben 135 ist vorgesehen. Bei der anfänglichen Einstellung wird die Balgeinheit um ein vorbestimmtes Maß vorkomprimiert und der Ventilschaft so befestigt, dass die Ventilöffnung 116 bei dieser vorkomprimierten Einstellung und ohne Druck (oder gleichem Druck) in den Bereichen 145 oder 146 oder 147 geschlossen ist. Dadurch wird ein „Start"-Druck für das Steuersignal errichtet, so dass keine Stellgliedbewegung auftritt, bis dieser anfängliche Druck erreicht ist. Solch ein „Start"-Druck entspricht der während der Vorkomprimierung in den Balgkonstruktionen erzeugten Kraft geteilt durch die Wirkfläche des pneumatischen Druckbereichs 147.
Das Stellglied ist als Teil eines Stellglied-/Düsensystems angeordnet, das aus einer mit der Einlassöffnung 110 in Verbindung stehenden (nicht gezeigten) Zerstäubungsluftquelle, einer mit der Einlassöffnung 116 in Verbindung stehenden (nicht gezeigten) Sprühwasserquelle, einer Sprühwasserauslassöffnung 158 und einer (nicht gezeigten) Sprühdüse besteht. Zerstäubungsluft strömt von der Zerstäubungsluftquelle durch die festgelegte Öffnung 117, die den Luftdruck auf den gewünschten Luftzuführungsdruck für die Sprühdüse reduziert. Die Luft auf diesem neuen Druck speist die Sprühdüse und wird auch von einer durch den Zerstäubungsluftbalg 131 gebildeten Kammer aufgenommen. Mit Änderung der Sprühwasserzuführung zur Sprühdüse ändert sich auch die Strömungsanforderung für Zerstäubungsluftänderungen und somit ändert sich der Druckabfall durch die Zerstäubungsluftquellenöffnung 117. Dies gestattet eine Änderung der Luftströmung von einer Zuführung mit niedrigem Druck und großem Strom in die Sprühdüse, wenn sich die Wasserströmung auf einem Minimum befindet, auf eine Zuführung mit hohem Druck und kleinem Strom, wenn sich die Wasserströmung auf einem Maximum befindet. Beispielsweise kann die der Sprühdüse zugeführte Zerstäubungsluft von 0,6 scfpm bei 22 psig ohne Wasserströmung auf 0,4 scfpm bei 45 psig bei einer Wasserströmung von 3 usgph variieren.
Das Sprühwasser strömt von der Wasserquelle durch die Einlassöffnung 116 direkt in den Sprühwasserbalg 130. Die Blendenöffnung wird durch das Stellglied so gesteuert, dass sie sich immer dann öffnet, wenn der Zerstäubungsluftdruck plus pneumatischem Steuerdruck größer ist als der bestehende Wasserdruck im Balg plus Stellgliedvorkomprimierung. Der Austritt des Wassers in die Sprühdüse erfolgt durch die Auslassöffnung 158, die zur Bestimmung des Wasserdurchflusses dient. Der Druckabfall am Auslass 158 ist immer gleich dem Steuerdruck minus der Stellgliedvorkomprimierung, wodurch ein vorhersagbarer Durchfluss bewirkt wird.
In der Sprühdüse werden die relativen Luft- und Wasserströmungen kombiniert, um das gewünschte Sprühmuster und die gewünschte Teilchengröße zu erzeugen.
Bei allen Ausführungsformen des Stellglieds der vorliegenden Erfindung wird der Auslassdruck der durch das Stellglied strömenden Fluidströmung durch Steuerung des pneumatischen Drucksignals bestimmt. Der Quellendruck der Fluidströmung muss größer sein als der gewünschte maximale Auslassdruck der Fluidströmung, ist aber ansonsten unabhängig von den anderen Drücken im Stellgliedsystem. Der Quellendruck des Fluids kann sogar etwas schwanken, und das Stellglied der Erfindung reagiert mit einem nicht schwankenden Auslassdruck. Die Fluideinlassöffnung des Stellglieds wird durch Bewegung des Ventilglieds geändert, um ausreichend Strömung zur Aufrechterhaltung des Ausgangsdrucks zu gestatten. Der Druckabfall durch den Einlass ändert sich als Reaktion auf die Strömung. Obgleich der Quellendruck des Fluids variieren kann, sei darauf hingewiesen, dass die Druckdifferenz zwischen dem Quellen- und dem Auslassdruck der Fluidströmung bei Dampf leicht dazu ausreichen kann, einen Schallfluss durch die Einlassöffnung zu erzeugen. Solche Schallflüsse können Erosion und Verschleiß in den Dichtungsflächen des Ventilglieds und des Einlasses erzeugen.
Um solche ein Beschädigung zu minimieren werden die Ventildichtungsfläche und der Sitz des Fluideinlasses vorzugsweise erosionsfest hergestellt, indem geeignete Materialien und/oder Flächenhärtung gewählt werden. Als Alternative kann der Fluidquellendruck so begrenzt werden, dass der maximale Druckabfall keine übermäßigen Geschwindigkeiten durch den Regeleinlass 16 zum Stellgliedbereich 45 erzeugt.
Wenn der Fluidquellendruck nicht begrenzt werden kann, besteht ein bevorzugter Lösungsansatz darin, vor dem Einlass oder der Öffnung 16 einen zusätzlichen Druckabfall zu erzeugen, so dass der Druckabfall an der Einlassöffnung 16 begrenzt ist. Solch ein zusätzlicher Druckabfall kann durch Herstellung eines Durchgangs mit reduziertem Durchmesser erzeugt werden, durch den die Fluidströmung passieren muss. Einer oder mehrere solcher Druckabfälle würden den Speisedruck zur Einlassöffnung 16 reduzieren, wodurch der Druckabfall durch die Öffnung im Betrieb reduziert wird. Das Ergebnis ist eine Verringerung der Geschwindigkeit des durch die Einlassöffnung 16 passierenden Fluids, wodurch Verschleiß der Dichtungsflächen reduziert wird.
4 zeigt ein Stellglied, in dem ein Druckabfalldurchgang vor der Einlassöffnung wie oben erwähnt eingebaut ist. Das Stellglied entspricht im Wesentlichen dem Stellglied der ersten Ausführungsform von 1, außer dass die Basis 22 mit einem Einlass 16 ausgebildet ist, der einen Vordurchgang 200 aufweist, der den Strömungsquerschnitt vor dem Einlass 16 begrenzt. Das Ventilglied 50 enthält einen Ventilstopfen 54, der mehrere Kegelflächen 206 und 208 aufweist. Wenn das Ventilglied 50 geschlossen ist, dichtet die Fläche 206 die Öffnung 204 ab, und die Fläche 208 nähert sich der Öffnung 200, schließt sie aber nicht völlig. Der Durchgang 200 erzeugt einen Druckabfall im Quellenwasser am Einlass 16. Die Größe des Vordurchgangs 200 kann in Verbindung mit der Öffnung 204 geändert werden, da sich die Ventilsitzflächen aufgrund ihrer Verbindung mit dem gemeinsamen Ventilglied 50 gleichzeitig bewegen. Auf diese Weise werden Druckabfälle durch den Vordurchgang 200 über variierende Wasserströmungen im Wesentlichen konstant gehalten. Eine Vergrößerung des Vordurchgangs 200 aufgrund von Bewegung des Ventilglieds führt zu einem vergrößerten Strömungsvolumen mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit, so dass der sich ergebende Druckabfall über einen weiten Strömungsbereich im Wesentlichen konstant bleibt. Die Vordurchgänge bräuchten sich über den Betriebsbereich nicht vollständig zu schließen, und es ist in der Regel sogar besser, dass sie sich nicht vollständig schließen. Obgleich 4 einen einzigen Vordurchgang 200 zeigt, sind auch mehrere, beabstandete Durchgänge möglich.
5 zeigt beispielhaft eine fünfte Ausführungsform, die eine alternative Anordnung der in 3 gezeigten dritten Ausführungsform darstellt. In 5 werden Merkmale, die jenen der dritten Ausführungsform entsprechen, mit der gleichen Bezugszahl plus 200 bezeichnet, zum Beispiel wird ein in 3 mit der Bezugszahl 106 identifiziertes Merkmal in 5 durch die Bezugszahl 306 identifiziert. Die Ausführungsform von 5 verwendet flexible Dichtungen und eine Feder zum Ersetzen der Metallbalgkonstruktion des Stellglieds von 3. Das Stellglied der fünften Ausführungsform verwendet eine flexible Dichtung 330 anstelle des Metallbalgs 130 zur Bildung der Kammer 345 mit ähnlicher Funktion wie die Kammer 145. Die flexible Dichtung 331 ersetzt den Metallbalg 131 zur Bildung der Kammer 347 mit ähnlicher Funktion wie die Kammer 147 gegenüber Kammer 345. Die flexible Dichtung 332 ersetzt den Metallbalg 132 zur Bildung der Kammer 346 mit ähnlicher Funktion wie die Kammer 146. Bei der anfänglichen Einstellung wird die Feder 370 statt der Bälge 130, 131, 132 vorkomprimiert, um einen äquivalenten Start-Druck für den Ventilschaft 350 zu erzeugen. Somit wird das Konzept der dritten Ausführungsform, die Metallbälge verwendet, in der fünften Ausführungsform reproduziert, die flexible Dichtungen und eine Feder verwendet. Wie bei vorherigen Ausführungsformen bewegt sich der Kolben 335 im Innenraum des Stellglieds als Reaktion auf Druckdifferenzen in den drei Bereichen, um zwei getrennte Strömungen, eine Wasserströmung am Einlass 316 und eine Luftströmung am Auslass 360, in einem vorhersagbaren Verhältnis unter Verwendung eines einzigen pneumatischen Steuersignals am Einlass 310 gleichzeitig zu steuern. Bei verschiedenen Wasserdurchflüssen werden der Druck und der Durchfluss der Zerstäubungsluft durch den Auslass 360 automatisch eingestellt, um eine im Wesentlichen konstante Sprühteilchengröße für das Fluid aufrechtzuerhalten.
Für einen Fachmann liegt auf der Hand, dass das Stellglied oder die vorliegende Erfindung in vielen anderen Anwendungen nützlich ist, in denen ein stabiles und zuverlässiges Verfahren zur Steuerung des Drucks oder der Strömung eines Fluids an einem abgesetzten Ort in einer rauen Umgebung erforderlich ist. Bei dem hier angewandten Lösungsansatz wird ein an einem (von der Maschine entfernten) Ort erzeugter gesteuerter Luftdruck verwendet, um ein Stellglied an einem anderen Ort (an der Maschine) zu betätigen. Das Stellglied der vorliegenden Erfindung verwendet das Druckgleichgewichtsprinzip in verschiedensten Konfigurationen, um mehrere verschiedene Strömungsanforderungen für mehrere verschiedene Fluide zu erfüllen. Darüber hinaus stellt dieser Lösungsansatz eine kleine, leichte und vereinfachte Stellgliedausführung bereit. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Verwendung einer Metallbalgkonstruktion beschränkt. Wie bei der Ausführungsform von 5 deutlich gezeigt, ist es möglich, den Metallbalg durch eine elastomere Dichtung und die Federwirkung des Metallbalgs durch eine getrennte Feder zu ersetzen. Es können die verschiedensten anderen Komponentenanordnungen konzipiert werden, die für die gleiche Stellgliedwirkung auf Grundlage der gleichen oben offenbarten Prinzipien arbeiten würden.
Obgleich die vorliegende Erfindung der Übersicht halber und für ein besseres Verständnis beispielhaft ausführlich beschrieben worden ist, versteht sich, dass bestimmte Änderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche durchgeführt werden können.

Claims

Stellglied zur Steuerung der Fluidströmung von einer Fluidquelle zu einer Sprühdüse, wobei das Stellglied Folgendes umfasst: ein Gehäuse (4) mit einem mit der Fluidquelle verbindbaren ersten Einlass (16), einem zweiten Einlass (10) und einem mit der Sprühdüse verbindbaren Auslass (58); eine Balgkonstruktion (30), die in dem Gehäuse (4) angeordnet ist und einen ersten Bereich (45) und einen zweiten Bereich (46) definiert, wobei sich der zweite Bereich (46) in abgedichteter Verbindung mit dem zweiten Einlass (10) befindet, wobei sich der erste Bereich (45) innerhalb der Balgkonstruktion (30) befindet und sich der zweite Bereich (46) außerhalb der Balgkonstruktion (30) befindet, wobei sich die Balgkonstruktion (30) in dem Gehäuse (4) in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (45, 46) ausdehnt oder zusammenzieht; ein Ventilglied (50), das dazu ausgeführt ist, sich mit der Balgkonstruktion (30) zum Öffnen und Schließen des ersten Einlasses (16) zu bewegen, um die Strömung des Fluids zur Sprühdüse zu ändern; und wobei das Stellglied weiterhin eine Durchgangsverbindung (11) zur Verbindung des zweiten Einlasses (10) mit einer verstellbaren Druckquelle aufweist, um Steuerluft davon zu empfangen, wobei Druckänderungen der Steuerluft den Druck im ersten Bereich (45) und somit die Fluidströmung zur Sprühdüse steuern, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (45) mit dem ersten Einlass (16) und dem Auslass (58) in abgedichteter Verbindung steht.
Stellglied nach Anspruch 1, das weiterhin einen Kolben (32) im Gehäuse (4) enthält, der mit dem Ausdehnen und Zusammenziehen der Balgkonstruktion (30) beweglich ist, wobei das Gehäuse (4) und der Kolben (32) dahingehend zusammenwirken, einen ringförmigen Bereich dazwischen zur Aufnahme der Balgkonstruktion (30) zu definieren, um ein Ausknicken der Balgkonstruktion (30) zu verhindern.
Stellglied nach Anspruch 2, bei dem die Balgkonstruktion (30) ein erstes und ein zweites Ende (40, 43) aufweist, wobei das erste Ende (40) abdichtbar am Kolben (32) und das zweite Ende (43) abdichtbar am Gehäuse (4) befestigt ist.
Stellglied nach Anspruch 2, bei dem sich das Ventilglied (50) vom Kolben (32) aus so erstreckt, dass es im ersten Einlass (16) zum Öffnen und Schließen des ersten Einlasses (16) angeordnet werden kann.
Stellglied nach Anspruch 4, bei dem das Ventilglied (50) einen sich vom Kolben erstreckenden Schaft (52) umfasst, wobei ein Dichtungsstopfen (54) am freien Ende des Schafts (52) im ersten Einlass (16) aufgenommen wird, wobei der Stopfen (54) und der Schaft (52) zur Bewegung angebracht sind, um eine Einstellung der Position des Stopfens (54) zu gestatten.
Stellglied nach Anspruch 4, bei dem der Kolben (32) mit einem Flansch (42) ausgebildet ist, an dem das erste Ende (40) der Balgkonstruktion (30) abdichtbar befestigt ist.
Stellglied nach Anspruch 6, bei dem sich das Ventilglied (50) über solch eine Strecke vom Kolben (32) erstreckt, dass die Balgkonstruktion (30) zwischen dem Kolbenflansch (42) und dem Gehäuse (4) komprimiert wird, wenn das Ventilglied (50) zum Schließen des ersten Einlasses (16) positioniert wird.
Stellglied nach Anspruch 1, bei dem der erste Einlass durch ein Paar Öffnungen (66) unterschiedlicher Größe definiert wird und das Ventilglied (50) dahingehend wirkt, das Paar Öffnungen (66) gleichzeitig abzudichten oder zu öffnen.
Stellglied nach Anspruch 1, bei dem der Verbinder (11) durch eine Leitung (13) mit der verstellbaren Druckquelle verbunden ist.
Stellglied nach Anspruch 1, bei dem die Fluidquelle eine Wasserquelle ist.
Stellglied nach Anspruch 1, bei dem die Fluidquelle eine Dampfquelle ist.
Stellglied nach Anspruch 11, mit einer Verlängerung (60) vom Gehäuse (4) zur Einführung in einen Dampfversorgungsdurchgang von der Dampfquelle, wobei die Verlängerung (60) den ersten Einlass (66) und einen Auslass (68) enthält.
Stellglied nach Anspruch 12, bei dem die Verlängerung (60) ein hohles röhrenförmiges Glied mit Seitenwänden ist, das ein mit dem ersten Bereich (45) in Verbindung stehendes erstes Ende und ein mit dem Auslass (68) ausgebildetes zweites Ende aufweist, wobei der erste Einlass durch ein Paar Öffnungen (66) definiert wird, die jeweils eine unterschiedliche Größe zum Einlass von Dampf in den ersten Bereich (45) aufweisen.
Stellglied nach Anspruch 13, bei dem das Ventilglied (50) einen Kolben (80) umfasst, der in dem Verlängerungsglied (60) beweglich ist, wobei der Kolben (80) ein Paar beabstandeter Flansche (82, 84) aufweist, wobei jeder Flansch (82, 84) dazu ausgeführt ist, das Öffnen einer des Paars Öffnungen (66) unterschiedlicher Größe zu steuern, so dass die Kraft des auf das Ventilglied (50) ausgeübten Dampfs gleich dem auf den Flächenunterschied zwischen dem Paar Öffnungen (66) ausgeübten Druck ist.
Stellglied nach Anspruch 1, bei dem die Balgkonstruktion eine erste Balgkonstruktion (130) ist und das Stellglied weiterhin Folgendes enthält: einen in dem Gehäuse (104) beweglichen Kolben (135); eine zwischen dem Gehäuse (104) und dem Kolben (135) gegenüber der ersten Balgkonstruktion (130) angeordnete zweite Balgkonstruktion (132); und eine zwischen dem Gehäuse (104) und dem Kolben (135) neben und in der zweiten Balgkonstruktion (132) angeordnete dritte Balgkonstruktion (131), die mit der zweiten Balgkonstruktion (132) dahingehend zusammenwirkt, den zweiten Bereich (146) dazwischen zu definieren und mit dem Kolben (135) dahingehend zusammenzuwirkt, einen dritten Bereich (147) dazwischen zu definieren, wobei der dritte Bereich (147) mit einem dritten Einlass (117) in dem Gehäuse (104) in abgedichteter Verbindung steht, wobei der dritte Einlass (117) mit einer Zerstäubungsluftquelle verbunden werden kann; wobei sich die erste, zweite und dritte Balgkonstruktion (130, 132, 131) als Reaktion auf Drücke im ersten, zweiten und dritten Bereich (145, 146, 147) im Gehäuse (104) ausdehnen oder zusammenziehen, um auf den Kolben (135) Kräfte auszuüben, um den Kolben (135) in eine solche Position zu bewegen, dass die durch die erste Balgkonstruktion (130) ausgeübten Kräfte gleich den durch die zweite und die dritte Balgkonstruktion (132, 131) ausgeübten Kräften sind; und wobei das Ventilglied (150) dazu ausgeführt ist, sich mit dem Kolben (135) zum Öffnen und Schließen des ersten Einlasses (116) zu bewegen, um die Fluidströmung von der Fluidquelle zu ändern.
Stellglied nach Anspruch 15, bei dem die erste und die zweite Balgkonstruktion (130, 131) die gleiche Größe aufweisen.
Stellglied nach Anspruch 15, bei dem die erste, zweite und dritte Balgkonstruktion (130, 132, 131) so angeordnet sind, dass die durch die erste, zweite und dritte Balgkonstruktion (130, 132, 131) auf den Kolben ausgeübten Kräfte im Gleichgewicht gemäß folgender Formel ausgeglichen werden: P3·A3 + P2·(A2 – A3) + L = P1·A1 wobei: P₁ = Druck im ersten Bereich A₁ = Innenfläche des ersten Bereichs P₂ = Druck im zweiten Bereich A₂ = Innenfläche des zweiten Bereichs P₃ = Druck im dritten Bereich A₃ = Innenfläche des dritten Bereichs L = kombinierte voreingestellte Federbelastung der Balgkonstruktionen
Stellglied nach Anspruch 15, bei dem die Zerstäubungsluftquelle Zerstäubungsdruck zur Zerstäubung des Fluids in Fluidteilchen bereitstellt, wobei die dritte Balgkonstruktion (131) mit der ersten und der zweiten Balgkonstruktion (130, 132) dahingehend zusammenwirkt, den Zerstäubungsdruck gemäß der Fluidströmung vom ersten Einlass (116) zu ändern, um eine im Wesentlichen konstante Fluidteilchengröße über einen Bereich von Fluidströmungen aufrechtzuerhalten.