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Druckminderer für hochgespannte und verflüssigte Gase mit einem die
Membranbelastun regelnden Hilfsdruckminderer Zum Entspannen hochgespannter Gase
mit veränderlichem Vordruck auf einen gleichmäßigen Arbeitsdruck werden - allgemein
Druckminderer mit zwei oder mehr Druckstufen verwendet. Derartige Druckminderer
ergeben bei verhältnismäßig kleinen Abmessungen eine große Arbeitsgenauigkeit; sie
sind jedoch wenig geeignet, wenn neben der großen Arbeitsgenauigkeit eine große
Durchgangsleistung verlangt wird. In diesem Falle treten zufolge der mehrfachen
Entspannung des Gases bei seinem Durchfluß durch den Druckminderer sehr erhebliche
Drosselverluste auf. Außerdem sind unerwünscht große Durchtrittsquerschnitteerforderlich,
so daß sich für einen Druckminderer beim Überschreiten einer gewissen Grenze der
Durchgangsleistung ganz ungewöhnliche Abmessungen ergeben würden. Für große Durchgangsleistungen,
wie sie beispielsweise beim Füllen von Luftschiffen notwendig sind, hat man deshalb
selbsttätige Druckminderer bisher nicht gebaut, sondern auf die selbsttätige Entspannung
verzichtet und die recht umständliche und unsichere Entspannung durch von Hand geregelte
Absperrventile angewendet.
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Die Erfindung gibt eine Lösung Ader Aufgabe, auch sehr große Gasmengen
selbsttätig mittels eines einfachen und verhältnismäßig kleinen Druckm-inderers
bei ;gleichbleibendem Arbeitsdruck zu entspannen. Die Erfindung macht hierzu Gebrauch
von einem an sich bekannten Druckminderer mit einer regelbaren Belastung der Membran
durch einen in einem Hilfsdruckminderer entspannten Steuergasstrom, wobei der Vordruck
auf die Hauptdüse schließend, auf die Hilfsdüse hingegen öffnend wirkt. Bei entsprechender
Abstimmung der ausschlaggebenden Abmessungen dieser beiden Druckminderer kann erreicht
werden,
daß die durch die Änderung des Vordruckes @-erursaclite Änderung des Arbeitsdruckes
sich in derselben Größe bei dem einen Druckminderer im steigenden Sinne. und bei
dem anderen Druckminderer im fak: leriden Sinne auswirkt. Hierzu muß die dingeng
erfüllt sein:
Dabei bedeutet: p = Vordruck, f = Querschnitt der Hauptdüse, F = Fläche der Hauptinernbran,
fi = Querschnitt der Hilfsdüse, F' = Fläche der Hilfsmembran, _r = Übersetzungsverhältnis
zwischen Hilfsmembran und Hilfsdüse. Unter dieser Bedingung wird dieMembranbelastung
desHauptdruckmindeiers bei der Änderung des Vordruckes vom Hilfsdruckminderer aus
so berichtigt, daß derHauptdruckniinderer ständig einen gleichmäßigen :Arbeitsdruck
beibehält.
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Dementsprechend besteht die Erfindung darin, daß der Querschnitt der
Hilfsdüse und die wirksame Fläche der Membran des Hilfsdruckminderers sowie das
Ubersetzungsv erhältnis der diese Membran mit dem Hilfsdüsenabschluß verbindenden
Übertragungsglieder so gewählt sind, daß die auf der einen Seite derHauptmexnbran
wirksameBelastundurch den Stetiergasstrorn der Belastung entspricht, die sich auf
der anderen Seite der Hauptmembran aus dein Vordruck und dein Verhältnis des Onerschnittes
der Hauptdüse zur. wirksamen Fläche der Hauptmembran ergibt.
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Die bekannten Dreckminderer finit regelbarer Belastung der i4lembran
durch einen in einem Hilfsdruckminderer entspannten Steuergasstrorn werden beispielsweise
bei Gasdruckreglern verwendet, um auch bei stark wechselnder Entnahme den Verbrauchsdruck
gleich zu halten. Nach der Erfindung handelt es sich dagegen darum, große Mengen
Hochdruckgas in einem verhältnismäßig kleinen Druckminderer zu entspannen und dabei
den Einfluß des während der Entspannung istark fallenden Vordruckes auf die Höhe
des Entspannungsdruckes auszuschalten.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Abb. i zeigt einen senkrechten Schnitt durch den Druckminderer, Abb.2
ein Arbeitsdruckdiagrarnin.
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In Abb. i bezeichnen 1 -das Gehäuse des Hauptdruckminderers mit der
Steeermeinbran, 2 und 3 den Hilfsdruckminderer mit Steuermebran .I. Das Hochdruckgas
tritt durch den Kanal 5 in den Druckminderer 1 ein, wird an der Düse 6 auf den Arbeitsdruck
entspannt und tritt uni Stutzen
7 aus dein Arbeitsdruckraurn B. Zun i Abschluß
der Düse 6 dient ein Kolbenventil g, das in einem Zylinder io mit Spiel geführt
und durch eine
| .ci.gellbare Feder 12 vorbelastet ist. Die |
| =iKbran 2 wirkt auf das Kolbenventil 9 |
| 1i einen im unteren Teil des Zylinders io |
| ""(führten Stößel 1; ein. |
Vom Eintrittsraum des Hauptdruckminderers führt eine Bohrung im Mantel des Zylinders
1o zum Eintrittskanal 1d. des Hilfsdruckminderers, an dessen Düse 15 das eintretende
Gas entspannt wird. Der die Düse 15 abschließende Ventilkegel 16 wird von der Membran
d. die durch eine einstellbare Feder 1; vorbelastet ist, durch einen Winkelhebel
1 8 bewegt.
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Der in den Hilfsdruckininderer einströinende Vordruck übt auf den
DüsenabschluF 16 eine Öffnungskraft aus, während auf den Düsenabschluß g des Hauptdruckminderers
vom Vordruck eine Schließkraft ausgeübt wird.
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Vom Arbeitsdruckraum ig des Druckminderers 3 führt eine gegebenenfalls
mit einem Absperrventil versehene Leitung 2o in die Meinbrankammer 21 des Hauptdruckininderers
1 und belastet -dessen Membran 2 mit dein Arbeitsdruck des Hilfsdruckminderers.
Um Druckstauungen zu vermeiden, ist die Membran 2 mit einer feinen Bohrung 22 versehen,
durch die ständig eine kleine Gasmenge aus der Membrankaminer 21 in den Arbeitsdruckraum
8 überströmen kann. _1n Stelle der Bohrung könnte auch eine Uniführungsleitung vorgesehen
sein.
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Da zum Abheben des Düsenabschlusses 9 zur Überwindung des Eigenwiderstandes
der Membran :2 und des Reibungswiderstandes der bewegten Teile eine bestimmte Kraft
erforderlich ist, wird zweckmäßig eine Feder23 angeordnet. welche diese gleichbleibende
Kraft auf die Membran 2 ausübt. Dadurch wird erreicht, daß der Arbeitsdruck des
Hilfsdruckminderers nicht oder kaum höher eingestellt zu sein braucht als der Arbeitsdruck
des Hauptdruckminder ers, so daß auch der Hilfsdruckminderer beim Erreichen des
eingestellten :Arbeitsdruckes des Hauptdruckminderers abschließt.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung übt der in
den Hauptdruckminderer einströmende Vordruck eine Schließkraft auf den Düsenabschluß
9 aus. Infolgedessen würde bei gleichbleibender Belastung der Membran 2 sich bei
fallendem Vordruck ein Anstieg des Arbeitsdruckes nach der Kurve c, des Druckdiagrammen
der Abb. 2 ergeben. Nun strömt aber der durch den Kanal - zum- Hauptdruckininderer
gelangende Vordruck gleichzeitig durch den Kanal 14 in den Hilfsdruckminderer ein.
Dieser hat eine
fallende Charakteristik, so d:aß er .bei fallendem
Vordruck eine Arbeitsdruckkurve b der Abb.2 ergibt. Das mit dem entsprechenden Druck
aus dem Arbeitsraum z9 des Hilfsdruckminderers austretende Gas strömt durch die
Leitung 2o unter die Membran 2 des Hauptdruckminderers. Der dadurch hervorgerufene
Belastungsdruck der Membran :2 wird bei fallendem Vordruck indem Maße geringer,
wie der Arbeitsdruck des Hauptdruckminderers ansteigt. Diese beiden einander entgegengesetzten
Kräfte gleichen sich somit aus, und es ergibt sich die Arbeitsdruckkurve c in Aber.
2 des Hauptdruckmin:derers, d. h. das Gas wird unabhängig vom Fallen des Vordruckes
auf einen stets gleichbleibenden Arbeitsdruck entspannt.
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Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein einstufiger
Druckminderer mit geringem Durchflußwiderstand seiner Düse so bemessen* sein
kann, daß auch bei stark gefallenem Vordruck eine sehr große Gasmenge durchströmen
kann und daß ein vom Vordruck praktisch unabhängiger Arbeitsdruck mit einer Membran
von verhältnismäßig kleinem Durchmesser erzielt wird. Günstig wirkt sich außerdem
aus, daß die Membran von beiden Seiten eine fast gleichmäßige pneumatische Belastung
erhält und infolgedessen auch bei hohen Arbeitsdrücken nur gering beansprucht wird.
Vorteilhaft ist auch die einfache Einstellbarkeit. des Arbeitsdruckes, die durch
Verstellen des Arbeitsdruckes des Hilfsdruckminderers erfolgt.