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Gas-Mengenregler Es sind Gasmengenregler bekannt, bei denen durch
eine selbsttätige Regelvorrichtung der Differenzdruck an einem Staurand o..dgl.
konstant gehalten wird. Ändert sich die Dichte y des Gases, so ändert sich -bei
Jerartib n Reglern .das durchströmende Gasvolumen, da der Strämungs:%vid!erstand
des Staurandes mit der Gasdichte wächst. Es läßt sich aus " strömungstechnischen
Gesetzen ableiten, daß sich .das Gasvolumen verhältnisgleich dem Wert 1/
Y ändert. Daraus folgt, daß unter einem konstanten Differenzdruck
durch den Staurand dichteabhängige Volumina durchtreten.
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Es ist bekannt, durch eine selbsttätige Regelvorrichtung zusätzlich
den Drosselquerschnitt, d. h. den Strömungswiderstand, in Abhängigkeit von der Gasdichte
derart, zu verändern, da.ß trotz verschiedener Gasdichte unter konstantem Differenzdruck
konstante Gasvolumen durchtreten.
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In beiden Fällen sind jedoch. die durchtretenden Gasgewichte abhängig
von -der Gasdichte y. Im ersteren Falle ist das Gasgewicht
Im zweiten Falle, wenn das Volumen -V konstant bleibt, ist das Gasgewicht .G=V#y.
Eine Mengenregelung erfüllt jedoch vielfach nur ,dann ihren Zweck, wenn dem Gasverbraucher
trotz Schwankungen der Dichte bzw. der Temperatur des Gases in der Zeiteinheit konstante
Gasgewichte zugeführt werden; denn der Verbrauchs- bzw. Heizwert einer Gasmenge
ist bestimmt durch deren Gewicht und nicht durch deren Volumen.
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Um auf .konstante Gasgewichte zu regeln, genügt es also nicht, den
Differenzdruck an einer Drosselstelle konstant zu halten oder zusätzlich den Drosselquerschnitt
in Abhängigkeit von der Dichte zu verstellen.
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Erfindungsgemäß wird eine Gewichtsmengenregelung idadurch erreicht,
daß an einer Drosselstelle das Produkt aus Gasdichte y und Differenzdruck h durch
.eine selbsttätige
Regelvorrichtung auf einen konstanten Wert geregelt
ist. Das durch. eine Drosselstelle strömende Gasgewicht errechnet sich bekanntlich
aus der Strömungsfoririel
wobei K eine den Durchflußbeiwert enthaltende Konstante bedeutet. Wird das Produlct
lt. # ;" durch eine Regelvorrichtung konstant gehalten, so bleibt bei allen Werten
von ;und la das Gasgewicht ebenfalls konstant.
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Man- kann zu diesem Zwecke die Regelvorrichtung so ausbilden., daß
sowohl die Gasdichte als auch der Differenzdruck konstant gehalten wird: denn wenn
beide Faktoren konstant sind, muß es auch ihr Produkt sein. Setzt man einen konstanten,
gegebenenfalls geregelten Vordruck voraus, so genügt es, wenn der Differenzdruck
da der absoluten 7'einperatur T des Gases verhältnisgleich geregelt ist. In diesem
Fa1L. ;.r, da man den `'Wert ;Druck
als nuotlellt
Temperatur schreiben kann,
Das Gasgewicht ist also konstant, wenn
= const. ist.
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Schließlich gibt es eine dritte Möglichkeit, da,s Produkt aus Dichte
turd Differenzdruck unmittelbar dadurch auf konstantem Wert zu halten, daß der Differenzdruck
dem Kehrwert der Dichte verhältnisgleich geregelt ist
Im folgenden ist die' Erfindung an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei
auf die schematischen Abbildungen Bezug genommen ist.
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Die Abb. i zeigt eine Regelvorrichtung, bei der sowohl die Gasdichte
als auch der Differenzdruck konstant gehalten wird. Das Gas tritt durch die Leitung
i über eine Drosselstelle in den unteren Membranraum 5 eines Druckreglers. Der Membranraum
5 steht durch eine Leitung 6, in der sich ein Staurand 7 befindet, mit einem Membranraum
8 in Verbindung, der seinerseits über eine weitere Drosselstelle 9 an die Verbraucherleitung
12 angeschlossen ist. Der Raum 5 ist nach oben durch eine mit einem Gewicht 19 belastete
Membran 17 abgeschlossen, während der Raum 8 unten durch eine ebenfalls -durch ein
Gewicht 18 belastete Membran 16 abgeschlossen ist. Der Raum 15 zwischen den beiden
Membranen 16, 17 steht über eine Leitung 14 mit einer abgeschlossenen Gasikammer
13 in Verbindung. Die Gaskammer 13 steht mit dem in der Leitung 6 strömenden Gas
in Temperaturausgleich und dient somit in an sich bekannter Weise als Teinperaturinipulsgeb-er.
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Die Membran 17 steuert einen mit der Drosselstelle 2 zusammenwirkenden
Ventilkegel 3, der den Drosselquerschnitt verkleinert, wenn der Druck im Raum 5
steigt. In gleicher Weise steuert die-Membran 16 einen mit der Drossel 9 zusammenwirkenden
Ven-'til@kege@ io derart, daß sich die Drosselöffnung 9 bei wachsendem Druck im
Raum r verkleinert. Die Wirkungsweise der geschilderten Anordnung ist folgende.
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Der Druck -im Raum 5 sei mit P1, der im Raum 8 mit P. und der
im Raum 1,5 mit P.; bezeichnet. Um Gleichgewicht zu erhalten. muß sich der Ventilkegel
3 so einstellen. daLl der Druck im Raum 5 P1 - P3 + Gig
ist,
.da ja auf die Membran 17 außer dein Druck P3 noch das Gewicht G" wirkt.
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Der Ventilschieber io stellt sich in Gleichgewichtslage so ein, (laß
der Druck im Raum 8 p.. = P3 - GJA ist, da .das Gewicht G18 dem Druck
P3 entgegenwirkt. Der an dein Staurand ; vorhan--lene Differenzdruck ist daher immer
pt__p`-(p3+G,:J-(4-Gib)=rt.) +Gt4, gleich der Summe der beiden Gewichte iS, i9,
unabhängig davon, wie groß der Drucke 3 bzw. die Dichte des im Behälter 13 befindlichen
Gases ist. Der Druck P1 ist. wenn tnan von der verhältnismäßig geringfügigen Belastung
durch das Gewicht i9 (das gegebenenfalls auch Null werden kann) absielit, iininer
dein Druck P3 verhältnisgleich. Steigt die Temperaturdes Gases, so wird der Druck
P3 größer und entsprechend auch der Druck P, Das Verhältnis von Druck zur Temperatur.
mit anderen `'Worten: die Gasdichte, bleibt sowohl im Raum 15(i3 als auch im Raum
5 konstant.
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Durch den Staurand 7 strömt daher unter dem Einfluß eines konstanten
Differenzdruckes (G, -1- G18) Gas konstanter Dichte, mithin werden der Verbrauchsleitung
12 in der Zeiteinheit konstante Gewichtsmengen zugeführt. Der Staurand 7 kann durch
einen regelbaren Schieber oder ein Ventil ersetzt ,.werfen, das unmittelbar in Norm.alkubikinetern
geeicht sein kann.
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Im -zweiten Ausfiffirungsbeispiel (Abb. 2') ist angenommen, daß der
Druck des in der Leitung ioi strömenden Gases konstant bleibt. Das Gas-tritt über
ein Drosselventil 102, 103 in einen Membraiiraum 1o5, der durch eine Membran iod.
abgeschlossen ist. Der Membranraum 105 ist durch eine mit
einem
Staurand 1o7 versehene Leitung 1o6 mit einem hIembranraüm 1o8 verbunden.. Der Raum
1o8 ist an die Verbrauchsleitung 112 angeschlossen. Mit dem strömenden Gas stehen
zwei getrennte, abgeschlossene Gaskammern i io, i i i in Temperaturaus=gleich. Die
Gaskammer i io ist .durch eine Leitung 115
mit einer Membrankammer
i 16 verbunden, während die Kammer i i i über eine Leitung 113 mit einer Membrankammer
114 in Verbindung steht. Beide Membranen I04 und 117 steuern .den Vantilke.gel
103 gemeinsam in der Weise, daß bei zunehmendem Druckunterschied zwischen
114, 116 der Drosselquerschnitt 1o2, 103 vergrößert, bei abnehmendem Druckunterschied
114, -116 verkleinert wird. Die Kammern i io und i i i sind mit Gas ge-
füllt,
derart, .daß z. B. bei o° in ,der Kammer i io ein Druck von 74o mm H.g, in der Kammer
i i i .dagegen ein Druck von 76o min Hg herrscht. Da die Volumen der in den Kammern
i i o, i i i eingeschlossenen Gasmengen sich nicht ändern, wachsen die. Drücke mit
der absoluten Temperatur verhältnisgleich. .Notwendigerweise ändert sich dann auch
der ,Druckunterschied ebenfalls verhältnisgleich der absoluten Temperatur.
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Derselbe Druckunterschied, der in den Kammern i io, i i i herrscht,
besteht in den Membrankammern 116 -und 114. Die Regelvorrichtung 1o2, 1o3 stellt
sich nun in einen Gleichgewichtszustand ein, wenn der Differenzdruck zwischen den
Kammern 1o5 und 1o8, d. h. der Differenzdruck am Staurand
| i. Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . 273
303 273 303 |
| 2. Druck .........'............. 76o 76o 720 720 |
| 3. -P. ..... , . . . . . . . . . . . . . . . . :
0,3595 0,3985 0,3790 0,4210 |
| 4. 576o. -TT- . . . . . . . . . . . . . . . . . : .
2o75 2295 218o 2425 |
| 5. 10,38 T- P . . . . . . . . . . . .
. . . 2075 2385 2115 2425 |
| 6. (1o,38 11 - P) .576 - 7,- . . . i,000 i,oiS o,985 1,00o |
| V |
| 7. Gewicht °,'o Fehler . . . . . . . . o,o -f- 1,8 -- i,5 0,0 |
Ersetzt man den Quotienten durch die Differenz T - P, so kommt es bei
der Regelung nur darauf an, zwei Differenzdrücke verhältnisgleich zu mächen, nämlich
den Differenzdruck an der Drosselstelle h und einen den Dichtewert ersetzenden Differenzdruck
T - P, wobei der Temperaturwert Z' wieder, wie bei den anderen Ausführungsbeispielen,
.als Druck eines -abgeschlossenen Ga=svolumens auftritt.
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Die Regelvorrichtung besteht aus zwei 1lembranen 216, 217 unterschiedlicher
Größe, 107, dem Differenzdruck in den Kammern 114, 116 gleich ist. Beide Differenzdrücke
(114, 116 und 1o5, 1o8) ändern sich mit der absoluten Temperatur verhältnisgleich.
Unter der Voraussetzung, daß in der Leitung iöi konstanter Vordruck herrscht, strömt
bei dieser Regelvorrichtung durch den Staurand 1o7 eins konstantes Gasgewicht je
Zeiteinheit; denn wenn einerseits der Druck P, andererseits das Verhältnis- zwischen
Differenzdruck 1a und absoluter Temperatur R konstant bleibt, so ist auch das Produkt
konstant. Im dritten Ausführungsbeispiel (Abb.3) ist eine Regelvorrichtung dargestellt,
bei der der Differenzdruck dem Kehrwert der Dichte verhältnisgleich geregelt ist,
so daß also mit wachsender Dichte der Differenzdruck kleiner, mit abnehmender Dichte
größer wird.
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Eine Regelvorrichtung, die diesen Zweck erfüllt, gestaltet sich besonders
einfach, wenn man den Kehrwert .der Dichte, d. h. den Quotienten -#T,- unter Einfügung
geeign=eter Konstanten durch eine Differenz T - P ersetzt. Die folgende Tabelle
zeigt, daß man das bei den in Frage kommenden. Regelbereichen ohne große Fehler
machen kann, wenn man die Konstanten, die man ja beliebig wählen kann, mit 576o
und 10,38 einführt. die gemeinsam einen Ventilkegel 205 eines in der Zuleitung toi
liegenden Drosselventils 204 steuern. Die Membrankammern 2o7 und 2 i o der größeren
Membran 2 i 6 sind durch eine Leitung 2o8 miteinander verbunden, in der ein Staurand
2o9 vorgesehen ist. Die Kammer 207 steht über das Drosselventil 204, 205
mit .der Zuleitung 2,0i, .die Kammer 210 mit der Verbraucherleitung 211 in Verbindung.
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In der Zule-itu.ng2oi ist eine in Temperatürausgleich stehende Gaskam=mer
-2o2 angeordnet,'die durch eine Leitung 215 an die Me@mbrankammer
214
der kleinen Membran 217 angeschlossen ist. Die zweiteMembrankammer 213 ..der
kleinen Membran 217 steht über die Leitung 212 in Druckausgleich mit der 1Iembrankammer
2io. Der VentsliILegel ist so ausgebildet, daß bei wachsendem Druck in der Kammer
2o7 sich. der Drosselquerschnitt 204, 2,05 verringert.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise vorstehend geschilderter Anordnung
sei der Druck im Raum 207 mit P1, der Druck in den Räumen 2io und 213 mit P. und
der temperaturproportionale Druc'lc im Raum 214 mit P, bezeichnet. Die Flächen der
Membranen 216, 217 sollen sich wie F : f verhalten.
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Der Ventilkegel 205 stellt sich in eine Gleichgewichtslage
ein, wenn die beiderseits auf ihn einwirkenden Kräfte gleloh sind.
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Einerseits wirkt der Druck P1 auf die Fläche F und der Druck P. auf
die Fläche f. andererseits der Druck P.. auf die Fläche F und der Druck P3 auf die
Fläche f als Kraft auf den Ventilkegel 2o5. Es gilt also für den Gleichgewichtszustand
folgende Beziehung: PI . F +P. . f = P. - F .+
P3 . f
oder
Der Ventilkegel 205 stellt sich also so ein, daß die Druckdifferenz P1 - P., die
an dem Staurand 2o9 wirksam ist, .der Druckdifferenz. P3-P. verhältnisgleich ist.
Diese letztere DruckdifferenzPs-P. ist jedoch nichts anderes als der gewählte Ersatzwert
für den Dichtekehrwert Es ist also bei der geschilderten Regelvorrichtung
der am Staurand 2o9 wirksame Differenzdruck P1 - P. = h. der Dichte
umgekehrt verhältnisgleich, oder mit anderen Worten: das Produkt aus Dichte und
Differenzdruck .ist konstant, dementsprechend auch das durch den Staurand 9 fließende
Gasgewicht je Zeiteinheit.
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Der grundsätzliche Unterschied zwischen dem ersten und dem letzten
Ausführungs@heispi.el besteht darin, däß im ersteren Falle immer Gas konstanter
Dichte bzw. temperaturabhängigen Druckes durch den Staurand strömt, daß also ein
erhöhter Vordruck keinen entsprechend erhöhten Ausgangsdruck hervorruft. Beim letzteren
Ausfiilirungsheispiel dagegen bewirkt ein steigender Vordruck in der Zuleitung toi
zwar ein Ansteigen der Dichte des strömenden Gases, dafür wird aber der Differenzdruck
Ii. entsprechend kleiner, so daß die durchtretende Gewichtsmenge gleich bleibt.
Diese Art der Re.gelun g ist deshalb dann von Vorteil, wenn Vordruckschivankungen
nicht unterdrückt werden sollen.