DE832825C - Differentialdruck-Regel-System - Google Patents

Differentialdruck-Regel-System

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DE832825C
DE832825C DEP46967A DEP0046967A DE832825C DE 832825 C DE832825 C DE 832825C DE P46967 A DEP46967 A DE P46967A DE P0046967 A DEP0046967 A DE P0046967A DE 832825 C DE832825 C DE 832825C
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DE
Germany
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pressure
throttle
valve
downstream
differential pressure
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Expired
Application number
DEP46967A
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English (en)
Inventor
Lester Stuart Hannibal
James Roy Turner
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Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
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Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00Control of flow
    • G05D7/01Control of flow without auxiliary power
    • G05D7/0106Control of flow without auxiliary power the sensing element being a flexible member, e.g. bellows, diaphragm, capsule

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Description

  • Differentialdruck-Regel-System Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln des Stromes eines Fluidums unter Druck und insbesondere auf die Regelung des Flusses eines verflüssigten Gases, wie z. B. flüssigen, wasserfreien Ammoniaks, durch eine Vorrichtung mit einer Drossel und einem von einer Differenz des Druckes vor und hinter der Drossel abhängigen Druckregelventil.
  • Solche Vorrichtungen zur Regelung eines Flüssigkeitsstromes sind bereits bekannt. Da bei den bekannten Ausführungen die Drossel hinter dem Druckregelventil angeordnet ist, sind sie jedoch in gewisser Weise Nachteilen unterworfen, wenn sie für flüchtige Flüssigkeiten bei oder nahe bei deren Verflüssigungsdrucken angewendet werden und ein absatzweises Strömen benötigt wird. So wird bei den Ausführungen, bei denen das durch Hand betätigte Hauptabsperrventil (des öfteren als Schnellabsperrventil bezeichnet) zwischen der Quelle der Druckflüssigkeit und der Vorrichtung mit der Drossel liegt, lediglich der Strom der Flüssigkeit zu der Vorrichtung unterbrochen, während die Flüssigkeit in der Vorrichtung selbst noch einige Zeit weiter expandiert, verdampft und abfließt oder abläuft, nachdem das Hauptabsperrventil schon geschlossen ist; das ist in manchen Fällen nachteilig, z. B. bei der landwirtschaftlichen Anwendung, da ein Überschuß von Ammoniak, dem Boden an ein und demselben Punkt zugeführt, die Pflanzen schädigt. Wenn dagegen das Hauptventil zwischen der Vorrichtung und dem Auslaß angebracht ist, z. B. den Injektoren im Falle eines Ammoniakverteilers, so wird ein unmittelbares Abschalten erreicht; jedoch ist in diesem Falle das der Vorrichtung- zugeordnete, den Fluß regelnde Ventil vollständig offen infolge der Gleichheit des Druckes an den beiden Seiten (stromauf und stromab) der Drossel, so daß beim öffnen des Ilauptabsperrventils der anfängliche Fluß der Flüssigkeit abnorm groß ist, was ebenfalls zu Schäden führen kann.
  • Wenn eine Mischung von Dampf und Flüssigkeit der Drossel zugeführt wird, führt dies zu großen Unregelmäßigkeiten bei den bekannten Systemen, bei denen das den Druck regelnde Ventil stromauf der Drossel angebracht ist, da beim Strömen einer hochflüchtigen Flüssigkeit, z. B. eines verflüssigten Gases wie flüssiges Ammoniak, nahe dem Verflüssigungsdruck, durch irgendeine Verengung ein Teil der Flüssigkeit in Dampf übergeht. Die Menge der in Dampf übergegangenen Flüssigkeit hängt von dein Druckabfall in der Verengung und auch von dem Druck der Flüssigkeit im Vorratsbehälter für diese Flüssigkeit ab, wobei dieser Druck bestimmt wird durch die Temperatur der im Vorratsgefäß gespeicherten Flüssigkeit. Ein stromauf angebrachtes Druckregelventil wirkt selbst auch wie eine Verengung und schickt daher eine Mischung von Dampf und Flüssigkeit in die kalibrierte Drossel. DerDruckabfall einesDampf-Flüssigkeits-Gemisches in einer Drossel hängt nun nicht nur von dem Verhältnis von Dampf zu Flüssigkeit ab; er wird aber im hohen -Maße schwanken, wenn dies Verhältnis sich aus den obengenannten Gründen ändert. So bewirken selbst geringe Änderungen dieses Verhältnisses in dem der Drossel zugeführten Strom beachtliche Unterschiede in der durchströmenden Menge. Große Änderungen treten jedoch manchmal ein, so z. B. wenn der Strom von flüssigem Ammoniak von einem Vorratsgefäß aus geschieht, da sich der Druck in einem solchen Vorratsgefäß oft zwischen 3,5 bis 5,2 kg/cm2 während eines Tages ändert.
  • Es wurde nun gefunden, daß ein genaues Regeln mittels einer Drossel unabhängig von der in ihr eintretenden Verdampfung dann durchgeführt werden kann, wenn das System so eingerichtet ist, daß im wesentlichen lediglich Flüssigkeit der Drossel zugeführt wird, solange der Druckabfall in dieser Drossel konstant gehalten wird. Der Ausdruck Drossel schließt dabei jede Art von Verengung ein, sowohl eine fest eingebaute als auch eine ersetzbare oder einstellbare Öffnung, wie sie zur Bemessung des Flusses von Flüssigkeiten benutzt werden.
  • Auf Grund dieser Erkenntnis ist es nun möglich, ein Verfahren mit einem Differentialdruckregler mit, einer Drossel zum Regeln des Flusses von verflüsigtem Gas bei oder nahe bei seinem Dampfdruck, insbesondere von verflüssigtem Ammoniak anzugeben, bei dem erstens die Regelgenauigkeit weitgehend unabhängig vom Druck an der Quelle des -'lmmoniakflusses ist und zweitens der Ammoniakfluß nach Schließen des Hauptabsperrventils schnellstens abgestoppt wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das von Dämpfen praktisch freie verflüssigte Gas einer kalibrierten Drossel zugeführt und der Druckunterschied stromauf und stromab der Drossel durch ein Differentialdruckregelventil stromab der Drossel auf einem vorbestimmten Wert gehalten. Die regelnde Drossel wird also oberhalb des Druckregelventils angeordnet. Solange der Druck des verflüssigten Gases an der Quelle, z. B. in der Flasche, etwas über dein Dampfdruck liegt, ist dann gewährleistet, daß der Drossel lediglich Flüssigkeit zugeführt wird, wobei vorausgesetzt ist, daß man den Druckabfall im Hauptabsperrventil und in der Zuflußleitung vernachlässigen kann. Wird dagegen wie bisher die Drossel unterhalb des Druckregelventils angeordnet, ist zu befürchten, daß infolge des Druckabfalls in diesem Z'entil der Drossel bereits ein Gemisch von Dampf und Flüssigkeit zugeführt und damit die Regelung ungenau wird. In dieser Hinsicht ist es gleichgültig, ob das Hauptabsperrventil oberhalb oder unterhalb der Vorrichtung liegt und bei manchen Anwendungsarten, z. B. bei der Zuführung von flüssigem Ammoniak zu Berieselungswasser, bei der der Fluß während langer Zeiträume stetig ist, kann das einzige @'@l@sperrventil das des Vorratsbehälters, z. B. der Hahn der Druckflasche, sein.
  • Zur Sicherung einer zuverlässigen An- und Abschaltung des Flusses ist es jedoch nötig, das Hauptabsperrventil stromaufwärts des Druckregelventils anzuordnen, rind die Quelle Gier flüchtigen Flüssigkeit, z. B. die eine Flasche, die flüssiges wasserfreies Ammoniak enthält, durch eine geeignete Zuführungsleitung mit folgenden Elementen in der angegebenen lZeihenfolge zu verbinden: i. finit einer Hochdrucksteuerleitung zu einem Differentialdruckregelventil, 2. dem Hauptabsperrventil, 3. der Drossel, d. dem Differentialdruckregelventil und 5. dem Auslaß.
  • Die Wirkungen der Erfindung gemäß diesem Charakteristikum können zwar erreicht werden, auch wenn die Elemente 2 und 3 ausgetauscht werden, d. 11. wenn die Drossel stromaufwärts des Hauptabsperrventils geschaltet ist, und auch eine solche Ausführungsform fällt in den Bereich der Erfindung. Eine solche abgeänderte Ausführungsform ist jedoch nicht vorteilhaft, wenn ein besonders genaues Regeln von Beginn an nach zeitweiliger Abschaltung des Systems erwünscht ist. Wenn nämlich das Hauptabschaltventil stromab der Drossel eingesetzt ist, so neigt die Flüssigkeit dazu, die Zuführungsleitung zwischen der Drossel und dem Absperrventil zu füllen, und das führt zu einem unerwünscht großen, unnormalen Fluß, wenn (las Abschaltventil wieder geöffnet wird.
  • Das Differentialdruckregelventil ist zweckmäßig von der Art, die sich progressiv öffnet und schließt, im Gegensatz zu der Art, die nur eine Offenstellung und eine Zustellung besitzt. Es kann aber auch von anderer Bauart sein, solange es sich öffnet, wenn die Differenz zwischen den zwei verschiedenen Drücken unter einen vorbestimmtem Wert sinkt, und sich schließt, wenn diese Differenz einen vorbestimmten Wert übersteigt, der zweiterwähnte vorbestimmte Wert kann der gleiche sein wie (ler erste, wenn auch die Erfindung nicht beschrankt ist auf Vorrichtungen, bei denen diese Werte genau gleich sind. Der höhere der beiden auf <las Differentialdruckregelventil wirkenden Drücke ist im wesentlichen der der Flüssigkeitsduelle und wird zur Einwirkung gebracht durch die Hochdrucksteuerleitung, die stromauf der Drossel und auch vorzugsweise stromauf des Hauptabsperrventils abgezweigt ist, während der niedrigere Druck der stromab der Drossel und stromauf des Differentialdruckregelventils herrschende ist, wobei dieser Druck geringer ist als der ersterwähnte, und zwar um den Betrag des Druckverlustes in der Drossel. Dabei wird wieder unterstellt, daß der Druckabfall durch den Strömungswiderstand in der Zuführungsleitung und dem Hauptabschaltventil vernachlässigt werden kann. Da kein Stromhindernis stromauf der Drossel vorhanden ist, so wird der Drossel im wesentlichen lediglich Flüssigkeit zugeführt, wobei unterstellt wird, daß die Druckflüssigkeit unter geeigneten Bedingungen gespeichert ist, und eine genaue Bemessung der Durchflußmerige erreicht. Wenn (las liauptabsperrventil geschlossen ist, so wird die eine erstgenannte Seite des Steuerelements im 1)ifferentialdruckregelventil gemäß der bevorzugten Ausführungsform immer noch durch den Druck der Zuführungsleitung beaufschlagt; der auf die andere Seite des Steuerelements wirkende Druck wir(l unmittelbar nach dem Schließen des I lauptsteuerventils augenblicklich scharf vermindert, wodurch ein erhebliches Ansteigen der Druckdifferenz auf beiden Seiten des Steuerelements geschaffen und das Regelventil, das sich nahe der Auslaßleitung Befindet, geschlossen wird. Wenn (las Ilauptabschaltventil wieder geöffnet wird, so wird auf die zweite Seite des Steuerelements wieder 1)rucl< zur Einwirkung gebracht, wodurch das Öffnen des Regelventils bewirkt wird und ein Fließen des Fluidums wieder in Gang kommt; da jedoch (las Differentialdruckregelventil sich ursprünglic'h in Schließstellung befindet, an Stelle der Offenstellung wie bei den vorbekannten Einrichtungen, so wird der Fluß vom Beginn an geregelt.
  • Die Erfindung wird verdeutlicht durch die Zeiehnung. die einen Teil der Erfindung darstellt und schematisch die verschiedenen bei einer Verwirklichung des lZcgelventilsystems benutzten Elemente zeigt.
  • Die gezeigte Ausführungsform vereinigt die leiden Grundlagen der Erfindung in einem System. In der Zciclinting ist mit i ein Druckzylinder l>ezeichiiet, der flüssiges, wasserfreies Ammoniak cntliält; er ist durch eine Hauptzuführungsleitung 2 mit einer Drossel 3 verbunden. Solche Drosseln sind bekannt und gestatten den Durchgang eines Fluidums in einem von der Differenz der Drücke stromauf und stromab abhängigen Verhältnis. Ein Halin 4 kann finit Vorteil an der Druckflasche angebracht sein, damit sie im gefüllten Zustand transportiert werden kann; wenn die Druckflasche installiert ist, wird dieser Hahn geöffnet und offengelassen und spielt bei der Wirkung des Systems ]<eine Rolle. Ein Hauptabschaltventil 5 wird stromauf der Drossel vorgesehen. Dieses Ventil kann von beliebiger Bauart sein, vorzugsweise derart, daß es einen raschen Übergang von der völligen Offenstellung zu der völligen Schließstellung .erlaubt durch Drehung der Spindel über einen kurzen Weg. In der gezeichneten Ausführungsform kann das Ventil 5 durch Hand mittels eines Hebels 6, dessen Handgriff dem Führer des Traktors oder eines anderen Fahrzeuges für die Injektionseinrichtung erreichbar ist, betätigt werden.
  • Ein Differentialdruckregelventil7 wird stromab der Drossel 3 angeordnet. Es ist mit einem Ventilsitz 8 versehen, der mit einem beweglichen Ventilverschlußstück 9 auf einem Stift io zusammen arbeitet, das normalerweise in Offenstellung gehalten wird durch eine Schraubenfeder i i, deren Spannung mittels einer Schraube 12 eingestellt werden kann. Die Spindel io ist außerdem mit einer biegsamen Membran 13 verbunden, deren eine Seite (zur linken) über die Leitung 14 verbunden ist mit der Hauptleitung 2 stromauf des Hauptal)sperrN,entils 5 und deren andere Seite beaufschlagt wird durch das Fluidum stromab der Drossel 3 und stromauf des Regelventils 7. Der Druck auf der ersten Seite der Membran strebt zum Schließen des Ventils 9, und der Druck auf der zweiten Seite will das Ventil offenhalten. Das Ventil 9 ist im Gleichgewicht, wenn die Kraft auf der ersten Seite der Membran gleich ist der Summe Gier Kraft der Feder i i und der auf die zweite Seite wirkenden Kraft.
  • Das Fluidum wird aus dem Regelventil durch eine Auslaßleitung 15 entladen, die mit einem Verteiler oder Verteilerkopf 16 verbunden sein kann, in (lern das Ammoniak in eine Mehrzahl von Einzelströmen unterteilt wird, die durch Einzelleitungen 17 zu Schlauchverbindungen 18 und Injektionsscharen i9 führen für die Einführung in den Boden.
  • Es ist klar, daß etwas Ammoniak nach Durchgang durch die Drossel 3 verdampft und daß die Elemente des Systems stromab der Scheibe von einer Mischung von flüssigem und verdampftem Ammoniak durchlaufen werden. Jedoch wird die Genauigkeit der Regelung dadurch nicht beeinflußt, weil der Drossel lediglich Flüssigkeit zugeführt wird. Der Grad des Ammoniakflusses kann durch Einstellung der Schraube 12 geändert werden, um das Ventil bei irgendeiner gewünschten Druckdifferenz, z. B. 2,8 kg/cm2, ins Gleichgewicht zu bringen. Auch ist es möglich, den Fluß zu variieren durch Ändern der Drossel unter Anbringung einer Scheibe mit der Öffnung gewünschter Größe. Bemerkt sei, daß unter Drossel Drosselventile und Vorrichtungen, bei denen die Größe der Öffnung geändert werden kann, mit verstanden werden.
  • Wenn der Hauptschalter 5 geschlossen wird, so wird der Druck auf der zweiten, rechten Seite der Membran augenblicklich vermindert, wodurch (las Ventil 9 geschlossen und ein weiterer Fluß von Ammoniak durch den Auslaß 15 verhindert wird. Wenn das Ventil 5 geöffnet wird, so wird der Druck auf der zweiten Seite der Membran erhöht und das Ventil 9 geöffnet.
  • Beim Entleeren des Zylinders i fällt der Druck infolge der Abkühlung, verursacht durch die Verdampfung des für die Ausfüllung des durch das Abziehen der Flüssigkeit freigegebenen Raumes benötigten Ammoniaks, jedoch hält das Differentialdruckregelventil 7 den Fluß auf im wesentlichen derselben Höhe, da es den Druckabfall durch die Drossel konstant hält. Umgekehrt bleibt, wenn der Druck im Zylinder oder der Flasche infolge der Erhöhung der herrschenden Umgebungstemperatur ansteigt, der Durchflußgrad durch das System wesentlich konstant infolge der konstanten Druckdifferenz, die durch die Differentialregelung bei diesem System in der Düse aufrechterhalten wird.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Regelung des Durchflusses eines verflüssigten Gases, z. B. Ammoniak, im wesentlichen bei seinem Verflüssigungsdruck, dadurch gekennzeichnet, daß das von Dämpfen praktisch freie verflüssigte Gas einer Drossel zugeführt und der Druckunterschied stromauf und stromab der Drossel durch ein Differentialdruckregelventil stromab der Drossel auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird.
  2. 2. Differentialdruck-Regel-System, besonders für das Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen Druckbehälter (i) für das verflüssigte Gas, eine Druckleitung (2) mit einem Hauptsperrventil (5) und mit einer Meßdüse (3) stromab davon und einem Differentialdruckregelventil (7), das auf die Druckdifferenz stromauf und stromab der Drossel anspricht und so geschaltet ist, daß es sieh beim Überschreiten einer vorbestimmten Druckdifferenz selbsttätig schließt.
  3. 3. Regel-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite des auf den Differentialdruck ansprechenden Steuerelements (i3) des Differentialdruckregelventils (7) stromauf vom Absperrventil (5) an die Druckleitung (2) angeschlossen ist, während die andere Seite des Elements (i3) mit der Leitung (2) stromab der Drossel (3) verbunden ist und außerdem mit einem gegebenenfalls einstellbaren Federdruck einer Feder (ii) beaufschlagt ist.
DEP46967A 1948-06-26 1949-06-25 Differentialdruck-Regel-System Expired DE832825C (de)

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