DE886964C - Einrichtung zum Konstanthalten des Mischungsverhaeltnisses von zwei oder mehreren fluessigen oder gasfoermigen Medien - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Konstanthalten des Mischungsverhältnisses von zwei oder mehreren flüssigen oder gasförmigen Medien Die Mischung von zwei oder mehreren durch Leitungen strömenden flüssigen Medien m einem bestimmten Mischungsverhältnis bietet kerne besonderen Schwierigkeiten, wenn das Endprodukt unabhängig vorn augenblicklichen Diurchfluß der einzelnen Medien: nur bei Beendigung des Mischungsvorganges :eine bestimmte Zusammensetzung haben muß. Wenn jedoch einem in der Menge schwankenden Medium ein oder mehrere andere derart zugesetzt werden müssen, da.ß in jedem Augenblick das Mischungsverhältnis mit bester Genauigkeit erhalten bleibt, werden besondere Regeleinrichtungen notwendig.
• Es ist bekannt, in die Leitung jeder Komponente des Gemisches ein volumetrisches Meßgerät, z. B. einen rotierenden MengenzäM@er, einzubauen und durch Vergleich der Umdreh:dngen des Mengenzählers der Hauptkomponente mit den Umdrehungen der Zähler in den Nebienkompionenten aus dem Unterschied einen Impuls zur Steuerung,der Nebenkomponenten abzuleiten. Bei diesem -Verfahren ist zwar das Mischungsverhältnis, über einen längeren Zeitraum betrachtet, konstant, jedoch können bei Verwendung :des Unterschiedes der Zählermzeigen zur Steuerung über kurze Zeiträume beträchtliche Abweichungen vorn Sollwert des Mischungsverhältnisses eintreten. Da der Unterschied zwischen den Zählerumdrehungen, :der als Impuls für die Steuerung :dient, bei allen Belastungen gleich groß ist, nimmt die Regelgenauigkeit für die Augenblickwerte mit sinkender Belastung stetig ab.
• Handelt es sich um die Mischung verschiedener Medien unter hohem Druck, so ist ein weiterer Nachteil, daß zum Vergleich :der Zähler die Bewegungen derselben über meist störungsanfällige Stopfbuchsen aus den Druckräumen mach außen übertragen werden müssen. Einte Anordnung auf der Saugseite der einzelnen Fördereinrnchtungen zur Vermeidung der hohen Drücke ist nur möglich, wenn bei mehreren Verbrajuehern mit unterschiedlichem Mischungsverhältnis für jeden getrennte Fördereinrichtungen vorhanden sind. Bei der Mischung von meist nur zwei flüssigen oder ,gasförmigen Medien besteht einet andere vielverwendete Methode darin, in die Leitungen der einzelnen Kompionenten oder der Nebenkomponente und des Gemisches je eine Meßblende einzubauen und aus dem. Vergleich der daran auftretenden. Wirkdrücke den Impuls für Steuerung der Neb:enkompionente abzuleiten. Zur gegenseitigen Abstimmung der Meßblenden hat man: auch bereits die Abmessungen der Blenden ;annähernd dem Mischungsverhältnis angepaßt twnd,den Blenden gleichartig verlaufende Meßkennlinien gegeben. Da die Wirkdrücke an den Meßblenden sich mit der Menge quadratisch ändern, werden diese bei einem großen Änderungsbereich für kleine Ml sehr klein und beeinflussen die erzielbare Genauigkeit in bezug .auf Einhaltung des -Mischungsverhältnisses bei geringem Durchfluß. Das Verfahren ist bei notwendigen Mengeniänderungen über i : 7 bis i : 8 überhaupt nicht mehr anwendbar, da die Gesetzmäßigkeit der Abhängigkeit zwischen Wirkdruck und Menge dann nicht mehrerhalten bleibt. Auch bei diesem Verfahren, liegen bei hohen Betriehsidrücken besonidere Schwierigkeiten dadurch vor, daß die relativ geringen Kräfte, die durch Einwirkung der veränderlichen. Wirkdrücke beispielsweise auf einer Membran entstehen, .aus dem Druckraum reibungsfrei hera sgeleitet werden müssen, @da aus dem Unterschied der Meßkräfte ° der Impuls für die Steuerung der Komponenten abgeleitet wird.
• Bei der nachstehend beschriebenen Einrichtung zur Koinstanehaltung des Mischungsverhältnisses von zwei oder mehreren gasförmigen Moder flüssigen Medien werden die vorstehenden Mängel und Schwierigkeiten dadurch vermieden, daß die veränderlichen Meßquers.chnitte durch miteinander ,gekuppelte Betätigungsgestänge zwecks Änderung der Durchflußmenge gleichzeitig und verhältnisgleich verstellbar sind; wobei: durch je einen Differenzdruckregler über ein dem Meßquersch:nitt jeder Komplonente vor- oder nachgeschaltetes Drosselorgan der Wirkdruck an dieseln veränderlichen Querschnitten bei allen Belastungen konstant gehalten wird. Hierdurch wird erreicht, daß b:eü Änderung der Belastung ;alle Komponenten :des Gemisches ,absolut gleichzeitig und nvt gleicher Wirkung verstellt werden, so daß sich keine Änderun-. gen des Mischungsverhältnisses .ergeben,- solange die Steuergeschwindigkeit der Differenzdruckregler größer ist als die Geschwindigkeit, mit der die gekuppelten Meßquerschnitte verstellt werden. Ob eine Beeinflussung des Mischungsverhältnisses bei sehr schnellen Belastungsänderungen- eintritt, hängt von den Förderkenalinien der Fördereinrichtung für die einzelnen Medien ab. Sie bleibt jedoch immer in sehr engen Grenzen, da .die Abweichungen vom Sollwert der einzuhaltenden Differenzdrücke en den veränderlichen Meßblenden bei Nacheilung der Differenzdruckregler ;an allen Meßqnerschnitten gl@eichzeiti@g und gleichgerichtet ,auftreten und nur unterschiedliche Abweichungen voll den Sollwerten der Differenzdrücke sich @ auf das Mischungsverhältnis auswirken. . Beider Forderung kürzester Verstellzei;ten lassen sich auch :diese kleinen Abweichungen noch verringern, wenn mit der Veränderung der Meßquerschnitte .gleichzeitig eine Veränderung der freien Querschnitte .an den von: den Differenzdruckreglern betätigten Drosselorganen vorgenommen wird. Bei einer :derartigen Vorsteuerung der Drosselquerschnitte kommt man mit einer R.egelgeschwindigkeät der Dif$erenadruckregler laus, die wesentlich kleiner ist als die Verstellgeschwindigkeit der gekuppelten Meßquerschnitte, da die Differenzdruckregler nur noch kleine Restunterschiede auszugleichen brauchen, die sich aus Unsteti;gkei;ten oder Veränderung der Förderkennnlinien der einzelnen Fördereinrichtungen ergebeui.
• Bei beispielsweise inearen Öffnungskennlinien der :gekuppelten Meßquerschnitte (Fig. q) braucht übrigens die Veränderung der Drosselquerschnitte durch die mechanisch gekuppelte Betätigungsvorrichtung nicht auch linear zu erfolgen. Wenn z. B. der Druck :der Fördereinrichtungen bei allen Belastungen konstant bleibt, jedoch der Druck ial der Gemischleitung sich mit der Belastung quadratisch ändert (Fig.5), so, läßt sich der Eiinfluß des mit der BleIastung sich gleichfalls quadratisch ändernden Druckunterschiedes an den Dirosselorganen ,auf ;die Regelgenauigkeit und Regelgeschwindgkeitdurch gleichfalls quadratische Ausbildungder Vorstenerningsquerschnitte weitestgehend ausgleichen.
• Der besondere Vorteil dieses Verfahrens liegt in der hohen Regelgenauigkeit, die über größte Lastbereiche, beispielsweise o bis ioo%, glebchbleibt. Wenn der Differenzdruck mit i olo vom konstanten Sollwert eingehalten wird, so ist das Mischungsverhältnis über den ganzen Lastbereich auf 1/2 0 0 von der jeweiligen D.urchflußmenge konstant.
• Die besonders bei dem zweiten, vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren auftretenden Schwilerigkeiten .durch Reibung in :der Stopfbuchse, die für Übertragung der mit der Belastung sich quadratisch ändernden Meßkräfte nach außen erforderlich ist und die sich bei kleinem Belastungen und diemienesprechend kleinen Meßkräfben :auf die erziielbare Regelgenauigkeit besonders nachteilig auswirkt, lassen sich bei Anw endeng der Zerren Einrichtung ganz vermeiden;, wenn bei Verwendung einer Hilfssteuerung für die Bietätigung der Drosselorgane Kontakte für- Auslösung einer öffnumgsoider Sichließbewegunig im- Druckraum selbst angeordnet werden; damit fällt jede reibungsbehaftete Stopfbuchse fort. Das ist nur möglich, weil bei der neuen Einrichtung nur die Meßquerschnitte. bei Belastungsänderungen gemeinsam verstellt werden, während die Wirkdrücke für ein gewünschtes Mischungsverhältnis und damit auch die Meßkräfbe, die beispielsweise durch deren Einwirkung auf eine Membran ausgelöst werden, immer konstant- bleiben Bund .durch eimie gleichfalls im Drwckraarn amgeordniete Gegenkraft, z. B. eine Feder, ausgeglichen werden.
• Soll die Betätigung der Drosselorgane, durch eine pneumati;sche ,o@de:r hydraulische Hilfssteuerung erfoligon oder ist eine Anordnung von Kontakten im Druckraum nicht zulässig, so kommt man mit einer kleinen und entspre:zhend geringer mit Rcibunig behafteten Stopfbus lese oder magnetischen Kupplung ;aus, ida nicht mit der Durchflußm.en ge quadratisch sich än derade Meßkräfte, sondern nur kleine gleichbleibende Kräfte zur Betätigung einer Hilfssteuerung laus dem Druckraum herausgeleitet werden müssen.
• In: ider Zeichnung sind die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
• Fig. i zeigt die sehem.at:sche Darstellung :einer Regieleiicirizhtung für drei Komponenten.; Fig.2 zeigt @dne schematische Darstellung einer Regeleinrichtiung für drei Komponenten mit gleichzeitiger zwangsläufiger Veränderung der Drosselquerschnitte; Fig. 3 zeigt enne Ausbildung des Meßqu,erschnitts als Ventil mit gekuppelter Veränderung der Drosselquerschnitte durch einen Rundschieber; Fig. 4. zeigt düe öffnungskennliniie der -zkuppelten. Meßquerschnitte; Fig.5 gibt den Druckverkauf im Gesamtsystem wieder bei konstantem Förderdruck und quadratisch mit der D:urchflußmer;ge such änderndem Gegendruck.
• Bei der Anordnung nach Fig. i werden die drei Komponenten des Gemisches durch -die Leitungen i, 2 und 3 der Gemischleitung ¢ zugeführt. In jeder dieser Leitungen ist je :ein veränderlicher Meßquerschinitt 5, 6, 7, in der- Zeichnung als e:"nfa,cher Schieber dargestellt, ieingebaut. Durch die Hebel 8, 9 und io mit Iden Drehpunkten i i, 12 und 13, die durch die Kupplungsstangen 1 ¢ und 15 miteinander verbunden sind, werden die Meßquerschnitte 5, 6 und 7 gleichzeitig und gleichgerichtet verändert. Der ran .drein Meßquerschnitten auftretende Wirkdruck wird über je zwei Impulslieitunigen 16 und 17 in: das Gehäuse i8 je Beines Differenzdxuckreglers geleitet und heaufschlagt dort die Membran 19. Die hier ,auftretenden Meßkräfte stehen über den im Drehp:urnkt 20 gelagerten Koritaktzwischenhe:bel 21 im Gleichgewicht mit der Gegenfeder 22, deren Kraft über die Einstellvorrichtung 23 zur EiinstellunIg des Differenzdruckes verändert werden kann. Im Druckraum sind weiterhin angeordnet die festen Kontakte 2¢ und 25, die übler Kabel 26 und 27 mit ielektrischen Hilfssteuerunge'n@ 28 in Verbindung stehen. Diese Hilfssteuerungen betätigen jeweils ein Drosselorgan 29; das in der Diarstielliung hinter dem gekuppeltien Meßquiers,-#hnitt angeordnet ist.
• Zur Erklärung der Wirkungsweise sei zunächst ainigenommien, daß die Belastung der Anlage, d. h. als,oi die Durchflußmenige, unverändert bleibt. Die gekuppelten Hebel 8, 9, io und damit idie veränderlichen Meßquierschnitt,e 5, 6 und 7 bleiben unverändert stehen. Solange der durch die Feder 22 einsgestellte Sollwert dies Wirkdruckes auf die Membran 19 einwirkt, bleibt ider Hebel 21- in der Mitte zwischen den beiden Kontakten 24 und 25 stehen, und auch die Hiilfssteuerttng 28 l,äßt den Schieber 29 unverändert. Schwankt jetzt beispiels-

  weise .der Förderdruick in Leitung i, so ändert

  sich bei dem einiiestellten Meßquerschntt 5 der

  Wirkdruck um einen gericlg.en Betrag. Bei ste:gen-

  diem Wirkdruck bewegt sich die Membran i9 gegen

  die konstante, Federkraft 22 nach loben und schließt

  dien. Kontakt 24., wodurch eine Schließbewe;gtrng des

  Schiebers 29 über die Hilfssteuerung 28 so lange

  ausgelöst wird, bis der Wirkdruck am Meßqüer-

  schn.itt 5 seinen Sollwert wieder erreicht hat Ünd

  damit d ic Membran i 9 und der Kointaktzwischen-

  hiebel21 wieder in die köntaktl@ose Mittellage ge-

  gangen ist. Dieser Vorgang kann sich in jeder der

  Leitungen 1, 2 oder 3 dier einzelnen Komponenten

  unabhängig vonetnand.er abspielen und verläuft. um-

  gekehrt, wenn eic:e Verringerung des Wrkd;ruckes

  an den Me13querschnitten@ einsgetreten ist.

  Bei gewünschter Änderung der Belastung werden

  die gekuppelten. Hel,-el 8, 9 und io gleichzeitig be-

  tätigt und damit die Meßquerschnitte 5, 6 und 7

  gleichzeitig und gleichgerichtet verändert, be?spiiels-

  weise verkleinert. Hierdurch ste@at an allen drei

  Meßquerschnitten gleichzeitig der Wirkdruck und

  löst über die Membranen i9 und die Hilfssteu-e-

  ruingen 28 in der oben heschriebenein Weise so

  lange eine S;hließbewcgung der -Drosselorgane 29

  aus, bis der Wirkdruick :an: den Meßquerschnitten, 5,

  6 und 7 den durch die Einstellung der Gegenfeder

  22 ;gegebenen Sollwert wieder ierre'icht hat. Blei

  Vergrößerung der Belastung werden die Meßquer-

  schnitte 5, 6 und 7 weiter geöffnet, diie Wirk-

  drücke fallen, und über Zwischenhehel 21 und

  ,unteren Kontakt 25 wird über die Hilfssteuerung

  28 eine öffnungsbewegung der Drosselorgane 29

  eingeleitet. Der Vorgang ist beendet, wenn an den

  Meßquers,chni:tt@en der eingestellte konsl.ante Wirk-

  druck vorhanden ist.

  Die in Fig.2 dargestellte Einrichtung zur Ge-

  m.schreg!elung für drei Komponenten unterscheidet

  sich von- d=er Ausführung nach Fig. i dadurch, daß

  durch Gegensirhieber 3o, die gleichzeitig mit den

  Meßqwerschnitten 5, 6 uind 7 durch idie Hebel 8,

  9 und io betätigt werden, bei jeder Veränderung

  der Meßquerschn.itte die Dross,elqu,erschntt,e gleich-

  zeitig und ' gl.echgerichtet mitverändert werden,

  so, .daß über die Drossels,c.hieber 29 nur klemme, Ver-

  bleibende Restunterschiede, diie sich durch Ab-

  weühung der Wirkdrücke von den eingestellten

  Sollwerten bemerkbar mia._hen, über die Hilfs-

  steuierungen 28 rund die Drosselorgane 29 aus-

  geglichen werden müssen. Der Regelvorgang spielt

  sich im übrigen bei Änderungen , der Biela:stting

  sowie bei Änderung .der Wirkdrüke durch Schwan-

  kungen im Förderdruck der Förderenrichturg in

  gleicher Weisse :ab; wie oben beschrieben.

  Während rin Fig. i und 2 zur Vereinfachung der

  Darstellung für Meßquerschnitt und Drosselquer-

  schnixt ieinfache Flaichscbieber gezeichnet sind, stellt

  Ft. 3 eine, Ausführung des veränderlichen Meß-

  quersc hdtts mit zusätzlicher Beeinflussung des

  Dro;ssielquersichnirts - als Ventil idar. Durch drein

  Stutzen 31 tritt in diesem Beispiiel das zu riegelnde

  Mediui:m in die Kammer 32 und von dort über den,

  veränderlichen Meßquerschnitt 35 in diie Kammer 3.1.

  Die Veränderung des Meßquersahnitts erfolgt über die Ventilspinde135 mit starr daran. befestigtem schlankem Kegel 36. Die Fortsetzung der Spindel 35 mit Kegel 36 ist :ein Hohlzylinder 37, der mehrere dreieckige Einfräsungen37a aufweist. Dieser Hohlzylinder 37 ragt in !einen weiteren Zylinder 38, der in seiner Gehäuseetrennwand 39 geführt ist und Öffnaunggen38a zum Durchtritt für edas Medium aufweist. Unterhalb. der Kammeer 34 liegt Beine weitere Kammeer 4o, aus der Idas zu regelrüde Medium austritt rund :der Gemischleitung zum Verbraucher zugeleitet wird. Der Zylinder 3 8 bann edurch eine Spindel 44 die von mischt dargestellten Hilfssteuerung wies. Difierenzdruekreglers betätigt wird, hin und her bewegt werden. Aus Kammer 2 und Kammeer 4 wird über edle Impeulsianschlüss'e 42 -und 43 der vorn Diffe'renzdruckregler konstant zu haltende Wirkdruck abgenommen.
• Zur Erklärung der Wirkungsweise sei zuerst angenommen, edaß die Spindel 41 und damit der Zylinder 38 nicht verstellt werden.. Wird jetzt beispielsweise zur Verringerung :des Durch$usses die Spindel 35 ,mit Kegel 36 und Zylinder 37 nach untern bewegt, ,so, wird einmal der @Meßquers@chmtt 33 Bund gleichzeitig der freue Qeuerschrütt im Zylinder 37, @durch Aden edas Medium von Kammer 34 in die Kammer 40 eintritt, verändert, ed. h. mit der Veränderung,des MeßqueTschnitts wird gleichzeitig der Drosselquerschnitt verändert. Die eventuell verbleibende Restabweichung voun Sollwerte des Wirkdruickes wird jetzt über den: DiffemeWdrwckreglex :und edle Hilfssteuerung :durch zusätzliche Verschi;ebung der Spindel 41 mit edem Zylinder 38 gegenüber dem: Drosselschlitzeh ixn Tei137 herausgeregelt. Bei, ider Ausführung nach Fig. 3 beispIelsweisee ist edurch schlanke Ausbildung der Kege136 die Zunahme wies MeBqnerschnitts 33 angenähert linear, während durch dreieckige Ausbildung der E,iazfnä,sumgen 37a Ün: Hohlzylinder 37 die Öffnungskmnlilnige idesDrosselquerschniitts qnaedratischverläuft.
• Bei eden vorstehend beschriebienen Einrichtumigen werden Änderungen des Mischungsverhältnisses :da-:durch vorgenommen, @daß der DWerenzdruck, dienvon eden einzelnen Reglern einzuhalten ist, verstellt wird. Hierbei bedeutet Verringezulng des Differenzdruckes Verringerung des. Anteils edex betreeeendsen Kompeonennte rund lumgekehrt. Die Anordnung und Ausbildung edier Verstelleinrichtu[ng 23 für die Gegenfeder 22 zur Änderung der Gegenkraft der Meßrnembran bietet keine technischen Schwerijgkeiten,unfd ist auf idie Regel genajuigkeiit Bohne Ein-Ruß, !, da mach Verstellun',g keine Bewegung mehr eintritt.
• Grundsätzliche rund bleibende Verstellungen des Mischungsverhältnisses können ohne Answechselung vorm veränderlichen Meßquers,c;rutten :dadurch vorgenommen werden, daß bei den; Schebeern nach den Fig. i und 2 mit gemeinsamer Betätigung durch einsfache Hebel- rund Kapplungssta;ngen beispielsweise die wirksamen Hebellängen und damit die Neigung der öffnungskennlirmen der veränderlichen Meßquerschnitte zueinander verändert werden.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zum Konstanthalten wies Mischungsverhältnisses von zwei ioder mehreren gasförmigen Bader flüssigen Medien, bei. der in :ee Leitung jeder Komponenter des Gemisches je Bim, veränderlicher Meßquerschnitt :eingebeaut isst, ederen öffnungskennlinien gleichastig merla!ufen rund ederen Abmessungen :dem Mischungsverhältni's annähernd angeepaßt sind, dadurch gekennzeichnet, @daß die veränderlichen Meßquerschmi:tte (Schieber 5, 6; 7, Drehschiebier, Ventil toed. @dgl.) durch miteinander gekuppelte Betätigungsgestänge (8, 9, 10, 14, 15) zwecks Änderung der Deurchflußmenge ,gleichzeitig und verhältnisgleich verstellbar sind, wobei, :unter Vermttlung je eines Differenzdruckreglers (18) reit Hilfe voüi Dxosseelorganen (29), :die den Meßquerschmitteen vor- ioder nachgeschaltet sind, Bein bei allen Belasteungenn für jeden Meßquerschnp:tt konstanter, zur genauem Einstellung des Mischungsverhältnisses, jedoch gegebeinenfalls für jeeden!Meßquerschmtt versec'hiede!ner;Piifere;nz-,driuck eeiggehalten wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i,, 4iaadurch ge-'kennzeichnnet, daß :fie den Meßquerschnitten (5, 6, 7) vor- eoder nachgeschalteten Drosselloxig;me (29, 3o) et den Meßqwerschnitten g:ekuppeelt sind, so, @daß bei deren Verstellung auch die Drosseelorgane im ;gleichen Sinne mitver-,ändert werden !und die Diffenenzdrurkregler (18) nur die sich beispielsweise aus =stetigen oder ,unterschiedlichen Förderkennlin@en der einzelnen Fördereinrichtungen ergebendem: Unterschiede auszu.regeln haben. (Feg. 2).
3. 3. Einrichtung nach edein Ansprüchen i -und 2, dadurch gekennzeichnet, :draß bei vorzugsweisse linearer Änderung -der Meßquersicluatte die Änderung ider :mechanisch edamit gekuppelten vor- (oder pechgeschalteten Drosselquerschnitte ,durch besondere Formgebung der freien Öffnungen.:nnäich seiner anderen Gesetzmäßigkeit, beispielsweisse quaadraatisch, verläiüft.
4. 4. Einrichtung nach den Ansprüchen i bis 3, gekennzeichnet edurch im Druckraum der Diferennmdruckregler (18) ,angeordnete Kontakte (24', 25), die durch einve !unter edem Einßuß einersets des Wirkdruckes raun dem MeBquerschnitt (z. B.
5. 5) Bund anderseits einer konstanten Gegenkraft (22) stehenden :Membran (i9) steuerbar sind ,rund je nnagch der Richtung der Abweichung ,des Wirkdruckes vorn Seollwert Öffnungs- :oder Schließimpeulsee Auf :die für die Verstellung oder Drosselorglane vorgesehene Hilfssteuerung (28) abgebien. Angezogene DruckschrÄten: Bulletin 116 »Auteomatic Control« der Askania Regulator Com!pany Michiga en Ave, Chicago, S. 9 eUnd 10; USA.-Piabentschrift Nr. i 999-740.