DE958103C - Hydraulisch gesteuerter Gasdruckregler - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 14. FEBRUAR 1957

M13683 X/4c

Die Erfindung betrifft hydraulisch gesteuerte Gasdruckregler mit einem vom Druck im Hinterdruckraum des Hauptreglers beaufschlagten Steuerregler, der ein· Steuerglied beeinflußt, das das durch eine Pumpeinrichtung auf den erforderlichen Druck gebrachte Steuerdruckmittel der Regelung entsprechend einem hydraulisch gesteuerten Ventileinsatz des Hauptreglers zuführt.

Bei einem bekannten Gasdruckregler dieser Art

ίο dient als Steuerdruckmittel Öl oder Wasser, das durch Fremdenergie, vorzugsweise durch elektrischen Strom, auf den erforderlichen Steuerdruck gebracht wird. Von vielen Gaswerken oder sonstigen Benutzern von Gasdruckreglern wird die Verwendung elektrischer Energie grundsätzlich wegen der möglichen Gefahr im Gasbetrieb abgelehnt. Für den vorliegenden Zweck ist die Verwendung von Fremdenergie auch noch deshalb unerwünscht, weil beim Ausfall der Fremdenergie auch der Gasdruckregler ausfällt.

Die Erfindung bezweckt einen hydraulisch gesteuerten Gasdruckregler zu schaffen, der von jeder Fremdenergie unabhängig ist.

Demgemäß besteht die Erfindung darin, daß als Antriebsmittel der Pumpeinrichtung aus dem Gasstrom, ζ. B. aus dem Vordruckraum des Hauptreglers, entnommenes Gas dient, nachdem es vorher durch eine Hilfsdruckstufe auf einen konstanten Gashilfisdruck gebracht wurde, und daß die Höhe des durch die Pumpeinrichtung erzeugten

hydraulischen Steuerdruckes unabhängig von der Höhe des Vordruckes einstellbar ist.

Damit ist der Gashilfsdruck von dem schwankenden Vordruck unabhängig geworden. Er ist niedriger als der Vordruck und kann auch niedriger liegen als der Hinterdruck., Durch die Pumpeinrichtung kann der von ihr erzeugte hydraulische Steuerdruck auch, auf einen Wert gebracht werden, der höher ist als der Vordruck. ίο Es ist bekannt, für hydraulisch gesteuerte Gasdruckregler ein Steuerdruckmittel zu verwenden, das unter der unmittelbaren Einwirkung des Vordruckes des Hauptreglers steht. Infolgedessen wird mit abnehmendem Vordruck die Regelgeschwindigt5 keit kleiner, und bei sehr niedrigem Vordruck ist das Steuerdruckmittel nicht mehr in der Lage, das Regelventil zu betätigen.

Nach der Erfindung ist der hydraulische Steuerdruck in seiner Höhe unabhängig vom Vordruck. Man kann den hydraulischen Steuerdruck auf einen höheren Druck bringen als an Vordruck vorhanden ist und umgekehrt. Dadurch ist es möglich, den Regler auch noch einzusetzen, wenn nur ein geringer Druckunterschied zwischen dem Vordruck und dem gewünschten Hinterdruck des Gases besteht. Unabhängig vom Vordruck wird stets eine gleichmäßige Regelgeschwindigkeit erzielt.

Die Zeichnung stellt eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes in einem senkrechten Mittelschnitt dar.

In dem Ventilgehäuse ι mit Eintrittsstutzen 2 und Austrittsstutzen 3 ist ein Ventileinsatz eingebaut. Der Einsatz besteht aus einem Tragring 4, der durch Schraubenbolzen 5 dicht schließend an einer Ansatzfläche des Ventilgehäuses befestigt ist. In dem Tragring 4 ist ein Kolben 6 fest eingeschraubt, auf dem ein Ventilverschlußkörper 7 gegen Flüssigkeitsdruck dichtend geführt ist. Der Ventilverschlußkörper 7 schließt an dem am Tragring 4 vorgesehenen Ventilsitz 8 ab. Die durch den Flüssigkeitsdruck bewirkte öffnungsbewegung des Ventilverschlußkörpers 7 erfolgt gegen die Wirkung einer Feder 9, die in einem Zylinder raum 10 des Kolbens 6 zwischen einem Widerlager 12 des Kolbens und dem Kopf 14 eines im Ventilverschlußkörper 7 befestigten Bolzens 13 eingeschaltet ist. Vom Ventilsitz 8 führt ein sich düsenförmig erweiternder Kanal 15 des Tragringes 4 in den Austrittsstutzen 3. Der Ventilverschlußkörper 7 ist auf der dem Eintrittsstutzen 2 zugekehrten Seite nach strömungstechnischen Gesichtspunkten ausgebildet, und auf seiner dem Kanal 15 zugekehrten Seite so gestaltet, daß mit zunehmender Ventilöffnung der freigegebene Kanalquerschnitt größer wird. Eine vom Steuerregler 16 kommende Druckmittelleitung 17' ist an eine Bohrung 6' des Kolbens 6 angeschlossen. Durch die Bohrung 6' gelangt das Druckmittel in den Zylinderraum 10 und beaufschlagt durch einen Ringkanal 10' den Ventilverschlußkörper 7.

Die Membran 17 des Steuerreglers 16 steht auf der einen Seite unter der Wirkung einer Feder 18 und auf der anderen Seite über eine Leitung 19 unter der Wirkung des Hinterdruckes aus dem Raum 3. Mit der Membran 17 ist ein Kolben 20 verbunden, der mit Kanälen 21 und 22 versehen ist. Der den Kolben 20 aufnehmende Zylinder 23 ist durch eine Leitung 24 mit einem Öldruckbehälter 25 und durch eine Leitung 26 mit einem ölsammelbehälter 27 verbunden.

Die beschriebene Vorrichtung wirkt in folgender Weise: Sobald der Hinterdruck im Raum 3 zu steigen beginnt, überträgt sich die Druckerhöhung durch die Impulsleitung 19 auf die Unterseite der Membran 17 des Steuerreglers 16, so daß die Membran 17 entgegen der Wirkung der Feder r8 angehoben wird. Infolgedessen geht auch der Steuerkolben 20 nach oben und gibt seinen unteren Kanal 21 frei, so daß das Drucköl aus der Leitung 24 durch den Kanal 28 des Kolbens 20 und die Leitung 17' in den Zylinderraum 10 des Kolbens 6 gelangen kann. Das Drucköl verschiebt entgegen der Wirkung der Feder 9 den Ventilverschlußkörper 7 unter Abheben vom Ventilsitz 8 im Vordruckraum 2 nach links, so daß das Ventil geöffnet ist und das Gas aus dem Vordruckraum 2 in den Hinterdruckraum 3 überströmen kann. Während dieses Vorganges ist der obere Kanal 22 am Steuerkolben 20 fast geschlossen, so daß nur eine verhältnismäßig geringe Menge des Drucköles über die Leitung 26 in den Sammelbehälter 27 zurückströmen kann.

Ist der am Steuerregler 16 durch die Feder 18 eingestellte richtige Hinterdruck erreicht, dann wird bei weiterer Abwärtsbewegung des Steuer-Schiebers der untere Kanal 21 teilweise abgeschlossen und gleichzeitig der obere Kanal 22 für die Rückführung des Drucköles durch die Leitung 26 nach dem ölbehälter 27 freigegeben. Der Ventileinsatz 6, 7 erhält demgemäß nur eine so große Menge Drucköl, daß der Ventilverschlußkörper 7 entsprechend dem augenblicklichen Betriebszustand seine öffnungsstellung einhalten kann.

Steigt bei Verringerung der Gasentnahme der Druck im Hinterdruckraum 3 weiter an, dann wird der Hub der Membran 17 des Steuerreglers 16 größer, so daß das Drucköl infolge Abschließens des Kanals 21 des Steuerschiebers nicht mehr zum Ventileinsatz 6, 7 strömen kann. Gleichzeitig wird der Kanal 22 im Steuerschieber 20 entsprechend weiter frei gegeben, so daß das Drucköl aus dem Ventileinsatz 6, 7 über die Leitung 17', die Kanäle und 22 sowie die Leitung 26 in den Sammelbehälter 27 zurückströmen kann. Infolgedessen wird der Ventilverschlußkörper 7 in Richtung nach rechts näher an den Ventilsitz 8 des Hauptreglerventils herangeschoben·, und zwar unter der Einwirkung der Feder 9 sowie durch den im Vordruckraum 2 herrschenden höheren Druck. Demgemäß kann jetzt nur eine geringere Gasmenge aus dem Vordruckraum 2 in den Hinterdruckraum 3 überströmen.

Wird aus dem Hinterdruckraum 3 kein Gas entnommen, dann wird über den Kanal 22 des Steuerschieber 20 der Rückfluß des Drucköles durch die

Leitung 26 verstärkt, so daß der Ventilkörper 7 bis zur Anlage am Ventilsitz 8 zurückgehen kann. Dadurch wird der Gaszufluß aus dem Vordruckraum 2 nach dem Hinterdruckraum 3 vollständig abgesperrt.

Die Pumpanlage zur Erzeugung des Drucköles ist erfindungsgemäß in folgender Weise ausgeführt:

27 ist ein Ölvorrats- bzw. -sammelbehälter und 25 ein Behälter für Drucköl. Aus dem Behälter 27 wird das Öl durch einen in einem Zylinder 50 laufenden Kolben 29 angesaugt und über ein Rückschlagventil 30 in den Druckbehälter 25 gedruckt. Die Betätigung des Pumpenkolbens 29 erfolgt durch eine mit ihm verbundene Membran 31, die von dem. Gasdruck im Vordruckraum 2 beaufschlagt wird. Der Gasdruck aus dem Raum 2 gelangt durch eine Leitung 32 zunächst in eine Hilfsdruckstufe 33, in welcher er auf eine bestimmte Höhe reduziert wird. Diesem Zweck dient eine durch eine Feder 35 beeinflußte Membran 34, die durch ein Hebelgestänge 36 auf ein Ventil 37 am Austrittsende der Leitung 32 wirkt. Das aus dem Reduzierventil 37 austretende Gas von geringem Druck strömt über ein Ventil 38 und eine Leitung 39 nach einem Ventilblock 40 mit einem Doppelventil und von diesem durch eine Leitung 41 zu der Membran 31 des Kolbens 29 der ölpumpe oder durch eine Leitung 42 zu einer Umsteuervorrichtuing43, deren Wirkungsweise noch beschrieben wird. Das Überströmventil 38 ist mit einer Membran 44 verbunden, die auf einer Seite unter der Einwirkung einer einstellbaren Feder 45 steht und auf der anderen Seite durch Druckgas oder Druckluft beaufschlagt wird, die durch eine Leitung 46 aus dem oberen Teil des Druckölbehälters 25 zugeführt wird. In diesem Behälter 25 bildet sich bei den Pumpbewegungen des Pumpenkolbens über dem Flüssigkeitsspiegel 29 ein Luft- oder Gaspolster.

Der Ventilblock 40 enthält zwei auf gemeinsamer Achse befindliche Ventile 47, 48, von denen das Ventil 47 unter Einwirkung einer Feder steht, während das Ventil 48 durch ein Hebelgestänge 49 mit der Stange des Pumpenkolbens 29 verbunden ist. Zwischen dem Kolben 29 und der Membran 31 ist eine Feder 51 eingeschaltet.

Der reduzierte Vordruck kann durch das Ventil 38 nicht in den Ventilblock 40 eintreten, wenn das Ventil 38 durch den Gasdruck im Öldruckbehälter 25 geschlossen gehalten wird. Ist in dem Öldruckbehälter 25 nicht der gewünschte Druck vorhanden, der durch die Feder 45 eingestellt werden kann, dann ist das Ventil 38 durch die überschießende Kraft der Feder 45 geöffnet. Das Gas unter dem reduzierten Druck strömt durch das geöffnete Ventil 37 und die Leitung 39 nach dem Ventilblock 40. Durch das in der oberen Lage der Pumpenmembran 31 geöffnete Ventil 48 strömt der Gasdruck zur Membran 31, die sich dadurch abwärts bewegt und den mit ihr verbundenen Kolben 29 im Zylinder 50 ebenfalls nach unten "bewegt. Da der Raum unter dem Kolben 29 mit öl aus dem Behälter 27 gefüllt ist, wird dieses durch den sich abwärts bewegenden Kolben 29 über das Rückschlagventil 30 nach dem Druckbehälter 25 gedrückt. In der tiefsten Lage der Membran 31 wird durch die Hebelanordnung 49 das Ventil 48 geschlossen und damit der Zufluß des reduzierten Gasdruckes durch die Leitung 41 nach der Pumpenmembran 31 abgesperrt, gleichzeitig aber das Ventil 47 geöffnet, so daß das Gas durch die Leitung 42 abströmen kann. Gelangt die Membran 31 wieder in ihre obere Lage, dann wird das Ventil 48 geöffnet und das Ventil 47 geschlossen. Es tritt also bei der Aufwärts- und Abwärtsbewegung der Membran eine dauernde Pumpbewegung ein, wobei das öl aus dem Behälter 27 angesaugt und in den Behälter 25 gedruckt wird. Das in dem Behälter 25 entstehende· Luft- oder Gaspolster kann hinsichtlich seines Druckes durch die Regelvorrichtung.45 eingestellt werden. Wenn der richtige Öldruck erreicht ist, schließt die Membran 44 das Ventil 38 und sperrt so den weiteren Gaszufluß zum Ventilblock 40 ab, so daß die Pumpe stehen bleibt. Erst wenn durch den laufenden Gang der Regelung das Druckpolster in dem Druckbehälter 25 in seinem Druck sich so weit entspannt hat, daß die mit Hilfe der Feder 45 eingestellte Druckhöhe unterschritten wird, dann wird durch das Übergewicht der Feder 45 das Ventil 38 wieder geöffnet, und das Pumpenspiel beginnt von neuem.

Über dem Steuerregler 16 ist eine Umschalteinrichtung mit zwei Ventilen 52 und 53 vorgesehen, die von der Membran 17 des Steuerreglers 16 betätigt werden. Die Umschaltvorrichtung hat die Aufgabe, das Abgas aus der Leitung 42 in den Hinterdruckraum abzuleiten. Wenn in dem Hinterdruckraum 3 bei einem Nullverbrauch an Gas oder durch Schließen des hinter dem Hauptregler liegenden — nicht dargestellten — Absperr-Schiebers der in dem Steuerregler 16 eingestellte Hionterdruck erreicht ist, darf kein Abgas mehr in den Hinterdruckraum 3 eintreten, da dies zu einer nicht gewünschten Druckerhöhung führen würde, falls bei Öldruckmangel sich die ölpumpenanlage einschaltet'. Wenn die am Steuerregler 16 eingestellte Druckhöhe erreicht wird, bewegt sich die Membran 17 des Steuerreglers 16 in ihre oberste Stellung. Nach Erreichen des Schließdruckes, der bekanntlich bei Gasdruckreglern eine Kleinigkeit über der Stellung der geringsten Gasentnahme liegt, geht die Membran 17 des Steuerreglers 16 etwas über ihre Normallage hinaus und betätigt die Umschalteinrichtung 43 in der Weise, daß das obere Ventil 53 sich öffnet und dadurch die Abflußleitung 42 aus dem Ventilblock 40 über eine Leitung 54 mit der Außenluft verbindet. Erst nach Erreichung des am Steuerregler 16 eingestellten Hinterdruckes, der sich wieder einstellt, sobald der Regler Gasentnahme hat, wird beim Zurückgehen der Membran 17 nach unten das obere Ventil 52 geschlossen und das untere Ventil 53 geöffnet, so daß die Abgasleitung 42 nicht mehr ins Freie entlüftet, sondern das Abgas über das geöffnete untere Ventil 53 und die Leitung 55 wieder in den Hinterdruckraum 3 geleitet wird.

Der Erfindungsgedanke, die Energie des Gases im Vordruckraum zur Erzeugung des Druckes der Druckmittel der hydraulischen Steuerung zu verwenden, hat allgemeine Bedeutung und ist nicht auf die Anwendung bei einer Regeleinrichtung nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel beschränkt.

Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE: IO

   I. Hydraulisch gesteuerter Gasdruckregler mit einem vom Druck im Hinterdruckraum des Hauptreglers beaufschlagten Steuerregler, der ein Steuerglied für die Hydraulik beeinflußt, das das durch eine Pumpeinrichtung auf den erforderlichen Druck gebrachte Steuerdruckmittel der Regelung entsprechend einem hydraulisch gesteuerten Ventileinsatz des Hauptreglers zuführt, dadurch gekennzeichnet,

   so daß als Antriebsmittel der Pumpeinrichtung aus dem Gasstrom, z. B. aus dem Vordruckraum des Hauptreglers, entnommenes Gas dient, nachdem es vorher durch eine Hilfsdruckstufe (33) auf einen konstanten Gashilfsdruck gebracht wurde, und daß' die Höhe des durch die Pumpeinrichtung erzeugten hydraulischen Steuerdruckes unabhängig von der Höhe des Vordruckes einstellbar ist.
2. 2. Gasdruckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Membran (17) des Steuerreglers (16) auf der einen Seite dem-Gasdruck im Hinterdruckraum (3) des Hauptreglers und auf der anderen Seite einen durch eine Feder (18) od. dgl. einstellbaren Gegendruck ausgesetzt und daß die Membran (17) mit dem Steuerglied, z. B. einem Steuerschieber (20) verbunden ist, der durch zwei Kanäle (21, 22) den Zufluß der Druckflüssigkeit von der Pumpe der den Druck erzeugenden Anlage über eine Leitung (24) nach dem Ventileinsatz (6,7) des Hauptregelventils oder den Abfluß des überschüssigen Druckmittels nach dem Sammelbehälter (27) der Pumpenanlage steuert.
3. 3. Gasdruckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventileinsatz des Hauptreglers einen an einem Tragring (4) befestigten Kolben (6) enthält, auf dem ein in den Vordruckraum (2) ragender, vorteilhaft nach strömungstechnischen Gesichtspunkten ausgebildeter, Ventilkörper (7) verschiebbar ist, der unter der Wirkung einer Schließfeder (9) steht.
4. 4. Hydraulische Steuerung, insbesondere für einen Gasdruckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Vordruckraum (2) des Hauptregelventils entnommene Gasdruck nach Reduzierung durch ein Ventil (37) einer Hilfsdruckstufe (33) dem Pumpenantrieb zugeführt wird.
5. 5. Hydraulische Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des reduzierten Gasdruckes durch einen Membranregler erfolgt, dessen Membran (44) auf der einen Seite von dem Druck im Druckraum (25) der Pumpe und auf der anderen Seite durch den einstellbaren Druck einer Feder (45) od. dgl. beeinflußt wird.
6. 6. Hydraulische Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe als Kolbenpumpe (29, 50) ausgebildet ist, deren Kolben (29) mit einer von dem reduzierten Druck aus dem Vordruckraum (2) beaufschlagten Membran (31) verbunden ist.
7. 7. Hydraulische Steuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenkolben (29) durch eine Hebelanordnung (49) mit einem Doppelventil (47, 48) verbunden ist, von ■ dem das eine Ventil (48) den Zufluß des reduzierten Gasdruckes nach der Pumpenmembran (31) und das andere Ventil (47) den Abfluß des nicht benötigten Gasdruckes nach einem Umschaltventil (43) steuert.
8. 8. Hydraulische Steuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ventil (52) des Umschaltventils (43) in Offenstellung das verbrauchte Gas durch eine Leitung (55) in den Hinterdruckraum des Hauptventils ableitet und das zweite Ventil (53) des Umschaltventils eine Ableitung (54) ins Freie steuert.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 500410; französische Patentschrift Nr. .692 987; britische Patentschrift Nr. 234 194.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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