DE971391C - Einsitzgasdruckregler - Google Patents

Description

Im allgemeinen werden Gase der Wirtschaftlichkeit wegen am Erzeugungsort auf einen hohen Druck gepreßt, in der Ferngasversorgung sogar bis auf etwa 5oatü, um dann an den Verbraucherstellen den Druck wieder auf etwa 50 bis 3000 mm WS u. m. zu mindern.

An die zur Verwendung kommenden Regler werden durch die immer wieder gesteigerten Vordrücke die höchsten Anforderungen gestellt. Diese sind:

1. Sicherung gegen Durchschlagen des hohen Vordruckes trotz eingebautem Sicherheitsventil in die für den niedrigen Druck schwächer dimensionierten Rohrleitungen, Messer und Apparate.

2. Unempfindlichkeit gegen Verschmutzung.

3. Schwingungsfreies Arbeiten.

4. Abschluß bei Nullkonsum.

5. Halten eines konstanten Hinterdruckes auch bei starken Vordruckschwankungen und Gasmengenänderungen.

6. Bei Vordruckabfall auf Höhe des Hinter-' druckes vollkommenes öffnen des Reglerventils.

7. Unabhängigkeit von anderen Kraftquellen, also keine Fremdsteuerung.

8. Geringe Herstellungs- und Gebäudekosten, darum kurze Baulänge.

Keine der im Handel angebotenen Regler genügen mit Sicherheit allen diesen Forderungen.

Die bekannten Druckregler mit Steuerregler haben vielfach den Nachteil, daß sie bei den ge-

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ringsten Störungen am Steuerregler, die häufig durch Verschmutzung hervorgerufen werden, versagen, wodurch dann der volle Vordruck auf die große Reglermembranfläche einseitig zur Wirkung kommt und das Reglerventil sich plötzlich weit öffnet. Noch ehe das Sicherheitsventil infolge seiner Trägheit zur Wirkung kommt, ist der hohe Vordruck in den Niederdruckteil durchgeschlagen und zerstört hier Messer sowie sonstige Apparaturen,

ίο die ja nur für den Niederdruck entsprechend dimensioniert sind. Selbst wenn ein Durchschlagen auch nicht immer eintritt, so erfolgt durch den Hinterdruckanstieg doch häufig ein Schließen des Sicherheitsventils. Durch das unerwartete Schließen des Sicherheitsventils erlöschen alle Flammen an den Verbraucherstellen, z. B. in einem Industriebetrieb Glüh-, Trocken-, ,Härteöfen usw. Vorschriftsmäßig müssen dann, alle Brenner abgesperrt werden, bevor das Sicherheitsventil wieder geöffnet wird. Diese Vorschrift findet oft nicht genügend Beachtung, so daß sich dann beim Wiederöffnen des Sicherheitsventils ein explosibles Gasluftgemisch, das sich in den öfen bildet, entzünden kann. Den Versicherungsgesellschaften sind solche Fälle in großer Zahl bekannt.

Auch der schwankende Hinterdruck bei ungenau arbeitenden Gasdruckreglern und die damit verbundenen Temperaturschwankungen in den öfen stellen häufig durch Qualitätsminderung die Ver-Wendungsfähigkeit einer ganzen Ofencharge in Frage. Die Industrie legt deshalb größten Wert auf genau regelnde und störungsfrei arbeitende Gasdruckregler.

In der Praxis sind zwei D ruckregier ar ten mit Steuerregler gebräuchlich, und zwar der Einsitz- und der Doppelsitzregler.

Der Einsitzregler schließt zwar bei Nullkonsum ab, kommt jedoch infolge seiner großen Membranflächen, die einerseits mit gesteuertem und andererseits mit ungesteuertem Vordruck belastet sind, leicht und oft so stark in Schwingung, daß das Reglerventil ganz aufreißt, wodurch dieselben schädlichen Erscheinungen auftreten wie beim Versagen des Steuerreglers.

Der Doppelsitzregler arbeitet zwar ruhig und genau, schließt aber bei Nullkonsum nicht ab, denn bei Verschmutzung der Ventilsitzflächen kommt es häufig vor, daß bei geringer Gasentnahme der Regler nicht mehr einwandfrei arbeitet. Sobald die Gasabnahme geringer wird, als das Ventil infolge Undichtheit noch durchläßt, erfolgt ein Hinterdruckanstieg, der dann das Sicherheitsventil zur Auslösung bringt, wodurch wieder die im vorhergehenden beschriebenen Gefahrenquellen wie beim Einsitzregler auftreten. Auch ein Versagen des Steuerreglers wirkt sich hier ebenso nachteilig aus wie beim Einsitzregler. Alle im vorherstehenden aufgeführten Nachteile sollen nun gemäß der Erfindung beseitigt werden.

Zunächst wird das Gefahrvollste, das Durchschlagen des Vordruckes, dadurch vermieden, daß der auf dem Einsitzventil lastende Vordruck durch eine Membran von gleicher oder ungefähr gleicher Wirkfläche wie der des Ventiltellers, jedoch in entgegengesetzter Kraftrichtung, ausgeglichen wird.

Hierdurch sind die Vorzüge des Einsitz- und die des Doppelsitzventils vereinigt, also beim Einsitz vollkommenes Tragen des Ventilsitzes und beim Doppelsitz die Entlastung des Ventils. Zusätzlich kommt noch der Vorteil hinzu, daß die Entlastungsmembran von einer vom Hinterdruck beaufschlagten Steuermembran über einen Steuerregler gesteuert, d. h. dem Hinterdruck entsprechend belastet werden kann. Ein Aufreißen des Regelventils ist also selbst beim Versagen des Steuerreglers unmöglich, da die Ausgleichsmembran nicht größer ist als der Ventilteller.

Weiterhin erstreckt sich die Erfindung darauf, daß zusätzliche Sicherheit und Regelbarkeit dadurch erreicht werden, daß eine weitere Membran vom Hinterdruck beaufschlagt direkt oder über einen Hebel zusätzlich auf das Reglerventil einwirkt und es öffnend oder schließend betätigt. Die Wirkung der zweiten Membran wirkt sich dann besonders günstig aus, wenn der Vordruck auf un- ⁸S gefähre Höhe des Hinterdruckes abfällt, wenn also nur geringe Steuerkräfte bzw. Ventilschließ- und Öffnungskräfte zur Verfügung stehen, d. h. wenn Ventil- und Ausgleichsmembrankraft sich im labilen Zustande befinden. Dann übernimmt die vom Hinterdruck beeinflußte Membran,, die durch ein Gegengewicht in Höhe des gewünschten Hinterdruckes belastet ist, das Regeln des Ventils. Bei Hinterdruckanstieg wirkt die Hinterdruckmembran zusätzlich schließend auf das Regelventil, was ein Durchschlagen des Vordruckes unmöglich macht.

Ein weiteres Erfindungsmerkmal in der Ausbildung des Steuerreglerventils besteht darin, daß der Steuerregler aus zwei Kammern besteht, die durch eine Ventilöffnung miteinander verbunden sind und das Vordruckventil mit dem Druck schließt, was als besonderer Vorzug hervorzuheben ist, da kein besonderer Schließdruck durch die Steuermembran erforderlich wird. Bei den bekannten Ausführungen werden vielfach die Ventilteller durch einen Stift, der durch die Ventilöffnung geführt ist, angehoben. Dies bedingt eine große Ventilöffnung, die bei hohen Vordrücken wiederum eine große Steuermembran erfordert. Das Verhältnis von Vordruckventilkraft zur Steuermembrankraft be- no einflußt den Verlauf der Regeldiagrammlinie, die um so günstiger wird, je größer das Kraftverhältnis zueinander ist. Die erfindungsgemäße Konstruktion läßt also die Wahl des kleinsten Ventildurchmessers zu. Ebenso gestattet diese Ventilausführung — besonders hochdruckseitig — die Verwendung einer elastischen Dichtung, die als undurchbrochene Scheibe in den Ventilteller eingelegt werden kann und somit absolut dichtet, während bei Ventilen, die durch die Ventilöffnung betätigt werden, nur metallische Abdichtung möglich ist, da der Ventilsitzdurchmesser verhältnismäßig klein ist. Metallische Dichtungen bieten keine Gewähr für Dichtheit, da sich die Gasunreinigkeiten auf die metallische Dichtfläche festsetzen und sich nicht eindrücken können.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht

darin, daß die Steuerventilhebel außerhalb des Gasraumes gelagert sind, wodurch ein Festsetzen der Ventilführung ausgeschlossen ist. Die hierzu

S erforderliche, an sich bekannte Abdichtung zweier Druckräume durch Metallfaltenbalge wird bei dem Erfindungsgegenstand ebenfalls als erfinderisches Merkmal hervorgehoben.

Durch die Herausführung der Ventilhebelenden

ίο aus dem Gehäuse in die Atomsphäre ist es auch möglich, in die Verbindungsstange zwischen Steuerreglerventil und Steuerreglermembran Spannschlösser einzubauen, die es gestatten, auch während des Betriebes eine Einregulierung des Membranhubes im Verhältnis zum Steuerreglerventilhub vorzunehmen und letzteren selbst auch einzustellen. Diese Einrichtung ist dadurch besonders vorteilhaft, daß die Außerbetriebsetzung des Reglers und der Ausbau von Konstruktionsteilen fortfällt und eine Feineinstellung des Reglers im Betriebszustand ermöglicht ohne Zeitverlust.

Einen weiteren Vorteil bietet die Herausführung der Steuerventilhebel in die Atmosphäre, weil gegebenenfalls ein Druckwellengeber an die Ventilhebelenden angebracht werden kann.

Weiterhin erstreckt sich die Erfindung in der Anordnung einer an sich bekannten Dämpfungseinrichtung in mittelbarer oder unmittelbarer Ver- bindung mit der Steuerreglermembran, wobei erstere bewirkt, daß die bei plötzlicher Zu- oder Abschaltung größerer Gasmengen entstehenden Staudruckstöße, die sich auch auf die Steuermembran übertragen, abgefangen werden, womit ein stoßweises öffnen und Schließen des Reglerventils vermieden wird, da sonst erneut Druckstöße auftreten, die sich periodisch wiederholen. Diese Dämpfungseinrichtung bringt aber eine unerwünschte Trägheit in die Steuerung des Reglers.

Zur Behebung dieses Mangels wird in dem Kolben oder in die Umgangsleitung des Zylinders ein Umlaufventil eingebaut. Bei Änderung der Bewegungsrichtung der Steuermembran werden Kolben und Zylinder gegeneinander bewegt, wobei das den Zylinder füllende Medium — vorzugsweise Glyzerin — durch das Ventil von der einen Kolbenseite zur anderen fließen muß. Das Ventil ist nun derartig ausgebildet, daß zwei Ventilteller durch einen Stift, der durch die Ventilöffnung führt, miteinander verbunden sind. Das Doppelventil ist an einer leichten, in beiden Bewegungsrichtungen wirkenden Druckfeder aufgehängt. Je nach der Druckhöhe der auftretenden Stöße schließt das Umlaufventil mehr oder weniger und bremst die Stoßwirkung ab, wodurch also auch der Steuerregler stoßfrei arbeitet. Im normalen Betrieb — also bei geringen Stoßen — kann eine ungehemmte Membraneinstellung erfolgen. Das gesteuerte Umlaufventil im Dämpfungskolben ist eines der wichtigsten Regelelemente, insbesondere für nicht fremd gesteuerte Gasdruckregler. Erst hierdurch wird ein gutes Regeldiagramm ohne Schaltspitzen erreicht.

Zum Erfindungsanspruch gehört auch noch die Anordnung eines an sich bekannten Sicherheitsventils, welches das Regelventil konzentrisch haubenartig umschließt und in dem an sich erforderlichen Gehäuseabschlußflansch Aufnahme findet. Durch diese Anordnung kommen die Kosten für das sonst erforderliche Sicherheitsventilgehäuse in Fortfall. Ferner wird an Gebäudeanlagekosten wesentlich dadurch eingespart, daß die Sicherheitsventileinbaulänge fortfällt, die im allgemeinen gleich der Reglereinbaulänge ist.

Üblich ist es, die Ventilführungsstange in gleitende Führungen zu lagern, die jedoch sehr schnell verschmutzen und ein einwandfreies Arbeiten der Regler oft in Frage stellen. Dieser Übelstand soll erfindungsgemäß dadurch behoben werden, daß die Ventilstange durch vorzugsweise drei radial mit der Führungsstange verbundene Zugbänder, Seile, Federn od. ä. am Gehäuse aufgehängt ist. Eine geringe Verlängerung der radial angeordneten Zugbänder ermöglichen die axiale Ventilbewegung. Ein Versagen dieser Ventilführung ist unmöglich.

Soll der Regler ohne Steuerregler ausgeführt werden, was bei geringeren Vordrücken in Frage kommt, so wird der Ventildruck über die Ventilstange durch eine Membran ausgeglichen, die in ihrer Wirkung gleich oder kleiner als die des Ventiltellers ist. Die Beeinflussung der Ausgleichsmembran geschieht über eine Leitung unmittelbar vom Vordruck. Da nun der Ventildruck mit seiner Entfernung vom Ventilsitz abfällt, muß auch der Druck auf die Ausgleichsmembran gesenkt werden. Dieses wird dadurch erreicht, daß die Beeinflussungsleitung bis kurz an den Ventilsitz herangeführt und das Mundstück der Leitung entsprechend ausgebildet wird. Im übrigen wird der Gasdruck durch eine vom Hinterdruck beeinflußte und Gewicht ausgeglichene Membran, die über ein Hebelsystem oder auch direkt auf den Ventilteller wirken kann, geregelt. Dieser Regler hat die gleiche Eigenschaft eines Doppelsitzreglers, also entlastete Ventilfläche und daher genau regelnd, jedoch gegenüber dem Doppelsitzregler den großen Vorteil, daß er nur eine Sitzfläche hat und demzufolge bei Nullkonsum vollkommen abdichtet, was bei einem Doppelsitzregler unmöglich ist.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Abb. ι zeigt einen Längsschnitt durch den Regler mit Steuerregler und Sicherheitsventil;

Abb. 2 stellt einen Regler ohne Steuerregler und ohne Sicherheitsventil dar. Die Möglichkeit des Sicherheitsventileinbaues auch bei diesem Regler ist punktiert angedeutet;

Abb. 3 zeigt den Dämpfungskolben mit Umlaufventil im Schnitt.

Das Gas tritt durch das Rohr 1 in das Reglergehäuse 2 ein und durch die Ventilöffnung 3 in das Ausgangsrohr 4. Der Regelventilteller S ist durch eine Ventilstange 6 mit der Ausgleichsmembran 7 verbunden. Die Wirkfläche der Membran 7 ist gleich oder etwas größer als die Wirkfläche des

Ventiltellers 5, so daß der auf dem Ventilteller 5 lastende Vordruck durch den auf die Membran 7 wirkenden Vordruck ausgeglichen wird. Da beim öffnen des Ventils die auf den Ventilteller 5 einwirkende Kraft kleiner wird, muß zum Ausgleich auch ein Teil des Vordruckes von der Membran 7 weggenommen werden.

Dies geschieht durch den vom Hinterdruck beeinflußten Steuerregler 15, der den Vordruck in der Leitung 8 je nach Bedarf reduziert. Die Membran 9 des Steuerreglers wird vom Hinterdruck beaufschlagt und durch eine Feder 10 je nach dem gewünschten Hinterdruck im Gleichgewichtszustand gehalten. Durch den Stab 11 werden über den Winkelhebel 12 und ein Verbindungsstück 13 die Hebel 14 des Steuerreglers 15 betätigt. Die Metallfaltenbalge 16 dienen als Abschluß gegen die Atmosphäre. Über die Leitung 17 kann der Vordruck durch das Steuerventil 18 einmal in die Ausgleichsdruckleitung 8 und/oder in die Hinterdruckleitung 19 treten. Wird beispielsweise der Hinterdruck zu hoch, so tritt der Hinterdruck durch die Leitung 20 unter die Steuermembran 9, hebt diese etwas an und betätigt über den Winkelhebel 12 und den Stab 13 die beiden Ventilhebel 14 derart, daß der Vordruckventilteller 21 schließend und der Hinterdruckventilteller 22 öffnend wirkt. Hierdurch wird der Druck auf die Ausgleichsmembran 7 reduziert, so daß der Vordruck auf dem Ventilteller 5 überwiegt und ihn in Drosselstellung bringt. Bei Hinterdruckabfall tritt die entgegengesetzte Wirkung ein.

Die vorgesehenen Spannschlösser 23 und 24 lassen eine Einregulierung der Stellung der Membran 9 zum Steuerreglerventilhub während des Betriebes zu. Die Ventilhebel 14 sind durch einen U-förmigen Bügel außerhalb des Ventilgehäuses drehbar gelagert.
Bei plötzlicher Zu- oder Abschaltung größerer Gasmengen tritt ein Staudruck bzw. ein Sog in der Leitung 4 ein, der sich über die Beeinflussungsleitung 20 auf die Steuermembran 9 stoßweise auswirkt und dann über das Steuerreglerventil 21 und über die Ausgleichsmembran 7 auf das Hauptventil 5 überträgt. Um diese störende Beeinflussung zu verhindern, ist auf dem Membranteller 9 ein Dämpfungszylinder 25 angebracht, der die Schaltstöße abfängt. Die Trägheit, die dieser Dämpfungseinrichtung zu eigen ist, wird durch Einbau eines Umlaufventils 26 beseitigt. Bei normaler, also mäßiger Bewegung der Membran 9 und mit ihr des Zylinders 25 wird der Flüssigkeitsdruck auf die Ventilteller 26 gering sein und das Ventil 26, das durch eine leichte Feder in Offenstellung gehalten wird, nur in geringem Maße drosseln, so daß stets ein Flüssigkeitsumlauf stattfinden kann und immer eine genaue Gasdruckregelung erzielt wird. Proportional den Druckstößen in beiden Bewegungsrichtungen wird sich das Ventil 26 von der Offenstellung bis zum Ventilabschluß selbsttätig einstellen.

Außerdem ist eine Hinterdruckregelmembran 28, die durch Feder und/oder Gewicht ausgeglichen ist, vorgesehen, die über ein Hebelsystem 29 auf die Ventilstange 6 und damit zusätzlich regelnd auf das Ventil 5 wirkt. Über die Drosselöffnung 30 steht die Membran 28 mit dem Hinterdruck in Verbindung. Bei Vordruckabfall auf ungefähre Höhe des Hinterdruckes stehen nur noch geringe Steuerkräfte zur Verfügung, so daß die Druckregelung sehr labil wird. Hier übernimmt die gewichtsbelastete Membran 28 die genaue Druckregelung.

Im Gehäuseabschlußdeckel 31 kann ein Sicherheitsventil 32 eingebaut werden, das das Regelventil S haubenartig umschließt. Vom Hebel 33, der gegen die Atmosphäre durch einen Metallfaltenbalg 16 abgedichtet ist, wird das Sicherheitsventil 32 über eine vom Hinterdruck beeinflußte Membran bei Gasüberdruck und bei Gasmangel betätigt.

An den außenliegenden Enden der Steuerventilhebel 14 kann in der Achsrichtung 13 eine Stellvorrichtung 35 angebracht werden, die von Hand oder mechanisch zu betätigen ist. Durch beispielsweise eine Federkraft 35 wird die Steuermembranfeder 10 entlastet, was eine Hinterdruckerhöhung zur Folge hat.

Der in Abb. 2 dargestellte Gasdruckregler ist ohne Steuerregler und ohne Sicherheitsventil.

Die Ventiltellerentlastung geschieht auch hier wie bei dem vorher beschriebenen Regler mit Steuerregler durch eine Ausgleichsmembran 40, die ungefähr gleich oder etwas kleiner als die Wirkfläche des Ventils 41 ist und direkt vom Vordruck über die Leitung 42 beeinflußt wird. Da beim öffnen des Ventils 41 eine Druckminderung auf der Ventiltellerfläche eintritt, muß diese entsprechend auch auf der Ausgleichsmembran 40 vorgenommen werden. Durch Anordnung der Membranbeeinflussungsleitung 42, deren Mundstück in der Nähe des Ventilsitzes 43 angeordnet ist, wird eine Druckminderung durch den dort auftretenden Sog erzeugt, der ungefähr proportional dem Druckabfall auf dem Ventilteller 41 ist.

Im übrigen wird die Druckregelung — wie vorher beschrieben — durch die Hinterdruckregelmembran 44 über ein Hebelsystem 45 auf die Ventilstange 46 und somit auf das Ventil 41 bewirkt.

In Abb. 3 ist eine auf der Membran 9 angeordnete Dämpfungseinrichtung dargestellt, die aus dem Kolben 36 und dem Zylinder 25 mit Flüssigkeitsfüllung sowie einem im Kolben angeordneten Doppelventil 26 besteht, das durch die Feder 27 in Mittellage gehalten wird.

Claims (4)

1. PATENTANSPKOCHE:

   r. Einsitzgasdruckregler mit einer Gasdruckregelung des Hinterdruckraumes und einer das Regelventil entlastenden und vom Vordruck beaufschlagten Membran, gekennzeichnet durch ein den Druck auf die Membran (7) regelndes, aus zwei durch eine Ventilöffnung (18) ver-

   bundene Gaskammern bestehendes Steuerventil (15) mit in die Gaskammern ragenden, die Ventilteller (21, 22) tragenden Ventilhebeln (14), welche beide mit ihren freien Enden, durch Metallfaltenbälge oder Membran (16) gegen die Atmosphäre abgedichtet, ins Freie ragen.
2. 2. Einsitzgasdruckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehpunkte der Ventilhebel (14) außerhalb der beiden Gaskammern liegen, daß die freien Enden der Hebel (14) mit einer vom Hinterdruck beeinflußten Stange (13) fest verbunden sind und daß die Stange (13) Spannschlösser (23, 24) aufweist, durch die der Hub der Ventile (21, 22) während des Betriebes verändert werden kann.
3. 3. Einsitzgasdruckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (5) von einem Sicherheitsventil (32) haubenförmig umschlossen wird und daß das Sicherheitsventil im Gehäusedeckel (31) geführt wird.
4. 4. Einsitzgasdruckregler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine in der Regeleinrichtung des Hinterdruckraumes angeordnete Schwingungsdämpfungseinrichtung, die aus Zylinder (25) und Kolben (36) mit Flüssigkeitsfüllung und einem im Kolben angeordneten Zweitellerventil (26) besteht, das durch Federn (27) in der Mittellage gehalten wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 767 466, 645 673, 833, 616 838, 616 061, 501 255.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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