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Druckwandler für Regler In, pneumatischen Steuer- und Regelanlagen,
wie sie in größerem Umfange in Dampfkraftwerken Verwendung finden, besteht vielfach
die, Notwendigkeit, einen Druckwandler zu ver%venden, der einen veränderlichen Eingangsdruck
pE in einen. zu diesem proportionalen Ausgangsdruck pA umformt. Der Proportionalitätsfaktor
zwischen pA und pE muß einstellbar sein und stellt in seinem Wert üblicherweise
eine ganze Zahl oder einen. Bruch dar. In dem Diagramm nach Fig. i sind beispielsweise
solche idealisierten Kennlinien aufgezeichnet, die' die Abhängigkeit des Ausgangsdruckes
pA vom Eingangsdruck pE bei den Proportionalitätsfaktoren z, i und 1/2 wiedergeben.
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Bekanntgeworden. ist ein Regler, der eine elektrische Kompensationswaage
aufweist. Zur Einstellung des Sollwertes dient eine Feder, deren eines Ende am Waagebalken
des Systems angreift, während das andere Ende einstellbar befestigt ist. Da sich
der Waagebalken praktisch nicht bewegt, liefert die Feder eine konstante Gegenkraft.
Eine Verstellung der Federvorspannung bewirkt eine Parallelverschiebung der Kennlinie.
Zur Änderung der Steilheit der Kennlinie sind Widerstände vorgesehen. Die erwähnte
Beeinflussung der Kennlinie erfordert somit die Bedienung mehrerer Einstellglieder,
was zu Fehleinstellungen führen kann. Die angestrebte Kennlinie kann im Einzelfall
nur durch probeweises Betätigen der Einstellglieder gefunden werden.
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Die Erfindung betrifft einen Druckwandler mit zwei über eine einstellbare
Übersetzung gegeneinander
ausgewogenen Meßwerken, dessen Ausgang
:nit federbelastetem Stell- oder Meßgliedern eines Regleis verbunden ist. Gemäß
der Erfindung ist mit der Vorrichtung zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses
ein Steuerglied verbunden, welches eine am Waagesystem angreifende Zusatzkraft derart
beeinflußt, daß die Kennlinie des Druckwandlers nicht nur gedreht, sondern gleichzeitig
übersetzungsabhängig verschoben wird, so daß die Drehung um einen außerhalb des
Unempfindlichkeitsbereichs der Kennlinie liegenden bestimmten Punkt erfolgt.
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Ein Anwendungsbeispiel für einen multiplikativen Druckwandler zeigt
Fig. 2. Der.Fühler i eines pneumatischen Reglers mißt den Dampfdruck in der Dampfsammelleitung
2 des Kessels 3. Der pneumatische Ausgangsdruck des Fühlers (Stelldruck) wirkt über
den multiplikativen. Druckwandler 4 auf pneumatische Stellmotoren 5, die die Brennstoffaufgabeeinrichtungen
6 so beeinflussen, daß der Druck in der Dampfsammelleitung konstant gehalten wird.
Der Dampfdruckregler sei dabei so eingestellt, daß einer bestimmten Druckabweichung
vom eingestellten Sollwert eine bestimmte Änderung des Stelldruckes zugeordnet ist.
Die Teile sind im einzelnen so aufeinander abgestimmt, daß sich bei Belastungsschwankungen
ein optimaler Verlauf der Übergangsfunktion ergibt. Wird nun aus irgendwelchen Gründen
(Störung) eine der Brennstoffleitungen 7 abgeschaltet, so würde bei der gleichen
Änderung des pneumatischen Stelldruckes vom Regler dem Kessel nur noch die halbe
Brennstoffmenge zugeteilt werden, wenn kein multiplikativer Druckwandler verwendet
würde. Der Regelungsvorgang würde dadurch verlangsamt werden und sich vom optimalen
Ablauf entfernen. Bei Verwendung eines multiplikativen Druck -andlers dagegen wird
durch Verstellung des Druckwandlers in dem gegebenen. Falle dem Eingangsdruck ein
doppelt so großer Ausgangsdruck zugeordnet, so daß die eine noch arbeitende Brennstoffaufgabevorrich.tung
6 nunnehr mit doppelter Fördermenge gefahren wird.
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In Fig. 3 ist der grundsätzliche Aufbau eines multiplakativen Druckwandlers.
dargestellt. Der Wandler besteht im wesentlichen aus den Balgensysternen 8 und g,
deren Kräfte über den Waagebalken io gegeneinander ausgewogen werden. Das Übersetzungsverhältnis
wird durch Verschiebung des Waagebalkendrehpunktes i i eingestellt: Dem Balgensystem
8 wird der Eingangsdruck pE zugeführt. Der Balgen übt damit eine dem Eingangsdruck
proportionale Kraft auf den Waagebalken aus. Das Balgensystem g besitzt zusätzlich
ein Doppelsitzventil 12. Der untere Raum des Ventils 13 ist mit einer Preßluftspeiseleitung
verbunden. Der Ausgangsdruck p,4 wird der Balgenkammer des Systems an der Stelle
14 entnommen. Der obere Verschlußkegel des Doppelsitzventils trennt die Balgenkammer
von einem Vorraum 15. ab, der ins Freie führt. Ist die Grundfläche der Balgensysterne
gleich groß, so ergibt sich bei gleich großen Hebelarmen am Waagebalken, daß der
Ausgangsdruck pA gleich dem Eingangsdruck pE ist. Der Drehpunkt i i des Waagebalkens
kann nach beiden. Seiten verschoben werden, so daß jeder erforderliche Proportionalitätsfaktor
einstellbar ist. Die Bedeutung der Teile 16 und 17, die bei den bisher bekannten
Druckwandlern nicht vorhanden sind, wird später erläutert.
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Der Ausgangsdruck üblicher pneumatischer Regler ändert sich meist
in Grenzen von o,15 bis i atü. Aus Gründen, die hier nicht maßgeblich sind, geht
also der Druck nicht vollständig bis auf Null herunter. Die obere Grenze ist durch
den Druck der Speiseleitung bestimmt, die meist Druckluft von 1 atü führt. Für die
eigentliche Regelung wird von den pneumatischen Verstellmotoren bekannter Bauart
nur ein Teil dieses Druckintervalles benutzt. Vielfach wird zum völligen Öffnen
und Schließen des Stellgliedes nur der Druckbereich von o,2 bis o,8 atü herangezogen.
Damit hat man die Sicherheit, daß auch in den Endstellungen des Stellgliedes noch
eine gewisse Stellkraft vorhanden ist und der gekrümmte Anfangsbereich der Reglerkennlinie
nicht ausgenutzt wird.
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Benutzt man nun einen im Bereich von o,15 bis i atü arbeitenden Regler
in. Verbindung mit einem Stellglied im Druckbereich von o,2 bis o,8 atü, so ergibt
sich bei Verwendung eines üblichen Druckwandlers kein befriedigendes Arbeitsverhalten.
Diese Tatsache sei im folgenden näher erläutert: Ist beispielsweise der Eingangsdruck
pE = 0,3 atü und das Übersetzungsverhältnis i : i, so wird das Stellglied
um ein Sechstel seines Maximalhubes verstellt. Ändert man nun das übersetzungsverhältnis
auf 1 :2, so verdoppelt sich der Ausgangsdruck, d. h.. pA ist gleich o,6 atü. Mit
diesem Druck erreicht man aber bereits vier Sechstel des Maximalhubes und nicht
eine Verdoppelung (zwei Sechstel), wie dies erwünscht wäre. Eine weite:e Schwierigkeit
ergibt sich daraus, daß der Ausgangsdruck des Reglers nicht ganz auf Null absinken
kann. Steht beispielsweise der Regler in einer Stellung, bei der sein Ausgangsdruck
eigentlich Null sein müßte, infolge seiner Unvollkommenheit aber etwa o,15 atü ist,
so macht das weiter nichts aus, solange das Proportionalitätsverhältnis i : i eingestellt
ist, weil ja der Stellmotor erst ab o,2 atü zu arbeiten beginnt. Wird aber jetzt
das Übersetzungsverhältnis. z. B. auf 1 : 3 umgestellt, so wird der Ausgangsdruck
durch den multiplakativen Druckwandler auf das Dreifache erhöht (o,45 atü), wodurch
das Stellglied die Hälfte seines Hubes erhält, während es eigentlich die Nullage
einnehmen sollte. Die Kennlinien gemäß Fig. 4 lassen erkennen, wie sehr ein richtiges
Arbeiten der Anlage unter diesen Umständen in Frage gestellt ist. Beachtenswert
ist in diesem Zusammenhang auch die Anfangskrümmung der Kennlinien. Benutzt man
die beiden Kennlinien mit dem Übersetzungsverhältnis 1 :3 und i : 2, so kann das
Stellglied seine zweite Endlage überhaupt nicht mehr erreichen, weil der Druck nicht
mehr unter o,2 atü absinkt.
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Wenn man den linearen Teil dieser mit bekannten Druckwandlern erzielbaren
Kennlinien zum Ursprung hin verlängern könnte, würden sie durch
den
Nullpunkt des Koordinatensystems laufen, der gleichzeitig der Drehpunkt bei Änderung
des übersetzungsverhältnisses ist. Die obenerwähnten Nachteile sind letzten Endes
durch die ungünstige Lage des Kennliniendrehpunktes bedingt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, multiplika.tive Druckwandler
der beschriebenen oder überhaupt üblichen Bauart so zu verbessern, daß die beschriebenen
Mängel beseitigt werden. Insbesondere soll dabei im gesamten Arbeitsbereich Proportionalität
zwischen Eingangsdruck und Ste.llgliedhub erreicht werden, indem die gekrümmten
Anfangsbereiche der Kennlinien aus dem Arbeitsbereich heraus verlegt werden.
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Der Drehpunkt für die Kennlinien soll also in ein Gebiet gelegt werden,
das Ausgangspunkt für den aussteuerbaren Bereich der Kennlinien ist.
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Erfindungsgemäß geschieht dies durch ein einziges Einstellglied mittels
einer vom eingestellten Übersetzungsverhältnis abhängigen Zusatzkraft, die von solcher
Größe ist, daß die Kennlinien des Druckwandlers nicht nur gedreht, sondern gleichzeitig
auch übersetzungsabhängig parallel verschoben werden.
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Diese Zusatzkraft kann beispielsweise gemäß Fig. 3 durch eine Feder
16 auf den Waagebalken ausgeübt werden, wobei sich die Feder gegen eine mit dem
Lager des Waagebalkendrehpunktes verbundene Kurvenscheibe 17 abstützt. Diese
Kurven: scheibe gibt der Feder eine solche Vorspannung, daß die beim jeweiligen
Übersetzungsverhältnis benötigte Zusatzkraft erhalten wird. Während durch das Vorhandensein
der Feder an sich die Kennlinien in bestimmter Weise gedreht werden, werden sie
zusätzlich durch .die Kurvenscheibe jeweils so verschoben, daß der Punkt pE
= pA = o,2 atü bei allen Übersetzungsverhältnissen erhalten. bleibt (Fig.
5). Die Kennlinienschar zeigt nunmehr innerhalb des Arbeitsbereiches, d. h. ab o,2
atü, ein genau geradliniges Verhalten. Die Zusatzkraft kann auch auf jede andere
beliebige Art erzeugt werden, wenn sie nur die an sie gestellten Bedingungen erfüllt.