NO761195L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og apparat for

styring av det volumetriske

forhold mellom blandede gasser.

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og et apparat for visuelt å indikere det volumetriske forhold mellom to eller flere gasser, som tillater at forholdet lett innstiller seg eller varieres etter ønske, og holder det instilte visuelle forhold uavhengig av den totale strømningshastighet også 'når den totale strømningshastighet varieres.

Det er kjent å måle blandingsforholdet for to gasser ved innføring av hver gass i motsatte ender av et horison-talt anordnet porøst rør som inneholder en bevegelig kule. Stillingen for kulen i røret er proporsjonal med forholdet mellom gassene. Hvis røret er optisk transparent, kan det lett justeres på for forskjellige benyttede gasser for å tilveiebringe en visuell indikasjon av blandingsforholdet mellom gassene. Dette prinsipp er blitt tilpasset i den senere tid i et forsøk på å tilveiebringe en billig fremgangsmåte for visuell indikasjon av forholdet mellom to gasser som strømmer inn i motsatte ender av et porøst rør. Et blandekammer er anordnet rundt det porøse rør for opptak av sammenblanding av gassene som føres til hver side av kulen. Innstilling av forholdet mellom de benyttede gasser gjennomføres ved struping av minst en av innløpsgassene. Dette vil bevirke at kulen -beveger seg og inntar en ny stilling i røret, som viser et nytt forhold. Så lenge den totale blandede

gasstrøm forblir i det vesentlige konstant, vil stillingen for kulen i røret gi en i det vesentlige nøyaktig visuell måling av det volumetriske forhold for gassene i den totale blanding. Hvis imidlertid den totale blandingsgasstrømhastighet forandres til en ny hastighet, kan strupemekansimen benyttes for å føre tilbake stillingen for kulen slik at røret vil gi et nøyaktig forhold uten modifikasjon av den opprinnelige kalibrering.

For de fleste praktise anvendelser er det imidler tid vesentlig at det volumetriske forhold mellom gassene forblir i det vesentlige konstant selv hvis blandingsgasstrømmen krever en forandring. Ved elektrisk sveising f.eks., er det nødvendig å beskytte buenB arbeidsområde med et beskyttelsesmedium som kan utgjøres av en blanding av karbondioksyd og argon, og forholdet mellom hver gass i blandingen og den totale blandingsgasstrøm avhenger av arbeidsbetingelsene- og brukerens ønske. Således er det ikke bare nødvendig at forholdet mellom gassene skal være innstillbar, men det er også nødvendig at den totale blandede gasstrøm er innstillbar og fortrinnsvis under manuell kontroll av brukeren. For flerbuesveising er det totale blandede gasstrøm-behov avhengig av antallet buer i drift til ethvert tidspunkt, og den valgte gasstrøratilførsel for hver bue. For riktig drift må derfor apparatet kun gi den ønskede gassblanding og kunne holde den ønskede blanding under varierende behovsbetingelser for blandingsgasstrømmen.

Foreliggende oppfinnelse unngår vanskelighetene som tidligere var forbundet hermed ved bruk av et transparent porøst rør med en bevegelig kule for tilveiebringelse av en synbar indikasjon av blandingsforholdet mellom to eller flere gasser uavhengig av den totale blandingsgassens strømningshastighet. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for opprettholdelse av det volumetriske forhold mellom gassene uavhengig av den totale strømnings-hastighet for blandet gass omfatter: føring av en første av gassene fra en kilde til en ende av et langstrakt hult porøst rør som inneholder en fritt bevegelig kule,

føring av en andre av gassene fra en kilde til den motsatte ende av røret,

inneslutning av røret i et kammer for opptak og blanding av gassene,

regulering av trykket til den første gass til et forutbestemt sted.i forhold til den ene ende av røret,

regulering av trykket for den andre gass med eiet regulerte trykk til den første gass og ved et forutbestemt sted i forhold til den motsatte ende av røret slik at trykkforskjell 'len mellom det regulerte trykk og trykket på hver side av kulen i røret er lik for en forutbestemt kuleplassering langs lengden av røret, og

på en styrt måte å begrense strømmen av minst den første gass til rører for å innstille forholdet mellom gassene og sammensvarr hermed plasseringen av kulen i røret.

Apparatet ifølge oppfinnelsen for på en styrbar måte å'regulere det volumetriske'forhold mellom to eller flere blandede gasser uavhengig av den totale blandede•strømningshastighet omfatter:

et langstrakt hult, porøst rør,

en kule som er fritt bevegelig i det porøse rør mellom de motsatte ender av røret,

en kilde av en første gass,

innretninger for tilførsel av den første gass til

en ende av røret,

innretninger for regulering av utgangstrykket for den første gass ved et forutbestemt sted i forhold til den ene ende av røret,

en kilde av en annen gass,

innretninger for tilførsel av den andre gass til

den'motsatte ende av røret,

innretninger for regulering av utgangstrykket for den andre gass med et regulert utgangstrykk for den første gass og ved et sted i forhold til den motsatte ende av røret slik at trykkforskjellen mellom det regulerte trykk for hver gass og trykket på hver side av kulen holdes i det vesenlige likt for en forutbestemt kuleplassering langs lengden av røret,

innretninger for styrbar.' begrensning av strømmen av i hvert fall den første gass til røret for å innstille plasseringen av kulen i røret,

et kammer som omgir det porøse rør for opptak og

blanding av gasstrømmen fra røret, og

en eller flere strømningsmålere eller andre strøm-ningsregulerende innretninger som er forbundet med utgangen av kammeret for indikasjon eller regulering av den totale blandings-gass-strømningshastighet.

Det er således en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for regulering og opprettholdelse av den volumetriske forhold mellom minst to- gasser uavhengig av den totale blandingsgass-strømningshastighet.

Det er videre en hensikt å tilveiebringe et apparat som visuelt vil angi forholdet mellom gassene som blandes og tillate at forholdet manuelt kan innstilles -uavhengig av den blandede totale strøm.

Disse andre hensikter vil fremgå av den følgende beskrivelse av et utførelseseksempel, som er fremstilt på tegning-ene, som viser: fig. 1 et skjematisk riss av et typisk flerbuegass-strømningsreguleringssystem omfattende apparatet ifølge oppfinnelsen, og

'fig. 2 et diagram som.illustrerer typiske kurver ved'forskjellige gassforhold for reguleringsapparatet som er vist på fig. 1, hvor de uttrukne linjer viser driften i samsvar med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og til sammenligning kurver som viser den tidligere kjente teknikk med stiplede linjer.

På tegningens fig. 1 er det vist et langstrakt sylindrisk rør T som inneholder en fritt bevegelig kule B. Kulen B har en diameter som.i det vesentlige er.lik den indre diameter for røret T slik at den virker som en bevegelig skillevegg som oppdeler røret T i separate seksjoner som hver har en lengde som avhenger av stillingen for kulen i røret. Enhver annen bevegelig skillevegg vil også være tilfredsstillende. Røret T må være porøst for å tillate at gass kan passere fra begge sider av kulen inn i det omgivende kammer C. Med uttrykket "porøs" er det "ment å omslutte en vilkårlig fordeling av et st.ort antall små porer eller hull i røret T, en serie 'borede hull eller et opp-slisset rør. På tegningen -er det som eksempel vist røret T med en rekke borede hull H. I tillegg bør røret T være transparent hvis det er ønskelig med en synlig indikasjon av blandingsforholdet mellom de tilførte gasser. Da oppfinnelsen ikke .er be-grenset til spesielle gasser, er inngangsgassene antydet bare som gass x og gass y, som tilføres til respektive innløpsender 10 og 12 i røret T. Røret T bør imidlertid være kalibrert for det spesielle sett gasser som skal blandes'slik at en nøyaktig angivelse eller avlesning av forholdet mellom gassene lett kan gjennomføres slik det forklares nærmere nedenfor.

Gass x og gass y passerer inn i det omgivende kammer C gjennom de åpne hull H på hver side av kulen B. Gassene samblandes i kammeret C og føres til bruksstedet som på fig. 1 utgjøres av flere sveisestasjoner 14, 16, 18 og 20. Hver sveise-stasjon 14, 16, 18 og 20 inbefatter en uavhengig innstillbar ventil 22, 24, 2"6 og 28 for uavhengig driftskontroll over gass-strømmen til hver bue. Det er også foretrukket å benytte separate strømningsmålere for å indikere strømningshastigheten for blandet gass til hver av. stasjonene. Følgelig bestemmes den totale blandingsgasstrøm ved enkel summering og vil avhenge av antall sveisestasjoner som er i drift i et gitt tidspunkt og den in-dividuelle innstilling av gasstrømmen for hver stasjon.

Gass x tilføres fra en egnet forrådskilde 30 til innløpsenden 10 på røret T gjennom en innstillbar trykkregulator 32 og gjennom en innstillbar gasstrømbegrensningsinnretning 34. På samme måte tilføres gass y fra en egnet forrådskilde '10 til den motsatte innløpsende 12 på røret T gjennom en trykkregulator 42 og en innstillbar gasstrømningsbegrensningsinnretning 44. En gasstrømbegrensingsinnretning som egnet seg ved foreliggende oppfinnelse inbefatter enten en fast åpning eller en innstillbar ventil. Stiplede linjer mellom kontrollregulatoren 32 og 42 og mellom begrensningsinnretningene 34 og 44 indikerer at de kan sammenkobles av grunner som forklares nedenfor. •

Det er kjent at det for dynamisk å stabilisere kulen slik at den forblir -på et fast sted et eller annet sted i røret T mens gass kontinuerlig strømmer inn i røret gjennom hver av innløpsåpningene 10 og 12 at det kreves bare at trykket Pl på en side av kulen B er lik trykket P2 på den motsatte side av kulen B. Herved vil strømmen av den ene gass x sammenlignet med strømmen av den andre gass 'y være proporsjonal med antaller åpninger H som er udekte på hver side av kulen B. Forholdet mellom gasstrømmene vil fremgå av plaseringen av kulen B i røret T. I realiteten vil ethvert sett av betingelser mellom hver innløpsåpning 10 og 12 og de tilsvarende forrådskilder 30 og 40 som vil bevirke at kulen står stille i røret, også nødvendigvis ha resultert i at Pl er lik P2 for kuieplassering. Likeledes vil når en stabil plassering er oppnådd, den stabile stilling kunne forflyttes langs røret ved struping av gasstrømmen i et eller begge av innløpene 10 og 12. Følgelig vil man ha et ufullstendig system som svarer til den kjente teknikk som bare innbefatter innføring av gass x og gass y ved relative vilkårlige trykk med minst en strupeventil nedstrøms for hver kilde. Strupe-ventilen benyttes for å innstille plasseringen av kulen i røret T som-så kan kalibreres i prosentforhold på de spesielle gasser som skal blandes. Typiske kurver som viser reaksjonen for et slikt system for argon - CC^-blandinger under- forskjellige strøm-ningsbetingelser er vist med stiplede linjer på fig. 2. Det skal bemerkes at når kulen er plassert for et spesielt forhold vil plasseringen for kulen som indikerer gassf orholdet, variere vesentlig med variasjoner i den totale blandingsgasstrømningshastighet.

Man har 'nu funnet at forholdet mellom gassene kan holdes i det vesentlig uavhengig av den totale gasstrøm ved å tilveiebringe et visst kritisk forhold mellom trykkene som utøves på gassene ved et hvert gitt sted i forhold til hver motsatt ende av røret T og mellom gasstrykkene ved slike steder og trykket på hver side av kulen B i røret T. Det er således vesentlig for foreliggende oppfinnelse at et første forutbestemt trykk.P3 etab-leres på en av de tilførete gassers, f.eks. gass x. Dette kan gjennonføres ved bruk av trykkregulatoren 32. Det er så fundamen-talt for foreliggende oppfinnelse at trykket P4 til gassen y holdes i det vesentlige -lik trykket P3 selvom den absolutte verdi for trykket kan variere. Trykket P4 kan tilveiebringes ved bruk av trykkregulatoren 42. For å holde det faste trykkforhold mellom P3 og P4, kan trykkregulatorene 32 og 42 kobles til hverandre slik at enhver variasjon i trykket P3 automatisk vil bevirke en tilsvarende trykkforandring i trykket P4. Ved å koble trykkregulatorene til hverandre for å tilveiebringe et bundet forhold mellom regulatorene er velkjent.

Det andre krav for det' kritiske forhold er å holde trykkforskjellen P3-P1 lik -trykkforskjellen P4-P2. Dette sikres bare ved å tilfredsstille det primære krav at ?3 skal være lik P4 for en hver forutbestemt stabil stilling for kulen i røret T. Imidlertid må den stabile stilling for kulen B i røret T være innstillbar for en praktisk brukbar innretning. Følgelig kan kulen B forflyttes i sideretriing i begge retninger fra sin stabile retning til en ny stabil stilling ved innsetting av en fast åpning i enten gassledningen 36 eller 46 til et sted ned-strøms for de regulerte trykkene P3 og P4. Alternativt kan kulen B flyttes om en 'variabel størrelse i hver retning fra sin stabile stilling ved innsetting av en variabel åpning i stedet for en fast åpning. En innstillbar ventil 34 og 44 er vist på fig. 1 og viser de- variable åpninger. Det er imidlertid viktig at bruken av en eller begge ventiler 34 og' 44 ikke forstyrrer det. kritiske forhold som bestemmes av trykkforholdet, nemlig at oppstrømstrykkene P3 og P4 til hver av ventilene 34 og 44 er det samme selvom det absolutte oppstrømstrykk kan variere. For full kontroll over området kan den innstillbare ventil 34 forbindes til den innstillbare ventil 44 slik at økning av en ventil fra maksimalt åpnet til fullstendig lukket, ville resultere i en tilsvarende lineær innstilling•av den andre ventil, men i omvendt forhold fra fullt lukket til maksimal åpnet stilling;

Den første plassering av - kulen er fortrinnsvis nær sentrum av røret T slik at dennes stilling vil utgjøre en 50- 50% blanding mellom gass x og gass y. For en ventildrift bør dette gjennomføres med ventilen fullt åpen slik at portgjennomgangen som forbinder hver trykkregulator med røret T, vil gi tilnærmet like trykkfall for like gasstrømmer. Således vil det bare være nødvendig å innstille en trykkregulator, f.eks. trykkregulatoren 32, til et ønsket trykk P3 og den andre regulator 32, kan innstilles til kulen befinner seg nær sentrum av røret T. Når innstil-lingen er gjennomført, vil P4 være lik P3, og trykkfallet på

hver side av kulen B vil være det samme. Det skal forstås at trykkene P3 og P4 kan settes lik hverandre for enhver kuleplassering i røret T med ventilen i en annen stilling enn helt åpen. Deretter kan røret T kalibreres i et prosentforhold for å tilveiebringe en kontroll over blandingsforholdet mellom de tilførte gasser. For dobbel ventildrift kan det oppnås prosent forhold fra 100-0 til 0-100 ved alternativ innstilling av hver ventil fra helt åpen til helt lukket.

Når det kritiske forhold mellom trykkene P3 og P4 er innstilt, vil apparatet avgi blandingsforhold uavhengig av den totale strømningshastighet. De typiske kurver for argon-karbondioksydblandinger er vist på fig. 2 ved uttrukne linjer og er i det vesentlige flate for hver av fcrholdsangivelsene og indikerer derved uavhengighet av den totale strømningshastighet. En matematisk analyse som bekrefter det oppdagede kritiske forhold, skal angis i det følgende.

Hvis strømmen av hver gass er underkritisk har man følgende strømningsligning:

Q = C F p PDK

hvor Q = strømningshastigheten i kubikkfot/time

C = en konstant som er avhengig av gassen F = åpnmgsflaten i tommer<2>

p = åpningskoeffisienten

P^= trykket på hver side av kulen

K = en funksjon av

hvor P er trykket oppstrøms

for hver ventil.

Hvis oppstrømstrykket for hver ventil er det samme og nedstrømstrykket på hver side av kulen er det samme, vil funk-sjonen K være den samme for hver gass. Konstanten C er tilnærmet den samme for de fleste gasser unntatt hvor de varierer sterkt i tetthet. Derved kan strømmen for gass x (Qx) og strømmen for gass y (Qy) skrives på følgende måte:

Når blandingsforholdet mellom gass x og gass y således er tilveiebragt, kan den totale strøm bli forandret vilkårlig uten å påvirke forholdet. Det kan f. eks. antas at gass >: er argon og gass y er C0?og at ventilene innstilles for et blandingsforhold 75%/25/S ved 100 drrr/time. Strømningshastigheten for COp vil være 25 dm^/time og strømningshastigheten for argon vil være 75 dm /time som resulterer i et konstant forhold Qx/Qy på 3-Hvis den totale strømningshastighet ble øket til 200 dm^/time, ville strømningshastigheten for C0p øke til 50 dm^ og argon til 150 dm 3 /time med forholdet Qx/Qy fremdeles på 3- Det absolutte nedstrømstrykk på hver . side av kulen tillates å forandre seg og det absolutte oppstrømstrykk fra hver ventil tillates å forandre seg, men oppstrømstrykkene vil forbli like i forhold til hverandre og beholde det samme trykkefall på hver side av kulen.

Nivået for røret T påvirker forholdet som må av-leses ved å bevirke at kulen B skyves i retning av skråhelning. Dette kan benyttes som en kompensasjonsmekanisme for tilveiebringelse av en lett skråstilling som en motvekt i slike tilfelle hvor en vesentlig variasjon ikke gasstettheten eksisterer. I de fleste praktiske tilfelle er imidlertid foretrukket at røret T holdes på et jevnt nivå.

Claims (10)

1. ■1. Fremgangsmåte for regulering av det volumetriske

   forhold mellom minst to gasser uavhengig av den totale blandede strømningshastighet, karakterisert ved at den omfatter følgende trinn:

   føring av en første gass fra en kilde inn i en ende av et langstrakt hult porøst rør som inneholder fritt bevegelige kuler',

   føring av en annen gass fra en kilde til den motsatte ende av' røret,

   irmeslutting av rør-et i et kammer for opptak og blanding av gassene,

   regulering av trykket i den første gass til et forutbestemt sted i forhold til den ene ende av røret,

   regulering av trykket i den andre gass med det regulerte trykk fra den første gass og til et forutbestemt sted i forhold til den motsatte ende av røret slik at trykkforskjellen mellom det regulerte trykk og trykket på hver side av kulen i røret er likt for- en forutbestemt kuleplassering langs lengden av røret, og at det på en regulerbar måte begrenser strømmen av minst den første gass til røret for å innstille forholdet mellom gassene cg følgelig plasseringen av kulen i røret.
2. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved ' at strømmen av såvel den første som av den andre gass begrenses regulerbart i et omvendt forhold i forhold til hverandre for å øke innstillingsornrådet for kulen i røret .
3. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakt er i' s-e r t ved at trykket i den andre gass reguleres med trykket til den første gass ved bruk av'en kontrollregulator som reagerer på trykket til den første gass.
4. 4. Fremgangsmåte ifølge krav 3>karakterisert ved at trykket i den første gass reguleres nedstrøms for kilden av den første gass og at trykket i den andre gass reguleres nedstrøms for kilden av den andre gass med hver av de forutbestemte plasseringer i forhold til enden av rørene i det vesentlige lik.
5. 5- Apparat for innstillbar- regulering av det volumetriske forhold mellom to eller flere gasser uavhengig av den totale blandingsstrømningshastighet, karakterisert ved at det omfatter et langstrakt hult porøst rør,

   en kule som er fritt bevegelig i det porøse rør mellom de motsatte ender av røret,

   en kilde av en første gass,

   innretninger for tilførsel av den første gass til den ene ende av røret,

   innretninger for regulering av inngangstrykket for den første gass ved' et forutbestemt sted i forhold til' den ene ende av røret,"

   en kilde av en annen gass,

   'innretninger for tilførsel av den andre gass til den motsatte ende av røret,

   innretninger for regulering av inngangstrykket for den andre gass med det regulerte inngangstrykk for den første gass og ved et sted i forhold til den motsatte ende av røret slik at trykkforskjellen mellom det regulerte trykk for hver gass og trykket på hver side av kulen holdes i det vesentlige lik for en forutbestemt kuleplassering langs lengden av røret,

   innretninger for på en regulerbar måte å begrense strømmen av minst den første gass til .røret for å innstille stillingen til kulen i røret,

   et kammer som omgir det porøse rør for opptak og samblanding-av gasstrømmen -fra føret, og

   minst én strømningsmåler som er forbundet med utgangen fra kammeret for indikasjon og innstilling av den totale blandingsgasstrømningshastighet.
6. 6. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved at innretningen for regulerbar begrensning av strømmen av den første gass er en åpning med 'forutbestemt diameter.
7. 7. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved at innretningen for kontrollerbar begrensing av strømmen av den første gass er en innstilbar ventil.
8. 8. Apparat ifølge krav 7, karakterisert

   .ved at det omfatter en ytterligere innstillbar ventil for kontrollerbar begrensing av strømmen av den andre gass.
9. 9. Apparat ifølge krav 8, karakterisert ved at den innstillbare ventil for hver gass er sammen-koblet for felles innstilling for således å tilveiebringe et inverst strømningsforhold mellom den første og den andre gass.
10. 10. Apparat ifølge krav 7, karakterisert ved at reguleringsinnretningen for hver gass er en kontrollregulator med kontrollregulatoren for den andre gass koblet til kontrollregulatoren for den første gass.