DE3828002C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein pneumatisch arbeitendes Gas- Druckregelgerät, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Gasdruck-Regelgerät ist in der US-Patentschrift 33 60 198 beschrieben.

Bei diesem Gas-Druckregelgerät besitzt der Regler ein mit einer Membran zusammenarbeitendes Verschlußglied, das den Stelldruck für das Stellgerät verändert. Dabei besitzt dieses Verschlußglied bzw. die Membran einen Abstandsbolzen, der auf eine darunterliegende Membran wirkt, die in der Fläche größer ist. Abgesehen davon, daß bei dieser Ausbildung die beiden Membranen nicht fest miteinander gekoppelt sind, hat diese größere Membran die Aufgabe, zu verhindern, daß evtl. Druckerhöhungen zwischen diesen beiden Membranen auf die Membran des Verschlußgliedes durchschlagen mit der Folge, daß diese anfängt zu flattern.

Bei dem Gas-Druckregelgerät der eingangs genannten Art handelt es sich um ein solches, bei dem die Öffnung des Stellgliedes des Stellgerätes dadurch erreicht wird, daß der Stelldruck durch den Regler unter den Wert des Eingangsdruckes herabgesetzt wird; dies bedeutet, daß der vom Regler erzeugte Stelldruck an die Eingangsseite gekoppelt ist. Änderungen des Eingangsdruckes haben also auch Stelldruckänderungen zur Folge, was wiederum eine unerwünschte Änderung des Ausgangsdruckes bewirkt.

Die Regelgenauigkeit eines derartigen Reglers wird nun danach bemessen, inwieweit er in der Lage ist, den Ausgangsdruck unabhängig von Änderungen des Eingangsdruckes konstant zu halten. Um dies zu erreichen, ist bekannt, einen derartigen Regler mit einer Hilfsdruckstufe zu versehen, die die Aufgabe hat, Änderungen des Eingangsdruckes so zu kompensieren, daß derartige Änderungen des Eingangsdruckes nicht auch zu Änderungen des Ausgangsdruckes führen.

Gas-Druckregelgeräte mit einer derartigen Hilfsdruckstufe sind bauaufwendig und damit teuer.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, den Ausgangsdruck eines Gasdruckregelgerätes auch bei Änderungen des Eingangsdrucks konstant zu halten, ohne daß hierfür der Einsatz einer zusätzlichen Hilfsdruckstufe erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst.

Aus dem Buch "Der Regler" von Prof. Dr.-Ing A. Kühlenkamp Deutsche Verlags-Anstalt, 1963, Seiten 71, 72 sind Druckregler mit hydraulischen und pneumatischen Verstärkern bekannt.

Das Verstärkerventil selbst besteht aus einer mit der Membran verbundenen Prallplatte und einer im Gehäuse fest angeordneten Düse bestimmten Querschnittes und ist mit dem Stelldruck beaufschlagt.

Durch die Vergrößerung der wirksamen Fläche der Membran, die der auf der Seite des Verstärkerventils angeordneten Membran gegenüberliegt, wird erreicht, daß durch den zwischen den beiden Membranen befindlichen Druck eine Kraft erzeugt wird, die der durch das Verstärkerventil erzeugten und auf die andere Membran wirkenden Kraft entgegengesetzt ist. Voraussetzung für den Druckaufbau zwischen den Membranen ist, daß die Abströmleitung Drosselfunktion hat.

Da sowohl diese Kraft, als auch die von dem Verstärkerventil auf die Membran aufgebrachte Kraft von der Höhe des Eingangsdruckes und damit des Stelldruckes abhängt, wird bei der Wahl einer entsprechenden Differenz der beiden Membranflächen eine Kompensation der beiden Kräfte stattfinden, was zum Ergebnis hat, daß bei einer Änderung des Eingangsdruckes eine Änderung des Ausgangsdruckes nicht stattfindet.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist die zweite Drossel einstellbar. Hierdurch wird eine Feinabstimmung des Druckausgleichs ermöglicht, weil sich hierdurch der Druck zwischen dem Doppelmembransystem durchflußabhängig und damit stelldruckabhängig verändern läßt und somit Toleranzeinflüsse bei den Membranflächen ausgeglichen werden können.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform eines derartigen Gas-Druckregelgerätes dargestellt.

Das Gasdruckregelgerät 1 besteht aus einem in der Regelstrecke angebrachten Stellgerät 2, sowie einem Regler 3, der mit dem Stellgerät 2 durch die Stelldruckleitung 4 verbunden ist. Das Steuergas für die Energieversorgung des Reglers 3 wird an der Eingangsseite des Gasdruckregelgerätes 1 entnommen und durch die Leitung 5 über die erste Drossel 6 dem Regler 3 zugeführt; über die Abströmleitung 7 wird das Steuergas an der Ausgangsseite wieder abgeführt.

Das Stellgerät 2 besteht aus dem Stellglied 8, das mit der Stellmembran 9 verbunden ist.

Die Stellmembran 9 wird auf ihrer Unterseite 9a mit dem Eingangsdruck Pe beaufschlagt; auf die Oberseite 9b dieser Membran wirkt der Stelldruck Pst. Der Stelldruck ist geringer als der Eingangsdruck Pe, da er über die Drossel 6 auf die Oberseite 9b der Membran 9 geführt wird. Das Stellglied 8 öffnet, wenn die Differenz zwischen Eingangsdruck und Stelldruck einen bestimmten Wert überschreitet.

Der Regler 3 besteht im wesentlichen aus einem insgesamt mit 10 bezeichneten Doppelmembransystem, das aus zwei übereinander angeordneten Membranen 11 und 12 besteht, die fest miteinander verbunden sind. Der Membran 12 sind hierbei ein insgesamt mit 13 bezeichnetes Verstärkerventil zugeordnet. Dabei wirkt der Stelldruck Pst auf eine von der Düse 18 vorgegebene Fläche AD auf die mit der Membran 12 verbundene Prallplatte 14 ein. Von außen steht das Doppelmembransystem 10 einerseits unter dem Ausgangsdruck Pa und andererseits der Kraft FF der Sollwertfeder 15. Hierbei stellt der Ausgangsdruck Pa den Ist-Wert dar, der mit dem durch die Sollwertfeder 15 vorgegebenen Sollwert verglichen wird. Differenzen zwischen Soll- und Ist-Wert führen durch Änderung der Offenstellung des Verstärkerventils 13 zu einer erforderlichen Stelldruckbeeinflussung und damit letztendlich zur jeweils erforderlichen Offenstellung des Stellgliedes 8.

Für die Erläuterung der Funktionsweise des Reglers wird zunächst davon ausgegangen, daß die wirksamen Flächen der Membranen 11 und 12 des Doppelmembransystems 10 gleich groß sind. Da sich die Wirkungsrichtung des Stelldruckes im Verstärkerventil 13 zur Wirkungsrichtung der Sollwertfeder 15 addiert, ist der Gleichgewichtszustand des Reglers dann gegeben, wenn der auf die Prallplatte 14 wirkende Stelldruck (Pst × AD) und die Kraft FF der Sollwertfeder 15 gleich der Kraft ist, die von dem Ausgangsdruck Pa auf die Membranfläche AM der Membran 12 erzeugt wird; d. h. es gilt die Formel

Pa × AM = FF + Pst × AD

für den Gleichgewichtszustand.

Aus dieser Formel ist erkennbar, daß mit einer Änderung des Stelldrucks Pst, die mit einer Änderung des Eingangsdruckes Pe einhergeht, zwangsläufig auch eine unerwünschte Änderung des Ausgangsdruckes Pa verbunden ist.

Um dieses zu verhindern, muß eine zusätzliche Kraft erzeugt werden, die drei Bedingungen erfüllen muß:
sie muß gegen die Kraft gerichtet sein, mit der der Stelldruck die mit der Membran 12 verbundene Prallplatte beaufschlagt;
sie muß vom Betrag her so groß sein wie die durch das Verstärkerventil 13 auf die Membran 12 aufgebrachte Kraft (Pst × AD);
sie muß sich ebenfalls in Abhängigkeit des Eingangsdruckes verändern.

Der Ausgangspunkt für Überlegungen, die zur Erzeugung einer derartigen Kraft führen, ist, daß über die Drossel 6 dem Stelldruckraum 17 bei höherem Eingangsdruck Pe mehr Gas zuströmt, das über das Verstärkerventil 13 und die Abströmleitung 7 wieder der Ausgangsseite zugeführt werden muß. Wird nun in die Abströmleitung 7 eine zweite Drossel 16 eingebaut, erzeugt sie zwischen den Membranen einen Staudruck P, dessen Höhe abhängig ist von der abströmenden Gasmenge und somit abhängig ist von der Höhe des Eingangsdruckes bzw. des Stelldruckes. Es ergibt sich dann, daß sich der Druck P zwischen den Membranen 11 und 12 stelldruckabhängig verändert. Wenn nun die Membran 11 eine um ΔAM größere wirksame Fläche erhält als die Membran 12, (ΔAM=AM 11-AM 12), dann entsteht aufgrund des Druckes P in dem Raum zwischen den beiden Membranen 11 und 12 eine Kraft, die gegen die Kraft gerichtet ist, die vom Stelldruck auf die mit der Membran 12 verbundene Prallplatte 14 ausgeübt wird. Eine Kompensation des Eingangsdruckes bzw. des Stelldruckes erfolgt unmittelbar dann, wenn folgende Formel gilt:

P × ΔAM = Pst × AD.

Durch die Anordnung einer einstellbaren Drossel 16 in die Abströmleitung 7 kann der Druck zwischen den Membranen 11 und 12 beeinflußt werden, so daß hierdurch auf einfache Weise eine Feinabstimmung des Druckausgleichs möglich ist.

Claims (4)

1. Pneumatisch arbeitendes Gas-Druckregelgerät, bestehend aus einem Stellgerät (2) und einem Regler (3), wobei das Steuergas für die Energieversorgung des Reglers (3) an der Eingangsseite des Gas-Druckregelgerätes entnommen, dem Regler (3) über eine erste Drossel (6) zugeführt und durch eine Abströmleitung (7) abgegeben wird, und daß der ein Doppelmembransystem enthaltende Regler (3) über eine zwischen der ersten Drossel (6) und dem Regler (3) abzweigende Stelldruckleitung (4) den Stelldruck (Pst) für das Stellgerät (2) liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmleitung (7) mit der Ausgangsseite des Gas-Druckregelgerätes verbunden ist, daß das Doppelmembransystem (10) zwei fest miteinander gekoppelte Membranen (11, 12) mit unterschiedlichen großen Flächen aufweist, daß zwischen den beiden Membranen (11, 12) ein pneumtisch arbeitendes Verstärkerventil (13) angeordnet ist, wobei das vom Stelldruck (Pst) beaufschlagte Verstärkerventil (13) auf die eine Seite der Membran (12) mit der kleineren Fläche wirkt, deren andere Seite durch den Ausgangsdruck (Pa) beaufschlagt und wobei die Abströmleitung (7) eine zweite Drossel (16) aufweist, die so bemessen ist, daß in dem Raum zwischen den Membranen (11, 12) ein Staudruck (P) erzeugt wird.

2. Pneumatisch arbeitendes Gas-Druckregelgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (11, 12) des Doppelmembransystems (10) übereinander angeordnet sind.

3. Pneumatisch arbeitendes Gas-Druckregelgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkerventil (13) aus einer mit der Membran (12) verbundenen Prallplatte (14) und einer Düse (18) bestimmten Querschnittes besteht.

4. Pneumatisch arbeitendes Gas-Druckregelgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drossel (16) einstellbar ist.