DE1673465C - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckregeleinrichtung zur Regelung des Druckes eines von einer Versor gungsquelle stammenden Mediums an einer druckgesteuerten Öffnung, bestehend aus einem ersten reinen Mediumverstärker mit einer Einlaßöffnung, einer Auslaßöffnung und einer Steueröffnung zur Steuerung der Druckbeziehung zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung, weiter aus einem zweiten reinen Mediumverstärker mit einer Einlaßöffnung, einer Auslaßöffnung und einer Steueröffnung zur Steuerung der Druckbeziehung zwischen Einlaßöffnung und Auslaßöffnung, wobei die druckgesteuerte Öffnung an die Steueröffnung des ersten Mediumverstärkers angeschlossen ist, so daß der Ausgangsdruck des er sten Mediumverstärkers sich proportional zu den An aerungen des gesteuerten Druckes ändert, und wobei die Auslaßöffnung des ersten Mediumverstärkers an die Steueröffnung des zweiten Mediumverstärkers und die Auslaßöffnung des zweiten Mediumverstär

ίο kers an die druckgesteuerte Öffnung angeschlossen ist, so daß der Ausgangsdruck des zweiten Mediumverstärkers gleich dem gesteuerten Druck an der Öffnung ist.

Es ist bereits eine Einrichtung zum Regeln des

π Druckes des Versorgungsmediums bekannt. Auch hier sind zwei Mediumverstärker hintereinandergeschaltet, wobei eine Rückkoppluhgsverbindung vom Ausgang des zweiten Verstärkers zum Steuereingang des ersten Verstärkers vorgesehen ist. Diese Rückkopplungsverbindung stellt eine Gegenkopplung dar. da Druckschwankungen an der Versorgungsleitung kompensiert werden sollen und am Ausgang möglichst nicht mehr in Erscheinung treten sollen.

Es ist nun bekannt, daß sich die hierbei ange-5 strebte Wirkung, unter Beibehaltung einer erfordern chen Gesamtverstärkung, dann erhöhen läßt, wenn man mehrere derartige Stufen hineinanderschaltet. so daß sich die Wirkung der Gegenkopplung summieren kann. Ein derartiges System von mehreren hinterein andergeschalteten Verstärkerstufen ist jedoch sehr auf wendig, die einzelnen Stufen müssen aufeinander abgestimmt werden und darüber hinaus ist eine solche Regeleinrichtung teuer. Auch tritt bei dieser bekannten Einrichtung ein erheblicher Teil des Versorgungs mediums aus dem ersten Mediumverstärker in die At mosphäre, da dieser Verstärker nicht geschlossen ist. so daß dabei ein Verlust an Medium auftritt (USA. Patentschrift 3 279.489).

Bekannt ist auch eine Regeleinrichtung mit einem von einer Stellmembran betätigten Doppelventil und selbsttätiger Rückführung, die sich besonders für Gas druck- oder die Mengenregelung von Medien eignet. Hierbei bildet der Eintrittsstutzen und der Austritts stutzen des Ventilgehäuses ein Venturirohr, von des sen Zulaufdruckseite zwei sich gegenüberstehende, in einem mit der Unterdruckseite des Venturirohres ver bundenen Steuerwerkgehäuse befindliche, mit den Räumen beiderseits der Stellmembran in Zusammen hang stehende Düsen beaufschlagt werden, zwischen denen eine von dem vor und hinter einer im Austritts stutzen vorgesehenen Stauscheibe abgeleiteten Diffe renzdruck des Hinterdruckes gesteuerte Prallplatte an geordnet ist. Hierbei ist jedoch das Doppelventil schwimmend angeordnet, so daß diese bekannte Rege leinrichtun-g erschütterungsempfindlich ist (DDR-Pa tentschrift 12,962).

Schließlich sind auch verschiedene Ausführungsfor men eines Wi'rbelstromverstärkers bekannt (USA.-Pa tentschrift 3.276.259).

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe be steht darin, die eingangs definierte Druckregeleinrich tung zur Regelung eines sehr großen Druckschwan kungsbereichcs auszulegen, und zwar bei äußerst ge ringer Regelabweichung.

es Diese Aufgabe wird ausgehend von der Druckrege !einrichtung der eingangs definierten Art dadurch ge löst, daß erfindungsgemäß eine veränderliche Drosseleinrichtung zum Drosseln des Mediumstromes von

der Versorgungsquelle her vorgesehen ist, und daß der gedrosselte Versorgungsstrom des Mediums der Einlaßöffnung des ersten Mediumverstärkers zugeführt ist und die Einlaßöffnung des zweiten Mediumverstärkers an die Drosseleinrichtung angeschlossen ι ist, um den Drosselungsgrad der Drosseleinrichtung zu steuern, derart, daß die Einlaßströmung in den ersten Mediumverstärker vermindert wird, wenn der geregelte Druck zunimmt, und umgekehrt.

Es handelt sich also beim Gegenstand der Erfindung nicht am eine echte Hintereinanderschaltung zweier Verstärkerstufen mit einer einzigen Rückkopplungsverbindung, sondern um eine vollständige Regelschleife, wobei die Rückkopplung zwischen dem Ausgang des zweiten Verstärkers und dem Steuereingang des ersten Verstärkers hier eine linearisierende Funktion hat. Das Stellglied ist bei diesem Regelkreis die Drosseleinrichtung. Es wird also bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung die gesteuerte Ausgangsgröße des ersten Verstärkers im zweiten Verstär- ker verstärkt und gelangt als Regelgröße über eine Leitung wieder zurück, so daß das Stellglied entsprechend verschoben wird. Mit dieser Anordnung kann nun ein sehr großer Druckschwankungsbereich bei äußerst geringer Regelabweichung verarbeitet werden, wobei insbesondere -jedoeh nur zwei reine Mediumverstärker und ein Stellglied zur Anwendung gelangen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß die veränderliche Drosseleinrichtung 3d eine bewegliche, federvorgespannte Scheibe aufweist. die eine Kammer in zwei Räume aufteilt und die Arbeitslage einer Ventilvorrichtung steuert, um dadurch die Abgabe des gedrosselten Versorgungsmediums in „•ine zweite Kammer zu steuern, welche an die Einlaß-3τ öffnung des ersten Mediumverstärkers und an einen der Räume angeschlossen ist. und daß weiter ein Raum an die Einlaßöffnung des zweiten Mediumver stärkere und der andere Raum an die druckgesteuerte Öffnung angeschlossen sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausfiihriingsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch die Druckregeleinrichtung nach dei Erfindung, mit zwei Medium verstärkern im -^ Druckregelsystem;

Fig. 2 ein Diagramm, das die Beziehung des Auslaßdruckes P₁, zum Steuerdruck P_c für einen gege benen Einlaßdruck P_m im ersten Mediumverstärker wiedergibt:

Fig. 3 ein Diagramm, welches die Beziehung des Finlaßdruckes /',. zum Steuerdruck P₁. für einen gegebenen Ausgangsdruck im zweiten Mediumverstärker wiedergibt;

Fig. 4 eine Schnittdarstcllung eines zweiten Aus ^ fülirungsbeispiels. welches gemäß dem Schema nach Fig. 1 aufgebaut ist;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung nach der Linie 5—5 der Fig. 4 des zweiten Mediumverstärkers; und

Fig. 6 eine Schnittdarstcllung nach der Linie 6—6 "" der Fig. 4 des ersten Mediumvcrstärkers.

Das Schema geinäü Fig. I zeigt eine Druckquelle 20 mit sich änderndem Druck als Versorgungsinedi um. z. B. eine Druckgasflasche. aus der das Gas unter ständiger Druckabnahme ausströmt. Das Vcr μ sorgungsmediinn tritt mit dem Druck /', in die Druck regeleinrichtung ein. in der ein /wischen einer von dem Vcrsorgungsniedium beaufschlagten Scheibe 26 und einer federbelasteten Scheibe 28 schwebend getragener Ventilkegel 22 mit einem Ventilsitz zusammenwirkt. Die Scheibe 28 federt in axialer Richtung und hält den Ventilkegel 22 in einem bestimmten Abstand von dem Ventilsitz 24, wobei der Ventilkegel 22 relativ zum Ventilsitz 24 hin- und herbewegbar ist, ohne jedoeh den Ventilsitz 24 zu berühren, so daß der Anfangsdruck P₅ je nach der Stellung des Ventilkegels 22 zum Ventilsitz 24 mehr oder weniger gedrosselt wird, ohne jedoeh ganz abgestellt zu werden.

Der erste Mediumverstärker 30 hat einen Einlaß 32, einen Auslaß 34 und eine Steuerdrucköffnung 36. Die Betriebscharakteristik eines solchen Verstärkers ist in F i g. 2 wiedergegeben, in welcher der Auslaßdruck P_e auf der Ordinate und der Steuerdruck P_c auf der Abszisse aufgetragen sind. Wie hieraus ersichtlich, ist P_e : P_c-Verhältnis zwischen den Punkten X und Y der Kurve im wesentlichen linear. Für jeden gedrosselten Anfangsdruck P₀₁ am Einlaß 32 des Verstärkers 30 gibt es eine entsprechende PjP_c-K.\xvve.

Ein zweiter Mediumverstärker 40, bei dem es sich um einen Wirbelverstärker handeln kann, hat einen Einlaß 42, einen Auslaß 44 und eine Steuerdrucköffnung 46. Die Betriebscharakteristik dieses Verstärkers zeigt die Fig. 3, in welcher der Einlaßdruck P₁-auf der Ordinate und der Steuerdruck P_e auf der Abszisse für einen bestimmten Auslaßdruck aufgetragen sind.

Ein Raum 52 ist über eine Durchlaßöffnung 50 und die Leitung 42' mit dem Einlaß 42 des zweiten Mediumverstärkers 40 verbunden, so daß im Raum 52 und an der Einlaßöffnung 42 der gleiche Druck herrscht, der dem gedrosselten Anfangsdruck P_as des Teiles des Versorgungsmediums, der durch den kurzen Kanal 57 in den Raum 52 eintritt, entspricht. Der gedrosselte Anfangsdruck P_as entsteht beim Ein tritt des Versorgungsmediums in die Kammer 59.

Die Kammer 59 ist über die Leitung 32' mit dem Einlaß 32 des ersten Mediumverstärkers 30 verbunden und liefert diesem den gedrosselten Anfangsdruck P_ay Der Raum 60 auf der anderen Seite der Scheibe 28 ist über eine Öffnung 58 mit dem Auslaß 44 des zweiten Verstärkers 40 und der Austrittsöff nung 62 der Druckregeleinrichtung verbunden, an welcher der eingestellte Enddruck P_r herrscht. Eine vorgespannte Feder 64 im Raum 60 drückt gegen die Scheibe 28 und damit den Ventilkegel 22 nach rechts, unter Bildung eines bestimmten Offnungsquer schnittes zwischen dem Ventilkegel und dem Ventilsitz 24. Durch entsprechende Vorspannung der Feder 64 wird der gewünschte Enddruck P_r eingestellt.

Nimmt der eingestellte Enddruck P_r bei 62 zu, so erhöht der entsprechend steigende Steuerdruck P_c bei 36 im ersten Verstärker 30 auch den Druck am Auslaß 34 sowie den Steuerdruck am Einlaß 46 des Verstärkers 40, wie dies aus dem Verlauf der Kurve in Fig. 2 ersichtlich ist. Da der Druck am Auslaß 44 des zweiten Verstärkers 40 an den eingestellten Enddruck P_r gebunden ist, führen Druckänderungen an tier Steueröffnung 46 auch zu Änderungen des Einlaßdruckes P₁ an der Einlaßöffnung 42 des zweiten Verstärkers 40, wie dies der Kurve gemäß Fig. 3 zu entnehmen ist. Eine Zunahme des Steuerdruckes an der Öffnung 46 hat einen Druckanstieg an der Einlaßöffnung 42 zur Folge, wodurch auch der Druck im Raum 52 ansteigt, so daß die Scheibe 28 nach links bewegt und der Abstand zwischen dem

Ventilkegel 22 und dem Ventilsitz 24 verringert wird. Hierdurch wird der Zufluß des Versorgungsmediums zu den Einlaßöffnungen 32 und 42 der Verstärker 30 bzw. 40 gedrosselt, so daß durch die damit verbundene Drosselung des bei 62 austretenden Stromes auch der Enddruck P_r auf seinen eingestellten Wert gesenkt, also der anfängliche Druckanstieg rückgängig gemacht wird.

Bei einem Abfall des eingestellten Enddruckes P_r nimmt auch der Steuerdruck an der Öffnung 36 des ersten Verstärkers 30 ab, wodurch in stärkerem Maße der Ausgangsdruck P_e bei 34 sowie der Steuer druck an der Öffnung 46 des zweiten Verstärkers 40 vermindert werden. Dies hat einen Abfall des Druk kes am Einlaß 42 des zweiten Verstärkers 40 sowie π in dem Raum 52 zur Folge, wodurch die Scheibe 28 und der Ventilkegel 22 nach rechts bewegt werden, so daß die Drosselung des Zustromes gemindert wird. Der hierdurch verstärkte, bei 62 austretende Strom führt zu einer Erhöhung des Enddruckes auf den eingestellten Wert, durch welche der anfängliche Druckabfall aufgehoben wird.

Ein besonderer Vorzug des beschriebenen Regelkreislaufes ist der hiermit verbundene Nutzeffekt, da auf dem Wege vom Ursprungsort 20 durch den Aus 2 trittskanal 62 zum Verbraucher keine Strömungsmit tclvcrluste auftreten.

In Fig. 4 bis 6 sind Einzelheiten eines Ausfüh rungsbeispieles für die in Fig. 1 nur schematisch dar gestellte Druckregeleinrichtung wiedergegeben, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

F i g. 4 zeigt ein Gehäuse 70 mit einem darin gleitend gelagerten Ring 29. der die Scheibe 28 trägt, gegen die eine Feder 64 nach recht drückt. Die Scheibe 28 begrenzt-einen Raum 60 im Gehäuse 70.

Ein zylindrischer Körper 72 ist in dem Gehäuse 70 gleitend gelagert und mit einem zweiten zylindri sehen Körper 74 verschraubt, der einen Axialkanal 75 aufweist. Eine druckbeaufschlagte Scheibe 26 trägt zentral einen Ventilkegel 22 und ist an ihrem Außenabschnitt zwischen den Zylinderkörpern 72 und 74 eingeklemmt. An dem Zylinderkörper 74 befindet sich ein Vorsprung 76, der in eine Nut 77 des Gehäuses 70 gleitend eingreift und die Köprer 72 und 74 gegen Verdrehen sichert. In das Gehäuse 70 ist von außen ein Spannring 78 eingeschraubt, der die Zylinderkörper 72, 74 gegen den federnden Dich tungsring 79 drückt, wobei eine Bewegung der Kör per 72, 74 nach rechts die Spannung der Feder 64 vermindert und eine Linksbewegung dieser Körper die Federspannung vergrößert. Die Spannungsvergrößerung der Feder 64 bewirkt eine Erhöhung des eingestellten Enddruckes P_r während die Spannungsverminderung dieser Feder eine Verminderung des eingestellten Enddruckes zur Folge hat. Nach erfolgter Einstellung des Spannringes 78 wird die Gegenmutter 80 aufgeschraubt.

Auf dem linken Ende des Gehäuses 70 sit?.t ein Körper 82, dessen Mittelteil mit Abstand zum Gehäuseinnern angeordnet ist, unter Bildung eines Zwischenraumes 84 mit einem Einlaßringraum 42. der an die Kanäle 42' (s. Fig. 5) angeschlossen ist. In dem Körper 82 ist ferner ein Regelringraum 88 enthalten, von den Düsen 46 (s. Fig. 5) ausgehend, die das Strömungsmedium mit großer Energie tangential in den Ringraum 42 leiten und es in diesem in Kreisbewegung versetzen. Die Wirbelströmung tritt aus der Zentralöffnung 44 aus. Diese Teile bilden den in Fig. I mit 40 bezeichneten zweiten Wirbelverstärker.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt des ersten Verstärkers 30. In einer Querbohrung 92 des Körpers 82 befindet sich ein Einsatzstück 94 mit einem in eine Kammer 96 des Körpers 82 hineinragenden Rohr 34. Die Kammer 96 ist zum axialen Auslaßkanal 98 hin offen und weist eine zusätzliche Steueröffnung 36 zum Auslaßkanal 98 auf.

Wenn während des Betriebes des in Fig. 4 bis 6 dargestellten Gerätes der eingestellte Enddruck P_r steigt, so nimmt auch der Steuerdruck P₁. an der Öff nung 36 und mit diesem der Druck an der Öffnung 34 des ersten Verstärkers 30 zu. Hierdurch wird auch der Steuerdruck an den Düsen 46 des zweiten Verstärkers 40 erhöht, da die Öffnung 34 über die Leitung 46' mit dem Ringraum 88 verbunden ist. aus dem das Strömungsmedium in die Düsen 46 gelangt. wie dies aus Fig. 5 zu ersehen ist.

Eine Veränderung des Steuerdruckes in den Düsen 46 bewirkt eine Veränderung des Einlaßdruckes im Ringraum 42 im Sinne der Kurve gemäß Fig. 3. Der Druckanstieg im Ringraum 42 hat einen Druckan stieg im Steuerraum 52 zur Folge, weil der Ringraum 42 mit dem Raum 52 über Leitungen 42' in Verbin dung steht. Hierdurch wird die Scheibe 28 nach links bewegt, so daß der Abstand zwischen dem Ventilke gel 22 und seinem Ventilsitz 24 verkleinert und der Zustrom zum Einlaß 32 des Verstärkers 30 sowie zum Einlaß 42 des Verstärkers 40 gedrosselt wird. Da die Kammer 54, in welcher sich der Ventilkegel 22 hin- und herbewegen kann, über die Leitung 29'. den Ringkanal 31 sowie die Kanäle 32' und 32" mit dem Einlaß 32 verbunden ist. werden der Zustrom des Mediums zum Austrittskanal 98 und damit der Druck P_r unter Aufhebung der Druckzunahme auf seinen eingestellten. Wert vermindert.

Bei einer Abnahme des eingestellten Enddruckes P_r wird der Druck an der Steueröffnung kleiner, wo durch auch der Druck am Verstärkerauslaß 34 und der Druck in den Steuerdüsen 46 des zweiten Verstär kcrs 40 abfällt. Dies hat wiederum eine Druckab nähme im Ringraum 42 des zweiten Verstärkers 40 und im Raum 52 zur Folge, so daß die Scheibe 28 und der Ventilkegel 22 nach rechts bewegt, die Drosselung des Anfangsdruckes P₁ vermindert und der Zustrom des Mediums zu den Verstärkern 30 und 40 sowie zum Austrittskanal 98 erhöht werden. Durch die hierdurch bedingte Zunahme des Enddruckes P_r wird die anfängliche Druckminderung aufgehoben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Druckregeleinrichtung zur Regelung des Druckes eines von einer Versorgungsquelle stammenden Mediums an einer druckgesteuerten OfF-nung, bestehend aus einem ersten reinen Mediumverstärker mit einer Einlaßöffnung, einer Auslaß-Öffnung und einer Steueröffnung zur Steuerung der Druckbeziehung zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffhung, weiter aus einem zweiten ^reinen Mediumverstärker mit einer Einlaßöffnung, einer Auslaßöffnung und einer Steueröffnung zur Steuerung der Druckbeziehung zwischen Einlaßöffnung und Auslaßöffnung, wobei die dmckgesteuerte Öffnung an die Steueröffnung des ersten Mediumverstärkers angeschlossen ist, so daß der Ausgangsdruck des ersten Mediumverstärkers sich proportional zu den Änderungen des gesteuerten Druckes ändert, und wobei die Auslaßöffnung des ersten Mediumverstärkers an die Steueröffnung des zweiten Mediumverstärkers und die Auslaßöffnung des zweiten Mediumverstärkers an die druckgesteuerte Öffnung angeschlossen ist, so daß der Ausgangsdruck des zweiten Mediumverstärkers gleich dem gesteuerten Druck an der Öffnung ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine veränderliche Drosseleinrichtung (22, 28) zum Drosseln des Mediumstromes von der Versorgungsquelle (20) her, vorgesehen ist und daß der gedrosselte Versorgungsstrom des Mediums der Einlaßöffnung (32) des ersten Mediumverstärkers (30) zugeführt ist und die Einlaßöffnung (42) des zweiten Mediumverstärkers (40) an die Drosseleinrichtung (22, 28) angeschlossen ist, um den Drosselungsdraht der Drosseleinrichtung (22, 28) zu steuern, derart. daß die Einlaßströmung in den ersten Mediumverstärker (30) vermindert wird, wenn der geregelte Druck zunimmt, und umgekehrt.

2. Druckregeleinrichtung nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Drosseleinrichtung (22, 28) eine bewegliche federvorge spannte Scheibe (28) aufweist, die eine Kammer in zwei Räume (60, 52) aufteilt und die Arbeitslage einer Ventilvorrichtung (22) steuert, um dadurch die Abgabe des gedrosselten Versorgungsmediums in eine zweite Kammer (59) zu steuern, welche an die Einlaßöffnung (32) des ersten Mediumverstärkers (30) und an einen der Räume (60, 52) angeschlossen ist. und daß weiter ein Raum (52) an die Einlaßöffnung (42) des zweiten Mediumverstär kers (40) und der andere Raum (60) an die druck gesteuerte Öffnung angeschlossen sind.