DE2707171A1 - Pilotregler zur verwendung mit einer arbeitsmittelleitung - Google Patents

Description

PATtNTANWAlTE

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NiEMANN

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT 2707171

MÖNCHEN HAMBURG

TElEFON= 55547« 8000 M 0 N CH E N 2,

TELEGRAMME: KARPATENT » ^ MATH I IDENSTiASSE 12 TElEX: 529OiBKARPD "·

18. Februar 1977 W. 42 768/77 12Ach

Dwight N. Johnson
El Toro, California (7.St.A.)

Pilotregler
zur Verwendung mit einer Arbeitsmittelleitung

Die Erfindung bezieht sich auf Pilotregler oder Vorsteuerventile für die Servosteuerung von Ventilen derjenigen Art, wie sie in Pipelines oder Leitungen für kompressibles Arbeitsmittel verwendet werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Verbesserungen bei Pilotreglern zu dem Zweck, schnelles Ansprechen und stabile Regelung zu erzielen.

Ein typisches Ventil, welches in der Gasversorgung für Steuerung der Strömung durch eine Pipeline oder Leitung (nachstehend der Einfachheit halber Leitung genannt) umfaßt einen Eintritt, einen Abtritt und ein Ventilglied, welches in dem Strömungsweg bewegbar ist. Ein solches Ventil kann mit Ein- und -Vos-Steuerung betrieben werden durch Bewegung zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung, und es kann auch als Strömungsregler oder Druckregler verwendet werden, in welchem Fall das Ventilglied gewöhnlich in Zwisten Stellungen odor Drosselstellungen angeordnet wird.

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Eine Ventilausführung, die in großen Leitungen viel benutzt wird, beispielsweise in Leitungen bis zu etwa 30,5 cm (12 Zoll) umfaßt eine federnde Hülse, welche axiale Strömung rundum ein mittleres Hindernis in dem Strömungsweg steuert. Ein Steuerdruck wird in einer die Hülse umgebenden Druckkammer angelegt, und das Ventil wird geöffnet, wenn die Hülse durch Verringerung des Steuerdrucks relativ zum Eintrittsdruck nach außen ausgedehnt wird. Beispiele von Ventilen dieser Art sind in den US-PS 3 371 677 und 3 838 704 beschrieben.

Für einen Druckregelvorgang wird der Steuerdruck typisch vom Eintrittsdruck abgeleitet mittels eines Rückkopplungs-Pilotsteuersystems, welches einen Pilotregler enthält. Der Ventileintritt steht mit dem Pilotregler oder Vorsteuerventil über eine Strömungsdrossel in Verbindung, und der Regler umfaßt ein Pilotventil für Entlasten von Druck zur Atmosphäre oder zu einem Bereich geringeren Drucks in der Leitung. Der Steuerdruck für das Betätigen des Hauptventils wird von einer Steuerkammer erhalten, die zwischen der Drossel und dem Pilotventil angeordnet ist, und er wird in dem Grad gesteuert, in welchem das öffnen des Pilotventils eine Verringerung des Steuerdrucks relativ zum Eintrittsdruck bewirkt.

Bei bekannten Pilotreglern wird das Pilotventil oder Vorsteuerventil durch eine Kolbeneinrichtung betätigt, die in einer Richtung durch einen Bezugsdruck oder eine Kraft vorgespannt ist, die durch Federbelastung und/ocer durch eine Bezugsdruckquelle geschaffen ist. Die Kolbeneinrichtung ist in der entgegengesetzten Ricr'jung durch einen statischen Druck oder ein Riickkopplungssignal vorgespannt, die aus demjenigen Eereich in dem Arbeitsmittelsystem erhalten sind, in welchem die Druckregelung ausgeführt werden soll.

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Der Ausdruck "Kolbeneinrichtung", wie er hier verwendet wird, soll druckbetätigte bewegbare Gebilde v/ie Solben, Ventilglieder, Membranen und dgl. unifassen. Demgemäß ist eine Servoschleife oder Steuerschleife geschaffen, in welcher Änderungen des zu regelnden statischen Druckes zu einem Öffnen oder Schließen des Pilotventils und zu sich daraus ergebenden Änderungen des Steuerdrucks und der Stellung des Hauptventils führen. Eine mehr ins einzelne gehende Beschreibung solcher bekannter Pilotregler und Steuersysteme kann in einer Veröffentlichung der American Meter Division der Singer Company gefunden werden unter dem Titel "Instructions for the American Axial Flow Valve", vom Mai 1973 mit der Publikations-Nr. AIM-145A(BP-3864-7.5M-7-73).

Im Betrieb Stabilität zu erhalten, ist ein ernsthaftes Problem in Servosteueranlagen, welche Pilotregler bekannter Ausführung verwenden. Um Empfindlichkeit in der Anlage zu schaffen derart, daß unerwünschte Verzögerung des Arbeitens des Hauptventils mit einer sich daraus ergebenden Verzögerung der Korrektur des statischen Drucks vermieden sind, ist es erwünscht, daß das Arbeiten des Pilotventils oder Vorsteuerventils und die Einstellung des Steuerdrucks im wesentlichen schnell und beträchtlich erfolgen. Wenn jedoch bekannte Regler derart gestaltet und eingestellt sind, daß das gewünschte schnelle Ansprechen erzielt ist, kann stabiles Arbeiten nur schwierig erzielt werden, und es ergeben sich unerwünscht große Einstellungen des Hauptventils selbst bei kleinen Änderungen des statischen Drucks.

Es ist eJ.i wichtiger Zweck der vorliegenden Erfindung, einen Pilotregler für Gasversorgung zu schaffen, bei welchem bessere Stabilität im Betrieb erzielt ist. Ein anderer Zweck der Erfindung besteht darin, einen Pilotregler zu schaf

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fen, der durch Stabilität im Betrieb und durch die Fähigkeit charakterisiert ist, schnelle Einstellungen des Eauptventils beim Ansprechen auf Änderungen des statischen Drucks hervorzurufen. Ein anderer wichtiger Zweck der Erfindung besteht darin, einen Pilotregler zu schaffen, bei welchem anfängliche Bewegung des Pilotventils beim Ansprechen auf eine Änderung des statischen Drucks plötzlich erfolgt, und bei v/elchem fortgesetzte Bewegung des Pilotventils für vollständiges Rückstellen des Hauptventils allmählich erfolgt.

Weitere wichtige Zwecke der Erfindung umfassen die Schaffung eines Pilotventils mit wichtigen mechanischen und kostensparenden Merkmalen einschließlich Einfachheit der Gestaltung, die Einordnung einer einheitlichen bzw. integralen Strömungsdrossel, das Fehlen der Notwendigkeit, eine einstellbare Strömungsdrossel zwischen dem Hauptventileintritt und dem Pilotventil zu haben, und die Fähigkeit für bequeme Einstellung der Verzögerung, die bei der allmählichen Rückstellbewegung des Pilotventils angetroffen wird.

Die genannten Zwecke und weitere Zwecke und Vorteile der Erfindung werden erreicht durch Schaffung eines Pilotreglers mit einem Gehäuse, in welchem eine druckbetätigte Kolbeneinrichtung oder Membraneinrichtung hin und her bewegbar angebracht ist für Steuerung des Öffnere und SchliessetB eines Pilotventils. Der Regler kann für Servosteuerung eines Hauptventils angeordnet bzw. geschaltet werden, und der Hauptventileintritt steht mit einer Steuerkammer über tfine feste Eintrittsdrossel in Verbindung, die in dem Gen£.use des Pilotreglers gebildet ist. Das Entlasten der Steuerkammer über das Pilotventil wird durch Bewegung der Membraneinrichtung gesteuert, um ein Steuersignal für Betätigung des Hauptventils aufzubauen.

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Die Membraneinriehtung ist einer Bezugskraft unterworfen, und zwar mittels einer Feder, eines Bezugsdrucks oder dgl. Eine entgegenwirkende Kraft wird an die Membrane inrichtung angelegt mittels statischen Drucks, der aus dein Bereich in der Arbeitsmittelanlage kommt, der durch das Hauptventil hinsichtlich des Drucks geregelt werden soll. Schwankungen des statischen Drucks führen zu Bewegungen der Membraneinrichtung, wodurch öffnen oder Schließen des Pilotventils und demgemäß Änderungen im Steuerdruck und in der Stellung des Hauptventils hervorgerufen werden.

Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung ist eine Verzögerungseinrichtung geschaffen, um schnelles Ansprechen und stabiles Arbeiten des Pilotreglers und des durch diesen gesteuerten Ventils zu erzielen. Eine Verzögertragskammer ist in dem Gehäuse des Pilotreglers gebildet, und die Verzögerungskammer befindet sich in Druckverbindung mit der Steuerkammer, wobei der Druck einstellbar und gedrosselt ist. Die Drücke in der Verzögerungskammer und in der Steuerkammer werden in entgegengesetzten Richtungen an die Membraneinrichtung angelegt. Wenn eine Änderung des statischen Drucks auftritt, bewegt sich die Membraneinrichtung schnell über einen Teil der Bewegung, die erforderlich ist, um den statischen Druck auf den gewünschten Wert zurückzuführen. Eine Druckungleichheit zwischen der Verzögerungs kammer und der Steuerkammer verhindert fortgesetzte schnelle Bewegung. Wenn der Druck zwischen der Verzögerungs kammer und der Steuerkammer durch Strömen durch die einstellbare Drossel ausgeglichen ist, bewegt sich die Membraneinrichtung allmählich über den verbleibenden Teil der Bewegung, die erforderlich ist, um vollständige Rückstellung zu erzielen.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Druckregelanlage mit einem Druckregler gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine schaubildliche Ansicht eines Druckreglers gemäß der Erfindung.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht nach Linie 3-3 der Fig. 2.

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht nach Linie 4-4 der Fig. 3.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht nach Linie 5-5 der Fig. 3.

In Fig. 1 ist in vereinfachter schematischer Form eine Servosteueranlage IO dargestellt, die einen Pilotregler gemäß der Erfindung aufweist. Die Servosteueranlage 10 umfaßt ein Ventil 14 zum Steuern der Strömung !compressiblen Arbeitsmittels oder Grases durch eine Leitung oder Pipeline 16 (nachstehend der Einfachheit halber Leitung genannt), die ein Eintrittsrohr 17, welches mit einer Druekmittelquelle verbunden ist, und ein Austrittsrohr 18 aufweist, Über welches Arbeitsmittel einem oder mehreren Verbrauchern zugeführt wird. Der Pilotregler oder Druckregler 12 ist mit dem Ventil 14 verbunden, um dieses Ventil 14 zwecks Druckregelung des in der Leitung 16 strömen:!ίη Druckmittels zu betätigen. Gemäß der Erfindung ist der Regler 12 mit einer Verzögerungseinrichtung 20 versehen, um schnelles Ansprechen und stabiles Arbeiten zu erzielen.

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Das Ventil 14 kann von Irgendeiner gewünschten Ausführung sein, weil der Pilotregler 12 gemäß der Erfindung in der Lage ist, Ventile vieler Arten zu steuern, bei denen Steuerung mittels Amplitudenänderungen eines Drucksteuersignales ausgeführt wird. Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt das Ventil 14 ein Gehäuse 22, welches zwischen Verbindungsteilen der Rohre 17 und 18 angeordnet ist und einen Ventileintritt 24 und einen Ventilaustritt 26 aufweist. Ein mittleres Hindernis 2d ist zwischen einer Anzahl von Eintrittsströmungsschlitzen 30 und Austrittsströmungsschlitzen 32 angeordnet. Ein axialer Strömungsweg 34, der die Schlitze 30 und 32 umfaßt, umgibt das mittlere Hindernis 28.

Strömung durch das Ventil 14 in der dargestellten Ausführungsform wird durch Einstellung eines biegsamen federnden Ventilgliedes bzw. einer solchen Hülse 36 gesteuert. Einstellung der Hülse 36 zwischen geöffneter Stellung, geschlossener Stellung und dazwischen liegenden Drosselstellungen wird erzielt durch das Anlegen von Steuerdruck an eine Druckkammer 38 in dem Gehäuse 22, welche die Hülse 36 umgibt. Der Steuerdruck wird der Druckkammer 38 über eine Steueröffnung 40 zugeführt, die in dem Gehäuse 22 gebildet ist. Das Gehäuse 22 weist zusätzliche Öffnungen 42 und 44 auf, die mit dem Ventileintritt 24 bzw. mit dem Ventilaustritt 26 in Verbindung stehen. Für ins einzelne gehende Beschreibungen von Ventilen der allgemeinen Art, wie sie in der Zeichnung der vorliegenden Anmeldung dargestellt sind, wird Bezug genommen auf die US-PS 3 371 und 3 838 704.

Bei der dargestellten Ausführungsform betätigt der Pilotregler 12 das Ventil 14, um stromabseitige Druckregelung des in der Leitung 16 strömenden Arbeitsmittels zu schaffen, was bedeutet, daß das Ventil 14 derart betätigt

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wird, daß konstanter Arbeitsmitteldruck am Yentilaustritt 26 hervorgerufen wird. Die Erfindung ist nicht auf diese besondere Art der Druckregelung beschränkt, und der Pilotregler 12 kann bequem angepaßt werden, um andere Arten von Regelungen zu schaffen.

Allgemein umfaßt der Pilotregler 12 ein Gehäuse 46, in welchem eine Steuerkammer 48 gebildet ist, die mit der Druckkammer "58 des Ventiles 14 über eine Steueröffnung 50 des Pilotreglers 12 und eine Leitung 52 in Verbindung steht. Der Steuerdruck wird von dem Druck am Ventileintritt 24 des Hauptventils 14 abgeleitet, und der Ventileintritt 24 ist zu diesem Zweck mit der Steuerkammer 48 über eine Leitung 54, eine Eintrittsöffnung 56 im Gehäuse 46 des Pilotreglers und Über eine Strömungsdrossel 58 unveränderlich querschnittsverbunden. Druck aus der Steuerkammer wird mittels eines Pilotventiles 60 und Über eine Austrittsöffnung 62 entlastet. Die Austrittsöffnung 62 kann den Druck direkt zur Atmosphäre entlasten oder aber, wie in der Zeichnung dargestellt, Über eine Leitung 64 entlasten, die stromabwärts des Ventiles 14 mit der Leitung 16 verbunden ist.

Wenn das Pilotventil 60 geschlossen ist, ist der in der Steuerkammer 48 herrschende Steuerdruck gleich dem am Eintritt 24 des Ventils 14 herrschenden Druck. Unter diesen Umständen wird die Hülse 36 unter Druck in Eingriff mit dem mittleren Hindernis 28 vorgespannt, und das Ventil 14 ist geschlossen. In Fig. 1 sind das Pilotventil 60 und das Hauptventil 14 in einer Zwischendrosselstellung dargestellt, in welcher das Pilotventil teilweise offen ist. In diesem Zustand fließt Arbeitsmittel durch einen Reihenstromkreis, der die Drossel 58 und das Pilotventil 60 enthält, und der in der Steuerkammer 48 herrschende Steuerdruck ist niedriger als der Druck am Ventileintritt 24 des Hauptventils 14, und zwar in einem Ausmaß, welches gleich dem Druckabfall an der

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Drossel 58 1st. Dieser Zwischensteuerdruck wird an die Druckkammer 38 angelegt und er führt zu teilweise© öffnen bzw. zu einer teilweisen Drosselbetätigung des Hauptventils 14.

Das öffnen und Schließen des Pilotventils 60 wird durch eine Kolbeneinrichtung in Form einer Membraneinrichtung 66 gesteuert, die im Gehäuse 46 des Pilotreglers 12 hin- und herbewegbar angeordnet ist. Wenn die Membraneinrichtung 66 sich gemäß Fig. 1 nach rechts bewegt, wird das Pilotventil 60 geöffnet und der in der Steuerkammer 48 herrschende Steuerdruck verringert sich. Wenn umgekehrt die Membraneinrichtung 66 sich gemäß Flg. 1 nach links bewegt, wird das Pilotventil 60 geschlossen und der Steuerdruck in der Steuerkammer 48 steigt.

Die Membraneinrichtung 66 und das Gehäuse 46 bestimmen eine Bezugsdruckkammer 68 und eine unter statischem Druck stehende Kammer 70, um die Membraneinrichtung 66 in entgegengesetzten Richtungen vorzuspannen, um dadurch das Pilotventil 60 in Übereinstimmung mit inderungen des statischen Drucks zu steuern. Bei der dargestellten AusfUhrungsform sind die Bezugsdruckkammer 68 und die unter statischem Druck stehende Kammer 70 an gegenüberliegenden Enden der Membraneinrichtung 66 angeordnet, jedoch ist diese besondere Gestaltung nicht erforderlich, um viele der Zwecke der vorliegenden Erfindung zu erreichen.

Die Bezugedruckkammer 68 ist mit geeigneten Mitteln Irgendeiner bekannten Art versehen, um an die Membraneinrichtung 66 eine Bezugskraft oder einer· Bezugsdruck anzulegen. Bei der dargestellten AusfUhrungsform drückt eine Bezugsfeder 72 die Membraneinrichtung 66 gemäß Flg. 1 nach rechts. Zusätzlich steht die Bezugsdruckkammer 68 mit einer

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Bezugsdruckquelle über eine öffnung 74 in Verbindung, die im Gehäuse 46 gebildet ist. Die Kraft der Feder 72 kann verstärkt oder ersetzt werden durch atmosphärischen Druck oder einen anderen Bezugsdruck .

Ein statischer Druck entsprechend dem Parameter, der von dem Pilotregler 12 gesteuert werden soll, steht mit der unter statischem Druck stehenden Kammer 70 in Verbindung. Bei der dargestellten Ausführungsform dient die Servosteueranlage 10 dazu, den Druck auf der stromabwärtigen Seite des Hauptventils 14 zu regeln, und daher ist die unter statischem Druck stehende Kammer 70 mit dem Ventilaustritt 26 über eine Öffnung 76 und eine Leitung 78 verbunden.

Durch das Anlegen des Bezugsdrucks in der Kammer 68 und des statischen Drucks in der Kammer 70 in entgegengesetzten Richtungen an die Membraneinrichtung 66 wird ein Sollpunkt oder Nullpunkt des Arbeitens des Pilotventils 60 für den Zweck hervorgerufen, den geregelten Druck in der Anlage 10 auf einem konstanten Wert zu halten. In stationärem Zustand, wie er in Pig. I wiedergegeben ist, befindet sich das Pilotventil 60 in teilweise geöffneter Stellung, so daß der in der Kammer 48 hervorgerufene Steuerdruck das Hauptventil 14 in einen Drosselzustand einstellt derart, daß der Druck in der Leitung 16 stromabwärts des Hauptventils 14 dem von dem Bezugsdruck hervorgerufenen gewünschten Wert entspricht. Wenn der stromabseitige statische Druck das Bestreben hat, sich zu verringern, verringert sich auch der statische Druck in der Kammer 70, wodurch das Pilotventil 60 geöffnet oder weiter geöffnet wird, wodurch wiederum der Steuerdruck in der Kammer 48 verringert und das Ventil 14 weiter geöffnet wird. In ähnlicher Weise wird, wenn der stromabseitige statische Druck sich erhöht,

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das Pilotventil 60 in eine mehr geschlossenere Stellung verschoben, wodurch sich eine Erhöhung des Steuerdrucks in der Kammer 48 und eine Bewegung des Hauptventils 14 in SchiieQrichtung ergibt.

Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung ist eine Verzögerungseinrichtung 20 vorgesehen, um schnelles Ansprechen des Pilotreglers 12 zu ermöglichen ohne die Einführung einer Instabilität des Arbeitens, die für bekannte Pilotregler kennzeichnend ist. Insbesondere umfaßt die Verzögerungseinrichtung 20 eine Verzögerungskammer 60, die Über eine Strömungsdrossel 82 mit der Steuerkammer 48 verbunden ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Strömungsdrossel 82 einstellbar für den Zweck, die Dauer oder Ansprechzeit der von der Verzögerungseinrichtung 20 hervorgerufenen Verzögerung einstellen zu können zwecks Anpassung an die Betriebserfordernisse der Anlage 10.

Die in der Steuerkammer 48 und in der Verzögerungskammer 80 herrschenden Drücke werden in entgegengesetzter Richtung an die Membraneinrichtung 66 angelegt. Bei der dargestellten Ausführungsform werden diese Kräfte zwischen zwei im Abstand voneinander befindlichen Membranen 64 und 86 angelegt.'Diese besondere Gestaltung ist jedoch für die Verwirklichung vieler der Zwecke der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich.

Wenn die Stellung des Pilotventils 60 durch Bewegung der Membraneinrichtung 66 geändert wird, kann der Druck in der Steuerkammer 48 sich abrupt bzw. plötzlich ändern. Jedoch ändert sich zufolge der Strömungsdrossel 62 der Druck in der Verzögerungskammer 80 nur allmählich. Wenn Verbrauchsänderungen stromabwärts eine gegebene Änderung des statische?

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Drucks hervorrufen, bewegt sich die Membraneinrichtung 66 aus der anfänglichen Sollstellung oder Nullstellung zu einer endgültigen Rückstellstellung, wie sie für das Öffnen und Schließen des Pilotventils SO in einem vorbestimmten Ausmaß erforderlich ist, um auf diese Weise einen geänderten Steuerdruck hervorzurufen, der ausreichend ist, das Hauptventil 14 derart zu betätigen, daß der stromabwärt ige Druck auf den gewünschten Wert zurückgeführt wird.

Zufolge der Schaffung der Verzögerungskammer 80 und der Drossel 82 kann die Membraneinrichtung 66 sich abrupt bzw. plötzlich über einen Teil ihres Bewegungsbereiches bewegen, und sie ist daran gehindert, ihre volle Bewegung in abrupter bzw. plötzlicher Weise fortzusetzen. Auf diese Weise werden unerwünscht große Schwankungen oder Einstellungen des Hauptventils 14 vermieden. Nach der anfänglichen schnellen Bewegung der Membraneinrichtung 66 ermöglicht die Verzögerungseinrichtung 20 ellmähliche weitere Bewegung der Membraneinrichtung 66, bis vollständiges Rückstellen zur neuen Nullstellung oder Sollstellung vervollständigt ist.

Hinsichtlich der Arbeitsweise der Anlage sei angenommen, daß die Druckmittelquelle Gas unter einem Druck von etwa 7 kg/cm (100 psi) an das Ventil 14 liefert, und daß es gewünscht wird, den Druck am Ventilaustritt 26 auf einen Wert von etwa 2,1 kg/cm (30 psi) einzuregeln. Jede der Druckkammern 48, 68, 70 und 80 des Pilotreglers 12 hat bei der dargestellten Ausführungsform gleiche Fläche, obwohl diese besondere Gestaltung nicht erforderlich ist. Um einen geregelten Druck von etwa 2,1 kg/cm aufrecht zu erhalten, wird in der Bezugskammer 66 ein Bezugsdruck oder eine Bezugskraft vorgesehen, die dem gewünschten Druck von etv/a 2,1 kg/cm äquivalent ist. In einem aniäng-

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lichen stationären Zustand ist der statische Druck in der Kammer 70 ebenfalls etwa 2,1 kg/cm .

Das Pilotventil 60 ist hierbei teilweise offen und der Eintrittsdruck wird durch die Strömung durch die Drossel 58 und durch das Pilotventil 60 hindurch verringert, um einen Steuerdruck zu erzeugen, der anfänglich als beispielsweise etwa 6,3 kg/cm angenommen werden kann. Dieser Steuerdruck wird an die Ventilhiilse 36 in der Druckkammer 38 des Hauptventils 14 angelegt, und das Hauptventil 14 befindet sich dann in teilweise offener Stellung bzw. in einer Drosselstellung, in welcher eine Strömung zugelassen ist, die ausreichend ist, den Druck stromabwärts des Hauptventils 14 auf dem gewünschten statischen Wert von etwa 2,1 kg/c.m su halten.

Eine abrupte bzw. plötzliche Zunahme des Gasbedarfs durch einen oder mehrere stromabwärts befindliche Verbraucher führt zu einer abrupten bzw. plötzlichen Übergangsverringerung des statischen Drucke. Wird angenommen, daß der statische Druck um etwa 0,35 kg/cm (5 psi) fällt, so fällt der Druck in der Kammer 70 von etwa 2,1 auf etwa 1,75 kg/cm (von 30 auf 25 psi). Als Ergebnis wird die Membraneinrichtung 66 einem Nettodruckungleichgewicht von etwa 0,35 kg/cm (5 psi) unterworfen, und die Membraneinrichtung 66 bewegt sich demgemäß schnell gemäß Fig. 1 nach rechts, um zusätzliches öffnen des Pilotventils 60 hervorzurufen.

Nach einer anfänglichen abrupten bzw. plötzlichen Bewegung der Membraneinrichtung 66 öffnet sich das Pilotventil 60 in vorbestimmtem Ausmaß, um den in der

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Steuerkammer 48 herrschenden Steuerdruck zu verringern, wodurch auch der Druck in der Druckkammer 38 verringert und weiteres Öffnen des Ventils 14 hervorgerufen wird. Dieser anfängliche Abfall des Steuerdrucks ist gleich etwa 0,35 kg/cm (5 psi), und der Steuerdruck fällt abrupt bzw. plötzlich von etwa 6,3 auf 5,95 kg/cm (von 90 auf 85 psi). Zufolge der Schaffung der Drossel 82 fällt der Druck in der Verzögerungskammer 80 nicht plötzlich von etwa 6,3 auf etwa 5,95 kg/cm , sondern er bleibt vielmehr wirksam auf etwa 6,3 kg/cm . Demgemäß befindet sich nach anfänglicher plötzlicher Eewegung der Membraneinrichtung 66 diese sich wiederum in einem hinsichtlich des Drucks ausgeglichenen Zustand, und schnelle Bewegung ist auf diesen anfänglichen Teil der gesamten Rückstellbewegung begrenzt.

Insbesondere bleibt in diesem hinsichtlich des Drucks ausgeglichenen Zustand der Bezugsdruck auf wirksamen, etwa 2,1 kg/cm , während der statische Druck sich auf etwa 1,75 kg/cm befindet. Der Druck in der Verzögerungskammer 80 beträgt etwa 6,3 kg/cm , während der Druck in der Steuerkammer 48 etwa 5»95 kg/cm beträgt. Das schnelle teilweise öffnen des Pilotventils 60 ermöglicht ein schnelles öffnen des Hauptventils 14 in ausreichendem Ausmaß, um den Bedarf stromab des Ventile 14 aufzunehmen, so daß der statische Druck von etwa 1,75 kg/cm aufrecht erhalten wird. Das Druckungleichgewicht, welches durch die Erfindung zwischen den Kammern48 und 80 geschaffen ist, begrenzt somit die schnelle anfängliche Bewegung der Membraneinrichtung 66 auf ein begrenztes Ausmaß, welches erforderlich ist, eine Steuerdruckänderung gleich der Änderung des statischen Drucks zu erzeugen.

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Nach der anfänglichen schnellen Bewegung der Membrane inrichtung 66 wird der Druck durch das Strömen durch die Drossel 62 zwischen der Verzögerungskammer 3C und der Steuerkammer 4S allmählich ausgeglichen. Wenn dieser allmähliche Druckausgleich stattfindet, setzt die Membraneinrichtung 66 ihre Bewegung allmählich fort und öffnet dadurch das Pilotventil 60 allmählich weiter. Während dieser weiteren allmählichen fortgesetzten Bewegung sinkt der Steuerdruck in der Kammer 4S v/eiter, wie auch der Druck in der Druckkamteer 38. Demgemäß öffnet sich das Ventil 14 allmählich weiter.

Die genannte allmähliche zusätzliche Bewegung setzt sich fort, bis der Rückstellvorgang beendet ist, zu welcher Zeit der statische Druck stromabwärts des Hauptventils 14 den gewünschten Wert von etwa 2,1 kg/cm erreicht. Zu dieser Zeit sind der Druck in der Verzögerungskammer 60 und der Steuerdruck gleich und sie befinden sich auf einem Wert von niedriger als etwa 5,95 kg/ cm . In diesem neuen stationären Zustand befindet sich die Membraneinrichtung 66 in ausbalanciertem Zustand, wobei der statische Druck und der Bezugsdruck beide wirksam gleich etwa 2,1 kg/cm sind, und wobei der Druck in der Verzögerungskammer 80 und der Druck in der Steuerkammer 48 einander gleich sind. Die allmähliche Vervollständigung der Rückstellbewegung verhindert instabile groSe Abweichungen des Steuerdrucks und der Stellungen des Hauptventile 14, wie sie sich bei bekannten Pilotreglern ergeben.

Es ist bequem verständlich, CaS der Druckregler 12 an andere Arten von Druckregelung angepaßt werden kann. Allgemein ist die unter statischem Druck stehende Kam-

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mer 70 so angeschlossen, daß ein Druck entsprechend dem zu steuernden Parameter empfangen wird, und der Bezugsdruck wird entgegengesetzt zu dem statischen Druck in der Richtung angelegt, die erforderlich ist, um gewünschte Öffnungsbewegung und Schließbewegung des Pilotventils 60 hervorzurufen. Beispielsweise können Druckentlastung oder Regelung des Druckes stromaufwärts des Hauptventils 14 ausgeführt werden, indem die unter statischem Druck stehende Kammer 70 mit dem Eintritt 24 des Hauptvsntils 14 verbunden wird, und indem die Richtungen mit Bezug auf das Pilotventil 60 umgekehrt werden, in denen der Bezugsdruck und der statische Druck auf die Membraneinrichtung 66 wirken. Für Differenzialdruckregelung werden der statische Druck bzw. der Rückkopplungsdruck an beide Kammern 68 und 70 angelegt.

In den Figuren 2 bis 5 ist im einzelnen die Ausführung des Pilotreglers 12 dargestellt, die in Fig. 1 nur schematisch wiedergegeben ist. Daa Gehäuse 46 weist einen Teil 88 auf, der zwischen einem Federgehäuseteil 90 und einem Abschlußteil 92 mittels Flanschbolzen 94 eingeklemmt ist, die mit Ansätzen oder Flanschen 96 an dem Federgehäuseteil und dem Abschlußteil 92 zusammenarbeiten. Die Membranen 84 und 86 sind jeweils zwischen dem Gehäuseteil 88 und dem Abschlußteil 92 bzw. zwischen dem Gehäuseteil 88 und dem Federgehäuseteil 90 eingeklemmt. Auf diese Weise ist eine wirtschaftliche Ausführung geschaffen, bei welcher nur eine minimale Anzahl von Teilen vorhanden ist und welche mit geringen Kosten bearbeitet und zusammengebaut werden kann.

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Zusätzlich zu den beiden Membranen 84 und 86 unifaßt die Membraneinrichtung 66 eine Zugstange 93, die zwei Klemmplatten 100 und 102, die gegen gegenüberliegende Seiten der Membran 84 geklemmt sind, und zwei Klemmplatten 104 und 1C6, die gegen gegenüberliegende Seiten der Membran 86 geklemmt sind. Die Membraneinrichtung 66 ist mittels zweier Muttern 108 und 110 im zusammengebauten Zustand gehalten, deren jede auf ein Ende der Zugstange.96 geschraubt ist.

Sie Bezugsfeder 72 ist zwischen der Klemmplatte 104 und einem Federdruckteil 112 unter Druck gehalten. Einstellung der Belastung der Bezugsfeder 72 wird erhalten mittels eines Stellschaftes 140, der in einer Kappe 116 schraubbar aufgenommen ist, die am Ende des Federgehäuseteiles 90 getragen ist. Eine Sicherungsmutter 118 dient dazu, den Schaft 114 in seiner eingestellten Stellung zu halten. Die öffnung 74 für den Bezugsdruck ist in dem Federgehäuseteil 90 gebildet, um die Bezugsdruckkammer 68 mit der Atmosphäre oder mit einem anderen Bezugsdruck zu verbinden.

Der etatische Druck wird an die Kammer 70 angelegt entgegengesetzt zu dem Bezugsdruck oder der Bezugskraft, der bzw. die an die Bezugsdruckkammer 66 angelegt wird. Bei der dargestellten Ausführung ist die unter statischem Druck stehende Kammer 70 in dem Abschlußteil 92 der Membran 84 benachbart gebildet und eie steht mit der öffnung 76 in Verbindung.

Wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich, sind die Steueröffnung 50, die Eintrittsöffnung 56 und die Entlastungsöffnung 62 im Gehäuseteil 88 gebildet und sie

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erstrecken sich relativ zur mittleren Längsachse des Gehäuseteiles 88 in radialer Richtung nach au2en. Der Gehäuseteil 86 ist weiterhin mit einer mittleren a;cialen öffnung 120 versehen, durch welche hindurch die Zugstange 98 der Membraneinrichtung 66 sich hin- und herbewegen kann. Die Steuerkammer 48 ist in einem Ende des Gehäuseteiles 68 der Membran 84 benachbart gebildet, und die Verzogerungskammer 80 ist im gegenüberliegenden Ende des Gehäuseteiles 88 der Membran 86 benachbart gebildet. Eine Q-Ringdichtung 122 verhindert Druckverbindung rund um die Zugstange 98 durch die Öffnung 120 hindurch zwischen der Steuerkammer 48 und der Verzögerungskammer 80.

Die Eintrittsöffnung 56 steht mit der Steuerkammer 48 über die Strömungsdrossel 58 in Verbindung. Gemäß Fig. 3 weist die Drossel 58 ein einfaches gebohrtes loch im Gehäuseteil 88 auf. Diese Ausführung ist möglich, da Einstellung der Drossel 58 bei einem Pilotregler 12 gemäß der Erfindung nicht erforderlich ist zufolge der Tatsache, daß die Verzögerungseinrichtung 20 große Stabilität und schnelles Ansprechen schafft. Demgemäß kann im Gegensatz zu bekannten Pilotregelvorrichtungen die Drossel 58 einheitlich bzw. einstückig mit dem Gehäuse 46 ausgeführt werden, und sie braucht kein getrennter Bauteil der Steueranlage zu sein.

Das Pilotventil 60 weist einen ortsfesten Ventilsitz bzw. einen Öffnungsteil 124 auf, der v:n dem Gehäuseteil 88 getragen ist und der die Steuerkammer 48 mit der Entlastungsöffnung 62 verbindet. Ein federnder ringförmiger Einsatz 126 in der Klemmplatte 100 weist ein bewegliches Ventilglied auf, welches mit dem Ven-

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ΊΧ-

tilsltz 124 zusammenarbeitet. Dies stellt eine außerordentlich· einfache PilotventilausfUhrung dar im Gegensatz zu bekannten Pilotreglern, die komplexe bewegbare Gebilde aufweisen, um einen Pilotventilarbeitsvorgang hervorzurufen·

Wie am besten aus Fig. 5 ersichtlich, steht die Steueröffnung 50 mit der Steuerkammer 48 über einen nicht verhängten Durchgang 128 in Verbindung, der im Gehäuseteil 88 gebildet ist. Auf diese Weise erfolgt Lieferung von Steuerdruck aus der Steuerkammer 48 für die Steuerung eines äußeren Hauptventils in Übereinstimmung mit der Stellung der Membraneinrichtung 66.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung befindet sich die VerzÖgerungskammer 80 in verengter einstellbarer Verbindung mit der Steuerkammer 48. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung iat die einstellbare Verengung oder Drossel durch einen Rotorteil 130 geschaffen, der in einer Öffnung 132 drehbar getragen ist, die im Gehäuseteil 88 als Verlängerung der Steueröffnung 50 gebildet ist. Der Rotor 130 steht mit der Steuerkammer 48 über den nicht verengten Durchgang 123, dem inneren Teil der Steueröffnung 50 und einem Teil 134 verkleinerten Querschnitts der Zugstange 98 in Verbindung.

Der Rotor 130 ist mit einem mittleren Hohlraum versehen, der vorzugsweise eine Filterpatrone enthält, um ein Verschmutzen der einstellbaren Drossel 82 zu verhindern. Eine radiale öffnung 138 verbindet die mittlere öffnung 136 mit einer Nut 140 variabler Breite, die den Außenumfang des Rotors 130 umschreibt. Ein Durchgang 142, der mit der Nut 140 ausgerichtet ist, erstreckt

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sich zur Verzögerungskammer 80. Die variable Drossel 52 umlaßt die Zwischenfläche zwischen der Nut 140 und dem Durchgang 142, und die Verengung kann bequem eingestellt werden durch Drehung des Rotors 130, beispielsweise durch Eingriff zwischen einem Kopfteil 144 des Rotors 130 und einem Schraubenzieher oder einem anderen Werkzeug. Die Größe der Drossel 82 kann von maximaler Größe zu minimaler Größe eingestellt werden, und vorzugsweise ist die Gestalt der Nut 140 derart, daß die Drossel niemals vollständig geschlossen werden kann.

Der Pilotregler 12 gemäß der Erfindung ist sowohl für Flüssigkeitsversorgung wie auch für Gasversorgung angepaßt. Bei Flüssigkeitsversorgung ist die Arbeitsweise des Pilotreglers 12 anders, weil flüssiges Medium nicht kotnpressibel ist. Insbesondere wirkt die Verzögerungseinrichtung 20 bei Flüssigkeitsversorgung einfach als Stoßdämpfer, der hydraulische Dämpfung der Bewegungen der Membraneinrichtung 66 schafft. Da die in diesem Fall in der Verzögerungskammer 80 befindliche Flüssigkeit nicht kompressibel ist, ist schnelles,teilweises, anfängliches Ansprechen der Membraneinrichtung 66 nicht möglich. Wenn keine Dämpfung bei Flüssigkeitsversorgung erwünscht ist, oder wenn bei Gasversorgung keine Verzögerung erwünscht ist, kann die Drossel 82 fortgelassen werden, indem einfach der Rotor 130 entfernt wird, der Durchgang 142 vergrößert wird, falls erforderlich, und das Außenende der Öffnung 132 verschlossen wird.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Pilotregler zur Verwendung mit einer Arbeitsmittelleitung, die ein Hauptventil aufweist, das einen Eintritt, einen Austritt, eine Druckkammer und ein Ventilglied besitzt, welches bei Ansprechen auf Änderungen des Steuerdrucks in der Druckkammer zwischen einer geschlossenen und einer offenen Stellung bewegbar ist, mit einem Gehäuse, in welchem eine druckbetätigte Kolbeneinrichtung für Hin-und Herbewegung angeordnet ist, wobei das Gehäuse und die Kolbeneinrichtung eine Steuerdruckkammer zum Vorspannen der Kolbeneinrichtung in einer Richtung, und eine unter statischem Druck stehende Kammer zum Vorspannen der Kolbeneinrichtung in der entgegengesetzten Richtung bilden, mit einer Bezugsvorspanneinrichtung, um die Kolbeneinrichtung in der genannten einen Richtung vorzuspannen, mit Mitteln, die eine Durchgangseinrichtung in dem Gehäuse aufweisen zum Verbinden der Steuerdruckkammer mit der Druckkammer des Hauptventilee und zum Verbinden der unter etatischem Druck stehenden Kammer mit einer Quelle zu regelnden statischen Drucks, mit einer Strömungsdrossel zum Verbinden der Steuerdruckkammer mit dem Eintritt des Hauptventils, und mit einem Pilotventil, welches bei Ansprechen auf Bewegung der Kolbeneinrichtung betätigt wird zum Steuern des Entlastens von Druck aus der Steuerdruckkammer, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Gehäuse (46) und der Kolbeneinrichtung (66) eine Verzögerungsdruckkammer (80) gebildet ist, jtn die Kolbeneinrichtung in der genannten entgegengesetzten Richtung vorzuspannen, und daß ein vei engter Durchgang (62) vorgesehen ist, der die Verzögerungsdruckkammer mit der Steuerdruckkammer (48) verbindet.

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   2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsvorspanneinrichtung eine Feder (72) aufweist.

   3. Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsvorspanneinrichtung eine Bezugsdruckkammer (6S), die von dem Gehäuse (46) und der Kolbeneinrichtung (66) gebildet ist, aufweist, und daß in dem Gehäuse eine Bezugsöffnung (74) zum Liefern eines Bezugsdrucksignals an die Bezugsdruckkammer gebildet ist

   4. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine einstellbare Einrichtung (130 usw.), die mit dem verengten Durchgang (32) gekoppelt ist, um dessen Verengung einzustellen.

   5. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotventil (60) einen Ventilsitz (124), der am Gehäuse (46) befestigt ist, und ein Ventilglied (100, 126) aufweist, welches mit der Kolbeneinrichtung (66) bewegbar ist.

   6. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsdrossel (58) einen Durchgang unveränderlichen Querschnitts aufweist, der in dem Gehäuse (46) gebildet ist.

   7. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbeneinrichtung (66) eine Membraneinrichtung mit zwei Membranen (64, 86) aufweist, die für gemeinsame Bewegung miteinander verbunden sind (über Zugstange 98).

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   θ. Regler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet» daß die Steuerkammer (48) und die Verzögerungskammer (80) zwischen den Membranen (84, 86) angeordnet sind.

   9. Regler nach einem der Ansprüche 4 Ms S, dadurch gekennzeichnet, da3 die einstellbare Einrichtung einen drehbaren Teil (130) aufweist, der eine ümfangsnut (140) mit sich ändernder Breite hat, und da3 der verengte Durchgang weiterhin einen mit der Nut ausgerichteten Durchtrittsv/eg bzv/. Strömungsweg aufweist.

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