NL8100222A

NL8100222A - Inrichting voor het regelen van de druk van een fluidum.

Info

Publication number: NL8100222A
Application number: NL8100222A
Authority: NL
Original assignee: Inst Francais Du Petrole
Priority date: 1980-01-21
Filing date: 1981-01-19
Publication date: 1981-08-17
Also published as: ES498719A0; CA1177357A; JPH0243068B2; US4418535A; FR2474193B1; JPS56105169A; BE887079A; SE8100262L; US4791906A; DE3101656C2; US4658587A; IT1135073B; SE448499B; US4552169A; DE3101656A1; CH641284A5; IT8119189A0; ES8200492A1; FR2474193A1; GB2068455B

Description

813012/Ke/mk **

Korte aanduiding: Inrichting voor het regelen"van de druk van een fluïdum. Door Aanvraagster wordt als uitvinder genoemd: André ECOMABD.

5 De uitvinding heeft betrekking op een inrichting waarmee de druk kan worden geregeld van een fluidum dat door een bron wordt afgegeven aan een voedingsketen.

Er zijn in de techniek inrichtingen bekend voor het regelen van de druk van een fluidum dat afkomstig is van een bron. Volgens een 10 eerste uitvoeringsvorm, die beschreven wordt in het Amerikaanse octrooi- schrift 3.020.925, wordt een kraan toegepast die in serie staat met de bron. Deze kraan wordt in werking gesteld door een vervormbaar membraan, waarbij aan weerszijden daarvan drukken heersen die afhankelijk zijn van de druk van het fluidum boven- en benedenstrooms van de kraan. Door een derge-15 lijke inrichting wordt dus tegelijkertijd het door de bron afgegeven flui-dumdebiet verandert.

Andere inrichtingen die ook gebruik maken van een orgaan dat in serie geplaatst is met de voedingsbron van het fluidum worden bijvoorbeeld beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.272.227 en in de 20 publikatie Regelungstechnische Praxis, deel 2, No. 3, München, September I960, bladzijden 11 tot 114, onder de titel "örtliche Druckluftregelung mit Reduzierstationen" door J. Ruschenweyh.

Volgens een andere uitvoeringsvorm die bijvoorbeeld wordt beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 2.883.998 of het Franse oc-25 trooischrift 1.337*654, wordt de regeling van de druk verkregen door te werken met een orgaan voor het afsluiten van een omloopketen die met de fluidumbron verbonden is parallel aan de gebruiksketen voor het fluidum.

Andere inrichtingen van dit type werken onstabiel op het moment van openen van het afsluitorgaan, hetgeen meestal tot uiting komt 30 in een voortijdig opengaan van dit afsluitorgaan.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting van het type met een omloopleiding die verbonden is met de fluidumbron, en bestuurt door een afsluitorgaan waarvan de opening de druk van het fluidum in de gebruiksketen beperkt tot een bepaalde waarde; de uitvinding beoogt een der-35 gelijke inrichting te verschaffen zonder de hierboven genoemde bezwaren en waarmee het in het bijzonder mogelijk is om een ongehinderd opengaan van het afsluitorgaan te realiseren.

De wijze waarop dit volgens de uitvinding wordt bereikt is omschreven in de toegevoegde conclusies en wordt hierna toegelicht aan 40 de hand van de bijgaande tekeningen.

8 1 00 22 2 * f -2-

Fig. 1 toont schematisch een inrichting volgens de bekende techniek;

Fig. 2 toont een eerste uitvoeringsvorm volgens de uitvinding; 5 Fig· 2a is een variant van Fig, 2;

Fig, 3 toont een tweede uitvoeringsvorm volgens de uitvinding;

Fig, 1; toont de toepassing van de uitvinding op de regeling van een turbocompressor die aangebracht is aan een verbrandingsmotor; 10 Fig. 5 toont de werking van de inrichting volgens Fig. 4.

Men ziet in Fig. 1, schematisch en in doorsnede, een regel-inrichting volgens de bekende techniek waarmee de druk wordt geregeld van het fluidum dat aangegeven wordt door een fluidumbron 1. Dit fluïdum is bijvoorbeeld perslucht waarmee een gebruiksketen wordt gevoed die op de 13 bron is aangesloten door middel van een hoofdleiding 2.

De regelinrichting omvat een omloopleiding 2 die met de bron 1 verbonden is parallel over de hoofdleiding 2 en die bijvoorbeeld met het vrije uiteinde k in de atmosfeer uitmondt. Een afsluitorgaan, dat hier een klem 5 is die same'nwerkt met een klemzitting 6, zorgt voor de afslui-20 ting van de leiding 3· Een getarreerde veer 7 werkt op de stang 8 van de klep 3 om deze in de in Fig. 1 getekende gesloten stand te houden. De steel 8 is vast verbonden met de beweeglijke wand 9 van een manometrische doos 10 die door een leiding 11 verbonden is met de fluidumvoeding.

De werking van de inrichting is eenvoudig. Voor zover de 25 druk van het door de bron 1 af gegeven fluidum lager blijft dan een bepaalde waarde waarop de veer 7 is afgesteld, wordt de klep 5 op zijn zitting 6 gehouden door de werking-ran de veer 7 op de steel 8. Al het door de bron 1 afgegeven fluidum stroomt dan de leiding 2 in, zoals de getrokken getekende pijl aanduidt.

30 Wanneer de waarde van de druk van het fluidum hoger is dan de bepaalde waarde wordt door de manometrische doos 10 de klep 5 verplaatst tegen de werking van de veer 7, waardoor de klep opengaat, Een gedeelte van het door de bron 1 geleverde fluidum wordt dan afgevoerd door de opening k en er komt in de leiding 2 een druk tot stand op een waarde 35 die in hoofdzaak gelijk is aan de vastgestelde waarde.

Het zal duidelijk zijn dat, wanneer de waarde van de druk van het fluidum in stijgende zin de vastgestelde waarde bereikt, door de werking van de manometrische doos 10 op de steel 8 allereerst in hoofdzaak de werking van de veer 7 wordt gecompenseerd zodat de klep 5 dan praktisch kO zonder spanning op zijn zitting 6 wordt gehouden. Uit de ervaring blijkt 8100222 -3- « i dat ep lek optreedt ter plaatse van de klep als die niet ongehinderd kan opengaan.

Dit bezwaar wordt ondervangen door het gebruik van de inrichting volgens de uitvinding waarvan een eerste uitvoering .weergegeven 5 is in Fig. 2.

In deze uitvoeringsvorm is de steel 8 voor de bediening van de klep 5 axiaal doorboord. De centrale doorboring of het kanaal 12 staat door een geijkt uiteinde 14 in verbinding met het inwendige van de manometrische doos 10 aan de andere kant van het membraan 9 dan de veer 7· 10 Aan het andere uiteinde mondt de boring 12 radiaal uit in een opening 13«

De hoogte van de opening 13 op de steel 8 is zodanig dat die opening in de sluitstand van de klep vrij is en het fluidum stroomt door de leiding 11, door de manometrische doos 10 en door het kanaal 12 alvorens door de opening 13 te worden afgevoerd naar het uitwendige van de doos 10, welke 15 laatst voorzien is van openingen 10a die in verbinding staan met de atmosfeer.

De werking van de inrichting wordt in het onderstaande beschreven.

Vanneer het afsluitorgaan gesloten is en wanneer de druk 20 van het door de bron 1 afgegeven fluidum lager is dan een vastgestelde waarde, loopt dit fluidum in hoofdzaak door de hoofdleiding 2. Een klein gedeelte van het fluidum stroomt echter door de leiding 11, dringt door de opening 15 de manometrische doos 10 binnen aan de andere zijde van het membraan 9 dan die waar zich de veer 7 bevindt, en wordt vervolgens afgevoerd 25 door het kanaal 12. De druk P binnen de manometrische doos 11 wordt dan c

bepaald door de formule p P

° „2 1+ S2 waarin P.de relatieve druk voorstelt van het door de bron 1 af gegeven flui-30 dum, j3 de doorsnede van de geijkte opening 14 en S de doorsnede van de geijkte opening 15.

Onder deze omstandigheden, en voorzover het fluidum door de boring 12 stroomt, blijft de waarde van de druk P lager dan de waarde P, c

Wanneer de druk P van het door de bron 1 afgegeven flui- 35 dum toeneemt stijgt de druk P tot een ethische waarde waarop de veer 7 is afgestemd. Door verplaatsing van de stang 7 voor de bediening van de klep 5 kan de opening 13 afgesloten worden door de geleidingsbus 16, waardoor dus de stroming van het fluidum door de leiding 12 wordt onderbroken.

De druk P binnen de manometrische doos 11 neemt dan c 40 plotseling toe om gelijk te worden aan de druk van het fluidum dat door de 8 1 00 2 2 2 + * Λ- bron 1 wordt afgegeven. Het gevolg is een plotseling verplaatsing van de steel 8 waardoor de klep 5 opengaat zodat dus de druk wordt beperkt van het fluïdum waardoor de leiding 2 wordt gevoed.

In deze uitvoeringsvorm is de klep 5 verlengd met een 5 cylindrisch deel 5a waardoor de leiding 3 afgesloten blijft gedurende de kleine verplaatsing van de stang 8 die overeenkomt met de afsluiting van de opening 13 van het kanaal 12.

Fig. 2a toont een uitvoeringsvariant waarin de bedienings-stang van de klep 5 samengesteld is uit twee elementen 8a en 8b. Eén daar-10 van is voorzien van een sleuvengat 8c dat samenwerkt met een pen 8d die verbonden is met het andere element. In deze uitvoeringsvorm zal, wanneer de werking van de veer 7 en de druk op de steel 8a elkaar compenseren, de klep 5 met kracht op zijn zitting gedrukt blijven tot aan de volledige afsluiting van de opening 13 door de werking van de druk van het door de bron 15 1 afgegeven fluidum.

Fig. 3 toont een tweede uitvoeringsvorm volgens de uitvinding. In deze figuur zijn alleen de elementen getekend die nodig zijn voor het verplaatsen van de bedieningsstang 8 van de klep 5·

Evenals in de vorige uitvoeringsvorm is de bedienings-20 stang 8 vast verbonden met de beweeglijke wand 9 van een manometrische doos en staat hij onder invloed van de werking van de veer 7 die de neiging heeft om de klep tegen zijn zitting te drukken. Door de leiding 11 wordt de manometrische doos 10 gevoed met fluidum onder druk via de geijkte opening 15·

De manometrische doos 10 heeft een tweede beweeglijke wand 1’7 die vast ver- 25 bonden is met een glijdende as of glijder 18. Door deze as is een geijkte axiale boring 12 aangebracht waarvan een uiteinde door een opening 14 uitmondt in de manometrische doos 10 tussen de twee beweeglijke wanden 9 en V en waarvan het andere uiteinde door een radiale opening 13 in verbinding staat met het uitwendige van de manometrische doos 10.

30 Een veer 19 werkt op de glijder 18 om hem in de getekende stand te houden, waardoor fluidum door de opening 13 kan stromen.

De veer 19 is afgesteld op een lagere waarde dan die waarop de veer 7 is afgesteld.

Nu zal de werking worden beschreven, waarbij de inrich- 35 ting zich aanvankelijk bevindt in de in Fig. 3 getekende stand waarin het afsluitorgaan 5 gesloten wordt gehouden. Voor zover de waarde P van de druk van het door de bron 1 afgegeven fluidum lager blijft dan een vastgestelde waarde stroomt het fluidum door de leiding 11, door de doos 10 en door de leiding 12 om de verdwijnen door de opening 13· De druk P binnen de mano- c kO metrische doos 10 stelt zich in op een lagere waarde dan P, afhankelijk van 8100222 *- * -5- de geijkte doorsneden S van de opening 15 en _s van de leiding 12· Vanneer de waarde van de druk P toeneemt en de waarde van de druk P een kritische c waarde "bereikt waarvoor de veer 19 is afgesteld, wordt de glijder 18 in de tekening naar boven verplaatst en geen aanleiding geeft tot het afsluiten 5 van de opening 13 en bet onderbreken van de stroming in de manometrische doos 10· De waarde van de druk P neemt plotseling toe tot de waarde P. De c bedieningsstang 8 wordt op zijn beurt verplaatst om het afsluitorgaan 5 in werking te stellen·

Fig. 4 toont een toepassingsvoorbeeld van de uitvinding 10 op de automatische regeling van de voeding van een turbine die aangedreven wordt door de uitlaatgassen van een verbrandingsmotor, waarbij deze turbine werkzaam is op een compressor die lucht afgeeft die nodig is voor de werking van de motor.

In Fig. 4 is door 20 een verbrandingsmotor aangeduid die 15 gevoed wordt met gas zoals lucht of een koolstofhoudend mengsel door een inlaatleiding 21. Ter wille van de duidelijkheid van de tekening zijn de inrichtingen voor het inladen van de brandstof niet weergegeven. Deze inrichtingen kunnen zijn van het carburateur- of injecteurtype en ze kunnen boven- of benedenstrooms van de compressor zijn geplaatst, zoals in de tech-20 niek bekend is. De uitlaatgassen wordt afgevoerd door een leiding 22.

Er wordt aan herinnerd dat het vermogen van een motor 20 kan worden verhoogd door een compressor 24 die draaiend gekoppeld is met een turbine 23 die in werking wordt gesteld door de uitlaatgassen van de motor. Het gevolg is dat het door de compressor 24 geleverde gasdebiet af-25 hangt van de draaisnelheid van de turbine 23, dat wil zeggen van het debiet van de uitlaatgassen waardoor de turbine wordt gevoed. Met andere woorden het debiet en de druk van gas uit de compressor 24 hangen samen met het werkingsgebied N van de moter.

In het algemeen worden karakteristieken van de turbocom-30 pressor zo gekozen dat men een maximaal motorkoppel verkrijgt bij een bepaalde waarde en één van het werkingsgebied van de motor. Men komt er dus toe de draaisnelheid van de turbine te regelen door regeling van de hoeveelheid uitlaatgassen die erdoorheen stromen in de werkingsgebieden van de motor boven de waarde N^.

35 Het is bekend om daartoe een omloopleiding te gebruiken voor de uitlaatgassen van de motor, bestaande uit een leiding 27 die de ingang verbindt met de uitgang van de turbine 23, een orgaan 5 voor het afsluiten van de omloopleiding en een bedieningsinrichting die zorgt voor het openèn van dit afsluitorgaan in de hoge werkingsgebieden van de motor om 4ö rechtstreekse afvoeren van een bepaald gedeelte van de uitlaatgassen van de 8 1 0 0 2 2 2 ♦ ** -6- leiding 22 naar de uitlaat 26 mogelijk te maken.

In de getekende uitvoeringsvormen wordt de bedieningsinrichting in werking gesteld in afhankelijkheid van de druk aan de ingang van de turbine of in afhankelijkheid van de druk aan de uitgang van de com-5 pressor om een bepaald verloop te krijgen van de verandering van de druk aan de uitgang van de compressor.

Wanneer een bedieningsinrichting,volgens de bekende techniek wordt gebruikt, zoals bijvoorbeeld weergegeven in Fig. 1, waarin de leiding 11 in verbinding staat met de uitgang van de compressor, is het 10 verloop van de druk P van de gassen aan de uitgang van de compressor in afhankelijkheid van het werkingsgebied N van de motor zoals in Fig. 5 voorgesteld door de met een streep-stippel-lijn getekende kromme I. Men kan opmerken dat in de werkingsgebieden beneden deze kromme duidelijk verschillend is van de met een getrokken lijn getekende kromme II waardoor de 15 funktie P = f (N) wordt voorgesteld wanneer het afsluitorgaan 5 volmaakt gesloten wordt gehouden, dat wil zeggen wanneer de klep 5 net kracht tegen zijn zitting 6 wordt gehouden. Dit verschil, dat aanleiding geeft tot het voortijdig openèn van het afsluitorgaan 5 zoals in het bovenstaande vermeld, toont dat in de lage werkingsgebieden van de motor niet de maximale energie 20 uit de uitlaatgassen wordt teruggewonnen.

Om dit bezwaar te ondervangen wordt als bedieningsorgaan voor de klep 5 gebruik gemaakt van de inrichting volgens de uitvinding. In het schematisch in Fig. 4 weergegeven voorbeeld komt de gebruikte inrichting overeen met de uitvoering volgens Fig. 3· De leiding 11 verbindt de uitgang 25 van de compressor 2k met de manometrische doos 10, terwijl door een leiding 28 de gassen die gestroomd zijn door het kanaal 12 dat aangebracht is in de glijder 18 weer teruggebracht kunnen worden naar de ingang van de turbine.

De werking van het geheel wordt nu beschreven aan de hand 30 van Fig. 3, k en 5·

De verhouding van de doorsnede van de geijkte opening 15 en die van de leiding 12 en de insteldruk van de veer 19 zijn zo gekozen dat de afsluiting van de opening 13 (Fig. 3) plaats vindt bij de waarde van het werkingsgebied van de motor.

35 Allereerst zal nu het geval worden beschouwd dat het ge bied van de motor toeneemt tot de waarde N^.

De druk P binnen de manometrische doos 10 volgt het ge-c deelte OA’ van de kromme III die met een stippel-lijn is getekend. De druk P^ is te laag om de veren 7 en 19 te kunnen samendrukken. De klep 5 wordt kO stevig op zijn zitting 6 gehouden door de werking van de veer 7 waardoor 8100222

« A

-7- elke gaslekkage naar de omloopleiding 27 wordt voorkomen. De druk P aan de uitgang van de compressor varieert volgens het gedeelte OA van de kromme II. Wanneer het werkingsgebied van de motor de waarde bereikt, bereikt de druk P aan de uitgang van de compressor de waarde P«j en bereikt de druk 5 Pc in de manometrische doos 10 de waarde P^ waarop de veer 19 is afgesteld. Het gevolg is een verplaatsing van de glijder 18 en een onderbreking van de stroming van de gassen door het kanaal 12.

De druk P in de manometrische doos 10 neemt toe en wadt c gelijk aan de druk P aan de uitgang van de compressor 24 en hoger dan de 10 waarde die overeenkomt met de afstelling van de veer 7» hetgeen tot gevolg heeft dat de klep 5 plotseling opengaat.

De ervaring toont dat de druk zich plotseling instelt op een waarde P^ die ligt tussen P^ en P^, overeenkomend met het punt B dat zich in hoofdzaak op de kromme I bevindt.

15 Een extra verhoging van het regime van de motor leidt tot een verhoging van de waarde van de drukken P en P tot een instelwaarde w die afhankelijk is van de hoeveelheid uitlaatgas die omgeleid wordt door de leiding 27. Het gevolg is dat, voor de waarden hoger dan N^, de waarde van de druk aan de uitgang van de compressor 24 en in de manometrische doos 11 20 in hoofdzaak de kromme I volgt.

Men ziet dus dat bij lage regimes de inrichting volgens de uitvinding het mogelijk maakt om de grootste energiehoeveelheid uit de uitlaatgassen terug te winnen en dus te zorgen voor een betere verhoging van het motorvermogen. De aldus teruggewonnen energiehoeveelheid is in 25 hoofdzaak evenredig met het oppervlak dat ligt tussen de krommen I en II, dat wil zeggen het oppervlak OAB.

Wanneer men, uitgaande van een waarde die hoger is dan N^, de waarde van het werkingsgebied van de motor laat afnemen wordt experimenteel waargenomen dat de druk aan de uitgang van de compressor 24, en dus 30 in de manometrische doos 10, daalt volgens de kromme I tot een waarde ^ van het werkingsgebied van de motor, dat wil zeggen tot aan het punt C waarvoor de waarde van de druk P^,overeenkomt met de afstelling van de veer 19· De glijder verplaatst zich in de andere richting, waardoor de gassen door de leiding 12 kunnen stromen. De druk in de manometrische doos daalt plot-35 seling tot de waarde P^ die overeenkomt met het punt D'. Daardoor wordt de klep 5 door de veer 7 op zijn zitting 6 gedrukt en neemt de druk aan de uitgang van de compressor toe tot de waarde P^ die overeenkomt met het punt D. Wanneer het regime van de motor daalt beneden de waarde daalt de druk in de manometrische doos 10 volgens het gdeelte D’0 van de kromme III terwijl 40 de waarde van de druk aan de uitgang van de compressor varieert volgens het 8 1 00 2 2 2 4 * -8- gedeelte DO van de kromme II.

De waarde Ng hangt af .van de karakteristieken van de turbocompressor en van de verhouding tussen de doorsnede van de opening 15 en die van de leiding 12. In het algemeen is de waarde van Ng lager dan 1 a 2 5 omw./sec. bij de waarde N^.

De in Fig. b weergegeven uitvoeringsvorm vertoont het voordeel dat in de manometrische doos gassen worden ingevoerd bij een temperatuur die lager is dan die van de uitlaatgassen. Binnen het kader van de uitvinding kunnen echter de leidingen 11 en 28 ook worden verbonden met de 10 ingang respektievelijk met de uitgang van de turbine 23.

8100222

Claims

1. Inrichting voor het regelen van de druk van een fluïdum dat onder druk wordt afgegeven door een fluidumbron waardoor een gebruiks-5 keten wordt gevoed, omvattend een omloopleiding die parallel geplaatst is aan de gebruiksketen, een afsluitorgaan met twee standen, waarvan de eerste de stroming mogelijk maakt van een gedeelte van het fluidum in de omloopleiding en waarvan de tweede elke stroming van het fluidum in de omloopleiding verhindert, en een bedieningsorgaan dat bestemd is om het afsluit-10 orgaan automatisch in de eerste stand te plaatsen wanneer de waarde van de druk ligt boven een bepaalde waarde, welk bedieningsorgaan een manometrische doos omvat die met de fluidumbron is verbonden, een bedieningsstang voor het afsluitorgaan dat vast verbonden is met de beweegLijke wand van de manometrische doos en een geijkte veer die bestemd is om het afsluitorgaan in 15 de tweede stand te houden wanneer de waarde van de druk boven de vastgestelde waarde ligt, met het kenmerk, dat de manometrische doos enerzijds een geijkte eerste opening omvat waardoorheen hij in verbinding staat met de fluidumbron, en anderzijds een geijkte tweede opening waardoorheen het zich in de manometrische doos bevindende fluidum kan verdwijnen, en dat 20 de inrichting middelen omvat voor het afsluiten van de tweede opening wanneer de druk in de manometrische doos toenemend een streefwaarde bereikt die lager ligt dan de vastgestelde waarde.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de bedieningstang geleid wordt door een bus, met het kenmerk, dat de tweede ge-25 ijkte opening wordt gevormd door een geijkte leiding die aangebracht is in de bedieningsstang en die aan één einde uitmondt binnen de manometrische doos en aan het andere einde buiten de manometrische doos door een radiale opening, waarbij de afsluitmiddelen worden gevormd door de geleidingsbus die de radiale opening afsluit bij een verplaatsing van de bedieningsstang 30 vanuit de tweede stand van het afsluitorgaan.

3· Inrichting volgens conclusie 1,met het ken merk, dat de manometrische doos verder een tweede beweeglijke wand omvat, een glijder die vast verbonden is met die tweede beweeglijke wand, een geleidingsbus voor de glijder en een veer die geijkt is op de streefwaarde, 35 waarbij de geijkte tweede opening wordt gevormd door een in de glijder aangebrachte geijkte boring, welke boring aan één einde uitmondt in de manometrische doos en aan het andere einde buiten de manometrische doos door een radiale opening, terwijl de afsluitmiddelen worden gevormd door de geleidingsbus voor de glijder die de radiale opening afsluit bij de verplaat-kO sing van de glijder tegen de werking van de geijkte veer. 8100222 -10-

4. Inrichting volgens conclusie 5 of 4, bestemd voor het regelen van de werking van een turbocompressor die aangedreven wordt door de uitlaatgassen van een verbrandingsmotor waarvan het vermogen wordt verhoogd door de turbocompressor, waarbij het omloopkanaal de ingang van de 5 turbine met de uitgang verbindt wanneer het afsluitorgaan zich in de ope-ningsstand bevindt, met het kenmerk, dat de eerste geijkte opening verbonden is met de uitgang van de compressor.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de tweede geijkte opening verbonden is met de ingang van de 10 compressor.

6. Inrichting volgens conclusie 4 of 5, $ e t het kenmerk, dat het afsluitorgaan opengaat tegen de werking van de druk van de uitlaatgassen van de motor die de turbine voedt. « 15 8100222