DE2503417B2

DE2503417B2 - Gasdruckregler

Info

Publication number: DE2503417B2
Application number: DE19752503417
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Creusot-Loire SA, Paris
Priority date: 1974-02-26
Filing date: 1975-01-28
Publication date: 1978-02-02
Also published as: FR2262347B1; DE2503417A1; FR2262347A1; DE2503417C3

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasdruckregler zum Regeln des Druckes eines in einer Leitung strömenden Gases in Abhängigkeit vom Druck eines steuernden Gases mit einer Kapsel, die durch eine über eine Stange mit einem Steuerorgan für den Durchsatz des zu regelnden Gases verbundene elastische Membran in zwei dicht abgeschlossene Kammern unterteilt ist, von denen die eine mit dem Druck des zu regelnden Gases und die andere mit dem Druck des steuernden Gases beaufschlagt ist.

Der erfindungsgemäße Regler kann in Anlagen verwendet werden, in denen man eine Mischung eines brennbaren Gases mit einem der Verbrennung dienenden Gas bei gleichbleibendem Verhältnis der Volumina erzielen muß, indem man ein gleichbleibendes Verhältnis zwischen den Drücken der beiden Gase einhält, mag dieses nun gleich 1 sein oder nicht. Er eignet sich für eine Anlage zur Herstellung eines z. B. stöchiometrischen Gemisches aus einem brennbaren und einem der Verbrennung dienenden Gas, das zur Speisung eines Brenners dient. Er kann auch dazu dienen, einem Brenner Luft und Gas getrennt voneinander, ohne vorheriges Mischen, zuzuführen.

Wenn ein brennbares und ein der Verbrennung dienendes Gas vor der Verbrennung gemischt werden sollen, muß ein bestimmtes, gleichbleibendes Verhältnis zwischen den Volumina oder den Durchsatzmengen beider Gase vorhanden sein, wenn die Zusammensetzung der erzeugten Verbrennungsgase über einen großen Leistungsbereich hin gleichgehaken werden soll. Man sucht insbesondere ein Luft-Gas-Verhältnis, bei dem die Verbrennung vollkommen, der Wärmeinhalt der erzeugten Verbrennungsgase möglichst klein und der Wirkungsgrad der Verbrennung möglichst hoch ist. Wenn das der Verbrennung dienende Gas Luft ist, kann man die theoretische Luftmenge bestimmen; das ist diejenige Luftmenge, die nöiig und ausreichend ist, die vollständige Verbrennung eines Normalkubikmeters Gas zu sichern; dieses Gemisch nennt man ein stöchiometrisches Gemisch.

In der FR-PS 14 49 818 ist ein Druckregler der

to eingangs erwähnten Art beschrieben, der eine Kapsel aufweist, die durch eine Membran in zwei Kammern unterteilt ist, von denen die eine mit einer Leitung für ein Verbrennungsgas und die andere mit einer Leitung für ein Brenngas verbunden ist. Außerdem ist die Membran über eine daran befestigte Stange starr mit einem Ventilkörper verbunden, der eine Regelung des Durchsatzes für das Brenngas gestattet. Dabei ist das Ventüglied mit dem vollen Druck des zu regelnden Gases beaufschlagt und belastet somit über die starr damit verbundene Stange auch die horizontal liegende Membran in der Kapsel zwischen den beiden Gaskammern in Richtung der Stangenachse, was sich unvorteilhaft auf die bei der Gasdruckregelung erzielbare Genauigkeit auswirkt. Zum Ausgleich dieser zusätzlichen Belastung für die Membran müßte in der entgegengesetzten Gaskammer in der Kapsel eine Ausgleichsfeder vorgesehen werden, um einen Druckausgleich füV den Gleichgewichtsfall zu erhalten, wie es notwendig ist, wenn der Druck des zu regelenden Gases

jo gleich dem Druck des steuernden Gases werden soll. Eine solche zusätzliche Ausgleichsfeder müßte jedoch je nach der Einbaulage des Reglers bzw. der Stellung der Membran unterschiedlich stark gespannt werden, um stets einen genauen Druckausgleich zu erzielen.

J5 Die gleichen Verhältnisse liegen auch bei einem weiteren bekannten und in der DT-PS 4 80 086 beschriebenen Regler vor, der ebenfalls eine horizontal angeordnete Membran aufweist und ohne eine zusätzliche Ausgleichsfeder infolge der zusätzlichen Belastung der Membran durch ihr Eigengewicht und das Gewicht des mit ihr zusammenwirkenden Ventilgliedes wiederum nicht die Erzielung eines Druckgleichgewichts zwischen dem steuernden Gas einerseits und dem zu regelnden Gas andererseits gestattet.

4¹S Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasdruckregler der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß die Bewegung seiner Membran allein durch einen etwaigen Druckunterschied zwischen den beiden beteiligten Gasen erfolgt und keinerlei sonstige

ίο Kräfte auf die Membran wirken, für deren Kompensation zusätzliche Vorkehrungen getroffen werden müßten.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elastische Membran vertikal angeordnet

Yi und mit dem in Form eines in einem eine Ringkammer für das zu regelnde Gas enthaltenden Gehäuse horizontal geführten und in seiner Außenwand öffnungen für den Durchtritt von Gas aus der umgebenden Ringkammer enthaltenden Schiebers ausgebildeten

bo Steuerorgan für den Gasdurchsatz über ein elastisches Gelenk und die Stange verbunden ist, die in Wälzlagern gegen Querverschiebungen in vertikaler und in horizontaler Richtung gesichert horizontal verlaufend geführt ist.

hi Dank der vertikalen Anordnung der Membran und der horizontalen Führung der damit gekoppelten Stange lastet auf der Membran eines erfindungsgemäß ausgebildtien Gasdruckregler keinerlei zusätzliche

Belastung, die den Druckausgleich zwischen den beiden Kammern in der Kapsel stören könnte. Weiterhin kommt dank der besonderen Art der Einführung des zu regelnden Gases bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Gasdruckregler auf den Schieber und damit auch auf ■> die Membran kein zusätzlicher Gasdruck zur Einwirkung, da der Druck des einströmenden Gases in radialer Richtung wirkt und keine axiale Komponente besitzt. Die streng horizontale Führung der Stange in entsprechenden Wälzlagern sorgt in Verbindung mit der Kopplung von Stange und Schieber über ein elastisches Gelenk für eine praktisch völlig reibungsfreie Verschiebbarkeit der Stange und damit auch der damit verbundenen Membran, so daß auch insoweit keine in das mit Hilfe eines erfindungsgemäß ausgebildeten Gasdruckreglers erzielbare Meßergebnis eingehenden Zusatzkräfte auftreten können.

Dabei läßt sich eine besondere reibungsarme Führung der Stange gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch erreichen, daß zwischen der mit dem Druck des zu regelnden Gases beaufschlagten Kammer in der Kapsel und dem Steuerorgan für den Gasdurchsatz eine an die Leitung für das zu regelnde Gas angeschlossene Zwischenkammer vorgesehen ist, durch die die Stange in Dichtungen abgedichtet hindurchgeht, ohne daß es dank der Vermeidung von wirksamen Druckunterschieden zu beiden Seiten der Stangenführung zu einem Austritt von zu regelndem Gas kommen kann.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung und ihrer Vorteile wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Gasdruckregler und dessen Einsatz veranschaulicht ist. Es zeigt

F i g. 1 die Anwendung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Druckreglers für die Regelung des Verhältnisses zwischen einem brennbaren Gas und einem die Verbrennung dieses Gases unterhaltenden Gas in einer Vormischanlage; und

Fig. 2 einen vertikal geführten Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Gasdruckregler.

Die in Fi g. 1 gezeigte Anlage, in der der erfindungsgemäße Regler verwendet wird, enthält eine Leitung 1, durch die als die Verbrennung unterhaltendes Gas, z. B. Luft, hindurchfließt, angetrieben durch ein Gebläse 2. Ein durch einen Stellmotor betägtigtes Ventil 3 steuert die Durchflußmenge des Gases. Das brennbare Gas, z. B. Erdgas, wird in einer Leitung 5 geführt und in stöchiometrischem Verhältnis mit dem Verbrennungsgas gemischt. Die durch die Leitung hindurchfließende so Menge des Verbrennungsgases wird durch einen Druckregler 4 gesteuert, der den Druck des brennbaren Gases an den Druck des Verbrennungsgases anpaßt. An einer Stelle der Gasleitung 1 zweigt an einer öffnung, die stromunterhalb des durch einen Stellmotor betätig- « ten Ventils 3 angeordnet ist, eine Leitung 6 ab, die zu einer ersten Kammer 10 des Druckreglers 4 führt, die durch eine bewegliche Membran 12 begrenzt ist. Eine Leitung 13 verbindet die das brennbare Gas enthaltende Leitung 5, von einer stromunterhalb des Druckreglers ho 10 angeordneten öffnung dieser Leitung ausgehend, mit einer zweiten Kammer 14, des Reglers 4. Die diese beiden Kammern 10 und 14 voneinander trennende bewegliche Membran 12 betätigt einen in der Leitung 5 angeordneten Schieber 15 so, daß die Drücke in den ir> Kammern 10 und 14 immer gleich sind. Die Drücke in Leitungen 1 und 7 stromunterhalb des Ventils 3 und des Reglers 4 sind immer gleich. Die Leitungen 1 und 7 münden in die Mischkammer 8 an kalibrierten öffnungen; das Verhältnis der Querschnitte dieser den Leitungen 1 bzw. 7 zugehörigen kalibrierten öffnungen ist vom Heizwert abhängig. Das durch einen Stellmotor angetriebene Ventil 3 ermöglicht, gleichzeitig den Druck des brennbaren Gases und den Druck des Verbrennungsgases zu verändern, wobei diese Drücke stromoberhalb des Leitungsquerschnittes gleich bleiben, und ermöglicht es daher, die Durchsatzmenge des Gemisches zu ändern, ohne daß die Zusammensetzung des Gemisches sich ändert.

Der Regler 4, der in Fig.2 in den Einzelheiten dargestellt ist, weist eine senkrechte Membran 12 auf, die die beiden Kammern 10 und 14 einer starren Kapsel 17 voneinander trennt. Die Kapsel 17 besitzt eine öffnung 171, die in die Kammer 10 mündet und an die Leitung für das Verbrennungsgas anzuschließen ist.

Die Kammer 10 führt also den Druck des Verbrennungsgases. Die Kapsel 17 weist eine zweite öffnung 172 auf, die an die Leitung für das brennbare Gas anzuschließen ist. Die Kammer 14 enthält also das brennbare Gas; sie ist durch einen Dichtungsring 28 geschlossen. Die Membran 12 wird durch Scheiben 121 aus Leichtmetall gebildet, die eine aus elastischem Werkstoff bestehende eigentliche Membran 122 zwischen sich einschließen. Durch die Membran 12 geht eine Stange 18 hindurch, die als Träger der Membran 12 und zur Betätigung des in der Leitung für das brennbare Gas angeordneten Schiebers 15 dient.

Die Stützung und Führung der Stange 18 wird praktisch reibungsfrei durch Rollen, die auf Wälzlagern montiert sind, oder auch durch kleine Wälzlager bewirkt. So läuft die Stange 18 auf kleinen Wälzlagern 19, die mit waagerechten Achsen auf den Trägern 20 montiert sind. Wälzlager 21, die mit senkrechten Achsen auf denselben Trägern 20 montiert sind, bewirken die Führung der Stange 18 in der waagerechten Ebene. Die zur Bewegung der Membran 12 nötige Kraft ist dank dem geringen Gewicht der Scheiben 121 äußerst gering.

Die Stange 18 ist mit dem Kolben des Schiebers 15 verbunden. Dieser Schieber 15 ist in einem Gehäuse 22 angeordnet, das mittels eines Flansches 221 an die das brennbare Gas heranführende Leitung 5 und mittels eines Flansches 222 an die das brennbare Gas zur Mischkammer weiterführende Leitung 7 angeschlossen ist. Der Schieber 15 trennt also eine mit dem brennbaren Gas vom Druck des Leitungsnetzes gespeiste Kammer 223 und eine Kammer 224, in die das entspannte brennbare Gas überströmt, voneinander.

Der Schieber 15 besteht aus einem Schiebergehäuse 23, das den Querschnitt für den Durchgang des brennbaren Gases begrenzt, und einen vorzugsweise zylindrisch gestalteten hohlen Schieberkolben 24. Dieser Schieberkolben 24 ist in dem Schiebergehäuse 23 waagerecht verschiebbar und regelt die Durchsatzmenge brennbaren Gases. Dieses Gas fließt durch öffnungen 231 des Schiebergehäuses 23 in eine den Schieberkolben umgebende Ringkammer 25. Die Außenwand 241 des Schieberkolbens 24 ist von öffnungen 242 durchsetzt, durch die das brennbare Gas aus der Kammer 25 zur Kammer 224 strömen kann. Das brennbare Gas hohen Drucks drückt auf den Schieberkolben 24 ringsum auf dessen Umfang; durch diese Anordnung wird vermieden, daß auf den Schieberkolben 24 eine axiale Kraft ausgeübt wird. Die das Schiebergehäuse 23 und den Schieberkolben 24 bildenden Metalle sind so gewählt, daß sie nur möglichst geringe Reibungskräfte ergeben.

Die Zwischenwand 243 des Schieberkolbens 24 ist mit einer Öffnung 244 versehen. Auf diese Weise sind der in der Kammer 224 herrschende und der in der Kammer 30 zwischen der Wand 243 und der Wand 232 des Schiebergehäuses 23 herrschende Druck einander gleich. Diese Anordnung verhindert, daß eine axiale Kraft auf den Schieberkolben 24 ausgeübt wird.

Der Schieberkolben 24 ist elastisch mit der Stange 18 verbunden. Er ist zu diesem Zweck mit einer Stange 26 gekuppelt, die mit der Stange 18 durch einen elastischen Block 31 verbunden ist. Ferner ist die Stange 26 mit dem Schieberkolben 24 elastisch verbunden, damit dieser seine Achsrichtung frei einstellen kann; dank dieser Anordnung werden seitliche Kräfte, die die Reibung vergrößern würden, verhindert, und es tritt als solche Kraft nur das Eigengewicht des Schieberkolbens 24 auf.

Das Gestänge 18/26 geht durch die Kammer 224, in die das entspannte brennbare Gas einströmt, hindurch. Die Abdichtung wird durch einen Dichtungsring 27 bewirkt. Das Gehäuse 22 bildet eine durch die Dichtungsringe 27 und 28 abgedichtete Kammer 32. Diese Dichtungsringe 27 und 28 sind durch Ringscheiben aus Filz, die gleitend auf der Stange 18 frei verschiebbar sind und diese nicht festhalten, gebildet; sie sind in der Leitung 7 für das entspannte brennbare Gas angeordnet und brauchen daher nur die Abdichtung gegen die Kammern 224 und 10 zu bewirken, von denen die erstgenannte einen um sehr wenig höheren Druck als die zweitgenannte hat. Die Kammer 32 ist durch die Leitung 33 und durch die Öffnung 29 an die Leitung 7 für das entspannte brennbare Gas in einem Bereich regelmäßigen Druckes stromunterhalb des Flansches 222 angeschlossen. Auf diese Weise wird ein Signalwert auf die Membran 12 gegeben, und etwaige Leckmengen aus dem Dichtungsring 27 strömen ab; der Druck in der Entspannungskammer 224 kann infolge des Druckverlustes in der Tat höher als der Druck in der Leitung 7 sein.

Nun wird die Wirkungsweise des dargestellten Reglers beschrieben:

Das brennbare Gas tritt mit dem im Leitungsnetz herrschenden Druck P_r in die Kammer 223 ein. Wenn die Öffnungen 242 ganz offen sind, strömt das Gas in die Kammer 224 mit einem Druck P_n, ein, der infolge des Druckverlustes niedriger als der Druck P_r ist. Der Druck ρ des Verbrennungsgases kann offenbar nicht höher als der Druck P_n, werden, denn es würde nicht möglich sein, den Gleichgewichtszustand zu erreichen. Es sei ein Druck P\ für das Verbrennungsgas angenommen, der kleiner als P_n, ist. Damit der Druck des brennbaren Gases gleich wird, müssen die Öffnungen 242 teilweise durch das Schiebergehäuse 23 geschlossen sein. Jedem Wert für den Druck des Verbrennungsgases entspricht eine Stellung des Schieberkolbens 24. In dem Maße, wie der Druck des Verbrennungsgases ansteigt, verschieben sich die Membran 12 und der Schieberkolben 15 nach rechts, die Öffnungen 242 werden freigegeben, und der Druck des brennbaren Gases steigt in entsprechendem Maße. Umgekehrt werden in dem Maße, wie der Druck des Verbrennungsgases fällt, die Öffnungen 242 geschlossen, und der Druck des brennbaren Gases nimmt in entsprechendem Maße ab.

Der beschriebene Regler ermöglicht es, den Druck des Verbrennungsgases und den Druck des brennbaren Gases einander gleich zu machen.

Bei einer besonderen Anwendung kann man erreichen, daß die beiden Drücke nicht einander gleich sind,

2n sondern in einem von 1 verschiedenen Verhältnis stehen. Man muß dann eine gesteuerte Lecköffnung an der Zweigleitung 6 für das Verbrennungsgas, ζ. B. an der mit Verbrennungsgas gespeisten Eintrittsöffnung in die Mischkammer 10, anordnen. Diese Lecköffnung bewirkt einen Abfall des Druckes für das Verbrennungsgas in der Mischkammer 10. Der Druck des brennbaren Gases in der Kammer 14 wird durch diesen Wert geregelt. Es sind also der Druck des Verbrennungsgases und der Druck des brennbaren Gases am Eintritt in die Mischkammer 10 nicht mehr einander gleich. Der Druck des brennbaren Gases ist dann niedriger als der Druck des Verbrennungsgases. Wenn die Eintrittsquerschnitte für das brennbare Gas und für das Verbrennungsgas in die Mischkammer 8 so sind, daß bei gleichen Drücken die Verbrennung neutral ist, dann bewirkt die Verminderung des Druckes des brennbaren Gases im Verhältnis zum Druck des Verbrennungsgases um den Arbeitsbereich der Lecköffnung eine Änderung in der Art der Verbrennung; diese wird oxydierend.

Wenn die Eintrittsquerschnitte für das Verbrennungsgas und für das brennbare Gas so sind, daß bei gleichen Drücken die Verbrennung reduzierend ist, dann kann man dank der den Austritt von Verbrennungsgas bewirkenden Lecköffnung verschiedenerlei Arten der Verbrennung erreichen.

Die Lecköffnung kann eine kalibrierte, eine einstellbare Öffnung sein. Sie kann fernsteuerbar sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasdruckregler zum Regeln des Druckes eines in einer Leitung strömenden Gases in Abhängigkeit vom Druck eines steuernden Gases mit einer Kapsel, die durch eine über eine Stange mit einem Steuerorgan für den Durchsatz des zu regelnden Gases verbundene elastische Membran in zwei dicht abgeschlossene Kammern unterteilt ist, von denen die eine mit dem Druck des zu regelnden Gases und die andere mit dem Druck des steuernden Gases beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Membran (12) vertikal angeordnet und mit dem in Form eines in einem eine Ringkammer (25) für das zu regelnde Gas enthaltenden Gehäuse (23) horizontal geführten und in seiner Außenwand (241) öffnungen (242) für den Durchtritt von Gas aus der umgebenden Ringkammer enthaltenden Schiebers (24) ausgebildeten Steuerorgan für den Gasdurchsatz über ein elastisches Gelenk (31) und die Stange (18) verbunden ist, die in Wälzlagern (19 und 21) gegen Querverschiebungen in vertikaler und in horizontaler Richtung gesichert horizontal verlaufend geführt ist.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der mit dem Druck des zu regelnden Gases beaufschlagten Kammer (14) in der Kapsel (17) und dem Steuerorgan (24) für den Gasdurchsatz eine an die Leitung (7) für das zu regelnde Gas angeschlossene Zwischenkammer (32) vorgesehen ist, durch die die Stange (18) in Dichtungen (27 und 28) abgedichtet hindurchgeht.