DE2542964A1

DE2542964A1 - PROCESS AND DEVICE FOR REGULATING THE VOLUME FLOW IN PIPES THROUGH GAS FLOW, IN PARTICULAR AIR CONDITIONING SYSTEMS

Info

Publication number: DE2542964A1
Application number: DE19752542964
Authority: DE
Inventors: Gregor Baumeister; Wolfgang Finkelstein; Josef Haaz
Original assignee: Gebrueder Trox GmbH
Current assignee: Gebrueder Trox GmbH
Priority date: 1975-09-26
Filing date: 1975-09-26
Publication date: 1977-04-07
Also published as: FR2325976B1; NO763282L; SE7610487L; ES451886A1; GB1533137A; ZA765639B; FR2325976A1

Description

Dr.-1 ng. VMLTEH STARKDr.-1 ng. VMLTEH STRONG

D-4150 Krefeld 1 · Moerser Straße 140 ·· Telefon (02151) 28222 u. 20469D-4150 Krefeld 1 Moerser Straße 140 Telephone (02151) 28222 and 20469

Datum 24. September 1975Date September 24, 1975

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2 Ta 75 3512 Ta 75 351

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Gebrüder Trox, Gesellschaft mit beschränkter Haftung, 4133 Neukirchen-Vluyn, Heymannsweg 4-6Trox brothers, limited liability company, 4133 Neukirchen-Vluyn, Heymannsweg 4-6

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Volumenstromes in gasdurchströmten Rohren, insbesondere KlimaanlagenMethod and device for regulating the volume flow in pipes through which gas flows, in particular air conditioning systems

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Volumenstromes in gasdurchströmten Rohren, insbesondere Klimaanlagen.The invention relates to a method and a device for regulating the volume flow in gas flows through Pipes, in particular air conditioning systems.

Dabei ist es bekannt, den Volumenstrom dadurch konstant-.zuhalten, daß der an einer Meßblende, Meßdüse od. dgl. herrschende Differenzdruck in eine Meßdose mit zwei durch eine Membrane getrennte Kammern geleitet wird, wobei die Membrane mit einer einstellbaren Rückstellkraft beaufschlagbar ist. Das Maß der entgegen der Rückstellkraft wirkenden Verformung dient dann als Meßgröße zur Änderung des Durchflußquerschnittes in dem gasdurchströmten Rohr. Hierdurch kann der Durchschnittsquerschnitt Jeweils so in Abhängigkeit von den Druckschwankungen geregelt werden, daß der Volumenström in dem gasdurchströmten Rohr und damit dem zuIt is known to keep the volume flow constant. that the differential pressure prevailing at a measuring orifice, measuring nozzle or the like passes into a measuring cell with two a membrane is passed through separate chambers, the membrane being able to be acted upon with an adjustable restoring force is. The amount of deformation acting against the restoring force then serves as a measured variable for changing the flow cross-section in the pipe through which gas flows. As a result, the average cross-section can in each case as a function of be controlled by the pressure fluctuations that the volume flow in the gas flow-through pipe and thus the

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Deutsche Bank AG Krefeld 103/1525 BLZ 32070080 · Stadt-SpBrkasse Krefeld 305722 BLZ 32050000 · Poetecheck Eesen 4055-431 BLZ 36010043Deutsche Bank AG Krefeld 103/1525 bank code 32070080 · Stadt-SpBrkasse Krefeld 305722 bank code 32050000 · Poetecheck Eesen 4055-431 bank code 36010043

klimatisierenden Raum konstant bleibt.air-conditioning room remains constant.

Im Stande der Technik ist eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens bekannt, bei der an der Membrane die Meßdose einen gegen die Rückstellkraft verschiebbaren Regelarm, vorzugsweise Ventilstößel, zur Stelldruckanderung des Stellmotors einer Regelklappe für die Änderung des Durchflußquerschnittes im gasdurchströmten Rohr aufweist. Physikalisch stellt sich diese Regelung wie folgt dar: Die auf die Membrane der Meßdose wirkende Kraft aufgrund des Differenzdruckes ist mit der entgegenwirkenden Rückstellkraft im Gleichgewicht, wenn die Bedingung erfüllt ist:In the prior art, a device for performing the aforementioned method is known, in which on the membrane the load cell has a control arm, preferably a valve tappet, which can be displaced against the restoring force, for changing the set pressure of the servomotor of a control flap for changing the flow cross-section in the gas-flowed pipe. Physically, this regulation is as follows: The force acting on the diaphragm of the load cell due to the Differential pressure is in equilibrium with the counteracting restoring force if the condition is met:

( P₂ - P₁ ) . A - F = 0(P ₂ - P ₁ ). A - F = 0

Hierbei ist P₂ ^-Pv ^^er DifferenzdruckHere P ₂ ^- Pv ^ ^{er is} differential pressure

A : die Membranfläche F : die Federkraft.A: the membrane area F: the spring force.

V/eicht der konstant zu regelnde Differenzdruck vom Sollwert ab, führt der mit der Membrane verbundene Ventilstößel eine Bewegung aus und öffnet oder verschließt dabei mehr' oder weniger ein Ventil einer Druckleitung. Die dadurch bewirkte Stelldruckanderung regelt eine durch einen Stellmotor angetriebene Regelklappe zur Änderung des Durchflußquerschnittes in dem gasdurchströmten Rohr solange nach, bis wieder der Gleichgewichtszustand nach vorgenannter Gleichung hergestellt ist. Dadurch wird automatisch der Volumenstrom in dem Rohr konstantgehalten. Mit einer Verstellschraube kann darüber*-If the constant differential pressure to be controlled deviates from the setpoint, the valve tappet connected to the diaphragm performs a Movement and thereby more or less opens or closes a valve of a pressure line. Which caused it The change in signal pressure is regulated by a control flap driven by a servomotor to change the flow cross-section in the pipe through which gas flows until the equilibrium state according to the aforementioned equation is restored is. This automatically keeps the volume flow in the pipe constant. An adjusting screw can be used to * -

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hinaus die Federkraft und damit der Sollwert des konstant zu regelnden Volumenstromes verändert werden.In addition, the spring force and thus the setpoint of the constant volume flow to be controlled can be changed.

Nachteilig bei diesem bekannten Regelverfahren ist der Umstand, daß der Sollwert für einen geringeren oder größeren Volumenstrom nur von Hand über die Stellschraube einreguliert werden kann. Damit ist eine exakte und schnelle Anpassung an sich ändernde Verhältnisse im zu klimatisierenden Raum nicht möglich.The disadvantage of this known control method is the fact that the setpoint value is for a smaller or larger volume flow can only be adjusted by hand using the adjusting screw. This is an exact and quick adjustment in itself changing conditions in the room to be air-conditioned are not possible.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Volumenstromes zu,entwickeln, mit denen eine automatische Anpassung an unterschiedliche Klimatisierungsbedürfnisse möglich ist.The object of the invention is to develop a method and a device for regulating the volume flow, with which a automatic adaptation to different air conditioning requirements is possible.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei dem Verfahren der erwähnten Art die Rückstellkraft .über einen Thermostaten als Meßgeber variabel eingestellt wird. Damit ist es möglich geworden, bei steigenden Temperaturen in dem zu klimatisierenden Raum über einen dort befindlichen Thermostaten mehr klimatisierte Zuluft und bei fallender Temperatur weniger klimatisierte Luft zuzuführen. Eine exakte Anpassung an die jeweiligen Klimatisierungsbedürfnisse ist damit gewährleistet.According to the invention, this object is achieved in that, in the method of the type mentioned, the restoring force Thermostat is variably set as a sensor. It has thus become possible in the case of rising temperatures The air-conditioning room has more air-conditioned supply air via a thermostat located there and less when the temperature drops to supply conditioned air. An exact adaptation to the respective air conditioning requirements is guaranteed.

Als Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sieht die Erfindung zunächst vor, daß zur Einstellung der Rückstellkraft ein Stellmotor dient, dessen Regelteil von dem Thermostaten betätigbar ist. Sofern dabei der Stellmotor zweckmäßigerweise mit einem gasförmigen Medium beaufschlagbar ist, wird das Regelteil als Ventilstöße^ausgebildet, der ein Ventil zurAs a device for performing this method, the invention initially provides that for setting the restoring force a servomotor is used, the control part of which can be actuated by the thermostat. Provided that the servomotor is expedient can be acted upon with a gaseous medium, the control part is designed as a valve thrust ^ which is a valve for

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Regelung des Stellmotores mehr,oder weniger freigeben kann.Control of the servomotor can release more or less.

Eine Ausführungsform des Stellmotors kann ein mit Druckluft beaufschlagbarer Druckzylinder sein. Es ist ferner möglich, den Stellmotor als eine membranverschlossene Kammer auszubilden, wobei die Membrane mittelbar oder unmittelbar auf die Rückstellkraft einwirkt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der Stellmotor mit dem in dem Rohr fließenden Medium in Verbindung gebracht und von diesem beaufschlagt werden kann. Demgegenüber ist bei der Ausführungsform des vorerwähnten Druckzylinders eine Beaufschlagung mit unter höherem Druck stehender Druckluft erforderlich.One embodiment of the servomotor can be a pressure cylinder that can be acted upon by compressed air. It is also possible to train the servomotor as a membrane-sealed chamber, the membrane directly or indirectly on the Restoring force acts. This embodiment has the advantage that the servomotor with the medium flowing in the pipe in Can be connected and acted upon by this. In contrast, in the embodiment of the aforementioned Pressure cylinder requires the application of compressed air under higher pressure.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß der als membranverschlossene Kammer ausgebildete Stellmotor und die Meßdose als einheitlicher, geschlossener Baukörper ausgebildet sind.The invention also provides that the servomotor, designed as a membrane-sealed chamber, and the load cell are designed as a uniform, closed structure.

Die Rückstellkraft kann in bevorzugter Ausführungsform als Feder oder Gewichtshebel ausgebildet sein.In a preferred embodiment, the restoring force can be designed as a spring or weight lever.

Schließlich sieht die Erfindung vor, daß bei einer Ausführungsform, bei der an der Membrane der Meßdose ein gegen die Rückstellkraft verschiebbarer Regelarm, vorzugsweise ein Ventilstößel, zur Stelldruckänderung des Stellmotores eine Regelklappe für die Änderung des Durchflußquerschnittes in dem gasdurchströmten Rohr befestigt ist, die Rückstellkraft an dem einen Ende des Regelarmes einerseits und dem Stellmotor andererseits angreift.Finally, the invention provides that, in one embodiment, in which a counter to the restoring force is applied to the diaphragm of the load cell displaceable control arm, preferably a valve tappet, a control flap to change the setting pressure of the servomotor for changing the flow cross-section in the gas-flowed pipe is attached to the restoring force attacks one end of the control arm on the one hand and the servomotor on the other.

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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele als Schemaskizzen näher dargestellt.In the drawing, three exemplary embodiments are shown in greater detail as schematic sketches.

In allen Ausführungsbeispielen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen.In all exemplary embodiments, the same parts are provided with the same reference numbers.

Der in Richtung des Pfeiles I in einem Rohr 1 strömende Volumenstrom passiert eine Meßblende 2. Hier wird der Druck P₁ und Pp vor und hinter der Blende 2 über entsprechend bezeichnete Meßleitungen einer Meßdose 3 zugeleitet. Die Meßdose 3 besteht aus zwei durch eine Membrane 4 getrennten Kammern 5a und 5b, wobei die Meßleitung p., in die Kammer 5a und die Meßleitung P₂ in die Kammer 5b einmünden. Auf die Membrane 4 wirkt damit der Differenzdruck Pp - P₁ ein.The volume flow flowing in the direction of arrow I in a pipe 1 passes a measuring orifice 2. Here, the pressure P ₁ and Pp is fed to a measuring cell 3 in front of and behind the orifice 2 via correspondingly labeled measuring lines. The load cell 3 consists of two chambers 5a and 5b separated by a membrane 4, the measuring line p., Opening into the chamber 5a and the measuring line P ₂ opening into the chamber 5b. The differential pressure Pp-P ₁ thus acts on the diaphragm 4.

An der Membrane 4 ist ferner ein axial verschiebbarer Ventilstößel 6 befestigt, der ein Ventil 7 mehr oder weniger freigeben kann. Über dieses Ventil 7 kann demzufolge eine zu einem Stellmotor 8 führende Luftleitung 9 mehr oder weniger freigegeben werden, so daß der Stellmotor 8 eine mit ihm gekoppelte, in dem Rohr 1 befindliche Regelklappe 10 zur Verringerung oder Vergrößerung des Durchflußquerschnittes betätigen kann.On the membrane 4 there is also an axially displaceable valve tappet 6 attached, which can release a valve 7 more or less. About this valve 7 can consequently a to a servomotor 8 leading air line 9 are more or less released, so that the servomotor 8 is coupled to it, Actuate the control valve 10 located in the pipe 1 to reduce or increase the flow cross-section can.

In der Ausführungsf&rm nach Fig. 1 und 2 ist der Ventilstößel 6 an seinem freien Ende mit einer Feder 11 und bei der Ausführungsform nach Fig. 3 mit einem Gewichtshebel 12 verbunden. Die Feder 11 und der Gewichtshebel 12 wirken als Rückstellkraft für den auf die Membrane 4 wirkenden Differenzdruck P₂ - P₁ ein.In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, the valve tappet 6 is connected at its free end to a spring 11 and, in the embodiment according to FIG. 3, to a weight lever 12. The spring 11 and the weight lever 12 act as a restoring force for the differential pressure P ₂ - P ₁ acting on the membrane 4.

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Die Rückstellkraft ist variabel über einen in dem zu klimatisierenden Raum 13 befindlichen Thermostaten 14 einstellbar.The restoring force is variable via one in the to be air-conditioned Room 13 located thermostat 14 adjustable.

Dazu dient bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ein als Druckzylinder ausgebildeter Stellmotor 15_f der über einen Winkelhebel 16 und eine Stange 16a mit der Feder 11 in Verbindung steht. Es ist ersichtlich, daß bei einer Betätigung des Kolbens 15a nach rechts die Feder 11 gespannt und bei einer Betätigung nach links entspannt wird. Damit erhöht oder erniedrigt sich die Federkraft und somit der Sollwert für den Differenzdruck und gleichzeitig die Stellung der RegelklappeIn the embodiment according to FIG. 1, a servomotor 15 _{f designed} as a pressure cylinder, which is connected to the spring 11 via an angle lever 16 and a rod 16 a, is used for this purpose. It can be seen that the spring 11 is tensioned when the piston 15a is actuated to the right and relaxed when the piston 15a is actuated to the left. This increases or decreases the spring force and thus the setpoint for the differential pressure and at the same time the position of the control flap

Der Stellmotor 15 wird in gleicher Weise wie der Stellmotor von einer besonderen Druckluftleitung 16 beaufschlagt, die einen höheren Druck aufweist als das in dem Rohr 1 strömende gasförmige Medium.The servomotor 15 is acted upon in the same way as the servomotor by a special compressed air line 16, which has a higher pressure than the gaseous medium flowing in the tube 1.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist als Stellmotor eine der Kammern 5a und 5b entsprechende Kammer 17 vorgesehen, die ebenfalls mit einer Membrane 18 verschlossen ist. An dieser Membrane 18 ist die Feder 11 über eine Stange 19 mittels einer Mutter 20 befestigt. Entsprechend der Beaufschlagung der Kammer 17 wird die Membrane 18 bewegt, so daß gleichzeitig dadurch die Feder 11 mehr oder weniger gespannt und damit der Sollwert verändert wird.In the embodiment according to FIG. 2, one of the chambers 5a and 5b corresponding chamber 17 is provided as the servomotor is also closed with a membrane 18. On this membrane 18, the spring 11 is via a rod 19 by means of a Nut 20 attached. According to the action on the chamber 17, the membrane 18 is moved so that at the same time as a result, the spring 11 is more or less tensioned and the setpoint is thus changed.

Die Kammer 17 wird von dem in dem Rohr 1 fließenden gasförmigen Medium beaufschlagt, so daß es keiner besonderen Drucls:- luftleitung wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bedarf.The chamber 17 is of the gaseous flowing in the pipe 1 Medium pressurized so that there is no special pressure: - air line as in the embodiment of FIG. 1 is required.

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" * " 40"*" 40

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist in gleicher Weise wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform eine mit einer Membrane 21 verschlossene Kammer 22 als Stellmotor vorgesehen, die auch in gleicher Weise mit dem in dem Rohr strömenden Gas beaufschlagt wird. Allerdings durchsetzt hier der Ventilstößel 6 Kammer 22 und ist - wie auch an der Membrane 4 - zusätzlich an der Membrane 21 befestigt. Der Ventilstößel 6 ist dann ferner noch in einem Deckel 23 der Kammer 22 geführt und mit einem Gewichtshebel 12 verbunden. Dieser Gewichtshebel 12 ist anstelle der vorbeschriebenen Feder 11 vorgesehen. Hier ist das eingangs erwähnte Gleichgewicht, das für die Federkraft bereits formelmäßig erfaßt worden ist, gegeben, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind: (Pp - P₁) . A - p^ . A - G·- = OIn the embodiment according to FIG. 3, in the same way as in the embodiment described above, a chamber 22 closed with a membrane 21 is provided as a servomotor, which is also acted upon in the same way with the gas flowing in the tube. However, here the valve tappet 6 penetrates chamber 22 and - as is also the case on the diaphragm 4 - is additionally attached to the diaphragm 21. The valve tappet 6 is then also guided in a cover 23 of the chamber 22 and connected to a weight lever 12. This weight lever 12 is provided instead of the spring 11 described above. The equilibrium mentioned at the beginning, which has already been formulated for the spring force, is given if the following conditions are met: (Pp - P ₁ ). A - p ^. A - G · - = O

CmCm I J/ O.I J / O.

Hierbei ist p~ - P-.: der DifferenzdruckHere p ~ - P- .: is the differential pressure

A : die Membranfläche 4 P-, : der Druck in der Kammer 22A: the membrane area 4 P-,: the pressure in the chamber 22

G : das Gegengewicht des Gewichtshebels 24 a, b : die Hebelarme des Gewichtshebels.G: the counterweight of the weight lever 24 a, b: the lever arms of the weight lever.

Wie bereits aus den schematischen Darstellungen ersichtlich, kann bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 2 und Fig. 3 der Stellmotor 17, 18 bzw. 21, 22 und die Meßdose 3 als ein einheitlicher, in sich geschlossener Baukörper ausgebildet sein.As can already be seen from the schematic representations, in the embodiments according to FIGS. 2 and 3, the Servomotor 17, 18 or 21, 22 and the load cell 3 can be designed as a single, self-contained structure.

In allen Ausführungsbeispielen ist ferner ersichtlich, daß sich der zu regelnde Sollwertbereich auf einen Maximal- und Minimalwert einstellen läßt. Dies geschieht bei der Aus-In all the exemplary embodiments, it can also be seen that the setpoint range to be controlled extends to a maximum and Can set the minimum value. This happens when the

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führungsform gemäß Fig. 1 durch eine Verschiebung des Druckzylinders 15 mittels Stellschrauben 15a. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 kann in entsprechender Weise der Federhub durch Verstellung der Mutter 20 verändert werden.guide form according to FIG. 1 by shifting the printing cylinder 15 by means of adjusting screws 15a. In the embodiment According to FIG. 2, the spring stroke can be changed in a corresponding manner by adjusting the nut 20.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 schließlich läßt sich durch Verschieben des Gewichtes G der Hebelarm b verändern, so daß ebenfalls hierdurch eine Begrenzung des Sollwertes erreicht werden kann.In the embodiment according to FIG. 3, finally, can change the lever arm b by moving the weight G, so that this also limits the setpoint value can be reached.

In allen Ausführungsbeispielen erfolgt die Regelung des Stellmotors über den Thermostaten 14 in der Weise, daß dieser ein nicht näher dargestelltes Ventil - ähnlich dem Ventil 7 mehr oder weniger öffnet, so daß damit der Stelldruck verändert wird.The servomotor is regulated in all exemplary embodiments on the thermostat 14 in such a way that this one valve not shown in detail - similar to valve 7 opens more or less so that the control pressure changes will.

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Claims

Expectations

^ I.jVerfahren for regulating the volume flow in gas through ^ - ¹ ^ flowed pipes, in particular air conditioning systems, in which the differential pressure to be controlled at a measuring orifice, measuring nozzle or the like separate chambers is conducted, and the extent of the deformation of the membrane acting against the restoring force is used as a measured variable for changing the flow cross-section in the gas-flowed pipe, characterized in that the restoring force is variably set via a thermostat as a transducer.

2. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized in that for setting the restoring force a servomotor (15 or 17, 18, or 22, 21) is provided, the control part of which is controlled by the thermostat is actuatable.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the servomotor (15 or 17, 18 or 22, 21) with a gaseous The medium can be acted upon and the control part acts as a valve tappet is trained.

4. Device according to claim 2 or 3, characterized in that the servomotor can be acted upon by compressed air

ORIGINAL INSPECTED

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Pressure cylinder (15) is formed. 2542964

5. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the servomotor as a membrane-sealed chamber (17 or 21, 22) and the membrane (18 or 21) acts directly or indirectly on the restoring force.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the Servomotor (15 or 17, 18 or 22, 21) is connected to the medium flowing in the pipe (1) and from this is acted upon.

7. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the servomotor (15 or 17, 18 or 22, 21) and the Load cell (3) are designed as a uniform, closed structure.

8. Device according to one of claims 2 to 7, characterized in that that the restoring force is designed as a spring (11).

9. Device according to one of claims 2 to 7, characterized in that that the restoring force is designed as a weight lever (12).

10. Device according to one of claims 2 to 9, in which on the diaphragm of the load cell, a control arm displaceable against the restoring force, preferably the valve plunger, for changing the set pressure

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Servomotor of a control flap for the change 4i & g * * " " ^ ^ flow cross-section is fixed in the gas-flowed pipe, characterized in that the restoring force (11 or 12) at one end of the control arm (6) on the one hand and the servomotor (15 or 17, 18 or 21, 22) on the other hand attacks.

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