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Vorrichtung zum Steuern und Regeln des Druckes eines strömenden Heizgases
Es handelt sich im Folgenden um eine Vorrichtung zum Steuern und Regeln des Druckes
eines strömenden Heizgases, welches abwechselnd mit zwei oder mehreren unterschiedlichen
Heizwerten einem Gasbrenner zugeführt wird, mit einem Druckregler, der eine druck-
bzw. federbelastete Membran enthält, welche ein die Durchflußmenge des Heizgases
direkt beeinflussendes Ventil betätigt, und einem den Druckregler steuernden Pilotregler,
der ein in einem Gehäuse sitzendes, drucknachgiebiges Abfühlorgan aufweist, das
gegen die Kraft eines auf ein Widerlager sich abstützenden Federelementes beweglich
ist.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung findet insbesondere Anwendung als Druckregler
für Gasverbrennungseinrichtungen, wie sie zu Beheizungszwecken jeglicher Art vielfach
in Gebrauch sind.
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Eine einwandfreie Verbrennung eines Heizgases ist sowohl bei atmosphärischen
Gasbrennern wie ganz besonders bei Gebläse-Gasbrennern bekanntlich nur dann gewährleistet,
wenn das Gas-Luft-Gemisch optimal eingestellt ist.
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Die optimale Einstellung muß auch bei stark schwankendem Eingangsdruck
über die gesamte Dauer einer Wartungsperiode der Gasverbrennungseinrichtung bestehen
bleiben, diese Forderung kann aber nur mit Hilfe eines exakt arbeitenden Druckreglers
und unter der Voraussetzung gleichbleibender Zusammensetzung des Heizgases (also
konstanten Heizwertes) erfüllt werden.
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Druckregler, weiche die Forderung nach sehr konstantem Ausgangsdruck
erfüllen können, sind bekannt, es sind dies von einem Pilotregler gesteuerte Druckregler.
Solche Druckregler sind durch ihren charakteristischen, starken Knick beim Übergang
von Durchströmwiderstand zum Regelverhalten gerade im kritischen Bereich, nämlich
bei minimalem Eingangsdruck den anderen Druckreglern weit überlegen; sie können
den Ausgangsdruck mit einer Toleranz konstant halten, welche kleiner als + 5 % ist.
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Bei dem ständig steigenden Bedarf an Heizgasen ist nun eine reibungslose
Versorgung der Verbraucher nur noch bei einem Verbundbetrieb der Versorgungsnetze
möglich.
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Ein solcher Verbundbetrieb bringt aber mit sich, daß der Heizwert
der in das Netz eingespeisten Heizgase je nach Einspeisestelle verschieden ist,
die Unterschiede können bis zu 20 % betragen. Um unter diesen Voraussetzungen den
Forderungen nach Reinerhaltung der Luft (so wenig wie möglich Ruß, niederer CO-Gehalt
der Abgase) zu genügen,. müßte die optimale Einstellung des Gas-Luft-Gemisches eines
Gasbrenners für das Gas mit
dem höchsten Heizwert erfolgen; wird
aber dann beispielsweise ein Gas mit einem um 20 % niedererem Heizwert verbrannt,
so erfolgt die Verbrennung mit sehr hohem Luftüberschuß, also erheblich verschlechtertem
Wirkungsgrad.
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Der Gasbrenner liefert in diesem Falle eine Wärmeleistung, die nicht
nur um den reduzierten Heizwert des Heizgases, sondern auch um den verringerten
Wirkungsgrad abfällt.
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Es ist bekannt, zur Versorgung eines Gasbrenners zwei oder mehrere
getrennte Druckregler vorzusehen, welche alternativ entsprechend dem Heizwert des
ankommenden Heizgases die Regelung des Druckes übernehmen, für jeden dieser Druckregler
ist auch eine getrennte Druckregler strecke erforderlich. Wenn demgemäß ein Druckregler
für ein Heizgas mit hohem Heizwert einen niederen Druck konstant hält, so muß -
so bald ein anderes Heizgas mit niedererem Heizwert angeliefert wird - ein zweiter,
anders einjustierter Druckregler einen entsprechend höheren Druck konstant halten,
damit der Gasbrenner in der Zeiteinheit eine größere Gasmenge erhält und der Luftüberschuß
nicht ansteigt. Durch die Verwendung von zwei oder mehreren Druckregelstrecken behält
dann trotz unterschiedlicher Heizgase der Gasbrenner nicht nur seinen guten Wirkungsgrad,
sondern auch sein umweltfreundliches Verhalten.
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Der Aufwand für zwei oder gar mehrere Druckregler mit den zugehörigen
Druckregelstrecken sowie für die unumgänglichen Umschaltorgane ist jedoch recht
beträchtlich, mit der Vervielfachung der Geräte steigt aber auch zugleich die Störanfälligkeit
und das Betriebsrisiko der gesamten, zur Steuerung und Regelung des Gasbrenners
erforderlichen Einrichtungen, und hier setzt nun die Neuerung ein.
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Die Aufgabe der Neuerung besteht in der Konzeption einer Vorrichtung
zum Steuern und Regeln des Druckes eines strömenden Heizgases, die auf mehrere unterschiedliche,
jeweils konstant zu haltende Drücke umschaltbar und einjustierbar ist und welche
nur einen geringen baulichen Aufwand benötigt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einer Vorrichtung zum Steuern und
Regeln des Druckes der eingangs erwähnten Art, nämlich einem von einem Pilotregler
gesteuerten Druckregler, ausgegangen, und gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß zwei
oder mehrere auf unterschiedliche Drücke eingestellte Pilotregler vorgesehen sind,
die mit Hilfe von ihnen jeweils zugeordneten Steuerventilen alternativ zum Steuern
des Druckreglers in Funktion gesetzt werden.
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Gegenüber der Verwendung von zwei oder mehreren getrennten Druckreglern
mit den zugehörigen Druckreglerstrecken und ihrem gesamten erforderlichen Zubehör
ist die hier vorgeschlagene Steuerung eines einzigen Druckreglers mittels mehrerer
Pilotregler nicht nur konstruktiv sehr einfach und deshalb billig, sondern auch
unter Beibehaltung des niederen Sicherheits- und Betriebsrisikos für einen Einzelregler
möglich.
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Die gestellte Aufgabe kann jedoch ebensogut auch dadurch gelöst werden,
daß wenigstens ein Pilotregler zum Steuern des Druckreglers vorgesehen ist, bei
welchem das Widerlager gegenüber den Abfühlorgan in wenigstens zwei diskrete, arretierte
Stellungen verschiebbar angeordnet ist. Durch die vorgeschlagene Verschiebung des
Widerlagers wird die Kraft des Federelementes in zwei oder mehreren Stufen geändert,
sodaß die neue Vorrichtung je nach Stellung
des Widerlagers zwei
oder mehrere verschiedene Drücke regeln kann. Die hier erzielbaren Vorteile sind
im wesentlichen die gleichen wie bei der oben beschriebenen Lösung mit mehreren,
auf verschiedene Drücke eingestellten Pilotreglern.
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Vorteilhaft sind die Steuerventile, mit welchen die auf unterschiedliche
Drücke eingestellten Pilotregler in Funktion gesetzt werden, von Elektromagneten
betätigt.
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Dies ermöglicht die Durchführung einer Fernbedienung der Vorrichtung.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der einen Pilotregler mit verschiebbarem
Wider lager aufweisenden Vorrichtung ist das Widerlager in jeder diskreten, arretierten
Stellung kontinuierlich gegenüber dem Abfühlorgan verschiebbar. Diese zusätzliche
Verschiebungsmöglichkeit erlaubt auf einfache Weise die genaue Einjustierung jedes
einer der zwei oder mehr Stellungen entsprechenden Druckes.
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Zweckmäßig ist das Widerlager in einem mit dem Gehäuse verbundenen
Kopfstück angeordnet, in welchem eine Führung vorgesehen ist, in der ein mit einem
Griffstück versehener, das Widerlager tragender Stempel verschiebbar ist. Die Anordnung
des Widerlagers an einem verschiebbaren Stempel ermöglicht auf unkomplizierte Weise
die erforderliche Verschiebbarkeit des Widerlagers in zwei oder mehrere Stellungen.
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Am Stempel greift wenigstens ein Arretierorgan an. Das Arretierorgan
hält den Stempel in seiner vorgesehenen, den Stellungen des Widerlagers entsprechenden
Lage fest.
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Vorteilhaft ist das Kopfstück mittels eines Gewindes am Gehäuse verdrehbar
befestigt; diese Befestigungsart erlaubt zugleich die Einjustierung des einer ersten
Stellung entsprechenden, niedersten Druckes.
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Eine am Kopfstück vorgesehene Drehsicherung verhindert eine unbeabsichtigte
Veränderung der vorgenommenen Einjustierung.
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Zur Einjustierung eines einer zweiten Stellung entsprechenden, höheren
Druckes sitzt im Stempel in einer Gewindebohrung eine mit einem Sicherungsorgan
feststellbare das Griffstück durchsetzende, ein Außengewinde tragende, verdrehbare
Stange, an welcher das Widerlager drehbar befestigt ist; dabei dient das Sicherungsorgan
zur Verhinderung einer Veränderung der Justierung.
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Es kann von Vorteil sein, wenn das Widerlager mittels eines kraftbetätigten
Stellorganes verschiebbar ist.
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Zweckmäßig greift das Stellorgan am Griffstück an.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Neuerung nachstehend erläutert.
Es zeigen: Figur 1 eine Vorrichtung zum Steuern und Regeln des Druckes eines Heizgases
mit einem mittels zweier verschieden eingestellter Pilotregler alternativ gesteuertem
Druckregler, in einer schematischen Darstellung; Figur 2 eine Vorrichtung mit einem
von einem Pilotregler mit einem verschiebbaren Widerlager gesteuerten Druckregler,
ebenfalls schematisch dargestellt;
Figur 3 einen Pilotregler mit
einem verschiebbaren Widerlager, in einem Querschnitt, das Widerlager in rückwärtiger
Stellung; Figur 4 den Pilotregler nach Figur 3, das Widerlager in vorderer Stellung,
ebenfalls in einem Querschnitt.
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Eine Vorrichtung zum Steuern und Regeln des Druckes eines strömenden
Heizgases besteht gemäß Figur 1 aus einem Druckregler 1, zwei Pilotreglern 2 und
3 sowie einem Steuerventil 4.
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Der Druckregler 1 besitzt eine Membran 5, welche durch eine Druckfeder
6 belastet ist. Die Membran 5 betätigt über einen Stößel 7 ein Ventil 8, bei welchem
ein Ventilteller 9 mit einem Ventilsitz 10 zusammenwirkt. Das Ventil8 verschließt
einen mit dem Gasversorgungsnetz in Verbindung stehenden Eingangsstutzen 11 gegenüber
einem zum Gasbrenner führenden Ausgangsstutzen 12.
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Vom Eingangsstutzen 11 führt (vgl. Figur 1) eine Druckleitung 13 in
den unteren Druckreglerraum 14, von welchem zwei Steuerzuleitungen 15 und 16 zu
den Hochdruckräumen 17 und 18 der beiden Pilotregler 2 und 3 abgehen, Der obere
Druckreglerraum 19 des Druckreglers 1, in welchem sich die Druckfeder 6 befindet,
steht über eine Öffnung 20 mit dem Ausgangsatutzen 12 in Verbindung.
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In den Pilotreglern 2, 3 sitzt in einem Gehäuse 21 als Abfühlorgan
eine Membran 22, die gegen die Kraft einer Feder 23 beweglich ist, welche sich gegen
ein festes Widerlager 24 abstützt. Eine Öffnung 25 im Niederdruckraum 26 führt zur
Atmosphäre.
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Die beiden Hochdruckräume 17 und 18 der Pilotregler 2 und 3 stehen
über zwei Steuerleitungen 27 und 28 mit dem als Umschaltventil ausgebildeten Steuerventil
4 in Verbindung, welches von einem Elektromagneten 29 betätigt ist. Zwischen Steuerventil
4 und Ausgangsstutzen 12 liegt eine Leitung 30.
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Anstelle eines als Umschaltventil ausgebildeten Steuerventiles 4 können
ebensogut zwei getrennte Steuerventile Verwendung finden, wobei jedes einem der
Pilotregler 2, 3 mit Hilfe der Steuerleitungen 27, 28 zugeordnet ist. Besitzt die
vorgeschlagene Vorrichtung drei oder mehrere Pilotregler, so ist ebenfalls jedem
dieser Pilotregler ein gesondertes Steuerventil zugeordnet.
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Die in Figur 2 dargestellte Vorrichtung entspricht im Prinzip in Aufbau
und Funktion weitgehend derjenigen nach Figur 1, jedoch ist hier der Druckregler
1 von einem Pilotregler 31 gesteuert, welcher ein gegenüber dem Abfühlorgan in zwei
diskrete, arretierte Stellungen verschiebbares Widerlager 32 aufweist Der Pilotregler
31 ist in den Figuren 3 und 4 in vergrößertem Maßstab im Einzelnen dargestellt.
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In einem zweiteiligen Gehäuse 33 sitzt (Figuren 3 und 4) ein biegsames,
drucknachglebges Abfühlorgan in Gestalt einer aus einem gummielastischen Material
bestehenden Membran 34, welche das Gehäuse 33 in einen Hochdruckraum 35 und einen
Niederdruckraum 36 trennt. Die Membran 34 betätigt eine aus einer Mündung 37 einer
Eingangsleitung 38 und dem Membranmlttelteil 39 bestehende, die Durchflußmenge des
durch eine Ausgangsleisung 40 ausströmenden Heizgases wie ein Ventil beeinflussende
Steuer-und
Regeleinrichtung. Die Eingangsleitung 38 steht mit
dem Druckreglerraum 14 des Druckreglers in Verbindung, vgl. Figur 2.
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Die Membran 34 ist gegen die Kraft eines Federelementes in Gestalt
einer Feder 41 beweglich, welche die Membran 34 über einen Membranteller 42 an die
Mündung 37 der Eingangsleitung 38 drückt, wobei sich die Feder 41 auf das Widerlager
32 abstützt.
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Das Widerlager 32 ist gegenüber dem Abfühlorgan (der Membran 34) verschiebbar
angeordnet und kann zwei diskrete Stellungen einnehmen: Eine rückwärtige, in Figur
3 dargestellte Stellung, und eine vordere, in Figur 4 zu erkennende Stellung; der
Verstellweg ist in Figur 4 mit s bezeichnet. Sowohl in der rückwärtigen wie in der
vorderen Stellung ist das Widerlager 32 arretiert. Darüber hinaus ist das Widerlager
32 in jede dieser beiden diskreten Stellungen kontinuierlich gegenüber der Membran
34 verschiebbar.
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Das Widerlager 32 ist in einem zylindrisch ausgebildeten Kopfstück
43 angeordnet, welches mittels eines Gewindes 44 in dem kegelförmigen, den Niederdruckraum
36 bildenden Teil des Gehäuses 33 verdrehbar befestigt ist.
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Als Drehsicherung dient eine Madenschraube 45, welche in angezogenem
Zustand das Kopfstück 43 mit dem Gehäuse 33 in jeder beliebigen Stellung der Teile
zueinander verklemmt.
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Im Kopfstück 43 befindet sich zentrisch angeordnet eine Führung in
Gestalt eines Vierkantloches 46, in welchem ein vierkantiger Stempel 47 verschiebbar
ist. In dem
Stempel 47 sitzt in einer Gewindebohrung 48 eine ein
Außengewinde tragende Stange 49, an deren vorderen Ende das Widerlager 32 mit Hilfe
von zwei Sicherungsscheiben 50 drehbar befestigt ist.
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Der im Kopfstück 43 verschiebbare Stempel 47 ist mit einem haubenförmigen
Griffstück 51 versehen, der Stempel 47 ist am Griffstück 51 angeschweißt oder anderswie
befestigt, und die Stange 49 durchsetzt dieses Griffstück 51. Die Stange 49 ist
in der Gewindebohrung 48 verdrehbar und mit einem Sicherungsorgan in Gestalt einer
Kontermutter 52 feststellbar.
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Am Stempel 47 greift ein Arretierorgan an, dieses ist eine in eine
Sackbohrung gegen die Kraft einer Feder 53 eingedrückte Kugel 54, welche mit einer
Rast 55 im Stempel 47 zusammenarbeitet.
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Die Funktion der Vorrichtung ist folgende. Vom Eingangsstutzen 11
strömt (vgl. Figur 1) eine abgezweigte Teilmenge des Heizgases durch die Druckleitung
13 in den Druckreglerraum 14 des Druckreglers 1, daraufhin bewegt sich die Membran
5 gegen die Druckfeder 6 nach oben und hebt mittels des Stößels 7 den Ventilteller
9 vom Ventilsitz 10 ab. Vom Druckreglerraum 14 fließt die abgezweigte Teilmenge
durch die Steuerleitung 15 nur soweit in den Hochdruckraum 17 des Pilotreglers 2
ein, als der dort vom Ausgangsstutzen 12 über die Steuerleitung 27 aufgebaute Druck
die Membran 22 gegen die Feder 23 abhebt; die Teilmenge fließt dann durch die Steuerleitung
27 und durch das in dieser Richtung geöffnete Steuerventil 4 sowie durch die Leitung
30 in den Ausgangsstutzen 12 ab. Die Größe des zum Regeln des zum Gasbrenner fließenden
Heizgases dienenden und sich im Druckreglerraum 14 aufbauenden Druckes hängt davon
ab, welche Gasmenge der Pilotregler 2 durch die Steuerleitung 15 aus dem Druckreglerraum
14
abfließen läßt. Solange und damit der erste Pilotregler 2 den Druckregler 1 steuert,
hält das Steuerventil 4 die Verbindung zwischen der Steuerleitung 28 des zweiten
Pilotreglers 3 und der Leitung 30 geschlossen; soll jedoch für ein Heizgas mit einem
anderen Heizwert der zweite, auf einen anderen Druck eingestellte Pilotregler 3
die Steuerung übernehmen, dann wird diese Verbindung geöffnet und die andere Verbindung
zwischen der Steuerleitung 27 sowie der Leitung 30 geschlossen, dies geschieht mit
Hilfe des Elektromagneten 29.
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Der Pilotregler 31, welcher in der in Figur 2 dargestellten abgeänderten
Vorrichtung Verwendung findet, arbeitet folgendermaßen, vergleiche hierzu die beiden
Figuren 3 und 4.
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Die aus dem Druckreglerraum 14 des Druckreglers 1 abfließende abgezweigte
Teilmenge des Heizgases strömt nur soweit durch die Eingangsleitung 38 in den Hochdruckraum
35 ein, wie es die aufgrund des von der Ausgangsleitung 40 her aufgebauten Druckes
gegen die Kraft der Feder 41 angehobene Membran 34 erlaubt, wobei das Membranmittelteil
39 die Mündung 37 der Eingangsleitung 38 mehr oder weniger freigibt und die Teilmenge
des Heizgases schneller oder langsamer einströmen läßt. Der Miederdruckraun 36 steht
über die Atmungsöffnung mit der Atmosphäre in Verbindung.
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In Figur 3 befindet sich das Widerlager 32 der Druckfeder 41 in seiner
rückwärtigen Stellung, wobei es über den hinteren Sicherungsring 50 an der inneren
Stirnseite des Kopfstückes 43 unter der Einwirkung der Feder 41 anliegt.
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Der Pilotregler 31 dient so zum Steuern und Regeln eines Heizgases
mit niederem Druck, also eines solchen mit höherem Heizwert. Zur Einjustierung des
zu regelnden (niederen) Nenndruckes wird nach Lösen der Madenschraube 45 das Kopfstück
43 im Gewinde verdreht, wobei das anliegende Widerlager 32 gegenüber der
Membran
34 kontinuierlich verschoben und die Spannung der Feder 41 entsprechend verändert
wird, bis der gewünschte Wert erreicht ist, sodann wird die als Drehsicherung dienende
Madenschraube 45 wieder angezogen.
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Soll der Pilotregler 31 nun ein Heizgas mit höherem Druck, in vorliegendem
Falle also ein Heizgas mit niederem Heizwert, regeln, so wird durch Betätigung des
Griffstückes 51 der Stempel 47 in Richtung auf das Gehäuse 33 verschoben, bis die
Kugel 54 in die Rast 55 eingreift; das Widerlager 32 der Feder 41 befindet sich
jetzt in seiner vorderen Stellung, Figur 4. Zum Einjustieren des jetzt zu regelnden
(höheren) Nenndruckes wird nach Lösen der Kontermutter 52 die Stange 49 mit Hilfe
eines Schraubenziehers in der Gewindebohrung 48 verdreht, sodaß das am Kopf der
Stange 49 sitzende Widerlager 32 kontinuierlich in Richtung zur Membran 34 hin bzw.
in Gegenrichtung verschoben wird, bis der erforderliche Wert erreicht ist, zuletzt
wird die Kontermutter 52 wieder angezogen.
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Sind die beiden zu regelnden Nenndrücke einjustiert, so genügt zum
Übergang von einem zum andern die einfache Verschiebung des Griffstückes 51, was
entweder von Hand oder mit Hilfe eines kraftbetätigten Stellorganes (nicht dargestellt),
beispielsweise eines Elektromagneten, eines Stellmotors oder einer hydraulischen
Einrichtung in Gestalt einer mit einem Temperaturfühler verbundenen Druckdose geschehen
kann.