DE4333049C2 - Regelsystem zum Verteilen von Flüssigkeiten oder Gasen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelsystem zum be­ darfsgerechten Verteilen von Flüssigkeiten oder Gasen auf mehrere Verbraucher, beispielsweise mit Luft zu ver­ sorgende Reaktoren wie Belebtschlammbehälter.

Vorrichtungen zum Verteilen von Flüssigkeiten oder Gasen sind erforderlich, wenn diese auf verschiedene Verbrau­ cher verteilt werden sollen. Im Fall einer Einzelkreisre­ gelung ist ein direktes Regeln des Flüssigkeits- bzw. Gasstromes möglich, und der Druckverlust einer Drosselre­ gelung wird vermieden. Eine solche Regelung erfordert je­ doch für jeden Verbraucher eine eigene Versorgung mit ei­ nem eigenen Verteilungssystem.

Im allgemeinen müssen mehrere Verbraucher in einem Ver­ teilungssystem unabhängig voneinander mit Gas oder Flüs­ sigkeit versorgt werden. Dabei ist zu berücksichtigen, daß sich der Bedarf sowohl der einzelnen Verbraucher im Verhältnis zueinander als auch an der Gesamtmenge verän­ dern kann.

Beispielsweise wird die Luftversorgung von zwei Reaktoren üblicherweise durch zwei in Serie angeordnete Schalt­ kreise gesteuert. Der sich verändernde Luftbedarf der einzelnen Reaktoren wirkt auf automatisch, je nach Bedarf sich öffnende oder schließende Regelschieber. Dadurch verändert sich der Druck in dem System und führt zum Wirksamwerden des zweiten Regelkreises, der über einen Drucktransmitter eine Konstantregelung des Druckes her­ beiführt. Die Förderleistung steigt dabei mit sinkendem Systemdruck und fällt entsprechend bei steigendem System­ druck. Aus diesem Grund muß immer ein deutlich höherer Druck vorgehalten werden, als im Mittel für die Überwindung der Druckunterschiede erforderlich ist.

JP 60-91419 beschreibt ein Verfahren zur Regelung des Durchflusses in kühlwasserführenden Leitungen. Im einzelnen wird aus einem Kühlwasser­ tank über eine Hauptleitung und eine Pumpe das Kühlwasser entnommen und in ein System von Abzweigleitungen eingeleitet, an deren jeweiligem Ende eine Düse zum Versprühen des Kühlwassers angeordnet ist. Im Ver­ lauf zwischen der Pumpe und der Düse ist in den jeweiligen Abzweigleitun­ gen ein Durchflussregelventil angeordnet, das jeweils mit einem Regelele­ ment und einer in der jeweiligen Abzweigleitung angeordneten Durchfluss­ messvorrichtung zusammenarbeitet.

In einem Ausführungsbeispiel ist jeder Abzweigleitung zwischen der Pumpe und der jeweiligen Durchflussmessvorrichtung eine Art Bypassleitung zuge­ ordnet, über die überschüssiges Kühlwasser wieder dem Kühlwassertank zugeführt wird. Im Verlauf dieser Bypassleitung ist ein weiteres Regelventil angeordnet, das über ein Steuerelement mit dem jeweiligen Durchflussre­ gelventil verbunden ist. Dieses Steuerelement hat die Aufgabe, die beiden Regelventile je Abzweigleitung bzw. Bypassleitung so zu regeln, dass die Summe des Durchflusses durch beide Leitungen konstant ist. Hierdurch soll erreicht werden, dass, obwohl alle Abzweigleitungen von einer gemeinsa­ men Pumpe versorgt werden, Durchflussänderungen bezüglich eines Ver­ brauchers in Form der Düsen nicht zu einer Beeinflussung der Durchfluss­ menge zu den anderen Verbrauchern führen. Es ist jedoch für jede Abzweigleitung ein eigener Regelkreis zur Regelung der Durchflussmenge des Kühlwassers vorgesehen, wodurch die Regelung aufwendig wird.

Aus JP 59-3513 ist ebenfalls ein Regelsystem zum Regeln des Durchflusses von Gasen oder Flüssigkeiten bekannt. Hier werden ebenfalls zwei Ver­ braucher in Gestalt von Behältern über eine gemeinsame Pumpe oder einen Verdichter versorgt, der über Abzweigleitungen mit den Behältern verbun­ den ist. Im Verlauf der Abzweigleitungen sind jeweils ein Durchflussmess­ element gefolgt von einem Regelventil angeordnet. Das Regelventil ist über eine Regelung mit dem Durchflussmesselement verbunden, so dass die Messwerte des Durchflussmesselements nach einem Vergleich mit einer Sollwertvorgabe zu einer Regelung der Regelventile führen. Die Regelven­ tile werden dabei unabhängig voneinander geregelt.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zu­ grunde, ein Regelsystem zu schaffen, das mehrere Ver­ braucher versorgt, bei denen die Regelkreise ohne nen­ nenswerten Druckverlust arbeiten und der von der Flüssig­ keits- bzw. Gasversorgung zu besorgende Druck nur so groß ist, wie für die Überwindung der Druckunterschiede im Sy­ stem jeweils erforderlich ist.

Die Lösung dieses Problems besteht in einem Regelsystem, bei dem die Flüssigkeit oder das Gas aus einer Versor­ gungsstation auf die Verbraucher über Regler verteilt wird. Dabei sind die einzelnen Regelkreise parallel zu­ einander so angeordnet, daß je einem Verbraucher ein Reg­ ler vorgeschaltet ist. Jeweils zwei Regler werden über einen gemeinsamen Antrieb gegenläufig betrieben. Auf diese Weise öffnet sich beim Schließen des einen Reglers der andere automatisch und umgekehrt. Die jeweils gegen­ läufigen Reglerpaare sind so eingestellt, daß beide Reg­ ler in der Mittelstellung halb geöffnet sind.

Besonders vorteilhaft ist bei diesem Regelsystem, daß sich jeweils nur ein so hoher Druck einstellt, wie er für die Überwindung des Systemdrucks erforderlich ist. Demge­ mäß stellt sich dar Druck selbständig stets so hoch ein, wie es die jeweilige Betriebs- und Auslastungssituation verlangt.

Der Bedarf an Flüssigkeit oder Gas wird an Sollwertge­ bern, mit denen die Verbraucher ausgestattet sind, einge­ stellt.

Bei Sollwertabweichungen, d. h. bei sich veränderndem Be­ darf der Verbraucher an Gas oder Flüssigkeit, erfolgt ein Abgleich der Sollwertabweichungen durch ein automatisches Verstellen der gegenläufigen Regler über einen gemein­ samen Antrieb, auf den die Sollwertmeßgeräte der Verbrau­ cherstationen geschaltet sind. Dabei werden die Regler - gegenläufig - so verstellt, daß die Sollwertabweichung für die Verbraucher gleich wird. Alsdann wirken die Soll­ wertmeßgeräte auf eine Auswahlsteuerung für die Förder­ mengen der Versorgungsstation, bis die Förderleistung den Sollwert der Verbraucher ergibt. Die Regelung findet mithin in mehreren Stufen statt, deren Anzahl von der Zahl der Verbraucher abhängt.

Sollen beispielsweise drei Verbraucher mit Gas bzw. Flüs­ sigkeit versorgt werden, findet zunächst der Abgleich der Sollwertabweichungen zweier Verbraucher durch Einwirken der Sollwertmeßgeräte auf den gemeinsamen Reglerantrieb, der die beiden gegenläufigen Regler für diese Verbraucher betätigt. Der Abgleich mit dem dritten Verbraucher er­ folgt dann über einen Antrieb, der den Regler des dritten Verbrauchers und einen gegenläufigen weiteren Regler ver­ stellt, der dem Reglerpaar der beiden anderen Verbraucher vorgeschaltet ist.

Erhöht sich die Anzahl der Verbraucher auf beispielsweise vier, dann erhöht sich auch die Zahl der Reglerpaare um ein weiteres, d. h. die Zahl der Reglerpaare ist bei mehr als zwei Verbrauchern stets um eins größer als die Zahl der Verbraucher.

Bei einer wechselnden Folge der Teilnahme der Verbraucher an der Versorgung mit Gas oder Flüssigkeit sind die ge­ genläufigen Reglerpaare jeweils so angeordnet, daß durch kombinierten Einsatz dieser durch entsprechendes Öffnen und Schließen in der beschriebenen Weise ein Abgleich der Sollwertabweichungen an den jeweils an der Versorgung be­ teiligten Verbraucher erfolgt.

Soll in einem solchen System nur ein Verbraucher mit Gas oder Flüssigkeit versorgt werden, sind die Regler so ge­ schaltet, daß die übrigen Verbraucher nicht versorgt wer­ den. Es entfällt der Abgleich der Sollwertabweichung, der betreffende Sollwertgeber wirkt direkt auf die Versor­ gungsstationen.

In allen Fällen der Versorgung mehrerer Verbraucher be­ einflußt der Mittelwert aller Sollwertabweichungen über die Einwirkung der Sollwertmeßgeräte auf die Auswahl­ steuerung die Förderleistung der Versorgungsstationen. Je nach Bedarf an Flüssigkeit oder Gas wird die Förderlei­ stung solange erhöht oder reduziert, bis der Sollwert bei den Verbrauchern erreicht ist.

Entsprechend der Anzahl der Verbraucher können somit meh­ rere Regelkreise in einem Verteilungssystem einzeln gere­ gelt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren er­ läutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Regelsystem zur Versorgung von zwei Verbrau­ chern mit Gas,

Fig. 2 ein Regelsystem zur Versorgung von drei Verbrau­ chern mit Gas,

Fig. 3 ein Regelsystem zur Versorgung von vier Verbrau­ chern mit Gas.

In einem Verteilungssystem mit mehreren Verbrauchern speisen drei Versorgungsstationen 1 gemeinsam einen Sammler 2. Das Gas gelangt über Regler 3, 4 zu den Ver­ brauchern 12, 13. Die Verbraucher 12, 13 sind mit jeweils einem Sollwertgeber 16 ausgestattet, an dem der Sollwert für die Gasmenge in den Verbrauchern 12, 13 eingestellt ist. Treten Sollwertabweichungen auf, findet zunächst ein Abgleich dieser Sollwertabweichungen durch Betätigen der gegenläufigen Regler 3, 4 mittels eines gemeinsamen An­ triebs 5 über die Meßgeräte 16 statt, indem sich der eine Regler öffnet und gleichzeitig der andere schließt. Des weiteren wirken die Sollwertgeber 16 auf die Steuerung für die von den Versorgungsstationen 1 gelieferten Gas­ mengen, so daß durch eine Änderung der Förderleistung der Sollwert an den Verbraucherstationen 12, 13 erreicht wird.

Außer zwei Verbraucherstationen können auch weitere Ver­ braucherstationen gleichzeitig mit einer geregelten Gas­ menge versorgt werden, wie die Fig. 2 und 3 zeigen.

Die Versorgungsstationen 1 versorgen wiederum einen Samm­ ler 2 und von dort über die gegenläufigen Regler 3, 4 Verbraucher 12, 13, 14 (Fig. 2) mit Gas. Diese sind eben­ falls mit auf einem Motor 5 zum gemeinsamen Verstellen der Regler 3, 4 geschalteten Sollwertgebern 16 ausgestat­ tet. Das Gas gelangt von dem Regler 4 über in Zweiglei­ tungen angeordnete Regler 6, 7 zu den Verbrauchern 12, 13, 14. Die Regler 6, 7 besitzen einen gemeinsanen An­ triebsmotor 8.

Zunächst findet, gesteuert von den jeweiligen Sollwertge­ bern 16 mit Hilfe der Regeler 3, 4 ein Abgleich der Soll­ wertabweichung an dem Verbraucher 12 mit dem Mittelwert der Sollwertabweichungen an den Verbrauchern 13, 14 statt.

Der Abgleich der Sollwertabweichungen erfolgt an den Ver­ brauchern 13, 14 mittels der Regler 6, 7 und ihres ge­ meinsamen Antriebs 8. Die Meßgeräte 16 verändern die Förderleistung der Versorgungsstationen 1, bis der Sollwert an den Verbrauchern 12, 13, 14 erreicht ist.

Soll von drei Verbrauchern einer an der Gasversorgung nicht teilnehmen, übernehmen für den Fall, daß gemäß Fig. 2 beispielsweise nur die Verbraucher 13, 14 mit Gas ver­ sorgt werden, die Regler 3, 4 die Regelung. Über die Sollwertgeber 16, die Verbraucher 13, 14 und den gemein­ samen Antriebsmotor 5 findet der Abgleich der Sollwertab­ weichungen statt. Dies wiederum bewirkt über die Meßge­ räte 16 die erforderliche Änderung der Förderleistung der Versorgerstationen 1. Die Regler 6, 7 mit ihrem gemeinsa­ men Antrieb 8 und die Regler 3, 4 mit ihrem gemeinsamen Antrieb 5 sind dabei so geschaltet, daß der Regler 4 ganz geöffnet und der Regler 3 ganz geschlossen ist.

Wird der Verbraucher 13 zusätzlich von der Gasversorgung entbunden, werden die Regler 6, 7 über ihren gemeinsamen Antrieb 8 so verstellt, daß der Regler 6 geschlossen und der Regler 7 gleichzeitig geöffnet wird.

Soll der Verbraucher 14 anstelle des Verbrauchers 13 ab­ geschaltet werden, schließt der Regler 7, während der Regler 6 gleichzeitig öffnet. Der Abgleich der Soll­ wertabweichungen entfällt, und die Sollwertabweichung des einzigen Verbrauchers 13 oder 14 wirkt über das entspre­ chende Meßgerät 16 direkt auf die Gasversorgung 1.

Erhöht sich die Anzahl der Verbraucher um einen zusätzli­ chen Verbraucher 15 auf vier, findet gemäß Fig. 3 zunächst ein Sollwertabgleich für die Verbraucher 12, 15 mit Hilfe der jeweiligen Sollwertgeber 16 durch Verstel­ len der Regler 9, 10 mittels ihres gemeinsamen Antriebs 11 statt. Entsprechend wird verfahren an den Verbrauchern 13, 14 mit den Reglern 6, 7 und ihrem gemeinsamen Antrieb 8.

Der Abgleich der jeweiligen Mittelwerte der Sollwertab­ weichungen an den Verbrauchen 12, 15 einerseits sowie 13, 14 andererseits geschieht mit den Reglern 3, 4 und ihrem gemeinsam Antrieb 5, gesteuert von den zugehörigen Soll­ wertgebern 16.

Der Mittelwert aller Sollwertabweichungen steuert die Förderleistung der Versorgungsstationen 1 in der be­ schriebenen Weise.

Das erfindungsgemäße Regelsystem zur Versorgung mehrerer Verbraucher ermöglicht durch die gegenläufig, gemeinsamen angetriebenen Reglerpaare die Versorgung der Verbraucher mit Gasen oder Flüssigkeiten ohne einen nennenswerten Druckverlust an den Reglerarmaturen.

Durch die Steuerung der Förderleistung der Ver­ sorgungsstationen ist der von diesen zu besorgende Druck nur so groß wie jeweils für das Einstellen der Sollwerte bei den Verbrauchern erforderlich.

Bei gleichbleibender bzw. wechselnder Beteiligung mehre­ rer Verbraucher an der Versorgung mit Flüssigkeit oder Gas ist eine Einzelkreisregelung möglich.

Claims (3)

1. Regelsystem zum Verteilen von Flüssigkeiten oder Gasen auf mehrere Verbraucher (12, 13, 14, 15) mit parallelen Regelkreisen mit paarweise gegenläufig arbeitenden Reglern (3, 4; 6, 7; 9, 10) zwischen einem Ver­ sorger (1, 2) und den Verbrauchern, dadurch gekennzeichnet, daß je­ weils zwei Verbrauchern (12, 13; 13, 14; 12, 15) ein gemeinsames Paar von gegenläufig arbeitenden Reglern (3, 4; 6, 7; 9, 10) zugeordnet ist, die jeweils in ihrer Mittelstellung halb geöffnet sind.

2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Regelpaar (3, 4; 6, 7; 9, 10) einen gemeinsamen von Sollwertgebern (16) der Verbraucher (12, 13, 14, 15) in Abhängigkeit von der Sollwert­ abweichung gesteuerten Antrieb (5, 8, 11) besitzt.

3. Regelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertgeber (16) über eine Mittelwertbildung aller Sollwertabweichun­ gen auf die Mengensteuerung des Versorgers (1) geschaltet sind.