DE1961928B2 - Vorrichtung zum Überwachen einer Rohrleitung auf Rohrbrüche - Google Patents
Vorrichtung zum Überwachen einer Rohrleitung auf RohrbrücheInfo
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Description
40
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen einer Rohrleitung auf Rohrbrüche mit einem
Durchflußmesser mit elektrischem Ausgang sowie einem Druckmesser mit elektrischem Ausgang und mit
einer mit den Ausgängen des Durchflußmessers und des Druckmessers in Verbindung stehenden Steuereinrichtung für den Betrieb der Rohrleitung, die derart
ausgebildet ist, daß sie nur dann ein Steuersignal erzeugt, wenn sowohl der Durchsatz nach oben als auch
der Druck in der Rohrleitung nach unten von Sollwerten abweicht
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DD-PS 41 347 bekannt
Vorrichtungen zum Überwachen einer Rohrleitung auf Rohrbrüche werden insbesondere zur Überwachung
der Hauptleitungsrohre städtischer Wasserversorgungsnetze verwandt Da in großen Städten oft größere
Bauvorhaben, beispielsweise der Bau von U-Bahnen, w Straßen und Gebäuden, durchgeführt werden, ist es
leicht möglich, daß die unter der Erdoberfläche liegenden Hauptleitungsrohre durch in die Erde
getriebene Pfeiler oder Träger beschädigt werden und dadurch brechen. Ein derartiger Rohrbruch führt zu l<5
einer Überflutung der in der Nähe liegenden Stadtbezirke und dazu, daß diese Stadtbezirke von der
Wasserversorgung abgeschnitten werden, so daß es
notwendig ist, einen derartigen Rohrbruch frühzeitig
festzustellen, um das Austreten von Wasser schnell zu verhindern.
Dazu ist aus der Siemens-Zeitschrift September 1965,
Heft 9, Seiten 1060 bis 1063 bereits eine Vorrichtung zum Überwachen einer Rohrleitung bekannt, die mit
einer Einrichtung zum Messen eines Vergleichswertes für den Durchfluß und mit mehreren weiteren im
Abstand voneinander angeordneten Durchflußmessern versehen ist. Die Ausgangssignale dieser Durchflußmesser werden mit dem Vergleichsignal verglichen, und bei
einem bestimmten Unterschied wird ein Signal erzeugt, das den Rohrbruch anzeigt Eine derartige Vorrichtung,
die nur über die Messung des Durchflusses arbeitet, hat
jedoch den Nachteil, daß eine spontan auftretende Durchflußerhöhung des anfänglichen Durchflusses beim
Pumpenanlauf zu einer Fehlschaltung der Vorrichtung führen kann.
Aus der DE-PS 6 42 534 ist weiterhin eine Vorrichtung zum Überwachen einer Rohrleitung bekannt, die
entweder über die Messung des Durchflusses oder die Messung des Druckes in der Rohrleitung arbeitet und
dann ein Signal erzeugt, wenn entweder die Durchflußmenge oder der Druck einen bestimmten Wert
überschreitet Diese Vorrichtung spricht unabhängig voneinander auf den Durchflußmeßwert oder den
Druckmeßwert an, so daß bezüglich des Ansprechens auf den Durchflußmeßwert dieselben Nachteile gelten,
die die aus du- Siemens-Zeitschrift bekannte Vorrichtung aufweist, und bezüglich der Messung des Druckes
sich die Notwendigkeit der Nachstellung des Bezugswertes ergibt, da mit der Zeit der Strömungswiderstand
in der Rohrleitung, beispielsweise durch die Ablagerung von Rost, ansteigt Nur durch ein solches Nachstellen
des Bezugswertes können Fehlschaltungen der Vorrichtung vermieden werden.
Eine Weiterentwicklung stellt die eingangs genannte aus der DD-PS 41 347 bekannte Vorrichtung dar. Diese
bekannte Vorrichtung ist so ausgebildet, daß sie nur dann ein Steuersignal erzeugt, wenn sowohl der
Durchsatz als auch der Druck in der Rohrleitung von Sollwerten abweichen. Dabei ist die Steuereinrichtung
in Form eines UND-Gliedes ausgebildet, dessen Eingangssignale die Ausgangssignale der beiden Meßeinrichtungen sind und dessen Ausgangssignale einer
Abschalt- und Alarmanlage zugeführt wird. Eine Zeitverzögerungseinrichtung dient dabei dazu, eine
Zeitverzögerung zwischen dem erfaßten Eintreten eines Rohrbruches und dem Absperren der Rohrleitung
herbeizuführen und somit das Ansprechen der Abschaltanlage bei Anliegen eines Steuersignals von der
Steuereinrichtung zu verzögern.
Diese bekannte Vorrichtung hat jedoch noch zwei wesentliche Mängel. Da der Sollwert für den Durchsatz
und den Druck vorher festgelegt ist und zunächst konstant bleibt, spricht die Vorrichtung auch dann an,
wenn beispielsweise beim öffnen eines Ventils auf der Abnehmerseite der Rohrleitung der Durchsatz ansteigt
und der Druck absinkt Ein derartiger Vorgang läuft Ober eine Zeitspanne ab, die zur Öffnung des Ventils
erforderlich ist und verläuft somit sehr langsam. Da die als Vergleichswerte dienenden Sollwerte jedoch festliegen, unterscheidet die Vorrichtung nicht zwischen
langsam ablaufenden und schnell ablaufenden Änderungen der beiden Meßwerte. Es kann somit zu
Fehlschaltungen kommen, da die Vorrichtung auch durch langsam ablaufende Änderungen des Durchsatzes
und des Druckes ausgelöst werden kann, die während
des normalen störungsfreien Betriebes der Rohrleitung durchaus auftreten können. Rohrbrüche führen dagegen
in sehr kurzer Zeit zu erheblichen Änderungen des Durchsatzes und des Druckes. Ein weiterer Nachteil
dieser bekannten Vorrichtung liegt darin, daß auch bei 5
ihr der Sollwert für den Druckabfall von Zeit zu Zeit nachgestellt werden muß, da sich der Strömungswiderstand
in der Rohrleitung nach längeren Betriebszeiten ändert.
Demgegenüber liegt die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, die Vorrichtung der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, daß Fehlschaltungen durch zeitlich langsam ablaufende Änderungen im
Durchsatz und im Druck in der Rohrleitung ausgeschlossen sind.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen ersten !Comparator, an dessen einem Eingang direkt das
Ausgangssignal des Durchflußmessers liegt und an dessen anderem Eingang für das Vergleichssignal ein als
Sollwert dienendes und über eine Schaltung, die das Meßwertsignal über einen bestimmten Zeitabschnitt
aufnimmt, und einen nachgeschalteten Speicher für das pro Zeitabschnitt aufgenommene Signal verzögertes
Ausgangssignal des Durchflußmesser liegt, und durch einen zweiten Komparator gelöst, an dessen einem
Eingang direkt das Ausgangssignal des Druckmesser liegt und an dessen anderem Eingang für das
Vergleichssignal ein als Sollwert dienendes und über eine weitere Schaltung, die das Meßwertsignal über
einen bestimmten Zeitabschnitt aufnimmt, und einen weiteren nachgeschalteten Speicher für das pro
Zeitabschnitt aufgenommene Signal verzögerte Ausgangssignal des Druckmessers liegt, wobei die Ausgänge
der Komparatoren mit den Eingängen der Steuereinrichtung verbunden sind.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird somit als Vergleichswert, mit dem die Momentanmeßwerte
verglichen werden, nicht mehr ein vorher festgelegter Sollwert, sondern ein Meßwert herangezogen, der um
eine bestimmte Zeitspanne verzögert wurde und somit um diese Zeitspanne vorher in der Rohrleitung selbst
gemessen wurde. Zeitlich langsam ablaufende Änderungen der beiden Meßwerte können somit nicht zu einer
Auslösung der Vorrichtung führen, da nur Änderungen erfaßt werden, die sich innerhalb dieser Verzögerungs-Zeitspanne
abspielen. Darüber hinaus ist ein Nachstellen irgendwelcher vorgewählter Sollwerte überflüssig, da
langfristige Änderungen der Betriebsparameter die Vorrichtung nicht auslösen können und die Vergleichswerte verzögerte Meßwerte sind, die sich einer solchen so
langfristigen Entwicklung automatisch anpassen.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß ein Steuerimpulsgenerator
vorgesehen ist, der beiden Scheidungen synchron Steuerimpulse für die zeitliche Zuordnung der
Meßwertsignale liefert.
Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
näher erläutert.
Die Figur zeigt das Ausführungsbeispiel in einem t>o
Blockschaltbild.
Wie es in der Zeichnung dargestellt ist, weist ein Pumpensatz 10 einen Elektromotor 12 und eine von
diesem angetriebene Pumpe 11 auf, die aus einem Speicher durch ein Hauptventil 14 Wasser in eine h~>
Hauptleitung 13 pumpt. Das Ende der Hauptleitung 13 ist beispielsweise an ein städtisches Wasserversorgungsnetz
angeschlossen.
Zur Messung des Wasserdurchsatzes in der Hauptleitung ist ein Durchflußmesser 15 vorgesehen, der
vorzugsweise ein elektromagnetisch arbeitender Durchflußmesser ist. Mit diesem Durchflußmesser
können elektrische Signal erzeugt werden, die dem Wassei durchsatz in der Hauptleitung proportional sind.
Die Wasserhauptleitung ist weiterhin mit einem zweiten Meßwertwandler, nämlich einem Druckmesser 26
versehen, der elektrische Signal liefert, die dem Wasserdruck in der Hauptleitung proportional sind. Die
vom Durchflußmesser 15 erzeugten elektrischen Signale liegen direkt an einem Eingang eines ersten
!Comparators 16. Die Ausgangssignale des Durchflußmessers
15 liegen an einer Schaltung 17, die das Meßwertsignal über einen bestimmten Zeitabschnitt
aufnimmt und werden dann in einem Speicher 18 gespeichert Der Speicher 18 löscht pro Zeitabschnitt
den vorher gespeicherten Inhalt und speichert gleichzeitig das folgende Meßwertsigna] ab. Das Signal vom
Speicher 18 liegt am anderen Eingang des !Comparators 16 und wird mit dem direkt am Komparator liegenden
Signal verglichen. Das Vergleichssignal ist somit gegenüber dem direkt anliegenden Meßsignal um eine
durch die Schaltung 17 bestimmte Zeitspanne verzögert. Der Komparator 16 erzeugt nur dann ein Ausgangssignal,
wenn die Abweichung zwischen den beiden Eingangssignalen einen vorbestimmten Wert, der in der
Hauptsache durch das direkt anliegende Signal gegeben ist, überschreitet, d. h. wenn der Durchsatz nach oben
um einen bestimmten Betrag vom Vergleichswert abweicht. Das Ausgangssignal des Komparators 16
dient zum Schließen eines Arbeitskontaktes 16a D. h., daß der Arbeitskontakt 16a des Komparators 16 nur
dann geschlossen wird, wenn der momentan in der Rohrleitung gemessene Wasserdurchsatz um einen
bestimmten Betrag über dem über einen bestimmten Zeitabschnitt vorher gemessenen Wasserdurchsatz
liegt. Wenn somit dieser Zeitabschnitt eine Dauer von etwa 1 Minute hat, schließt der Kontakt 16a beim
öffnen und Schließen von nicht dargestellten, an entfernten Stellen der Hauptleitung liegenden Ventilen
nicht, da diese Ventile über eine Zeitspanne von zwei oder drei Minuten geschlossen werden. Beim Anlauf der
Pumpe 11 kann jedoch der Kontakt 16a infolge einer mit großer Geschwindigkeit ablaufenden Änderung
während des Anstieges des Wasserdurchsatzes fälschlicherweise schließen.
Diesem Mangel wird durch die Anordnung des Druckmessers 26 in der Wasserhauptleitung wirksam
begegnet, der den Wasserdruck in der Hauptleitung in ein elektrisches Signal umwandelt. Dieses elektrische
Signal liegt direkt an einem Eingang eines zweiten Komparators 19 und zum anderen an einer weiteren
Schaltung 20, die das Meßwertsignal über einen bestimmten Zeitabschnitt aufnimmt und einem weiteren
nachgeschalteten Speicher 21 führt, in dem es gespeichert wird. Die gespeicherten Signale liegen am
anderen Eingang des Komparators 19.
Die Arbeitsweise des Komparators 19, der Schaltung und des Speichers 21 ist im wesentlichen gleich der des
Komparators 16 der Schaltung 17 und des Speichers 18, die im Obigen im Zusammenhang mit der Durchflußmessung
beschrieben wurde. Der Komparator 19 besitzt ebenfalls einen Arbeitskontakt 19a, der mit dem
obengenannten Arbeitskontakt 16a in Reihe geschaltet ist. Der Komparator 19 schließt den Arbeitskontakt 19a
nur dann, wenn die Höhe des gegenwärtig in der Wasserhauptleitung herrschenden Druckes um einen
vorbestimmten Betrag kleiner als die Höhe des vorher im Speicher gespeicherten Druckes wird. Wenn daher
die Hauptleitung bricht, sinkt der Pegel des an einem Eingang des !Comparators 19 liegenden Signals ab, so
daß das Signal des vorher gemessenen Druckes das Signal des gegenwärtig gemessenen Druckes übersteigt
und der Kontakt 19a geschlossen wird. Der Kontakt 19a bildet zusammen mit dem Kontakt 16a ein UND-Glied.
Ein Ende 22 des aus den Kontakten 16a und 19a bestehenden UND-Gliedes ist mit einer Klemme einer
Steuerspannungsquelle verbunden, deren andere Klemme an einer Alarmglocke 23, einer Steuereinrichtung 24
für den Elektromotor 12 und einer Steuereinrichtung 25 für das Hauptventil 14 angeschlossen ist.
Die Steuereinrichtung 24 ist so aufgebaut, daß von einer verhältnismäßig konstanten Wechselspannungsquelle
28 an den Elektromotor 12 variable Spannungen angelegt werden, um dadurch gegebenenfalls die
Pumpendrehzahl zu steuern. Die Steuereinrichtung ist weiterhin mit einer Einrichtung versehen, die beim
Empfang eines Übersteuersignals über die in Reihe geschalteten Kontakte 16a und 19a den Motor 12
abschaltet Die Steuereinrichtung 25 für das Hauptventil ist so aufgebaut, daß sie das Ventil öffnet und schließt.
Außerdem ist in dieser Steuereinrichtung eine Einrichtung vorgesehen, die das Ventil schließt, wenn über die
in Reihe geschalteten Kontakte 16a und 19a, wie oben beschrieben, ein Übersteuersignal anliegt.
Ein Steuerimpulsgenerator 27 erzeugt Spannungsimpulse, die zur periodischen und gleichzeitigen Steuerung
der Schaltungen 17 und 20 dienen. Wie bereits erwähnt, beträgt die Impulsfolgeperiode etwa eine Minute. Diese
Zeit ist kürzer als die Zeit von zwei oder drei Minuten, während der an entfernten Stellen in der Wasserhauptleitung
vorgesehene Ventile geöffnet und geschlossen werden.
Es sei angenommen, daß der Pumpensatz 10 zu pumpen beginnt und das Hauptvent.il geöffnet wird, um
Wasser in die Hauptleitung 13 zu pumpen. Dabei steigen der Wasserdurchsatz und der Druck in der Hauptleitung
allmählich an, bis sie ihre normalen Betriebswerte erreichen. Bei einer bestimmten Änderungsgeschwindigkeit
des steigenden Wasserdurchsatzes kann der Komparator 16 den Kontakt 16a schließen. Der
Arbeitskontakt 19a des Komparators 19 bleibt jedoch geöffnet, da der Wasserdruck in der Hauptleitung
während des Anlaufs der Pumpe 11 ansteigt, so daß der
Pegel des im Speicher 21 vorher gespeicherten Signals, d. h. die Höhe des vorher gemessenen Druckes
normalerweise den gegenwärtigen Wasserdruck in der Hauptleitung nicht übersteigt. Daher besteht keine
Gefahr, daß die beiden Kontakte 16a und 19a gleichzeitig schließen, so daß verhindert wird, daß die
Alarmglocke 23, die Steuereinrichtung zum Stillsetzen des Pumpensatzes 10 und die Steuereinrichtung zum
Schließen des Hauptventils 14 fälschlicherweise ansprechen. Auf diese Weise erreicht das Pumpensystem
seinen Normalbetrieb.
Während des normalen Betriebes arbeitet der Pumpensatz gesteuert durch die Steuereinrichtung 24
dem Wasserbedarf entsprechend mit variablen Drehzahlen. Es sei nun angenommen, daß ein gesteigerter
Wasserbedarf mit einer verhältnismäßig hohen Änderungsgeschwindigkeit auftritt. Das kann beispielsweise
dann der Fall sein, wenn die an entfernten Stellen der Hauptleitung liegenden Hauptventile über längere Zeit
geöffnet werden. Entsprechend dem gesteigerte! Wasserbedarf treten dabei auch Druckabfälle mi
verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit der Hauptlei tung auf. Da diese Änderung jedoch über ein<
Zeitspanne erfolgt, die größer als der durch di< Spannungsimpulse des Steuerimpulsgenerators be
stimmte Zeitabschnitt ist, über den die als Vergleichs werte herangezogenen Druck- und Durchflußmeßwert«
gemessen werden, werden die Alarmglocke und dii
ίο Steuereinrichtungen für den Pumpensatz und da:
Hauptventil durch die Kontakte 16a und 19a nich fälschlicherweise betätigt.
Tritt jedoch in der Hauptleitung ein Bruch auf, s< steigt der Wasserdurchsatz sehr schnell an und trit
gleichzeitig ein starker Druckabfall auf. Die Geschwin digkeit der Änderung der Durchsatz- und Druckwerte
liegt dabei innerhalb des Meßzeitabschnittes de Schaltung 17, so daß der vorherrschende Wasserdurch
satz den im Speicher 18 vorgespeicherten Wert um dei vorher bestimmten Betrag überschreitet Gleichzeitij
liegt der Wasserdruck unter dem im Speicher 2 gespeicherten Wert so daß die Komparatoren 16 um
19 die Kontakte 16a und 19a gleichzeitig schließer Dadurch wird über die beiden geschlossenen Kontakt
16a und 19a ein Übersteuersignal an die Alarmglocke 2 gelegt, so daß der Fehler gemeldet wird. Das Signal lieg
weiter an den Steuereinrichtungen 25 und 24, so daß da Hauptventil 14 schließt und der Pumpensatz 11
stillgesetzt wird. Es ist daher möglich, die Wasserzufuh zur Hauptwasserleitung schnell zu schließen und dii
austretende Wassermenge wirksam zu begrenzen.
Aus dem Obigen ergibt sich, daß die in der Weisi aufgebaute Vorrichtung zum Überwachen einer Rohr
leitung auf Rohrbrüche den Vorteil hat daß sie be normalem Wasserdurchsatz und Druck in der Hauptlei
tung nicht fälschlicherweise anspricht, daß selbst be stark ansteigendem Wasserdurchsatz und einem darau
ansprechenden ersten Komparator 16 keine Fehleran zeige erfolgt da der zweite Komparator, der auf dei
Druckabfall in der Wasserhauptleitung anspricht, keil Signal abgibt, so daß die Steuereinrichtung für dei
Pumpensatz nicht betätigt wird, daß ein fehlerhafte Ansprechen der Komparatoren beim normalen Schlie
ßen und Öffnen von an entfernten Stellen in de Hauptleitung liegenden Ventilen verhindert werdei
kann, indem die Meßzeitabschnitte für die beidei Schaltungen so gewählt werden, daß sie kürzer als dii
öffnungs- und Schließzeiten der Ventile sind und dal die beiden Arbeitskontakte gleichzeitig geschlossci
werden, um einen Bruch der Hauptleitung anzuzeiger da die Schaltungen 17 und 20 von einem einzigei
gemeinsamen Steuerimpulsgenerator synchron ge steuert werden.
Die Kontakte 16a und 19a können auch al parallelgeschaltete Ruhekontakte verwendet werder
so daß sie ein ODER-Glied bilden. In diesem Fall win
nur dann, wenn beide Kontakte gleichzeitig öffner durch die Steuereinrichtungen 24 und 25 der Pumpen
satz 10 stillgesetzt und das Hauptventil 14 geschlossen
mi Die Kontakte 16a und 19a sind zwar als mechaniscl
öffnende und schließende Kontakte dargestellt es kam
jedoch auch mit kontaktfreien Schaltern und mi Transistoren gearbeitet werden. Die erfindungsgemäßi
Vorrichtung kann auch auf anderen Gebieten, beispiels
i.s weise zum Überwachen einer Erdölleitung auf RohrbrU
ehe eingesetzt werden.
Claims (2)
1. Vorrichtung zum Überwachen einer Rohrleitung auf Rohrbrüche mit einem Durchflußmesser
mit elektrischem Ausgang sowie einem Druckmesser mit elektrischem Ausgang und mit einer mit den
Ausgängen des Durchflußmessers und des Druckmessers in Verbindung stehenden Steuereinrichtung
für den Betrieb der Rohrleitung, die derart ausgebildet ist, daß sie nur dann ein Steuersignal 1(1
erzeugt, wenn sowohl der Durchsatz nach oben als auch der Druck in der Rohrleitung nach unten von
Sollwerten abweicht, gekennzeichnet durch einen ersten Komparator (16), an dessen einem
Eingang direkt das Ausgangssignal des Durchflußmessers (15) liegt und an dessen anderem Eingang
für das Vergleichssignal ein als Sollwert dienendes und über eine Schaltung (17), die di.s Meßwertsignal
über einen bestimmten Zeitabschnitt aufnimmt, und einen nachgeschalteten Speicher (18) für das pro
Zeitabschnitt aufgenommene Signal verzögertes Ausgangssignal des Durchflußmessers (15) liegt, und
durch einen zweiten Komparator (19), an dessen einem Eingang direkt das Ausgangssignal des
Druckmessers (26) liegt, und an dessen anderem Eingang für das Vergleichssignal ein als Sollwert
dienendes und über eine weitere Schaltung (20), die das Meßwertsignal über einen bestimmten Zeitabschnitt aufnimmt, und einen weiteren nachgeschalteten Speicher (21) für das pro Zeitabschnitt M
aufgenommene Signal verzögerte Ausgangssignal des Druckmessers (26) liegt, wobei die Ausgänge der
Komparatoren (16, 19) mit den Eingängen der Steuereinrichtung (24,25) verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Steuerimpulsgenerator (27), der beiden
Schaltungen (17,20) synchron Steuerimpulse für die zeitliche Zuordnung der Meßwertsignale liefert.
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