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Binrichtung zur Überwachung von Anlagen mit gasförmigen oder flüssigen
Medien auf Dichtheit kllagen mit gasförmigen oder flüssigen Medien, wie z. B. gasförmigen
oder flüssigen Brennstoffen, müssen bekanntlich besonders gesichert werden, um Unglücksfälle
durch versehentlich ausströmendes Medium nach Möglichkeit zu verhindern. Während
des Anlaufs und des Betriebes solcher Anlagen finde-t bekanntlich eine selbsttätige
Sicherheitsüberwachung statt. Während der Stillstandszeiten, wenn also kein D;iedium
benötigt wird, ist keine Gewähr dafür gegeben, daß die Leitungen und Absperrorgane
einer Anlage genügend dicht sind. Zur Vermeidung von sxplosionen und Verseuchungen
des Grundwassers ist jedoch eine entsprechende Überwachung unbedingt notwendig.
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Wenn z. B. bei einem Brenner die Flamme erlischt oder abgeschaltet
wird, veranlassen die eingebauten Uberwachungsgeräte das Schließen der Absperrorgane.
Entsprechende Vorschriften sind dabei einzuhalten. Auch für die Zuverlässigkeit
von Absperrorganen beliebiger Art gibt es entsprechende Vorschriften, die bei der
Herstellung und der Prüfung zu beachten sind. Für Gasventile gibt es Güteklassen.
Dies schließt jedoch nicht aus, daß ein geprüftes Ventil irgendwann einmal undicht
wird, sei es durch eingedrungene Fremdkörper oder durch Verklemmen beweglicher Teile
oder durch
Verschleiß erscheinungen. in vollkommen dicht schließendes
Ventil gibt es in der Praxis bekanntlich sowieso nicht. ts muß daher s-te-ts mit
kleinen Schleichmengen oder Leckinengen des Mediums gerechnet werden. Die Bestimmungen
hierüber sagen dabei genau, welche Leckgasrllelgen noch zulässig sind.
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Das gleiche gilt auch für Anlagen mit flüssigen Medien, Geräte zur
Überwachung der Dichtheit von Ven-tilen sind bekannt. Dabei wird meistens eine besondere
1ntlüStungsleitung ins Freie mit einem zusätzlicheii Ven-til benötigt.
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Auch sprechen sie praktisch nur beim Auftreten eines Differenzdruckes
an. Damit kann aber nicht ermittelt werden, ob z. B. eine geringe, aber trotzdem
gefährliche Menge Leckgas durch die Leitung fließt, so z. B. dann, wenn nicht nur
eines sondern beide Ventile undicht sind.
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Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich nun auf eine Einrichtung
zur Überwachung von Anlagen mit gasförmigen oder flüssigen Medien auf Dichtheit,
die darin besteht, daß vor dem Absperrventil am Verbraucher in der Zuleitung ein
Testraum mit einem Überwaohungsglied angeordnet ist, das auf ein Steuergerät so
einvJirkt, daß das letztere bei Feststellung von unzulässig hohen Leckverlusten
die Anlage abschaltet und sperrt sowie gegebenenfalls ein Störsignal auslöst. Auf
diese Weise ist es möglich, unkontrolliertausströmende Medien zu ermitteln und die
Anlage selbsttätig zu sperren und zwar gleichgültig, was für flüssige oder gasförmige
Medien in den Leitungen einer Anlage fließen, Diese selbsttätige Überwachung der
Dichtheit und damit der Sicherheit einer Anlage kann in verschiedener Abwandlung
durchgeführt werden, wobei vollkommene Gewähr dafür gegeben
ist,
daß eine selbsttätige periodische Überwachung jedes stillgesetzten Verbrauchers
erfolgt und zwar vom Abschalten der Anlage an b:is zum Wiedereinschalten. Dabei
ist es gleichgültig, ob die Anlage selbsttatig oder von Hand bedient wird. Durch
die Erfindung wird somit die Aufgabe gelöst, etwa angesammelte oder auftretende
Leckmedien selbststätig zu erfassen und die Anlage zuverlässig abzuschalten, sobald
die Leckverluste das zulässige Maß überschreiten. Dadurch werden Unglücke durch
ZQldung angesammelter Leckgase oder der Verlust wertvoller IIedien gleichgültig
welcher Art zuverlässig vermieden.
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Auf der Zeichriung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Binrichtung
nach der Erfindung schematisch dargestellt.
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Hierbei zeigen: Fig. 1 das Schaltschema einer Anlage mit einem Testraum
und einem Verdichter, Fig. 2 eine Anlage mit einem Testraum und einem Schwebekörper,
Fig. 3 ein Teil einer Anlage mit einem Flügelrad in dem Testraum, Fig. 4 ein Teil
einer Anlage mit einer Klappe in dem Testraum, Fig. 5 eine Anlage mit-einem Schwebekörper
in der Zuleitung als Testraum, Fig. 6 die gleiche Anlage wie in Fig. 5 in abgeänderter
Ausführung, Fig. 7 eine Anlage mit einer Überwachungseinrichtung von mehreren Verbrauchern.
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Bei dem Beispiel nach Fig. 1 ist vor dem Absperrventil 5 am Verbraucher
18 in die Zuleitung 9 das Sicherheitsventil 4 eingebaut, sodaß zwischen den beiden
Ventilen 4 und 5 ein Testraum 11 entsteht. An diesen Testraum ist die Bypaßleitung
10 angeschlossen, welche vor dem Sicherheitsventil 4 von der Zuleitung 9 abgeht.
In die Bypaßleitung 10 ist ein Verdichter 2 eingesetzt, der vorzugsweise zwischen
Rückschlagventilen 3 liegt. Ferner ist der Testraum 11 mit einem Druckwächter 6
verbunden, der mit dem an das Netz angeschlossener Steuergerät 1 in Verbindung steht,
wobei außerdem noch Zuleitungen zu dem Sicherheitsventil 4 und dem Verdichter 2
sowie zu dem Kontrollgerät 7 des Verbrauchers 18 führen.
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Im Bedarfsfalle ist ferner an das SteuErgerät 1 ein akustisches oder
optisches Störsignal 8 angeschlossen.
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Nach dem Abschalten des Verbrauchers 18 bei geschlossenen Ventilen
4 und 5 schaltet das Steuergerät 1 über eine in dieses eingebaute und einstellbare
Zeitkonstante den Verdichter 2 ein, sodaß dieser in dem Testraum 11 einen restdruck,
also einen den Vorschriften entsprechenden Prüfdrucü aufbaut. Nach Breichen des
Prüfdruckes wird über den Druckwächter 6 und das Steuergerät 1 der Verdichter 2
wieder abgeschal-tet-. Von diesem Zeitpunkt an luft das eingestellte Zeitglied in
dem Steuergerät 1 ab. Das letztere ist im übrigen eigensicher ausgebildet; d. ii.
das Steuergerät 1 schaltet auch bei etwa auftretenden inneren Störungen ab, sodaß
Gewähr dafür besteht, daß stets die gesar1ft'e Anlage mit allen Absperrorganen bei
zu hoch werdenden Lec!werlustei,i octer anderen Störungen stillgesetzt wird.
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TJen-n nun der Testdruc in dem Testraum 11 rascher als zulässig abnimmt,
diese Abnahme also schon vor Ablauf der eingestellten Zeitkonstanten erfolgt, wird
die gesamte Anlage selbsttatig gesperrt.
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Hierbei schaltet das Steuergerät 1 auch das jeweilige Kontrollgerät
7 an dem Verbraucher ab, sodaß die ganze Anlage elektrisch und mechanisch blockiert
und die Stromzufuhr abgeschaltet ist. Falls gew'Linscht, kann dabei ein Auslösen
des op-tischen oder akustischen Störsignales 8 erfolgen. Dieses Absperren und lockivr
erfolgt somit, wenn sich entweder gar kein ausreichender Druck aufbaut oder wenn
dieser Prüfdruck innerhalb der eingestellten Zeitkonstanten unter den am Druckwächter
6 eingestellten zulässigen Wert abfällt. Dies geschieht, weil in einem solchen Falle
die Undichtheit und damit die ausströmende Lechmenge zu groß ist. Aus Gründen der
Sicherheit einer Anlage wird somit in einem solchen Fall die letztere selbsttätig
und zuverlässig abgeschaltet und dieses Abschal-ten angezeigt.
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Die vorbeschriebene Einrichtung kann beispielsweise so abgewandelt
werden, daß die Förderung des Verdichters als Meßgröße dient. Es wird dann nicht
der Druckabfall innerhalb der Zeitkonstanten sondern die Laufzeit des Verdichters
2, dessen bekannte Fördermenge festliegt, zur Messung und Auslösung verwendet. Die
in dem Steuergerät 1 eingestellte Zeitkonstante entspricht also der Zeit, die erforderlich
ist, um in dem Testraum 11 den vorgeschriebenen Testdruck aufzubauen. Wird der Testdruck
vor Beendigung der eingestellten Zeit erreicht, schaltet der Druckwächter 6
über
das Steuergerät 1 den Verdichter 2 wieder ab, denn die Anlage ist dann in Ordnung.
Erfolgt jedoch die Abschaltung des Verdichters 2 erst nach der eingestellten Zeit,
dann wird die Blockierung der Anlage ausgelöst, wie bereits weiter oben beschrieben
worden ist. Denn die Undichtheiten sinc; zu groß, und es müß-te also länger verdichtet
werden, bis der Prüfdruck erreicht ist. Linse derartige Einrichtung benötigt somit
nur wenige Sekunden, um eine Prüfung auf Dichtheit vorzunehmen.
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Bei dem Beispiel nach Fig. 2 ist in die Bypaßleitung 10 anstelle
des Verdichters 2 ein Rohrelement 12 eingesetzt, dessen Inneres als Testraum 11
dient und in welchem durch den Leclunediendurchfluß ein Schwebekörper 13 fortbewegt
wird.
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Bei diesem Beispiel bleibt beim Abschalten des Verbrauchers 18 das
Sicherheitsventil 4 offen. Dagegen schließt sich das Absperrventil 5. Außerdem schließt
ein in die Hauptleitung 9 zwischen den Ventilen 4 und 5 eingesetztes Absperrprgan,
wie z. B. eine Klappe 17, sodaß das Leckmedium gezwungen wird, durch den Testraum
11 in dem Rohrelement 12 hindurchzuströmen.
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Der Schwebekörper 13 ist vorzugsweise kugelförmig und besteht aus
dünnem Eisenblech oder möglichst leicht aus Kunststoff, der außen z. B. mit Eisenpulver
überzogen oder mit einem eisenhaltigen Anstrich versehen ist. Ein Elektromagnet
15 zieht während des Betriebes der Anlage den Schwebekörper 13 an und wird an der
Kontaktauflage 19 festgehalten.
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Beim Abschalten des Verbrauchers 18 wird über das Steuergerät 1 auch
der Elektromagnet 15 stromlos, sodaß der Schwebekörper 13 frei wird und sich bei
einer Undichtheit des Absperrventils
5 mehr oder weniger langsam,
bzw. mehr oder weniger schnell gegen das am Ende als Auffangkorb 14 ausgebildete
Rohrelement 12 bewegt und dabei von einer seitlich angebrachten Sonde 16 beispielsweise
optisch oder magnetisch oder induktiv erfaßt wird.
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Die Zeit für den Durchlauf des Weges des Schwebekörpers 13 von der
Kontaktauflage 19 bis zum Erfassen durch die Sonde 16 ist um so-kürzer, je größer
die durchfließende Leckmenge ist. Beim Unterschreiten der in dem Steuergerät 1 eingestellten
Zeitkonstanten erfolgt selbsttätig das Abschalten der ganzen Anlage, wobei auch
das Sicherheitsventil 4 geschlossen wird. Bei späterem Wiedereinschalten des Verbrauchers
18 zieht der Elektromagnet 15 den Schwebekörper 13 in seine Ausgangslage zurück.
Durch sein Anliegen an der KontalXauflage 19 wird das Steuergerät 1 zum nächsten
Testvorgang vorbereitet. Im übrigen kann das Steuergerät 1 auch so geschaltet werden,
daß der Schwebekörper 13 erst nach dem-Abschalten des Verbrauchers 18 in die Ausgangslage
zurückgezogen wird. Nach Berühren der Korltalrtau:Elage 19 wird dann der silel.tromagnet
15 abgeschaltet und der nächste Testvoran kaiii anlaufen.
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Anstelle eines Schwebekörpers 13 kann auch gemäß der vereinfachten
Fig. 3 ein Propeller 20 oder ein SchauSel- oder Flügelrad in den Testraum 11 eingese-tzt
werden, wobei das Steuergerät 1 auf die zulässige höchste Drehzahl eingestellt ist,
durch die bestimmt wird, welche Höchstmenge an Leckgas gefahrlos durchströmen darf.
Wenn diese Drehzahl überschritton wird, wird der VerUraucher 18 gesperrt und das
sicher heitsventil 4 geschlossen.
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Ähnlich ist es auch bei dem vereinfachten Beispiel nach Fig. 4. Dabei
ist in deii Testraum 11 eine Windfahne oder Klappe 21 eingebaut, wobei die Menge
des durchströmenden Leckgases durch die Größe des Aus schlages der Klappe 21 bestimmt
wird. Diese Ausschlaggröße nimmt das Steuergerät 1 auf, wobei bei Überschreitung
des entsprechend eingestellten höchst zulässigen Ausschlages der Verbraucher 18
wie bereits beschrieben blockert wird.
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Das Beispiel nach Fig. 5 ist im Prinzip ebenso aufgebaut wie das
Beispiel nach Fig. 2. teine solche Einrichtung eignet sich insbesondere für Verbraucher
von kleineren Mengen eines gasförmigen oder flüssigen Mediums. Dabei sind das Rohrelement
12 mit dem Testraum 11 und der Schwebekörper 13 in die Hauptlitung 9 eingesetzt
unter Verzicht auf eine besondere Bypaßleitung. Durch das Steuergerät 1 wird beim
Abschalten des Verbrauchers 18 der Elektromagnet 15 eingeschaltet, wobei das Sicherheitsventil
4 offen bleibt.
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Der Schwebekörper wird in die Ausgangsstellung gezogen und berührt
die Kontaktauflage 19. Daraufhin wird der Magnet 15 wieder stromlos und die in dem
Steuergerät 1 eingestellte Zeitkonstante läuft ab.
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Entsprechend der hindurchströmenden Leckmenge des Kediums wandert
der Schwebekörper 13 zum Auffangkorb 14, wobei die eingebaute Sonde 16 einen Impuls
auf das Steuergerät 1 gibt. Bei Unterschreitung der in dem Steuergerät 1 eingestellten
Zeitkonstanten erfolgt die Sperrung der Anlage, wie bereits weiter oben beschrieben
worden ist. Bei Wiedereinscllaltung des Verbrauchers 18 bleibt dcr 1-tagnet 15 s-tl-olnlos
und der Schwebekörper 13 wird durch den großen Durchfluß
des Betriebsmediums
gegen den Auffangkolb 14 gedrückt, an welchem er während der Betriebsdauer anliegt.
Der Testraum 11 ist so bemessen,daß die Verengung durch das Rohrelement 12 ohne
Einfluß auf die übliche Durchflußmenge des t'1ediums während des Betriebes ist.
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In abgeänderter Ausführung de Binrichtung nach Fig. 6 ist der Testraum
11 mit dem Schwebekörper 13 senkrecht arigeordnet. £Tach Abschalten des Verbrauchers
18 wird, wenn das Absperrventil 5 undicht ist, der Schwebekörper leicht angehoben
und fällt dann wieder zurück. Es wird eine Art hüpfende Bewegung entstehen, deren
Frequenz von der Leckmenge abhängt. Diese Frequenz wird um so kleiner, bzw. um so
langsamer, je höher die Leckmenge ist, bis schließlich der Schwebekörper 13 gar
nicht mehr auf die Kontaktauflage 19 zurückfällt, also in der Schwebe bleibt. Das
Steuergerät 1 zählt die Impulse, die der Schwebekörper 13 bei jedesmaligen Auffallen
gibt. Diese Zahl kann so eingestellt werden, daß von dieser ab bis zur Frequenz
0 der Verbraucher 18 gesperrt und das Sicherheitsventil 4 geschlossen wird.
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Wenn später dann der Verbraucher 18 wieder einseschaltet wird, wird
der Schwebekörper 13 nach oben gegen den Auffangkorb 14 gedrUckt, solange der Betriebszustand
besteht.
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ine entsprechend größere Menge des Betriebsmediums fließt dabei durch
den Testraum 11. Eine besondere Sonde 16 wird dabei nicht benötigt. Anstelle einer
senkrechten Anordnung kann auch eine schräg nach oben verlaufende Lage des Testraumes
11 gewählt werden.
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Zur Verstärkung des Abhebens des Schwebekörpers 13 nach dem Abschalten
des Verbrauchers 18 kann in Abwandlung
der L'inrichtung nach Fig.
6 der Schwebekörper 13 auch mechanisch oder durch den ilagnet 15 auf der Fontaktauflage
19 periodisch zurückgehalten werden. Dadurch entsteht bei Undichtheit des Absperrventils
5 eine Drucminderung oberhalb des Schwebekörpers 13. Beim Loslassen dieses Körpers
ist dann die Sprunghöhe ein Maß für den Dichtheitsgrad.
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Wird die eingestellte Sprunghöhe überschritten, wird der Schwebekörper
13 von der nunmehr eingebauten Sonde 16 wahrgenommen, die dann über das Steuergerät
1 die Sperrung der gesamten Anlage vornimmt.
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Die vorbeschriebenen Einrichtungen können nicht nur für einzelne
Verbraucher, sondern auch für mehrere Verbraucher gemeinsam, also für ganze Häuser
oder Gebäudeanordnungen eingesetzt werden. Ein solches Beispiel ist in Fig. 7 dargestellt.
Dabei ist eine Zeitschaltung 22 zusätzlich eingebaut, die an die einzelnen Verbraucher
und an das Steuergerät 1 angeschlossen ist und welche eine Überwachung der Dichtheit
in eingestellten Zeitabständen bewirkt. Dabei werden alle Absperrorgane der angeschlossenen
Verbraucher 18 periodisch, z. B. nach jeweils mehreren Stunden oder länger oder
kürzer abgeschaltet. Hierauf wird die Prüfung auf Dichtheit entsprechend den einzelnen
vorbeschriebenen Beispielen vorgenommen. Darnach können die Verbraucher 18 ihren
Betrieb wieder fortsetzen, sofern die ermittelte Leckmenge ihren höchstzulässigen
Wert nicht erreicht hat. Diese selbsttätige periodische Unterbrechung kann zeitlich
so gelegt werden, daß damit keine oder nur unwesentliche Störungen der Verbraucher
verbunden sind. Eine Zeitschaltuhr kann im Bedarfsfalle auch bei einem einzigen
zu überwachenden Verbraucher vorgesehen werden.
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Ds ist ferner auch möglich, vor jedes Absperrventil 5 eines jeden
Verbrauchers 18 ein von Held oder auch durch Fernbedienung zu betätigendes Absperrglied
23 einzubauen.
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Wenn eine Prüfung vorgenommen wird, werden diese Absperrglieder 5
bis auf eines
geschlossen. Es wird also nur derjenige Verbraucher überwacht, dessen Absperrglied
23 offen bleibt. Darnach folgt die Prüfung der nächsten Verbraucher auf die gleiche
Weise. Es läßt sich somit rasch und sicher nach einer zuerst erfolgenden allgemeinen
gemeinsamen Uberprüfung feststellen, welche der Verbraucher tatsäciilich undicht
sind und welche nicht. Selbstverständlich können alle beschriebenen Einrichtungen
je nach Bedarf auch dann benutzt werden, wenn mehrere Verbraucher gleichzeitig zu
überprüfen sind.
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Der bei den einzelnen Einrichtungen erwähnte Druckwächter 6 muß bereits
bei verhältnismäßig geringen Druckdifferenzen ansprechen. Hierzu können z. B. Kembrandruckschalter
verwendet werden. Besser ist jedoch eine Ausführung, die nicht-nur sehr empfindlich
ist, sondern auch nur einen geringen Platzbedarf hat und als einbauteil preisgünstig
gehalten werden kann. Der Druck, der auf eine sehr kleine Membrane einwirkt, dient
z. B. zur Auslösung eines elektronisch verstärkten Impulses auf das Steuergerät
1.
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diene andere Lösung besteht z. B. darin, eine ohmsche Wiederstandsmessung
mit einem Dehnmeßstreifen vorzunehmen.
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Auch können kapazitive Ladungsänderungel eines kleinen Plattenkondensators
hierzu Vera:snoung finden, wobei dessen Platten durch den anstehenden Druck mehr
oder wenizur zusammengedrückt oder £egenseitig verschoben werden
oder
dessen Dielektrikum verändert wird. zeine Induktionsänderung kann ebenfais zur Erzeugung
der gewünschten Schaltimpulse vorgenommen werden, wobei z. B. ein Kern in einer
Spule bewegt wird oder ein Druceffekt auf einen Kristall (Piezoeffekt) läßt sich
hierzu verwenden. Ferner gibt es druckempfindliche Transistoren, welche die Schaltimpulse
schon bei geringen Druckdifferenzen zur Auslösung bzw.
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zur Einwirkung auf das Steuergerät bringen.