DE2317301A1 - Vorrichtung und verfahren zur leckanzeige - Google Patents

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Leckanzeige.

PUr diese Anmeldung werden die Prioritäten aus den entsprechenden U.S.-Patentanmeldungen Serial No. 242 125 vom 7. April 1972 und Serial No. 274 441 vom 24. Juli 1972 in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Leckanzeige von Flüssigkeit, welche insbesondere für Anwendungen geeignet sind, bei denen ein Maschinenteil abdichtend gegen einen anderen Maschinenteil verstellt wird.

Es gibt viele Anwendungsfälle, bei denen die Ermittlung eines Leckflusses an einer Dichtung zwischen zwei Maschinenteilen wie z.B. zwischen einem verstellbaren Schieber- oder Ventilabsperrglied und der diesem zugeordneten Sitzfläche sehr wichtig ist. Das ist insbesondere bei sogenannten Meßprüfern für Flüssigkeitsrohrleitungen der Fall, in denen zwischen dem Einlaß- und dem Auslaßende eines Meßrohrs eine Austauschstation und Vorrichtungen, welche einen Flüssigkeit sdurchsat ζ durch die Austauschetat!on während eines Meßumlaufs verhindern, vorgesehen ist. Zwecks Vermeidung von

309842/0511

Meßfehlern muß jeder durch die Austauschstation hindurch auftretende Leckfluß unverzüglich, festgestellt und · "beseitigt werden. . . '

Eine bekannte Ausfuhrungsform eines Leckdetektors für Meßprüfer ist in der U.S.-Patentschrift 3 423 9öö beschrieben. Bei dieser Ausführungsform sind in der Austauschstation des Meßprüfers zwei in Reihe hinter einander geschalte te Schieber angeordnet. Zur Anzeige eines Leckflusses durch die Austäuschstation wird der zwischen den beiden Schiebern befindliche Raum zur Atmosphäre hin entlüftet und jeder anschließend aufgrund eines Leckflusses an einem der beiden Schieber auftretende Druckanstieg angezeigt. Entsprechend dem Vorschlag in der U.S.-Patentschrift 3 39& 761 wird das Schiebergehäuse entlüftet, wonach jeder leckbedingte Druckanstieg einen Druckschalter betätigt, welcher seinerseits eine Anzeigeschaltung steuert.

Eine Eigenheit derartiger Leckanzeigevorrichtungen besteht darin, daß das in der vorstehend beschriebenen ¥eise durch Entlüften erzielte Druckdifferential für niedrige . Drücke nicht für eine zuverlässige Betriebsanzeige ausreicht. Wenn andererseits sehr hohe Drücke auftreten, kann die Leckanzeige unzuverlässig sein, da durch das Entlüften zur Atmosphäre ein übermäßig hohes Druckdifferential an der Dichtung erzeugt wird. Durch das Lüften wird ein Differential-■ druck erzeugt, welcher vom Leitungsdruck abhängig ist. Weiterhin ist beim Entlüften unumgänglich, daß zumindest etwas

309842/0811

austritt, was in vielen Fällen unerwünscht oder in hohem Maße störend ist.

Der Erfindung liegt datier die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Leckanzeige zu schaffen, vermittels welcher eine zuverlässige Leckanzeige innerhalb eines großen Bereiches unterschiedlicher Leitungsdrücke möglich, ist, ohne daß wie bei den bekannten Vorrichtungen Flüssigkeit aus einem abgeschlossenen Raum entlüftet zu werden braucht.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Leckanzeigevorrichtung ist gekennzeichnet durch einen Rohrstutzen mit zylindrischer Innenfläche und beidseitig ausgebildeten FlüssigkeitBräumen, einen an einer Stellstange befestigten und vermittels eines Stellantriebs in Axialrichtung des Rohretutzens zwischen einer außerhalb des RohrStutzens befindlichen, eingefahrenen und einer innerhalb des Rohrstutzens befindlichen, ausgefahrenen Stellung verstellbaren Plunger mit zwei einander entgegengesetzt gerichteten, aus einem"elastischen Werkstoff bestehenden, napfförmigen Dichtungen, die jeweilB einen sich im entspannten Zustand kegelstumpfförmig verjüngenden Randflansch mit einer endseitigen, in Dichtungseingriff mit -der zylindrischen Innenfläche des Rohrstutzens bringbaren Umfangsfläche von im entspannten Dichtungezustand wesentlich größerem Durchmesser als dem Innendurchmesser der Rohrstutzeninnenfläche aufweisen, wobei die Randflansche der Dichtungen in der in den Rohrstutzen ausgefahrenen Plungersteilung zu-

309842/0511

βammendrückbar und unter der Einwirkung von Befestigungskräften spannbar'ausgebildet sind und der bei eingefahrenem Plunger im Raum-zwischen den Dichtungen herrschende statische Druck wesentlich niedriger ist als der statische Druck in dem auf der Einfahrseite des Plungers in den Rohrstutzen befindlichen Raum derart, daß ein Druckdifferential zwischen diesem Raum und dem zwischen den Dichtungen befindlichen Raum erzeugbar ist, und durch eine zur Anzeige des Druckdifferentials und einer Abnahme desselben unter einen vorbestimmten Grenzwert dienendes, außerhalb des Rohrstutzens angeordnetes und in Plüssigkeitsverbindung mit dem Raum zwischen den Dichtungen und dem eingeschlossenen Raum stehendes Leckanzeigegerät.

Entsprechend dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren zur Leckanzeige wird der Plunger aus einer eingefahrenen Stellung innerhalb eines unter Druck stehende Flüssigkeit enthaltenden Raums in eine ausgefahrene Stellung innerhalb eines zylindrischen Rohrstutzens, welcher den ersten Raum mit einem weiteren, ebenfalls unter Druck stehende Flüssigkeit enthaltenden Raum verbindet, verfahren, wobei die Randflansche der Dichtungen bei Einfahren des Plungers in den Rohrstutzen zusammengedrückt und verformt werden und der Druck in dem zwischen den Dichtungen befindlichen Raum auf einen Druck, der wesentlich niedriger ist als der statische Druck in einem der beiden Räume, gesenkt und ein ggf. an den Dichtungen vorbei auftretender Leckstrom durch Anzeige einer Druckdifferentialabnahme zur Anzeige

309842/0511

gebracht wird.

Beim Erfindungsgegenstand wird daher im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen und Verfahren ein Druckdifferential erzeugt, das sich durch Verspannen der Dichtungen ergibt, wenn diese in eine Abdichtlage gegen die Innenfläche des Rohrstutzens oder eine entsprechende Sitzfläche gebracht werden. Die an beiden Enden des Rohrstutzens befindlichen Flussigkeitsräume stehen mit Rohrleitungen oder anderen, flüssigkeitsdicht abgeschlossenen Räumen in Verbindung. Wenn ^der Plunger in die ausgefahrene Lage innerhalb des Rohrstutzens gebracht wird, werden die elastischen Dichtungen verspannt, wobei ein Druckabfall in dem zwischen den Dichtungen befindlichen Raum entsteht. Eine Abnahme dieses Druckabfalls zeigt das Vorhandensein eines lecks an.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand· des in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, in welcher

Pig. 1 ein teilweise im Schnitt dargestellter seitlicher Aufriß der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Mg. 2 ein Schnitt durch den Plunger der Fig. 1, Fig. 3 ein leilquerschnitt mit dem teilweise in den Rohrstutzen eingefahrenen Plunger von Fig. 2 und

4 ein Fig. 3 entsprechender leilquerschnitt, jedoch mit völlig in äen Rohrstutzen eingefahrenem Plunger ist.

309842/0511

— ο —

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind zwei Rohrleitungen für Flüssigkeit 11 und 12 durch einen Rohrstutzen 13 miteinander "verbunden. Das eine Ende des Rohrstutzen© 15 ist als 33"-Stück 14 ausgebildet, -in dem sich ein Plunger 16 befindet. Der Plunger ist an einer Steilstange 17 befestigt, welche durch eine an dem einen Ende des ΐ-Stücks befestigte Verschlußplatte 1ö durchgeführt ist. Das äußere Ende der Stellstange 17 ist mit einem Stellantrieb 19 beispielsweise in Form eines doppeltwirkenden hydraulischen Kraftzylinders verbunden, mit dem der Plunger zwischen, der in Fig. 1 in ausgezogenen Linien dargestellten eingefahrenen Stellung und der in gestrichelten Linien angedeuteten zweiten Endstellung innerhalb des Rohrstutζens 13 verstellbar ist.

In Fig. 2 sind die Einzelheiten des Plungeraufbaus dargestellt. Dieser besteht aus zwei einander entgegengesetzt gerichteten, napfförmigen Dichtungen 21 und 22 aus einem elastischen Werkstoff wie z.B. synthetischem Gummi oder Elastomer. Die Grundflächen der Dichtungen sind an den Stirnseiten eines AbstandsrIngs 23 eingespannt, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der der zylindrischen Innenfläche 24 des Rohrstutzens 13» Die Randf!ansehe 26 und 27 der Dichtungen haben solche Abmessungen, daß sie -bei innerhalb des Rohrstutzens 13 befindlichem Plunger in der in Fig. 4 dargestellten Weise zusammengedrückt und zugleich verspannt sind. Im verspannten Zustand innerhalb des Rohrstutzens 13 sind außerdem die Umfangsflächen 2c- und

309 8 4 2/(TE 11

29 der Randflansche 26 bzw. 27 dient gegen'die Innenfläche 24 des Rohrstutzens 13 an in einem Axialabstand befindlichen ringförmigen Dichtflachen angedrückt.

Die Grundflächen der Dichtungen sind beispielsweise vermittels endseitiger Einspannscheiben 31 und 32 an dem Abstandsring 23 befestigt. Die Stellstatige 17 ist beispielsweise wie dargestellt in den Abstandsring 23 eingeschraubt und verspannt gleichzeitig die Einspannscheibe 31 gegen die eine Stirnfläche der Dichtung 21. Die Einspannscheibe 32 ihrerseits ist vermittels Schrauben 33 gegen die Grundfläche der Dichtung 22 gehalten. Selbstverständlich kann der Plunger auch einen anderen Aufbau aufweisen, so können insbesondere die Dichtungen in unterschiedlicher Weise gelagert und eingespannt sein, ohne daß dadurch die Wirkungsweise beeinträchtigt wird.

Der Innendurchmesser des Rohrstutzens 13 kann beispielsweise 20,3 cm (8 Zoll), und der Durchmesser der Umfangsflachen 28 und 29 der Dichtungen 21 und 22 im entspannten Zustand derselben etwa 21,6 cm (8,5 Zoll) betragen.

Wenn der Plunger aus seiner eingefahrenen in die ausgefahrene Stellung gebracht wird, kommt der Randflansch 27 der Dichtung 22 zunächst in Eingriff mit der sich verjüngenden Einführfläche 36 des Rohrstutzens 13» und bei weiterer Bewegung wird der Randflansch. 27 der Dichtung 22 beim Einführen in den Rohrstutzen entsprechend Pig. 3 zu-

309842/0511

sammengedrückt und verspannt. In dieser Lage steht der am einen Ende des Rohrstutzens te find liehe Raum 37 in freier Verbindung mit .dem Rohrstutzen auf derselben Seite der Dichtung. Wenn nun der Plunger"weiter in die in Pig. 4 dargestellte voll ausgefahrene Stellung verstellt wild, wird der Randflansch 26 der Dichtung 21 beim Einführen in den Rohrstutzen in die in Pig. 4 dargestellte Lage zusammengedrückt und verspannt. Die Umfangsflachen 28 und 29 der Dichtungen stehen dann in vollem Dichteingriff mit der zylindrischen Innenfläche 24 des Rohrstutzens 13 und der Plunger bewirkt eine einwandfreie Abdichtung zwischen den an den Enden des Rohrstutzens 13 befindlichen Räumen 37 u¹¹^ 38.

Es wurde nunmehr gefunden, daß bei Verstellung des Plungers in die voll ausgefahrene ,Stellung und aufeinanderfolgendem Zusammendrücken und Verspannen der Dichtungen beim Einführen derselben in die zylindrische Innenfläche 24 ein erheblicher Druckabfall in dem zwischen den Dichtungen befindlichen Raum 39 auftritt. Dieser Abfall des Drucks unter den im Raum 37 herrschenden Druck ist auf die Veränderung der physikalischen Raumform der Dichtung 21 zurückzuführen, wenn deren Randflansch 26 beim Einführen in die zylindrische Innenfläche 24 zusammengedrückt und durch Biegung verspannt wird. Mit einer praktischen Ausführungsform des Plungers wurde gefunden, daß der Druckabfall einem verhältnismäßig konstanten Druckdifferential zwischen dem in Raum 37 und dem in dem geschlossenen Raum

309842/0511

39 herrschendem Druck beim Ausfahren des Plungers entspricht. Ifenn der Plunger in einem Meßprüfer zum Abdichten der Austaüschstation verwendet wird* liegt dieses Druckdifferenzäl üblicherweise im Bereich von 0,7 - 1 at und bleibt für einen vorgegebenen Plungeraufbau und vorgegebene Betriebsbedingungen konstant, sofern sich der statische Druck innerhalb des Raums 37 nach Ausfahren des Plungers nicht verändert. Im Betrieb von Meßprüfern behält der Druck innerhalb des Raums 37 seinen Wert innerhalb eines Zeitraums praktisch unverändert bei, so daß eine Leckprüfung durchgeführt werden kann.

Sobald der Plunger in die ausgefahrene Stellung gebracht worden ist, steigt natürlich bei Vorhandensein eines Leckflusses an einer der beiden Dichtungen der Druck innerhalb des Raums 39 an, so daß das Druckdifferential abnimmt. Es · wurde gefunden, daß eine solche Druckdifferentialabnahme eine zuverlässige Leckanzeige darstellt.

In Fig. 1 ist das auf das vorstehend beschriebene Druckdifferential ansprechbare Leckanzeigegerät dargestellt, durch das jede aufgrund eines Leckflusses an einer der beiden Dichtungen bedingte Differentialdruckabnahme angezeigt w.ird. Der Raum 39 ist über eine Rohrleitung 4l mit einem auf ein Druckdifferential ansprechbaren Druckschalter 42 verbunden, welcher zwei geschlossene Flussigkeitsdruckkammern aufweist, die durch ein durch Flüssigkeitsdruck verstellbares Glied (wie z.B. eine Membran) voneinander getrennt sind. Jede

309842/0511

durch, KLüssigkeitsdruckunterschiede in den beiden Kammern "bedingte Verlagerung des Druckgliedes führt zur Betätigung elektrischer Kontakte. Die Rohrleitung 41 ist mit der einen Kammer des Drucksehalters 42 verbunden, während die andere Kammer des Druckschalters über eine .Rohrleitung- 43 mit dem Raum 37 verbunden ist..Sine weitere, normalerweise gesperrte Rohrleitung 44 verbindet den Raum 3ö mit dem Schalter 42. In jeder Rohrleitung 41·? 43 und 44 ist jeweils ein Druckmesser 46, 47 bzw. 48 angeordnet; die Druckmesser sind jedoch nicht erforderlich. Die Rohrleitung 44 kann auch weggelassen werden und dient hier lediglich zur Veransch.aulichung eines abgeänderten Meßverfahrens.

Die Verbindungen zu den Kammern des Druckschalters 42 bilden ein geschlossenes Flüssigkeitssystem, in dem praktisch keine flüssigkeitsströmung auftritt.

Die Kontakte des Druckschalters 42 sind mit .Anzeigevorrichtungen wie z.B. elektrischen Glühlampen 51 und >2 . (von z.B. roter und grüner Farbe) verbunden, welche· jeweils in von den Kontakten des Druckschalters 42- ausgehenden und vermittels einer gemeinsamen Energiequelle wie z.B. einer Batterie 56 gespeisten Schaltkreisen 53 bzw. 54 liegen. Wenn das an ,dem Druckschalter 42 anliegende Druckdifferential einen vorbestimmten Wert überschreitet, leuchtet die eine (z.B. grüne) Glühbirne, und wenn das. Druckdifferential unter einen vorbestimmten Mindestwert abnimmt, erlöscht die Lampe und die andere Lampe (z.B. die rote) leuchtet auf.

Die Arbeitsweise vermittels der vorstehend beschriebenen Vorrichtung nach, dem erfindungsgemäßen Verfahren ist wie folgt. Wenn der Plunger 16 entsprechend der Darstellung von Pig. 1 voll eingefahren ist, stehen die Räume 37 und 53 in freier gegenseitiger Verbindung. Zur Unterbrechung dieser Verbindung wird der hydraulische Stellantrieb 19. betätigt, um den Plunger in die in Pig. 1 in gestrichelten Linien, sowie in Pig. 4 dargestellte ausgefahrene Lage zu bringen. Zu Ende der Verstellbewegung des Plungers wird die Dichtung 21 zusammengeärückt und verspannt, wobei der Druck innerhalb des Raums 3^ unter den Druck in Raum 37 abnimmt. Das Druckdifferential wird an den Druckschalter 42 angelegt und schließt in diesem die entsprechenden Kontakte, so daß die Lampe 51 aufleuchtet. Wenn diese Lampe kurzzeitig aufleuchtet, erfolgt kein Leckfluß in den Raum 33» so daß auch kein Leckfluß zwischen den Räumen 37 und 33 besteht. Wenn jedoch an einer der beiden Dichtungen ein Leckfluß auftritt, verringert sich das Druckdifferential, so daß bei Unterschreiten eines vorbestimmten Mindestwerts, der durch die Einstellung des Druckschalters 42 vorgegeben werden kann, die Lampe 51 abgeschaltet wird und die Lampe 52 aufleuchtet und den Leckfluß anzeigt.

Die vorstehend genannten Bedingungen, d.h. Bestehen eines Leckflusses oder Dichtigkeit lassen sich auch durch Ablesen der Druckmesser 46 und 47 feststellen.

309842/0511

Es ist gleichfalls möglich, den Plunger von der Seite des Raums 3b her in den Rohrstutzen einzufahren. In diesem FaIIe wird die Rohrleitung 43 gesperrt, und die Rohrleitungen 41 und 42 werden zur Betätigung des Schalters geöffnet. Weiterhin kann der Fall eintreten, daß die statischen Drücice in den Räumen 37 und 3ö nahezu gleich, hoch sind. In diesem Falle wird eine der beiden Rohrleitungen 43 oder 44 _&eöffnet und die jeweils andere gesperrt.

309842/0511

Claims (3)

1. Patentansprüche

   Aj Vorrichtung zur Leckanzeige, gekennzeichnet durch einen Rohrstutzen (13) mit zylindrischer Innenfläche (24) und beidseitig ausgebildeten Flussigkeitsräumen (37, 3ü), einen an einer Stellstange (1-7) befestigten und" vermittels eines Stellantriebs (iy) in Axialrichtung des Kohrstutzens zwischen einer außerhalb des Rohrstutzens befindlichen, eingefahrenen und einer innerhalb des üohrstutzens befindlichen, ausgefahrenen Stellung verstellbaren Plunger (16) mit zwei einander entgegengesetzt gerichteten, aus einem elastischen Werkstoff bestehenden, napfförmigen Dichtungen (21, 22), die jew.eils einen sich im entspannten Zustand kegelstumpfförmig verjüngenden Randflansch (26 bzw. 27) mix einer enüseitigen, in Dichtungseingriff mit der zylindrischen Innenfläche (24) des Kohrstutzens bringbaren Umfangsfläche (2d bzw. 23) von im entspannten Dichtungszustand wesentlich größerem Durchmesser als dem Innendurchmesser der RohrStutzeninnenfläche (24) aufweisen, wobei die Randflansche der Dichtungen in der in den Rohrstutzen ausgefahrenen Plungersteilung zusammendrückbar und unter der Einwirkung von Biegungskräften spannbar ausgebildet sind- und der bei ausgefahrenem Plunger im Raum (3^) zwischen den Dichtungen.herrschende statische Druck wesentlich niedriger ist als der statische DrucK in dem auf der Einfahrseite des Plungers in den Rohrstutzen befindlichen Raum (37), derart, daß ein Druckdifferential zwischen diesem Raum (37) und dem zwischen den Dichtungen befind-

   309842/0511

   lichen Raum (3y) erzeughar ist, und durch, eine zur Anzeige des Dr uckd iff erentials und einer Abnahme desselben unter einen vorbestimmten Grenzwert dienendes, auijerhalb des Rohrstutzens angeordnetes und in FlussiokeitsVerbindun^ mi.t dem Raum zwischen den.Dichtungen und dem eingeschlossenen Haum stehendes Leckanzei_oegerät (41—56).
2. 2. Yorrichtung nach Anspruch 1, dadurch geicennzeicimet, daß das ieckanzeigegerät aus einem auf.ein Lrucicd-iff erentla_tl ansprechbaren Druckschalter (42) mit geschlossenen iflüssigkeitskammern und einem diese trennenden, auf jflüssigkeitsdruck ansprechbaren Anzeigeglied, wobei die eine Kammer in' der ausgefahrenen Plungersteilung in .Flüssigkeitsverbindung mit dem geschlossenen flaum (59) zwischen den Dichtungen und die andere Kammer in i'lüssigkeitsverbindung mit dem einen J?lüssigkeitsrauTn steht und der Druckschalter durch das Druckdifferential betätigbar ist, und zur Anzeige eines einen vorbestimmten Wert übersehreitenden oder unterschreitenden Wert des Druckdifferentials dienenden elektrischen Schaltkreisen (53, 54) besteht.
3. 3. Verfahren zur Leckanzeige vermittels der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, ü&ii der Plunger (16) aus einer eingefahrenen Stellung innerhalb eines unter Druck stehende Flüssigkeit enthaltenden Raums (37) in eine ausgefahrene Stellung innerhalb eines zylindrischen Rohrstutzen^ (13), welcher den ersten Raum (37) mit . einem weiteren, ebenfalls unter Druck stehende Flüssigkeit

   - 13 -

   ent aal tend e η üauui (3*->) verbindet, verfahren wird, wobei üie itand flansche (26, 27) der Dichtungen (21, 22) bei Einfahren des Plungers in den Rohrstutzen zusammengedrückt und verformt werden und der Druck in dem zwischen den Dichtungen befindlichen Raum (39) auf einen DrueK, der wesentlich niedriger ist als der statische Druck .in einem der beiden näurne (37, 33), gesenkt una ggf. an den Dichtungen vorbei auftretender Leckfiuß durch Anzeige einer Druckdifferentialabnahme zur Anzeige gebracht wird.

   309842/0511