DE2759263A1 - Ueberwachungssystem fuer hydraulisch betriebene armaturen - Google Patents
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Description
Patentanwalt
Dipl.-Ing7 59263
Harro Gralfs
Graus Patentanwalt Am Burgerpark 8 D 3300 Braunschweig Germany
Am Bürgerpark 8 D 3300 Braunschweig, Germany Telefon 0531-74798 Cable patmarks braunschweig
29. Dezember 1977 G/Wi - K 1025
KEACHT Pumpen- und
Motorenfabrik GmbH & Co. KG
Gewerbestraße 20
Motorenfabrik GmbH & Co. KG
Gewerbestraße 20
5980 Verdohl
Die Erfindung betrifft ein Uberwachungssystem für hydraulisch
betriebene Armaturen mit in einer Arbeitsleitung zwischen einem Steuerventil und einem Antriebsgerät angeordnetem
Volumenzähler, der mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Größe und Richtung des den Volumenzähler durchfließenden
Flüssigkeitsstroms versehen ist.
Bei einem bekannten Uberwachungssystem (DT-OS 25 54 484) mit
einer einzigen Arbeitsleitung zwischen dem Steuerventil und dem Antriebsgerät ist es bekannt, als Volumenzähler einen
nach Art eines Zahnradmotors arbeitenden Zähler mit durch die einzelnen Zähne betätigbaren berührungsfreien Abtastvorrichtung
und einer die von der Abtastvorrichtung gegebenen Impulse verarbeitenden Zähleinrichtung vorzusehen. Durch
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Vergleich der Summe der beim Schließen der Armatur gezählten
Impulse mit einer Sollimpulszahl wird ermittelt, ob die
Armatur ihre Schließstellung erreicht hat. Um ein Verlaufen der Anzeige bei geschlossener Armatur, beispielsweise durch
im Leitungssystem auftretende Druckimpulse und temperaturbedingte Olströmungen in der in der Schließstellung der
Armatur drucklosen bzw. auf einem geringen Vorspanndruck gehaltenen Arbeitsleitung zu vermeiden, sind Frequenzfilter
vorgesehen, durch die die Zählung solcher Impulse ausgeschlossen wird, die unterhalb bestimmter Impulsfrequenzen
liegen. Bei einer solchen Anlage ist es weiter bekannt, durch Ausschalten des Frequenzfilters die Antriebsleitung und die
Armatur auf Dichtigkeit zu prüfen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Überwachungssystem zu schaffen, mit dem eine vollständige und kontinuierliche überwachung von hydraulisch betätigten Armaturen möglich ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Antriebsgerät über zwei Arbeitsleitungen mit dem Steuerventil verbunden ist, daß In der Ruhestellung beide Arbeitsleitungen unter Druck stehen, daß in jeder der beiden Arbeitsleitungen zwischen Steuerventil und Antriebsgerät ein Volumenzähler vorgesehen ist, mit den der ölstrom in diskreten Teilmengen meßbar ist und der mit Mitteln versehen ist, mit denen
für jede Teilmenge ein elektrischer Impuls erzeugbar ist, und daß Mittel vorgesehen sind, Bit denen die Impulse unter Berücksichtigung der Durchflußrichtung rechnerisch verarbeitbar
sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind Frequenzfilter für die Impulse vorgesehen, deren Ansprechen als Kriterien
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JAVtJOIRO
für die Betriebszustände des Hydrauliksystems zur Anzeige
gebracht werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Uberwachungssystem lassen sich
sehr exakte Lageeinstellungen des Antriebsgerätes erreichen. Darüber hinaus ist eine kontinuierliche Überwachung der
beiden Leitungen zwischen dem Steuerventil und dem Antriebsgerät möglich. Bei Lecks in den Arbeitsleitungen wird dabei
angezeigt, in welcher der Arbeitsleitungen ein Leck auftritt, wobei die Größe des Lecks leicht feststellbar ist und ermittelt
werden kann, ob es sich um ein die Funktion des Antriebsgerätes nicht oder wenig beeinträchtigendes Leck
oder um einen Leitungsbruch handelt, der die Betätigung des Antriebsgerätes ausschließt. Es ist weiter möglich, Undichtigkeiten
der Kolbendichtung zur Anzeige zu bringen.
Das Uberwachungssystem ist insbesondere geeignet für Anlagen,
bei denen die Antriebsgeräte in erheblicher Entfernung von den Steuerventilen liegen. Ein Beispiel hierfür ist die Überwachung
von Schiebern in Raffinerien, bei denen bei Verwendung des erfindungsgemäßen Überwachungssystems keinerlei
Überwachungsleitungen mehr zu den Antrieben geführt werden müssen.
Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand der Schaltung eines Hydrauliksystems veranschaulicht und im nachstehenden
im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.
Das in der Zeichnung dargestellte Antriebs- und Überwachungssystem weist eine Steuer- und Überwachungsstation 2 auf, die
über zwei Leitungen 4, 6 mit einem Antriebsgerät 8 verbunden ist, über das bei dem dargestellten Beispiel das Verschluß-
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element 10 eines Absperrschiebers betätigbar ist.
Die Überwachungs- und Steuerstation 2 weist ein als 4/3-Wegeventil ausgebildetes Steuerventil 12 auf, das über
eine Vorsteuereinheit 14 hydraulisch betätigbar ist und zusätzlich eine Handbetätigung 16 aufweist.
Das Steuerventil 12 ist über eine Leitung 18 mit einer Druckleitung 20 und über eine Leitung 22 mit einer vorzugsweise
unter Vorspannung stehenden Bückölleitung 24 verbunden. In der Leitung 18 ist ein zum Steuerventil 12
hin öffnendes Rückschlagventil 26 vorgesehen. Die beiden Leitungen 18 bzw. 22 sind an die Anschlüsse P bzw. T des
Steuerventils 12 angeschlossen. Die beiden Ventilausgänge
A und B sind über die Ausgänge A1 und B1 der Überwachungsund
Steuerstation 2 an die Leitungen 4 und 6 angeschlossen. In den Leitungen 28 bzw. 30 zwischen den Anschlüssen A und A1
bzw. B und B1 sind jeweils Volumenzähler 32 bzw. 34 eingeschaltet.
In der Leitung 28 ist weiter ein Drosselventil 36 vorgesehen. Stromabwärts des Drosselventils 36 ist ein
Druckbegrenzungsventil 38 angeschlossen, dessen Auslaß über eine Leitung 40 mit der Rückölleitung 22 verbunden ist.
Die beiden Zähler 32 und 34 sind Zähler,mit denen der ölstrom
in diskreten Teilmengen meßbar ist. Vorzugsweise finden als Zähler Zähler nach Art von Zahnradmotoren Verwendung, durch
die der ölstrom in dem Zahnlückenvolumen entsprechendenTeilvolumen
transportiert wird und die mit Mitteln versehen sind, mit denen für jede Teilmenge ein elektrischer Impuls erzeugbar
ist. ts sind weiter Abtaster vorgesehen, mit denen die Dretirichtung
der Zahnräder und damit die Strömungsrichtung; des ölatromes feststellbar isb. Durch diese Zähler ist eine vor-
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. Q-
zeichenbehaftete digitale Messung des ölstromes durch den
Zähler erreichbar. Diese Impulse werden in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Gerät rechnerisch verarbeitet.
Das Steuerventil 12 ist so ausgebildet, daß in der Schaltstellung I die beiden Ausgänge A und B mit dem Druckanschluß
P in Verbindung stehen und damit beide Leitungen 4 und 6 unter Betriebsdruck stehen. Die mittlere Ventilstellung ist eine
Absperrstellung und in der Ventilstellung II ist der Ventilanschluß P mit dem Ventilanschluß A und der Ventilanschluß T
mit dem Anschluß B verbunden. In der Schaltstellung II kann
also Drucköl aus der Leitung 20 in die Leitung 4 einströmen und öl aus der Leitung 6 in die Rückölleitung 24 verdrängt
werden.
Das Antriebsgerät 8 ist als hydraulischer Antriebszylinder ausgebildet mit einem Antriebskolben 42 und einer Kolbenstange
44, an die das Schieberverschlußstück 10 angeschlossen ist. Der Zylinderraum 46 oberhalb des Kolbens 42 ist mit der Leitung
6 und der untere Zylinderraum 48 mit der Leitung 4 verbunden. Die Beaufschlagungsfläche im Zylinderraum 46 entspricht der
Fläche des Kolbens 42 und die Beaufschlagungsfläche im Zylinderraum
48 der Kolbenfläche abzüglich des Querschnitts der Kolbenstange
44. Bei gleichem Druck in den Leitungen 4 und 6 wirkt auf das Schieberverschlußstück 10 ein Schließdruck, der dem
Druck multipliziert mit der Flächendifferenz entspricht. In
den beiden Leitungen 4 und 6 sind vor dem Antriebszylinder Absperrventile 50 und 52 vorgesehen, denen Anschlüsse 54 und
56 nachgeschaltet sind, an die eine Handpumpe für Wartungszwecke anschließbar ist.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Vorsteuergerät 14 zwei elektromagnetisch gegen eine Feder
verstellbare Umschaltventile 58 auf, die an die Druckleitung
60 und die Rückölleitung 62 eines Vorsteuerdrucksystems
angeschlossen sind. In der stromlosen Stellung sind die beiden Steuerleitungen 64 und 66 drucklos, so daß eine
Handbetätigung des Steuerventils 12 möglich ist. Die verschiedenen Schaltstellungen des Steuerventils 12 können
mit einer elektrischen Anzeige versehen sein. Das Vorsteuergerät 14 kann den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend auch
anders ausgebildet sein.
Im nachstehenden wird die Arbeitsweise des beschriebenen Systems im einzelnen erläutert.
Angenommen, das Antriebsgerät 8 befindet sich in der Schließstellung mit dem Steuerventil 12 in der Schaltstellung I. Die beiden Leitungen 4 und 6 stehen unter dem
Betriebsdruck der Leitung 20. Sofern die Anlage in Ordnung ist, stehen beide Zähler 32 und 54 still.
Tritt in einer der Leitungen 4 bzw. 6 ein Leck auf, wird der austretende ölstrom durch den dieser Leitung zugeordneten Zähler erfaßt. Bei einem Bruch in der Leitung 4 zählt
der Zähler 32, während vom Zähler 34 keine Zählimpulse abgegeben werden. Aus der Frequenz der Zählimpulse 32 kann
die Größe des Lecks ermittelt werden, wobei durch Frequenzfilter zur Anzeige gebracht werden kann, ob es sich um ein
die Betätigung des Schiebers nicht beeinträchtigendes Leck handelt, oder um ein einem Bruch gleichwertiges Leck. Entsprechendes gilt bei einem Leck in der Leitung 6. Lecks lassen
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sich also hinsichtlich der Leitung, in der sie auftreten und hinsichtlich ihrer Größe zur Anzeige bringen.
Erwärmungen in den Leitungen 4 und 6, die auf Änderungen
der Umgebungstemperatur zurückzuführen sind, werden von den beiden Zählern 32 und 34 dadurch erfaßt, daß die aus den
Leitungen 4 und 6 verdrängten Ölmengen mit gleicher Durchflußrichtung gemessen werden. Da Temperatureinwirkungen zu
sehr langsamen ölströmen führen, kann ihre Anzeige durch ein entsprechendes Frequenzfilter unterdrückt werden. Diese
ölströme gleichen sich normalerweise über einen 24stündigen Tagesrhythmus aus. Werden die beiden Leitungen 4 und 6 einem
Brand ausgesetzt, erfolgt eine rasche Erwärmung des Öls und damit eine rasche Verdrängung des Öls über die Zähler 32 und
34. Beide Zähler drehen dann gleichsinnig und geben Impulse mit einer relativ hohen Frequenz. Durch ein Frequenzfilter
können solche durch einen Brand hervorgerufenen ölströme
von ölströmen, die durch normale Temperaturänderungen bedingt sind, unterschieden werden, so daß im Falle eines Brandes
Feueralarm ausgelöst werden kann. Entsprechendes gilt, wenn nur eine der Leitungen durch Feuer erwärmt wird. In diesem
Fall würde lediglich einer der Zähler einen ölstrom in Sichtung
auf das Steuerventil 12 registrieren.
Zur Betätigung des Antriebsgerätes 8 wird das Steuerventil in die Schaltstellung 2 gebracht. Ls tritt also Drucköl über
den Zähler 32 in die Leitung 4 ein und Rücköl strömt aus
der Leitung 6 über den Zähler 3^ in die Rückölleitung 24 ab.
über den Zähler 32 wird die in den Zylinderraum 48 eingespeiste ölmenge exakt gemessen. Sie kann in einem Zähler als
Summe der Impulszahlen oder umgerechnet als zurückgelegter Öffnungsweg und damit unmittelbare Stellung des Schieberverschlußstückes
10 angezeigt werden. Es wird gleichzeitig über
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Λ-
den Zähler 34 die aus dem Zylinderraum 46 verdrängte ölmenge
gemessen einschließlich des Lntspannungsvolumens, das bei längeren Leitungen recht erheblich sein kann. Die
über den Zähler 34 vorgenommene Messung kann dabei zur Kontrolle der Messung des Zähler 32 herangezogen werden.
Weichen beide Meßergebnisse von einem Sollwert ab, liegt eine Unregelmäßigkeit vor, beispielsweise in Form eines
Lecks, das dann wie oben beschrieben nach Art und Lage ermittelbar ist. Wird in der öffnuigstellung ein ölstrom in
die Leitung 4 und aus der Leitung 6 heraus über die beiden Zähler ermittelt, ist die Dichtung des Kolbens 42 des
Antriebszylinders 8 undicht. In der Öffnungsstellung erfolgt also ständig eine Kontrolle der Kolbendichtung.
Tritt bei geöffnetem Ventil ein Schaden auf, beispielsweise in einer Raffinerie durch eine Explosion, die zu einer Beschädigung
der Leitungen 4 und 6 führt, muß zur Sicherung der Anlage versucht werden, den Schieber 10 zu schließen.
Der Schließvorgang wird lediglich beeinträchtigt durch Beschädigungen
der Leitung 6. Hat die Leitung 6 ein Leck erhalten, das nicht so groß ist, daß der Aufbau eines Schließdruckes
in dem Zylinderraum 46 verhindert wird, werden beim Schließvorgang über den Zähler 34 Impulse mit einer Frequenz
abgegeben, die wesentlich höher liegt als die Frequenz beim normalen Schließvorgang. Fällt diese Frequenz nach einer
bestimmten Zeit ab, kann hieraus geschlossen werden, daß der Schieber seine Schließstellung noch erreicht hat. Der
ölstrom wird dann durch Bewegen des Steuerventils 1? aus der
Schaltstellung I in die Absperrstellung unterbrochen.
Das Antriebsgerät 8 kann selbstverständlich auch mit gleichen Beaufschlagungsflächen ausgebildet sein, wie es beispielsweise
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der Fall ist bei Antrieben für Klappenventile.
Das Antriebsgerät 8 kann auch indirekt mit einer Armatur gekoppelt sein.
Das Überwachungs- und Steuergerät 2 kann, wie im vorstehenden beschrieben, in größerer Entfernung von dem Antriebegerät 8
angeordnet sein. Ls ist aber möglich, das Überwachungs- und Steuergerät unmittelbar am Antriebsgerät anzuordnen und über
elektrische Leitungen, die Zählimpulse an eine entfernt liegende Überwachungs- und Steuerstation zu übertragen. Das Steuerventil
kann hierbei,wie oben beschrieben,hydraulisch vorgesteuert
sein, wobei die hydraulische Vorsteuereinheit gleichfalls am Antriebsgerät angeordnet sein kann. Es ist aber auch
möglich, die hydraulische Vorsteuereinheit in Entfernung von dem Antriebsgerät bzw. der Überwachungs- und Steuerstation
anzuordnen.
Wie im vorstehenden angegeben, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen
Überwachungssystem sämtliche Betriebszustände
einer Hydraulikanlage überwachen, wobei sich wesentliche Betriebszustände, wie die Lage der gesteuerten Armatur sowie
Schäden jeweils nach ihrer Art und Größe zur Anzeige bringen lassen.
Es ist auch möglich, Vorsteuerungen mit dem erfindungsgemäßen Überwachungssystem durchzuführen, beispielsweise für die Betätigung
des Antriebes eine bestimmte Impulszahl vorzugeben, bei deren Erreichen der Antrieb stillgesetzt wird. In diesem
Fall werden beispielsweise die Vorsteuerventile in Abhängigkeit vor Gleichstand von Soll- und Istimpulsen geschaltet und damit
das Steuerventil entsprechend betätigt.
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Claims (1)
- A η s ρ r ü c hi;» .Überwachungssystem für hydraulisch betriebene Armaturen mit in einer Arbeitsleitung zwischen einem Steuerventil und einem Antriebsgerät angeordnetem Volumenzähler, der mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Größe und Richtung des den Volumenzähler durchfließenden Flüssigkeitsstroms versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsgerät über zwei Arbeitsleitungen mit dem Steuerventil verbunden ist, daß in der Ruhestellung beide Arbeitsleitungen unter Druck stehen, daß in jeder der beiden Arbeitsleitungen zwischen Steuerventil und Antriebsgerät ein Volumenzähler vorgesehen ist, mit dem der ölstrom in diskreten Teilmengen meßbar ist und der mit Mitteln versehen ist, mit denen für jede Teilmenge ein elektrischer Impuls erzeugbar ist, und daß Mittel vorgesehen sind, mit denen die Impulse unter Berücksichtigung der Durchflußrichtung rechnerisch verarbeitbar sind.Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Frequenzfilter für die Impulse vorgesehen sind, deren Ansprechen als Kriterien für die Betriebszustände des Hydrauliksystems zur Anzeige gebracht werden.9Θ9827/0515
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