DE69927603T2

DE69927603T2 - Druckquelle mit relativer druckerhöhung und verfahren zur diagnose von sicherheitsventilen gegen über- oder unterdruck

Info

Publication number: DE69927603T2
Application number: DE69927603T
Authority: DE
Inventors: Fransiscus Jacobus LANGEVELD
Original assignee: Kamstrup BV
Current assignee: Kamstrup BV
Priority date: 1998-11-23
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2019-11-23
Also published as: EP1135640B1; NL1010634C2; EP1135640A1; WO2000031451A1; AU1416500A; DE69927603D1; ES2246594T3; CA2351356A1; US6532980B1; CA2351356C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Schaltdruckes einer Sicherheitsanwendung, welche daran angepaßt ist, eine Installation gegen Übersteigen eines Gasdruckes oder Abfallen unterhalb eines Gasdruckes abzusichern, wobei ein ansteigender Druck zu der Sicherheitsanwendung geliefert wird.
Ein solches Verfahren ist allgemein bekannt. Es wird verwendet um den Schaltdruck einer Sicherheitsanwendung zu messen, um zu überprüfen, ob eine Sicherheitsanwendung korrekt arbeitet und um zu überprüfen, ob eine Sicherheitsanwendung bei dem richtigen Druck arbeitet.
Es ist selbstverständlich von größter Wichtigkeit, daß solche Sicherheitsanwendungen bei dem korrekten Gasdruck ansprechen.
Gemäß dem Stand der Technik wird von einem Verfahren Gebrauch gemacht, bei dem ein Druck der Sicherheitseinrichtung zugeführt wird und dieser Druck wird allmählich erhöht, bis die Sicherheitseinrichtung anspricht. Der Druck, bei dem dies geschieht, wird aufgezeichnet, wonach dieser mit dem nominellen Arbeitsdruck verglichen werden kann und somit das Funktionieren der Vorrichtung ermittelt werden kann.
Die Erfahrung zeigt, daß die Arbeitsweise einer solchen Sicherheitsanwendung üblicherweise nicht nur vom zugeführten Druck abhängt, sondern auch vom Grad der Änderung des Gasdruckes, oder in anderen Worten von der Ableitung der Funktion, die den Gasdruck in Abhängigkeit von der Zeit darstellt. Dies wurde insbesondere für den Fall festgestellt, in Situationen, in denen solche Sicherheitseinrichtungen für eine lange Zeitdauer nicht angesprungen sind, wie es glücklicherweise gewöhnlich der Fall ist.
Dies bedeutet, daß die Sicherheitseinrichtungen folglich von mehr als einer Variablen abhängen, so daß eine Messung in der Regel schwer zu reproduzieren ist.
SU-A-1 053 075 macht eine Vorrichtung bekannt, welche geeignet ist einen Druck zu generieren, der sich gemäß einer exponentiellen Funktion ändert. Die bekannte Vorrichtung erzeugt einen Druck, der einer Testkammer für Fluggeräte zugeführt wird. Der Druck wird der Kammer zugeführt, in der sich ein Fluggerät befindet und deshalb ist der Druck von außen auf das genannte Gerät appliziert, offenbar um Flugbedingungen bei hohen Flughöhen zu simulieren. Des Weiteren verwendet die bekannte Vorrichtung eine elektrische Referenz um einen exponentialen Druck zu erzeugen.
Es ist Merkmal der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zu erstellen, die dafür genutzt werden kann den Schaltdruck einer Sicherheitsanwendung zu bestimmen und mit welcher die oben eingeleiteten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 gelöst.
Infolge der konstanten, relativen Druckerhöhung, die der Sicherheitsanwendung zugeführt wird, ist es nicht weiter notwendig im Voraus die Einstellungen der Sicherheitsanwendung zu berücksichtigen. Fehler, die aus falschen Einstellungen vom Benutzer resultieren werden hierbei ausgeschlossen.
Die vorliegende Erfindung legt ferner eine Vorrichtung dar, die einen Gasdruck erzeugt, welcher mit der Zeit zunimmt, wobei die Vorrichtung einen Kessel mit einem konstanten Volumen und ein Versorgungselement enthält, welches angeschlossen ist, um Gas in den Kessel, mit einer Flußrate die proportional zu dem Druck im Kessel ist, einzuspeisen, so daß ein steigender Druck erzeugt wird, der gemäß einer exponentiellen Funktion anwächst.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführung ist der Versorgungsdruck, nach Erreichen eines maximal zulässigen Druckes, der den Schaltdruck der Sicherheitsanwendung übersteigt, abblasbar.
Es wird offensichtlich sein, daß diese Messung die Sicherheit der Person, die besagtes Verfahren anwendet, deutlich erhöht.
Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführung umfaßt die Meßvorrichtung einen Kessel mit einem konstanten Volumen und ein Lieferelement, welches für die Einspeisung eines Gasflusses in den Kessel angepaßt ist, dessen Flußrate proportional zu dem Druck im Kessel ist.
Dies wird für ein besonders attraktives Verfahren für das Aufbauen eines Druckes, der über die Zeit gemäß einer exponentiellen Funktion ansteigt, gehalten.
Entsprechend einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung wird das Lieferelement durch ein Laminarelement geformt, das in einer Gasleitung angeordnet ist, und welches an einer Seite mit dem Kessel und auf der anderen Seite mit einer Druckquelle verbunden ist, deren Druck immer um einen Faktor höher ist als der Druck im Kessel.
Entsprechend noch einer weiteren bevorzugten Ausführung weist die Meßvorrichtung einen Druckverstärker auf, dessen Einlaßverbindung mit dem Kessel und dessen Auslaßverbindung zu der anderen Seite des Laminarelementes verbunden ist.
Weitere attraktive, bevorzugte Ausführungen sind in den verbleibenden Unteransprüchen ausgeführt.
Das vorliegende Verfahren und die Vorrichtung werden, in Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, nachstehend erläutert, bei denen:
1 ein Blockdiagramm zeigt, welches das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert;
2 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zeigt, die verwendet wird für die Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, und die einen Teil der Vorrichtung gemäß der Erfindung bildet;
3 einen Querschnitt, teilweise in perspektivischer Ansicht, des Druckverstärkers zeigt, der in der vorliegenden Erfindung genutzt wird; und
4 einen Graphen zeigt, der das Verfahren gemäß der Erfindung erläutert.
1 zeigt eine Sicherheitsanwendung 1, beispielsweise eine Überdruck-Sicherheitsanwendung, die mit einer Gaseinspeisungs-Leitung 2 verbunden ist, während auf der anderen Seite der Sicherheitsanwendung 1 ein Teil 3 der zu schützenden Gashauptversorgung angeordnet ist.
Zwecks des Betriebes der Überdruck-Sicherheitseinrichtung 1 wird von einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Gebrauch gemacht. Diese Vorrichtung weist eine Meßvorrichtung auf, die in ihrer Gesamtheit als 4 ausgezeichnet ist, und die mittels einer Leitung 5 mit der Versorgung der Hauptgasleitung der Sicherheitseinrichtung 1 verbunden ist. Für den Anschluß zwischen Messinstrument und Gasleitung wird eine Kupplung 6 verwendet, die beispielsweise von einer Kupplung gestaltet ist, welche Gegenstand des niederländischen Patentanmeldung 1008557 ist. Das Messinstrument 4 kann in einem Meßgehäuse untergebracht sein, wobei das Meßgehäuse auch mit einem Kompressor 7 und einem Kessel 8 ausgestattet sein kann, die mittels eines Druckminderungsventils 9 verbunden sind. Kompressor 7, Druckkessel 8 und Druckminderungsventil 9 können indes auch als separate Elemente genutzt werden oder am Ort der Sicherheitsanwendung 1 anwesend sein.
Meßeinrichtung 4, dessen Blockdiagramm in 2 gezeigt ist, enthält erstens einen Kessel 11, ein Anfangsdruck bestimmendes Ventil 12, ein Abblasventil 12, eine Drossel 14 in Reihe geschaltet mit dem Abblasventil 13, ein Startventil 15 und ein Druckverstärkter 16, dessen Aufbau Bezug nehmend auf 3 beschrieben wird.
2 zeigt, daß der Kessel mit dem Anfangsdruckventil, über das Laminarelement 14 mit dem Abblasventil 13, mit der Einlaßverbindung des Druckverstärkers 16 und dem Startventil 15 verbunden ist. Ein zweites laminares Flußelement 17 ist zwischen der Auslassverbindung des Druckverstärkers 16 und dem Startventil 15 positioniert. Bezug nehmend auf 1 ist das Anfangsdruckventil 12 verbunden mit dem Druckkessel 8, in dem der Anfangsdruck herrscht, die Eingangsseite des Druckverstärkers 16 ist verbunden mit einem Kompressor 7 und Kessel 11 ist verbunden zu Schlauch 5 und damit zu der Einlaßverbindung der Sicherheitsanwendung 1. Die Auslaßverbindung des Abblasventils 13 ist verbunden mit der umgebenen Luft.
Der Betrieb der oben angegebenen Vorrichtung wird nun beschrieben.
Bevor die Messung aufgenommen wird, muß der Anfangsdruck bestimmt werden, bei dem der Druckverlauf eingeleitet wird. Zu diesem Zweck ist der Kompressor 7 einzuschalten und das Druckminderungsventil 9 ist so einzustellen, daß der geforderte Anfangsdruck im Druckkessel 8 vorherrscht.
Natürlich macht es Sinn hierfür ein Manometer zu verwenden (nicht in der Zeichnung aufgeführt). Dieses Manometer kann in elektronischer Form gestaltet sein, so daß die Messergebnisse in elektronischer Form verfügbar sind und beispielsweise in einen Computer eingegeben werden können.
Nach Betätigen der Taste 12 wird der Anfangsdruck in Kessel 11 überführt, worauf eine Wartezeit folgt, so daß angenommen werden kann, daß der Anfangsdruck im ganzen Kessel 11 vorherrscht.
Der Anfangsdruck wird hierin auch an die Einlaßverbindung des Druckverstärkers geführt, so daß ein Druck auf die Ausgangsverbindung davon ausgeübt wird, dessen Zuwachs größer ist als der Anfangsdruck. Wenn dann Ventil 15 gedrückt ist, wird eine konstante Flußrate zu Kessel 11 fließen. Diese konstante Flußrate ist verursacht durch eine konstante Druckdifferenz, welche ist:
die Verstärkung × der Druck vorherrschend in Kessel 11 – der Druck vorherrschend in Kessel 11 über dem laminaren Flußelement 17
Der Druck in Kessel 11 wird hierin steigen. Es ist herausgefunden worden, daß dieses System ein System erster Ordnung ist, so daß dessen Lösung eine Differentialgleichung erfordert, dessen Lösung eine exponentielle Funktion ist, welche ist: P(t) = Pstart·at.
Der Druck, gemäß einer exponentiellen Funktion steigend, ist über die Kupplung 6 zu Sicherheitseinrichtung 1 geleitet, worauf der Prozeß fortdauert bis die Sicherheitsanwendung reagiert. Der geforderte Druck ist dann erreicht. Infolge der Tatsache, daß der Druck einer exponentiellen Funktion gemäß steigt, sind weitere Gegebenheiten für das Ansprechen der Sicherheitsanwendung konstant, so daß eine reproduzierbare Messung gewährleistet ist. Dies ist in Bezugnahme auf 4 erklärt.
Wenn ein Abblasen bei Erreichen des maximal zugelassenen Druckes stattfindet, sichert das Laminarelement eine kontrollierte Entlüftung, vorzugsweise auf einen Wert um den Startwert.
In 4 ist ein Graph des Druckes, welcher der Sicherheitsanwendung zugeführt ist gezeigt. Aufgrund der kleinen Skalierung der Figur ist es nicht möglich zu sehen, wie der Druck exponentiell ansteigt; der Druck ist nur als grade Linie 30 zu sehen. Wenn der eigentliche Reaktionsdruck der Sicherheitsanwendung erreicht ist, tritt ein Druckabfall 31 auf, der durch eine Detektionsvorrichtung (nicht aufgeführt in den Zeichnungen), die für diesen Zweck angeordnet ist, erkannt wird. Dieser Druckabfall ist durch das Ansprechen der Sicherheitsanwendung verursacht. Während dieses Ansprechens verlagert sich eine Membran, wodurch sich das Volumen ändert. Das geänderte, in der Regel erhöhte, Volumen verursacht einen plötzlichen kleinen Druckabfall. Eine Erhöhung des Druckes ist dann, wie mit Linie 32 gezeigt, wieder aufgenommen, obgleich mit einem leicht kleineren Gradienten, was durch das leicht erhöhte Volumen, zu dem ein konstanter Gasfluß geführt wird, verursacht wird. Der Druckanstieg ist natürlich unterbrochen, wenn der maximale zugelassene Druck 33 erreicht ist. Der Druck wird dann bei 34 abgeblasen, wonach eine neuer Zyklus beginnen kann.
Letztlich wird die Funktion des Druckverstärkers erläutert in Bezugnahme auf 3.
Der Druckverstärker wird gebildet aus einem Gehäuse 20 in dem sich eine Kammer 21 befindet, in der ein Körper 22 beweglich gelagert ist. Kammer 21 ist verbunden mit dem Umgebungsdruck. Die Bewegungen des Körpers 22 werden bestimmt durch zwei Membranen 23, 24. Membranen 23, 24 dienen gleichermaßen dazu den Raum über Membran 23 und den Raum unterhalb der Membran 24 abzudichten. Der Raum oberhalb der Membran 23 ist an eine Einlaßleitung 25, für die Versorgung des Eingangsdruckes, angeschlossen. Der Raum unterhalb Membran 24 ist des weiteren verbunden mit einer Auslaßleitung 26 für Auslassung des Ausgangsdruckes. Die tatsächliche Oberfläche des Körpers 22 ist verbunden mit einem Raum, der mit Einlaßleitung 25 verbunden ist, ist größer als die relevante Oberfläche, die mit dem Raum unterhalb der Membran 24 verbunden ist. Dies bedeutet, daß Körper 22 im Gleichgewicht ist, wenn der Druck im Raum oberhalb Membran 23 um den Anteil der Oberfläche kleiner ist als der Druck unterhalb Membran 24. Für die Versorgung des Raumes unter Membran 24 mit Gas unter Druck ist eine Einlaßleitung angeordnet, die durch ein automatisch operierendes Ventil 28 vom Raum unterhalb der Membran 24 getrennt ist. Ventil 28 wird durch einen Hebel 29 von Körper 22 ausgelöst. Zu diesem Zweck ist der Hebel drehbar auf einer Welle 30 in Körper 20 angeordnet.
Solch ein Druckverstärker zeigt die geforderte Charakteristik auf, so daß es möglich ist eine erforderliche Druckcharakteristik zu erzeugen.

Claims

Verfahren zur Bestimmung des Schaltdruckes einer Sicherheitsanwendung (1), welche daran angepasst ist, eine Installation gegen ein Übersteigen eines Gasdruckes oder Abfallen unterhalb eines Gasdruckes abzusichern, wobei ein ansteigender Druck zu der Sicherheitsanwendung (1) geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der gelieferte anwachsende Druck dadurch erzeugt wird, dass ein Gas veranlasst wird, zu einem Kessel mit einem festen Volumen zu strömen, mit einer Strömungsrate, die derartig proportional zu dem Druck in dem Kessel (11) ist, dass der anwachsende Druck in Übereinstimmung mit einer Exponentialfunktion anwächst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gelieferte Druck abgeblasen wird, wenn ein zulässiger Maximaldruck, der den Schaltdruck der Sicherheitsanwendung (1) übersteigt, erreicht wird.
Vorrichtung (4) zur Erzeugung eines Gasdruckes, der sich in einer Zeit erhöht, wobei die Vorrichtung einen Kessel (11) mit einem festen Volumen und ein Lieferelement (17) umfasst, welches angepasst ist, ein Gas zum Kessel zu liefern mit einer Flussrate, die derartig proportional zum Druck in dem Kessel ist, dass ein anwachsender Druck erzeugt wird, der in Übereinstimmung mit einer Exponentialfunktion ansteigt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lieferelement durch ein Laminarelement (17) geformt ist, das in einer Gasleitung angeordnet ist, und welches an einer Seite zum Kessel (11) und an der anderen Seite zu einer Druckquelle (16) verbunden ist, deren Druck immer ein Faktor x-mal des Druckes in dem Kessel (11) ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung einen Druckverstärker (6) aufweist, dessen Einlassverbindung mit dem Kessel (11) verbunden ist und dessen Auslassverbindung zu der anderen Seite des laminaren Elementes (17) verbunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminarelement (17) eine Leitung aufweist, deren Durchmesser weniger als ein Hundertstel Teil der Länge des Laminarelementes (17) ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass – der Druckverstärker (16) eine Kammer (21) aufweist, in der ein bewegbarer Körper (22) derartig angeordnet ist, dass die Kammer in zwei Teile unterteilt ist, – eine Einlassleitung (25) ist an eine der beiden Teile der Kammer angeschlossen und eine Auslassleitung (26) ist an den anderen Teil der Kammer angeschlossen, – das Verhältnis zwischen den effektiven Oberflächenbereichen des bewegbaren Körpers (22), die mit dem ersten Teil und dem zweiten Teil verbunden sind, sind invers proportional zur Steigerung, und – der bewegbare Körper (22) ist an ein Ventil (28) gekoppelt, dass in einer Gasförderleitung angeordnet ist.