EP0048342B1

EP0048342B1 - Process and apparatus to supply a pressure fluid which is pumped with a variable pressure

Info

Publication number: EP0048342B1
Application number: EP81106473A
Authority: EP
Inventors: Hans Heimgartner; Karl Wirz
Original assignee: Hany & Cie Ag; HANY AND CIE AG
Current assignee: Hany & Cie Ag; HANY AND CIE AG
Priority date: 1980-09-16
Filing date: 1981-08-20
Publication date: 1985-10-30
Also published as: CH648423A5; EP0048342A2; DE3172773D1; EP0048342A3; ATE16301T1

Abstract

1. A method for supplying a pressurized medium, preferably an injection medium, to at least one consumer site, preferably an injection site, at a pressure not exceeding a reference value, comprising moving the pressurized medium at varying pressure by means of a regulatable pump device, and generating measuring value signals from the momentarily prevailing pressure of the pressurized medium, characterized by the fact that the maximum pressure value arisen within a predetermined time interval is determined from the measuring value signals within said interval, that an actual value is derived from that pressure value and a comparison value derived from at least one maximum value for a preceding time interval which has been determined in the above mentioned manner, and that regulation signals for the pump device are generated by virtue of a comparison of the actual values and a reference value.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abgeben eines Druckmediums an wenigstens einer Verbraucherstelle mit einem einen Sollwert nicht übersteigenden Druck gemäss Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 7.The present invention relates to a method and a device for dispensing a pressure medium at at least one consumer point with a pressure not exceeding a desired value according to the preamble of claim 1 and claim 7, respectively.

Aus der CH-A-609423 ist eine Einrichtung zum Injizieren eines Injektionsgutes in mehrere Bohrlöcher bekannt, bei der am Ausgang einer Verteilkammer, die mit einer Pumpeneinrichtung verbunden ist, in jeder abgehenden Leitung ein Durchflussregelventil und eine Messeinrichtung zum Messen des Druckes stromabwärts dieses Regelventils angeordnet ist. Die Messwertsignale werden einer Steuereinheit zugeführt, an welcher der in den abgehenden Leitungen gemessene Druck angezeigt wird. Die Steuereinheit erzeugt aufgrund der empfangenen Messwertsignale Steuersignale für die Durchflussregelventile. Die aus Kolbenpumpen bestehende Pumpeneinrichtung fördert nun das Injektionsgut mit sich rasch ändernden Drücken. Durch die Verteilkammer werden diese Druckschwankungen wohl etwas ausgeglichen, doch ist der Druck des durch die Druckmesseinrichtungen strömenden Injektionsgutes noch immer erheblichen Schwankungen unterworfen. Das hat zur Folge, dass wegen der sich mit dem Druck ebenfalls rasch ändernden Messwertsignale eine genaue Druckanzeige und ein entsprechendes Steuern der Durchflussregelventile mit Schwierigkeiten verbunden ist. Diese Schwierigkeiten werden noch grösser, wenn auf eine druckausgleichende Verteilkammer verzichtet wird und die Zuleitungen zu den Bohrlöchern direkt an die Pumpeneinrichtung angeschlossen werden.From CH-A-609423 a device for injecting an injection material into several boreholes is known, in which a flow control valve and a measuring device for measuring the pressure downstream of this control valve are arranged in the outlet of a distribution chamber which is connected to a pump device is. The measured value signals are fed to a control unit, on which the pressure measured in the outgoing lines is displayed. The control unit generates control signals for the flow control valves based on the received measured value signals. The pump device consisting of piston pumps now conveys the injection material with rapidly changing pressures. These pressure fluctuations are probably compensated somewhat by the distribution chamber, but the pressure of the injection material flowing through the pressure measuring devices is still subject to considerable fluctuations. The result of this is that, because of the measured value signals, which also change rapidly with the pressure, an accurate pressure display and a corresponding control of the flow control valves are associated with difficulties. These difficulties become even greater if a pressure-equalizing distribution chamber is dispensed with and the feed lines to the boreholes are connected directly to the pump device.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, das bzw. die es erlaubt, auch bei sich stark änderndem Druck des von der Pumpeneinrichtung geförderten Druckmediums jederzeit sicherzustellen, dass der Druck des der Verbraucherstelle zugeführten Druckmediums in keinem Zeitpunkt einen maximal zulässigen Wert übersteigt.The present invention is based on the object of creating a method and a device of the type mentioned at the outset, which makes it possible to ensure at all times, even when the pressure of the pressure medium conveyed by the pump device changes rapidly, that the pressure of the consumer point supplied media never exceeds a maximum permissible value.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 7 gelöst.This object is achieved according to the invention by the features of the characterizing part of claim 1 and of claim 7.

Die von der Druckmesseinrichtung gelieferten Messwertsignale ändern sich dem Druckverlauf im Druckmedium entsprechend dauernd. Aus diesem Grund lassen sich die Messwertsignale nicht direkt zur Erzeugung von Regelsignalen für die Pumpeneinrichtung verwenden. Durch Untersuchung der innerhalb bestimmter Zeitperioden auftretenden Messwertsignale auf den während jeweils einer Zeitperiode höchsten Druckwert hin wird ein für diese Zeitperiode repräsentative Druckgrösse erhalten. Durch Vergleich dieser Druckgrösse mit dem auf entsprechende Weise für eine oder mehrere vorangegangene Zeitperioden ermittelten Druckzustand wird dann eine Istgrösse erzeugt, welche für den nachfolgenden Istwert - Sollwert-Vergleich Verwendung findet. Durch die auf diese Weise erfolgende Regelung der Pumpeneinrichtung wird der Druck des Druckmediums an der Verbraucherstelle trotz sich dauernd änderndem Förderdruck so eingeregelt, dass ein Maximalwert nie überschritten wird.The measured value signals supplied by the pressure measuring device change continuously in accordance with the pressure curve in the pressure medium. For this reason, the measured value signals cannot be used directly to generate control signals for the pump device. By examining the measured value signals occurring within certain time periods for the highest pressure value during a respective time period, a pressure quantity representative of this time period is obtained. By comparing this pressure variable with the pressure state determined in a corresponding manner for one or more previous time periods, an actual variable is then generated which is used for the subsequent actual value / setpoint comparison. By regulating the pump device in this way, the pressure of the pressure medium at the consumer point is regulated in spite of the continuously changing delivery pressure so that a maximum value is never exceeded.

Vorzugsweise wird die Istgrösse jeweils aus dem für eine Zeitperiode ermittelten höchsten Druckwert und der in der vorangegangenen Zeitperiode ermittelten Istgrösse abgeleitet.The actual size is preferably derived in each case from the highest pressure value determined for a time period and the actual size determined in the previous time period.

Um den tatsächlich an der Verbraucherstelle. herrschenden Druck des Druckmediums möglichst genau zu_ erhalten, wird der Druck dieses Druckmediums vorteilhafterweise im Bereich der Verbraucherstelle gemessen.To actually at the consumer point. to obtain the pressure of the pressure medium as accurately as possible, the pressure of this pressure medium is advantageously measured in the area of the consumer point.

Im Folgenden wird anhand der Zeichnung die Erfindung näher erläutert. Es zeigt rein schematisch :

Figur 1 eine Vorrichtung zum Abgeben eines Injektionsmediums an einer Injektionsstelle mit einem Sollwert nicht übersteigenden Druck, und
Figur 2 ein Blockschaltbild der Regeleinrichtung für die Pumpeneinrichtung.

The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows purely schematically:

1 shows a device for dispensing an injection medium at an injection site with a pressure not exceeding a target value, and
Figure 2 is a block diagram of the control device for the pump device.

In Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung zum Zubringen eines Injektionsmediums zu einer in einem Bohrloch 1 liegenden Injektionsstelle 2 dargestellt. Das Injektionsgut wird in einem Mischer 3 aufbereitet und einem mit einem Rührwerk versehenen Vorratsbehälter 4 zugeführt. Aus diesem Vorratsbehälter 4 wird das Injektionsmedium mittels einer Pumpeneinrichtung 5 über eine Zuleitung 6 zur Injektionsstelle 2 gefördert. Das aus dem Auslass 7 der Zuleitung 6 austretente Injektionsmedium wird auf bekannte Weise in das das Bohrloch 1 umgebende Material eingepresst.1 schematically shows a device for supplying an injection medium to an injection site 2 lying in a borehole 1. The injection material is processed in a mixer 3 and fed to a storage container 4 provided with an agitator. The injection medium is conveyed from this storage container 4 by means of a pump device 5 via a feed line 6 to the injection site 2. The injection medium emerging from the outlet 7 of the feed line 6 is pressed into the material surrounding the borehole 1 in a known manner.

Die Pumpeneinrichtung 5 . weist einen Förderkolben 8 auf, der mittels eines regelbaren Hydraulikantriebes 9 in Richtung des Pfeiles A hin- und herbewegt wird. Wie das bei derartigen Kolben- bzw. Plungerpumpen bekannt ist, wird das Injektionsmedium mit sich stark ändernden Drücken durch die Zuleitung 6 gefördert.The pump device 5. has a delivery piston 8 which is moved back and forth in the direction of arrow A by means of a controllable hydraulic drive 9. As is known in the case of piston or plunger pumps of this type, the injection medium is conveyed through the feed line 6 with rapidly changing pressures.

Die Injektionsstelle 2 ist auf bekannte Weise mittels eines Packers 10 abgedichtet. Von der Injektionsstelle 2 aus gesehen hinter dem Packer 10 befindet sich in der Zuleitung 6 eine Druckmesseinrichtung 11, welche einen mit dem Innern der Zuleitung 6 in Strömungsverbindung stehenden Messgrössenumformer 12 aufweist. Bezüglich Aufbau und Wirkungsweise der Druckmesseinrichtung 11 wird auf die gleichzeitig auf die Anmelderin eingereichte europäische Patentanmeldung Nr. 81 106472.4 (EP-A-0047878) verwiesen. Die vom Messgrössenumformer 12 erzeugten, dem Druck in der Zuleitung 6 entsprechenden elektrischen Messwertsignale werden über eine Signalleitung 13 einer Steuer-und Anzeigeeinheit 14 zugeführt, in der auf noch zu beschreibende Weise diese Messwertsignale verarbeitet werden. Die Steuer- und Anzeigeeinheit 14 ist mit einem Linienschreiber und einer Anzeigeeinheit 16 versehen. In der Steuer- und Anzeigeeinheit 14 werden auf ebenfalls noch zu beschreibende Weise Regelsignale erzeugt, die über eine Signalleitung 17 einem Stellglied 18 zugeführt werden, das auf an sich bekannte Weise eine Regelung der Fördermenge und des Druckes der Pumpeneinrichtung 5 bewirkt.The injection site 2 is sealed in a known manner by means of a packer 10. Seen from the injection point 2, behind the packer 10, there is a pressure measuring device 11 in the feed line 6, which has a measurement transducer 12 that is in flow connection with the inside of the feed line 6. With regard to the structure and mode of operation of the pressure measuring device 11, reference is made to the European patent application No. 81 106472.4 (EP-A-0047878), which was simultaneously filed with the applicant. The electrical measured value signals generated by the measurement transducer 12 and corresponding to the pressure in the feed line 6 are fed via a signal line 13 to a control and display unit 14, in which the to be described, these measured value signals are processed. The control and display unit 14 is provided with a line recorder and a display unit 16. In the control and display unit 14, control signals are also generated in a manner to be described, which are fed via a signal line 17 to an actuator 18, which effects a regulation of the delivery rate and the pressure of the pump device 5 in a manner known per se.

In Figur 2 ist in Form eines Blockschaltbildes die Einrichtung zum Verarbeiten der Messwertsignale und zum Erzeugen von Regelsignalen dargestellt.FIG. 2 shows the device for processing the measured value signals and for generating control signals in the form of a block diagram.

Da für die Druckmessung das Zweileitersystem angewendet wird, ist der Messgrössenumformer 12 mit einem Speisegerät 19 für einen Zweileiterumformer verbunden. Die vom Messwertumformer -12 über die Signalleitung 13 zugeführten Messwertsignale gelangen über einen Messverstärker und Signalwandler 20 zu einer Signalauswerteeinheit 21. Diese Signalauswerteeinheit 21 ist ausgangsseitig einerseits mit dem Linienschreiber 15 und der Anzeigeeinheit 16 und anderseits mit einem Vorverstärker 22 verbunden. An diesen Vorverstärker 22 ist eine Reglereinheit 23 angeschlossen. Ueber den Vorverstärker 22 ist die Reglereinheit 23 weiter an einen Sollwerteingabeteil 24 angeschlossen. Der Ausgang der Reglereinheit 23 ist über die Signalleitung 17 mit dem Stellglied 18 verbunden.Since the two-wire system is used for the pressure measurement, the measurement transducer 12 is connected to a supply device 19 for a two-wire transducer. The measured value signals supplied by the measured value converter -12 via the signal line 13 reach a signal evaluation unit 21 via a measuring amplifier and signal converter 20. This signal evaluation unit 21 is connected on the output side to the line recorder 15 and the display unit 16 and on the other hand to a preamplifier 22. A controller unit 23 is connected to this preamplifier 22. Via the preamplifier 22, the controller unit 23 is further connected to a setpoint input part 24. The output of the controller unit 23 is connected to the actuator 18 via the signal line 17.

Die Arbeitsweise der Regeleinrichtung ist wie folgt :

Der Messgrössenumformer 12 erzeugt in Abständen von beispielsweise 150 ms Messwertsignale, die dem jeweiligen Druck des Injektionsmediums entsprechen. Da wie bereits erwähnt dieser Druck des Injektionsmediums sich dauernd ändert, ändert sich entsprechend auch die Grösse der Messwertsignale. Da sich aus diesem Grund die Messwertsignale nicht direkt für die Herleitung von Regelsignalen eignen, werden sie nach Durchgang durch den Messverstärker und Signalwandler 20 zuerst in der Signalauswerteeinheit 21 verarbeitet. In dieser Signalauswerteeinheit 21 werden die ankommenden Messwertsignale innerhalb jeder von aufeinanderfolgenden Zeitperioden, die beispielsweise 3 bis 5 Sekunden betragen können, miteinander verglichen. Die Zeitperioden sind so zu wählen, dass innerhalb einer Zeitperiode genügend Messwertsignale vorliegen, um ohne Fehler einen für diese Zeitperiode repräsentativen Druckwert ermitteln zu können. Die Signalauswerteeinheit 21 ermittelt nun aus diesem Vergleich den höchsten Druckwert, der innerhalb der untersuchten Zeitperiode aufgetreten ist. Anschliessend wird dieser ermittelte höchste Druckwert in der Signalauswerteeinheit 21 mit einem Vergleichswert verglichen, der der höchsten Druckgrösse in einer oder mehreren vorangegangenen Zeitperioden entspricht. Aufgrund des Vergleiches zwischen dem ermittelten höchsten Druckwert und diesem Vergleichswert wird in der Signalauswerteeinheit 21 eine Istgrösse erzeugt.

The control device works as follows:

The measured variable converter 12 generates measured value signals at intervals of, for example, 150 ms, which correspond to the respective pressure of the injection medium. Since, as already mentioned, this pressure of the injection medium changes constantly, the size of the measured value signals also changes accordingly. Since for this reason the measured value signals are not directly suitable for deriving control signals, they are first processed in the signal evaluation unit 21 after passing through the measuring amplifier and signal converter 20. In this signal evaluation unit 21, the incoming measured value signals are compared with one another within each of successive time periods, which can be, for example, 3 to 5 seconds. The time periods are to be selected so that there are enough measured value signals within a time period to be able to determine a pressure value representative of this time period without errors. From this comparison, the signal evaluation unit 21 now determines the highest pressure value that occurred within the examined period. This determined highest pressure value is then compared in the signal evaluation unit 21 with a comparison value which corresponds to the highest pressure variable in one or more previous time periods. On the basis of the comparison between the determined highest pressure value and this comparison value, an actual variable is generated in the signal evaluation unit 21.

Der Vergleichswert, der für die Herleitung der Istgrösse benützt wird, entspricht der Istgrösse, die auf die beschriebene Weise für die vorangehend untersuchte Zeitperiode ermittelt wurde. Die jeweils hergeleitete Istgrösse kann beispielsweise dem ermittelten höchsten Druckwert oder dem Vergleichswert entsprechen, je nachdem welcher dieser Werte grösser ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass eine Istgrösse gebildet wird, die dem Mittelwert aus dem höchsten Druckwert und dem Vergleichswert entspricht.The comparison value which is used for the derivation of the actual quantity corresponds to the actual quantity which was determined in the manner described for the previously examined time period. The actual value derived in each case can correspond, for example, to the determined highest pressure value or the comparison value, depending on which of these values is larger. However, it is also conceivable for an actual variable to be formed which corresponds to the average of the highest pressure value and the comparison value.

Stellt die Signalauswerteeinheit 21 aufgrund eines Vergleiches der neuermittelten Istgrösse und der vorgängig erhaltenen Istgrösse fest, dass im Injektionsmedium eine Druckänderung erfolgt ist, so überwacht die Signalauswerteeinheit 21 diese Druckveränderung während einer bestimmten Zeitspanne, um feststellen zu können, ob diese Druckänderung tatsächlich eingetreten ist oder nur auf eine kurzzeitig wirkende Einflussgrösse zurückzuführen ist.If the signal evaluation unit 21 determines on the basis of a comparison of the newly determined actual size and the previously obtained actual size that a pressure change has occurred in the injection medium, the signal evaluation unit 21 monitors this pressure change during a certain period of time in order to be able to determine whether this pressure change has actually occurred or only is due to a short-term influencing factor.

Falls die festgestellte Druckänderung als echt erkannt worden ist, wird die entsprechende Istgrösse von der Signalauswerteeinheit 21 nach einer Verstärkung im Vorverstärker 22 der Reglereinheit 23 zugeführt. Die von der Signalauswerteeinheit 21 erzeugte Istgrösse dient weiter zur Registrierung und Anzeige des Druckes durch den Linienschreiber 15 und die Anzeigeeinheit 16.If the determined pressure change has been recognized as genuine, the corresponding actual variable is fed from the signal evaluation unit 21 to the controller unit 23 after amplification in the preamplifier 22. The actual variable generated by the signal evaluation unit 21 further serves for registration and display of the pressure by the line recorder 15 and the display unit 16.

Im als 3-Punkt-Regler arbeitenden Reglerteil 23 erfolgt ein Vergleich der von der Signalauswerteeinheit 21 erhaltenen Istgrösse mit einer Sollgrösse, die im Sollwerteingabeteil 24 eingegeben und im Vorverstärker 22 verstärkt worden ist. Aufgrund dieses Istwert- Sollwert-Vergleiches erzeugt der Regierteil 23 auf an sich bekannte Weise Regelsignale, die über die Signalleitung 17 dem Stellglied 18 zugeführt werden. Letzteres wirkt nun auf ebenfalls bekannte Weise im Sinne einer Regelung des Druckes und der Fördermenge auf die Pumpeneinrichtung 5 ein.In the controller part 23, which operates as a 3-point controller, a comparison is made of the actual variable obtained from the signal evaluation unit 21 with a target variable which has been entered in the target value input part 24 and has been amplified in the preamplifier 22. On the basis of this actual value / target value comparison, the control part 23 generates control signals in a manner known per se, which are fed to the actuator 18 via the signal line 17. The latter now acts on the pump device 5 in a known manner in the sense of regulating the pressure and the delivery rate.

Der mittels des Sollwerteingabeteils 24 eingegebene Sollwert, der dem maximal zulässigen Druck des Injektionsmediums an der Injektionsstelle entspricht, kann eine konstante Grösse sein oder sich nach einem vorgegebenen, beliebigen zeitlichen Verlauf ändern.The setpoint value entered by means of the setpoint input part 24, which corresponds to the maximum permissible pressure of the injection medium at the injection site, can be a constant value or change according to a predetermined, arbitrary course of time.

Auf die vorbestehend beschriebene Weise wird nun sichergestellt, dass das an der Injektionsstelle 2 aus der Zuleitung 6 austretende Injektionsmedium in keinem Zeitpunkt einen Druck aufweist, der grösser ist als der maximal zulässige Druck. Da während jeder Zeitperiode die Istgrösse, welche während der vorangehenden Zeitperiode ermittelt wurde, gleich bleibt, ist eine ablesbare Anzeige und Registrierung des Druckes möglich. Zudem wird dadurch ein Schwingen des Reglerteils 23 vermieden.In the manner described above, it is now ensured that the injection medium emerging from the feed line 6 at the injection point 2 never has a pressure that is greater than the maximum permissible pressure. Since the actual size, which was determined during the previous time period, remains the same during each time period, it is possible to read and register the print. In addition, this prevents oscillation of the controller part 23.

Werden von einer Pumpeneinrichtung 5 mehrere Bohrlöcher 1 mit Injektionsgut versorgt, so erfolgt die Regelung der Pumpeneinrichtung ähnlich wie auf die beschriebene Weise. Es versteht sich, dass die Pumpeneinrichtung 5 auch anders als wie dargestellt ausgebildet sein kann.If several boreholes 1 are supplied with injection material by a pump device 5, the pump device is regulated in a manner similar to that described. It goes without saying that the pump device 5 can also be designed differently than shown.

Claims

1. A method for supplying a pressurized medium, preferably an injection medium, to at least one consumer site, preferably an injection site, at a pressure not exceeding a reference value, comprising moving the pressurized medium at varying pressure by means of a reg- ulatable pump device, and generating measuring value signals from the momentarily prevailing pressure of the pressurized medium, characterized by the fact that the maximum pressure value arisen within a predetermined time interval is determined from the measuring value signals within said interval, that an actual value is derived from that pressure value and a comparison value derived from at least one maximum value for a preceding time interval which has been determined in the above mentioned manner, and that regulation signals for the pump device are generated by virtue of a comparison of the actual values and a reference value.

2. The method of claim 1, characterized by the fact that the comparison value corresponds to the actual. value determined during the preceding time interval.

3. The method of claim 1 or 2, characterized by the fact that the comparison value corresponds to the maximum pressure value which has arisen during the preceding time interval.

4. The method of any one of claims 1-3, characterized by the fact that the actual value determined during every one of succesive time intervals is valid during each next following time interval.

5. The method of any one of claims 1-4, characterized by the fact that the pressure and the delivered amount of the pump are controlled by means of the regulation signals.

6. The method of any one of claims 1-5, characterized by the fact that the pressure of the pressure medium is measured at the region of the consumer site.

7. A device for delivering a pressure medium, preferably an injection medium, to at least one consumer site, preferably an injection site, at a pressure not exceeding a reference value, comprising a pump device (5) for delivering the pressure medium at varying pressure and a pressure measuring device (11) for generating measuring value signals corresponding to the momentary pressure of the pressure medium, said pressure measuring device being connected to a signal processing device (14) for processing the generated measuring value signals, characterized by the fact that the signal processing device contains a signal evaluation section (21) which determines, based upon the measuring value signals received within a time interval, the largest pressure value which has arisen within that time interval, and which produces from that pressure value and a comparison value produced by the signal evaluation section (21) based upon at least one thus determined maximum pressure value for a preceding time interval, an actual value, and that a regulator device (23) generating regulation signals for the pump device (5) based upon a comparison of the received actual value and an input reference value, is arranged in circuit after the signal evaluation section (21).

8. The device of claim 7, characterized by the fact that the signal evaluation section (21) uses a comparison value corresponding to the actual value determined during a preceding time interval.

9. The device of claim 7 or 8, characterized by the fact that the signal evaluation section (21) uses a comparison value corresponding to the maximum pressure value which has arisen during the preceding time interval.

10. The device of any one of claims 7-9, characterized by the fact that the regulator device (23) uses during each time interval the actual value determined during the preceding time interval.

11. The device of any one of claims 7-10, characterized by the fact that-the regulator device (23) is connected to a positioning element (18) for regulating the pressure and the delivered amount of the pump device.

12. The device of any one of claims 7-11, characterized by the fact that the pressure measuring device (11) comprises a measuring value transducer (12) arranged at the region of the consumer site (2) and pressure communicating with the interior of the infeed line (6) for the pressure medium.