WO1993019317A1 - Verfahren und vorrichtug zum prüfen der funktionsfähigkeit einer von einem stellantrieb angetriebenen armatur - Google Patents

Verfahren und vorrichtug zum prüfen der funktionsfähigkeit einer von einem stellantrieb angetriebenen armatur Download PDF

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WO1993019317A1
WO1993019317A1 PCT/EP1993/000641 EP9300641W WO9319317A1 WO 1993019317 A1 WO1993019317 A1 WO 1993019317A1 EP 9300641 W EP9300641 W EP 9300641W WO 9319317 A1 WO9319317 A1 WO 9319317A1
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spindle
force
torque
valve
test force
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PCT/EP1993/000641
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Fischer
Original Assignee
Elektro-Mechanik Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0061—Force sensors associated with industrial machines or actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0075—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment
    • F16K37/0083—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment by measuring valve parameters

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for checking the functionality of a valve, in particular for determining the coefficient of friction and the forces that occur on a valve stem; which is adjustable by an actuator by means of a torque.
  • fittings such as valves, slides and flaps are required to shut off lines, the fitting having to work reliably for safety reasons when required.
  • the drive torque into the spindle longitudinal force required to actuate, for example, the valve plate of a valve, the state of the stuffing box, which surrounds and seals the spindle, the state of the spindle nut to which the drive torque acts, and the remote actuator efficiency for valves with remote control play a significant role Role.
  • the invention is based on the object of proposing a method by means of which the functionality of a valve can be checked and in particular the coefficients of friction can be determined, and an apparatus for carrying out the method.
  • This object is achieved according to the invention by a method in which a test force is applied to the spindle during the adjustment movement of the valve of the valve, the different torque or the different drive power being used for the different test forces for the Drive the spindle is required, the coefficient of friction of the valve or the force actually acting on the spindle are determined.
  • remedial measures can be carried out on the valve in good time so that there is no longer any risk of malfunction in the event of a request.
  • Fig. 1 shows schematically an armature with an inventive
  • Fig. 2 shows the course of drive torque, test force and
  • FIG. 3 shows another embodiment of the measuring device
  • FIG. 4 shows a diagram of drive power and test force
  • FIG. 5 shows a further representation of the test force in connection with the reserve force
  • Fig. 6 shows another embodiment of the measuring device.
  • a valve 2 arranged in a pipeline 1 is shown schematically as a fitting, the spindle 5 of which can be adjusted by an actuator 3 into the open or closed position shown.
  • the spindle 5 of this fitting is provided with a thread with which a spindle nut 4 is engaged.
  • the spindle nut 4 is set in rotation by an electric motor (not shown) of the actuator 3 via a gear, so that the spindle 5 is adjusted in the axial direction.
  • a measuring device 7 is attached to such a fitting, which in the exemplary embodiment shown comprises a piston 8 attached to the free end of the spindle 5, which can be displaced in a cylinder 9 filled with hydraulic fluid, which at a fixed point 10 has a force measurement ⁇ device 11 is supported.
  • a connecting line 12 is provided between the upper and lower cylinder spaces 13 and 14, in which a throttle valve 15 is arranged, the throttle cross section of which can be changed by an adjusting device 20.
  • a signal output of the force measuring device 11 is indicated, which is connected to a display device 17, for example a storage oscilloscope.
  • the signal output 16 is also expediently connected to a data processing device 18 which is connected to a memory 21 and the adjusting device 20.
  • the actuator 3 is connected to a device 22 for measuring the torque exerted by the actuator, which is also connected to a memory 23.
  • valve 2 by a torque acting on the spindle nut 4 of the actuator .; 3 is opened, the Piston 8 hydraulic fluid from the cylinder space 13 via the throttle 15 in the line 12 into the cylinder space 14.
  • the cylinder 9 is pressed against the fixed point 10 with a certain pressure force, depending on the degree of opening of the throttle 15.
  • This pressure force with which the cylinder 9 is pressed against the fixed point 10 can be set via the throttle 15 and the force measuring device 11 can be measured.
  • This compressive force corresponds to a test force P which acts coaxially on the spindle 5.
  • R is the bushing force required to overcome the friction of the stuffing box.
  • the coefficient of friction ⁇ of the spindle nut 4 can be determined, where d F is the flank diameter of the thread, h is the thread pitch and cos ⁇ corresponds to half the flank angle of the thread.
  • the evaluation can take place in the data processing device 18 on the basis of the measured values stored in the memories 21 and 23 or on the basis of the stored measured values in a separate data processing device.
  • the specified boundary conditions such as pressure in line 1 and weight of spindle 5, are taken into account for the various test forces P.
  • the change in the test force P during an adjustment stroke of the valve can be measured in short time intervals, whereupon the individual measurement signals are stored and / or displayed as a control function. This makes it possible to achieve a reliable detection and storage of the measured values forming the control function within the predetermined measuring time despite a limited data processing speed of the data processing device 18.
  • a spring can be arranged between the spindle end and the force measuring device 11.
  • a test force P results as a function of the path or the time, which can be measured via the signal output 16 of the force measuring device 11, in accordance with the characteristic curve of the spring or a corresponding spring assembly.
  • a plurality of cylinders 9 or a plurality of spring assemblies can be arranged around the spindle between the stuffing box and the actuator, each cylinder or spring assembly being assigned a force measuring device.
  • the cylinders or springs are arranged around the spindle so that the resulting test force P lies on the spindle axis.
  • the spring packs can be exchangeable to change the test force.
  • the range of spring characteristics can be changed by a spring adjustment device.
  • Fig. 3 shows another embodiment of the measuring device, wherein the cylinder 9 is supported directly at the fixed point 10 and a pressure gauge 24 is provided on both sides of the throttle 15.
  • the two pressure gauges are connected to the data processing device 18, so that the test force P can be determined via the pressure determined in the two cylinder spaces 13 and 14.
  • FIG. 3 shows a slide 2 with a slide plate 25 immersed in the pipeline 1 instead of the valve disk shown in FIG. 1. Furthermore, a spring key is shown at 26, by means of which the spindle nut 4 is connected to the actuator 3 and which can be removed to release this connection.
  • the electric drive motor of the actuator 3 is schematically indicated, which is connected to a device 28 for measuring the power of the drive motor.
  • This device 28 is connected to a data processing device 29.
  • a switch for switching off the power supply of the drive motor 27 is shown at 30.
  • a torque switch 31 is provided, which is set to a specific torque value, upon reaching which the drive motor 27 is switched off via the switch 30.
  • the drive power L 0 of the drive motor is first measured without connection to the spindle nut 4 by removing the spring key 26, that is to say the idling power. Then the drive power ⁇ is measured when the actuator 3 is connected by the spring key 26 to the spindle nut 4 and no test force is applied. The drive power L 2 is then measured when a test force P 2 loads the spindle, which is in the order of the stuffing box friction force. In this area of little change in the test force, the spindle nut friction coefficient can be regarded as constant.
  • the difference L ⁇ - L 0 is a measure of the stuffing box friction force in the axial direction of the spindle.
  • the test force P 2 is applied in such a way that a performance increase from L x to L 2 equals ⁇ - L 0 .
  • the increase in performance from L to L 2 is proportional to the increase in test force from P x to P 2 .
  • the power value L L j ⁇ + (L j ⁇ - L 0 ) corresponds to a test force P x that corresponds to the gland friction force sought, as shown in FIG. 4.
  • the spindle nut efficiency is not taken into account here, since it is the same for L x and L 2 .
  • the total longitudinal force acting on the spindle is composed of the stuffing box friction force and the test force, the stuffing box friction force being determined by a value of the drive power which is required to overcome the stuffing box friction force. This performance value is expressed in the form of a corresponding test force.
  • the friction coefficient ⁇ of the spindle nut 4 can be determined by equations 1 and 5 with the aid of the switch-off torque of the torque switch 31 and the associated test force P.
  • the actuating force reserve F st running parallel to the time axis t is the force available at point 32 on the lower edge of the stuffing box 6.
  • the reserve force is essentially equal to the test force P that occurs when the torque switch switches off at a line pressure of 0 and a stationary line medium.
  • the actuating force reseve F st is obtained by setting the torque switch 31, which opens the switch 30 for the power supply of the drive motor 27 when the maximum permissible torque occurs, to the maximum permissible torque, which is the weakest at the one known from the strength calculation Link of the drive chain may attack.
  • a torque switch set in this way prevents the functionality of the valve from being jeopardized during recurring tests if, for example, a travel limit switch (not shown), which is usually connected upstream of the torque switch 31 and fails to switch off the motor when the valve reaches a certain stroke position.
  • a solenoid valve 33 arranged in line with the throttle valve 15 in line 12 can be provided to simulate the end stop of the valve or to simulate a stroke limitation, by means of which line 12 can be shut off. so that the piston 8 can no longer displace hydraulic fluid through the line 12 and is held in position by a stop.
  • the set by the The maximum possible torque which is decisive for the strength and acts on the spindle, is measured via the pressure gauge 24 or the force measuring device 11.
  • the coefficient of friction of the slide plate 25 of the slide 2 can be determined if there is a known pressure difference ⁇ p on both sides of the slide plate 25 in the pipeline 1.
  • the measuring functions of the actuating force reserve F ⁇ t , the test force P (t) and the differential pressure ⁇ p (t) are used.
  • d D is the sealing diameter of the sealing plate
  • F ⁇ UF ⁇ Spi n de l 2 * ⁇ / 4 * p S, i.e. the pressure force that acts on the spindle in the opening direction due to the line pressure PS.
  • FIG. 6 schematically shows a further embodiment of the measuring device for a fitting, in which a valve flap, not shown, is slowly pivoted by the rotating spindle.
  • a lever 35 is attached to the spindle 5 and acts on the piston 8 with its free end.
  • the torque M occurring on the spindle 5 can be determined from the test force P times the length of the lever 35.
  • the test force can be measured as in Fig. 1 by a force measuring device or as in Fig. 3 by the pressure in the cylinder chambers. In this measuring device according to FIG. 6, the test force is increased until the torque switch 31 responds. As a result, the torque actually occurring on the valve spindle can be measured, regardless of the efficiency of a gearbox of the actuator 3.
  • a spring with a force measuring device 11 can also be provided for applying a test force.

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Abstract

Bei einer Armatur mit einer Spindel, die von einem Stellantrieb mittels eines Drehmoments verstellbar ist, wird zum Prüfen der Funktionsfähigkeit der Armatur eine zusätzliche Prüfkraft angelegt, wobei aus dem unterschiedlichen Drehmoment oder der unterschiedlichen Antriebsleistung, das oder die bei verschiedenen Prüfkräften für den Antrieb der Spindel erforderlich ist, die Reibungskoeffizienten der Armatur ermittelt werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen der Funktionsfähiσkeit einer von einem Stellantrieb angetriebenen Armatur
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen der Funktionsfähigkeit einer Armatur, insbesondere zur Ermittlung der Reibungskoeffizienten und der Kräfte, die an einer Armaturenspindel auftreten; die von einem Stellantrieb mittels eines Drehmomentes verstellbar ist.
In Kernkraftwerken werden Armaturen wie Ventile, Schieber und Klappen zum Absperren von Leitungen benötigt, wobei die Armatur aus sicherheitstechnischen Gründen im Anforderungsfall zuver¬ lässig arbeiten muß. Bei der Umwandlung des Antriebsdrehmoments in die zur Betätigung bspw. des Ventiltellers eines Ventils notwendige Spindellängskraft spielen der Zustand der Stopfbuchse, welche die Spindel umgibt und abdichtet, der Zustand der Spindelmutter, an der das Antriebsdrehmoment angreift, und bei Armaturen mit Fernantrieb der Fernantriebswirkungsgrad eine wesentliche Rolle.
Wird die Stopfbuchse zu fest eingespannt, so kann eine derart große Reibungskraft entstehen, daß die Armatur zwar bei wieder¬ kehrenden Prüfungen ohne Fehlfunktion arbeitet, aber unter Umständen im Anforderungsfall bei hohem Leitungsdruck eine ausreichende Stellkraft nicht vorhanden ist. Eine weitere große Bedeutung hat die Spindelmutterreibung. Ist der Reibungskoeffi¬ zient der Spindelmutter zu gering, so kann die Armatur bei Ansprechen des Drehmomentschalters des Stellantriebsmotors, wenn dieser bei Erreichen des eingestellten Drehmoments abschaltet, durch die auftretende Drehmomentüberhöhung beschädigt werden. Sind die Reibungskoeffizienten der Spindelmutter und der Stopfbuchse zu hoch, so besteht im Anforderungsfall die Gefahr, daß die Armatur nicht zuverlässig arbeitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vor¬ zuschlagen, mittels dem die Funktionsfähigkeit einer Armatur überprüftwerden kann, und insbesondere die Reibungskoeffizienten ermittelt werden können, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem während des Verstellbewegung der Spindel der Armatur eine Prüfkraft an der Spindel angelegt wird, wobei aus dem unter¬ schiedlichen Drehmoment bzw. der unterschiedlichen Antriebs¬ leistung, das bzw. die bei unterschiedlichen Prüfkräften für den Antrieb der Spindel erforderlich ist, die Reibungskoeffizienten der Armatur bzw. die tatsächlich an der Spindel angreifende Kraft ermittelt werden.
Je nach den Ergebnissen einer solchen Prüfung einer Armatur, können rechtzeitig Sanierungsmaßnahmen an derArmatur vorgenommen werden, so daß im Anforderungsfall nicht mehr die Gefahr einer Fehlfunktion besteht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
BeispielsweiseAusführungsformender Erfindungwerdennachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 schematisch eine Armatur mit einer erfindungsgemäßen
Meßvorrichtung, Fig. 2 den Verlauf von Antriebsdrehmoment, Prüfkraft und
Reibungskoeffizienten über der Zeit bei einer Armatur, Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Meßvorrichtung, Fig. 4 ein Diagramm von Antriebsleistung und Prüfkraft, Fig. 5 eine weitere Darstellung der Prüfkraft in Verbindung mit der Stellkraftreserve, und Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der Meßvorrichtung.
In Fig. 1 ist als Armatur ein in einer Rohrleitung 1 angeordnetes Ventil 2 schematisch dargestellt, dessen Spindel 5 von einem Stellantrieb 3 in die Öffnungs- oder die dargestellt Schlie߬ stellung verstellt werden kann. Die Spindel 5 dieser Armatur ist mit einem Gewinde versehen, mit dem eine Spindelmutter 4 in Eingriff steht. Die Spindelmutter 4 wird durch einen nicht dargestellten Elektromotor des Stellantriebs 3 über ein Getriebe in Drehung versetzt, so daß die Spindel 5 in Achsrichtung verstellt wird. Eine Stopfbuchse 6, in der die Spindel 5 verschiebbar ist, dichtet die Rohrleitung 1 gegenüber dem Außenbereich ab. Dieser Aufbau einer Armatur ist an sich bekannt.
Erfindungsgemäß wird an einer solchen Armatur eine Meßvorrichtung 7 angebracht, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen am freien Ende der Spindel 5 angebrachten Kolben 8 umfaßt, der in einem mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Zylinder 9 ver¬ schiebbar ist, der an einem Festpunkt 10 über eine .Kraftme߬ einrichtung 11 abgestützt ist. Zwischen dem oberen und unteren Zylinderraum 13 und 14 ist eine Verbindungsleitung 12 vorgesehen, in der ein Drosselventil 15 angeordnet ist, dessen Drosselquer¬ schnitt durch eine VerStelleinrichtung 20 veränderbar ist.
Bei 16 ist ein Signalausgang der Kraftmeßeinrichtung 11 angedeu¬ tet, der mit einem Anzeigegerät 17, beispielsweise einem Speicheroszilloskop, verbunden ist. Zweckmäßigerweise wird der Signalausgang 16 auch mit einer Datenverarbeitungseinrichtung 18 verbunden, die mit einem Speicher 21 und dem Verstellgerät 20 in Verbindung steht. Der Stellantrieb 3 ist an ein Gerät 22 zum Messen des vom Stellantrieb ausgeübten Drehmoments angeschlossen, das ebenfalls mit einem Speicher 23 in Verbindung steht.
Wenn das Ventil 2 durch ein an der Spindelmutter 4 angreifendes Drehmoment des Stellantrieb.; 3 geöffnet wird, verdrängt der Kolben 8 Hydraulikflüssigkeit aus dem Zylinderraum 13 über die Drossel 15 in der Leitung 12 in den Zylinderraum 14. Dabei wird der Zylinder 9 je nach Öffnungsgrad der Drossel 15 mit einer bestimmten Druckkraft gegen den Festpunkt 10 gedrückt. Diese Druckkraft , mit der der Zylinder 9 gegen den Festpunkt 10 ge¬ drückt wird, kann über die Drossel 15 eingestellt und die Kraft¬ meßeinrichtung 11 gemessen werden. Diese Druckkraft entspricht einer Prüfkraft P,die koaxial an der Spindel 5 angreift.
Beim Meßvorgang wird, wenn in der Leitung 1 der Betriebsdruck herrscht, vorzugsweise in der Nähe der Offenstellung des Ventils ab einem Zeitpunkt x bis zu einem Zeitpunkt t2 einerseits das vom Stellantrieb 3 ausgeübte Drehmoment M als Meßfunktion M = M(t) von dem Gerät 22 gemessen und im Speicher 23 gespeichert, während andererseits über den Signalausgang 16 die Prüfkraft P als Meßfunktion P = P(t) am Anzeigegerät 17 angezeigt und über die Datenverarbeitungseinrichtung 18 im Speicher 21 gespeichert wird. Während der Verstellbewegung des Kolbens 8 im Zylinder 9 wird durch eine Veränderung der Drosselöffnung in der Drossel 15 die Prüfkraft P entsprechend einer vorgegebenen Meßfunk ion P = P(t) verändert, die aus einer Datei 19 in die Datenverarbei¬ tungseinrichtung 18 eingelesen werden kann, die über die Ver¬ steileinrichtung 20 die Drossel 15 in entsprechender Weise ver¬ stellt. Eine derartige vorgegebene Meßfunktion kann beim Meßvor¬ gang mit der Meßfunktion P = P(t) verglichen werden. Bei Abwei¬ chungen dieser Meßfunktion von der vorgegebenen Prüfkraftkenn¬ linie über eine vorgegebene Toleranz hinaus kann die Meßfunktion P = P(t) über das Verstellgerät 20 und die Drossel 15 durch die Datenverarbeitungseinrichtung 18 korrigiert werden.
Da das Drehmoment M und die Prüfkraft P bekannt sind, kann bei einem Überdruck = 0 in der Rohrleitung 1 der Spindelbeiwert C durch
Mx
Spindelkraft Fsp = — = R + Px ( 1 ) und
C M,
= R + P, ( 2 )
über
Figure imgf000007_0001
M2 - M1
C = ( 4 )
P2 - P,
ermittelt werden, wobei R die Stoffbuchsenkraft ist, die zum Überwinden der Reibung der Stopfbuchse erforderlich ist.
Aus
2 • C • n • dF • cosγ ~ d F • h • cosγ μ = (5) π • dF 2 + 2 - C • h
kann der Reibungskoeffizient μ der Spindelmutter 4 ermittelt werden, wobei dF der Flankendurchmesser des Gewindes, h die Gewindesteigung ist und cosγ dem halben Flankenwinkel des Gewindes entspricht.
Fig. 2 zeigt schematisch den Verlauf der Prüfkraft P und des Drehmoments M über der Zeit t und den in dieser Weise ermittel¬ ten Reibungskoeffizienten μ der Spindelmutter 4 und die Stopf- buchsenreibkraft R. Während die Stopfbuchsenreibung sich bei verschiedenen Prüfkräften P als im wesentlichen konstant ergibt, ändert sich die Spindelmutterreibung in Abhängigkeit von der Prüfkraft. Sie ist abhängig von der Flächenbelastung und dem Schmierzustand des Gewindes.
Um die Größenordnung des Reibungskoeffizienten der Spindelmutter zu ermitteln, kann es ausreichend sein, wenn nacheinander zwei unterschiedliche Prüf räfte angelegt werden, oder mit einer bestimmten Prüfkraft und ohne Prüfkraft das dabei erforderliche Drehmoment gemessen wird.
Die Auswertung kann in der Datenverarbeitungseinrichtung 18 aufgrund der in den Speichern 21 und 23 gespeicherten Meßwerte oder aufgrund der gespeicherten Meßwerte in einer getrennten Datenverarbeitungseinrichtung erfolgen.
Bei der Ermittlung des Reibungskoeffizienten der Spindelmutter werden die vorgegebenen Randbedingungen wie Druck in der Leitung 1 und Gewicht der Spindel 5 bei den verschiedenen Prüfkräften P berücksichtigt.
Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann die Veränderung der Prüfkraft P während eines Verstellhubes der Armatur in kurzen Zeitabständen gemessen werden, worauf die Einzelmeßsignale als Kontrollfunktion abgespeichert und/ oder angezeigt werden. Hierdurch ist es möglich, innerhalb der vorgegebenen Meßzeit trotz einer begrenzten Datenverarbeitungsgeschwindigkeit der Datenverarbeitungseinrichtung 18 eine zuverlässige Erfassung und Abspeicherung der die Kontrollfunktion bildenden Meßwerte zu erreichen.
Anstelle eines Kolbens 8 mit Zylinder 9 kann eine Feder zwischen Spindelende und Kraftmeßeinrichtung 11 angeordnet werden. Bei der Verstellbewegung der Spindel 5 durch den Stellantrieb 3 ergibt sich entsprechend der Kennlinie der Feder oder eines entsprechen¬ den Federpaketes eine Prüfkraft P als Funktion des Weges bzw. der Zeit, die über den Signalausgang 16 der Kraftmeßeinrichtung 11 gemessen werden kann.
Es können mehrere Zylinder 9 oder mehrere Federpakete um die Spindel herum zwischen Stopfbuchse und Stellantrieb angeordnet werden, wobei jedem Zylinder bzw. Federpaket eine Kraftme߬ einrichtung zugeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform werden die Zylinder bzw. Federn so um die Spindel angeordnet, daß die resultierende Prüfkraft P auf der Spindelachse liegt. Die Feder¬ pakete können zur Veränderung der Prüfkraft austauschbar sein. Der Federkennlinienbereich kann durch eine Federverstelleinrich¬ tung verändert werden.
Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Meßvorrichtung, wobei sich der Zylinder 9 direkt am Festpunkt 10 abstützt und jeweils ein Druckmesser 24 beiderseits der Drossel 15 vorgesehen ist. Die beiden Druckmesser sind mit der Datenverarbeitungsein¬ richtung 18 verbunden, so daß über den ermittelten Druck in den beiden Zylinderräumen 13 uns 14 die Prüfkraft P festgestellt werden kann.
Fig. 3 zeigt einen Schieber 2 mit einer in die Rohrleitung 1 eintauchenden Schieberplatte 25 anstelle des in Fig. 1 wiederge¬ gebenen Ventiltellers. Weiterhin ist bei 26 ein Federkeil wie¬ dergegeben, mittels dem die Spindelmutter 4 mit dem Stellantrieb 3 verbunden ist und der zum Lösen dieser Verbindung herausnehm¬ bar ist.
Bei 27 ist der elektrische Antriebsmotor des Stellantriebs 3 schematisch angedeutet, der mit einer Einrichtung 28 zürn Messen der Leistung des Antriebsmotors verbunden ist. Diese Einrichtung 28 ist mit einer Datenverarbeitungseinrichtung 29 verbunden. Bei 30 ist ein Schalter zum Abschalten der Stromversorgung des An¬ triebsmotors 27 wiedergegeben. Zwischen Antriebsmotor 27 und Stellantrieb 3 ist ein Drehmomentschalter 31 vorgesehen, der auf einen bestimmten Drehmomentwert eingestellt ist, bei dessen Erreichen der Antriebsmotor 27 über den Schalter 30 abgeschaltet wird.
Mit der Meßvorrichtung nach Fig. 3 wird anstelle des Drehmoments M die Antriebsleistung L = L(t) des Antriebsmotors 27 als Funk¬ tion der Zeit bei 28 gemessen.. Während das Drehmoment an der Armatur gemessen wird, kann die Antriebsleistung weit entfernt von der Armatur im Schaltraum gemessen werden. Zur Messung der Stopfbuchsenreibkraft wird zunächst die An¬ triebsleistung L0 des Antriebsmotors ohne Verbindung mit der Spindelmutter 4 durch Herausnehmen des Federkeils 26, also die Leerlaufleistung, gemessen. Dann wird die Antriebsleistung ^ gemessen, wenn der Stellantrieb 3 durch den Federkeil 26 mit der Spindelmutter 4 verbunden ist und keine Prüfkraft angreift. Hierauf wird die Antriebsleistung L2 gemessen, wenn eine Prüf- kraft P2 die Spindel belastet, die in der Größenordnung der Stopfbuchsenreibkraft liegt. In diesem Bereich geringer Prüf- kraftänderung kann der Spindelmutterreibungskoeffizient als konstant betrachtet werden.
Fig. 4 zeigt bei L0 die Antriebsleistung des Antriebsmotors ohne Spindelmutter 4, die über der Zeit konstant verläuft und bei ^ die Antriebsleistung ^ mit Spindelmutter 4, wenn die Spindelmut¬ ter 4 mit dem Stellantrieb 3 verbunden und die Prüfkraft Px = 0 ist. Bei t2 greift eine Prüfkraft P2 an, die die Antriebsleistung auf L2 erhöht.
Wenn in der Rohrleitung 1 kein Druck herrscht und das Strömungs- medium ruht, ist die Differenz L^ - L0 ein Maß für die Stopf¬ buchsenreibkraft in Achsrichtung der Spindel. Um diesen Leistun¬ gswert L-L - L0 in die Stopfbuchsenreibkraft umsetzen zu können, wird die Prüfkraft P2 so angelegt, daß sich eine Leistungserhö¬ hung von Lx auf L2 gleich ^ - L0 ergibt. Die Leistungserhöhung von L-L auf L2 ist proportional zu der Prüfkrafterhöhung von Px auf P2. Bringt man die Leerlaufleistung in Abzug, so entspricht dem Leistungswert L = Lj^ + (Lj^ - L0) eine Prüfkraft Px, die der gesuchten Stopfbuchsenreibkraft entspricht, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Der Spindelmutterwirkungsgrad bleibt hierbei unberücksichtigt, da er bei Lx und L2 gleich ist. Die gesamte, an der Spindel angreifende Längskraft setzt sich zusammen aus der Stopfbuchsenreibkraft und der Prüfkraft, wobei die Stopfbuchsen¬ reibkraft durch einen Wert der Antriebsleistung ermittelt wird, der zum Überwinden der Stopfbuchsenreibkraft benötigt wird. Hierbei wird dieser Leistungswert in Form einer entsprechenden Prüfkraft ausgedrückt. Nach Ermittlung der Stopfbuchsenreibkraft kann unter Zuhilfen¬ ahme des Abschaltdrehmoments des Drehmomentenschalters 31 und der zugehörigen Prüfkraft P der Reibungskoeffizient μ der Spin¬ delmutter 4 durch die Gleichungen 1 und 5 bestimmt werden.
Anhand von Fig. 5 wird erläutert, wie sicherheitstechnisch wich¬ tige Armaturen überprüft werden können, ob sie im Anforderungs- fall richtig ausgelegt sind. Die parallel zur Zeitachse t ver¬ laufende Stellkraftreserve Fst ist die Kraft, die an der Stelle 32 an der Unterkante der Stopfbuchse 6 zur Verfügung steht. Die Stellkraftreserve ist im wesentlichen gleich der Prüfkraft P, die auftritt, wenn der DrehmomentSchalter bei einem Leitungs¬ druck 0 und ruhendem Leitungsmedium abschaltet. Die Stellkraft- reseve Fst erhält man dadurch, daß der DrehmomentSchalter 31, der bei Auftreten des maximal zulässigen Drehmoments den Schalter 30 für die Stromversorgung des Antriebsmotors 27 öffnet, auf das maximal zulässige Drehmoment eingestellt wird, das an dem durch die Festigkeitsberechung bekannten, schwächsten Glied der An¬ triebskette angreifen darf. Ein auf diese Weise eingestellter Drehmomentschalter verhindert, daß bei wiederkehrenden Prüfungen die Funktionsfähigkeit der Armatur gefährdet wird, wenn bspw. ein üblicherweise dem Dremomentschalter 31 vorgeschalteter, nicht dargestellter Wegendschalter versagt, der bei Erreichen einer bestimmten Hubstellung der Armatur den Motor abschaltete.
Durch diese Maßnahme kann man erreichen, daß sicherheitstech¬ nisch wichtige, auch bereits im Betrieb befindliche Armaturen hinsichtlich ihrer Festigkeit nicht überbelastet werden.
Wenn zusätzlich Wegendschalterversagen untersucht werden soll, kann zur Simulation des Endanschlages des Ventils bzw. zur Simu¬ lation einer Hubbegrenzung ein in Reihe mit dem Drosselventil 15 in der Leitung 12 angeordnetes Magnetventil 33 vorgesehen wer¬ den, durch das die Leitung 12 abgesperrt werden kann, so daß der Kolben 8 keine Hydraulikflüssigkeit mehr durch die Leitung 12 verdrängen kann und wie durch einen Anschlag in seiner Stellung gehalten wird. In diesem Falle können die durch das eingestellte Drehmoment maximal möglichen, für die Festigkeit maßgebenden, an der Spindel angreifende Kräfte über die Druckmesser 24 oder die Kraftmeßeinrichtung 11 gemessen werden.
Weiterhin kann mittels der Meßvorrichtung nach Fig. 3 der Rei¬ bungskoeffizient der Schieberplatte 25 des Schiebers 2 bestimmt werden, wenn beiderseits der Schieberplatte 25 in der Rohrlei¬ tung 1 ein bekannter Druckunterschied Δp vorhanden ist. Hierzu werden die Meßfunktionen der Stellkraftreserve Fεt, der Prüfkraft P(t) und des Differenzdrucks Δp(t) verwendet.
Die Differenz zwischen der Stellkraftreserve Fεt und der Prüf¬ kraft P zu einem Zeitpunkt tx etwa 5 bis 10% vor dem Hubende, wenn der DrehmomentSchalter 31 anspricht, ist die Reibungskraft in Spindellängsrichtung an der Schieberplatte 25 bei dem vorhan¬ denen Differenzdruck Δp(tx). Diese Reibungskraft ist unter Be¬ rücksichtigung der Randbedingungen des Störfalls ein Maß für die Funktionsfähigkeit der Armatur im Anforderungsfall.
Die Plattenreibung ergibt sich aus
Fεt - P(tx) - FAÜF = Plattenreibkraft Fp = dD 2a/4 • Δp(tx) • μPlatte
wobei dD der Dichtungsdurchmesser der Dichtplatte und
F ΛUF = ^Spindel 2 * π/4 * pS , also die Druckkraft ist, die an der spindel in Öffnungsrichtung durch den Leitungsdruck PS angreift.
Fig. 6 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der Me߬ vorrichtung für eine Armatur, bei der eine nicht dargestellte Ventilklappe durch die sich drehende Spindel langsam verschwenkt wird. An der Spindel 5 ist ein Hebel 35 befestigt, der mit sei¬ nem freien Ende den Kolben 8 beaufschlagt. Hierbei kann das an der Spindel 5 auftretende Drehmoment M aus der Prüfkraft P mal Länge des Hebels 35 ermittelt werden. Die Prüfkraft kann wie in Fig. 1 durch eine Kraftmeßeinrichtung oder wie in Fig. 3 durch den Druck in den Zylinderräumen gemessen werden. Bei dieser Meßvorrichtung nach Fig. 6 wird die Prüfkraft soweit erhöht, bis der DrehmomentSchalter 31 anspricht. Hierdurch kann das an der Klappenspindel tatsächlich auftretende Drehmoment gemessen werden, unabhängig von dem Wirkungsgrad eines Getriebes des Stellantriebs 3.
Anstelle des Kolbens 8 mit Zylinder 9 kann auch eine Feder mit Kraftmeßeinrichtung 11 zum Aufbringen einer Prüfkraft vorgesehen werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Prüfen der Funktionsfähigkeit einer Armatur mit einer Spindel, die von einem Stellantrieb mittels eines Drehmomentes verstellbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an der Spindel eine zusätzliche Prüfkraft angelegt wird, und daß aus dem unterschiedlichen Drehmoment oder der unter¬ schiedlichen Antriebsleistung, das oder die bei verschiede¬ nen Prüfkräften für den Antrieb der Spindel erforderlich ist, die Reibungskoeffizienten der Armatur ermittelt wer¬ den.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkraft kontinuierlich oder schrittweise verän¬ dert und das erforderliche Antriebsdrehmoment bzw. die erforderliche Antriebsleistung kontinuierlich oder schrit¬ tweise aufgezeichnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkraft soweit erhöht wird, bis der Drehmoment¬ schalter der Armatur abschaltet, und die dabei auftretenden Prüfkraft gemessen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch .gekennzeichnet, daß die Prüfkraft koaxial zur Spindelachse aufgebracht wird.
5. Ver ahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf raft über einen Hebel quer zur Spindellängs- achse als Drehmoment aufgebracht wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Spindel (5) der Armatur eine Einrichtung (9; 35) zum Ausüben einer veränderbaren Prüfkraft an der Spindel vorgesehen ist, und daß eine Einrichtung zum Messen der Prüfkraft und eine
Einrichtung zum Messen der Antriebsleistung oder des für die Spindelbewegung erforderlichen Drehmoments vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel mit wenigstens einem Kolben (8) verbunden ist, der in einem mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Zylin¬ der (9) verschiebbar ist, wobei die Zylinderkammern beider¬ seits des Kolbens über eine Leitung (12) mit einer Drossel (15) verbunden sind, und daß sich der Zylinder (9) an einem Festpunkt (10) abstützt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Zylinder (9) und Festpunkt (10) eine Kraftme߬ einrichtung (11) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Druckmesser (24) an der Leitung (12) zur Ermittlung der Prüfkraft über den Druck im Zylinder vorgesehen sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Spindel (5) und einem Festpunkt (10) wenig¬ stens eine Feder vorgesehen ist, die sich über eine Kraft¬ meßeinrichtung an dem Festpunkt (10) abstützt.
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