DD219535A1 - Einrichtung zur ueberwachung des arbeitsdruckes in hubkolbenmaschinen - Google Patents

Abstract

Das Ziel besteht darin, Aussagen ueber Wirkungen der den thermodynamischen Arbeitsprozess beeinflussenden Parameter und Bauelemente zur Einhaltung energiesparender Betriebsweise zu ermoeglichen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue, dem indizierten Mitteldruck proportionale Messgroesse als statischen Druck bereitzustellen und zu kalibrieren. Geloest wird die Aufgabe dadurch, dass der gebildete Druck-Zeit-Verlauf in einem statischen Speicherdruck abgebildet wird und dieser durch Anzeige oder Weiterverarbeitung in Betriebsmess- und -ueberwachungseinrichtungen im Vergleich mit vorgegebenem Sollwert so ausgewertet wird, dass Veraenderungen der Betriebsparameter, zunehmende Undichtheit an den Abdichtelementen oder andere Funktionsstoerungen von Bauelementen des Arbeitsraumes direkt oder auch bei Hinzuziehen weiterer Messsignale analysiert werden. Fig. 1

Description

Tit el der Erfindung ι . . . , ^:

Einrichtung zur Überwachung des Arbeitsdruckes in Hubkolbenmaschinen,

Anwendungsgebiet der Erfindung: .

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, die vorzugsweise mit, einfachen mechanischen, leicht herstellbaren Bauelementen realisiert wird und nach dem Prinzip von Impulssystemen zur Bildung eines dem'indizierten Mitteldruck: von Kolbenverdichtern, Kolbenentspannungsmaschinen^ und Verbrennungsmotoren proportionalen statischen Vergleichsdruck: geeignet ist.

Charakteristik: der bekannten technischen Lösungen: Zur Darstellung und Analyse des Druckr-Zeit-Verlaufes in Hub- und Drehkolbenmaschinen sind bisher nur mechanische- und elektrische Indiziereinrichtungen.bekannt, die zur Bildung des indizierten Mitteldruckes personell oder gerät etechnis'ch hohe Aufwendungen erfordern und für eine ständige Betriebsüberwachung nicht geeignet sind.

Bekannte Einrichtungen zur Dämpfung von Förderdruckpulsationen vor Anzeigegeräten in Fluidstromleitungen geben für die Pulsationsdämpfung des Druckverlaufes im Arbeitsraum zum Zwecke der Analyse von Parameterabweichungen an den Abdicht- und Steuerelementen nicht die erforderliche Genauigkeit der Signalwandlung. . . ' . '

_:.Ziel der Erfindung:

Das Ziel der Erfindung besteht darin, durch visuelle Kontrolle an handelsüblichen Anzeigegeräten oder Verarbeitung der Signalgröße über bekannte Druckwandler in automatischen BetriebsÜberwachungssystemen entsprechende Aussagen über Wirkungen der den

ν . . _ 2 -, ·: ...-.· . · · ·. . theinnodynamischen Arbeitsprozeß beeinflussenden Parameter und Bauelemente zur Einhaltung energiesparender Betriebsweise, Anzeige von notwendigen Singriffen oder,Reparaturen und zur Abwendung von Gefahrensituationen zu ermöglichen. .

Darlegung .des Wesens der Erfindung:

Die Erfindung hat die Aufgäbe, mit - einfachen Bauelementen eine neue, dem indizierten Mitteldruck: proportionale, von der Undichtheit an Steuerelementen, wie Ventile, Schieber oder Abdicht elementen, wie Kolben- und Kolbenstangendichtungen, abhängige Meßgröße als statischen Druck zur weiteren Verarbeitung bereitzustellen und für den Pail des besonderen Interess-es für den exakten Druck-Zeit-Verlauf im Arbeitsraum über ein aus dem statischen Drucksignal gebildeten Startsignal die in einer vorgeschlagenen Schalteinrichtung in Bereitschaft angeordneten aber nicht.ständig betriebenen Druckwandler zur automatischen Indizierung mit Signalübertragung auf Transientenspeicher,-Mikrorechner oder Bildschirmgeräte einzuschalten und bei jeder Messung an Ort und Stelle zu kalibrieren. ' - . Erfindungsgemäß wird die Aufgäbe dadurch gelöst, .daß der gebildete Druck-Zeit-Verlauf in einem statischen Speicherdruck abgebildet wird und dieser durch Anzeige oder Weiterverarbeitung in Betriebsmeß- und -überwachungseinrichtungen im Vergleich mit vorgegebenem Sollwert so ausgewertet wird, daß Veränderungen der Betriebsparameter, zunehmende Undichtheit an den Abdicht element en oder andere Punktionsstörungen von Bauelementen des Arbeitsraumes direkt oder auch bei Hinzuziehen weiterer Meßsignale analysiert werden.. Sine weitere.erfindungsgemäße Anordnung einer von Heiz- oder Kühlmedien in besonderen Kanälen durchflossenen Umschalt einrichtung wird dadurch gelöst, daß bei dem Umschaltvorgang eine mit Bohrungen und Kanälen versehene Steuerscheibe durch Winkeldrehung den eingebauten Sensor nacheinander mit zwei gebildeten und über Leitungen zugeführten definierten Drücken zum.Zwecke des Kalibrierens.und über mehrere Arbeitstakte mit dem Druck des Arbeitsraumes zu dessen Indizierung beaufschlagt sowie danach wieder die entlastete Bereitschaftsstellung herstellt.

Mit dieser erfindungsgemäßen Einrichtung ausgestattet ist die Kontrolle energiesparender Arbeitsübertragung und der-

Funktionstüchtigkeit der Abdicht- und Steuerelemente an Kolbenarbeits- und -kraftmaschinen mit nur geringem Investitionsaufwand gewährleistet.

Gegenüber bisherigen'Möglichkeiten" der Sensorkalibrierung außerhalb des Meßobjektes oder-der: Verwendung, spezieller Kalibratoren bei der Indizierung kann.unter'Verwendung der ^: Einrichtung über das Einblenden der am Meßobjekt gebildeten definierten Drücke kalibriert werden. Empfindliche Druckwandler für die genaue Indizierung werden je nach Einsatzbe-·: dingungen in einem beheizten oder gekühlten Bauteil schonend angeordnet und erst über ein von der Einrichtung ausgelöstes Startsignal von Hand oder automatisch durch Betätigung einer Umsteuereinrichtung zugeschaltet.

' Ausführungsbeispiel: . . \ Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbei- : spielen näher erläutert werden.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Pig. 1:.Prinzipieller Lösungsweg zur Bildung eines statischen

Drucksignals p_s aus dem zeitlichen Druckverlauf im . Arbeitsraum 1. .

Pig· 2: Beispiele der funktioneilen Abhängigkeit des gebildeten Drucksignals p_Q_

. ... op

a) auf den ermittelten Nennwert bezogener Speicherdruck

Spo und mittlerer indizierter Druck in Abhängigkeit der zunehmenden Undichtheit des Arbeitsraumes 1 eines Hubkolbenverdichters, b) auf. die Abhängigkeit des Speicherdruckes ρ_σ_ und des indizierten Mitteldruckes ρ . vom Druckverhältnis ΊΓ eines einstufigen Hubkolbenverdichters.

Pig. 3: Schaltschema für Betriebsüberwachung von Kolbenmaschinen, das sich aus dem Arbeitsraum 1,. der Ums ehalt einrichtung 2 für Druckwandler, dem Speicher für hohen Vergleichsdruck 3» dem Speicher für niedrigen Vergleichsdruck 4, . den Druckwandlern 5, 6> 7» der Steuereinheit 8, den Kapillaren 9, 10, 11, der mit 12 bezeichneten Einspeisung eines hohen Vergleichsdruckes ohne Kapillare 10, der mit 13 bezeichneten .Einspeisung eines niedrigen Vergleichsdruckes ohne Kapillare 11, dem Rechner 14 sowie dem Schreiber und Drucker 15 zusammensetzt.

. : · · ... . - q- - . :..·... Pig. 4:. Ums ehalt einrichtung, die aus Steuerscheibe 16,

Dichtung 17, Druckwandler 18, Wandleraufnähme 19 mit Kühl- bzw. Heizkanälen, Drehstange 20 und Anschloßt eil . 21 besteht. -. ' . .

Pig» 5 ί Signal ν erlauf und Ausw.ertetechnologie bei Indizierung : mit Umsehalt einrichtung zum Zuschalten definierter Drücke. ' _: ...···.

Zur Bildung eines statischen Drucksignales ρ^_Λ aus dem Druck-Zeit-Verlauf im Arbeitsraum T von Kolbenverdichtern oder, -motoren wird 'ein Dross el-Sρeicher-Glied mit entsprechender Zeitkonstante I₁> 20's bestehend z.B., aus einer Kapillare 9, 10, -11 mit dem Längenverhältnis 1/d = 400 und einem Speichervolumen der Speicher 3, 4 verwendet. · Der gebildete Speicherdruck p_g steht bei Einhaltung bestimmter Betriebszustände und geringen Abweichungen derselben von einem ITennzustand in direkter Proportionalität zur indizierten Innenleistung des Arbeitsraumes..1. Außerdem läßt sich mit ihm. auch ein veränderlicher Dichtheitsgrad iv/iiWr de.a Arbeitsraumes 1 anzeigen, so daß Veränderungen in der Wirkungsweise und Punktionstüchtigkeit des Arbeitsraumes 1 und seiner Abdicht elemente gegenüber dem im Abnahmeversuch ermittelten Sollwert signali- siert werden können*. Auf Grund des in Fig. 2 dargestellten größeren Gradienten vom Speicherdruck,p_s ist seine Auflösung zur energetischen Bewertung der Arbeitsübertragung und zur Meldung von Bauteilstorangen beispielsweise größer als die des herkömmlich ermittelten indizierten Mitteldruckes ρ ·. Aus dem veränderlichen Speicherdruck p_gO lassen sich logische Signale über Grenzwertschalter, z.B. des Svstems DRSLOBA oder über Kontaktmanometer bilden. Verknüpft man diese'Signale mit anderen Signalen der Temperaturüber- oder -unterschreitung an Bauteilen (Ventile, Kolben- und Stangendiclitung). oder im Pörderstoff,. so lassen sich die Punkt ions fehl er der Bauteile an der Maschine orten. ; Sofern die Genauigkeit der daraus getroffenen-Aussage nicht ausreicht, wird nach Pig» 3 automatisch oder über ein dem Bedienungspersonal, gegebenes Lichte oder Tonsignal von Hand die gekühlte oder beheizte Umschalt einrichtung 2 betätigt, wobei ein piezoelektrischer Druckwandler 5, 6, 7, der zunächst in

entlasteter Bereitschaftsstellung eingebaut ist, durch Winkeldrehung der Steuerscheibe 16 gemäß Pig. 3 mit zwei definierten Drück:en.Py zum Zwecke des Kalibrierens und mit dem eigentlichen Druck P/+\ aus dem Arbeitsraum 1 beaufschlagt und wieder in entlastete Bereitschaftsstellung geschaltet wird. . .

Gegenüber bisherigen Verfahren der SensorKalibrierung außerhalb des. Meßob.j ektes oder der Verwendung von. speziellen Kalibratoren ist die Methode der Verwendung einer Einrichtung zum einblenden definierter Drücke Py wesentlich einfacher und funktionssicherer. Die Einrichtung 2 ist so· gestaltet, daß ihr Anschluß über das Anschlußteil-21 ζ»- Β· bei Kolbenverdichtern über normale Indizierbohrungen oder -auch über Adapter an einer durchbohrten Ventilschraube erfolgen kann. Bei dieser zweiten Möglichkeit wird über ein abgedichtetes Schutzrohr die Hinterseite des Meßaufnehmers offen.zur Umge- ' bung gestaltet, so daß durch dieses Rohr das Gestänge zur Sehaltbetätigung, die Leitungen mit den definierten Drücken py, die Kühl- bzw..Heizmedienleitungen und die.Meßleitung des Druckwandlers 5» 6>. 7 funktionssicher ohne mechanische oder thermische Belastung vom Meßobjekt weggeführt werden können. Außerhalb des .Verdicht ssgylindergehäus es schließt sich an das Schutzrohr eine mechanisch, pneumatisch oder elektrisch betätigte Stelleinrichtung an. Über eine Skalenscheibe und Schlitzinitiatoren wird die jeweilige Winkelst ellung der Steuerscheibe 16 und damit die Betriebsstellung des Sensors signalisiert. .

Pur das Kalibrieren.der Druckwandler 5, 6, 7 soll möglichst ein Drucksprung entsprechend dem maximalen Ausschlag des Meßsignals zugeschaltet werden. Es kann dazu ebenfalls über ein Drossel-Speicher-Glied mit entsprechender Zeitkonstante T₁ i» 20 s der Anlagendruck p_s oder P_D aus Saug- und Druckraum verwendet werden. Die Kapillare 9, 10, 11 oder -Drossel wird in einer Leitung UW6 oder auch in den Druckspeicher 3, 4 freischwingend eingetaucht, so daß eine Selbstreinigung gewährleistet ist. Die Volumenänderungen im Raum des definierten . Druckes py bei verschiedenen Schaltstellungen der Steuerscheibe 1-6 der üms ehalt einrichtung 2 wirken sich ve-rnachlässigbar

' · - b - ' . . klein aus, /wenn das ausgetauschte Volumen 0,5 % des Gesaintspeichervolumensnicht übersteigt« Der systematische Pehler · der Meßeinrichtung kann exakt bestimmt werden„ -

Über .eine Indiaierung lassen sich gleichzeitig Aussagen zur'· Effektivität der Energieumwandlung im Verdichterarbeitsraum bzw« Motorarbeitsraum und zur Punktionstüchtigkeit der' Abdient- und Steuerelemente gewinnen.

Der Signalverlauf nach Pig, 5 wird über.Transientenspeichergerät oder direkten AD-Wandler zu einer EDV-Anlage zur Auswertung gegeben. Auch eine Magnetbandaufzeichnung kann'im Nachhinein an einem Rechner, Sichtgerät oder Iichtsehreibenden Oszillographen ausgewertet werden.

Claims (2)

1. Erfindtingsanspruch: ..' .

   Einrichtung zur'Überwachung des Arbeitsdruckes in_Hubkolbenmaschinen, die vorzugsweise mit einfachen mechanischen,' leicht herstellbaren Bauelementen, realisiert -wird und nach dem Prinzip von Impuls syst einen zur Bildung eines dem.indizierten Mitteldruck von Kolbenverdichtern, Kolbenentspannungsmas chin eh und Verbrennungsmotoren proportionalen statischen Vergleichsdruck: geeignet ist, gekennzeichnet . dadurch, daß der gebildete' Druck-ZeitWerlauf in einem statischen Speicherdruck: (P₂T₅) abgebildet wird und dieser durch Anzeige oder Weiterverarbeitung in Betriebsmeß- und -überwachungseinrichtungen im Vergleich mit vorgegebenem Sollwert so ausgewertet wird, daß Veränderungen der Betriebsparameter, zunehmende Undichtheit, an den Abdicht element en oder andere Funktionsstörungen von Bauelementen des Arbeitsraumes (1) direkt oder auch bei Hinzuziehen weiterer Meßsignale analysiert werden.
2. 2· Anordnung einer von Heiz- oder Kühlmedien in besonderen: Kanälen durchf1οssenen Umschalt einrichtung (2), die eine Verbindung des Arbeitsraumes (1) von Kolbenverdichtern, KoIbenentspannungsmaschinen oder Verbrennungsmotoren zu ' einem Sensor für die Druckmessung herstellt, den Sensor in unmittelbarer Nähe-des Arbeitsraumes (1) zunächst in entlasteter Bereitschaftsstellung anordnen läßt und bei Veränderung des nach Punkt 1 gebildeten. Speicherdrucksignal es ('Pc.-J automatisch oder von Hand betätigt wird,

   up

   gekennzeichnet dadurch, daß bei dem Umsehaltvorgang eine mit Bohrungen und Kanälen versehene Steuerscheibe (16) durch Winkeldrehung den eingebauten Sensor nacheinander mit zwei nach Punkt 1 gebildeten und über Leitungen zugeführten definierten Drücken (Py) zum Zwecke des'Kalibrierens' _N und über mehrere Arbeitstakte mit dem Druck (p ±) des Arbeitsraumes (1) zu dessen Indizierung beaufschlagt sowie, danach wieder die entlastete Bereitschaftsstellung her-, stellt.

   . - Hierzu 5 Seiten Zeichnungen -