DE1961928C3

DE1961928C3 - Vorrichtung zum Überwachen einer Rohrleitung auf Rohrbrüche

Info

Publication number: DE1961928C3
Application number: DE1961928A
Authority: DE
Inventors: Takehiko Chofu Tokyo Tomita
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1968-12-10
Filing date: 1969-12-10
Publication date: 1985-04-18
Also published as: DE1961928A1; GB1279476A; DE1961928B2; US3628563A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen einer Rohrleitung auf Rohrbrüche mit einem Durchflußmesser mit elektrischem Ausgang sowie einem Druckmesser mit elektrischem Ausgang und mit einer mit den Ausgängen des Durchflußmessers und de; Druckmessers in Verbindung stehenden Steuereinrichtung für den Betrieb der Rohrleitung, die derart ausgebildet ist, daß sie nur dann ein Steuersignal ^5Ö erzeugt, wenn sowohl der Durchsatz nach oben als auch der Druck in der Rohrleitung nach unten von Sollwerten abweicht.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DD-PS 41 347 bekannt.

Vorrichtungen zum Überwachen einer Rohrleitung auf Rohrbrüche werden insbesondere zur Überwachung der Hauptleitungsrohre städtischer Wasserversorgungsnetze verwandt. Da in großen Städten oft größere Bauvorhaben, beispielsweise der Bau von U-Bahnen, Straßen und Gebäuden, durchgeführt werden, ist es leicht möglich, daß die unter der Erdoberfläche liegenden Hauptleitungsrohre durch in die Erde getriebene Pfeiler oder Träger beschädigt werden und dadurch brechen. Ein derartiger Rohrbruch führt zu ⁶^ einer Überflutung der in der Nähe liegenden Stadtbezirke und dazu, daß diese Stadtbezirke von der Wasserversorgung abgeschnitten werden, so daß es notwendig isi, einen derartigen Rohrbruch frühzeitig festzustellen, um das Austreten von Wasser schnell zu verhindern.

Dazu ist aus der Siemens-Zeitschrift September 1965, Heft 9, Seiten 1060 bis 1063 bereits eine Vorrichtung zum Überwachen einer Rohrleitung bekannt, die mit einer Einrichtung zum Messen eines Vergleichswertes für den Durchfluß und mit mehreren weiteren im Abstand voneinander angeordneten Durchflußmessern versehen ist Die Ausgangssignale dieser Durchflußmesser werden mit dem Vergleichsignal verglichen, und bei einem bestimmten Unterschied wird ein Signal erzeugt, das den Rohrbruch anzeigt Eine derartige Vorrichtung, die nur über die Messung des Durchflusses arbeitet, hat jedoch den Nachteil, daß eine spontan auftretende Durchflußerhöhung des anfänglichen Durchflusses beim Pumpenaniauf zu einer Fehlschaltung der Vorrichtung führen kann.

Aus der DE-FS 6 42 534 ist weiterhin eine Vorrichtung zum Überwachen einer Rohrleitung bekannt, die entweder über die Messung des Durchflusses oder die Messung des Druckes in der Rohrleitung arbeitet und dann ein Signal erzeugt, wenn entweder die DurchfluB-menge oder der Druck einen bestimmten Wert überschreitet Diese Vorrichtung spricht unabhängig voneinander auf den Durchfiußmeßwert oder den Druckmeßwert an, so daß bezüglich des Ansprechens auf den Durehflußmeßweit dieselben Nachteile gelten, die die aus der Siemens-Zeitschrift bekannte Vorrichtung aufweist, und bezüglich der Messung des Druckes sich die Notwendigkeit der Nachstellung des Bezugswertes ergibt, da mit der Zeit der Strömungswiderstand in der Rohrleitung, beispielsweise durch die Ablagerung von Rost, ansteigt Nur durch ein solches Nachstellen des Bezugswertes können Fehlschaltungen der Vorrichtung vermieden werden.

Eine Weiterentwicklung stellt -JUi eingangs genannte aus der DD-PS 41 347 bekannte Vorrichtung dar. Diese bekannte Vorrichtung ist so ausgebildet, daß sie nur dann ein Steuersignal erzeugt, wenn sowohl der Durchsatz als auch der Druck in der Rohrleitung von Sollwerten abweichen. Dabei ist die Steuereinrichtung in Form eines UND-Gliedes ausgebildet, dessen Eingangssignale die Ausgangssignale der beiden Meßeinrichtungen sind und dessen Ausgangssignale einer Abschalt- und Alarmanlage zugeführt wird. Eine Zeitverzögerungseinrichtung dient dabei dazu, eine Zeitverzögerung zwischen dem erfaßten Eintreten eines Rohrbruches und dem Absperren der Rohrleitung herbeizuführen und somit das Ansprechen der Abschaltanlage bei Anliegen eines Steuersignals von der Steuereinrichtung zu verzögern.

Diese bekannte Vorrichtung hat jedoch noch zwei wesentliche Mängel. Da der Sollwert für den Durchsatz und den Druck vorher festgelegt ist und zunächst konstant bleibt, spricht die Vorrichtung auch dann an, wenn beispielsweise beim öffnen eines Ventils auf der Abnehmerseite der Rohrleitung der Durchsatz ansteigt und der Druck absinkt Ein derartiger Vorgang läuft über eine Zeitspanne ab, die zur Öffnung des Venti's erforderlich ist und verläuft somit sehr langsam. Da die als Vergleichswerte dienenden Sollwerte jedoch festliegen, unterscheidet die Vorrichtung nicht zwischen langsam ablaufenden und schnell ablaufenden Änderungen der beiden Meßwerte. Es kann somit zu Fehlschaltungen kommen, da die Vorrichtung auch durch langsam ablaufende Änderungen des Durchsatzes und des Druckes ausgelöst werden kann, die während

?: des normalen störungsfreien Betriebes der Rohrleitung % durchaus auftreten können. Rohrbrüche führen dagegen t|in sehr kurzer Zeit zu erheblichen Änderungen des Durchsatzes und des Druckes. Ein weiterer Nachteil % dieser bekannten Vorrichtung hegt darin, daß auch bei % ihr der Sollwert für denDruckabfall von Zeit zu Zeit ^ nachgestellt werden muß, da sich der Strömungswidsrstand in der Rohrleitung nach längeren Betriebszeiten Rändert

if Demgegenüber liegt die der Erfindung zugrunde % liegende Aufgabe darin, die Vorrichtung der eingangs !genannten Art so weiterzubilden, daß Fehlschaltungen _: durch zeitlich langsam ablaufende Änderungen im «Durchsatz und im Druck in der Rohrleitung ausge-Ü schlossen sind.

Diese Aufgäbe wird gemäß der Erfindung durch einen ^F-^:; ersten Komparator, an dessen einem Eingang direkt das ; Ausgangssignal des Durchflußmesser liegt und an dessen anderem Eingang für das Vergisichssigns! ein als Sollwert dienendes und über eine Schaltung, die das "Meßwertsignal über einen bestimmten Zeitabschnitt aufnimmt, und einen nachgeschalteten Speicher für das : pro Zeitabschnitt aufgenommene Signal verzögertes Ausgangssignal des Durchflußmesser liegt, und durch einen zweiten Komparator gelöst, an dessen einem Eingang direkt das Ausgangssignal des Druckmesser liegt und an dessen anderem Eingang für das Vergleichssignal ein als Sollwert dienendes und über eine weitere Schaltung, die das Meßwertsignal über ^ einen bestimmten Zeitabschnitt aufnimmt, und einen weiteren nachgeschalteten Speicher für das pro Zeitabschnitt aufgenommene Signal verzögerte Ausgangssignal des Druckmessers liegt wobei die Ausgänge der Komparatoren mit den Eingängen der Steuereinrichtung verbunden sind.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird somit als Vergleichswert, mit dem die Momentanmeßwerte verglichen werdet, nicht mehr ein vorher festgelegter Sollwert, sondern ein Meßwert herangezogen, der um eine bestimmte Zeitspanne verzögert wurde und 5omit um diese Zeitspanne vorher in der Rohrleitung selbst gemessen wurde. Zeitlich langsam ablaufende Änderungen der beiden Meßwerte können somit nicht zu einer Auslösung der Vorrichtung führen, da nur Änderungen erfaßt werden, die sich innerhalb dieser Verzögerungs-Zeitspanne abspielen. Darüber hinaus ist ein Nachstellen irgendwelcher vorgewählter Sollwerte überflüssig, da langfristige Änderungen der Betriebsparameter die Vorrichtung nicht auslösen können und die Vergleichswerte verzögerte Meßwerte sind, die sich einer solchen so langfristigen Entwicklung automatisch anpassen.

Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß ein Steuerimpulsgenerator vorgesehen ist, der beiden Schaltungen synchron Steuerimpulse für die zeitliche Zuordnung der Meßwertsignale liefert.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Die Figur zeigt das Ausführungsbeispiel in einem Blockschaltbild.

Wie es in der Zeichnung dargestellt ist weist ein Pumpensatz 10 einen Elektromotor 12 und eine von diesem angetriebene Pumpe 11 auf, die aus einem Speicher durch ein Hauptvefuil 14 Wasser in eine ^ Hauptleitung 13 pumpt Das Ende der Hauptleitung 13 ist beispielsweise an ein städtisches Wasserversorgungsnetz angeschlossen.

Zur Messung des Wasserdurchsatzes in der Hauptleitung ist ein Durchflußmesser 15 vorgesehen, der vorzugsweise ein elektromagnetisch arbeitender Durchflußmesser ist Mit diesem Durchflußmesser können elektrische Signal erzeugt werden, die dem Wasserdurchsatz in der Hauptleitung proportional sind. Die Wasserhauptleitung ist weiterhin mit einem zweiten Meßwertwandler, nämlich einem Druckmesser 26 versehen, der elektrische Signal liefert, die dem Wasserdruck in der Hauptleitung proportional sind. Die vom Durchflußmesser 15 erzeugten elektrischen Signale liegen direkt an einem Eingang eines ersten Komparator 16. Die Ausgangssignale des Durchflußmessers 15 liegen an einer Schaltung 17, die das Meßwertsignal über einen bestimmten Zeitabschnitt aufnimmt und werden dann in einem Speicher 18 gespeichert Der Speicher 18 löscht pro Zeitabschnitt den vorher gespeicherten Inhalt und speichert gleichzeitig das folgende Mcßwertsignal ab. Das Signal vom Speicher 18 liegt am anderen Eingang des Komparator 16 und wird mit dem direkt am Komparator liegenden Signal verglichen. Das Vergleichssignal ist somit gegenüber dem direkt anliegenden Meßsignal um eine durch die Schaltung 17 bestimmte Zeitspanne verzögert Der Komparator 16 erzeugt nur dann ein Ausgangssignal, wenn die Abweichung zwischen den beiden Eingangssignalen einen vorbestimmten Wert, der in der Hauptsache durch das direkt anliegende Signal gegeben ist, überschreitet, d. h. wenn der Durchsatz nach oben um einen bestimmten Betrag vom Vergleichswert abweicht Das Ausgangssignal des !Comparators 16 dient zum Schließen eines Arbeitskontaktes 16a. D. h, daß der Arbeitskontakt 16a des !Comparators 16 nur dann geschlossen wird, wenn der momentan in der Rohrleitung gemessene Wasserdurchsatz um einen bestimmten Betrag über dem über einen bestimmten Zeitabschnitt vorher gemessenen Wasserdurchsatz liegt Wenn somit dieser Zeitabschnitt eine Dauer von etwa 1 f iinute hat, schließt der Kontakt 16a beim öffnen und Schließen von nicht dargestellten, an entfernten Stellen der Hauptleitung liegenden Ventilen nicht da diese Ventile über eine Zeitspanne von zwei oder drei Minuten geschlossen werden. Beim Anlauf der Pumpe 11 kann jedoch der Kontakt 16a infolge einer mit großer Geschwindigkeit ablaufenden Änderung während des Anstieges des Wasserdurchsatzes fälschlicherweise schließen.

Diesem Mangel wird durch die Anordnung des Druckmessers 26 in der Wasserhauptleitung wirksam begegnet, der den Wasserdruck in der Hauptleitung in ein elektrisches Signal umwandelt Dieses elektrische Signal liegt direkt an einem Eingang eines zweiten !Comparators 19 und ztm anderen an einer weiteren Schaltung 20, die das Meßwertsignal über einen bestimmten Zeitabschnitt aufnimmt und einem weiteren nachgeschalteten Speicher 21 führt, in dem es gespeichert wird. Die gespeicherten Signale liegen am anderen Eingang des !Comparators 19.

Die Arbeitsweise des Komparator 19, der Schaltung und des Speichers 21 ist im wesentlichen gleich der des Komparator 16 der Schaltung 17 und des Speichers 18, die im Obigen im Zusammenhang mit der Durchflußmessung beschrieben wurdt. Der Komparator 19 besitzt ebenfalls einen Arbeitskontakt 19a, der mit dem obengenannten Arbeitskontakt 16a in Reihe geschaltet ist Der Komparator 19 schließt den Arbeitskontakt 19a nur dann, wenn die Höhe des gegenwärtig in der Wasserhauptleitung herrschenden Druckes um einen

vorbestimmten Betrag kleiner als die Höhe des vorher im Speicher gespeicherten Druckes wird. Wenn daher die Hauptleitung bricht, sinkt der Pegel des an einem Eingang des !Comparators 19 liegenden Signals ab, so daß das Signal des vorher gemessenen Druckes das Signal des gegenwärtig gemessenen Druckes übersteigt und der Kontakt 19a geschlossen wird. Der Kontakt 19a bildet zusammen mit dem Kontakt 16a ein UND-Glied.

Ein Ende 22 des aus den Kontakten 16a und 19a bestehenden UND-Gliedes ist mit einer Klemme einer Steuerspannungsquelle verbunden, deren andere Klemme an einer Alarmglocke 23, einer Steuereinrichtung 24 für den Elektromotor 12 und einer Steuereinrichtung 25 für das Hauptventil 14 angeschlossen ist.

Die Steuereinrichtung 24 ist so aufgebaut, daß von einer verhältnismäßig konstanten Wechselspannungsqueiic 23 an uen EickiiüiTiüiuF Ί2 variable Spannungen angelegt werden, um dadurch gegebenenfalls die Pumpendrehzahl zu steuern. Die Steuereinrichtung ist weiterhin mit einer Einrichtung versehen, die beim Empfang eines Übersteuersignals über die in Reihe geschalteten Kontakte 16a und 19a den Motor 12 abschaltet. Die Steuereinrichtung 25 für das Hauptventil ist so aufgebaut, daß sie das Ventil öffnet und schließt. Außerdem ist in dieser Steuereinrichtung eine Einrichtung vorgesehen, die das Ventil schließt, wenn über die in Reihe geschalteten Kontakte 16a und 19a, wie oben beschrieben, ei r Übersteuersignal anliegt.

Ein Steuerimpulsgenerator 27 erzeugt Spannungsimpulse, die zur periodischen und gleichzeitigen Steuerung der Schaltungen 17 und 20 dienen. Wie bereits erwähnt, beträgt die Impulsfolgeperiode etwa eine Minute. Diese Zeit ist kürzer als die Zeit von zwei oder drei Minuten, während der an entfernten Stellen in der WasserhauptlAitiine vorgesehene Ventile ^ffeoffnct und erschlossen werden.

Es sei angenommen, daß der Pumpensatz 10 zu pumpen beginnt und das Hauptventil geöffnet wird, um Wasser in die Hauptleitung 13 zu pumpen. Dabei steigen der Wasserdurchsatz und der Druck in der Hauptleitung allmählich an, bis sie ihre normalen Betriebswerte erreichen. Bei einer bestimmten Änderungsgeschwindigkeit des steigenden Wasserdurchsatzes kann der Komparator 16 den Kontakt 16a schließen. Der Arbeitskontakt 19a des Komparators 19 bleibt jedoch geöffnet, da der Wasserdruck in der Hauptleitung während des Anlaufs der Pumpe 11 ansteigt, so daß der Pegel des im Speicher 21 vorher gespeicherten Signals, d.h. die HoWe des vorher gemessenen Druckes normalerweise den gegenwärtigen Wasserdruck in der Hauptleitung nicht übersteigt Daher besteht keine Gefahr, daß die beiden Kontakte 16a und 19a gleichzeitig schließen, so daß verhindert wird, daß die Alarmglocke 23, die Steuereinrichtung zum Stillsetzen des Pumpensatzes 10 und die Steuereinrichtung zum Schließen des Hauptventils 14 fälschlicherweise ansprechen. Auf diese Weise erreicht das Pumpensystem seinen Normalbetrieb.

Während des normalen Betriebes arbeitet der Pumpensatz gesteuert durch die Steuereinrichtung 24 dem Wasserbedarf entsprechend mit variablen Drehzahlen. Es sei nun angenommen, daß ein gesteigerter Wasserbedarf mit einer verhältnismäßig hohen Anderungsgeschwindigkeit auftritt. Das kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die an entfernten Stellen der Hauptleitung liegenden Hauptventile über längere Zeit geöffnet werden. Entsprechend dem gesteigerten Wasserbedarf treten dabei auch Druckabfälle mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit der Hauptleitung auf. Da diese Änderung jedoch über eine Zeitspanne erfolgt, die größer als der durch die Sp^.nnungsimpulse des Steuerimpulsgenerators bestimmte Zeitabschnitt ist, über den die als Vergleichswerte herangezogenen Druck- und Durchflußmeßwerte gemessen werden, werden die Alarmglocke und die

to Steuereinrichtungen für den Pumpensatz und das Hauptventil durch die Kontakte 16a und 19a nicht fälschlicherweise betätigt.

Tritt jedoch in der Hauptleitung ein Bruch auf, so steigt der Wasserdurchsatz sehr schnell an und tritt gleichzeitig ein starker Druckabfall auf. Die Geschwindigkeit der Änderung der Durchsatz- und Druckwerte liegt dabei innerhalb des Meßzeitabschnittes der Schaltung 17, so daß der vorherrschende Wasserdurchsatz den im Speicher 18 vorgespeicherten Wert um den vorher bestimmten Betrag überschreitet. Gleichzeitig liegt der Wasserdruck unter dem im Speicher 2! gespeicherten Wert, so daß die Komparatoren 16 und !9 die Kontakte 16a und 19a gleichzeitig schließen. Dadurch wird über die beiden geschlossenen Kontakte 16a und 19a ein Übersteuersignal an die Alarmglocke 23 gelt jt, so daß der Fehler gemeldet wird. Das Signal liegt weiter an den Steuereinrichtungen 25 und 24, so daß das Hauptventil 14 schließt und der Pumpensatz 10 stillgesetzt wird Es ist daher möglich, die Wasserzufuhr zur Hauptwasserleitung schnell zu schließen und die austretende Wassermenge wirksam zu begrenzen.

Aus dem Obigen ergibt sich, daß die in der Weise aufgebaute Vorrichtung zum überwachen einer Rohrleitung auf Rohrbrüche den Vorteil hat, daß sie bei

normalem Wasserdurchsatz und Druck in der Hauptleitung nicht fälschlicherweise anspricht, daß selbst bei stark ansteigendem Wasserdurchsatz und einem darauf ansprechenden ersten Komparator 16 keine Fehleranzeige erfolgt, da der zweite Komparator, der auf den Druckabfall in der Wasserhauptleitung anspricht, kein Signal abgibt, so daß die Steuereinrichtung für den Pumpensatz nicht betätigt wird, daß ein fehlerhaftes Ansprechen der Komparatoren beim normalen Schlie- ' Ben und öffnen von an entfernten Stellen in der Hauptleitung liegenden Ventilen verhindert werden kann, indem die Meßzeitabschnitte für die beiden Schaltungen so gewählt werden, daß sie kürzer als die öffnungs- und Schließzeiten der Ventile sind und daß die beiden Arbeitskontakte gleichzeitig geschlossen

se werden, um einen Bruch der Hauptleitung anzuzeigen, da die Schaltungen 17 und 20 von einem einzigen gemeinsamen Steuerimpulsgenerator synchron gesteuert werden.
Die Kontakte 16a und 19a können auch als parallelgeschaltete Ruhekontakte verwendet werden, so daß sie ein ODER-Glied bilden. In diesem Fall wird nur dann, wenn beide Kontakte gleichzeitig öffnen, durch die Steuereinrichtungen 24 und 25 der Pumpensatz 10 stillgesetzt und das Hauptventil 14 geschlossen.

do Die Kontakte 16a und 19a sind zwar als mechanisch öffnende und schließende Kontakte dargestellt, es kann jedoch auch mit kontaktfreien Schaltern und mit Transistoren gearbeitet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch auf anderen Gebieten, beispiels-

fcs weise zum Überwachen einer Erdölleitung auf Rohrbrüche eingesetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Oberwachen einer Rohrleitung auf Rohrbrüche mit einem Durchflußmesser mit elektrischem Ausgang sowie einem Druckmesser mit elektrischem Ausgang und mit einer mit den Ausgängen des Durchflußmessers und des Druckmessers in Verbindung stehenden Steuereinrichtung für den Betrieb der Rohrleitung, die derart ausgebildet ist, daß sie nur dann ein Steuersignal i» erzeugt, wenn sowohl der Durchsatz nach oben als auch der Druck in der Rohrleitung nach unten von Sollwerten abweicht, gekennzeichnet durch einen ersten Komparator (16), an dessen einem Eingang direkt das Ausgangssignal des Durchfluß- >⁵ messers (15) liegt und an dessen anderem Eingang für das V°rgleichssignal ein als Sollwert dienendes und über sine Schaltung (17), die das Meßwertsignal über einen bestimmten Zeitabschnitt aufnimmt, und einen nachgeschalteten Speicher (18) für das pro Zeitabschnitt aufgenommene Signal verzögertes Ausgangssignal des Durchflußmessers (15) liegt, und durch einen zweiten Komparator (19), an dessen einem Eingang direkt da* Ausgangssignal des Druckmessers (26) liegt, und an dessen anderem Eingang für das Vergleichssignal ein als Sollwert dienendes und über eine weitere Schaltung (20), die das Meßwertsignal über einen bestimmten Zeitabschnitt aufnimmt, und einen weiteren nachgeschalteten Speicher (21) für ilas pro Zeitabschnitt ^o aufgenommene Sigrid verzögerte Ausgangssignal des Druckmessers (26) Hegt, ν jbei die Ausgänge der Komparatoren (16, 19) mit den Eingängen der Steuereinrichtung (24,25) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Steuerimpulsgenerator (27), der beiden Schaltungen (17,20) synchron Steuerimpulse für die zeitliche Zuordnung der Meßwertsignale liefert.