DE19622868A1 - Anordnung zur Erfassung der Stellungen von Deponiegas-Regelventilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erfassung der Stellungen der Ventilkörper der Regelventile in den Absaugleitungen von Deponiegasschächten, wobei die Ventilkörper mittels je einer linearen einfachwirkenden hydraulischen Antriebsvorrichtung und eines elastischen Rückstellsystems einstellbar sind.

Bei der Gewinnung von berennbaren Gasen aus Hausmülldeponien sind Anlagen vorgesehen, bei denen eine große Anzahl von Ventilen mit längsbeweglichem Ventilschaft von Ferne eingestellt werden müssen. In den Deponiekörpern sind 100 oder mehr vertikale Bohrungen (auch Gasbrunnen genannt) eingebracht, aus denen das Gas über einzelne Leitungen mit geringem Unterdruck von beispielsweise 0,2 bar abgesaugt wird. Das Gasaufkommen je Bohrung ist jedoch sehr unterschiedlich. Mittels eines in jeder Absaugleitung angeordneten Regelventils wird das Absaugvolumen der durch Analysen ermittelten Menge und Qualität des vorhandenen Gases angepaßt.

Bekannt ist, die Verstellbewegungen hydraulisch anzutreiben und die Stellungen der Ventilschäfte mit Hilfe von längsbeweglichen Potentiometern elektrisch zu übertragen. Nun befinden sich aber die Ventile in Gassammelräumen, in denen elektrische Anlagen nur nach den geltenden Explosionsschutz- Vorschriften ausgeführt werden dürfen. Die elektrischen Stellungsgeber erfordern somit einen beträchtlichen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und installitionsfreundliche Anordnung zur Ventilstellungserfassung und hierzu geeignete Regelventile anzugeben.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der einleitend näher bezeichneten Anordnung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung setzt bei der grundsätzlichen Überlegung an, daß bei einem einfachwirkenden hydraulischen Kolben oder entsprechenden Antriebssystem, das auf ein elastisches Rückstellsystem wirkt, die Druckänderungen zu den Stellungsänderungen proportional sind, soweit das elastische Rückstellsystem eine lineare Kennlinie hat. Allerdings sind Abweichungen von der Proportionalität festzustellen, wenn die zu bewegenden Teile Reibungseinflüssen unterliegen und das Rückstellsystem Hystereseeffekte zeigt. Deshalb zielt die Erfindung darauf ab, diese Fehlereinflüsse zu verringern bzw. zu kompensieren, um so den Druck als Maß für die Ventilstellung nehmen zu können. Diesem Vorschlag kommt in dem erläuterten Anwendungsfalls zugute, daß das Prozeßgas, welches das Ventil durchströmt, auf den Ventilkörper keine oder nur eine vernachlässigbar kleine Kraftwirkung ausübt.

Vorteilhafterweise sind somit an den Regelventilen anzubringende Stellungs-Fernmeßvorrichtungen überhaupt nicht mehr erforderlich. Insbesondere sind elektrische Einrichtungen in dem explosionsgefährdeten Raum entbehrlich. Statt dessen wird der hydraulische Druck, vorteilhafterweise mittels eines piezoelektrischen Druckmessers, an einer entferntliegenden Stelle der Steuerleitung gemessen.

Als elastische Rückstellsysteme können Federn, z. B. einfache Druckfedern, verwendet werden. Deren Federhysterese ist eine reproduzierbare Fehlergröße, die durch elektrische Einrichtungen kompensiert werden kann.

Zweckmäßigerweise sollten Druckänderungen, die durch die Betätigung der Steuerventile herbeigeführt werden, sich nicht schlagartig auswirken. Es ist deshalb empfehlenswert, zwischen den Magnetventilen und den Steuerleitungen, d. h. also an deren Eingang, Strömungsdrosseln einzusetzen. Der Strömungsquerschnitt der Steuerleitungen sollte im übrigen groß genug gewählt werden, damit nicht Strömungsverluste in den Leitungen die Meßergebnisse verfälschen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist für die Betriebssicherheit von erheblicher Bedeutung. Es wird vorgeschlagen, daß Mittel vorgesehen sind zur Erkennung eines Druckabfalls unter einen bestimmten Mindestdruck in den Steuerleitungen und daß diese Mittel eine Störungsmeldung auslösen. Wenn also z. B. ein Schlauch reißt oder irgendeine Dichtung in einem der hydraulischen Systeme defekt wird, dann wird dieser Störfall selbsttätig zur Anzeige gebracht.

Ein für die Zwecke der Erfindung verwendbares Regelventil, das zuverlässig und besonders reibungsarm ist, erhält man dadurch, daß zum Antrieb der Kolbenstange eine durch zwei Rollmembranen abgedichtete Differenzkolbenanordnung vorgesehen ist. Dazu eignen sich marktgängige besonders dünne Rollmembranen, die so armiert sind, daß ihre Schlauchanordnung sich zwar im Durchmesser dem umgebenden Zylinder anpassen kann, in der Länge jedoch stabil ist.

Es ist bereits bekannt, die Kolbenstangen derartiger Regelventile oben aus dem Ventilgehäuse herausragen zu lassen und diese überstehenden Kolbenstangenabschnitte mit einer Skale zu versehen, so daß die Ventilstellung vor Ort abgelesen werden kann. Nachdem nun aber die elektrische Stellungsmeßvorrichtung an dem überstehenden Kolbenstangenabschnitt entfällt, wird schließlich vorgeschlagen, zum Schutz gegen Korrosions- und Verletzungsgefahren den Kolbenstangenabschnitt mittels einer durchsichtigen Haube, die am Ventilgehäuse befestigt ist, abzudecken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 ein Schema einer hydraulischen Antriebsvorrichtung eines Deponiegas-Regelventils,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht einer Hausmülldeponie mit einem Teil der eingebrachten Gasschächte,

Fig. 3 einen Querschnitt III-III des Regelventil-Con­ tainers einer Deponiegas-Sammelstation,

Fig. 4 den Grundriß einer solchen Sammelstation,

Fig. 5 einen Längsschnitt eines Regelventils ohne Rollmembranen und

Fig. 6 einen schematischen, unmaßstäblich vergrößerten Ausschnitt des Mittelteils des Regelventils nach

Fig. 5 mit schematisch eingezeichneten Rollmembranen.

Zunächst wird ein wesentliches Anwendungsfeld der Erfindung, nämlich die an sich bekannte Gewinnung von Deponiegas, anhand der Fig. 2 bis 4 erläutert. Fig. 2 zeigt andeutungsweise den Umriß eines viele Meter hoch aufgeschichteten Deponiekörpers 1, in den eine große Anzahl Gasschächte 2 senkrecht abgetäuft sind. Im Beispiel sind zwei Schachtfelder 3 und 4 unterschieden. Von den Gasschächten 2 führen Absaugleitungen 5 zu Sammelstationen 6 und 7, die am Rand des Deponiekörpers installiert und jeweils einem Schachtfeld zugeordnet sind. Vorzugsweise ist nur ein Gasschacht oder es sind einige wenige benachbarte Gasschächte an eine Absaugleitung gelegt.

Die Sammelstationen bestehen aus zwei oder mehr Containern, im Beispiel nach Fig. 4 aus einem Rohrleitungscontainer 8 und einem Regelungscontainer 9, die durch einen Kanal 10 miteinander verbunden sind. Der Rohrleitungscontainer 8 enthält zwei horizontal und parallel zueinander verlaufende Sammelrohre 11 und 12 großen Querschnitts, das eine für Gutgas und der andere für das zu Brennzwecken nicht verwendbare Schwachgas. Von den Sammelrohren 11 und 12 führen Förderrohre 13 und 14 weiter zu einer Zentralstation. Die Absaugleitungen 5 münden seitlich in den Rohrleitungscontainer 8 und werden über je ein Regelventil 15 nach unten geführt, wo eine Zweigleitung mit zwei Schiebern 16 die Möglichkeit schafft, jede Absaugleitung wahlweise mit einem der beiden Sammelrohre 11 oder 12 zu verbinden. In dem anderen Container 9 sind Schränke 17 angeordnet, die Gasanalysegeräte, die erforderlichen elektrischen Anlagen und die hydraulische Einrichtung für die Regelventile enthalten. Der Verbindungskanal 10 bildet einen Durchlaß für Schlauchleitungen und Kabel, trennt jedoch die beiden Container gasdicht voneinander.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Regelventils 45, dessen Hydraulikzylinder 18 einen Kolben 19 und zur Rückstellung eine Feder 20 enthält. Am Ende der Kolbenstange sitzt ein Ventilkörper 21, der unter der Wirkung der Feder 20 den Gasdurchlaß sperrt. Über eine Steuerleitung 22, die als Hydraulikschlauch von mindestens 10 mm Durchmesser ausgeführt ist, wird der Druck des Hydraulikzylinders 18 eingestellt und damit der Ventilkörper 21 mehr oder weniger angehoben. Die Steuerleitung 22 steht über eine Strömungsdrossel 23 und ein erstes Magnetventil 24 mit einer Pumpe 25 in Verbindung. Zur Druckabsenkung wird ein Magnetventil 26, das in einer Auslaufleitung liegt, geöffnet.

Mittels eines piezoelektrischen Druckmeßgeräts 27 wird der Druck in der Steuerleitung 27 gemessen, und zwar außerhalb des explosionsgefährdeten Rohrleitungscontainers 8, z. B. im Regelungscontainer 9. Da ein quasi reibungsfreies Regelventil 15 vorausgesetzt wird und eine in der Zeichnung nicht dargestellte elektronische Einrichtung zur Kompensation der Hysterese der Rückstellfeder 20 vorgesehen ist, ist der gemessene Druck ein proportionales Maß der Ventilstellung und kann dementsprechend in Abhängigkeit von der Gasanalyse in der betreffenden Absaugleitung 5 regelungstechnisch verwertet werden.

Fig. 5 gibt ein konstruktives Beispiel eines zur Stellungserfassung nach der Erfindung hervorragend geeigneten Regelventils. Sein unterer Teil ist das eigentliche Ventilgehäuse 30 mit einem Anschlußflansch und einem topfförmigen Ventilkörper 31 aus Kunststoff. Er ist mittels eines metallischen Anschlußteils mit Außen- und Innengewinde an einer Kolbenstange 32 befestigt. Auf das Ventilgehäuse 30 ist ein unterer Zylinderteil 33 etwa gleichen Durchmessers aufgeschraubt. Zwischen ihm und dem Ventilkörper 31 ist einer Feder 34 eingespannt, die den Ventilkörper bei Abwesenheit einer Gegenkraft nach unten in seine geschlossene Stellung treibt. Auf den unteren Zylinderteil 33 ist ein mittlerer Zylinderteil 35, der sich auf einen größeren Durchmesser aufweitet und auf diesem ein oberer Zylinderteil 36 aufgesetzt. Er ist mit einem Zylinderdeckel 37 verschraubt. An dem unteren und dem oberen Zylinderteil 33 und 36 sind Umfangsflansche befestigt, die durch Schrauben 38 zusammengespannt werden können, so daß sie den mittleren Zylinderteil 35 zwischen sich einklemmen.

Die Kolbenstange 32, die außer durch den Ventilkörper 31 nur am Deckel 37 geführt ist, hat etwa in der Mitte eine Schulter 39. Sie dient als Anschlag für einen unteren, mittleren und oberen Kolbenteil 40, 41 bzw. 42, die auf die Kolbenstange aufgesteckt und durch eine Mutter 43 zusammengespannt sind. Die schematische Fig. 6 macht deutlich, wie einerseits zwischen diesen drei Kolbenteilen und andererseits zwischen den drei sie umgebenden Zylinderteilen 33, 35 und 36 zwei Rollmembranen 44 und 45 eingespannt sind. Diese Rollmembranen haben jeweils einen äußeren Wulst, die in entsprechenden stirnseitigen Ringnuten des unteren Zylinderteils 33 und des oberen Zylinderteils 36 dicht eingebettet sind. Durch die unterschiedlichen Außen- und Innendurchmesser der beiden Rollmembranen 44 und 45 ergibt sich eine Anordnung, die wie ein Differenzkolben wirkt und die Kolbenstange entgegen der Feder 34 in die obere Stellung gemäß Fig. 5 treibt, wenn der Ringraum zwischen den Rollmembranen unter Druck gesetzt wird. Die hydraulische Steuerleitung 22 wird an einer Radialbohrung 46 angeschlossen.

Die Rollmembranen haben nur eine Dicke von etwa 0,5 mm, so daß sie in den schmalen Ringspalten zwischen den Kolbenteilen und den entsprechenden Zylinderteilen Platz finden. Die untere Rollmembran 45 bewirkt gleichzeitig die Abdichtung des Ventilgehäuses 30, so daß der Ventilkörper 31 keiner eigenen Ringdichtung bedarf.

Der über den Deckel 37 nach oben überstehende Abschnitt 32a der Kolbenstange trägt eine Skale 47, die mit einer am oberen Zylinderteil 36 festgeschraubten Ablesemarke 48 zusammenwirkt. Zwischen dem Deckel und dem oberen Kolbenstangenabschnitt 32a ist eine Dichtmanschette 49 angedeutet. An ihrer Stelle läßt sich der obere Kolbenstangenabschnitt 32a mit einer durchsichtigen Haube kapseln, an der auch die Ablesemarke angebracht sein könnte.

Bezugszeichenliste

1 Deponiekörper
2 Gasschacht
3 Feld
4 Feld
5 Absaugleitung
6 Sammelstation
7 Sammelstation
8 Rohrleitungscontainer
9 Regelungscontainer
10 Kanal
11 Sammelrohr
12 Sammelrohr
13 Förderrohr
14 Förderrohr
15 Regelventil
16 Schieber
17 Schrank
18 Hydraulikzylinder
19 Kolben
20 Feder
21 Ventilkörper
22 Steuerleitung
23 Strömungsdrossel
24 Magnetventil
25 Pumpe
26 Magnetventil
27 Druckmeßgerät
30 Ventilgehäuse
31 Ventilkörper
32 Kolbenstange
32a oberer Abschnitt
33 unterer Zylinderteil
34 Feder
35 mittlerer Zylinderteil
36 oberer Zylinderteil
37 Zylinderdeckel
38 Schraube
39 Schulter
40 unterer Kolbenteil
41 mittlerer Kolbenteil
42 oberer Kolbenteil
43 Mutter
44 Rollmembran
45 Rollmembran
46 Radialbohrung
47 Skala
48 Ablesemarke
49 Dichtmanschette

Claims (8)

1. Anordnung zur Erfassung der Stellungen der Ventilkörper der Regelventile in den Absaugleitungen von Deponiegasschächten, wobei die Ventilkörper mittels je einer linearen einfachwirkendenden hydraulischen Antriebsvorrichtung und eines elastischen Rückstellsystems einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die in den hydraulischen Steuerleitungen (22) der Antriebssysteme vorherrschenden Drücke gemessen (27) und die dabei gewonnenen elektrischen Größen als Maß der jeweiligen Ventilstellung angezeigt und/oder regelungstechnisch verwertet werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Rückstellsysteme Federn (20, 34) sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß elektronische Einrichtungen zur Kompensation der Federhysterese vorgesehen sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß piezoelektrische Druckmesser (27) vorgesehen sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind zur Erkennung eines Druckabfalls unter einen bestimmten Mindestdruck in den Steuerleitungen (22) und daß diese Mittel eine Störungsmeldung auslösen.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerventile (24, 26) zur Veränderung des Drucks der hydraulischen Antriebsvorrichtungen vorgesehen sind und zwischen diesen und den Steuerleitungen (22) Strömungsdrosseln (23) eingeschaltet sind.

7. Regelventil für Deponiegas, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Kolbenstange (32) eine durch zwei Rollmembranen (44, 45) abgedichtete Differenzkolben-Anordnung vorgesehen ist.

8. Regelventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (32) oben aus dem Ventilgehäuse insgesamt herausragt und dieser überstehende Kolbenstangenabschnitt (32a) mit einer Skala (47) versehen ist und mittels einer durchsichtigen Haube abgedeckt ist.