DE19921389A1

DE19921389A1 - Verfahren zur Überwachung und Regulierung des Wasserfüllstands und des Vorspanndrucks in Membranausdehnungsgefäßen

Info

Publication number: DE19921389A1
Application number: DE1999121389
Authority: DE
Inventors: Jens Pannenborg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-05-10
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2000-11-23

Abstract

Mit einer im Wägebereich breit verstellbaren Apparatur, genannt MAGwaage kann ohne vorherige Inhaltsbestimmung, sondern einfach aufgrund einer Schätzung des Inhalts für geschlossene Druckkreisläufe ein Membranausdehnungsgefäß (MAG) richtiger Größe ausgewählt, das Verhältnis Volumen und Vorspanndruck des Gaspolsters zu dem temperaturabhängigen Wasservolumen richtig eingestellt und im weiteren Betrieb der Druck mittels einer Kombination Druckschalter plus Manometer überwacht werden. Betriebsstörungen werden in der Form eines elektrischen Signals angezeigt. Bei Fehlschätzung kann das MAG mit drei Handgriffen gegen ein größeres oder kleineres ausgewechselt werden.

Description

Apparatur und Verfahren zur Überwachung und Regulierung des Was serfüllstands und des Vorspanndrucks in Membranausdehnungsgefäßen mit gleichzeitiger Sicherstellung des Mindest-Systemdrucks und Ausschluß des Fremdlufteintritts durch Unterdruck in geschlosse nen Wasserkreisläufen.

Stand der Technik

In der Druckschrift DE 43 20 333 A1 wird eine gravimetrische Methode und Apparatur zum Bestimmen und Korrigieren des Füllzu standes in Membran-Ausdehnungsgefäßen (MAG) und zum Verhindern des unkontrollierten Sprungs vom Systemüberdruck nach Systemun terdruck vorgestellt.

Als Weiterentwicklung dieser in der Praxis bewährten Apparatur und Verfahrens wird in der Folge eine neue Apparatur beschrieben, die sowohl für die Konstruktion und für die Handhabung neue, die verfahrensgemäße Verwendung vereinfachende Merkmale enthält.

Beim Absenken von Druck kann Luft aus Wasser ausgasen (Sprudel flascheneffekt). Bei folgender Druckerhöhung kann Wasser die vor her ausgegaste Luft wieder lösen. Luft kann, wenn die Druckwech sel so deutlich ausfallen, daß sie ausgasen kann, in am Anlagen höchstpunkt angeordneten Sammeltöpfen aufgefangen und danach abgelassen werden, ohne daß spezielle Enlüfterventile erforder lich wären.

Damit aber ein Kreislaufsystem (z. B. eine Heizung) während der Betriebsphase (Heizphase) einen deutlich höheren Systemdruck haben kann, als in der Ruhephase (Temperaturabsenkung in der Nacht), ist es zwingend erforderlich, ein MAG auszuwählen, dessen Größe und Gasdruck exakt auf die jeweilige Anlage paßt, damit der Druckverlauf des MAG (MAG Kennlinie) zwischen den Extremen. . .
kalt = geodätische Anlagenhöhe + Sicherheitszuschlag als Wasser säule in Metern gerechnet und

warm = Wassersäule + zulässiger Expansionsdruck (muß tiefer lie gen als der Ansprechdruck des Sicherheitsventils)
. . . sich möglichst steil darstellt.

Dafür muß errechnet werden, um wieviel das Wasser sich beim Erwärmen ausdehnt bzw. beim Auskühlen schrumpft. Der Systeminhalt besteht aber nicht allein aus Wasser, sondern auch aus Luft, hauptsächlich Stickstoff. Gase haben ein anderes Ausdehnungsver halten als Wasser.

Da das zirkulierende Wasser also gleichzeitig eine unbekannte und veränderliche Menge an Gasen enthält, kann die zu erwartende Systemausdehnung über die Rechnung: "Ausdehnungskoeffizient von Wasser mal Temperaturspreizung" nicht ausreichend genau bestimmt werden. In der Rechnung fehlt der Anteil der Gase, die, erfolg reiche Arbeit vorausgesetzt, im Laufe der Zeit durch systemati sches Entlüften (siehe oben) wiederum weniger werden, womit das genaue Berechnen der auf Dauer zu erwartenden Wärmeausdehnung des Systeminhalts unmöglich wird.

So wird die MAG-Größe letztendlich geschätzt.

Wenn aber im Lauf der Zeit der generelle Druck durch Volumens verlust im Heizungskreislauf abfällt, sei es durch Verlust von Gas, das durch die MAG-Membrane in das Wasser diffundierte und danach über den Entlüftertopf abgeschieden wurde, oder sei es durch einen tatsächlichen Wasserverlust über ein Rohrleck oder Ablaß über das Sicherheitsventil, kann nicht entschieden werden, was und wieviel von jedem nachgefüllt werden muß: Gas und/oder Wasser, weil das Systemmanometer nicht den Vorspanndruck (Gasvor druck) des wasserleeren Gefäßes anzeigt, sondern lediglich den momentanen Systemdruck.

Üblicherweise wird aber angenommen, daß das Systemmanometer den Gasvordruck anzeigt und daß man durch Nachfüllen von Wasser den korrekten Druck wieder herstellen kann. Dieser Irrtum bewirkt, daß die für jedes System individuell einzustellende Wasser-Auf nahmemenge des MAG im Verhältnis zum Gasdruck und der Gasmenge danach nicht mehr stimmt und das MAG seine Aufgabe als Druckpol ster in den Grenzen des festgelegten Temperaturbereichs und Systemvolumens nicht mehr erfüllen kann. Daraus folgt, daß in der Warmphase das MAG nicht mehr die Soll-Wassermenge aufnimmt und daß in der Kaltphase die Wassermenge, um die das System schrumpft nicht in das System zurückgedrückt wird. Das wiederum bewirkt, daß bei jedem Auskühlen (z. B. Temperaturabsenkung in der Nacht) das System, beginnend am höchsten Punkt, einen Unterdruck entwic kelt, wodurch Luft von außen angesaugt, bzw. von außen nach innen gedrückt wird.

Die vorliegende Erfindung vermeidet diesen Nachteil dadurch, daß ein MAG nicht, wie bis heute üblich, starr an eine Wand 35 oder den Boden montiert und von dort mit dem System verbunden wird, sondern, daß das MAG in eine Feder-Wägevorrichtung, genannt MAG waage, eingehängt wird. So ist es möglich zu bestimmen, ob Gas oder Wasser oder beides fehlt und wenn ja, wieviel von beidem.

Beschreibung

Die Fig. 1a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer solchen MAG waage in der Seitenansicht.

Fig. 1b zeigt bei weggeklapptem Kon solenblech die Mechanik der MAGwaage.

Die Fig. 2 und 3 zeigen Details des Gerätes in der Vorder ansicht.

Fig. 4 zeigt die Zusammenstellung des Gerätes in der Vordersansicht.

Die Fig. 5a-b zeigen Funktionsbeispiele der MAGwaage.

Fig. 5a zeigt die Anzeigeskala 11 mit Anzeige eines störungsfreien Betriebszustands.

Fig. 5b zeigt die Anzeigeskala 11 im gestörten Betriebszustand:
MAG 19 zu leicht und/oder Gasdruck zu hoch

Fig. 5c zeigt die Anzeigeskala 11 im gestörten Betriebszustand:
MAG 19 zu schwer und/oder Gasdruck zu gering.

Zwei vorzugsweise aus Stahlblech hergestellte Konsolen 1 enthal ten eine Reihe von spiegelbildlich gegenüber angeordneten Bohrun gen 2. Zwischen den Konsolen 1 ist ein Wägebalken 3 auf einer Achse 4 montiert, die in den Konsolen 1 befestigt ist. Der Wäge balken 3 enthält über seine nutzbare Länge eine ausreichende Anzahl an Bohrungen 5 gleichen Durchmessers wie die Bohrungen 2 in der Konsole 1.

Die Kraft der Feder 6 mal Kraftarmlänge bestimmt die maximal mög liche Last. Die maximale Strecklänge der Feder 6 wird durch die Länge der Hublängenbegrenzung 7 (z. B. eine Kette) bestimmt.

Das MAG 19 wird über die Aufhängung 18 an den Lastbolzen 15 im Wägebalken 3 aufgehängt. Mit den Gewindestangen 20 und Stellmut tern kann das MAG in der Aufhängung waagerecht ausgerichtet wer den.

Der Schlauch 25 verbindet den Verteiler- und Anschlußblock 21 mit dem MAG 19.

Die Feder 6 und die Hublängenbegrenzung 7 sind am Ankerbolzen 34 des Wägebalkens 3 befestigt.

Das Seil 8 ist am Kraftbolzen 14 befestigt und wird über den Kraftbolzen 14 und die Führungsösen 16 und 17 umgelenkt.

Die Hublängenbegrenzung 7 verhindert ein Überstrecken der Feder 6 und bestimmt dadurch gleichzeitig die Höhe des Anzeigebereichs 12 Das Seil 8 schleppt den Zeiger 10 über die Anzeigeskala 11. Die Anzeigetafel 13 ist schräg gestellt, damit der Zeiger 10 in jeder Position bündig aufliegt.

Das besondere Merkmal dieser Konstruktion ist die breite Ein stellmöglichkeit des Wägebereichs = Anzeigebereich 12 bzw. Hubweg 9 des Zeigers 10, einmal gegeben durch das Verschieben des Drehpunkts 4 am Wägebalken 3 in eine andere Bohrung des Wägebal kens 3 und andere Bohrung 2 in der Konsole 1 und zum anderen durch Auswahl einer oder mehrerer Federn 6 dazu passender Stärke. Das heißt, es ist möglich, das Längenverhältnis Lastarm. Kraft arm beliebig zu verändern und außerdem durch Wahl der Feder(n) 6 die wirkende Kraft zu bestimmen. So kann die MAGwaage im Rahmen der konstruktiv vorgegebenen zulässigen Gesamtbelastung für das Wägen von Membranausdehnungsgefäßen 19 der unterschiedlichsten Größen verwendet werden.

Der Hubweg 9 bestimmt den Weg des Zeigers 10 auf der Anzeigetafel 13. Der Weg entspricht dem Gewicht des durch die Wasserausdehnung oder -schrumpfung in das MAG 19 ein- oder ausgetretenen Wassers.

Zur Kalibrierung der MAGwaage wird deshalb, ohne daß man das Aus dehnungsvolumen im voraus kennen muß, die Zeigerposition bei minimaler Systemtemperatur 31 an der Skala markiert und anschlie ßend, nach Hochfahren der Anlage auf maximale Temperatur, die Zeigerposition am maximalen Stand 32 markiert. Die vertikale Achse der Anzeigeskala 11 zeigt das Gewicht, und die horizontale Achse zeigt die Systemtemperatur an, die zweckmäßigerweise am Eintritt in den Wassererhitzer gemessen wird.

Die Linie, die zwischen den Anzeigepunkten Temperatur/Gewicht 'minimal' 31 und Temperatur/Gewicht 'maximal' 32 gezogen werden kann, ist die sogenannte MAG-Kennlinie 33.

Ist sie zu flach, so daß der max. Zeigerhub 9 kürzer ist als der Anzeigebereich 12 zuläßt, ist der Druckunterschied zwischen kalt und warm zu klein. Die Ursache: das MAG 19 ist zu groß dimensio niert und/oder der Lastarm ist zu kurz gewählt.

Ist sie zu steil, so daß der max. Zeigerhub 9 länger ist, als das Anzeigebereich 12 zuläßt, das heißt, die Hublängenbegrenzung 7 hat den Wägebalken 3 arretiert, oder das Sicherheitsventil der Kreislaufanlage hat geöffnet, dann ist der Druckunterschied zwi schen warm und kalt zu groß. Die Ursache das MAG 19 ist zu klein dimensioniert und/oder der Lastarm ist zu lang gewählt.

Abhilfe: Verhältnis Lastarm: Kraftarm durch Versetzen des Dreh punktes verändern und/oder eine stärkere Feder 6 wählen und/oder ein MAG anderer Größe einsetzen.

Durch das Anhängen von Gewichten kann, wenn es beliebt, der Hub weg 9 in Schritte von z. B. Kilogramm unterteilt werden, so daß eine Gewichtsskala von 'kalt' nach 'warm' entsteht. Man kennt dann die Gewichtsveränderungen in kg.

Das Manometer 26 zeigt den jeweiligen Systemdruck an. Hilfsweise kann durch Schließen des Ventils 23 und Öffnen des Ventils 24 das MAG 19 wasserleer gestellt werden, so daß der dann am Manometer 26 angezeigte Druck der tatsächliche Vorspanndruck des MAG 19 ist. Der Vorspanndruck in bar muß mindestens geodätische Anlagen höhe (das Maß vom tiefsten bis höchsten Punkt des Kreislaufs) × 0,1 betragen zuzüglich einen Sicherheitszuschlag von 0,2-0,5 bar. Erforderlich ist dieser Arbeitsschritt in der Praxis nicht, weil mit Hilfe der MAGwaage zum Systemdruck der jeweilige Wasserinhalt (Gewicht) des MAG 19 angezeigt wird.

Zur automatischen Drucküberwachung wird ein Druckschalter 27 auf einen Schaltdruck von Anlagenhöhe × 0,1 zuzüglich 0,1-0,2 bar Sicherheitszuschlag eingestellt. Der Druckschalter 27 enthält einen kleinen elektronischen Schaltkreis, der entweder über ein Netzteil oder über eine Batterie mit Strom versorgt wird.

Die Leuchte 28 zeigt den ordnungsgemäßen Betrieb an. Fällt der Systemdruck (z. B. während der Temperaturabsenkung in der Nacht) auf die Höhe des eingestellten Schaltdrucks, startet ein Warnsi gnal in der From einer roten Alarmleuchte 29 die selbst dann nicht erlischt, wenn der Druck wieder steigen sollte (z. B. bei Temperaturerhöhung an nächsten Morgen). Über eine Klemme kann das Signal zur Fernanzeige nach draußen gegeben werden. Das Rückset zen erfolgt durch kurzzeitiges Unterbrechen der Stromzufuhr.

Zum Einstellen des Druckschalters 27 wird Ventil 22 am Verteiler- und Anschlußblock geschlossen und damit das MAG 19 abgesperrt. Durch das Schließen von Ventil 23 und Öffnen von Ventil 24 kann der Druckschalter 27 belastet und ungekehrt entlastet werden. Das ermöglicht auf einfache Weise die sehr genaue Einstellung während des Betriebs.

Da der Druckschalter 27 schaltet, bevor das System einen Unter druck entwickelt, bedeutet dies für den praktischen Betrieb, daß eine Überprüfung des MAG 19 nur dann erforderlich ist, wenn das Warnsignal ansteht. Das reduziert den Wartungsaufwand beträcht lich.

Die MAGwaage kann, wie dargestellt an einer Wand 35 befestigt werden. Andere Arten der Befestigung (hier nicht dargestellt), wie z. B. an der Decke oder an einem horizontal verlaufenden Trä ger sind möglich.

Bezugszahlen Liste der Bezugszahlen in den Figuren

1

Konsolen

2

Bohrungen in den Konsolen

3

Wägebalken

4

Achse Wägebalken

5

Bohrungen im Wägebalken

6

Feder

7

Hublängenbegrenzung

8

Seil

9

Hubweg

10

Zeiger

11

Anzeigeskala

12

Anzeigebereich

13

Anzeigetafel

14

Kraftbolzen

15

Lastbolzen

16

Führungsöse für Seil

8

17

Führungsöse für Seil

8

18

Aufhängung

19

Membranausdehnungsgefäß (MAG)

20

Gewindestangen mit Stellmuttern

21

Verteiler- und Anschlußblock

22

Anschlußventil MAG

23

Anschlußventil System

24

Ablaßventil

25

Verbindungsschlauch MAG-MAGwaage

26

Manometer

27

Druckschalter

28

Leuchte Betrieb

29

Leuchte Alarm

30

Temperatur Bereichsfelder

31

Temperatur/Gewicht minimal

32

Temperatur/Gewicht maximal

33

MAG-Kennlinie

34

Ankerbolzen

35

Wand

Claims

1. Verfahren zur Überwachung und Regulierung des Wasserinhalts und des Membranvorspanndrucks in Membran-Ausdehungsgefäßen (MAG) zur Sicherung des Betriebsüberdrucks in geschlossenen Wasser kreisläufen, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserinhalt von MAG's durch Wägung bestimmt und auf einer Anzeigetafel im Ver hältnis Gewicht : Wassertemperatur in der Form einer charakteristi schen und anlagenbezogenen MAG-Kennlinie angezeigt wird und daß der Soll-Systemüberdruck mit Hilfe eines Druckschalters überwacht wird.

2. Vorrichtung zum Wägen eines MAG, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Wasseraufnahme und Wasserabgabe wechselnde Gesamtge wicht eines MAG mittels einer Federwaage ermittelt und das Meßer gebnis durch mechanische Übertragung über einen Zeiger 10 auf einer Anzeigetafel dargestellt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wägung auch durch eine elektronische Waage erfolgen kann und daß das Meßergebnis in der Form von Soll- und davon abweichenden Ist-MAG-Kennlinien auf einem elektronischen Display dargestellt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung des Wägebalkens 3 in Lastarm und Kraftarm durch einen verstellbaren Drehpunkt in den vorgegebenen konstruktiven Grenzen beliebig veränderbar ist und daß ebenso die wirkende Kraft in der Form einer oder mehrerer Federn größerer oder kleinerer Stärke veränderbar ist, wobei ein Überstrecken der Feder 6 durch eine Hublängenbegrenzung 7 ausgeschlossen wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Weg des Kraftarms über ein geführtes Seil 8 auf einer schräg nach vorne angeordneten Anzeigetafel einen dort aufliegenden Zeiger 10 bewegt, dessen maximaler Gesamtweg durch die Hublängenbegrenzung 7 bestimmt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit tels Betätigung der in dem Verteilerblock enthaltenen Ventile und des Manometers der Druckschalter eingestellt und einreguliert werden kann, ohne daß das zu überwachende Kreislaufsystem berührt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckschalter nach dem Schalten ein Warnsignal herausgibt, das selbsthaltend ist und nur durch einen extra Arbeitsschritt gelöscht werden kann.