DE2204025C3 - Euirichtung zur Erzeugung eines elektrischen Steuersignals für die Betätigung eines in einer Rohrleitung angeordneten Schiebers bei Druckabfall innerhalb der Rohrleitung infolge eines Lecks - Google Patents
Euirichtung zur Erzeugung eines elektrischen Steuersignals für die Betätigung eines in einer Rohrleitung angeordneten Schiebers bei Druckabfall innerhalb der Rohrleitung infolge eines LecksInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Steuersignals für die
Betätigung eines in einer Rohrleitung angeordneten Schiebers, wenn infolge eines Lecks der Druck des
in der Rohrleitung befindlichen Mediums schneller als mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit abfällt, wobei
ein Vergleich eines dem augenblicklichen Druck entsprechenden Drucksignals mit einem einem Bezugsdruck
entsprechenden Bezugssignal vorgesehen ist. Eine derartige Einrichtung ist bekannt (Lapis, Nr.
54, März 1963, Seiten 20, 21).
In vielen Fällen ist es erwünscht, Schieber oder Ventile automatisch oder halbautomatisch zu steuern.
Der Zweck der Steuerung kann dabei darin bestehen, einen Schieber oder ein Ventil unter bestimmten Bedingungen
zu schließen oder zu öffnen oder in Abhän-
ijo gigkeit von einem selbsttätig erzeugten oder von Hand
ausgelösten Signal einen vorbestimmten Arbeitsvorgang zu bewirken. Bei Rohrfernleitungen zum Transport
von Erdgas oder Erdölerzeugnissen hat es sich beispielsweise als wünschenswert erwiesen, eine Vorrichtung
zum selbsttätigen Sperren eines oder mehrerer Leitungsventile oder -schieber bei Auftreten eines
infolge eines Rohrleitungsbruchs erfolgenden raschen
Druckabfalls in der Rohrleitung vorzusehen.
Zu diesem Zweck sind bereits mechanische Vorrichtungen bekannt (»Grove Cylinder Operators«
Bulletin Nr. 215, 1963), welche den Durchfluß in der
Rohrleitung in Abhängigkeit von einem Leitungsbruch sperren. Bei diesen bekannten Vorrichtungen
wird der in der Rohrleitung herrschende Druck konti·
6S nüierlich überwacht und mit dem Druck in einem Bezugsbehälter
verglichen, der über eine enge Durchflußöffnung mit dem Inneren der Rohrleitung in
Verbindung steht. Die öffnung kann dabei mit einem
22 04 02ö
Einwegventil versehen sein, so daß bei Druckanstieg in der Rohrleitung Gas durch die öffnung und das
Ventil hindurch in den Bezugsbehälter eintreten kann. Bei Druckabfall innerhalb der Rohrleitung verschließt
das aus dem Bezugsbehälter austretende Gas das Einwegventil und ruft einen Druckabfall an dem Ventil
und der öffnung hervor. Bei einer derartig ausgebildeten Vorrichtung wird der Druck an der öffnung
im allgemeinen vermittels eines Gerätes gemessen, das aus einem in einem Zylinder verschiebbaren Kolben
besteht, wobei der Zylinder mit beiden Seiten der öffnung in Verbindung steht, so daß die Kolbenstellung
innerhalb des Zylinders durch das an der öffnung herrschende Druckdifferential bestimmt ist. Die Stellung
des Kolbens wird vermittels; geeigneter Vorrichtungen wie z. B. eines elektrischen Schalters ermittelt
und eine durch den Schalter gesteuerte elektrische Schaltung setzt einen Antrieb für den Schieber oder
das Ventil in Betrieb. Der Schieberantrieb kann dabei in an sich bekannter Weise elektrisch, pneumatisch
oder hydraulisch ausgelegt sein.
Bei Schieber- und Ventilsteuerungen mit einer aus einer engen öffnung bestehenden Vorrichtung zum
Abfühlen eines Druckabfalls treten verschiedene Schwierigkeiten auf. Beispielsweise führt die Ausdehnung
des von einer engen Öffnung abgegebenen Gases zu einer natürlichen Abkühlung des Gases, die zu einem
Gefrieren von Gasbestandteilen und damit zur Blockierung führen kann. Diese Schwierigkeiten treten
insbesondere bei kohlendioxidhaltigen Stoffen, jedoch auch bei Erdgas auf. Außerdem ergibt sich die
Schwierigkeit, daß Temperaturunterschiede zwischen Bezugsbehälter und Rohrleitung Druckunterschiede
zur Folge haben, die zu erheblichen Ungenauigkeiten im Betrieb der Vorrichtung führen können. Weiterhin
weisen derartige Vorrichtungen auf Grund ihrer mechanischen Arbeitsweise stets eine gewisse Reibung
auf, durch weiche zusätzliche Ungenauigk'eiten hervorgerufen
ν erden. Hinzu kommt, daß sich die bekannten Vorrichtungen nicht für große Leistungsdruckschwankungen
verwenden lassen.
Die eingangs genannte bekannte Einrichtung weist eine Differenzierschaltung mit einem Verstärker in
Verbindung mit Widerständen und Kondensatoren auf, dessen Ausgang ein Relais steuert, von dessen
Kontakten ein weiteres Relais angesteuert wird, welches Kontakte für die Abgabe eines Warnsignals
durch eine Sirene betätigt. Die Spannung am Verstärkerausgang steigt mit abhllendem Druck in der Leitung,
so daß die Abgabe des Signals aus dem Verstärker von einem festen Be/.ugswert abhängt. Wenn
dieser infolge abfallenden Druckes in der Rohrleitung unterschritten wird, wird ein Alarmsignal ausgelost,
und zwar mittels verschiedener Kontakte je nachdem, ob der Druck rasch abfällt oder langsam absinkt.
Die Abgabe eines Warnsignals in Abhängigkeit von einem festen Vergleichswert hat aber den Nachteil,
daß er in vielen Fällen /u Iruh, in anderen Fällen zu spät erfolgt. Überschreitet beispielsweise der Druck
an der Meßstell«: den Üblichen Wert, so ist es möglich,
daß zur Meldung eines Druckabfalls auf Grund eines Lecks eine wesentlich längere Zeit verstreicht, als
wenn der Druck an der Meßstelle den üblichen, bei der Justierung der Warnschaltung berücksichtigten
Wert hat. Während dieser Zeit können erhebliche Mengen an möglicherweise giftigen oder schädlichen
Stoffen aus der Rohrleitung austreten, ohne daß Gegenmaßnahmen ergriffen werden können. Andererseits
kann der Druck langfristig unter dab übliche Maß langsam absinken. In diesem Fall wird bei einem konstanten
Vergleichswert ein Signal ausgelöst, obgleich kein Leck in der Leitung aufgetreten ist. Zwar werden
kurzfristige Druckschwankungen mittels der Differenzierschaltung bei der bekannten Einrichtung gedämpft,
so daß ein mittlerer Druckwert zur Durchführung der Regelaufgabe zur Verfügung steht. Jedoch
reicht eine solche Dämpfung allein nicht aus, um beim
ίο Absinken des Druckniveaus die Abgabe eines Signals
zu verhindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden,
daß Steuersignale nur bei einem zeitlich schnell erfolgenden Druckabfall unabhängig vom jeweiligen
an der Meßstelle herrschenden Druc.kniveau abgegeben werden.
Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsge-^äß dadurch ge-
ao löst, daß dai Bezugssignal dem mittlren Druck in der
Rohrleitung angepaßt ist, daß wenn - infolge eines Druckabfalls - das Drucksignal kleiner wird als das
Bezugssignal, ein mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit ansteigendes Sägezahnsignal erzeugt wird, daß
das Sägezahnsignal und das Drucksignal durch Addition zu einem Verbundsignal zusammengefaßt werden,
daß das Verbundsignal mit dem Bezugssignal verglichen wird und daß entweder bei Gleichheit von
Verbund- und Bezugssignal oder Überwiegen des Verbundsignals, das Bezugssignal um einen vorbestimmten
Wert verkleinert oder, wenn das Verbundsignal über eine vorbestimmte Zeitspanne kleiner ist
als das Bezugssignal, das Steuersignal für die Betätigung des Rohrleitungsschiebers ausgelöst wird.
Auf diese Weise wird erreicht, daß die Abgabe eines Steuersignals für den Rohrleitungsschieber nur
beim Auftreten eines wirklichen Lecks oder Leitungsbruches erfolgt, im Falle einer unschädlichen Druckänderung
aber vermieden wird.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert, welche ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung veranschaulichen: Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Steuerung eines Schiebers in einer Rohrleitung,
Fig. 2 einen Schaltplan eines Differenzverstärkers, einer Speicherstufe und einer Speicherrückstellstufe
der in der Fig. 1 dargestellten Schiebersteuereinrichtung,
Fig. 3 einen Schaltplan einer Schiebersteuereinrichtung
in Verbindung mit der Einrichtung nach de; Fig. 1 und
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Folgesteuerung,
die in Verbindungmit der Steuereinrichtung nach Jer
Fig. 1 zur wiederholten Prüfung des Rohileitungsdruckes
vor der endgültigen Schließung der Rohrleitung vorgesehen ist.
Die in Fig. 1 d?rgestellte Einrichtung weist einen
Druckfühler oder -wandler 10 zur Überwachung des Röhfleitungsdfucks auf. Bei der bevorzugten Ausführungsform
besteht dieser Fühler aus einem druckempfindlichen Widerstandselement, das in das durch die
Rohrleitung strömende Medium eingetaucht ist. Ein Stromgenerator 11 erzeugt einen Strom, dessen
Größe durch den Widerstand des Druckfühlers 10 bestimmt ist. Auf diese Weise wird ein Drucksignal erzeugt,
dessen Strom dem augenblicklichen Druck in der Rohrleitung entspricht.
Das Drucksignal wird einem Eingang einer Summierschaltung
12 zugeführt, die bei der bevorzugten Aüsführüngsform aus einem Festwiderstand 13 und
einem Potentiometer 14 besteht. Der Summierschaltung 12 wird außerdem ein zweites Eingangssignal von
einem Sägezahngenerator 16 und einem Stromgene^
rator 17 zugeführt. Durch diese Generatoren wird an der Summierschaltüng 12 eine Sägezahnspannung erzeugt,
die von einem Anfangswert null aus linear ansteigt. Das Sägezahnsignal wird über einen verstellbaren
Abgriff des Potentiometers 14 an die Summierschaltung 12 angelegt, wobei die Geschwindigkeit, mit
welcher die Sägezahnspannung zunimmt, durch die Verstellung des Potentiometers 14 veränderbar ist.
Diese Geschwindigkeit wird im allgemeinen so eingestellt, daß sie dem in der Rohrleitung höchstzulässigen
betriebsmäßigen Druckabfall entspricht und liegt im allgemeinen unterhalb der bei einem Kohrleitungsbruch
auftretenden Druckabfallgeschwindigkeit. Das Potentiometer 14 läßt sich gegebenenfalls auch durch
mehrere in Reihe geschaltete Festwiderstände ersetzen, wobei dann zur Einstellung der gewünschten Anstiegsgeschwindigkeit
das Sägezahnsignal an einen Abgriff zwischen zwei Widerständen angelegt wird.
Der Ausgang der Summierschaltung 12 wird durch eine in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 19 bezeichnete
elektrische Leitungen den einen Eingntu· ein^s Differenzverstärkers
18 angelegt. Der als Vergleicher dienende Differenzverstärker erhält außerdem ein zweites
Eingangssignal über die elektrische Leitung 22 von einer Speicherstufe 21 zugeführt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht die Speicherstufe 21 aus einem Speicherkondensator 23,
der mit dem Differenzverstärker 18 über eine elektrische Leitung 24 in der Weise verbunden ist, daß die
Kondensatoraufladung gesteigert wird, wenn das von der Summierschaltung 12 abgegebene Signal größer
ist als das des Speicherkondensators. Somit wird der Kondensator 23 auf eine Bezugssignalspannung aufgeladen,
deren Größe dem mittleren oder normalen Druck in der Rohrleitung entspricht, und die Kondensatoraufladung
bleibt auf diesem Bezugswert, auch wenn die Größe des Drucksignals abnimmt.
Der Ausgang des Differenzverstärkers 18 wird durch einen ersten Pegeldetektor 26 über eine elektrisehe
Leitung 27 überwacht. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht der erste Pegeldetektor 26 aus
einem Schmitt-Trigger, der dann anspricht, wenn die Größe des von der Summierschaltung 12 abgegebenen
Signals unter dt-, des in dem Kondensator 23 gespeicherten
Bezugssignals abfällt. Der Pegeldetektor 26 steuert den Betrieb des Sägezahngenerators 16 in der
Weise, daß der Sägezahngenerator 16 durch Ansprechen des Pegeldetektors 26 angeschaltet wird. Der
Pegeldetektor 26 setzt außerdem über eine elektrische Leitung 29 eine Speicherrückstell- oder -löschstufe 28
in Betrieb, um die Aufladung des Speicherkondensators 23 zu verringern. Diese Rückstellung erfolgt
dann, wenn der Pegeldetektor in seinen Ausgangszustand zurückkehrt, und stellt ein zweckmäßiges Mittel
zum Abbau einer zusätzlichen Kondensatoraufladung dar, die dann erfolgt, wenn das von der Summierschaltung
12 abgegebene Sägezahnsignal größer ist als das gespeicherte Bezugssignal. Der Differenzverstärker
18 dient zwar zum Aufladen des Kondensators 23, wenn das Summiersignal größer ist als das Bezugssignal,
entlädt jedoch den Kondensator nicht. Daher ist die getrennte Speicherrückstellstufe 28 vorgese
Der Ausgang des Sägezahngenerators 16 wird von einem zweiten Pegeldetektof 31 überwacht, der von
herkömmlicher Ausführung ist und dann anspricht, wenn das Sägezahnsignal einen Wert erreicht, welcher
dem Zeitpunkt entspricht, zu dem der Schieber betätigt und der Durchgang von Medium zu dem Bereich,
in welchem sich der Fühler 10 befindet, Unterbrochen werdensoll. Entsprechend der Darstellung von Fig. 1
ist der Ausgang des Pegeldetektors 31 mit einem herkömmlichen Relaisverstärker 32 verbunden, der die
Betätigung eines Relais 33 steuert. Dieses Relais ist entsprechend der bevorzugten Ausführungsform ein
Stromstoß- oder Haftrelais mit zwei Anschlußklemmen 34, 34, die im Erregungszustand des Relais elektrisch
miteinander gekoppelt sind. Die Anschlußklemmen 34 können gegeben, ^falls mit der Schkbersteuervornchtung
verbunden sein und zum Üttnen oder Schließen des Schiebers dienen.
Die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung ist wie folgt: Dazu sei angenommen, daß der
Druckfühler oder -wandler 10 dem Druck in einer Rohrleitung auf der Abstromseite eines Schiebers
ausgesetzt ist und daß die Anschlußklemmen 34, 34 des Relais 33 derart mit der Schiebersteuerung verbunden
sind, daii der Schieber bei Erregung des Relais
geschissen wird. Solange wie das Drucksignal wenigstens die Größe des in dem Speicherkondensator 23
gespeicherten Bezugssignals aufweist, hält der Pegeldetektor 26 den Sägezahnge;'ruiior 16 im Abschaltzustand
und der Ausgang der Summierschaltung 12 besteht lediglich aus dem Drucksignal. Wenn das
Drucksignal größer wird als das Bezugssignal, wird der Kondensator 23 aufgeladen und bringt das Bezugssignal
auf den Wert des Drucksignals. Wenn das Drucksignal unter den Wert des Bezugssignals abfällt,
spricht der Pegeldetektor 26 an und schaltet den Sägezahngenerator 16 an. Der Ausgang des Sägezahngenerators
16 wird in der Summierschaltung 12 mit dem Drucksignal zusammengefaßt und das auf diese Weise
erhaltene Verbundsignal wird in dem Differenzverstärker 18 mit dem Bezugssignal verglichen. Wenn der
Druck in der Rohrleitung mit der durch den Sägezahngenerator vorgegebenen Geschwindigkeit oder
langsamer abnimmt, wodurch das Nichtvorhandensein eines Lecks oder eines Bruchs in der Rohrleitung
angezeigt wird, ist das Verbundsignal wenigstens ebenso groß wie das Bezugssignal. Sobald der Pegeldetektor
26 diesen Zustand ermittelt, schaltet er den Sägezahngenerator ab und veranlaßt, oaß die
Speicherrückstellstufe 28 die Speicherkondensatoraufladung verringert. Wenn der Druck jedoch schneller
als mit der durch den Sägezahngenerator 16 eingestellten Geschwindigkeit abfällt und das Vorhandensein
eines Lecks oder eines Bruchs in der Rohrleitung anzeigt, fällt auch das Summen- oder Verbundsignal
unter das Bezugssignal ab, so daß der Pegeldetektor 26 den Sägezahngenerator 16 im Eisnchaltzustand
hält. S-obald der Ausgang des Sägezahngenerators 16 den durch den Pegeldetektor 31 vorgegebenen Wert
erreicht, wird das Haftrelais 33 ausgelöst, wodurch der Schieber geschlossen wird. Sobald das Leck oder
der Bruch in der Rohrleitung beseitigt worden ist, wird
die Schiebersteuerung von Hand rückgestellt.
Eine bevorzugte Ausführungsform von Differenzverstärker
18, Speicherstnfe 21 und Speicherrückstellstufe 28 ist in Fig. 2 dargestellt. Dem Differenzverstärker
18 wird durch eine elektrische Leitung 19
von der Summierschaltung 12 ein erstes Eingangssi- freien Atmosphäre. Die Ventile 68 und 71 gestatten
gnal und durch eine elektrische Leitung 22 von der das Simulieren eines Druckabfalls in der Rohrleitung
Speicherstufe "i\ ein zweites Eingangssignal züge- zum Zwecke der Überprüfung der Einrichtung,
führt. Das Signal der Sümmierschaltung 12 wird an Der Schieber 61 wird mittels einet1 hydraulischen
die Basis eines Transistors 41 angelegt, während das 5 Schiebersteuerung 76 wie z. B, mittels eines doppek-Signal
der Speicherstufe 21 an die Basis eines anderen wirkenden Hydraulikzylinders mit Kolben betätigt,
Transistors 42 angelegt wird, per Transistor 42 und wobei der Kolben mit der Schieberstellstange verbunein
Transistor 43 bilden ein Darlington-Transistor- den ist. Der Steuervorrichtung wird Medium durch
paar, das im Vergleich zu einem einzelnen Transistor die Hydraülikleitürigen 77 und 78 von einer Pumpe
eine geringere Stromentnahme von dcni Kondensator 10 79 und einem Vorratsbehälter 81 zugeführt. Der
23 aufweist. Der Transistor 41 und das Darlington- Pumpe 79 ist ein Entlastungsventil 82 parallelgeschal-Transistorpaar
42. 43 bilden ein erstes Differenz- tet, für den Fall, daß der Pumpendruck einen vorbe-Transistorpaar,
dessen Betriebsstrom von einem stimmten Höchstwert überschreiten sollte. Ein zwi-Konstnntstromgenerator
44 geliefert wird Der Aus- sehen den Leitungen 77 und 78 geschaltetes
gang des Transistors 41 ist an die Basis eines Transi- 15 Vierwegventil 83 dient zur Steuerung der Durchflußstors
46 angelegt, und der Ausgang des Darlington- ' richtung zu der hydraulischen Schiebersteuerung 76 |
Transistorpaars 42, 43 ist an die Basis eines und damit der Richtung der Schieberverstellung bei |
Transistors 47 angelegt. Die Transistoren 4« und 47 in Betrieb ueiindüdici Pumpe. Das Vierwegvenul S3 η
bilden ein zweites Differenz-Transistorpaar. Der KoI- ist von Hand, vermittels eines Elektromagneten oder «*
lektor des Transistors 46 ist durch die elektrische Lei- ao einer pneumatischen oder hydraulischen Stellvorrichtung
24 mit dem Speicherkondensator 23 verbunden. tung betätigbar. Die Pumpe 79 soll aus einer Pumpe
Wenn das Summen- oder Verbundsignal größer ist vom Verdrängertyp bestehen und wird bei dem hier
als das Bezugssignal, ist der Transistor 46 angeschal- dargestellten Ausführungsbeispiel vermittels eines
tet, und der Speicherkondensator 23 wird durch die- pneumatischen oder Gasmotors 86 angetrieben. Eine
sen Transistor aufgeladen. Wenn das Summensignal 25 Kurbel 87'gestattet auch gegebenenfalls einen Hand- |
kleiner ist als das Bezugssignal, wird der Transistor betrieb der Pumpe. *
47 angesteuert und entwickelt einen Spannungsabfall Der Motor 86 wird entsprechend der Darstellung
an einem zwischen der Basis des Transistors 47 und durch aus der Rohrleitung 62 entnommenes Gas ander
negativen Klemme der Stromquelle geschalteten getrieben, das diesem von der Leitung 67 über eine
Wi-erstand 48. Dieser Spannungsabfali wird durch 30 Leitung 87, ein Ventil 88 und eine Schmier- und FiI-die
elektrische Leitung 27 an den Eingang des Pe- tervorrichtung 89 zugeführt wird. Die Betätigung des
geldetektors 26 angelegt. Ventils 88 wird mittels eines durch einen Elektroma-
Die Speicherstufe 21 besteht aus einem Kondensa- gneten betätigten Steuerventils 91 gesteuert. Das
tor 23, der bei der bevorzugten Ausführungsform ei- Ventil 88 besteht aus einem Schieberventil mit kolnen
Wert in der Größenordnung von 3400 μΡ hat. 35 benförmigem Ventilglied und einem Ventilsitz, zwi-
Die Speicherlöschstufe 28 weist einen Transistor sehen denen der Gasdurchsatz durch das Ventil ge- |
51 und ein Zeitglied aus einem Kondensator 52 und steuert wird. Das eine Ende des Kolbens steht in |
einem Widerstand 53 auf. Wenn der Pegeldetektor Eingriff mit dem Sitz und verschließt das Ventil, wäh-26
zündet, wird der Transistor 51 durchgesteuert und rend an dem anderen Kolbenende eine abgeschlosverbleibt
während einer durch die Werte von Kon- 40 sene Kammer vorhanden ist, in die ein Medium eingedensator
52 und Widerstand 53 vorgegebenen Zeit- führt wird, welches den Kolben gegen den Ventilsitz
spanne im durchgesteuerten Zustand. Im durchge- beaufschlagt. Die Leitung 87 steht mit beiden Seiten
steuerten Zustand des Transistors 51 entlädt sich des Ventilkolbens in Verbindung, wobei das durch die |
der Kondensator 23 über den Transistor 51 und einen Leitung 87 in die Kammer zugeführte Gas eine Drosim
Emitterkreis des Transistors geschalteten Wider- 45 selstelle 88a durchläuft. Der der Kammer zugewandte
stand 54. Somit bestimmen Kondensator 52 und Wi- Abschnitt des Kolbens weist eine größere Fläche als
derstand 53 die Zeitspanne, während der der Spei- der dem Sitz zugewandte Kolbenabschnitt auf, so daß
cherkondensator 23 entladen wird, wohingegen der das durch die Leitung 87 zugeführte Gas den Ventil-Widerstand
54 die Entladungsgeschwindigkeit vor- schieber normalerweise in der Schließstellung hält,
gibt. 50 Das Elektromagnetventil 91 gestattet die Entlüftung
In Fi g. 3 ist eine Anwendung der Steuereinrichtung der Kolbenkammer zur freien Atmosphäre, wodurch
von Fig. 1 in Verbindung mit einer Ausführungsform das Ventil geöffnet wird. Ein Nebenstrom ventil 90 ist
einer hydraulischen Schiebersteuerung dargestellt. dem Schieberventil 88 parallelgeschaltet und gestat-Der
Schieber 61 steuert den Durchgang eines Medi- tet, falls erwünscht, von Hand Gas dem Motor 86 zuums
durch eine Rohrleitung 62. Das Medium wird 55 zuführen.
von der Rohrleitung 62 vermittels jeines Wechsel- oder Das Elektromagnetventil 91 wird durch das Relais
Pendelventils 63 und der Rohrleitungen 64 und 66 33 der Steuereinrichtung von Fig. 1 gesteuert. Die
entnommen. Die Leitungen 64 und 66 sind jeweils zur Erregung des Elektromagneten benötigte Energie
auf entgegengesetzten Seiten des Schiebers 61 mit der wird von einer Batterie oder einer anderen Energie-Rohrleitung
62 verbunden und das Wechselventil 63 60 quelle 92 geliefert. Die eine Batterieklemme ist durch
führt von der Seite des Schiebers 61, auf der ein höhe- eine elektrische Leitung 93 unmittelbar mit der einen
rer Druck herrscht, Medium einer Rohrleitung 67 zu. Klemme des Elektromagneten verbunden, während
Die Rohrleitung 67 ist über ein normalerweise geöff- die andere Klemme über einen Endichalter 94 mit m
netcs Sperrventil i8 und eine weitere Rohrleitung «9 einer Anschlußklemme 34 des Relais 33 verbunden |
mit dem Drackfühfer IS verbunden. Es normaler- %s ist. Die andere Reiaisanschiußkiemme 34 ist durch ~~
weiie ge"ichlosjenes Entlüftungiventil 11 iit mit der eine elektrische Leitung 9* mit der anderen Klemme
Rohrleitung 69 verbunden und gestattet eine gesteu- des Elektromagneten verbunden. Der Endschalter 94
erte Verbindung zwischen dieser Leitung und der ist, wie bei 98 dargestellt, unmittelbar an der Schiene
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bersteuerung 76 angeordnet, normalerweise geschlossen und wird dann geöffnet, wenn der Schieber
61 ganz in die Schließstellung gebracht worden ist.
Die Arbeitsweise der in Fig. 3 dargestellten Schiebersteuerung ist kurz wie folgt: Es sei angenommen
daß sich der Schieber in der öffnungsstellung befindet,
wie in Fig. 3 angedeutet ist. Wenn das Relais 33 erregt wird und sich das Elektromagnetventil 91
schließt, wird die Kammer des Schieberventils 88 ;cur freien Atmosphäre hin entlüftet und dem Motor 86
Gas zugeführt. Das Gas tritt aus dem Motor 86 wiederum durch einen Entlüftungsauslaß 99 aus. Die
durch den Motor 86 angetriebene Pumpe 79 führt der Schiebersteuerung 76 Gas durch das Vierwegventil 93
in solcher Richtung zu, daß der Schieber 61 geschlossen wird. Sobald der Schieber 61 in die völlig geschlossene
SicHüi'ig gelangt ist, wird der Endschalter 94 geöffnet
und schaltet dadurch das Elektromagnetventil 91 ab, wodurch Motor 86 und Pumpe 79 ausgeschaltet
werden. Der Schieber 61 bleibt so lange in der Schließstellung, bis das Vierwegventil 83 in die andere
Stellung gebracht und die Pumpe 79 erneut in Betrieb gesetzt wird.
In Fig. 4 ist eine Folgesteuerung dargestellt, die in Verbindung mit der in Fig. 1 dargestellten Ventilsteuerung
vorgesehen werden kann, um den Druck der Rohrleitung eine gewünschte Anzahl von Malen
zu überprüfen, bevor der Durchgang des Mediums dauernd unterbrochen wird. Die Folgesteuerung besteht
aus einem ersten Verzögerungsglied 101, einem Relais 102, einem zweiten Verzögerungsglied 103 und
einem Vorwählzähler 104. Die Verzögerungsglieder 101 und 103 können von herkömmlicher Art sein,
die nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne nach Eingang eines Eingangssignals ein Ausgangssignal abgeben.
Dem ersten Verzögerungsglied 101 wird ein Eingangssignal zugeführt, das der Erregung des Relais
33 entspricht. Dieses Eingangssignal kann entweder von dem zweiten Pegeldetektor 31, dem Relaisverstärker
32 oder dem Retais 33 abgegriffen werden und
wird durch eine elektrische Leitung 106 an das Verzögerungsglied 101 angelegt. Der Ausgang des Verzögerungsgliedes
101 ist durch eine elektrische Leitung
107 mit dem Eingang des Relais 102 verbunden. Dieses Relais 102 weist zwei Sätze normalerweise geöffneter
und mit den Bezugszeichen 108 und 109 bezeichneter Kontakte auf, die bei Erhalt eines Signals
von dem Verzögerungsglied 101 geschlossen werden. Die Kontakte 108 sind mit der Schiebersteuerung in
solcher Weise verbunden, daß bei einem Schließen der Kontakte 108 die Stellung des Schiebers 61 verändert
wird. Wenn der Schieber 61 daher beispielsweise durch das Relais 33 in die Schließstellung gebracht
worden ist, wird er durch das Schließen der Kontakte
108 wieder in die öffnungsstellung gebracht. Die Kontakte 109 sind mit dem ersten Pegeldetektor 26
oder dem Sägezahngenerator 16 und der Speicherstufe 21 in der Weise verbunden, daß der Sägezahngenerator
16 und die Speicherstufe 21 durch das Schließen der Kontakte 109 beide in den Anfangszustand
zurückgestellt werden.
Das Verzögerungsglied 103 gibt die Zeitspanne vor, während der die Relaiskontakte 108 und 109 geschlossen
bleiben. Der Eingang des Verzögerungsgliedes
103 ist mit dem Ausgang des Verzögerungsgliedes 101 verbunden, und der Ausgang des
Verzögerungsgliedes 103 ist durch eine elektrische Leitung 111 derart mit dem Relais 102 verbunden,
daß das Relais 102 durch das von dem Verzögerungsglied 103 abgegebene Ausgangssignal stromlos gemacht
wird.
Der Vorwahlzähler 1Ö4 gestattet die Bestimmung
der Anzahl von Rohrleitungsdruckprüfungen vor einer endgültigen Unterbrechung des Mediumdurchgangs
durch diese Leitung. Der Zähler 104 besteht aus einem herkömmlichen Zähler, der mit der elektrisehen
Leitung 106 verbunden ist und dazu dient, die Anzahl der Erregungen des Relais 33 zu zählen. Außerdem
weist der Zähler 104 eine Vorrichtung zur Abgabe eines Ausgangssignals auf, wenn eine vorbestimmte
Anzahl von Zählungen erreicht ist. Diese Anzahl wird so gewählt, daß sie der Anzahl der beabsichtigten
Druckprüfungen entspricht, und laßt sich beliebig einstellen. Der Ausgang des Zählers 104 liegt
üurch eine elektrische Leitung 112 an dem Verzögerungsglied
101 und sperrt einen weiteren Betrieb des-
ao selben.
Die Arbeitsweise der in Fig. 4 dargestellten Folgesteuerung ist kurz wie folgt: Es sei angenommen, daß
die elektrische Leitung 106 mit dem zweiten Pegeldetektor 31 und die Kontakte 108 des Relais 102 derart
mit der Schiebersteuerung verbunden sind, daß der Schieber bei Schließen der Kontakte 108 wieder geöffnet
wird, und außerdem die Relaiskontakte 109 mit dem ersten Pegeldetektor 26 verbunden sind. Bei jeder
Erregung des Relais 33 wird durch die elektrische Leitung 106 ein Signal an den Folgetaktgeber 101 und
den Vorwählzähler 104 abgegeben. Nach Ablauf der durch das Verzögerungsglied 101 vorgegebenen Zeitspanne
wird das Relais 102 erregt und schließt die Kontakte 108 und 109. Dadurch wird der Schieber
61 wieder geöffnet und stellt den Sägezahngenerator 16 und die Speicherstufe 21 in deren Anfangszustand
zurück. Nach Ablauf einer durch das Verzögerungsglied 103 vorgegebenen Zeitspanne öffnen die Kontakte
108 und 109 wieder. Dann wird der Druck innerhalb des Systems, wie an Hand on Fig. 1
beschrieben, erneut geprüft. Bei jeder Erregung des Relais 33 wird der Zähler 104 um eine Ziffer weitergeschaltet,
bis die vorbestimmte Anzahl von Zählungen erreicht ist. In diesem Zeitpunkt wird das Sperrsignal
an das Verzögerungsglied 101 angelegt, so daß der Rohrleitungsschieber 61 dann so lange geschlossen
bleibt, bis er von Hand wieder geöffnet wird. Auf Grund der mehrmaligen Überprüfung des Druckes in
der Rohrleitung vor der dauernden Unterbrechung
jo des Durchflusses werden auf vorübergehende Druckabfälle,
die sich ansonsten mit Lecks und/oder einem Leitungsbruch verwechseln lassen, zurückzuführende
Abschaltungen der Rohrleitungen vermieden.
Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung läßt sich aus Festkörperbauelementen ausführen, die durch eine kleine Batterie wie z. B. eine wiederaufladbare Nickel-Kadmium-Zelle mit Strom gespeist werden. Die ganze Einheit, einschließlich der Batterie für den Druckfühler und der elektronischen Schaltungen kann
Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung läßt sich aus Festkörperbauelementen ausführen, die durch eine kleine Batterie wie z. B. eine wiederaufladbare Nickel-Kadmium-Zelle mit Strom gespeist werden. Die ganze Einheit, einschließlich der Batterie für den Druckfühler und der elektronischen Schaltungen kann
So in einem kleinen, explosionssicheren Gehäuse untergebracht
sein, das unmittelbar an dem Schieber oder der Schiebersteuerung, an der es verwendet wird, angebracht
werden kann.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Steuersignals für die
Betätigung eines in einer Rohrleitung angeordneten Schiebers, wenn infolge eines Lecks oder Bruchs der
Druck des in der Rohrleitung befindlichen Mediums
schneller »Is mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit
abfällt. Die Einrichtung nach der Erfindung ist jedoch auch dort anwendbar, wo es darum geht, die seitliche
Änderung anderer physikalischer Größen, wie z. B. der Temperatur, zu überwachen. Wenn der Druckfühief
10 beispielsweise durch einen Temperaturfühler ersetzt wird, erzeugt die Einrichtung ein Ausgangssteuersignal
in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung, die mit größerer Geschwindigkeit als
derjenigen erfolgt, die durch den Gradienten der Sägezahnspannung vorgegeben ist. Auch Geschwindigkeiten,
wie die Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums* lassen sich mit der erfindungsgemäßen
Einrichtung überwachen.
Die von der erfindungsgemäßen Einrichtung er-
zeugten Ausgangsstetiersignale eignen sich besonders
gut zur Steuerung eines Rohrleitungsschiebers mit hydraulischer Schiebersteuerung der in Fig. 3 dargestellten
und im vorstehenden beschriebenen Ausführung. Diese Signale lassen sich jedoch auch zur
Steuerung anderer Ausführungen von Schiebersteuerungen wie z. B. pneumatischer und elektrischer
Steuerungen verwenden. Die Ausgangssignale, können auch zur Steuerung von anderen Geräten und
ίο Vorrichtungen wie beispielsweise zur Betätigung einer
Warnvorrichtung oder einer Schaltvorrichtung verwendet werden, v/enn sich das Eingangssignal mit einer
Geschwindigkeit verändert, die höher ist als die durch das Sägezahnsignal vorgegebene Geschwindjgkeit.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Steuersignals für die Betätigung eines in einer
Rohrleitung -angeordneten Schiebers, wenn infolge eines Lecks der Druck des in der Rohrleitung
befindlichen Mediums schneller als mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit abfällt, wobei ein
Vergleich eines dem augenblicklichen Dmck entsprechenden Drucksignals mit einem einem Bezugsdruck
entsprechenden Bezugssignal vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssignal dem mittleren Druck in der Rohrleitung
(62) angepaßt ist, daß, wenn - infolge eines Druckabfalls - das Drucksignal kleiner wird als
das Bezugssignal, ein mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit ansteigendes Sägezahnsignal erzeugt
wird daß das Sägezahnsignal und das Drucksignai durch Addition zu einem Verbundsignal
zusammengefaßt werden, daß das Verbundsignal mit dem Bezugssignal verglichen wird und
daß entweder bei Gleichheit von Verbund- und Bezugssignal oder Überwiegen des Verbundsignals
das Bezugssignal um einen vorbestimmten Wert verkleinert oder, wenn das Verbundsignal
über eine vorbestimmte Zeitspanne kleiner ist als das Bezugssignal, das Steuersignal für die Betätigung
des Rohrleitungsschiebers (61) ausgelöst wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ah» Verglcichsglied ein Differenzverstärker
(18) voigesehen ist, an dessen einem Eingang ein Kondensator (23) zur Speicherung
einer als Bezugssignal vorgesehenen Spannung liegt und dessen anderer Eingang am
Ausgang einer Summierschaltung (12) liegt, die ihrerseits eingangsseitig mit einem Drucksignalgeber
(10, 11) und mit einem Sägezahnsignal£;enerator
(16, 17) verbunden ist und daß der Ausgang des Differenzverstärkers (18) mit einem
ersten Pegeldetektor (26) verbunden ist, der, wenn das Drucksignal um seinen Ansprechwi;rt
kleiner wird als das Bezugssignal, den ihm nachgeschalteten Sägezahnsignalgenerator (16) zur Erzeugung
eines Säge/ahnsignals veranlaßt, das in
der Summierschaltung (12) zum Drucksignal addiert wird, wobei das entstehende Verbundsignal
seinerseits mit dem Bezugssignal verglichen wird, derart, daß, wenn das Verbundsignal gleich oder
großer als das Bezugssignal wird - und also der Ansprechwert des ersten Pegeldetektors (26) unterschritten
wird und dieser in seinen Ausgangszustand zurückkehrt -, die Bildung des Sägezahnsignals
beendet und ein Impuls zur mindestens teilweisen Entladung des Kondensators (23) einem
dem Kondensator (23) über einen Widerstand (54) parallelgeschaltcten Transistor (51) ?ugeführt
wird, wahrend, wenn auch das Verbundsignal um den An.prechwert des ersten Pegeldetektors
(26) kleiner ist als das Bezugssignal, die Erzeugung des Sägezahnsignals fortgesetzt wird,
wobei ein dem Sägezahnsignalgenerator (16) nachgeschalteter zweiter Pegeldetektor (31) das
Steuersignal für die Betätigung des Rohrleitungsschiebers (61) auslöst, wenn das Sägezahnsigiial
den Ansprechwert des zweiten Pegeldetektors (31) erreicht.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (18)
derart ausgebildet ist, daß, wenn das Drucksignal größer wird als das jeweils eingespeicherte Bezugssignal,
eine Aufladung des Kondensators (23) auf eine dem jeweiligen Druck proportionale
Spannung vorgesehen ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß - zur mehrfachen Überprüfung des Druckes in der Rohrleitung vor einer endgültigen
Schließung der Rohrleitung durch Betätigung des Rohrleitungsschiebers (61) - dem zweiten Pegeldetektor
(31) über ein erstes Verzögerungsglied (101) ein Relais (102) nachgeschaltet ist, das
nach einem Schließen des Schiebers (61) für eine durch ein zweites Verzögerungsglied (103) vorgegebene
Zeit die verzögerte Öffnung des Schiebers (61) und eine Rückstellung des ersten Pegeldetektors
(26) oder des Sägezahnsignalgenerators (16) und der Speicherstufe (21) veranlaßt und daß dem
zweiten Pegeldetektor (31) außerdem ein voreinstellbarer Vorwählzähler (104) nachgeschaltet ist,
der bei Erreichen der voreingestellten Zahl von Ausgangssignalen des zweiten Pegeldetektors (31)
durch Sperrung weiterer Ausgangssignale des ersten Verzögerungsgliedes (101) die endgültige
Schließung der Rohrleitung durch den Schieber (61) auslöst.
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