DE2220539B2

DE2220539B2 -

Info

Publication number: DE2220539B2
Application number: DE2220539A
Authority: DE
Inventors: Takazo Dipl.-Ing. Ibaraki Kusuda; Niichi Prof.Dipl.-Ing. Tokio Nishiwaki
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1971-04-26
Filing date: 1972-04-26
Publication date: 1974-02-21
Also published as: GB1349120A; BE782484A; DE2220539A1; DE2220539C3; FR2136689A5; US3814207A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Feststellen von Lecks in einer Strömungsmittel-Transportleitung, insbesondere in langen Transportleitungen für Strömungsmittel (gasförmigen oder tropfbaren Flüssigkeiten) wie Stadtgas, Erdgas, öl u. dgl., mit mehreren in der Transportleitung befindlichen Schallwellen-Detektoren und einer mit diesen verbundenen Einrichtung zum Empfang und zur Auswertung der Detektoren-Ausgangssignale.

Für den Ferntransport von Strömungsmitteln werden vielfach Rohr- oder Transportleitungen verwendet. Je langer aber eine solche Transportleitung ist, um so schwieriger ist das Feststellen von Lecks in der Leitung; auch dauert das Auffinden von Lecks gewöhnlich verhältnismäßig lange. Wenn das in der Leitung transportierte Strömungsmittel brennbar, explosiv oder giftig ist, können sich jedoch auf Grund der Verzögerung bei der Feststellung von Lecks ernsthafte Unfälle ereignen. Dementsprechend besteht Bedarf an einer praktisch verwendbaren, leistungsäet oichr Anordnug

vom Arbeitsplatz aus. mii größter Genauigkeit auffindbar sein.

Bisher wurden verschiedene Einrichtungen zum Feststellen von Lecks an Transportierungen an-σεν endet -eHie jedoch den vorstehend angeführten Aaforderüni/en nicht genügen konnten. Eine bekannte UIt!^rascha!1-Gasleck- bzw. Wasserleck-Überwachuneseinrichiung stellt den Austritt von Strömunasmitteln aus der Leitung an Hand einer durch den Austritt hervorserufenen, elastischen Druckwelle fest Die Feststellung von Lecks mittels dieser Einrichtung ist jedoch nur zuverlässig, wenn die auftretende elastische Druckwelle eine beträchtliche Stärke aufweist und sich von anderen auftretenden Druckwellen unterscheidet. Mit herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art können nur Lecks in einer Entfernung von einigen Metern festgestellt werden, so daß sie zum Auffinden von Lecks von einer Bedienungsperson herumgetragen werden muß. Demgemäß erfordert die Lecküberwachung oder -auffindung an einer lanaen Transportleitung mit dieser Einrichtung viel Arbeits- und Zeitaufwand, wobei eine Auffindung eines Lecks sotort nach dem Entstehen trotz des großen Aufwandes praktisch nicht möglich ist.

Eine andere vorgeschlagene Anordnung ermöglicht das Auffinden von Lecks nach Art eines Brenngas-Spürgeräts auf Grund von chemischen und physikalischen Eigenschaften des Strömungsmittels. Eine solche Vorrichtung muß jedoch mit dem austretenden Strömungsmittel selbst in Berührung kommen, so daß es sich nur zur örtlichen Überwachung eignet, Lecks nicht zuverlässig und nur mit großen Verzögerungen feststellt sowie in ihrer Anwendung jeweils auf vorbestimmte Strömungsmittel beschränkt ist.

Ferner ist aus der USA.-Patentschrift 3 028 450 eine Anordnung zur Feststellung von Lecks in einer Gasleitung bekannt, bei welcher ein oder mehrere Detektoren vorgesehen sein können, welche auf den durch Lecks hervorgerufenen Schall ansprechen. Obgleich die Möglichkeit nicht ausgeschlossen ist, mehrere Detektoren zu verwenden, wie es beispielsweise auch zur Ermittlung von Leckstellen in Gasleitungen aus der Zeitschrift »Umschau«, 1964, S. 29, bekannt ist, ist deren Zusammenschaltung nicht weiter ausgeführt. Vielmehr werden bei der bekannten Anordnung Lecks dadurch geortet, daß ein entsprechender Detektor entlang der Übertragungsleitung verschoben wird, um das Leck mit der erforderlichen Genauigkeit lokalisieren zu können.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 922 986 ist es ferner bekannt, einen Grenzwertgeber vorzusehen, der bei Überschreiten eines bestimmten Signalpegels eine Alarmeinrichtung auslöst; ein solches Verfahren spielt jedoch bei einer Anordnung der eingangs beschriebenen Art nur eine untergeordnete Bedeutung.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 065 678 ist schließlich eine Anordnung bekannt, bei der die von zwei Mikrofonen aufgenommene Schallintensität zur Bestimmung von Lecksteilen verglichen wird. Diese

Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß bei einer Zunahme des Schallpegels von Hintergrundgeräuschen über den Pegel des durch ein Leck verursachten Schallpegels hinaus eine Ermittlung von Leckstellen nicht mehr möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Feststellen von Lecks in einer Strömungsmittel-Transportleitung zu schaffen, die sich insbesondere für lange Transportleitungen eignet, und mittels welcher unter Verwendung einer zur Länge der überwachten Transportleitung geringen Anzahl von Schalldetektoren ein Leck von einem entfernten Ort aus praktisch unmittelbar bei dessen Entstehen erkannt und geortet wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwellen-Detektoren in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, daß jeweils zwei Detektoren die durch ein Leck verursachten Schallwellen empfangen, und daß die an die Detektoren angeschlossene Einrichtung eine Einheit zur Ermittlung der bei der Ausbreitung der von einem Leck ausgehenden Schallwellen bis zu zwei Detektoren auftretenden Zeitdifferenz aufweist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Einrichtung zur Quer-Korrelation von Ausgangssignalen von mindestens zwei Detektoren vorgesehen, die selektiv durch Lecks verursachte Schallwellen ausfiltert. Ferner kann eine Einheit zur Berechnung von Leckstellen, eine Einheit zur Anzeige des Ortungsergebnisses sowie eine Einheit zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittcls in der Transportleitung bei Auftritt eines Lecks vorgesehen sein, wobei die letztgenannte Einheit mit der Einheit zur Berechnung der Leckstelle verbunden ist. Darüber hinaus kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung die Einrichtung zum Empfang und zur Auswertung der Detektoren-Ausgangssignale über eine Steuereinrichtung mit einer Vorrichtung zum automatischen Schließen mindestens eines die Strömung in der Transportleitung unterbindenden Ventils verbunden sein.

Die Anordnung gemäß der Erfindung kann somit nicht nur dann verwendet werden, wenn die Hintergrundgeräusche sehr viel schwächer als die durch ein Leck, hervorgerufenen Schallwellen sind, sondern auch in den Fällen verwendet werden, in denen die durch ein Leck hervorgerufenen Schallwellen durch Hintergrundgeräusche überdeckt werden, sei es, weil das Leck sehr klein ist oder weil die Detektoren weit voneinander und damit unter Umständen weit von dem Leck angeordnet sind.

Im ersten Fall, d. h. bei schwachen Hintergrundgeräuschen, kann ein Leck ohne Schwierigkeiten dadurch festgestellt werden, daß die Stärke von mittels der Detektoren aufgenommenen Schallwellen einen vorbestimmten Wert überschreitet. Dieser Wert wird dann an Hand von Frequenzcharakteristiken und der Stärke der durch ein Leck verursachten Schallwellen sowie der Hintergrundgeräusche ermittelt. Mit Hilfe der Detektoren wird die Weiterleitung zu einer Einrichtung zum Empfang und zur Auswertung der Detektor-Ausgangssignale vereinfacht, indem die durch die Detektoren aufgenommenen Schallwellen zu einem wellenförmigen Signal, beispielsweise elektrischem Strom, oder einem Impulssignal umgewandelt und in dieser Form der vorgenannten Einrichtung zugeführt werden.

Im zweiten Fall, wenn der Schalldruckpegel in großer Entfernung vom Leck geringer ist als der Pegel der Hintergrundgeräusche, können Lecks mit der Anordnung gemäß der Erfindung ebenfalls erkannt werden, da eine Quer-Korrelation durchgeführt wird und das Leck, unabhängig davon, ob der Detektor mehrere Kilometer von der Leckstelle entfernt ist oder nicht, geortet wird.

Werden mit der Anordnung gemäß der Erfindung

i« sich in der Leitung ausbreitende Schallwellen an mehreren Stellen gleichzeitig erfaßt, dann zeigt jede Schallwelle die gleiche Signalwelle bzw. -form, jedoch mit einer bestimmten Zeitverzögerung. Diese Zeitverzögerung stellt hierbei den einzigen Unterschied zwischen den von den einzelnen Detektoren empfangenen Signalen dar. Die Hintergrundgeräusche ergeben demgegenüber Signale bzw. Wellenformen, die davon abhängen, wo sie jeweils empfangen werden; ein korrelatives Zeitverhältnis zwischen jeder Welle bzw. zwischen jedem Signal ist dabei nicht vorhanden, weshalb die durch die Hintergrundgeräusche verursachten Signale eine beliebige, vom Empfangsort abhängige Form besitzen.

Die Schallwellen, die von einem Schallwellen-Detektor empfangen werden, sind hierbei denjenigen Schallwellen überlagert, die durch andere Schallwellen-Detektoren aufgenommen werden. Durch diese Überlagerung werden die Phasen, d. h. die Zeitverschiebungen zwischen den auf diese Weise festgestellten Schallwellen, ermittelt. Hierbei ergibt sich eine Spitze bei der Aufnahme der Schallwellen, die um so höher wird, je öfter die vorerwähnte Messung durchgeführt wird. Die Signale, die sich auf Grund des Hintergrundgeräusches ergeben, werden während der Messung immer kleiner. Dies wird bei der Quer-Korrel ationsanalyse ausgenutzt, d. h., es wird ein gegenüber den Hintergrund- bzw. Nebengeräuschen eindeutig auf ein Leck bezogenes Signal erhalten, welches praktisch gleichzeitig mit der Entstehung eines Lecks dessen Erkennung und Ortung ermöglicht.

Es wird also mit der Anordnung gemäß der Erfindung bei den Meßvorgängen zur Ermittlung von Lecks eine Eigen- und Quer-Korrelation durchgeführt, d. h., es werden jeweils Bezugswerte ermittelt, um die tatsächlich durch Lecks verursachten Schallwellen gegenüber den durch Hintergrundgeräusche hervorgerufenen Schallwellen herauszufiltern.

Mit der Anordnung gemäß der Erfindung können Lecks ferner dadurch festgestellt werden, daß zeitliche Änderungen der Frequenz and Stärke von mittels der Detektoren aufgenommenen Schallwellen in Form eines Musters dargestellt werden und dieses Muster mit einem Bezugsmuster verglichen wird, welches die zeitlichen Änderungen der Frequenz und Stärke der Schallwellen bei Vorhandensein von Lecks in der Leitung zeigt. Ein solches Muster läßt sich beispielsweise unter Verwendung eines Geräuschspektografen herstellen. Damit wird die Schallstärke beispielsweise durch die veränderliche Dichte der Darstellung angegeben, während die Zeit und die Frequenz über der Abszisse bzw. der Ordinate aufgetragen sind.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wozu auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen

Fig. 1 und 2 schematisierte Darstellungen einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Feststellen von Lecks in Strömungsmittel-Transportleitungen,

F i g. 3 bis 6 grafische Darstellungen von Versuchsergebnissen,

Fig. 7 eine schematisierte Darstellung einer Anordnung zum Auffinden eines Lecks in einer Strömungsmittel-Transportleitung und

F i g. 8 und 9 Blockdiagramme der in F i g. 7 dargestellten Anordnung.

Fig. 1 zeigt eine Strömungsmitiel-Transportleitung 1, die im folgenden nur als Transportleitung bezeichnet wird, mit Ventilen 2 zum Verschließen der Transportierung 1, Detektoren 3 zum Empfang der sich in der Transportleitung fortpflanzenden Schallwellen einschließlich solcher Schallwellen, die durch Austritt von Strömungsmitteln aus der Transportleiiung 1 hervorgerufen sind, eine Einrichtung 4 zum Empfang und zur Auswertung der Detektoren-Ausgangssignale α, eine Steuereinrichtung 5 zum Abgeben eines Signals β an eine Vorrichtung 6 zum automatischen Schließen eines bestimmten Ventils in Abhängigkeit von einem von der Einrichtung 4 zugeführten Signal γ und eine mit der Einrichtung 4 verbundene Warneinrichtung zum Anzeigen von Lecks.

Tritt beispielsweise an einem Punkt A Strömungsmittel aus der Transportleitung 1 aus, so werden durch den Austritt hervorgerufene Schallweiten wenigstens von dem dem Leck zunächst gelegenen Detektor 3 aufgenommen, woraufhin der betreffende Detektor 3 ein Signal an die Einrichtung 4 abgibt und die Warneinrichtung 7 dementsprechend das Vorhandensein des Lecks anzeigt. Gleichzeitig gibt die Einrichtung 4 ein Signal /> an die Steuereinrichtung 5 ab, woraufhin die Vorrichtung 6 automatisch das den Zustrom zum Leck A sperrende Ventil 2 schließt.

Zum Auffangen von sich in der Transportleitung I fortpflanzenden und durch ein Leck hervorgerufenen Schallwellen sind mehrere der Detektoren 3 in geeigneten gegenseitigen Abständen vorzugsweise im Inneren der Transportleitung 1 angeordnet. Die Entfernun zwischen zwei benachbarten Detektoren 3 ist so gewählt, daß wenigstens einer der beiden die durch ein an einem Punkt A in der Mitte zwischen den beiden Detektoren 3 auftretendes Leck A hervorgerufenen Schallwellen aufzunehmen vermag. Stellt sich also an irgendeinem Punkt einer langen Transportleitung ein Leck ein, so wird eine Überwachungsperson an einem entfernten Ort, beispielsweise einer Überwachungsstation, durch die Warneinrichtung 7 auf das Leck aufmerksam gemacht. Da hierzu Schallwellen verwendet sind, spricht die Warneinrichtung 7 nahezu gleichzeitig mit dem Auftreten eines Lecks an.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen, können die Detektoren 3 auch so angeordnet werden, daß sie durch :in Leck hervorgerufene Schallwellen aufnehmen, welche sich in einem zwischen der Transporleitung 1 und einem diese umgebenden Mantel 8 gebildeten Hohlraum fortpflanzen. Der sich in Längsrichtung der Transportleitung 1 erstreckende, relativ lange Hohlraum ist somit an wenigstens einer Seite durch 3ie Wandung der Transportleitung 1 begrenzt und jegebenenfalls durch Zwischenwände 9 unterteilt.

Versuche haben ergeben, daß einander benachbarte Detektoren 3 gegenseitige Abstände bis zu :inigen Kilometern haben können. Die Ergebnisse Jer Versuche sind nachstehend erläutert.

F i g. 3 zeigt die im Versuch ermittelte Dämpfung oder Abschwächung der durch ein Leck hervorgerufenen und sich in der Transportleitung 1 fortpflanzenden Schallwellen. Man erkennt daraus, daß sich die Schallwellen über eine im Verhältnis zum Innendurchmesser der Transportleitung 1 sehr große Entfernung fortpflanzten.

F i g. 4 zeigt die im Versuch ermittelte Differenz zwischen den Stärken der innerhalb und außerhalb

ίο der Transportleitung 1 auftretenden, durch das Leck hervorgerufenen Schallwellen. Man erkennt daraus, daß die sich innerhalb der Transportleitung 1 fortpflanzenden Schallwellen nur wenig schwächer sind als die aus der Transportleitung 1 austretenden

Schallwellen 3. Auf Grund dieser Erkenntnis können die sich in der Transportleitung 1 fortpflanzenden Schallwellen auch bei großen Abständen zwischen einander benachbarten Detektoren 3 verwendet werden, wobei diese die durch ein Leck hervorgerufenen

ίο Schallwellen mit hoher Zuverlässigkeit auffangen.

F i g. 5 zeigt die im Versuch ermittelte Abschwächung oder Dämpfung von Schallwellen, welche sich in dem durch die Transportleitung 1 und den diese umgebenden Mantel 8 gebildeten Hohlraum gemäß

Fig. 2 fortpflanzen. Man erkennt, daß sich die Wellen auch hier über eine große Entfernung fortpflanzten.

F i g. 6 zeigt die Ergebnisse von vergleichenden Messungen der Stärken von durch ein Leck hervorgerufenen und Schallwellen anderen Ursprungs in dem durch die Transportlcitung 1 und den sie umgebenden Mantel 8 gemäß F i g. 2 gebildeten Hohlraum. Daraus ist ersichtlich, daß die durch das Leck hervorgerufenen Schallwellen von Nebengeräuschen

ohne Schwierigkeit iinterscheidbar waren. In der Figur ist mit V die jeweilige Austrittsmenge bezeichnet.

Die Detektoren 3 sind vorzugsweise Mikrofone oder Dehnungsmeßstreifen, die in der Lage sein sol-

len, die durch ein Leck verursachten Schallwellen sicher aufzufangen, wozu sie im Hinblick auf das Auftreten von nicht durch ein Leck verursachten elastischen Wellen in dem Hohlraum, auf die Abstände zwischen den Detektoren 3, auf die Stärken der aufzufangenden, durch Lecks verursachten Schallwellen, auf die Fortpflanzung von durch Lecks verursachten Schallwellen und anderer Gegebenheiten eine entsprechende Frequenzbreite bei ausreichender Empfindlichkeit haben müssen.

Das von dem Detektor 3 der Einrichtung 4 zugegeführte Signal λ ist beispielsweise eine durch Umwandlung der durch ein Leck hervorgerufenen Schallwellen erhaltene, elektrische Signalwelle und/ oder ein Gleichstromsignal, welches lediglich das Auffangen von durch ein Leck hervorgerufenen Schallwellen durch den Detektor 3 anzeigt.

Eine größere Einsparung an Arbeitsaufwand läßt sich durch Zusammenfassung mehrerer Einrichtungen 4 zum Empfang und zur Auswertung von Detektoren-Ausgangssignalen für mehrere Detektoren 3 an einem Ort erzielen.

Im foigenden ist eine Anordnung zum Auffinden eines Lecks A beschrieben.

F i g. 7 zeigt eine Einrichtung 10 zum Empfang und zur Auswertung von wenigstens zwei Detektor-Ausgangssignalen λ sowie eine Warneinrichtung 7 zum Anzeigen des Vorhandenseins eines Lecks. Die Einrichtung 10 erfüllt zusätzlich die Aufgabe der Ein-

ti.'Hung 4, gibt also ein Signal [I an die Steuereinriciiiung 5 ab. Eine Einheit 11 dient zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Hohlraums und zur Weitergabc des Meßergebnisses an die Einrichtung 10.

In der Anordnung nach F i g. 7 ist das Signal t\ ein beispielsweise mittels eines Detektors 3 in Form einer Kombination aus Mikrofon und Verstärker durch Umwandlung von Schallwellen erzeugtes Wellensignal. Jeweils einander benachbarte Detektoren 3 weisen einen solchen gegenseitigen Abstand auf und sind derart ausgelegt, daß sie beide durch ein Leck in iihrem Wirkungsbereich hervorgerufene Schallwellen auffangen.

Tritt beispielsweise am Punkt A Strömungsmittel aus der Transportleitung 1 aus, so werden die dadurch hervorgerufenen Schallwellen von wenigstens zwei an entgegengesetzten Seiten des Punkts A angeordneten Detektoren 3 aufgenommen, die daraufhin jeweils ein Signal nc an die Einrichtung 10 abgeben, welche die gegenseitigen Beziehungen der Signale « anzeigt. Gleichzeitig spricht die Warneinrichtung 7 an, um das Vorhandensein des Lecks anzuzeigen. Außerdem wird das den Zufluß des Strömungsmittels zum Leck/1 sperrende Ventil V betätigt. Aus der Auswertung der gegenseitigen Beziehungen der Signale α läßt sich der Ort des Lecks A genau auffinden. Die Auswertung kann durch eine Bedienungsperson erfolgen; zweckmäßigerweise ist jedoch die Einrichtung 10 mit einer Rechen- und Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen des Ortes des Lecks A verbunden.

Nachstehend sind zwei Ausführungsbeispieie für Anordnungen zum Auffinden von Lecks unter Verwendung einer mit einer Rechen- und Anzeigeanlage verbundenen Einrichtung 10 beschrieben.

Beispiel 1

la

1 -

^V
V

lab - ^! \\og IaIIb (1)
2 \

bestimmen läßt. Darin ist

V die Fortpflanzungsgeschwindigkeit

ν die Geschwindigkeit des Strömungsmittcls in dem Hohlraum beim Auftreten des Lecks; dieser Wert wird in die Einheit 14 von der Meßeinheit 11 eingegeben,
lab ist der in der Einheit 14 eingespeicherte

Abstand zwischen den beiden benachbarten Detektoren 3,

α ist der in der Einheit 14 eingespeicherte

Dämpfungskoeffizient von durch das Leck hervorgerufenen Schallwellen bei ihrer

Fortpflanzung in dem Hohlraum, und
la und Ib sind die Stärken der von den Detektoren 3 jeweils aufgefangenen und in Form von Signalen an die Einheit 13 abgegebenen Schallwellen, wobei IaIIb durch die

Einheit 13 ermittelt und an die Einheit 14 weitergegeben wird.

Ist abo der Abstand von dem Leck A und dem ihn entgegen der Strömungsrichtung in dem Hohlraum benachbarten Detektoren 3 gleich la, so betragen die wirksamen Entfernungen la und Ib, über welche sich die durch das Leck verursachten Schallwellen von dem Leck A bis zu den beiden Detektoren 3 fortpflanzen, in Anbetracht von V und ν

j V + ν

La = a

V— ν

Lb =^{y V}b. V

Ist ferner die Stärke der durch das Leck in dem Hohlraum hervorgerufenen Schallwellen am Leck gleich Io, so ergibt sich

Die in F i g. 8 dargestellte Einrichtung 10 enthält Einheiten 12 zum Ermitteln der Stärken der von den Detektoren 3 abgegebenen Signale, eine Einheit 13 zum Ermitteln des Verhältnisses zwischen den Stärken der von den Detektoren 3 aufgenommenen, durch ein Leck verursachten Schallwellen an Hand von durch die Einheiten 12 abgegebenen Signalen, eine Einheit 14 zum Ermitteln des Ortes der Leckstelle A auf Grund des von der Einheit 14 ermittelten Stärkcverhältnisscs unter Verwendung der Detektoren 3, welche die durch das Leck verursachten Schallwellen aufgenommen haben, als Ausgangs- bzw. Bezugspunkte, und eine Einheit 15 zum Anzeigen des durch die Einheit 14 ermittelten Werts.

Die Abstände zwischen dem Leck A und den ihr beiderseits benachbarten Detektoren seien mit la und Ib (F i g. 7) angenommen, wobei sich der Ort des Lecks durch die Gleichung

der

durch ein Leck hervorgerufenen Schallwellen bei einer Strömungsgeschwindigkeit Null; dieser Bezugswert ist in der Einheit 14 eingespeichert,

Ia = Io ε-« '-" (4)

Aus den Gleichungen (4) und (5) ergibt sich

IaIIb = e-° «-«-'-<». (6)

Aus den Gleichungen (2), (3) und (6) läßt sich die Gleichung (1) ableiten.

Die Einrichtung 10 weist zweckmäßigerweise einen Eigenkorrelator auf, welcher ein den durch ein Leck verursachten Schallwellen entsprechendes Signal ausfiltert und an die Einheit 13 abgibt. Um das Leck A mittels der Einrichtung 10 möglichst aufzufinden, haben die Detektoren 3 im Hinblick auf die in F i g. 3 und 5 gezeigten Beziehungen zwischen der Frequenz und der Dämpfung von durch das Leck hervorgerufenen Schallwellen eine hohe Empfindlichkeit für Frequenzen, bei denen die Schallwellen eine bestimmte Dämpfung erfahren. Die Einheiten 12 zum Ermitteln des Signalpegels der von den Detektoren 3 zugeführten Signale ist dann für einen Empfang von Schallwellensignalen im höchstmöglichen Frequenzbereich ausgelegt. Da sich ferner der Dämpfungskoeffizient der durch ein Leck hervorgerufenen Schallwellen in Abhängigkeit von der gewählten Frequenzbreite ändert, sollte der Frequenzbereich im Hinblick auf die Genauigkeit möglichst schmal sein. An Hand verschiedener Frequenzbereiche ermittelte Ergebnisse werden zweckmäßig miteinander verglichen, um eine möglichst genaue Angabe des Lecks A zu erhalten.

Bei Einführung eines in Abhängigkeit von Tempe-

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ratur und Druck in dem Hohlraum veränderlichen Bezugswerts V für die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schallwellen läßt sich die Genauigkeit der Auffindung des Lecks A weiter steigern.

Bei Wegfall der Einheit Il kann in der Einheit 14 ein Schätzwert für die Strömungsgeschwindigkeit ν eingespeichert werden. Selbst wenn der Schätzwert geringe Abweichungen zeigt, ist der Unterschied zwischen dem tatsächlichen und dem angezeigten Leck nicht allzu groß, da ν normalerweise gegenüber V sehr klein sein dürfte.

Beispiel 2

Wie aus Fig. 9 zu ersehen ist, weist die Einrichtung 10 in diesem Beispiel Verstärker 16 zum Verstärken der von den Detektoren 3 ausgehenden Signale, Einheiten 17 zum Ausfiltern von Signalen in einem bestimmten Frequenzbereich aus den durch die Verstärker verstärkten Signalen, einen Querkorvckilor 18 zum Ermitteln der Beziehungen zwisehen den durch die beiden Einheiten 17 ausgeliUcrten Signalen und somit zum Ermitteln des Zeitunterschieds beim AuftrciTcn von am Punkt A durcli ein Leck hervorgerufenen Schallwellen auf den betreffenden Detektor 3, eine Einheit zum Feststellen des Orts des Lecks A auf Grund der durch den Ouerkorrelator 18 ermittelten Werte und eine Einheit 20 zum Anzeigen des durch die Einheit I*) ermittelten Wertes auf.

Ist der Abstand zwischen dem Leck A und dem ihm entgegen der Strömungsrichtung in dem I-lolilnium zunächst liegenden Detektor 3 gleich la und der Abstand zwischen dem Leck A und dem ihm in SlrömungsriclUung zunächst liegenden Detektor 3 gleich lh, so ist der gegenseitige Abstand der beiden Detektoren 3 gleich loh, und der Ort des Lecks ergibt sich aus

wellen an den betreffenden Detektoren 3 benötigten Zeiten, so ergibt sich

/« = ^la (H)

th^^lb . (9)

VVv

Aus den Gleichungen (8) und (9) ergibt sich

A tab-= ta ~ib = '" "' . (W)

V ν Κ-|ν

Da ferner

Ui = Iah - lh

(in

ergibt sich aus den Gleichungen (K)) und (11)
la lab la

A tab ■■■-

I-ν

(12)

la =-■

V - ν
2 V

v) I tab + Iah]

(7)

4"

Darin ist

V und ν wie im ersten Beispiel die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schallwellen bzw. die Strömungsgeschwindigkeit in dem Hohlraum,

A tab ist der durch den Querkorrelator ermittelte Zeilunterschied zwischen dem A.iiftreffen der durch ein Leck am Punkt A hervorgerufenen Schallwellen an den betreffenden Detektoren 3.

Sind also ta und tb die bis zum Auftrcffcn von durch ein Leck am Punkt A verursachten Schall-Durch Vereinfachung von Gleichung (12) erhält man Gleichung (7).

Im Beispiel 2 erhält man den WcHAtah durch Auswertung der Frequenzverteilung von diircl· .las I eck hervorgerufenen Schallwellen "oder von eiük-hen Schwankungen der Stärke ucr Schallwellen. Dementsprechend wird durch die Einheil 17 zwecknäl.ii ■ ein Frequenzbereich ausgeliltert, bei dem die i'-amp: ■.■·]■■ gering ist. Ein solcher Frequenzbereich läßt siel·. :«\ Hand der in Fig. 3 und 5 gezeigten Bcziehuimen ^ sehen der Frequenz von durch ein Leck hervoiüe:ίπ\ nen Schallwellen und ihrer Dämpfun» bei der FoM-pllimzung ermitteln. Im Hinblick auf die in Ih.! und 6 gezeigten Beziehungen von Stärke imdFrcqü'.-: ' der durch ein Leck hervorgerufenen Schallwellen i ' entsprechend dann ein breiter oder auch ein sehn:. · r-requen/.bereicli gewühlt werden.

Die Anordnung gemäß der Erfindum; ist auch lüi die Überwachung von Vorratsbehälter!! für S-omungsniittel wie Hochdruckgasbehälter, ö!i:ui!.· u.dgl. au! Lecks hin geeignet. Dabei laßt sich >i .< Vorhandensein eines Lecks aus dem Behälter niii:,·: einer an geeigneten Stellen vorzugsweise inneihnv des Behalters vorgesehenen Anordnung von Detektoren 3 leststellen, indem wenigstens einer der IX-td; torcn3 die sic;i in dem Hohlraum fo.-tpllan/emlen. durch den Austritt verursachten Schallwellen unabhängig vom Ort des Lecks empfängt. Werden die durch ci.i Leck verursachten Schallwellen von wviiiu stcns dre! nicht in gegenseitiger Ausrichtung anueord neten Detektoren 3 aufgefangen, so läßt sich auch de: Ort des Lecks bestimmen, indem man ähnlich wie in den Beispielen 1 und 2 die gegenseitigen Beziehung der durch die drei Detektoren aufgefangenen Schallwellen ermittelt, wobei die Stellungen der betreffen den Detektoren als Ausgangspunkte dienen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

2 Patentansprüche:

1. Anordnung zum Feststellen von Lecks in einer Strömungsmittel-Transportleitung mit mehreren in der Transporileitung befindlichen Schallwellen-Detektoren und einer mit diesen verbundenen Einrichtung zum Empfang und zur Auswertung der Detektoren-Ausgangssignale, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwellen-Detektoren (3) in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, daß jeweils zwei Detektoren die durch ein Leck verursachten Schallwellen empfangen, und daß die an die Detektoren angeschlossene Einrichtung (4; 10) eine Einheit (12, 13, 14; 16, 17, 17, 19) zur Ermittlung der bei der Ausbreitung der von einem Leck ausgehenden Schallwellen bis zu zwei Detektoren auftretenden Zeitdiffd-enz aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (18) zur Quer-Korrelation von Ausgangssignalen von mindestens zwei Detektoren (3) vorgesehen ist. die selektiv durch Lecks verursachte Schallwellen herausfiltert.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einheit (19) zur Berechnung von Leckstellen sowie eine Einheit (20) zur Anzeige des Ortungsergebnisses vorgesehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einheit (11) zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels in der Transportleitung (1) bei Auftritt eines Lecks vorgesehen und mit der Einheit (19) zur Berechnung der Leckstelle verbunden ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichrichtung(4; 10) zum Empfang und zur Auswertung der Detektoren-Ausgangssignale über eine Steuereinrichtung (5) mit einer Vorrichtung (6) zum automatischen Schließen mindestens eines die Strömung in der Transportleitung (1) unterbindenden Ventils (2) verbunden ist.

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