DE2220539C3

DE2220539C3 - Anordnung zum Feststellen von Lecks in einer Strömungsmittel-Transportleitung

Info

Publication number: DE2220539C3
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: 1974-09-12
Also published as: FR2136689A5; DE2220539A1; GB1349120A; DE2220539B2; US3814207A; BE782484A

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, leistungsfähigen Anordnung zum Feststellen von Lecks weiche es einer Überwachungsperson ermöglicht, voi ihrem Arbeitsplatz aus an beliebig weit entfernter Stellen der Transportlejtung auftietende Lecks schnellstens und sicher festzustellen; ferner soll mil einer solchen Anordnung der Ort des Lecks, ebenfalfc vom Arbeitsplatz aus, mit größter Genauigkeit auffindbar sein.

Bisher wurden verschiedene Einrichtungen zum

ίο Feststellen von Lecks an Transportleitungen angewendet, weiche jedoch den vorstehend angeführten Anforderungen nicht genügen konnten. Eine bekannte Ultraschall-Gasleck- bzw. Wasserieck-Überwachungseinrichtung stellt den Austritt von Strö-

mungs-niitteln aus der Leitung an Hand einer durch den Austritt hervorgerufenen, 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 langen Transportleitung mit dieser Einrichtung viel Arbeits- und Zeitaufwand, wobei eine Auffindung eines Lecks sofort nach dem Ent-

stehen 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 S AaIl 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 entsprechendei

Detektor entlang der Übertragungsleitung verschoben wird, um das Leck mit der erforderlichen Genauigkeit lokalisieren zu können.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 922 98fi ist es ferner bekannt, einen Grenzwertgeber vorzusehen, der bei Überschreiten eines bestimmten Signalpegels eine Alarmeinrichtung auslöst; ein solches Verfahren spielt jedoch bei einer Anordnung det eingangs beschriebenen Art nur eine untergeordnete Bedeutung.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 065 678 isl schließlich eine Anordnung bekannt, bei der die vor zwei Mikrofonen aufgenommene Schallintensität zui Bestimmung von Lcckstellen 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 Leckstelien nicht mehr möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Anordnung zum Feststelle von Lecks in einer Strömungsmittel-Transportleitung zu schaffen, die sich insbesondere für lange Transportleitungen eignet und mittels welcher unter Verwendung dner 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 Detextoren 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 Strömungsmittels 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 FaIJ, wenn der Schalldruckpegel ii großer Entfernung vom Leck geringer ist als de Pegel der Hintergrundgeräusche, können Lecks mi der Anordnung gemäß der Erfindung ebenfalls er kannt werden, da eine Quer-Korrelation durchgeführ wird und das Leck, unabhängig davon, ob der Detektor mehrere Kilometer von der Leckstelle entfern ist oder nicht, geortet wird.

Werden mit der Anordnung gemäß"der Erfindung »ο 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 »0 Welle bzw. zwischen jiedem Signal ist dabei nicht vorhanden, weshalb die (lurch 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-Korrelationsanalyse 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 durch-♦5 geführt, d. h., es werden jeweils Bezugswerte ermittelt, um die tatsächlich durch Lecks verursachten Schallwellen gegenüber den durch Hintergrundgeräusche hervorgemifenen Schallwellen herauszufiltern.

Mit der Anordnung gemäß der Erfindung können Lecks ferner dadurch festgestellt werden, daß zeitliche Änderungen der Frequenz und 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 Geräusch-θο spektografen 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

■SBSMSE

"⁸ 'Tri _Scr»mausierte Darstellung einer AniAÄen eines Lecks in einer S,rö-

Innendurchmesser der Transporüeitung 1 sehr große

ist

leitung Z Empfang und gangssignale« eines Signals_ J manschen ^& nängigkeit von führten Signal

an

zum g

_zuge-4

S3 Äorr^e

den, wobei diese die durch ein Leck hervorgerufenen

_ao Schallwellen mit hoher Zuverlässigkeit auffangen. _p ^ ^ _Versuch ^.^

_chu ^ _{Däm yon SchallweHen) we}iche sich

in dem durch die Transportleitung 1 und den diese

umgebenden Mantel 8 gebildeten Hohlraum gemäß

,₅ FiI 2 fortpflanzen. Man erkennt, daß sich die WeI-

/ ^{ß Ef fOrt}

durch den

Detektor J> auigenominci, _E;_nrichtunE 4 abgibt ¹S £ Ä 7 dments^eche_nd ^s

und die

7 dements^eche_nd ihii

gibt

%T zeigt die Ergebnisse von. vergleichenden Messungen der Stärken von durch ein Leck hervorso gerufenen und Schallwellen anderen Ursprungs in dem durch die Transportleitung 1 und den sie umgebenden Mantel 8 ge'mäß Fig' 2 gebildeten Hohlraum. Daraus ist ersichtlich, daß die durch das Leck

ehÄJ?i<& sS^toikh hervorgerufenen Schallwellen von Nebengeräuschen Wn di? Vorrichtung6 automatisch 35 ohne Schwierigkeit unterscheidbar waren. In der das deizSom zürn Le*k A sperrende Ventil 2 Figur ist mit V die jeweihge Austnttsmenge be-

_ ZdCilIlCl·

schließt Transportleitung 1 Die Detektoren 3 sind vorzugsweise Mikrofone

Zum Auffangerm«j1 suh m toinop_r ^_{n oder Dehnungsmeßstreifen}, _{die in} der Lage sein sol-

fortpflaiizendenunddurchemLecKne B ^ verursachten Schallwellen

^SiSSSirÄfiSS^il sicher aufzufangen, wozu sie im Hinblick auf das

angeordnet Die Entfer- Auftreten von nicht durch ein Leck verursachten f^_n Detektoren 3 ist so elastischen Wellen in dem Hohlraum, auf die Abw^nesTens einer der beiden die durch stände zwischen den Detektoren 3, auf die Stärken ^f Γ inTer Mitte zwischen den 45 der aufzufangenden, durch Lecks verursachten m " Sh

?de? ren der

^ge η einem P^k em an einem Punkt beiden Detektoren

π weUen

barte

der aufzufangenden, durch Les

_h Schallwellen, auf die Fortpflanzung von durch Lecks

Stellt verursachten Schallwellen und anderer Gegebenheiten L eine entsprechende Frequenzbreite bei ausreichende,

Empfindlichkeit haben müssen.

iS 50 Das von dem Detektor 3 der Einrichtung4 züge

Si * Warneinrichtung? geführte Signal, ist beispielsweise eine durch Um gemacht. Da hierzu Schall- Wandlung der durch ein Leck hervorgerufene! S die Warneinrichtung 7 Schallwellen erhaltene, elektrische Signalwelle und ncmue 6 Gleichstromsignal, welches lediglich da

fuTF?_g2^^ T durch "!I Leck hervorgerufene,

3 a^ch so angeordnet werden, daß sie durch Schallwellen durch den Detektor 3 anzeigt
ick herlorgerafene Schallwellen aufnehmen, Eine größere Einsparung an Arbeitsaufwand laß

eck ^^1^ _der Transporleitung 1 sich durch Zusajnmenfassung mehrerer EmnchtuD Sen Mantel S^gebildeTen gen 4 zum Empfang und zur Auswertung von Dete* Der sich in Längsrichtung 60 toren-Ausgangssignalen fur mehrere Detektoren 3 a 1 erstreckende, relativ lange einem Ort erzielen.

wmJ«! wenigstens einer Seite durch Im folgenden ist eine Anordnung zum Auffinde

^Transportieitungl begrenzt und eines Lecks A beschrieben.

fs durch Zwischenwände 9 unterteilt Fig.7 zeigt eine Einrichtung iO zum Emptoi

haben ergeben, daß einander benach- 65 und zur Auswertung von wenigstens zwei Detekto 3 gegenseitige Abstände bis zu Ausgangssignalen _Ä sowie eine Warneinrichtung f b können Die Ergebnisse zum Anzeigen des Vorhandenseins eines Lecks. D ÄSS Einrichtung^ erfüllt zusätzlich die Aufgabe der Ei.

lick Leck

richtung 4, gibt also ein Signal β an die Steuereinrichtung 5 ab. Eine Einheit 11 dient zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Hohlraums und zur Weitergabe des Meßergebnisses an die Einrichtung 10.

In der Anordnung nach F i g. 7 ist das Signal α 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 ihrem Wirkungsbereich hervorgerufene Schallwellen auffangen.

Tritt beispielsweise am Punkt A Strömungsmittel aus dur 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 <t an die Einrichtung 10 abgeben, welche die gegenseitigen Beziehungen der Signalle α anzeigt Gleichzeitig spricht die Warneinrichtung 7 an, um das Vorhandensein des Lecks anzuzeigen. Außerdem wird dlas 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 Ausführungsbeispiele für Anordnungen zum Auffinden von Lecks unter Verwendung einer mit einer Rechen- und Anzeigeanlage verbundenen Einrichtung W beschrieben.

Beispiel 1

Diie in Fig. 8 dargestelilte 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 Stärkeverhältnisses 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 ia und Ib (F i g. 7) angenommen, wobei sich der Ort des Lecks durch die Gleichung

--(l - ^V lab- ^l \ log IaIIb
2\ V 2x) *

0)

bestimmen läßt. Darin ist

55

V die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der durch ein Leck hervorgerufenen Schallwellen bei einer Strömungsgeschwindigkeit Null; dieser Bezugswert ist in der Einheit 14 eingespeichert.

ν die Geschwindigkeit des Strömungsmittels 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,

<x ist der in der Einheit 14 eingespeicherte

Dämpfungskoeffizient von durch das Leck

»ο 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 also 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

3o

. V+v La = — α V

V—v Lb = - -ί>.

1st ferner die Stärke der durch das Leck in dem Hohlraum hervorgerufenen Schallwellen am Leck gleich Ιο, so ergibt sich

Ia = Io c~«

Aus den Gleichungen (4) und (5) ergibt sich IaIIb = e-'V" -"».

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 Frequena und der Dämpfung von durch das Leck hervorgerufenen Schallwellen eine hohe Empfindlichkeit für Frequenzen, bei denen die Schallwellen eine bestimmt« Dämpfung erfahren. Die Einheiten 12 zum Ermittelr des Signalpegels der von den Detektoren 3 zugeführ ten Signale ist dann für einen Empfang von Schall wellensignalen im höchstmöglichen Frequenzbereicl ausgelegt. Da sich ferner der Dämpfungskoeffizien der durch ein Leck hervorgerufenen Schallwellen ii Abhängigkeit von der gewählten Frequenzbreiti ändert, sollte der Frequenzbereich im Hinblick au die Genauigkeit möglichst schmal sein. An Ham verschiedener Frequenzbereiche ermittelte Ergebnis» werden zweckmäßig miteinander verglichen, um eini möglichst genaue Angabe des Lecks A zu erhalten

Bei Einführung eines in Abhängigkeit von Tempe

409 637 152

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 11 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 F i g. 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 Querkorrelator 18 zum Ermitteln der Beziehungen zwi- ac sehen den durch die beiden Einheiten 17 ausgefilterten Signalen und somit zum Ermitteln des Zeitunterschieds beim Auftreffen von am Punkte durch ein Leck hervorgerufenen Schallwellen auf den betreffenden Detektor 3, eine Einheit zum Feststellen des Orts des Lecks A auf Grund der durch den Querkorrelator 18 ermittelten Werte und eine Einheit 20 zum Anzeigen des durch die Einheit 19 ermittelten Wertes

Ist der Abstand zwischen dem Leck A und dem ihm entgegen der Strömungsrichtung in dem Hohlraum zunächst liegenden Detektor 3 gleich la und der Abstand zwischen dem Leck A und dem ihm in Strömungsrichtung zunächst liegenden Detektor 3 gleich Ib, so ist der gegenseitige Abstand der beiden Detektoren 3 gleich lab, und der Ort des Lecks ergibt sich aus

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

V-v

. Ib tb = ,

V + v

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

la

V-λ

Atab = ta- tb =

Ib

V+v

(9)

(10)

Da ferner

la = lab - Ib

(Π)

ergibt sich aus den Gleichungen (10) und (11)

la lab— la .

A tao = . (12)

V-v V+v

V-v

la = J--- [(V +v)Atab + lab]. (7)

2V

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 Zeitunterschied zwischen dem Auftreffen der durch ein Leck am Punkt A hervorgerufenen Schallwellen an den betreffenden Detektoren 3.

Sind also ta und tb die bis zum Auftreffen von durch ein Leck am Punkte verursachten Schallao Durch Vereinfachung von Gleichung (12) erhält man Gleichung (7).

Im Beispiel 2 erhält man den Wert 4 tab durch Auswertung der Frequenzverteilung von durch das Leck hervorgerufenen Schallwellen oder von zeitlichen as Schwankungen der Stärke der Schallwellen. Dementsprechend wird durch die Einheit 17 zweckmäßig ein Frequenzbereich ausgefiltert, bei dem die Dämpfung gering ist. Ein solcher Frequenzbereich läßt sich an Hand der in Fig.3 und 5 gezeigten Beziehungen zwisehen der Frequenz von durch ein Leck hervorgerufenen Schallwellen und ihrer Dämpfung bei der Fortpflanzung ermitteln. Im Hinblick auf die in Fig-4 und 6 gezeigten Beziehungen von Stärke und Frequenz der durch ein Leck hervorgerufenen Schallwellen kann entsprechend dann ein breiter oder auch ein schmaler Frequenzbereich gewählt werden.

Die Anordnung gemäß der Erfindung ist auch für die Überwachung von Vorratsbehältern für Strömungsmittel wie Hochdruckgasbehälter, Öltanks u. dgl. auf Lecks hin geeignet. Dabei läßt sich das Vorhandensein eines Lecks aus dem Behälter mittels einer an geeigneten Stellen vorzugsweise innerhalb des Behälters vorgesehenen Anordnung von Detektoren 3 feststellen, indem wenigstens einev der Detektoren 3 die sich in dem Hohlraum fortpflanzenden, durch den Austritt verursachten Schallwellen unabhängig vom Ort des Lecks empfängt Werden die durch ein Leck verursachten Schallwellen von wenigstens drei nicht in gegenseitiger Ausrichtung angeordneten Detektoren 3 aufgefangen, so läßt sich auch der Ort des Lecks bestimmen, indem man ähnlich wie in den Beispielen 1 und 2 die gegenseitigen Beziehungen der durch die drei Detektoren aufgefangenen Schallwellen ermittelt, wobei die Stellungen der betreffenden Detektoren als Ausgangspunkte dienen.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Feststellen von Lecks in einer Strömungsmittel-Transportleitung mit mehreren in der Transportleitung 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 Zeitdifferenz aufweist

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (18) zurQuer-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.