DE2759263C3

DE2759263C3 - Überwachungssystem für hydraulisch betriebene Armaturen

Info

Publication number: DE2759263C3
Application number: DE19772759263
Authority: DE
Inventors: Hans 5980 Werdohl Schumacher
Original assignee: Kracht Pumpen und Motorenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Kracht Pumpen und Motorenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 1977-12-31
Filing date: 1977-12-31
Publication date: 1981-02-19
Also published as: DE2759263B2; GB2011997A; DE2759263A1; GB2011997B

Description

Die Erfindung betrifft ein Überwachungssystem für hydraulisch betriebene Armaturen mit in einer Arbeitsleitung zwischen einem Steuerventil und einem Antriebszylinder angeordnetem Volumenmesser nach Art eines Zahnradmotors, dessen Zähne mit Hilfe einer Vorrichtung mit Mitteln abgetastet werden, die jeweils für diskrete Teilmengen, die dem Zahnlückenvolumen entsprechen, elektrische Impulse abgibt, und mit einer Zähl- und Anzeigevorrichtung für die am Volumenmesser abgegriffenen Impulse.

Bei einem bekannten Überwachungssystem der gattungsgemäßen Art (DE-OS 2 554484) ist zwischen dem Steuerventil und dem Antriebsgerät eine einzige Arbeitsleitung vorgesehen, über die die Armatur gegen die Kraft einer Schließfeder geöffnet und in der Offen-Stellung gehalten wird. Durch Vergleich der Summe der beim Schließen der Armatur vom Volumenmesser abgegebenen und von der Zählvorrichtung gezählten Impulse mit einer Sollimpulszahl wird ermittelt, ob die Armatur ihre Schließstellung erreicht hat. Um ein Verlaufen der Anzeige· bei geschlossener Armatur zu vermeiden, wie es beispielsweise durch im zentralen Leitungssystem auftretende Druckim-

pulse und temperaturbedingte öiströmungen in der in der Schließstellung der Armatur drucklosen bzw. auf einem geringen Vorspanndruck gehaltenen Arbeitsleitung auftritt, sind Frequenzfilter vorgesehen, durch die die Zählung der durch solche Druckimpulse bzw. Öiströmungen am Volumenmesser abgegriffenen Impulse ausgeschlossen wird. Bei diesem Uberwachungssystem ist es weiter bekannt, bei geöffneter Armatur durch Ausschalten des Frequenzfilters die Arbeitsleitung und die Dichtung des Antriebskolbens der Armatur auf Dichtigkeit zu prüfen, allerdings ohne die Möglichkeit, eine etwaige Undichtigkeit zu lokalisieren.

Es sind weiter hydraulische Systeme zur Fernanzeige der Stellung von Schiebern, Ventilen oder Klappen bekannt, bei denen zwischen dem Steuerventil und dem zweiseitig mit Druck beaufschlagbaren Antriebszylinder der Armatur zwei Arbeitsleitungen vorgesehen sind (DE-AS 1232435). Dabei ist ein Volumenmesser vorgesehen, der im Rücklauf des Systems so angeordnet ist, daß mit ihm jeweils das beim Betätigen der Armatur aus dem Antriebszylinder verdrängte ölvolumen gemessen wird. Bei einem derartigen System (DE-AS 1284 228) ist es weiter bekannt, in der Null- oder Ruhestellung des Steuerventils beide Arbeitsleitungen mit dem Betriebsdruck zu beaufschlagen, um auch bei temperaiurbedingten Volumenänderungen des Hydrauliköle in den Arbeitsleitungen zwischen dem Steuerventil und dem Antriebszylinder den Kolben des Antriebszyiinders in seiner Stellung zu halten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Überwachungssystem zu schaffen, mit dem alle wesentlichen Betriebszustände, wie die Lage der gesteuerten Armatur sowie Schäden, jeweils nach ihrer Art und Größe feststellbar und zur Anzeige bringbar sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung ausgehend von einem Überwach jngss) item der gattungsgemäßen Art gelöst durch die Kombination folgender teilweise bekannter Merkmale:

a) der Antriebszylinder ist zweiseitig beaufschlagbar und über zwei Arbeitsleitungen mit dem Steuerventil verbunden,

b) in der Ruhe stellung stehen beide Arbeitsleitungen unter Druck.

c) in jeder der beiden Arbeitsleitungen ist zwischen dem Steuerventil und dem Antriebszylinder ein Volumenmesser vorgesehen,

d) die Volumenmesser sind mit Detektoren für die Drehrichtung der Zahnräder versehen, und

e) es ist eine Einrichtung vorgesehen, mit der die Impulse unter Berücksichtigung der Durchflußrichtung durch die Volumenmesser und der Impulsfrequenz rechnerisch verarbeitbar und die Ergebnisse als die jeweiligen Betriebszustande des Antriebssystems anzeigbar sind.

Zweckmäßig sind zur StillsTandsüberwachung auf vorgegebene Strömungsvolumina abgestimmte Frequenzfilter und Anzeigemittel vorgesehen, die bei Erreichen der jeweiligen Grenzfrequenz ansprechen.

Mit dem erfindungsgemäßen Überwachungssystem lassen sich von einem von der Armatur entfernt liegenden Steuerstand unabhängig davon, ob es sich um Antriebszylinder mit gleichen oder unterschiedlich großen Beaufschlagungsflächen handelt, sehr exakte Lageeinstellungen der Armatur erreichen. Bei etwaigen Lecks in den Arbeitsleitungen wird angezeigt, in welcher der Leitungen das Leck aufgetreten ist und

welche Größe das Leck hat, wobei gleichzeitig unterscheidbar ist, ob es sich um ein die Funktion des Antriebsgerätes unwesentlich beeinträchtigendes Leck oder um einen Leitungsbruch handelt, der die Betätigung der Armatur erheblich beeinträchtigt oder ausschließt. Es ist weiter möglich, bei Stillstand des Antriebs die Kolbendichtung kontinuierlich auf Dichtigkeit zu überprüfen. Schließlich ist es möglich, die Arbeitsleitungen und den Antriebszylinder auf Brandeinwirkung zu überwachen. Sämtliche Überwachungsparameter können in unmittelbarer Nähe des Steuerventils abgegriffen werden. Es sind also keinerlei Überwachungsleitungen zwischen dem Steuerventil und dem Antriebszylinder für die Armatur erforderlich.

In der Zeichnung ist die Schaltung eines Überwachungssystems veranschaulicht, das im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben wird.

Das dargestellte Antriebs- und Überwachungssystem weist eine Steuer- und Überwachungsstation 2 auf, die über zwei Leitungen 4,6 mit einem zweiseitig beaufschlagbaren Antriebszylinder 8 verbunden ist, über den das Verschlußstück 10 eines Abspenschiebers betätigbar ist.

Die Überwachungs- und Steuerstation 2 weist ein als V,-Wegeventil ausgebildetes Steuerventil 12 auf, das über eine Vorsteuereinheit 14 hydraulisch betätigbar ist und zusätzlich eine Handbetätigung 16 aufweist.

Das Steuerventil 12 ist über eine Leitung 18 mit einer Druckleitung 20 und über eine Leitung 22 mit einer unter Vorspannung stehenden Rückölleitung 24 verbunden. In der Leitung 18 ist ein zum Steuerventil 12 hin öffnendes Rückschlagventil 26 vorgesehen. Die beiden Leitungen 18 bzw. 22 sind an die Anschlüsse P bzw. Tdes Steuerventils 12 angeschlossen. Die beiden Ventilausgänge A und B sind über die Ausgänge A' und B' der Überwachungs- und Steuerstation 2 an die Leitungen 4 und 6 angeschlossen. In den Leitungen 28 bzw. 30 zwischen den Anschlüssen A und A' bzw. B und B' sind jeweils Volumenmesser 22 bzw. 34 eingeschaltet. In der Leitung 28 ist wetter ein Drosselventil 36 vorgesehen. Stromabwärts des Drosselventils 36 ist ein Druckbegrenzungsventil 38 angeschlossen, dessen Auslaß über eine Leitung 40 mit der Rückclleitung 22 verbunden ist.

Die beiden Volumenmesser 32 und 34 sind nach Art von Zahnradmotoren aasgebildet, durch die der ölstrom in dem Zahnlückenvolumen entsprechenden diskreten Teilvolumen transportiert wird und die mit Mitteln vei sehen sind, mit denen für jede Teilmenge ein elektrischer Impuls erzeugbar ist. Es sind weiter Abtaster vorgesehen, mit denen die Drehrichtung der Zahnräder und damit die Strömungsrichtung des Öls feststellbar ist. Durch diese Volumenmesser ist eine vorzeichenbehaftete digitale Messung des Oistromes erreichbar. Diese Impulse werden in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Gerät rechnerisch verarbeitet.

Das Steuerventil 12 ist so ausgebildet, daß in der Schaltstellung I die beiden Ausgänge A und B mit dem Druckanschluß P in Verbindung stehen und damit beide Leitungen 4 und 6 unter Betriebsdruck ste-. hen. Die mittlere Ventilstellung ist eine Absperrstellung und in der Ventilstellung Il ist der Ventilen- , schluß P mit dem VenU'anschluß A und der Ventilanschluß T mit dem Anschluß B verbunden. In der Schaltstellung II kann also Drucköl aus der Leitung 20 in die Leitung 4 einströmen und ül aus der L.2itung 6 in die Rückölleitung 24 verdrängt werden.

Der Antriebszylinder 8 weist einen Kolben 42 auf, dessen Kolbenstange 44 an das Schieberverschluß-

> stück 10 angeschlossen ist. Der Zylinderraum 46 oberhalb des Kolbens 42 ist mit der Leitung 6 und der untere Zylinderraum 48 mit der Leitung 4 verbunden. Die Beaufschlagungsfläche im Zylinderraum 46 entspricht der Fläche des Kolbens 42 und die Beaufschlagungsfläche im Zylinderraum 48 der Kolbenfläche abzüglich des Querschnitts der Kolbenstange 44. Bei gleichem Druck in den Leitungen 4 und 6 wirkt auf das Schieberverschlußstück 10 ein Schließdruck, der dem Druck multipliziert mit der Flächen-

> differenz entspricht. In den beiden Leitungen 4 und 6 sind vor dem Antriebszylinder 8 Absperrventile 50 und 52 vorgesehen, denen Anschlüsse 54 und 56 nachgeschaltet sind, an die eine Handpumpe für Wartungszwecke anschließbar ist.

ι Das Vorsteuergerät 14 weist zwei Mektromagnetisch gegen eine Feder verstellbare Umschaltventile 58 auf, die an die Druckleitung 60 und die Rückölleitung 62 eines Vorsteuerdrucksystems angeschlossen sind. Ir der stromlosen Stellung sind die beiden Steu-

; erleitungen 64 und 66 drucklos, so daß eine Handbetätigung des Steuerventils 12 möglich ist. Die verschiedenen Schaltstellungen des Steuerventils 12 können mit einer elektrischen Anzeige versehen sein. Das Vorsteuergerät 14 kann den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend auch anders ausgebildet sein.

Im nachstehenden wird die Arbeitsweise des beschriebenen Systems im einzelnen erläutert.

Angenommen, der Antriebszylinder 8 befindet sich mit dem Verschlußelement 10 in der Schließstellung

ι und das Steuerventil 12 steht in der Schaltstellung I. Die beiden Leitungen 4 und 6 stehen unter dem Betriebsdruck der Leitung 20. Sofern die Anlage i.i Ordnung ist, stehen beide Volumendurchmesser 32 und 34 still.

r Tritt in einer der Leitungen 4 bzw. 6 ein Leck auf, wird der austretende ölstrom durch den dieser Leitung zugeordneten Volumenmesser erfaßt. Bei einem Bruch in der Leitung 4 mißt der Volumenmesser 32, während vom Volumenmesser 34 keine Meßimpulse abgegeben werden. Aus der Frequenz der Meßimpulse 32 kann die Größe des Lecks ermittelt werden, wobei durch Frequenzfilter zur Anzeige gebracht werden kann, ob es sich um ein die Betätigung des Schiebers nicht beeinträchtigendes Leck handelt, oder um ein einem Bruch gleichwertiges Leck. Entsprechendes gilt bei einem Leck in der Leitung 6. L.ecks tasse" sich also hinsichtlich der Leitung, in der sie auftreten, und hinsichtlich ihrer Größe zur Anzeige bringen.

Erwärmungen in den Leitungen 4 und 6, die auf Änderungen der Umgebungstemperatur zurückzuführensind, werden von den beiden Volumenmessern 32 und 34 dadurch erfaßt, daß die aus den Leitungen 4 und 6 verdrängten ölmengen mit gleicher Durchflußrichtung gemessen werden. Da normale Temperatureinwirkungen zu sehr langsamen ölströmen führen, kann ihre Anzeige durch ein entsprechendes Frequenzfilter unterdrückt werden. Diese ölströme gleichen sich normalerweise über einen 24stündigen Tagesrhythmus aus. Werden die beiden Leitungen 4 und 6 einem Brand ausgesetzt, erfolgt eine rasche Erwärmung des Oh und damit eine rasche Verdrängung des Öls über die volumenmesser 32 und M. Beide VoIu-

menmesser drehen dann gleichsinnig und geben Impulse mit einer relativ hohen Frequenz. Durch ein Frequenzfilter können solche durch einen Brand hervorgerufenen ölströme von ölströmen, die durch normale Temperaturänderungen bedingt sind, unterschieden werden, so daß im Falle eines Brandes Feueralarm ausgelöst werden kann. Entsprechendes gilt, wenn nur eine der Leitungen durch Feuer erwßrmt wird. In diesem Fall würde lediglich einer der Volumenmesser einen entsprechend großen ölstrom in Richtung auf das Steuerventil 12 registrieren.

Zur Betätigung des Antriebszylinders 8 wird das Steuerventil 12 in die Schaltstcllung 2 gebracht. Es tritt also Drucköl über den Volumenmesser 32 in die Leitung 4 ein und Rücköl strömt aus der Leitung 6 über den Volumenmesser 34 in die Rückölleitung 24 ab. Über den Volumenmesser 32 wird die in den Zylinderraum 48 eingespeiste Ölmenge exakt gemessen. Sie kann in einem Volumenmesser als Summe der Impulszahlen oder umgerechnet als zurückgelegter Öffnungsweg und damit unmittelbare Stellung des Schieberverschlußstückes 10 angezeigt werden. Es wird gleichzeitig über den Volumendurchmesser 34 die aus dem Zylinderraum 46 verdrängte ölmenge gemessen einschließlich des Entspannungsvolumens, das bei längeren Leitungen recht erheblich sein kann. Die über den Volumenmesser 34 vorgenommene Messung kann dabei zur Kontrolle der Messung des Volumenmessers 32 herangezogen werden. Weichen beide Meßergebnisse von einem Sollwert ab, liegt eine Unregelmäßigkeit vor, beispielsweise in Form eines Lecks, das dann wie oben beschrieben nach Art und Lage ermittelbar ist. Wird in der Öffnungsstellung ein ölstrom in die Leitung 4 und aus der Leitung 6 heraus über die beiden Volumenmesser ermittelt, ist die Dichtung des Kolbens 42 des Antriebszylinders 8 undicht. In der Öffnungsstellung erfolgt also ständig eine Kontrolle der Kolbendichtung.

Tritt bei geöffnetem Schieber ein Schaden auf, beispielsweise in einer Raffinerie durch eine Explosion, der zu einer Beschädigung der Leitungen 4 und 6 führt, muß zur Sicherung der Anlage versucht werden, den Schieber 10 zu schließen. Der Schließvorgang wird lediglich beeinträchtigt durch Beschädigungen der Leitung 6. Hat die Leitung 6 ein Leck erhalten, das nicht so groß ist, daß der Aufbau eines Schließdruckes in dem Zylinderraum 46 verhindert wird, werden beim Schiießvorgang über den Voiumenzähier 34 Impulse mit einer Frequenz abgegeben, die wesentlich höher liegt als die Frequenz beim normalen Schließvorgang. Fällt diese Frequenz nach einer bestimmten Zeit ab, kann hieraus geschlossen werden, daß der Schieber seine Schließstellung noch erreicht hat. Der ölstrom wird dann durch Bewegen des Steuerventils 12 aus der Schaltstellung I in die Absperrstellung unterbrochen.

Der Airtriebszylinder 8 kann selbstverständlich auch mit zwei gleich großen Beaufschlagungsflächen ausgebildet sein, wie es beispielsweise der Fall ist bei Antrieben für Klappenventile.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Überwachungssystem für hydraulisch betriebene Armaturen mit in einer Arbeitsleitung zwischen einem Steuerventil und einem Antriebszylinder angeordnetem Volumenmesser nach Art eines Zahnradmotors, dessen Zähne mit Hilfe einer Vorrichtung abgetastet werden, die jeweils für diskrete Teilmengen, die dem Zahnlückenvolumen entsprechen, elektrische Impulse abgibt, und mit einer Zähl- und Anzeigevorrichtung für die am Volumenmesser abgegriffenen Impulse, gekennzeichnet durch die Kombination folgender teilweise bekannter Merkmale:

a) der Antriebszylinder (8) ist zweiseitig beaufschlagbar und über zwei Arbeitsleitungen (4, 6) mit dem Steuerventil (12) verbunden,

b) in der Ruhestellung stehen beide Arbeitsleilungen unter Druck,

c) in jeder der beiden Arbeitsleitungen ist zwischen dem Steuerventil und dem Antnebszylinder ein Volumenmesser (32, 34) vorgesehen,

e) es ist eine Einrichtung vorgesehen, mit der die Impulse unter Berücksichtigung der Durclilußrichtung durch die Volumenmesser und der Impulsfrequenz rechnerisch verarbeitbar und die Ergebnisse als die jeweiligen Betriebszustände d<is Antriebssystems anzeigbar sind.

2. Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stillstandsüberwachung auf vorgegebene Strömungsvolumina abgestimmte Frequenzfilter und Anzeigemittel vorgesehen sind, die bei Erreichen der jeweiligen Grenzfrequenz ansprechen.