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Verfahren und Vorrichtung zur internen Druckbeauf-
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schlagung eines geschlossenen Raumes, insbesondere zu Prüfzwecken.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur internen
Druckbeaufschlagung eines geschlossenen Raumes, insbesondere zu Prüfzwecken mit
einem vorgegebenen Prüfdruck.Unter einem Raum wird dabei in allgemeiner Weise jeder
Hohlkörper verstanden, der dicht abgeschlossen ist oder dicht abschließbar ist,
und der im Betriebszustand internen Drücken widerstehen muß, so daß es aus Sicherheitsgründen
unerläßlich ist, ihn vor Inbetriebnahme oder auch periodisch während des Betriebes
einer Druckpr;ífung zu unterwerfen.
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Als Beispiel kann man Behälter, flexible oder starre Rohri ungen,
Ventile, hydraulische oder pneumatische Leitungssysteme auf den verschiedensten
Gebieten nennen, wie beispielsweise im Metallbau, der Herstellung hydraulischer
Anlagen, der Erdölindustrie und Petrochemie,auf dem Gebiet der Gießerei, der Luftfahrt,
und in allgemeiner Weise auf allen Industriegebieten, bei welchen Vorrichtung hergestellt
oder benutzt werden, die unter einem gegenüber dem Atmosphärendruck erhöhten Druck
betrieben werden.
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Gewöhnlich verwendet man zur Prüfung dieser Räume ein Verfahren, welches
darin besteht, unter Atmosphärendruck stehendes Wasser einzufüllen, dann den Raum
dicht abzuschließen und den in seinem Inneren herrschenden Druck zu erhöhen, sei
es mittels einer Handpumpe oder mittels einer Kolben- oder hydropneupatischen Pumpe.
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Dieses Verfahren weist-den wichtigen Nachteil auf, daß es sehr lange
dauert, bis im Inneren des Raumes der Prüfdruck erreicht wird, einerseits deshalb,
weil das Anfüllen mit unter Atmosphärendruck stehendem Wasser viel Zeit in Anspruch
nimmt, wenn dieser Raum ein großes Volumen aufweist und andererseits deshalb, weil
die Hand- oder Kolbenpumpen, welche benutzt werden, um das Innere des Raums auf
den erforderlichen Druck zu bringen, wenn er mit Wasser unter Atmosphärendruck angefüllt
ist, eine begrenzte Förderleistung aufweisen.
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Tatsächlich besitzt eine handbetätigte Prüfpumpe eine sehr geringe
Förderleistung in der Größenordnung von l bis 2,2 l/mn während eine Kolben- oder
hydropneumatische Pumpe eine Förderleistung aufweist, die zum Betriebsdruck umgekehrt
proportional ist, ohne daß andere Möglichkeiten bestehen.
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Dies macht den Druckaufbau zu einem langen und langweiligen Verfahren,
das bei einer Anwendung einer Handpumpe außerdem ermüdend ist und kostspielige Handarbeit
in Anspruch nimmt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu überwinden
und ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen es möglich wird, auf
raschere, einfachere und auch kostengünstigere Weise in einem geschlossenen Raum
den gewunschten Druck aufzubauen.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß man in den Raum ein im
wesentlichen inkompressibles, zur Prüfung dienendes Strömungsmittel unter einem
bestimmten Fülldruck einfüllt, bis er mit diesem unter dem Fülldruck stehenden Strömungsmittel
angefüllt ist.
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Es wird also ein im wesentlichen inkompressibles und unter Druck stehendes
Strömungsmittel, beispielsweise Wasser, direkt in den zu prüfenden Raum eingeleitet,
wodurch einerseits die Füllung des Raumes selbst beschleunigt und andererseits der
Aufbau des Druckes beschleunigt wird, weil, wenn der Prüfdruck gleich dem Druck
istj mit welchem das im wesentlichen inkompressible Strömungsmittel in den Raum
eingeführt wird, oder geringer als dieser Druck, man den gewünschten Prüfdruck direkt
erhalten kann oder weil, wenn dieser Prüfdruck höher ist als der Druck, mit welchem
das im wesentlichen inkompressible Strömungsmittel in den Raum eingeführt wird,
die Möglichkeit besteht, den Prüfdruck viel schneller zu erhalten als wenn das den
Raum anfüllende Strömungsmittel ausgehend von dem atmosphärischen Druck auf den
Prüfdruck erhöht werden müsse.
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Wenn es sich darum handelt, die Druckversuche stufenweise durchzuführen,
gestattet es das Verfahren, die Versuche mit dem Füllvorgang zu beginnen, was einen
beträchtlichen ZeitC gewinn erlaubt. Falls elastisch verformbare Räume geprüft werden
sollen, die bei Drücken unterhalb des vorgesehenen Prüfdrucks elastisch verformbar
sind, ist es möglich, die Füllung bei einem solchen Druck durchzuführen, daß am
Ende der Füllung der Raum seine maximale Verformung angenommen hat, so daß unmittelbar
nach der Füllung die Prüfung hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit bei dem genannten
Prüfdruck stattfinden kann.
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Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens, welche einen Behälter für das zur Prüfung dienende Strömungsmittel,
Mittel zur Versorgung des Behälters mit diesem Strömungsmittel Mittel zur Erzeugung
und Aufrechterhaltung eines konstanten, dieses Strömungsmittel beaufschlagenden
Drucks und Mittel zur wahlweisen Verbindung des Behälters mit dem zu prüfenden Raum
umfaßt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen
in Verbindung mit der Beschreibung.
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In der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten
AusfUhrungsbeispiels der Erfindung wird diese näher erläutert.
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Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Einsatz bei der Druckprüfung
eines Behälters.
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Der zu prüfende Behälter ist schematisch dargestellt und mit 1 bezeichnet.
Er besitzt in seinem oberen Bereich eine Belüftung 2, die wahlweise mittels eines
Ventils 3 geöffnet oder geschlossen werden kann. Außerdem besitzt der Behälter l
in seinem unteren Bereich einen Einla 4, der einerseits bei der Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens oder gleichermaßen zu anderen Zwecken benutzt werden
kann, wenn sich der Behälter 1 alf einem beliebigen technischen Gebiet im Einsatz
befindet. Der Behälter 1 kann selbstverständlich andere Einlässe und Ausgänge besitzen,
oder verschiedene Zusatzvorrichtungen, die in keinem Zusammenhang mit der Durchführung
des erfindungsgemäBen Verfahrens stehen. Diese Einlässe, Auslässe oder zusätzlichen
Vorrichtungen werden als dicht abgeschlossen betrachtet, wenn das erfindungsgemäße
Verfahren durchgeführt wird, bei welchem nur die Belüftung 2 und der Einlaß 4 benutzt
werden.
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5 bezeichnet insgesamt eine Vorrichtung zur Durchführung des erLindungsgemäßen
Verfahrens, wobei diese Vorrichtung 5 einen Ausgang 6 aufweist, der dicht und im
allgemeinen lösbar mit dem Einlaß 4 des Behalters 1 verbunden ist. Diese Vorrichtung
sann beispielsweise zur Durchführung von Versuchen innerhalb einer Betriebsstätte
ortsfest angeordnet sein, oder aber beweglich sein, wenn Versuche an Versuchsobjekten
an ihrem Einsatzort durchgeführt werden sollen.
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Die Vorrichtung 5 besitzt einen dichten Behälter 7, der die Quelle
eines zur Prüfung benutzten, im wesentlichen inkompressiblen Strömungsmittels darstellt,
wie beispielsweise Wasser, b1 usw..
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In den Innenraum des Behälters 7 mündet ein erster Einlaß 8 für das
im wesentlichen inkompressible, zur Prüfung benuzte Strömungsmittel, wobei, wenn
dieses Strömungsmittel Wasser ist, der Einlaß 8 beispielsweise mit der Trinkwasserversorgung
verbunden sein kann, um eine Versorgung des Behälters 7 mit unter Druck stehendem
Wasser sicherzustellen, wie dies durch den Pfeil 9 schematisch angedeutet ist.
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Der Behälter 7 besitzt einen zweiten Einlaß 10, der seinerseits mit
der Quelle eines als Treibmittel dienenden, unter einem höheren Druck als dem Atmosphärendruck
stehenden Strömungsmittels verbunden ist, wie beispielsweise mit einem Luftpresser,
der in das Innere des Behälters 7 Druckluft, beispielsweise in der Größenordnung
von 7 bar, einspeist, wie dies durch den Pfeil 11 angedeutet ist. An sich bekannte
und nicht dargestellte Mittel sind vorgesehen, um im Inneren des Behälters 7 ein
konstantes Gleichgewicht zwischen der Wasserfüllung 14 und dem unter einem gleichförmigen
Druck von7 bar eingeleiteten Luftkissen 15 aufrechtzuerhalten, wenn das Wasser über
zwei Auslässe 12 und 13 entleert wird, die sich im unteren Bereich des Behälters
7 befinden und später näher erläutert werden, d.h. es soll ein konstanter oberer
Pegelstand 16 der Wasserfüllung 14 unter einem Luftpolster 15 mit konstantem Volumen
erhalten werden, wodurch
für das sich im Bereich der Auslässe 12
und 13 befindliche Wasser ein konstanter Druck von 7 bar und eine gleichmäßige Fördermenge
erhalten wird.
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Der auslad 12 der sich wie der Auslaß 13 im unteren Bereich des Behälters
7 befindet, ist über ein beispielsweise pneumatisches Ventil 17 mit dem Eingang
eines dichten Behälters 18 verbunden, der außerdem einen Ausgang aufweist, der den
Ausgang 6 der Vorrichtung bildet und der mit dem Einlaß 4 des zu prüfenden Behälters
1 verbunden ist.
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Der Auslad 13 des Behälters 7 ist selbst über ein Rückschlagventil
19, das nur eine Ausströmung aus dem Behälter 7 zuläßt, mit dem Einlaß einer hydropneumatischen
Pumpe 20 mit Stufenkolben verbunden, deren Druckseite über ein Rückschlagventil
21, das eine Strömung nur in Förderrichtung zuläßt, mit einem zweiten Einlaß des
Behälters 18 verbunden ist.
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In bekannter Weise wird der auf die Wasserfüllung 14 einwirkende Ansaug-
und Förderhub der Pumpe 20 pneumatisch gesteuert und zwar durch ein als Treibmittel
dienendes Strömungsm.ittel, das im vorliegenden Fall durch die Luft gebildet wird,
welche beispielsweise einen Druck von7 bar aufweist und welche bei 11 zuströmt,
um gleichzeitig in das Innere de, Behälters 7 einzuströmen. Die Luftzuleitung besitzt
beispielsweise vor dem zweiten Einlaß 10 des Behälters
7 eine mitider
Pumpe 20 verbundene Abzweigung, in welcher sich ein Ventil 22 befindet, und vorzugsweise
auch ein Druckregler für die Luft.
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Durch den Stufenkolben weist die Pumpe eine Vervielfältigungswirkung
auf, d.h. eine Erhöhung des Drucks des geförderten Strömungsmittels im Vergleich
zum Druck der als Treibmittel dienenden Luft. Die Pumpe 20 kann das im Behälter
7 unter einem Druck von 7 bar gehaltene Wasser auf einen 1000 bar überschreitenden
Druck bringen, beispielsweise auf einen Druck von 120 bar.
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Die Funktionsweise der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist wie folgt.
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Wenn die Pumpe 20 durch Schließen des Ventils 22 abgetrennt ist, füllt
man den Behälter 7 mit einem Wasservolumen in der Größenordnung von beispielsweise
220 l, und zwar bis zu einem vorgegebenen Pegelstand 16. Außerdem erzeugt man über
den zweiten Einlaß lO ein Luftpolster 15, welches das Wasser 14 unter einen Druck
von7 bar setzt und das Treibmittel für das Wasser während eines ersten Verfahrensschritts
bildet.
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Wenn der Ausgang 6 der Vorrichtung 5 mit d-em Einlaß 4 des Behälters
1 verbunden ist, besteht dieser erste Verfahrensschritt darin, mit regelbarem Druck
und hoher Förderleistung in den Behälter l eine Wassermenge einzuleiten, die eine
rasche Füllung des Behälters l ermöglicht, oder eine rasche Beendigung der Füllung
des Behälters, wenn dieser vor diesem
ersten Schritt bereits teilweise
gefüllt war. Zu diesem Zweck öffnet man das anfangs geschlossene pneumatische Ventil
17.
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Wenn der Innendruck, welchem der Behälter l zu PrüEzwecken ausgesetzt
werden soll, geringer oder gleich ist als der im Behälter 7 herrschende Druck, der
dort beispielsweise 7bar beträgt, erhält man diesen Prüfdruck im Inneren des Behälters
1 bereits während dieses ersten Verfahrensschritts.
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Wenn der Prüfdruck geringer ist als der im Behalter 7 herrschende
Druck, der im vorliegenden Fall 7 bar beträgt, kann der Druck im Inneren des Behälters
l dadurch auf den Prüfdruck eingestellt werden, daß man entweder den Druck des in
den Behälter 1 eingespeisten wassers gesteuert auf den Prüfdruck absenkt, oder daß
man nach der Füllung des Behälters 1 den im Behälter herrschenden Druck von hier
7 bar durch gesteuerten Druckabbau bei dem bereits in den Behälter 1 eingeleiteten
Wasser senkt, beispielsweise durch Betätigung des Ventils 3 in der Belüftung 2.
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In dem häufigen Fall, in welchem der Prüfdruck im Behälter l ukc.-
dem im Behälter 7 herrschenden Druck liegt, d.h.
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Oberhalb aer hier gewählten 7 bar, führt man einen zweiten Füllvorgang
mittels der Stufenkolbenpumpe 20 durch, nachdem das Ventil 17 geschlossen wurde,
um den Behälter 7 vom Ausgang 6 der Vorrichtung 5 abzutrennen.
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Man öffnet dann das Ventil 22, um die Pumpe 20 in Betrieb zu setzen,
die das Wasser aus der Wasserfüllung 14 des Behälters 7 in das Behälter 1 unter
einem Druck befördert, der beispielsweise 120bar beträgt und weit über dem maximalen
Druck von 7 bar liegt, die zu Beginn dieses zweiten Verfahrensschrittes im Inneren
des Behälters 1, wie auch im Inneren des Behälters 7 herrschen, nachdem der erste
Füllschritt beendet war Die Pumpe 20 ermöglicht es, sehr rasch die sehr erhöhten
Drücke im Inneren des Behälters l zu erreichen und zwar aufgrund der einfachen Tatsache,
daß dieser Behälter zu Beginn der zweiten Phase bereits unter Druck steht, und zwar
mit einem Wert, der ausreichend ist, um wenigstens teilweise seine elastische Verformung
zu bewirken.
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Es ist somit aufgrund der Erfindung möglich, mit Hilfe von dem Fachmann
bekannten Regelvorrichtungen den Druck im Inneren des Behälters 1 sehr präzise an
den zu erhaltenden Prüfdruck heranzuführen.
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Geht man von der durch das erfindungsgemäße Verfahren gebotenen Möglichkeit
aus, sehr rasch den Prüfdruck im Inneren des Behälters l zu erhalten, so ist es
möglich nach dem Erreichen des Prüfdrucks eine Folge von Entspannungen und erneuten
Drucksteigerungen durchzuführen, um Behälter oder allgemeiner abgedichtete Räume
zu prüfen, die während ihres Betriebs einer starken Beanspruchung, einer stoßweisen
Beanspruchung, usw. ausgesetzt sind.
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Man kann auch die Möglichkeit vorsehen, den Druck im Inneren des Behälters
1 am Ende des Versuchs auf einen Wert abzusenken, der es ermöglicht, ohne Gefahr
das Ventil 3 zu öffnen, um AuBenluft in den Behälter einströmen zu lassen, um dessen
Entleerung durchzuführen.
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Diese rasche Entleerung kann vorteilhafterweise mittels des im Behälter
7 enthaltenen Luftpolsters 15 bewirkt werden, welches man nach dem Stillsetzen der
Pumpe 20 und dem erneuten Öffnen des Ventils 17 benutzt, um das gesamte, zur Druckprüfung
benutzte Wasser aus dem Behälter 1 zu drücken.
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Natürlich könnte das als im wesentlichen inkompressibles Strömungsmittel
benutzte Wasser durch jedes andere entsprechende Strömungsmittel ersetzt werden,
wie auch die als Treibmittel benutzte Luft durch ein anderes Strömungsmittel ersetzt
werden könnte und wie auch die Drücke der beiden Strjmungsmittel von den angegebenen
Drücken abweichen können.
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Mall kann außerdem die Pumpe 70 durch jedes andere äquivalente Mi@
@rsetzen, es ist jedoch zu beachten, daß die beschriebens hydropneumatische Pumpe
mit Stufenkolben den Vorteil besitzt, sie keinen elektrischen Anschluß benötigt
und die Vorrichtung deshalb feuersicher macht.
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Der Fachmann wird selbst ein geeignetes Mittel auswählen, um im Inneren
des Behälters 7 einen konstanten oberen Pegelstand 16 zu erreichen, der etwa einer
Dreiviertelfüllung des Behälters 7 mit Wasser entspricht, um am Wasserauslaß 12
oder 13 eine konstante Förderung.zu erhalten.