DE2947372C2 - Cylinder-piston arrangement as a differential pressure indicator - Google Patents
Cylinder-piston arrangement as a differential pressure indicatorInfo
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- G01L13/02—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
Description
Die Erfindung betrifft eine Zylinder-Kolben-Anordnung als Differenzdruckindikato,, insbesondere für Erdgas- oder Erdölpipelines, mit einem im Querschnitt vorzugsweise kreisförmigen, allseitig geschlossenen Zylinder, einem in dem Zylinder laufenden Kolben und einem zwischen dem Zylinder und dem Kolben wirksamen Dichtungselement, wobei durch den Kolben im Zylinder eine erste Druckkammer und eine zweite Druckkammer gebildet ist. die erste Druckkammer mit einem ersten Druckmitielanschluß und die zweite Druckkammer mit einem zweiten Druckmittelanschluß verbunden ist und der Kolben mit einer Betätigungseinrichtung verbunden ist.The invention relates to a cylinder-piston arrangement as a differential pressure indicator, especially for natural gas or oil pipelines, with a cross-section preferably circular cylinder closed on all sides, a piston running in the cylinder and a sealing element acting between the cylinder and the piston, whereby through the piston a first pressure chamber and a second pressure chamber are formed in the cylinder. the first pressure chamber with a first pressure medium connection and the second pressure chamber with a second pressure medium connection is connected and the piston is connected to an actuating device.
Zylinder-Kolben-Anordnungen der in Rede stehenden Art sind der Anmeldcrin aus der Praxis als Differenzdruckindikator insbesondere für Erdgaspipelincs bekannt. Erdgaspipelines, aber auch Erdölpipelines sowie Pipelines zum Transport anderer Gase bzw. Flüssigkeiten, im folgenden allgemein als Druckmitlei bezeichnet, sind so aufgebaut, daß sie tcilstreckenweise abgeschottet werden können, um bei Undichtigkeiten bzw. Rohrbrüchen Reparaturen vornehmen zu können. Zu: Abschottung sind in die entsprechende Pipeline in mehr oder weniger regelmäßigen Abständen Kugelhähnc od. dgl. eingebaut. In Reihe zu diesen Kugelhähnen sind in der Pipeline jeweils Drosselstellen eingebaut. Zur Einleitung von Sicherheitsmaßnahmen bei Undichtigkeiten h/w. bei Rohrbrüchen ist jeder Drossclslellc eine /vlindcr-Kolben-Anordnung der in Rede stehenden Art parallel geschaltet. Parallel geschaltet bedeutet, daß dr;r erste Druckmittclanschluß der /.ylindcr-Kolbcn-Anordnung an die Pipeline an der Seite der DrossclMcllc ,1'!geschlossen ist. an tier das Druckmittel zulauft, und (l,ii! der /weite Druckmitlclanschluß der /.vlindcr-Kol-Cylinder-piston assemblies of the type in question are the applicant from practice as Differential pressure indicator particularly known for natural gas pipelines. Natural gas pipelines, but also oil pipelines as well as pipelines for the transport of other gases or liquids, hereinafter generally referred to as pressure media are designed so that they are partially Can be sealed off in order to be able to carry out repairs in the event of leaks or broken pipes. To: Isolation are ball valves in the corresponding pipeline at more or less regular intervals or the like installed. In series with these ball valves, throttling points are installed in the pipeline. To the Initiation of safety measures in the event of leaks h / w. in the case of burst pipes, each throttle valve is one / V cylinder piston arrangement of the type in question connected in parallel. Connected in parallel means that dr; r first pressure medium connection of the /.ylindcr-Kolbcn- arrangement to the pipeline on the side of the DrossclMcllc , 1 '! Is closed. the pressure medium runs to animal, and (l, ii! the / wide pressure connection of the /.vlindcr-col-
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h'i ben-Anordnung an die Pipeline an der Seite der Drosselstelle angeschlossen ist, an der das Druckmittel abläuft. h'i ben arrangement is connected to the pipeline on the side of the throttle point at which the pressure medium drains.
Normalerweise steht am ersten Druckmittelanschluß der zuvor angesprochenen Zylinder-Kolben-Anordnung ein nur geringfügig höherer Druck an als an deren zweiten Druckmittelanschluß. Der Kolben der Zylinder-Kolben-Anordnung befindet sich dann in seiner normalen Endstellung. Tritt nun in der Pipeline ablaufseitig ein Rohrbruch auf, so fällt dort a^r Druck schlagartig ab. Mit ihm sinkt der Druck am zweiten Druckmittelanschluß der Zylinder-Kolben-Anordnung. Der Druck am ersten Druckmittelanschluß bleibt zunächst noch erhalten, da ja zwischen beiden Druckmittelanschlüssen in der Pipeline die Drosselstelle angeordnet ist Die Druckdifferenz am Kolben der Zylinder-Kolben-Anordnung bewirkt nun, daß sich der Kolben aus seiner normalen Endstellung wegbewegt. Diese Bewegung wird über die Betätigungseinrichtung übertragen und zur automatischen Betätigung des entsprechenden Kugelhahnes (oder eines Ventils) bzw. zur Auslösung eines Alarms od. dgl. ausgenutztThe cylinder-piston arrangement mentioned above is normally located at the first pressure medium connection an only slightly higher pressure than at the second pressure medium connection. The piston of the cylinder-piston arrangement is then in its normal end position. Now occurs in the pipeline If a pipe bursts on the outlet side, then a ^ r pressure falls there abruptly. With it, the pressure at the second pressure medium connection of the cylinder-piston arrangement drops. The pressure at the first pressure medium connection is initially still maintained, since it is between the two Pressure medium connections in the pipeline the throttle point is arranged The pressure difference at the piston of the The cylinder-piston arrangement now causes the piston to move away from its normal end position. This movement is transmitted via the actuating device and used to automatically actuate the corresponding ball valve (or a valve) or to trigger an alarm or the like
Wesentlich für die Funktionsweise der zuvor beschriebenen Zylinder-Kolben-Anordnung ist, daß die erste Druckkammer von der zweiten Druckkammer zuverlässig abgeschottet ist Dazu ist zwischen dem Zylinder und dem Kolben ein Dichtungselement wirksam. Bei der der Anmelderin aus der Praxis bekannten Zylinder-Kolben-Anordnung, von der die Erfindung ausgeht, ist dieses Dichtungselement in einer Nut am oder im Kolben angeordnet, wird also gemeinsam mit dem Kolben relativ zum Zylinder bewegt.It is essential for the functioning of the cylinder-piston arrangement described above that the The first pressure chamber is reliably sealed off from the second pressure chamber The cylinder and the piston act as a sealing element. With the applicant from practice known cylinder-piston arrangement, from which the invention is based, this sealing element is in a Groove arranged on or in the piston, so is together with the piston relative to the cylinder emotional.
Erdgas- oder Erdölpipelines finden auch und insbesondere in Gebieten mit sehr niedrigen Umgebungstemperaturen, beispielsweise in Alaska oder in Sibirien Anwendung. Bei der Verwendung der bekannten Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem in einer Nut am oder im Kolben angeordneten Dichtungselement bei derartigen Erdgas- oder Erdölpipe'<nes in Gebieten mit sehr niedrigen Umgebungstemperaturen hat es sich gezeigt, daß diese bekannte Zylinder-Kolben-Anordnung nicht zuverlässig genug arbeitet.Tatsächlich treten nämlich oft Leckagen zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer auf.Natural gas or oil pipelines also and especially in areas with very low ambient temperatures, for example in Alaska or in Siberia. When using the known Cylinder-piston arrangement with a sealing element arranged in a groove on or in the piston such natural gas or oil pipes in areas with very low ambient temperatures, it has been shown that this known cylinder-piston arrangement does not work reliably enough. In fact, leaks often occur between the first and the second pressure chamber.
Im übrigen ist eine Zylinder-Kolben-Anordnung als Differenzdruckindikator bekannt (vgl. die DE-OS 26 11 999), die in ihren wesentlichen Merkmalen der Zylinder-Kolben-Anordnung, von der die Erfindung ausgeht, gleicht, die jedoch mit einer Doppellippendichtung verschen ist und damit für sehr große Druckunterschiede auf beiden Seiten des Kolbens bestimmt und geeignet ist. Die Doppellippendichtung ist hier am Kolben der Zylinder-Kolben-Anordnung angeordnet. Diese Tatsachen sprechen dafür, daß diese Zylinder-Kolben-Anordnung als Differenzdruckindikator nicht bei Erdgas- oder Erdölpipelines eingesetzt wird, da dort gerade nur geringe Differenzdrücke nachgewiesen bzw. angezeigt werden müssen.In addition, a cylinder-piston arrangement is known as a differential pressure indicator (cf. DE-OS 26 11 999), which in its essential characteristics is the The cylinder-piston arrangement on which the invention is based is the same, but with a double lip seal is given away and thus intended for very large pressure differences on both sides of the piston and suitable is. The double lip seal is arranged here on the piston of the cylinder-piston arrangement. These facts suggest that this cylinder-piston arrangement is not used as a differential pressure indicator is used in natural gas or oil pipelines, as only low differential pressures are detected or detected there. must be displayed.
Schließlich ist ein Differenzdruckmesser zum Anzeigen der Abweichungen des Druckes in einem Behälter, insbesondere in einem Kraftfahr/eugrcifen. bekannt (vgl. die I)I-C)S 24 I I "501J). Bei diesem Diffcrcnzdruckmesscr ist einerseits eine Mcßstrccke. andererseits eine Anzeigestrecke vorgesehen. Dieser Differcn/.druckmcsser arbeitet auch als Zylinder-Kolben-Anordnung. wobei im Bereich der Meßstrcckc am Kolben ein zwei Druckkammer voneinander trennendes Dichiungsel·:-Finally, there is a differential pressure meter for displaying the deviations in the pressure in a container, in particular in a motor vehicle. known (cf. I) IC) S 24 II "50 1 J). In this differential pressure measuring device, a measuring section is provided on the one hand, and a display section on the other. This differential / pressure measuring device also works as a cylinder-piston arrangement on the piston a seal separating two pressure chambers: -
ment vorgesehen isu Lediglich im Bereich der Meßstrecke ist ein Dichtungselement an einer Buchse vorgesehen, das der Abdichtung und Führung eines stangenartigen Anzeigeelementes dient.ment is provided only in the area of Measuring section, a sealing element is provided on a socket, which is used to seal and guide a bar-like display element is used.
Ausgehend von dem zuvor erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, die der Anmelderin aus der Praxis bekannte, eingangs erläuterte Zylinder-Kolben-Anordnung so auszugestalten und weiterzubilden, daß auch bei tiefen und tiefsten Temperaturen das Auftreten von Leckagen zwischen den beiden Druckkammern sicher verhindert wird.On the basis of the prior art explained above, the invention is now based on the object that known to the applicant from practice, at the beginning to design and develop the explained cylinder-piston arrangement so that even with deep and deepest Temperatures the occurrence of leaks between the two pressure chambers is reliably prevented.
Die erfindungsgemäße Zylinder-Kolben-Anordnung, bei der die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement aus einem Rundschnurring una einem Gleitring zusammengesetzt und in einer Nut im oder am Zylinder angeordnet ist und daß der Rundschnurring außen und der Gleitring innen angeordnet ist. Nach bevorzugter Lehre der Erfindung besteht hierbei der Rundschnurring aus Fluorsilikon und der Gleitring aus ggf. glasfaserverstärktem und ggf. mit Bronze oder Kohlenstoff versetztem Polyfluoräthylen.The cylinder-piston arrangement according to the invention, in which the above-mentioned object is achieved, is characterized in that the sealing element is composed of an O-ring and a sliding ring and is arranged in a groove in or on the cylinder and that the O-ring outside and the sliding ring is arranged on the inside. According to a preferred teaching of the invention, there is the O-ring here made of fluorosilicone and the sliding ring made of possibly glass fiber reinforced and possibly with bronze or carbon mixed polyfluoroethylene.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß d'-r Grund für die bei der bekannten Zylinder-Kolben-Anordnung auftretenden Leckagen in der Anordnung des Dichtungselementes zu suchen ist. Dabei ist erkannt worden, daß die bei tiefen Temperaturen auftretende Kontraktion des Dichtungselementes dazu führt, daß die Flächenpressung an der Innenseite des Zylinders abnimmt. Dies aber ist die kritischste Stelle der Abdichtung zwischen der ersten Druckkammer und der zweiten Druckkammer. Erfindungsgemäß ist nun weiter erkannt worden, daß beim Zusammensetzen des Dichtungselementes aus einem Rundschnurring und einem Gleitring und bei Anordnung des Dichtungselementes in einer Nut im oder am Zylinder bei tiefen Temperaturen die Flächenpressung am Kolben, der ja hier relativ zu dem Dichtungselement am Zylinder bewegt wird, erhalten bleibt, ja sogar noch ansteigt. Dies hat seinen Grund darin, daß die Kontraktion des Dichtungsele*nentes bei tiefen Temperaturen zu einer Erhöhung der Flächenpressung zwischen dem Dichtungselement und dem Kolben führt. Selbstverständlich muß dabei der Rundschnurring außen und der Gleitring innen angeordnet sein, da ansonsten der Rundschnurring natürlich durch Reibung extrem schnell verschleißen würde.According to the invention it has been recognized that d'-r reason for the known cylinder-piston arrangement occurring leakage is to be looked for in the arrangement of the sealing element. It has been recognized that the contraction of the sealing element occurring at low temperatures leads to the Surface pressure on the inside of the cylinder decreases. But this is the most critical point of the Sealing between the first pressure chamber and the second pressure chamber. According to the invention is now further been recognized that when assembling the sealing element from an O-ring and a sliding ring and when the sealing element is arranged in a groove in or on the cylinder at deep Temperatures the surface pressure on the piston, which is relative to the sealing element on the cylinder is moved, is maintained, and even increases. The reason for this is that the contraction of the Sealing elements at low temperatures to one Increases the surface pressure between the sealing element and the piston leads. Of course The O-ring must be arranged on the outside and the sliding ring on the inside, otherwise the O-ring would of course wear out extremely quickly due to friction.
Vorteilhafterweise sollte der Rundschnurring mit Vorspannung in die Nut eingesetzt sein. Durch die Vorspannung des Rundschnurringes wird erreicht, daß auch bei sehr tiefen Temperaturen und einer damit verbundenen erheblichen Kontraktion des Rundschnurringes dieser an den Innenwandungen der Nut in fester Anlage verbleibt.The O-ring should advantageously be inserted into the groove with pretension. Through the Pretensioning of the O-ring is achieved that even at very low temperatures and one with it associated considerable contraction of the O-ring this on the inner walls of the groove in more solid Plant remains.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung nochmals etwas näher erläutert, wobei die einzigeIn the following the invention is illustrated by means of a drawing which shows only one exemplary embodiment again explained in more detail, with the only one
ίο Figur im Längsschnitt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zylinder-Kolben-Anordnung als Differenzdruckindikator zeigt.ίο Figure in longitudinal section a preferred embodiment of a cylinder-piston arrangement according to the invention shows as a differential pressure indicator.
Die in der Figur dargestellte Zylinder-Kolben-Anordnung 1 weist einen im Querschnitt kreisförmigen, allseitig geschlossenen Zylinder 2, einen in dem Zylinder 2 laufenden Kolben 3 und ein zwischen dem Zylinder 2 und dem Kolben 3 wirksames Dichtungselement 4 auf. Durch den Kolben 3 sind im Zylinder 2 eine erste Druckkammer 5 und eine zweite Druckkammer 6 gebildet. Die erste Druckkammer 5 ist mit einem ersten Druckmittelanschluß 7 verbunden, während die zweite Druckkammer 6 mit einem zweiten Druckmittelanschluß 8 verbunden ist. Schließlich zeigt die Figur noch, daß der Kolben 3 mit einer Betätigungseinrichtung 9 verbunden ist, und zwar über eine Kolbenstange IC die über Abdichtungen 11 aus dem Zylinder 2 herausgeführt ist.The cylinder-piston arrangement 1 shown in the figure has a cylinder 2, which is circular in cross section and is closed on all sides, a piston 3 running in the cylinder 2 and a sealing element 4 that acts between the cylinder 2 and the piston 3. A first pressure chamber 5 and a second pressure chamber 6 are formed in the cylinder 2 by the piston 3. The first pressure chamber 5 is connected to a first pressure medium connection 7, currency r end, the second pressure chamber 6 with a second fluid port 8 is connected. Finally, the figure also shows that the piston 3 is connected to an actuating device 9, specifically via a piston rod IC which is led out of the cylinder 2 via seals 11.
Das Dichtungselement 4 ist in einer Nut 12 im Zylinder 2 angeordnet und aus einem äußerenThe sealing element 4 is arranged in a groove 12 in the cylinder 2 and consists of an outer one
J0 Rundschnurring 13 und einem inneren Gleitring 14 zusammengesetzt. Dabei besteht der Rundsclmurring 13 aus Fluorsilikon und der Gleitring 14 aus Polyfluoräthylen. Aus der Figur andeutungsweise entnehmbar ist, daß der Rundschriurring 13 mit Vorspannung in die Nut 12 eingesetzt ist.J 0 O-ring 13 and an inner sliding ring 14 assembled. The circular locking ring 13 consists of fluorosilicone and the sliding ring 14 of polyfluoroethylene. It can be seen from the figure that the circular ring 13 is inserted into the groove 12 with pretension.
Die dargestellte Zylinder-Kolben-Anordnung 1 arbeitet auch bei tiefen Temperaturen einwandfrei, da die temperaturbedingte Kontraktion des Rundschnurringes 13 zu einer verstärkten Flächenpressung zwischen dem Gleitring 14 und dem Kolben 3 führt, so dab die Abdichtung zwischen der ersten Druckkammer 5 und der ^weiten Druckkammer 6 zu tiefen Temperaturen hin immer besser wird. Aufgrund der Vorspannung des Rundschnurringes 13 verliert dieser andererseits auch bei tiefen Temperaturen nicht den Kontakt zu den Innenwandungen der Nut 12, so daß auch hier stet·; eine sichere Abdichtung gewährleistet ist.The illustrated cylinder-piston arrangement 1 works perfectly even at low temperatures, since the temperature-related contraction of the O-ring 13 to an increased surface pressure between the Sliding ring 14 and the piston 3 leads, so that the seal between the first pressure chamber 5 and the ^ wide pressure chamber 6 gets better and better at low temperatures. Due to the bias of the O-ring 13 on the other hand, this does not lose contact with the even at low temperatures Inner walls of the groove 12, so that here too stead ·; one secure sealing is guaranteed.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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| 8331 | Complete revocation |