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Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff
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des Anspruchs 1.
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Derartige Leckprüfungsverfahren sind beispielsweise bei der Prüfung
neuverlegter Pipelines langjährig erprobt und bewährt, soweit hier ein Abdrücken
der Rohrleitungen mittels einer Wasserfüllung erfolgt. Die Eigenschaften des Wassers
führen zu überaus gut ablesbaren Ergebnissen. Zusätzlich dient ein Bodenthermometer
in der Nähe der Meßstation dazu, einen Wert der Bodentemperatur zu erhalten, der
deren Einfluß abzuschätzen und aus dem Meßergebnis zu eliminieren erlaubt. So kann
durch Aufzeichnung des Druckverlaufs in einen zumindest weitgehend mit Wasser gefüllten
und unter Druck abgeschlossenen Raum im Langzeitversuch über z. B. einige Stunden
ein höchst zuverlässiges Bild von der DruckdichRigkeit des Systems gewonnen werden.
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Ein Abdrücken mit Wasser verbietet sich aber z. B. in Leitungs- oder
Behältersystemen, die bereits mit anderen Stoffen,etwa Treibstoffen oder sonstigen
organischen Flüssigkeiten,gefüllt sind und insbesondere auch weiterbetrieben werden.
Beispielsweise stellt sich die Aufgabe einer Leckprüfung bei Flughafen-Betankungssystemen
in Form eines im Erdboden verlegten Leitungsnetzes oder auch in sonstigen, mit Treibstoff
oder anderen organischen Flüssigkeiten gefüllten Behältnissen. Gerade bei treibstoffgefüllten
Systemen konnte hiernach den herkömmlichen Verfahren kein unter Berücksichtigung
des Druckverlaufs und der Erdtemperatur hinreichend aufschlüssiges Meßergebnis erzielt
werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es dementsprechend, ein Leckprüfungsverfahren
zu schaffen, welches es erlaubt, in einer mit dem herkömmlichen Verfahren vergleichbar
zuverlässigen und empfindlichen Weise Undichtigkeiten der Leitung oder des sonstigen
Behältnisses aufzuspüren, ohne daß hierzu Befüllungen mit Wasser, Zerstörungen an
den Prüflingen
oder größere Erdarbeiten an regelmäßig im Boden verlegten
Leitungen vorauszusetzen wären.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Kennzeichen des Anspruchs
1 gelöst. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die Temperaturabhängigkeit der
physikalischen Eigenschaften verschiedener Stoffe, z. B. Treibstoffetsehr viel höher
als bei Wasser sind. Bei Flugbenzin sind beispielsweise die Änderungen der Dichte
und der Kompressibilität grobhin um das Zehnfache größer als bei Wasser. Daraus
ergibt es sich als vorteilhaft, die Temperatur in den geschlossenen Raum repräsentativ
zu erfassen und nicht etwa nur grobhin durch ein Erdthermometer anzunähern. Es reicht
auch regelmäßig nicht aus, einen einzelnen Punkt eines solchen geschlossenen Raumes
als maßgeblich anzunehmen, da durchaus mehr oder weniger starke Temperaturgradienten
oder Schichtungen über einen solchen geschlossenen Raum auftreten können, insbesondere
dann, wenn es sich hier um eine langgestreckte Rohrleitung handelt. Eine Schallmeßstrecke
ist in der Lage, einen großen Teil eines vorgegebenen Raumes, vor allem natürlich
eines lei-tungsartig gestreckten Raumes, zu erfassen und damit einen repräsentativen
Mittelwert für die Temperatur in diesem Raum mit Hilfe der Schallaufzeit zu liefern,
da die Schallaufzeit in einem flüssigen Medium bekanntermaßen von der Temperatur
abhängt und dementsprechend zur Temperaturmessung herangezogen werden kann.
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Das Meßverfahren wird dadurch erleichtert, daß die absolute Größe
der Temperatur zweitrangig gegenüber deren Änderungen ist - da es bei der Druckkurve
auch wesentlich um die Änderungen im zeitlichen Verlauf geht. Die für die Schalllaufzeit
einflußreichen absoluten geometrischen und physikalischen Daten einer solchen Meßstrecke
sind also regelmäßig nur in erster Näherung anzusetzen, ohne daß sich dabei wesentliche
Verfälschungen hinsichtlich des Temperaturverlaufs und dessen Einfluß auf die beobachtete
Druckkurve in den abgeschlossenen Raum ergeben, maßgeblich sind die
zeitlichen
Änderungen. Soweit die Schallaufzeit in solchen Medien noch merklich vom Druck abhängt,
unterliegt dieser ohnehin der Meßaufzeichnung und -answertung.
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Die Schallaufzeitmessung in Flssigkeiten ist auch in gerätetechnischer
Hinsicht mit vertretbarem Aufwand durchzuführen, wie sich schon aus der generell
bekannten Schallaufzeitmessung für die Geschwindigkeit in Flüssigkeiten gezeigt
hat.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstands
der. Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert sind. In der Zeichnung zeigen
in jeweils schematisierter Darstellung Fig. 1 Installation eines Leckprüfungsverfahrens
mit Einwegmessung Fig. 2 Installation eines Leckprüfungsverfahrens mit Reflektionsmessung
und Fig. 3 Installation eines Leckprüfungsverfahrens mit Messung wiederholt rückgesendeter
Schallwellen.
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In den Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnung ist jeweils ein Leitungsrohr
1 in verkürzter Form mit zwei Endbereichen 2,3 dargestellt, die jeweils ein vorgegebenes
Ende des Rohres, ein Abschnittsende einer solchen Rohr leitung oder. auch den Endbereich
eines nur zur Druckprüfung festgelegten Leitungsabschnittes sein können. Die Endbereiche
sind durch druckfeste, dichte Endwände 4,5, z.B. vorgegebene Absperrorgane, abgeschlossen.
Dieses geschlossene System soll zu Beginn eines Meßversuchs zur Druckbeaufschlagung
an eine entsprechende Druckquelle angeschlossen, dann aber vollkommen abgesperrt
werden, so daß der Druckverlauf im geschlossenen Raum, insbesondere also ein mehr
oder weniger rascher Druckabfall, über eine Leckage in der Leitung und deren Größe
Aufschluß geben kann.
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Bekanntermaßen kann aber auch ein vollkommen dichtes Systems dieser
Art Druckänderungen erfahren, wobei in erster Linie
Temperaturänderungen
in Betracht kommen, die bei herkömmlichen, zur Druckprüfung mit Wasser gefüllten
Leitungen durch ein Bodent-hermometer nahe der Meßstation grob aber hinreichend
erfaßt wurden.
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Gemäß der Erfindung ist nun erkannt worden, daß hier eine sehr viel
genauere und umfassendere Temperaturmessung dann vorzusehen ist, wenn es sich in
der Leitung um Flüssigkeiten mit in ihren physikalischen Eigenschaften stärkerer
Temperaturabhängigkeit handelt. Dieses gilt insbesondere auch für Treibstoffe. Im
Ausführungsbeispiel sei die Leitung ihrem Innenraum 6 mit Flugbenzin gefüllt, dessen
Kompressibilität und Dichte sich gegenüber Temperaturänderungen etwa zehn mal empfindlicher
als Wasser verhalten. Dementsprechend ist hier vorgesehen, die Temperatur in dem
Raum selbst zu messen und zwar so, daß ein für den Gesamtraum repräsentativer Temperaturwert
aus der Messung entnehmbar ist.
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Hierzu wird in der Leitung 1 eine Schallmeßstrecke eingerichtet, die
in ihrer Anordnung und ihrem Meßverfahren bei den Ausführungsformen nach den Fig.
1 bis 3 jeweils unterschiedlich ist.
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Die Schallmeßstrecke nach Fig. 1 umfaßt einen Sender 7 an einem Ende
der Rohrleitung und einen Empfänger 8 am anderen Ende der Rohrleitung, die beide
über elektrische Kabel 9,10 mit einer Meßstation verbunden sind. Der beispielsweise
nach Art eines Unterwasser-Lautsprechers wirkende Sender gibt Schallwellen in die
Meßstrecke ein, die am anderen Ende verzögert, ggf. auch mehr oder weniger verhallt
oder verschliffen empfangen werden. Die praktisch verzögerungsfreie elektrische
Aufzeiclinung des gesendeten und des empfangenen Signals in der Meßstatiön 11 zeigt
dann die Schallaufzeit.
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Die Schallaufzeit kann grllndsätzlich unter Berücksichtigung
aller
physikalischen und geometrischen Daten der Meßstrecke zur Bestimmung eines absoluten
Temperaturwertes herangezogen werden, doch ist die damit verbundene Datenerfassung
und Auswertung in der Regel entbehrlich, da in erster Linie die Änderungen der Temperatur
in der Leitung 1 von Interesse sind, deren Auswirkungen auf den Druck in einer beispielsweise
über mehrere Stunden laufenden Druckaufzeichnung eliminiert werden sollen. Dementsprechend
reicht es generell aus, die Strecke mit verfügbaren Ansatzdaten zu erfassen, dieÄnderungen
der Schallaufzeit aber genau zu überwachen.
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Die in Fig. 2 dargestellte, abgewandelte Ausführungsform ist von der
Installtation her vereinfacht, da hier ein Sender 12 und ein Empfänger 13 an dem
gleichen Ende 4 des Leitungsabschnittes angeordnet sind und mit relativ kurzen Kabeln
14,15 mit der Meßstation verbunden sind, die ganz entsprechend der Meßstation nach
Fig. 1 ausgebildet sein kann und dementsprechend gleichfalls mit 11 bezeichnet wurde.
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Die vom Empfänger 13 aufgenommenen Signale sind am Ende 5 der Leitung
reflektierte und von dort zurücklaufende Schallwellen.
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Es versteht sich, daß die Dämpfungs- und Reflektionseigenschaften
der Strecke über die Anwendbarkeit dieses Systems entscheiden können.
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Das in Fig. 3 dargestellte System ist aufwendiger, da es an jedem
Ende der Leitung einen Sender 16 bzw. 17 und einen Empfänger 18 bzw. 19 aufweist.
Es versteht sich, daß der Sendebetrieb in beiden gegenläufigen Richtungen zusätzlichen
Aufschluß über Charakteristiken der Strecke geben kann. Insbesondere aber ist es
hiermit möglich, Sender und Empfänger zumindest einer Seite als Relaisstation arbeiten
zulassen.
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Es kann dort also ein empfangenes Signal sofort wieder unter entsprechender
Verstärkung, ggf. auch unter Rückformung eines dem ursprünglichen entsprechenden
Signals auf die Strecke gegeben werden. Wenn Sender und Empfänger an beiden Enden
als Relaisstationen arbeiten, können die Schal1-
wellen wiederholt
hin- und hergeschickt werden, so daß sich eine entsprechend vergrößerte und damit
noch genauer hinsichtlich ihrer Änderungen überprüfbare Gesamtlaufzeit ergibt.
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In jedem Fall sind Sender und Empfänger dann wieder über Kabel 20,21
bzw. 22,23 mit einer von zwei Meßstationen 24,25 verbunden und diese Meßstationen
können auch untereinander zum Signalvergleich über ein Zwischenkabel 26 miteinander
verbunden sein. In einer besonderen Ausführungsform ist es aber auch möglich, einen
Sender und einen Empfänger für ein Ende der Meßstrecke als geschlossene, kompakt
im Leitungsrohr anzuordnende Einheit auszubilden, soweit diese nur als Relaisstation
wirken soll.
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Vorzugsweise sind die Meßstationen 11,24 und/oder 25 mit einer Digital-Rechnereinheit
versehen, die einerseits die laufenden Umrechnungsarbeiten zwischen den Laufzeitwerten
und den sich daraus ergebenden Temperatur- bzw. Druckänderungen durchführen können,
die aber auch nach bekannten Verfahren der Signalverarbeitung in der Lage sind,
repräsentative Werte aus den empfangenen Signalen herauszulösen und dabei vorlaufende,
etwa über die Rohrwände selbst laufende Schallwellen oder aber nicht heranzuziehende
Reflektionen auszuschalten. Solche Rechner sind bekanntermaßen auch geeignet, die
laufenden Mßergebnisse in gut aufgearbeiteter Form auszugeben, anzuzeigen bzw. aufzuzeichnen.
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Dabei können diese Meßverfahren sowohl mit Hilfe sinusförmiger Schallwellen
wie auch mit Hilfe von Impulsen wie etwa angenäherter Rechteck-Impulse durchgeführt
werden und es besteht die Möglichkeit, den Betrieb von Sendern und Em -pfängern
fortlaufend durchzuführen, um weitgehend kontinuierliche Meßergebnisse zu hauben,
wie auch durch intermittierenden Betrieb Einzelwerte in als ausreichend angenommen-en
Zeitabständen zu erhalten.
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Die Anwendung von Druckimpulsen, insbesondere Einzelimpulsen, anstelle
von Schallwellen im hörbaren Bereich gibt die Möglichkeit einer mechanischen Impulserzeugung
mit hoher Leistung und hoher Reichweite. In derartigen Fällen wird man regelmäßig
die erzeugte Impulsform durch besondere Druckaufnehmer in der Nähe der Druckquelle
überwachen. Solche Impulse sind hier als "Schallwellen" im niederfrequenten Bereich
zu verstehen und in diesem Sinne von der vorangehenden Beschreibung miterfaßt.
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Im Sinne der angestrebten Leckprüfung kann es angezeigt sein, bei
der Messung ein- oder mehrmals den zum Meßbeginn hergestellten statischen Druck
im Leitungsrohr herzustellen, um in mehreren Meßzyklen zusätzlich Meßwerte zu erhalten.
Dabei kann auch das zur Herstellung des ursprünglichen Drucks nachzuliefernde Volumen
äls Maß für den zwischenzeitlichen Leckverlust bestimmt werden. Desgleichen kann
der Druck im Leitungsrohr auch mit Hilfe einer Druckregelung oder eines Druckspeichers
konstant gehalten werden, wobei das zur Druckstützung nachgelieferte Volumen dem
Leckverlust entspricht, soweit die Volumenänderungen nicht temperaturbedingt sind.
Die Messung bei konstantem Druck hat den Vorteil, daß druckabhängige Bewegungen
und Spannungen im Leitungsrohr vermieden werden und daß eine Druckänderung für die
Schallauf zeit nicht mehr berücksichtigt werden muß.
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