DE3703535A1

DE3703535A1 - Vorrichtung zum testen der funktion von federbelasteten sicherheitsventilen

Info

Publication number: DE3703535A1
Application number: DE19873703535
Authority: DE
Inventors: Manfred Schmitt
Original assignee: Bopp and Reuther GmbH
Current assignee: Bopp and Reuther Sicherheits und Regelarmaturen GmbH
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1987-02-06
Publication date: 1988-08-18

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Testen der Funktion von in Anlagen eingebauten, unter dem Mediumdruck stehenden federbelasteten Sicherheitsventilen, bei der ein in Ventilöffnungsrichtung wirkendes Zugglied an der Ventilspindel angreift und bei Beginn des Abhebens des Verschlußkörpers ein Hubaufnehmer anspricht, wobei zur Ermittlung des Funktionsver haltens des Sicherheitsventils beim Ansprechen des Hubaufneh mers über einen zwischen Zugglied und Spindel geschalteten Kraft aufnehmer die Anlüftkraft und über einen am Ventileintritt an geschlossenen Druckaufnehmer der Mediumdruck gemessen wird.

Mit einer solchen aufsetzbaren Testvorrichtung läßt sich bei einem eingebauten Sicherheitsventil der Ansprechdruck ermit teln, ohne daß die Anlage bis zum Ansprechdruck hochgefahren werden muß. Die Ventilspindel mit dem Verschlußkörper wird hier bei von dem Zugglied gegen die Wirkung der Ventilfeder in Ven tilöffnungsrichtung belastet, bis der Verschlußkörper beginnt, sich vom Ventilsitz abzuheben. In diesem Augenblick wird die Zugkraft und der Mediumdruck gemessen und hieraus der Ansprech druck errechnet.

Aus der EP-PS 00 28 661 ist eine auf das Sicherheitsventil auf setzbare Testvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden, bei der die auf die Ventil spindel übertragene Zugkraft des Zuggliedes sowie der Medium druck und der Beginn des Öffnungshubes in Abhängigkeit von der Zeit von einem Schreiber aufgezeichnet werden. Von diesem Schreiber muß anschließend die bei Hubbeginn vorhandene Zug kraft und der zugehörige Mediumdruck abgelesen und aus diesen Werten dann der Ansprechdruck errechnet werden. Der Ansprech druck ergibt sich hierbei aus der Addition des Mediumdruckes plus der durch die Ventilsitzfläche geteilten Zugkraft. Mit dieser bekannten Testvorrichtung läßt sich nur der Ansprech druck, nicht aber das Öffnungs- und Schließverhalten des Sicher heitsventils über den Ventilhub erkennen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Testvorrichtung für feder belastete Sicherheitsventile zu schaffen, die in einfacher Weise sofort das Öffnungs- und Schließverhalten des Sicherheits ventils über den gesamten Hub erkennen läßt.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in den Merkmalen des Anspruchs 1 gesehen. Zweckmäßige Weiterentwicklungen dieser Testvorrich tung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Dadurch, daß der Hubaufnehmer als ein über den ganzen Hub ein elektrisches Analogsignal liefernder Geber ausgebildet ist und dieses Signal zusammen mit der die Federrate, d. h. die Kraft zunahme pro Hubeinheit kennzeichnenden Spannung ständig an dem Multiplizierer ansteht, ergibt sich am Ausgang des Multipli zierers die zu jedem Ventilhub gehörende, sich der Vorspan nung der Feder überlagernde Zunahme der Federkraft. Diese Fe derkraft ergibt zusammen mit der in gleicher Richtung wirken den Federvorspannkraft und dem Gewicht der beweglichen Ventil innenteile die in Schließrichtung wirkenden Kräfte. Entgegen wirkt die Zugkraft des Zuggliedes, die als negative Spannung zusammen mit den positiven Spannungen aus der Zunahme der Fe derkraft und der Federvorspannkraft einschließlich der Gewichte in dem nachgeschalteten Addierer eingegeben werden, an dessen Ausgang die als Schließkraft wirkende Summenkraft Σ F ansteht. Diese Summenkraft ist in allen Hubzwischenstellungen im Gleich gewicht mit der Summe aller auf den Ventilkörper einwirken den Druck- und Strömungskräfte des Mediums.

Unter der Voraussetzung, daß der Mediumdruck während des Test vorganges konstant bleibt, kann aus der Aufzeichnung dieser Summenkraft Σ F in Abhängigkeit vom Ventilhub im Vergleich mit einer ideal verlaufenden geraden Kennlinie die Arbeitsdruck differenz, d. h. die Öffnungs- und Schließdruckdifferenz des Sicherheitsventils entnommen werden. Tatsächlich ist jedoch davon auszugehen, daß sich der Mediumdruck während des Test vorganges verändert, so daß die aufgezeichnete Kraft-Hub-Kenn linie durch die sich ändernden Druck- und Strömungskräfte am Verschlußkörper verfälscht wird.

Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß die auf den Verschlußkörper einwirkenden Druck- und Strömungs kräfte bei Gasen und Dämpfen mit ausreichender Genauigkeit proportional dem absoluten Mediumdruck und bei Flüssigkeiten etwa proportional der Differenz zwischen Eintritts- und Aus trittsdruck am Sicherheitsventil sind, wenn die Druckände rungen nicht mehr als etwa 30% betragen. Zur Berücksichtigung dieser Druckänderungen ist gemäß den weiteren Merkmalen der Er findung noch ein Multiplizier- und Dividierglied vorgesehen, in dem die vom Addierer abgegebene, der Summenkraft Σ F ent sprechende Spannung mit dem als Spannung eingestellten Ansprech druck p _o multipliziert und durch den als Spannungswert ansteh enden variablen Mediumdruck p entsprechend der Formel F _o=Σ F×p _o/p dividiert wird. Dieser variable Druck p ist bei Gasen und Dämpfen der absolute Mediumdruck und bei Flüssig keiten der Differenzdruck zwischen Ein- und Austritt des Sicher heitsventils.

Die Gesamtkraft F _o wird in Abhängigkeit vom Hub aufgezeichnet und die sich hieraus ergebende Kraft-Hub-Kurve ist jetzt iden tisch mit einer Kurve, die mit einem auf den Ansprechdruck ge brachten und konstant gehaltenen Mediumdruck erzielt würde. Durch diese ohne Zeitverzögerung in den Analogbausteinen der Schaltung durchgeführte Korrektur des variablen Mediumdruckes steht sofort nach dem Test eine Kraft-Hub-Kurve zur Verfügung, die zuverlässige Rückschlüsse auf das Öffnungs- und Schließver halten des Sicherheitsventils zuläßt, ohne daß anlagenseitig während des Testens der Mediumdruck tatsächlich auf den An sprechdruck gebracht und konstant gehalten werden muß.

Da die aufgezeichnete Kraft-Hub-Kurve durch die Ermittlung der Summenkraft unabhängig von der Federrate der verwendeten Ventil feder ist, läßt sich jetzt erkennen, ob die Kraftzunahme je Hubeinheit der verwendeten Ventilfeder, die sich als Gerade in der Kraft-Hub-Kennlinie einzeichnen läßt, das gewünschte Öffnungs- und Schließverhalten zeigt, oder ob die Ventilfeder durch eine geeignetere Ventilfeder ersetzt werden muß.

Die aufgezeichnete Kraft-Hub-Kurve läßt durch ihren Krümmungs verlauf insgesamt und durch große Steigungsänderungen oder sogar Sprünge im Kurvenverlauf auch Rückschlüsse auf die zweck mäßige Ausbildung der vom Medium umströmten Ventilinnenteile zu und gibt Anregungen zur Verbesserung dieser Ventilteile. Un regelmäßigkeiten im Kurvenverlauf lassen auch auf zu hohe Reibung oder Verschleiß in den Führungen der beweglichen Ven tilteile schließen. Liegt hierbei die Kraft-Hub-Kurve für den Ventilschließvorgang unterhalb der Kraft-Hub-Kurve für den Ven tilöffnungsvorgang, so kann man aus der Kraftdifferenz Rück schlüsse auf die Höhe der Reibkraft im Ventil ziehen.

Wird der Druckaufnehmer für Gase und Dämpfe gemäß Anspruch 2 als Überdruckaufnehmer ausgebildet und steht er mit einem eine elektrische Zusatzspannung abgebenden Addierer für den Atmo sphärendruck in Verbindung, so läßt sich in einfacher Weise der Absolutdruck als elektrische Größe in die Auswertschaltung eingeben.

Bei Flüssigkeiten empfiehlt sich entsprechend Anspruch 3, den Druckaufnehmer als Differenzdruckaufnehmer auszubilden, dessen einer Eingang mit dem abzusichernden System und dessen anderer Eingang mit dem Austrittsraum des Sicherheitsventils verbunden ist. Durch diese Messung der Druckdifferenz wird die für die Strömungsverhältnisse und damit auch für die Kraft-Hub-Kurve maßgebende Größe ermittelt und das absolute Druckniveau bleibt unberücksichtigt.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung erläutert, die schematisch das abzusichernde System mit Sicherheitsventil sowie die Testvorrichtung mit der elek trischen Schaltung erkennen läßt.

Das abzusichernde Drucksystem 1 trägt einen Anschlußstutzen 2, auf dem ein Sicherheitsventil 3 aufgesetzt ist. In dem Gehäu se 4 des Sicherheitsventils 3 ist eine Ventilspindel 5 vorge sehen, die an ihrem unteren Ende einen Verschlußkörper 6 für den Ventilsitz 7 trägt. Zwischen einem feststehenden, jedoch einstellbaren oberen Federteller 8 und einem zusammen mit der Ventilspindel 5 beweglichen Federteller 9 ist eine Ventilfeder 10 in der Federhaube 11 untergebracht. Durch die Kraft der Ven tilfeder 10 wird der Verschlußkörper 6 gegen den am Ventil sitz 7 anstehenden Mediumdruck des Drucksystems 1 in Schließ stellung gehalten.

Das Sicherheitsventil 3 ist mit einer Testvorrichtung 12 ver sehen, die aus einer als Zugglied ausgebildeten Gewindestange 13 mit Handradantrieb 14, einem Kraftaufnehmer 15, einem Hub aufnehmer 16 und einem Druckaufnehmer 17 besteht. Die Gewinde stange 13 greift über eine Mitnahmeklaue 18 in Ventilöffnungs richtung am Kopf 19 der Ventilspindel 5 an und die hierbei auf tretende Zugkraft wird in dem zwischen der Gewindestange 13 und der Mitnahmeklaue 18 eingesetzten Kraftaufnehmer 15 gemessen und in ein elektrisches Analogsignal umgewandelt. Der Hubauf nehmer 16 spricht auf die Bewegung der Ventilspindel 5 an und formt den Ventilhub ebenfalls in ein elektrisches Signal um. Der ebenfalls ein elektrisches Signal abgebende Druckaufnehmer 17 ist an das Drucksystem 1 angeschlossen.

Das vom Hubaufnehmer 16 kommende elektrische Signal wird in dem über die Leitung 20 angeschlossenen Verstärker 21 in eine elektrische Analogspannung umgewandelt. Der Ausgang dieses Ver stärkers 21 ist über eine Leitung 22 mit dem einen Eingang eines Multipliziergliedes 23 verbunden. Der zweite Eingang steht über Leitung 24 mit einem Einsteller 25 für die Federrate in Verbindung. Der Ausgang des Multipliziergliedes 23 ist über die Leitung 26 mit dem ersten Eingang eines Addierers 27 ver bunden, dessen zweiter Eingang über die Leitung 28, den Ver stärker 29 und die Leitung 30 mit dem Kraftaufnehmer 15 in Ver bindung steht. Der dritte Eingang des Addierers 27 ist über die Leitung 31 mit dem Einsteller 32 für die Vorspannkraft der Ventilfeder 5 und für das Gewicht der beweglichen Ventilinnen teile verbunden. Am Ausgang des Addierers 27 steht dadurch die als Schließkraft wirkende Summenkraft Σ F als elektrische Span nung an. Diese Summenkraft hält den vom Medium auf den Ver schlußkörper 6 ausgeübten Gegenkräften das Gleichgewicht.

Um die Druckänderungen im Medium während des Testvorgangs zu berücksichtigen, ist noch ein Multiplizier- und Dividierglied 33 mit drei Eingängen angeordnet. Der erste Eingang ist über die Leitung 34 mit dem Addierer 27 verbunden, während der zweite Eingang über die Leitung 35 an einen Einsteller 36 für den Ansprechdruck p _o des Sicherheitsventils 3 angeschlossen ist. Der dritte Eingang steht über die Leitung 37, den Verstärker 38 und die Leitung 39 mit dem Druckaufnehmer 17 in Verbindung. In diesem Multiplizier- und Dividierglied 33 wird die Summenkraft Σ F durch den gemessenen Mediumdruck p dividiert und mit dem Ansprechdruck p _o multipliziert, wodurch eine korrigierte Ge samtkraft F _o am Ausgang des Gliedes 33 ansteht. Diese Gesamt kraft F _o wird über die Leitung 40 auf den Vertikaleingang des XY-Schreibers 41 geführt, dessen Horizontaleingang über die Zweigleitung 42 mit der das Hubsignal führenden Leitung 22 ver bunden ist. Der XY-Schreiber 41 zeichnet dadurch während des Testvorganges die Kraft-Hub-Kennlinie 43 auf, die Aufschluß über das Öffnungs- und Schließverhalten des Sicherheitsventils 3 gibt.

Die Verstärker 21, 29 und 38 werden von der Quelle 44 mit elek trischer Hilfsenergie gespeist. Der Druckaufnehmer 17 ist bei Gasen und Dämpfen als Absolutdruckaufnehmer ausgebildet und steht über die Leitung 45 nur mit dem abzusichernden Druck system 1 in Verbindung. Beim Einsatz für flüssige Medien da gegen ist der Druckaufnehmer 17 als Differenzdruckaufnehmer ausgebildet und besitzt außer dem Eingang 45 einen zweiten Ein gang 46, der mit dem Austrittsraum 47 des Sicherheitsventils 3 in Verbindung steht.

Claims

1. Vorrichtung zum Testen der Funktion von in Anlagen eingebau ten, unter dem Mediumdruck stehenden federbelasteten Sicher heitsventilen, bei der ein in Ventilöffnungsrichtung wirkendes Zugglied an der Ventilspindel angreift und bei Beginn des Ab hebens des Verschlußkörpers ein Hubaufnehmer anspricht, wobei zur Ermittlung des Funktionsverhaltens des Sicherheitsventils beim Ansprechen des Hubaufnehmers über einen zwischen Zugglied und Spindel geschalteten Kraftaufnehmer die Anlüftkraft und über einen am Ventileintritt angeschlossenen Druckaufnehmer der Mediumdruck gemessen wird, dadurch gekenn zeichnet, daß der Hubaufnehmer (16) als ein über den ganzen Hub ein elektrisches Analogsignal liefernder Geber aus gebildet und über eine Leitung (22) mit dem einen Eingang eines Multiplizierers (23) verbunden ist, dessen anderer Eingang über eine Leitung (24) mit einem Einsteller (25) für die Federrate in Verbindung steht, wobei der Ausgang des Multiplizierers (23) über eine Leitung (26) mit einem ersten Eingang eines Addie rers (27) verbunden ist, dessen zweiter Eingang über eine Lei tung (28) mit dem ein elektrisches Analogsignal abgebenden Kraftaufnehmer (15) und dessen dritter Eingang über eine Lei tung (31) mit einem Einsteller (32) für die Vorspannkraft der Feder bei Hub Null und für das Gewicht der beweglichen Ventil innenteile in Verbindung steht, während der die Summenkraft Σ F ergebende Ausgang des Addierers (27) über eine Leitung (34) mit einem ersten Eingang eines Multiplizier- und Dividiergliedes (33) verbunden ist, dessen zweiter Eingang über eine Leitung (35) mit einem Einsteller (36) für den Ansprechdruck p _o des Sicher heitsventils und dessen dritter Eingang über eine Leitung (37) mit dem bei Gasen und Dämpfen den absoluten Mediumdruck oder bei Flüssigkeiten den Differenzdruck zwischen Ein- und Austritt des Sicherheitsventils messenden, ein elektrisches Analogsignal abgebenden Druckaufnehmer (17) in Verbindung steht, wobei das Multiplizier- und Dividierglied (33), das die auf den System druck gleich Ansprechdruck korrigierte Gesamtkraft F _o=Σ Fxp _o/p errechnet, mit seinem Ausgang über eine Leitung (40) mit dem einen Eingang eines Schreibers (41) in Verbindung steht, dessen zweiter Eingang über eine Leitung (42) an den Hubaufnehmer (16) angeschlossen ist und der die Kraft-Hub-Kennlinie aufzeichnet.

2. Testvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Druckaufnehmer (17) für Gase und Dämpfe als Überdruckaufnehmer ausgebildet ist und mit einem eine elektrische Zusatzspannung abgebenden Addierer für den Atmosphärendruck in Verbindung steht, dessen Ausgang ein dem Absolutdruck entsprechendes Signal liefert.

3. Testvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Druckaufnehmer (17) für Flüssigkeiten als Differenzdruckaufnehmer ausgebildet ist, des sen einer Eingang (45) mit dem abzusichernden System (1) und dessen anderer Eingang (46) mit dem Austrittsraum (47) des Sicherheitsventils (3) verbunden ist.