DE4233154C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Leckrate - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Leckrate in einem von einem Medium durchströmten Rohr, insbesondere einem Trink- oder Abwasserrohr, bei dem der Druck innerhalb des Rohres größer als der Umgebungsdruck ist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Sanierung von Trink- oder Abwasserrohren wird zunehmend bedeutsamer. Voraussetzung hierzu ist jedoch das Auffinden von Lecks und die Bestim­ mung der Leckrate in solchen Rohren. Aus der WO 92/05418 ist ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung zur Prüfung der Dichtigkeit von Abwasser­ rohren bekannt, bei dem ein mit zwei umlaufenden Dichtringpaaren ver­ sehener rohrförmiger Tragkörper in das zu überprüfende Abwasserrohr geschoben wird. Anschließend werden die Dichtringe über Druckleitungen aufgeblasen, so daß zwischen ihnen und den Wandungen des Abwasserrohres sowie des Tragkörpers ein abgeschlossenes Prüfvolumen entsteht. Dieses Prüfvolumen wird nun mit einer Flüssigkeit gefüllt und dessen Füllstand oder Druck im Prüfvolumen gemessen. Auf die Weise können Rohrabschnitte überprüft werden; die genaue Position eines Lecks in einer Rohrwand, welche insbesondere bei Großrohren von Bedeutung ist, läßt sich mit der bekannten Einrichtung nicht bestimmen.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Lecks und der Leckrate in der Wandung eines von einem Medium durchströmten Rohres zu schaffen, ohne daß während der Messung der Durchfluß unterbrochen werden muß und ohne Verwendung einer gesonderten Prüfflüssigkeit.

Diese Aufgabe wird durch ein nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 beschriebenes Verfahren bzw. durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 5 gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Meßanordnung in einem Rohr zu Beginn der Messung,

Fig. 2 eine Meßanordnung gemäß Fig. 1 nach Feststellung eines Lecks,

Fig. 3 ein typischer Druckverlauf bei Vorliegen eines Lecks,

Fig. 4 eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Leckrate und

Fig. 5a-5c verschiedene Drucksensoren mit verschiedenen Druckschilden.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich innerhalb eines zu prüfenden Rohres 1 einer Abwasserleitung eine in Fig. 4 näher beschriebene Einrichtung, deren wesentliches Element in einem der zylindrischen Form der Rohrinnenwand 1a angepaßten oder zumindest flexiblen und damit anpaßbaren Anpreßring 2 besteht, mittels dem eine flexible Abdeckfolie 3, z. B. aus Gummi oder reißfestem, nicht dehnbarem Kunststoff, von innen über die vermutete Leckstelle 4 gehalten wird. Der Stützring 2 wird über nicht dargestellte Aktuatoren mit einer Kraft K senkrecht gegen die Innenwand des Rohres 1 gepreßt, so daß die Folie 3 ein kleines Volumen 5 vom gesamten Innenraum 6 des Rohres 1 dicht abtrennt. Unmittelbar nach Abtrennung des sog. Prüfvolumens 5 findet darin eine Druckmessung mittels Drucksensor 7 statt, wobei der gemessene Druck p in der im Prüfvolumen 5 eingeschlossenen Flüssigkeit ständig mit dem Innendruck p_i des Rohres 1 verglichen wird.

Um sicherzustellen, daß der vom verwendeten Drucksensor 7 gemessene Flüssigkeitsdruck p nicht dadurch verfälscht wird, daß bei Entweichen der Flüssigkeit im Prüfvolumen 5 die flexible Folie 3 den Drucksensor 7 schließlich an die Rohrinnenwand 1a preßt, ist der Drucksensor 7 mit einem Druckschild 7a versehen (Fig. 5a). Dieser Druckschild 7a fängt den im Endstadium der Messung von der flexiblen Folie 3 auf den Drucksensor 7 sonst ausgeübten Druck völlig auf und gewährleistet so bis zum völligen Druckausgleich des Prüfvolumens 5 mit dem Umgebungsdruck p_u eine einwandfreie Messung des Flüssigkeitsdrucks p.

Auch wenn die vermutete Leckstelle 4 eine gewisse Leckrate aufweisen sollte, so wird der im Prüfvolumen 5 gemessene Flüssigkeitsdruck p für eine gewisse Zeitspanne annährend konstant und gleich dem Rohrinnendruck p_i bleiben. Erst wenn nach einer gewissen Zeit der größte Teil des Inhalts des Prüfvolumens 5 durch die Leckstelle 4 entwichen ist, wobei sich die Folie 3 zunehmend an die Innenwand des Rohres 1 anlegt und schließlich die Leckstelle 4 verschließt (Fig. 2), wird der im Prüfvolumen 5 gemessene Druck p, der zu Anfang exakt dem Rohrinnendruck p_i entsprach, wenn die elastischen Kräfte der Abdeckfolie 3 vernächläßigt werden, relativ schnell auf einen im wesentlichen dem Umgebungsdruck p_u entsprechenden Enddruck abfallen. Ein typischer Druckverlauf bei Vorhandensein eines Lecks ist in Fig. 3 dargestellt. Aus den bekannten Maßen für den Rohrdurchmesser, den Durchmesser des Anpreßringes und den Eigenschaften der Folie ergibt sich ungefähr der Volumeninhalt des Prüfvolumens 5, so daß aus der Zeit t für den Abfall des Wertes p/p_i von 1 auf p_u/p_i ein Maß für die Leckrate ermittelt werden kann. Ein hinreichend genauer zahlenmäßiger Wert der Leckrate kann durch eine Eichung mittels Kalibriermessungen festgelegt werden.

Der Aufbau der gesamten Meßanordnung ist in Fig. 4 dargestellt. Über einen Anpreßring 2 aus einem flexiblen Rohr ist eine Folie 3 aus nicht dehnbarem Kunststoff oder Gummi locker gespannt, wobei sich auf der der zu prüfenden Rohrwand 1 zugewandten Seite der Folie 3 ein Druck­ sensor 7 mit Druckschild 7a befindet. Wie in Fig. 5a gezeigt, hat der Druckschild 7a etwa die Form eines starren Topfdeckels, der an der Folie 3 druckdicht befestigt ist und von dieser beim Entleeren des Prüfvolu­ mens 5 schließlich an die Rohrinnenwand 1a gepreßt wird. Von diesem Zeitpunkt an hat das Prüfvolumen 5 ausgehend von seinem relativ gut definierten Anfangsvolumen ein ebenfalls relativ gut definiertes End­ volumen erreicht. Jetzt wird der zwischen Druckschild 7a und Rohrinnen­ wand 1a in der Flüssigkeit liegende und mit einer druckdichten Meßlei­ tung 7 f mit einer Leckratenauswertung 10 verbundene Drucksensor 7 üblicher Bauart den Abfall des Flüssigkeitsdrucks p vom Anfangswert p_i =Rohrinnendruck zum Endwert p_u=Umgebungsdruck gemessen.

Zur Bestimmung der Leckrate können mehrere Meßwerte dienen. So ist gemäß Anspruch 2 die Zeit, innerhalb deren der Druck im Prüfvolumen 5 genähert gleich dem Rohrinnendruck p_i bleibt, ein Maß für die Leckrate, da in dieser Zeit und bei diesem Druck eine Flüssigkeitsmenge durch die Leck­ stelle 4 ausgepreßt wird, deren Volumen der Differenz aus Anfangs- und Endwert des Prüfvolumens 5 entspricht.

Ebenso ist gemäß Anspruch 3 die Zeit, innerhalb der der Druck p in dem Prüfvolumen 5 vom Rohrinnendruck p_i zum Umgebungsdruck p_u abfällt, ein Maß für die Leckrate. Diese Zeitspanne hängt vom Strömungswiderstand der Leckstelle 4 ab und wird durch die Eigenschaften der flexiblen Folie 3, des Druckschildes 7a sowie von etwaigen im Prüfvolumen 5 einge­ schlossenen festen Abfällen des Abwassers oder von Ablagerungen auf der Rohrinnenwand 1a modifiziert.

In entsprechender Weise ist gemäß Anspruch 4 auch der Maximalwert des zeitlichen Gradienten dp/dt des Meßdrucks p, also der maximale Druckabfall, ein Maß für die Leckrate.

Fig. 5b und 5c zeigen andere Ausführungsbeispiele, wobei sich auf der Folie 3 eine mäanderförmig aufgeklebte Lichtleitfaser 7 befindet. Diese ist von einem Druckschild umhüllt, der durch ein druckstabiles, jedoch hinreichend flexibles Röhrchen 7b mit Druckausgleichslöchern 7c (Fig. 5b) oder ein entsprechendes, mit Abstand 7e gewickeltes Spiralröhrchen 7d (Fig. 5c) gebildet wird. Die Lichtleitfaser 7 dient als Drucksensor, wobei deren innere Dämpfung mittels einer an sich bekannten Sensorauswertung 8 gemessen wird. Ein Druck auf die Lichtleitfaser 7 wird in erster Linie durch die im Prüfvolumen befindliche Flüssigkeit ausgeübt, so daß die Intensität eines durch die Lichtleitfaser 7 aus­ gesendeten Lichtimpulses nach dem Durchlauf zuerst dem Innendruck p= p_i im Prüfvolumen entspricht. Wird dann im Falle eines Lecks die Folie 3 zunehmend gegen die Rohrinnenwand gepreßt, wie in Fig. 2 dargestellt, so wird dieser Druck der Folie 3 von dem Druckschild 7a abgeschirmt. Der Druck auf die Lichtleitfaser 7 und damit deren Dämpfung wird daher so lange annähernd gleich dem Rohrinnendruck p_i bleiben, bis der größte Teil der im ursprünglichen Prüfvolumen 5 eingeschlossenen Flüssigkeit durch die Leckstelle 4 ausgepreßt ist. Erst dann wird der Druck p abnehmen und sich dem Umgebungsdruck p_u annähern.

Zur Ermittlung des Rohrinnendruckes p_i und damit zum Erhalt eines Referenzdruckwertes, durch den Druckschwankungen im Rohr berücksichtigt werden können, dient ein gesonderter Druckgeber 9, wobei die beiden Druckwerte p und p_i in einer Leckratenauswertung 10 miteinander verglichen werden und deren zeitliche Änderung gemessen wird.

Der in seiner Grundform etwa der zylindrischen Innenwand des Rohres 1 angepaßte Dichtring 2 wird über hydraulische Stempel (Aktuatoren 11, 12, . . . ) mit hinreichendem Druck an die Rohrinnenwandung gepreßt. Die dazu vorgesehene Hydraulik 13 stützt sich dabei an anderen Stellen der Rohrinnenwand ab und wird von einem Rechner 14 aus gesteuert. In diesen Rechner fließen auch die Werte der Leckratenauswertung 10.

Die gesamte Meßanordnung befindet sich auf einem kleinen Fahrzeug 15, welches längs der Rohrachse bewegbar ist und auf welchem sich eine Videokamera befindet. Die Videokamera sowie die Hydraulik 13 mit den Aktuatoren 11, 12, . . . und dem Dichtring 2 sind um die Rohrmitte 1.1 drehbar, so daß bei der Vorwärtsbewegung längs der Rohrachse die gesamte Rohrinnenwand überprüft werden kann. Die ermittelten Prüfdaten werden über eine Leitung 16 zu einer Ausgabe außerhalb der Rohrleitung geführt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Bestimmung der Leckrate in einem von einem Medium durchströmten Rohr, insbesondere einem Trink- oder Abwasserrohr, bei dem der Druck innerhalb des Rohres größer als der Umgebungsdruck ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu prüfender Innenwandbereich des Rohres mittels einer flexiblen Folie unter Bildung eines Prüfvolumens dicht abgeschirmt wird, daß von dem strömenden Medium über die Folie auf das Prüfvolumen ein Druck ausgeübt wird und, daß in dem Prüfvolumen mittels eines Drucksensors eine Druckmessung vorgenommen wird und der Druckverlauf innerhalb einer definierten Meßzeit registriert wird, wobei der Drucksensor einen Druckschild aufweist, welcher bei einer leckbedingten Reduzierung des Prüfvolumens den von der Folie auf den Drucksensor ausgeübten Druck abfängt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit, innerhalb deren der Druck in dem Prüfvolumen annähernd gleich dem Rohrinnendruck bleibt, gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit, innerhalb der der Druck in dem Prüfvolumen von einem ersten, dem Rohrinnendruck entsprechenden Druckniveau zu einem zweiten, dem Umgebungsdruck entsprechenden Druckniveau abfällt, gemessen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Maximum des zeitlichen Druckgradienten von Beginn der Erzeugung des Prüfvolumens an bestimmt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein im Rohr (1) axial bewegbares Fahrzeug (15) , eine Trennwand (3) in Form einer flexiblen Folie mit ringförmigem Dichtrand (2) , welche vom Fahrzeug (15) aus in radialer Richtung an die Rohrinnenwand (1a) anpaßbar ist und mit dieser ein Prüfvolumen einschließt, sowie durch eine Druckmeßeinrichtung (7, 8, 9, 10) zur Bestimmung des Druckes (p) innerhalb des Prüfvolumens oder des Druckunterschiedes auf beiden Seiten der Folie (3), wobei die Druckmeßeinrichtung einen Drucksensor (7) mit einem Druckschild (7a) aufweist.