DE7736316U1

DE7736316U1 - Anordnung zur Überwachung der Gasmengen von hydropneumatischen Speichern

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Publication number: DE7736316U1
Application number: DE7736316U
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1977-11-04
Publication date: 1979-11-22

Description

BBC Baden 105/77 DE

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden/Schweiz

Anordnung zur Ueberwachung der Gasmengen von hydropneumatischen Speichern

Die Neuerung betrifft eine Anordnung zur Ueberwachung der Gasmengen von hydropneumatischen Speichern eines Energiespeichersystems mit wenigstens einer Pumpe zum Füllen der einzelnen Speicher mit Hydraulikflüssigkeit, wobei diese
durch je eine lageveränderliche Trennwand von der Gasmen« ge im jeweiligen Speicher getrennt wird.

Wie z.B. aus der DT-OS 2 431 605 hervorgeht, besteht ein
hydropneumatischer Speicher im wesentlichen aus einem Druckzylinder, dessen Innenraum durch eine Trennwand, vorzugsweise durch einen lageveränderlichen Freikolben, in zwei
Räume unterteilt ist, wobei der eine Raum mit einem druckspeic.hernden gasförmigen Mittel, wie z.B. Stickstoff, und der andere Raum in Abhängigkeit vom jeweiligen momentanen Betriebszustand mehr oder weniger mit einer Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise OeI, gefüllt ist. Aus der vorgenannten deutschen Offenlegungsschrift ist nun ein solcher gasgefederter Flüssigkeitsdruckspeicher oder hydropneuma-

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tischer Speicher mit einem im Druckzylinder zwischen einem Flüssigkeitsdruckraum und.einem Gasdruckraum angeordneten Freikolben und einem längs des Druckzylinders in Abhängigkeit von der Stellung des Freikolbens beweglichen Permanentmagneten bekannt, der die Besonderheit aufweist, dass der Druckzylinder in an sich bekannter Weise aus einem magnetisierbaren Metall, insbesondere Stahl, wenigstens einer der Zylinderdeckel hingegen aus einem unmagnetischen Werkstoff besteht und in wenigstens einem nach aussen offenen Sackloch dieses Zylinderdeckels ein magnetisch betätigbarer Schalter, vorzugsweise ein Zungenschalter in einen versiegelten Gefässkolben eingelassen ist, der in einem elektrischen Ueberwachungskreis für die Stellung des Freikolbens liegt, und der bewegliche Permanentmagnet in dem durch den unmagnetischen Zylinderdeckel abgeschlossenen Druckraum angeordnet ist und zwischen dem Freikolben und dem ' Permanentmagneten eine Mitnahmevorrichtung vorgesehen ist, die bei einer Annäherung des Freikolbens an den Zylinderdeckel über einen vorgegebenen Mindestabstand hinaus den Permanentmagneten in die Schaltstellung bezüglich des Schalters überführt. Ein solcher gasgefederter Flüssigkeitsdruckspeicher ist nun nicht wie die handelsüblichen Speicher ohne weiteres einsetzbar bzw. gegen diese aus-• tauschbar. Vor allem ist ein nachträglicher Einbau jener · Speicher mit nicht unbeträchtlichen Montagearbeiten am eigentlichen Antriebssystem verbunden, wenn es sich um ein Energiespeichersystem insbesondere für eine elektrische Schaltanlage handelt. Aber auch eine Vereinfachung des vorbeschriebenen gasgefederten Flüssigkeitsdruckspeichers dahingehend,dass man einen den Speicher durchsetzenden Anzeigestab zur direkten Anzeige der Stellung des Freikolbens

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vorsieht j erfordert eine zusätzliche empfindliche dynamische Dichtung, deren absolute Dichtheit nicht gewährleistet werden kann, abgesehen davon, dass zwischen Anzeigestab und dieser Dichtung unerwünschte Reibungskräfte auftreten.

Weiteres ist aus der CH-PS 468 592 ein Verfahren zur Ueberwachung ier Gasmenge eines hydropneumatischen Speichers bekannt, wobei eine Pumpe zum Füllen des Speichers mit Hydraulikflüssigkeit sowie ein Manometer zum Messen des Speicherdruckes vorgesehen sein müssen, um den Zusammenhang zwischen dem beim betriebsmassigen Füllen des Speichers auftretenden Druckanstieg und der in den Speicher gelangenden Füllmenge zu erfassen. Insbesondere wird nach dem letztgenannten Verfahren entweder die einer bestimmten Füllmenge zugeordnete grösste zulässige Druckdifferenz erfasst oder die einer bestimmten Druckdifferenz zugeordnete kleinste zulässige Füllmenge festgestellt. Die Ueberwachung der Füllmenge erfolgt bei diesem Verfahren durch Erfassung der Förderdauer der Pumpe. Es ist aber auch bekannt, eine be-

^® stimmte Anzahl von Umdrehungen der Pumpenwelle über ein Getriebe zu erfassen, das eine Uebersetzung in das Langsame ergibt, wobei von dem Getriebe nach mehreren Umdrehungen der Pumpenwelle insbesondere ein Schalter betätigt werden kann. Entsteht nun infolge eines Lecks im Speicher ein Gas-5 mengenverlust und dadurch ein zu kleines Gasvolumen, so übersteigt der Druck bzw. die Druckdifferenz bei einer bestimmten Füllmenge einen grössten zulässigen Wert und kann dadurch mittels eines Druckschalterkontaktes der Gasverlust gemeldet werden. Nun ist aber die Messung des Druckanstieges bei vorgegebener Pumpenlaufzeit fehlerbehaftet, da die von der Pumpe geförderte Füllmenge von der jeweiligen Temperatur, bei OeI z.B. als Hydraulikflüssigkeit von der ent-

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I · sprechenden Viskosität, abhängt und deshalb unterschied-

1 lieh ist. Aber auch Schwankungen der elektrischen Spannung

£' ' - des Pumpenmotors ergeben in der Zeiteinheit verschiedene

V Fördermengen. Weiter s wird auch durch die Pumpenabnützung

I 5 die Fördermenge der Pumpe verändert. Ausserdem haben die ''; Druckschalter eine Hysterese und Wiederholgenauigkeit, so

dass diese Schalter nicht immer genau beim gleichen Druck-

% punkt schalten.

I Der Neuerung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, in mög-

I 10 liehst einfacher Weise bei Verwendung eines Minimums an >S wartungsfreien Anordnungsteilen die Gasmengen von hydro-

pneumatischen Speichern eines Energiespeichersystems dauernd , fehlerfrei zu überwachen, um einen Gasmengenverlust früh-

; zeitig zu erkennen und zu melden.

j' 15 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in L der jeweiligen Hydraulikflüssigkeitszuleitung der einzelnen

; hydropneumatischen Speicher wenigstens je ein den Quer-

I schnitt der Hydraulikflüssigkeitszuleitung zumindest verkleinerndes, durch die Hydraulikflüssigkeit bewegliches Teil 20 eines jeder dieser Zuleitung separat zugeordneten Strömungswächters mit einem durch den beweglichen Teil auslösbaren ersten Meldekontakt angeordnet ist, und dass in der die Hydraulikflüssigkeitszuleitungen parallel anspeisenden ,·, gemeinsamen Leitung eine Pumpe mit einem durch den Pumpen-

25 lauf auslösbaren zweiten Meldekontakt derart angeordnet ist, dass die Strömungswächter zwischen der die Hydraulikflüssigkeit fördernden Pumpe und den hydropneumatischen Speichern angeordnet sind.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, dass die lagever-30 änderliche Trennwand im jeweiligen Speicher aus einem Freikolben besteht und das als Führung des Freikolbens dienende

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Gehäuse bzw. Druckzylinder des Speichers innen ein die Be- ^

wegung des Freikolbens begrenzendes Mittel, wie einen An- |'

schlag, aufweist, um dadurch eine wählbare Gasmengenreser- |

ve für die Erfordernisse des Betriebes des Energiespeicher- 1

systems bzw. den jeweiligen Einsatz dieses Systems zu ger §

währleisten. I

Aus dem gleichen Grunde ist es weiters besonders vorteil- ^j haft, dass das als Führung des Freikolbens dienende Gehäuse bzw. Druckzylinder des jeweiligen hydropneumatischen Speichers mit seinem durch die jeweilige Lage des Freikolbens bestimmten Gasvolumen über eine stets offene Verbindungsleitung ständig mit einem Gasspeicher in Verbindung steht.

Mittels der Neuerung werden die vorstehend dargelegten ;

Nachteile bekannter Systeme vermieden. Weitere Vorteile £ der Neuerung bestehen insbesondere darin, dass diese mittels besonders einfacher, betriebssicherer und handelsüblicher Anordnungsteile realisiert werden kann. Aber auch ein nachträglicher Einbau insbesondere von Strömungswächtern in schon bestehenden Anlagen kann unter einem Minimum an Aufwand erfolgen. Vor allem zeichnet sich die Neuerung durch ihre Unabhängigkeit von äusseren wie auch inneren Störungseinflüssen wie Temperatur, elektrischen SpannungsSchwankungen bzw. Pumpendrehzahlschwankungen, Abnützungserscheinungen der Pumpe und Hysteresefolgen von Druckschaltern bzw. ; deren Wiederholgenauigkeit bzg. deren Auflösung aus.

Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung ist in der Zeichnung dargestellt und nachstehend erläutert. Es zeigen f

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Pig. la in schematischer Darstellung ein Energiespeichersystem mit intakten hydropneumatischen Speichern,

Pig. Ib einen Melde- bzw. Steuerkreis für den Betriebsfall, dass die Pumpe läuft und in allen Hydraulikflüssigkeitszuleitungen Hydraulikflüssigkeit strömt,

Fig. 2a ein Energiespeichersystem, bei dem infolge eines Lecks in einem hydropneumatischen Speicher bzw. wegen Gasmengenverlust ein Preikolben an dem-..zugeordneten Anschlag im Speicher aufgelaufen ist,

Fig. 2b den Melde- bzw. Steuerkreis für den Betriebsfall nach Fig. 2a und

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines hydropneumatischen Speichers.

In den Figuren sind entsprechende Teile gleichbezeichnet.

^-5 so sind die Pumpe oder Pumpengruppe mit den weiters nicht dargestellten Ueberwachungselementen mit 1, die hydropneumatischen Speicher mit 2, die Gehäuse bzw. Druckzylinder der Speicher 2 mit 2a, die Hydraulikflüssigkeit mit 3, die Hydraulikflüssigkeitszuleitungen der einzelnen Speicher mit 4, die der Anspeisung des Energiespeichersystems dienende gemeinsame Leitung mit 5, die Strömungswächter mit 6, die ersten Meldekontakte der einzelnen Strönungswächter 6 der Reihe nach mit 7a, 7b und 7c, der Freikolben im jeweiligen Speicher 2 mit 8, der im jeweiligen Speieher 2 angeordnete Anschlag mit 9, das jeweilige Gas-

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volumen in den einzelnen Speichern 2 mit 10, der zweite Meldekontakt bei der Pumpe 1 mit 11 und

in Fig. 3a der Gasspeicher mit 13 und die Verbindungsleitung zwischen dem Gasspeicher 13 und dem hydropneumatischen Speicher 2 mit 12 bezeichnet.

In₁ den Figuren la und 2a führen die Pfeile aufweisenden Leitungen beispielsweise zu den Antrieben einer elektrischen Schaltergruppe oder eines dreiphasigen elektrischen Schalters. Im Zuge einer Schaltung werden u.a. die in den 10 letztgenannten Leitungen befindlichen und nicht weiters dargestellten Ventile geöffnet, so dass durch die Her-' durch expandierenden Gasmengen in den Gasvolumina 10 die eigentlichen Antriebe der Schaltergruppe bzw. des Schalters durch die hierdurch einsetzende Strömung der Hydraulikflüssigkeit 3 betätigt werden, wobei die Freikolben 8 sich gegen die stromungswachterseitigen Enden der Speicher 2 bewegen.. Da hierbei die Pumpe 1 stillsteht, ist der von der Pumpe gesteuerte zweite Meldekontakt 11 offen und dadurch der Melde- bzw. Steuerkreis gemäss Fig. Ib unterbrochen.

^O Wird nun nach erfolgter Schalthandlüng durch Einschalten des Elektromotors lh die Pumpe 1 in Lauf gesetzt, so wird nach entsprechender Pumpentätigkeit der in Fig. la darge-■ stellte Betriebszustand wiederhergestellt sein. Infolge des Laufes der Pumpe 1 ist dessen zweiter Meldekontakt ge-.

schlossen, sind jedoch die ersten Meldekontakte 7a, 7b und. 7c zufolge des Vorhandenseins einer Strömung in den Hydraulikflüssigkeitszuleitungen h offen und dadurch der Meldebzw. Steuerkreis gemäss Fig. Ib wieder unterbrochen, so dass die Meldelampe 15, das Horn 16 und das Steuerrelais 17 nicht ansprechen können.

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In Pig. 2a ist nun der Betriebsfall dargestellt, dass beim Wiederaufladen des Energiespeichers, also bei laufender Pumpe 1, infolge einer unzulässigen Gasverlustmenge in einem Speicher 2 der Preikolben 8 gegen den in diesem Speicher befindlichen Anschlag 9 aufläuft. Dadurch kommt die Strömung der Hydraulikglüssigkeit in der zu diesem schadhaften Speicher führenden Hydraulikflüssigkeitszuleitung 4 zum Stillstand, wodurch der in dieser Leitung H befindliche Strömungswächter 6 seinen ersten Meldekontakt 7a schliesst.

Dadurch wird der in Fig. 2b dargestellte geschlossene Meldebzw. Steuerkreis realisiert bzw. die Meldelampe 15 sowie das Horn 16 eingeschaltet und das Steuerrelais 17 erregt, das dann die für diesen Störungsfall vorgesehene Automatik auslöst.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform eines hydropneumatischen Speichers 2 dargestellt, der an der gasseitigen Stirnseite seines Gehäuses 2a mittels einer Verbindungsleitung 12 ständig mit dem Gasspeicher 13 in Verbindung steht. Sowohl der Anschlag 9 als auch der Gasspeieher 13 als auch beide zusammen können den jeweiligen Anlagenverhältnissen entsprechend ausgelegt werden, -dass im Schadensfall zum Zeitpunkt der Schadensmeldung im Energiespeichersystem bzw. in den betroffenen einzelnen hydropneumatischen Speichern 2 noch ausreichende Gasmengen vorhanden sind, so dass bis zur Umstellung auf Ausweichbetrieb oder Netzumschaltung oder Behelfsbetrieb tunlichst keine Betriebsunterbrechungen auftreten können.

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Selbstverständlich ist die vorbeschriebene Anordnung
nicht nur auf eine Verwendung bei elektrischen Schaltanlagen beschränkt sondern auch anderwärts vielseitig
einsetzbar und stellt eine überraschend einfache Lösung
auf einem technisch sehr ausgereiften Gebiet dar.

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Bezeichnungsliste

1 Pumpe

2 hydropneumatischer Speicher

2a Gehäuse oder Druckzylinder von

3 Hydraulikflüssigkeit

H Hydraulikflüssigkeitszuleitung

5. gemeinsame Leitung

6 Strömungswächter

7a,7b,7c erste Signalmittel oder Meldekontakte

8 Freikolben

9 Anschlag

Gasvolumen zweites Signalmittel oder Meldekontakt Verbindungsleitung Gasspeicher Elektromotor Meldelampe Horn Steuerrelais

Claims

8.8.79 Pr/dh .Neue. Sahut.z.ans.prüche

1. Anordnung zur Ueberwachung der Gasmengen von hydropneumatischen Speichern eines Energiespeichersystems mit wenigstens einer Pumpe zum Füllen der einzelnen Speicher mit Hydraulikflüssigkeit, wobei diese durch je eine lageveränderliche Trennwand von der Gasmenge im jeweiligen Speicher getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der jeweiligen Hydraulikflüssigkeitszuleitung (4) der einzelnen hydropneumatischen Speicher (2) wenigstens je ein den Querschnitt der Hydraulikflüssigkeitszuleitung (4) zumindest verkleinerndes, durch die Hydraulikflüssigkeit bewegliches Teil eines jeder dieser Zuleitung (4) separat zugeordneten Strömungswächters (6) mit einem durch den beweglichen Teil auslösbaren ersten Meldekontakt (7a, 7b, 7c ...) angeordnet ist, und dass in der die Hydraulikflüssigkeitszuleitungen (4) parallel anspeisenden gemeinsamen Leitung (5) eine Pumpe (1) mit einem durch den Pumpenlauf auslösbaren zweiten Meldekontakt derart angeordnet ist, dass die Strömungswächter (6) zwisehen der die Hydraulikflüssigkeit fördernden Pumpe (1)

! und den hydropneumatischen Speichern (2) angeordnet sind.

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2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Meldekontakt (7a₃ 7b, 7c ...) aus einem bei Stillstand der Hydraulikflüssigkeitsströmung geschlossenen bzw. bei Vorhandensein einer Strömung in der jeweiligen verkleinerten Hydraulikflüssigkeitszuleitung (4) offenen ersten Meldekontakt besteht.

lie···

1)1 f« η e

G 77 36 316.7 105/77

ρ 8.8.79

^d Fr/dh

3· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Meldekontakt aus einem bei laufender Pumpe (1) geschlossenen bzw. bei stehender Pumpe (1) offenen zweiten Meldekontakt besteht.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lageveränderliche Trennwand aus einem Freikolben (8) besteht.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das als Führung des Freikolbens (8) dienende Gehäuse bzw. Druckzylinder (2a) des jeweiligen hydropneumatischen Speichers (2) innen ein die Bewegung des Freikolbens (8) begrenzendes Mittel aufweist.

6. Anordnung nach Anspruch 5₃ dadurch gekennzeichnet, dass das bewegungsbegrenzende Mittel als Anschlag (9) ausgebildet ist.

7· Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das als Führung des Freikolbens dienende Gehäuse bzw. Druckzylinder (2a) des jeweiligen hydropneumatischen Speichers (2) mit seinem durch die jeweilige Lage des Freikolbens (8) bestimmten Gasvolumen (10) über eine stets offene Verbindungsleitung (12) ständig mit einem Gasspeicher (13) in Verbindung steht.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (12) an der gasseitigen Stirnseite des Gehäuses (2a) des hydropneumatischen Speichers (2) angeordnet ist.