EP0135850B1 - Hochdruckspeicher - Google Patents

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EP0135850B1
EP0135850B1 EP84110454A EP84110454A EP0135850B1 EP 0135850 B1 EP0135850 B1 EP 0135850B1 EP 84110454 A EP84110454 A EP 84110454A EP 84110454 A EP84110454 A EP 84110454A EP 0135850 B1 EP0135850 B1 EP 0135850B1
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EP
European Patent Office
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gas
piston
pressure
spring
disposed
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EP84110454A
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EP0135850B2 (en
Inventor
Wilfried Dr. Kruckewitt
Horst Plettner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB AG Germany
BBC Brown Boveri AG Germany
Original Assignee
Brown Boveri und Cie AG Germany
Asea Brown Boveri AG Germany
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Publication of EP0135850B1 publication Critical patent/EP0135850B1/de
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    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators
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    • F15B1/24—Accumulators using a gas cushion; Gas charging devices; Indicators or floats therefor with rigid separating means, e.g. pistons
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    • F15B2201/50—Monitoring, detection and testing means for accumulators
    • F15B2201/51—Pressure detection

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure accumulator according to the preamble of claim 1.
  • High-pressure accumulators of this type serve to provide hydraulic oil for a hydraulic system, in particular for actuating an electrical high-voltage power switch.
  • high-pressure accumulators of this type have an approximately cylindrical body which is closed at both ends by pressure-tight covers. Inside the cylindrical body there is a piston that separates a gas space from the hydraulic fluid side. The gas side cover is connected to a gas connection for replenishing leakage gas and the oil side to an oil connection.
  • the pressurized gas usually N 2
  • N 2 the pressurized gas
  • the main problem to be dealt with is that the gas used as a spring slowly flows out of the gas space, since absolute tightness can rarely be achieved. If the full amount of gas is now available, the maximum distance to be covered by the piston is placed in the cylinder space or accumulator body in such a way that the accumulator piston does not basically hit the support tube when the oil is returned to the accumulator. However, if a certain leakage has occurred, the storage piston can come to rest against the support tube during the filling process.
  • the filling process is generally carried out in such a way that the pump continues to run for a few seconds above the cut-off pressure, that is to say above a certain pressure at which the pump could be switched off because there is again a sufficient amount of oil in the reservoir.
  • the piston can lie against the support tube.
  • the oil pressure rises much faster than before due to the stiffness of the support tube, than it only had to compress gas; in this way an oil pressure is reached, on the basis of which a signaling contact will respond, which thus reports a leakage of gas, preferably N 2 .
  • Other solutions are designed with a signaling contact in the gas area, so that there is always an insulated bushing that can be regarded as a weak point or leak.
  • Other known designs are implemented with proximity switches in the gas sector. All of these designs mean that the need to refill gas is signaled when the storage piston hits the support tube.
  • the object of the invention is to provide a memory of the type mentioned in the introduction, in which a prewarning signal is given in the case of a certain leakage condition, but which is of particularly simple design.
  • FIG. 1 shows a diagram of the pressure over the running time of a pump for filling up a gas pressure accumulator shown schematically in FIG.
  • a cylindrical body 10 can be seen in FIG. 2, which is closed at both ends by means of a cover 11 and 12.
  • a piston 13 is guided to move back and forth, separating the left, gas-filled space 14 from the right, oil-filled space 15.
  • N z is expediently used as the gas.
  • a support tube 16 is attached to the left end cover 11 and runs in the central axis of the cylinder. On the free end of the support tube 16, a spring 17 is attached, at the free end of which a stop 18 is attached.
  • curve K 1 will change.
  • the initial position of the piston will shift to the left, so that at the same pressure P E , i.e. when the pump starts to deliver oil, the piston begins to move at T on2 . It runs parallel to K, and below it to point T A2 , at pressure P A. From there, the run-on time t v begins, so that the pump continues to run over the period TA2, specifically so that the piston lies on the spring at T BE .
  • the curve K 2 then runs parallel to the curve K, with the steeper angle, the pressure P out1 being exceeded and continuing to rise up to the pressure P out2 .
  • a certain pressure PW is exceeded, which is to be regarded as a warning pressure that the gas leakage will soon become so great that the piston compresses the spring on the block and thus the steep area of curve K or K 2 is reached, if the pump continues to deliver oil.
  • the advance warning pressure means that a critical stage has now been reached at which it is slowly recommended to compensate for the leakage losses in the gas, ie in room 14. If the leakage becomes even greater, then there is the problem that the block position T BL of the spring 17 is reached during the follow-up time t v , so that the pressure curve approaches a more vertical line, that is to say that the pressure suddenly increases very steeply.
  • P s (approx.
  • FIG. 3 shows a structural design of a hydraulic accumulator in the diagram.
  • a storage piston 33 is displaceably arranged within the storage housing and separates the space 34, into which gas is filled, from the oil pressure space 35. Gas can be filled into the space 34 at a feed valve 36.
  • a support tube 37 is attached to the cover 32 and has a dividing wall 38 in its central region; the support tube 37 extends beyond the partition 38 with an extension 39.
  • the extension 39 encloses and guides a piston 40 to which a stop 41 is attached.
  • the wall 38 is penetrated by a screw bolt 42, which rests with its screw head 43 against the left side of the wall and is screwed into the interior of the piston 40 with its free end.
  • the movement of the piston 40 in the direction of arrow A is limited by the nut 43 striking the wall 38 and the movement of the piston 40 to the left B by the spring coils or spring elements lie to the left in the block. You can of course also ensure that the distance D between the free end of the support tube 37 or the extension 39 and the stop 41 corresponds to the distance between T BE and T block . Then the same thing is achieved as in FIG. 2 when the spring 17 lies on the block.
  • the mode of operation of the hydraulic accumulator according to FIG. 2 explained with reference to FIG. 1 corresponds identically to the mode of operation of the hydraulic accumulator according to FIG. 3, so that it does not have to be discussed in more detail.
  • the piston 13 or 33 does not run directly onto the support tube 16 or 37, but first onto the stop 18 or 41, which is under the pressure of the spring 17 or 44, so that the gas Characteristic the spring characteristic of the spring 17 or 44 is superimposed. This makes it possible for the pressure to exceed a prewarning pressure, which signals that the leakage in space 14 is a problem has reached the agreed amount, so that it will be necessary to refill gas as soon as possible.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hochdruckspeicher gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Derartige Hochdruckspeicher dienen dazu, Hydrauliköl für eine Hydraulikanlage, insbesondere zur Betätigung eines elektrischen Hochspannungs-Leistungsschafters bereitzustellen.
  • Im allgemeinen besitzen derartige Hochdruckspeicher einen in etwa zylindrischen Körper, der an seinen beiden Enden mittels Abschlussdeckeln druckdicht verschlossen ist. Im Inneren des zylindrischen Körpers befindet sich ein Kolben, der einen Gasraum von der Hydraulik-Fluidseite trennt. Der gasseitige Deckel ist mit einem Gasanschluss zum Nachspeisen von Leckagegas und der ölseiti-' ge mit einem Ölanschluss verbunden.
  • Im Inneren des zylindrischen Körpers befindet sich auf dessen Gasseite an dem dort befindlichen Deckel ein Stützrohr, gegen das sich der Speicherkolben unter bestimmten Voraussetzungen, die weiter unten erläutert werden sollen, anlegen wird (US-A-4 186 777).
  • Wenn beispielsweise für einen Schaltvorgang Hydrauliköl gebraucht wird, wird das unter Druck stehende Gas, meist N2, den Kolben entsprechend der entnommenen Menge Öl verschieben. Wenn eine bestimmte Menge Öl entnommen ist, wird eine Pumpe in Tätigkeit gesetzt, die die entnommene Ölmenge wieder in den Speicher zurückpumpt.
  • Das Hauptproblem, mit dem man sich zu befassen hat, besteht darin, dass das als Feder verwendete Gas langsam aus dem Gasraum herausströmt, da absolute Dichtigkeit in den seltensten Fällen erreicht werden kann. Wenn nun die volle Menge Gas vorhanden ist, wird die maximal von dem Kolben zurückzulegende Strecke so in den Zylinderraum bzw. Speicherkörper gelegt, dass der Speicherkolben grundsätzlich nicht auf das Stützrohr auftrifft, wenn das Öl wieder dem Speicher zugeführt wird. Wenn jedoch eine bestimmte Leckage aufgetreten ist, dann kann der Speicherkolben während des Füllvorgangs gegen das Stützrohr zum Anliegen kommen. Der Füllvorgang wird dabei im allgemeinen so durchgeführt, dass die Pumpe über den Absteuerdruck, d.h. also über einen bestimmten Druck, bei dem die Pumpe abgeschaltet werden könnte, weil sich wieder eine ausreichende Menge Öl im Speicher befindet, hinaus noch einige Sekunden weiterläuft. Dabei kann sich - wie erwähnt - der Kolben gegen das Stützrohr anlegen. Bei Auftreffen des Kolbens auf das Stützrohr steigt der Öldruck wegen der Steifigkeit des Stützrohres erheblich schneller an als vorher, als er nur Gas zu komprimieren hatte; dadurch wird ein Öldruck erreicht, aufgrund dessen ein Meldekontakt ansprechen wird, der damit eine Leckage von Gas, bevorzugt N2 meldet. Andere Lösungen sind mit einem Meldekontakt im Gas-Bereich ausgeführt, so dass immer eine isolierte Durchführung, die als Schwachstelle bzw. Undichtigkeit anzusehen ist, vorhanden ist. Weitere bekannte Ausführungen sind mit Näherungsschaltern im Gas-Bereich realisiert. Alle diese Ausführungen bewirken, dass bei Auftreffen des Speicherkolbens auf das Stützrohr die Notwendigkeit des Nachfüllens von Gas signalisiert wird.
  • Da im allgemeinen das Gas nicht sehr schnell, sondern nur sehr langsam aus dem Gasraum ausströmt, wäre ein sofortiges Nachfüllen von Gas dann, wenn der Speicherkolben auf das Stützrohr auftrifft, nicht erforderlich. Es wäre daher sinnvoll, eine Vorwarnung vorzusehen, ein Signal also, das einen bestimmten Leckagefall tatsächlich anzeigt. Würde man eine derartige Vorwarnung mitden bekannten Anordnungen, bspw. mit einem Meldekontakt im Gas-Bereich oder einem Näherungsschalter erzielen wollen, wäre die Anordnung sehr aufwendig.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Speicher der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem bei einem bestimmten Leckagezustand ein Vorwarnungssignal gegeben wird, der aber besonders einfach ausgebildet ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, soll die Erfindung näher erläutert und beschrieben werden. Insbesondere soll anhand der Zeichnung die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Ausgestaltung dargestellt werden.
    • Fig. 1 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Druckes von der Pumpenlaufzeit im Speicher zeigt,
    • Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemässen Speichers, und
    • Fig. 3 eine zweckmässige Ausgestaltung des Speichers, in schematischer Darstellung.
  • Die Figur 1 zeigt ein Diagramm des Druckes über der Laufzeit einer Pumpe zum Auffüllen eines in der Figur 2 schematisch dargestellten Gasdruckspeichers. Man erkennt in der Figur 2 einen zylindrischen Körper 10, der an seinen beiden Enden mittels eines Deckels 11 und 12 abgeschlossen ist. innerhalb des Zylinders ist hin- und herbewegbar geführt ein Kolben 13, der den linken, mit Gas gefüllten Raum 14 von dem rechten, mit Öl gefüllten Raum 15trennt. Als Gas wird zweckmässigerweise Nz verwendet. Am linken Abschlussdeckel 11 ist ein Stützrohr 16 angebracht, das in der Mittelachse des Zylinders verläuft. Auf dem freien Ende des Stützrohres 16 ist eine Feder 17 angebracht, an deren freiem Ende ein Anschlag 18 befestigt ist.
  • Es sei angenommen, dass aus dem Raum 15 Öl abgenommen wird. Aus der in der Figur 2 dargestellten Lage wird sich dann der Kolben 13 in Pfeilrichtung A bewegen. Wenn er die Stelle Tein1 (siehe Figur 1 ) erreicht hat, ist der Druck im Raum 15 so weit abgefallen, dass Drucköl nachgepumpt werden muss. Der Beginn der Laufzeit der Pumpe (nicht dargestellt), die Drucköl in den Raum 15 fördert, ist somit Tein1. Wenn die Pumpe Öl fördert, bewegt sich der Kolben entgegen der Pfeilrichtung A in Pfeilrichtung B, und zwar so lange, bis der Zeitpunkt TA1 bzw. der dazugehörige Druck PA erreicht wird. Der Druck Pein, der dem Beginn der Laufzeit der Pumpe Tein entspricht, beträgt bei elektrischen Hochspannungsleistungsschaltern bspw. 330 bar. Wenn der Druck PA im Raum 15 erreicht ist, könnte man die Pumpe abschalten; es wäre dann definitiv der Druck PA (entspricht 342 bar) erreicht, der zum optimalen Betrieb eines Hochspannungsleistungsschalters ausreicht. In der Praxis aber bleibt die Pumpe eingeschaltet und läuft eine Zeit Tv weiter. Zum Zeitpunkt Taus1 wird die Pumpe endgültig abgeschaltet und ein Druckniveau Paus1 ist erreicht, das höher liegt als PA. Wird nun weiter Öl in den Raum 15 gefördert, wird sich am Punkt TBE der Kolben 13 auf den Anschlag 18 auflegen. Dadurch verändert sich die Federkennlinie K1, die bis zu dem Punkt TBE alleine abhängig war von den Gascharakteristiken. Nunmehr überlagert sich dieser Charakteristik des Gases die von der Feder 17 herrührende Federcharakteristik, so dass die Kurve K1 links von TBE einen grösseren Anstieg aufweist. Bei weiterer Ölförderung legen sich die Windungen der Feder 17 aufeinander: die Feder 17 wird starr, so dass die Kurve K, am Punkt TBlock steil nach oben entsprechend Steifigkeit der Feder und des Stützrohres 16 ansteigt.
  • Es sei nun angenommen, dass die Nachlaufzeit tv der Pumpe am Punkt TA1 bei einem Druck PA beginnt. Die Nachlaufzeit tv dauert nun so lange an, dass der Kolben gegen den Anschlag 18 anliegt, so dass der Knick-Punkt TBE überschritten wird. Man erhält dabei einen Druck PAus1, also einen endgültigen Druck.
  • Wenn also eine Leckage im Gas auftritt, wird sich die Kurve K1 verändern. Die Ausgangslage des Kolbens wird sich nach links verschieben, so dass bei gleichem Druck PE, wenn also die Pumpe anfängt, Öl zu fördern, die Bewegung des Kolbens bei Tein2 beginnt. Sie verläuft parallel zu K, und unter ihr bis zum Punkt TA2, bei dem Druck PA. Von da aus beginnt die Nachlaufzeit tv, so dass die Pumpe über den Zeitraum TA2 weiterläuft und zwar so dass sich der Kolben bei TBE auf die Feder auflegt. Sodann verläuft die Kurve K2 parallel zu der Kurve K, mit dem steileren Winkel, wobei der Druck Paus1 überschritten wird und weiter bis zu dem Druck Paus2 steigt. Dabei wird ein bestimmter Druck PW überschritten, der als Vorwarndruck dafür anzusehen ist, dass demnächst die Leckage des Gases so gross werden wird, dass der Kolben die Feder auf Block zusammendrückt und somit der steile Bereich der Kurve K, bzw. K2 erreicht wird, wenn die Pumpe weiter Öl fördert. Der Vorwarndruck will sagen, dass nunmehr ein kritisches Stadium erreicht wird, bei dem es sich langsam empfiehlt, die Leckageverluste im Gas, d.h. also im Raum 14 auszugleichen. Wird die Leckage noch grösser, dann besteht das Problem, dass noch während der Nachlaufzeit tv die Blockstellung TBL der Feder 17 erreicht wird, so dass der Druckverlauf sich mehr einer Senkrechten nähert, d.h. also dass der Druck plötzlich sehr steil ansteigt. Bei einem Druck Ps (etwa 370 bar) wird ein weiteres Signal, das erneut zur Sperre des Schalters führt, gemeldet und das Sicherheitsventil geöffnet. Grundsätzlich ist zu beachten, dass dann, wenn die Stellung TBlock erreicht wird, die Leckage so gross geworden ist, dass trotz hohen Druckes nicht mehr sichergestellt ist, dass eine ausreichende Menge an Drucköl abgenommen werden kann. Aus diesem Grunde werden Hydraulikspeicher, bei denen sich der Kolben 13 auf das Stützrohr 16 auflegt, nicht mehr weiter benutzt. Die Anordnung der Feder 17 zwischen dem Anschlag 18 und dem Stützrohr 16 dient somit zur Erhöhung der Sicherheit; wenn aufgrund einer Leckage Pw erreicht oder überschritten wird, dann ist angezeigt, dass ein Nachfüllen von Gas erforderlich ist, dass aber die Funktionsfähigkeit des Öldruckspeichers noch nicht eingeschränkt ist.
  • Die Figur 3 zeigt im Schema eine konstruktive Ausführung eines Hydraulikspeichers. Man erkennt den Hydraulikzylinder oder Speichergehäuse 30, das an der rechten Seite mit dem Abschlussdeckel 31 und an der linken Seite mit dem Abschlussdeckel 32 verschlossen ist. Innerhalb des Speichergehäuses ist ein Speicherkolben 33 verschiebbar angeordnet, der den Raum 34, in den Gas eingefüllt ist, von dem Öldruckraum 35 trennt. An einem Zuführventil 36 kann Gas in den Raum 34 eingefüllt werden.
  • An dem Deckel 32 ist ein Stützrohr 37 angebracht, das in seinem mittleren Bereich eine Trennwand 38 aufweist; das Stützrohr 37 setzt sich mit einem Fortsatz 39 über die Trennwand 38 hinaus. Der Fortsatz 39 umschliesst einen Kolben 40, an dem ein Anschlag 41 befestigt ist, und führt diesen. Die Wand 38 wird von einem Schraubenbolzen 42 durchgriffen, der sich mit seinem Schraubenkopf 43 gegen die linke Seite der Wand anlegt und mit seinem freien Ende ins Innere des Kolbens 40 eingeschraubt ist. Zwischen der Wand 38 und dem Kolben 40 befindet sich ein Druckfederpaket 44. Die Bewegung des Kolbens 40 in Pfeilrichtung A wird durch Anschlagen der Mutter 43 an der Wand 38 begrenzt und die Bewegung des Kolbens 40 nach links B dadurch, dass die Federwindungen bzw. Federelemente im Block nach links aufeinanderliegen. Man kann natürlich auch dafür sorgen, dass der Abstand D zwischen dem freien Ende des Stützrohres 37 bzw. des Fortsatzes 39 und dem Anschlag 41 dem Abstand zwischen TBE und TBlock entspricht. Dann wird das gleiche erreicht, wie in Figur 2, wenn die Feder 17 auf Block liegt.
  • Die anhand der Figur 1 erläuterte Wirkungsweise des Hydraulikspeichers gemäss Figur 2 entspricht identisch der Wirkungsweise des Hydraulikspeichers gemäss Figur 3, so dass darauf nicht mehr näher eingegangen werden muss.
  • Von wesentlicher Bedeutung ist, dass der Kolben 13 bzw. 33 nicht direkt auf das Stützrohr 16 bzw. 37 aufläuft, sondern zunächst auf den Anschlag 18 bzw. 41, der unter dem Druck der Feder 17 bzw. 44 steht, so dass der Gas-Charakteristik die Feder-Charakteristik der Feder 17 bzw. 44 überlagert wird. Dadurch ist es möglich, dass der Druck einen Vorwarndruck überschreitet, der signalisiert, dass die Leckage im Raum 14 einen bestimmten Betrag erreicht hat, so dass es erforderlich wird, möglichst bald Gas nachzufüllen.

Claims (3)

1. HochdruckspeicherfürdasArbeitsfluideiner hydraulischen Steueranlage, mit einem einen Kolben (13, 33) enthaltenden Zylinder (10, 30), auf dessen einer Seite (15, 35) sich das Arbeitsfluid und auf dessen anderer Seite sich eine durch einen Gasraum (14, 34) gebildete Gasfeder befindet, mit Meldekontakten, die beim Erreichen bestimmter Stellungen des Kolbens ein Signal abgeben, und mit einem im Gasraum (14, 34) des Zylinders an dessen Abschlusswand (11, 32) angeordneten Stützrohr (16, 37) zur Begrenzung des Kolbenweges bei einem Gasverlust, dadurch gekennzeichnet, dass am Stützrohr (16, 37) ein Anschlagelement (18,41) für den Kolben (13, 33) angeordnet ist und dass zwischen dem Stützrohr und dem Anschlagelement eine Federanordnung (17,44) vorgesehen ist, so dass sich beim Auftreffen des Kolbens auf das Anschlagelement (18,41) die Charakteristik der Gasfeder mit der der Federanordnung (17, 44) überlagert.
2. Hochdruckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende (39) des Stützrohres (37) einen weiteren Kolben (40) aufnimmt, an dem das Anschlagelement (41 ) befestigt ist, und dass der weitere Kolben (40) von der Federanordnung (44) teilweise aus dem freien Ende (39) des Stützrohres (37) herausgedrückt ist.
3. Hochdruckspeicher nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer bestimmten Stellung des Anschlagelementes (18, 41 ) ein im Öldruckraum (15, 35) herrschender Druck (Pw) entspricht, der, mittels eines Druckfühlers gemessen, ein Vorwarnsignal erzeugt, das signalisiert, dass im Gas-Raum (14, 34) aufgrund von Gasverlusten zu wenig Gas vorhanden ist.
EP84110454A 1983-09-26 1984-09-03 High pressure accumulator Expired - Lifetime EP0135850B2 (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
AT84110454T ATE21731T1 (de) 1983-09-26 1984-09-03 Hochdruckspeicher.

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DE19833334813 DE3334813A1 (de) 1983-09-26 1983-09-26 Hochdruckspeicher
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Publications (3)

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EP0135850A1 EP0135850A1 (de) 1985-04-03
EP0135850B1 true EP0135850B1 (de) 1986-08-27
EP0135850B2 EP0135850B2 (en) 1990-02-07

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP84110454A Expired - Lifetime EP0135850B2 (en) 1983-09-26 1984-09-03 High pressure accumulator

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US (1) US4611634A (de)
EP (1) EP0135850B2 (de)
AT (1) ATE21731T1 (de)
DE (2) DE3334813A1 (de)

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