DE2759263A1

DE2759263A1 - Ueberwachungssystem fuer hydraulisch betriebene armaturen

Info

Publication number: DE2759263A1
Application number: DE19772759263
Authority: DE
Inventors: Hans Schumacher
Original assignee: Kracht Pumpen und Motorenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Kracht Pumpen und Motorenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 1977-12-31
Filing date: 1977-12-31
Publication date: 1979-07-05
Also published as: DE2759263C3; GB2011997B; GB2011997A; DE2759263B2

Description

Patentanwalt

Dipl.-Ing7 59263

Harro Gralfs

Graus Patentanwalt Am Burgerpark 8 D 3300 Braunschweig Germany

Am Bürgerpark 8 D 3300 Braunschweig, Germany Telefon 0531-74798 Cable patmarks braunschweig

29. Dezember 1977 G/Wi - K 1025

KEACHT Pumpen- und
Motorenfabrik GmbH & Co. KG
Gewerbestraße 20

5980 Verdohl

UberwachunKssystem für hydraulisch betriebene Armaturen

Die Erfindung betrifft ein Uberwachungssystem für hydraulisch betriebene Armaturen mit in einer Arbeitsleitung zwischen einem Steuerventil und einem Antriebsgerät angeordnetem Volumenzähler, der mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Größe und Richtung des den Volumenzähler durchfließenden Flüssigkeitsstroms versehen ist.

Bei einem bekannten Uberwachungssystem (DT-OS 25 54 484) mit einer einzigen Arbeitsleitung zwischen dem Steuerventil und dem Antriebsgerät ist es bekannt, als Volumenzähler einen nach Art eines Zahnradmotors arbeitenden Zähler mit durch die einzelnen Zähne betätigbaren berührungsfreien Abtastvorrichtung und einer die von der Abtastvorrichtung gegebenen Impulse verarbeitenden Zähleinrichtung vorzusehen. Durch

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Vergleich der Summe der beim Schließen der Armatur gezählten Impulse mit einer Sollimpulszahl wird ermittelt, ob die Armatur ihre Schließstellung erreicht hat. Um ein Verlaufen der Anzeige bei geschlossener Armatur, beispielsweise durch im Leitungssystem auftretende Druckimpulse und temperaturbedingte Olströmungen in der in der Schließstellung der Armatur drucklosen bzw. auf einem geringen Vorspanndruck gehaltenen Arbeitsleitung zu vermeiden, sind Frequenzfilter vorgesehen, durch die die Zählung solcher Impulse ausgeschlossen wird, die unterhalb bestimmter Impulsfrequenzen liegen. Bei einer solchen Anlage ist es weiter bekannt, durch Ausschalten des Frequenzfilters die Antriebsleitung und die Armatur auf Dichtigkeit zu prüfen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Überwachungssystem zu schaffen, mit dem eine vollständige und kontinuierliche überwachung von hydraulisch betätigten Armaturen möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Antriebsgerät über zwei Arbeitsleitungen mit dem Steuerventil verbunden ist, daß In der Ruhestellung beide Arbeitsleitungen unter Druck stehen, daß in jeder der beiden Arbeitsleitungen zwischen Steuerventil und Antriebsgerät ein Volumenzähler vorgesehen ist, mit den der ölstrom in diskreten Teilmengen meßbar ist und der mit Mitteln versehen ist, mit denen für jede Teilmenge ein elektrischer Impuls erzeugbar ist, und daß Mittel vorgesehen sind, Bit denen die Impulse unter Berücksichtigung der Durchflußrichtung rechnerisch verarbeitbar sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind Frequenzfilter für die Impulse vorgesehen, deren Ansprechen als Kriterien

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JAVtJOIRO

für die Betriebszustände des Hydrauliksystems zur Anzeige gebracht werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Uberwachungssystem lassen sich sehr exakte Lageeinstellungen des Antriebsgerätes erreichen. Darüber hinaus ist eine kontinuierliche Überwachung der beiden Leitungen zwischen dem Steuerventil und dem Antriebsgerät möglich. Bei Lecks in den Arbeitsleitungen wird dabei angezeigt, in welcher der Arbeitsleitungen ein Leck auftritt, wobei die Größe des Lecks leicht feststellbar ist und ermittelt werden kann, ob es sich um ein die Funktion des Antriebsgerätes nicht oder wenig beeinträchtigendes Leck oder um einen Leitungsbruch handelt, der die Betätigung des Antriebsgerätes ausschließt. Es ist weiter möglich, Undichtigkeiten der Kolbendichtung zur Anzeige zu bringen.

Das Uberwachungssystem ist insbesondere geeignet für Anlagen, bei denen die Antriebsgeräte in erheblicher Entfernung von den Steuerventilen liegen. Ein Beispiel hierfür ist die Überwachung von Schiebern in Raffinerien, bei denen bei Verwendung des erfindungsgemäßen Überwachungssystems keinerlei Überwachungsleitungen mehr zu den Antrieben geführt werden müssen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand der Schaltung eines Hydrauliksystems veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

Das in der Zeichnung dargestellte Antriebs- und Überwachungssystem weist eine Steuer- und Überwachungsstation 2 auf, die über zwei Leitungen 4, 6 mit einem Antriebsgerät 8 verbunden ist, über das bei dem dargestellten Beispiel das Verschluß-

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element 10 eines Absperrschiebers betätigbar ist.

Die Überwachungs- und Steuerstation 2 weist ein als 4/3-Wegeventil ausgebildetes Steuerventil 12 auf, das über eine Vorsteuereinheit 14 hydraulisch betätigbar ist und zusätzlich eine Handbetätigung 16 aufweist.

Das Steuerventil 12 ist über eine Leitung 18 mit einer Druckleitung 20 und über eine Leitung 22 mit einer vorzugsweise unter Vorspannung stehenden Bückölleitung 24 verbunden. In der Leitung 18 ist ein zum Steuerventil 12 hin öffnendes Rückschlagventil 26 vorgesehen. Die beiden Leitungen 18 bzw. 22 sind an die Anschlüsse P bzw. T des Steuerventils 12 angeschlossen. Die beiden Ventilausgänge A und B sind über die Ausgänge A¹ und B¹ der Überwachungsund Steuerstation 2 an die Leitungen 4 und 6 angeschlossen. In den Leitungen 28 bzw. 30 zwischen den Anschlüssen A und A¹ bzw. B und B¹ sind jeweils Volumenzähler 32 bzw. 34 eingeschaltet. In der Leitung 28 ist weiter ein Drosselventil 36 vorgesehen. Stromabwärts des Drosselventils 36 ist ein Druckbegrenzungsventil 38 angeschlossen, dessen Auslaß über eine Leitung 40 mit der Rückölleitung 22 verbunden ist.

Die beiden Zähler 32 und 34 sind Zähler,mit denen der ölstrom in diskreten Teilmengen meßbar ist. Vorzugsweise finden als Zähler Zähler nach Art von Zahnradmotoren Verwendung, durch die der ölstrom in dem Zahnlückenvolumen entsprechendenTeilvolumen transportiert wird und die mit Mitteln versehen sind, mit denen für jede Teilmenge ein elektrischer Impuls erzeugbar ist. ts sind weiter Abtaster vorgesehen, mit denen die Dretirichtung der Zahnräder und damit die Strömungsrichtung; des ölatromes feststellbar isb. Durch diese Zähler ist eine vor-

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. Q-

zeichenbehaftete digitale Messung des ölstromes durch den Zähler erreichbar. Diese Impulse werden in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Gerät rechnerisch verarbeitet.

Das Steuerventil 12 ist so ausgebildet, daß in der Schaltstellung I die beiden Ausgänge A und B mit dem Druckanschluß P in Verbindung stehen und damit beide Leitungen 4 und 6 unter Betriebsdruck stehen. Die mittlere Ventilstellung ist eine Absperrstellung und in der Ventilstellung II ist der Ventilanschluß P mit dem Ventilanschluß A und der Ventilanschluß T mit dem Anschluß B verbunden. In der Schaltstellung II kann also Drucköl aus der Leitung 20 in die Leitung 4 einströmen und öl aus der Leitung 6 in die Rückölleitung 24 verdrängt werden.

Das Antriebsgerät 8 ist als hydraulischer Antriebszylinder ausgebildet mit einem Antriebskolben 42 und einer Kolbenstange 44, an die das Schieberverschlußstück 10 angeschlossen ist. Der Zylinderraum 46 oberhalb des Kolbens 42 ist mit der Leitung 6 und der untere Zylinderraum 48 mit der Leitung 4 verbunden. Die Beaufschlagungsfläche im Zylinderraum 46 entspricht der Fläche des Kolbens 42 und die Beaufschlagungsfläche im Zylinderraum 48 der Kolbenfläche abzüglich des Querschnitts der Kolbenstange 44. Bei gleichem Druck in den Leitungen 4 und 6 wirkt auf das Schieberverschlußstück 10 ein Schließdruck, der dem Druck multipliziert mit der Flächendifferenz entspricht. In den beiden Leitungen 4 und 6 sind vor dem Antriebszylinder Absperrventile 50 und 52 vorgesehen, denen Anschlüsse 54 und 56 nachgeschaltet sind, an die eine Handpumpe für Wartungszwecke anschließbar ist.

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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Vorsteuergerät 14 zwei elektromagnetisch gegen eine Feder verstellbare Umschaltventile 58 auf, die an die Druckleitung 60 und die Rückölleitung 62 eines Vorsteuerdrucksystems angeschlossen sind. In der stromlosen Stellung sind die beiden Steuerleitungen 64 und 66 drucklos, so daß eine Handbetätigung des Steuerventils 12 möglich ist. Die verschiedenen Schaltstellungen des Steuerventils 12 können mit einer elektrischen Anzeige versehen sein. Das Vorsteuergerät 14 kann den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend auch anders ausgebildet sein.

Im nachstehenden wird die Arbeitsweise des beschriebenen Systems im einzelnen erläutert.

Angenommen, das Antriebsgerät 8 befindet sich in der Schließstellung mit dem Steuerventil 12 in der Schaltstellung I. Die beiden Leitungen 4 und 6 stehen unter dem Betriebsdruck der Leitung 20. Sofern die Anlage in Ordnung ist, stehen beide Zähler 32 und 54 still.

Tritt in einer der Leitungen 4 bzw. 6 ein Leck auf, wird der austretende ölstrom durch den dieser Leitung zugeordneten Zähler erfaßt. Bei einem Bruch in der Leitung 4 zählt der Zähler 32, während vom Zähler 34 keine Zählimpulse abgegeben werden. Aus der Frequenz der Zählimpulse 32 kann die Größe des Lecks ermittelt werden, wobei durch Frequenzfilter zur Anzeige gebracht werden kann, ob es sich um ein die Betätigung des Schiebers nicht beeinträchtigendes Leck handelt, oder um ein einem Bruch gleichwertiges Leck. Entsprechendes gilt bei einem Leck in der Leitung 6. Lecks lassen

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sich also hinsichtlich der Leitung, in der sie auftreten und hinsichtlich ihrer Größe zur Anzeige bringen.

Erwärmungen in den Leitungen 4 und 6, die auf Änderungen der Umgebungstemperatur zurückzuführen sind, werden von den beiden Zählern 32 und 34 dadurch erfaßt, daß die aus den Leitungen 4 und 6 verdrängten Ölmengen mit gleicher Durchflußrichtung gemessen werden. Da Temperatureinwirkungen zu sehr langsamen ölströmen führen, kann ihre Anzeige durch ein entsprechendes Frequenzfilter unterdrückt werden. Diese ölströme gleichen sich normalerweise über einen 24stündigen Tagesrhythmus aus. Werden die beiden Leitungen 4 und 6 einem Brand ausgesetzt, erfolgt eine rasche Erwärmung des Öls und damit eine rasche Verdrängung des Öls über die Zähler 32 und 34. Beide Zähler drehen dann gleichsinnig und geben Impulse mit einer relativ hohen Frequenz. Durch ein Frequenzfilter können solche durch einen Brand hervorgerufenen ölströme von ölströmen, die durch normale Temperaturänderungen bedingt sind, unterschieden werden, so daß im Falle eines Brandes Feueralarm ausgelöst werden kann. Entsprechendes gilt, wenn nur eine der Leitungen durch Feuer erwärmt wird. In diesem Fall würde lediglich einer der Zähler einen ölstrom in Sichtung auf das Steuerventil 12 registrieren.

Zur Betätigung des Antriebsgerätes 8 wird das Steuerventil in die Schaltstellung 2 gebracht. Ls tritt also Drucköl über den Zähler 32 in die Leitung 4 ein und Rücköl strömt aus der Leitung 6 über den Zähler 3^ in die Rückölleitung 24 ab. über den Zähler 32 wird die in den Zylinderraum 48 eingespeiste ölmenge exakt gemessen. Sie kann in einem Zähler als Summe der Impulszahlen oder umgerechnet als zurückgelegter Öffnungsweg und damit unmittelbare Stellung des Schieberverschlußstückes 10 angezeigt werden. Es wird gleichzeitig über

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den Zähler 34 die aus dem Zylinderraum 46 verdrängte ölmenge gemessen einschließlich des Lntspannungsvolumens, das bei längeren Leitungen recht erheblich sein kann. Die über den Zähler 34 vorgenommene Messung kann dabei zur Kontrolle der Messung des Zähler 32 herangezogen werden. Weichen beide Meßergebnisse von einem Sollwert ab, liegt eine Unregelmäßigkeit vor, beispielsweise in Form eines Lecks, das dann wie oben beschrieben nach Art und Lage ermittelbar ist. Wird in der öffnuigstellung ein ölstrom in die Leitung 4 und aus der Leitung 6 heraus über die beiden Zähler ermittelt, ist die Dichtung des Kolbens 42 des Antriebszylinders 8 undicht. In der Öffnungsstellung erfolgt also ständig eine Kontrolle der Kolbendichtung.

Tritt bei geöffnetem Ventil ein Schaden auf, beispielsweise in einer Raffinerie durch eine Explosion, die zu einer Beschädigung der Leitungen 4 und 6 führt, muß zur Sicherung der Anlage versucht werden, den Schieber 10 zu schließen. Der Schließvorgang wird lediglich beeinträchtigt durch Beschädigungen der Leitung 6. Hat die Leitung 6 ein Leck erhalten, das nicht so groß ist, daß der Aufbau eines Schließdruckes in dem Zylinderraum 46 verhindert wird, werden beim Schließvorgang über den Zähler 34 Impulse mit einer Frequenz abgegeben, die wesentlich höher liegt als die Frequenz beim normalen Schließvorgang. Fällt diese Frequenz nach einer bestimmten Zeit ab, kann hieraus geschlossen werden, daß der Schieber seine Schließstellung noch erreicht hat. Der ölstrom wird dann durch Bewegen des Steuerventils 1? aus der Schaltstellung I in die Absperrstellung unterbrochen.

Das Antriebsgerät 8 kann selbstverständlich auch mit gleichen Beaufschlagungsflächen ausgebildet sein, wie es beispielsweise

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der Fall ist bei Antrieben für Klappenventile.

Das Antriebsgerät 8 kann auch indirekt mit einer Armatur gekoppelt sein.

Das Überwachungs- und Steuergerät 2 kann, wie im vorstehenden beschrieben, in größerer Entfernung von dem Antriebegerät 8 angeordnet sein. Ls ist aber möglich, das Überwachungs- und Steuergerät unmittelbar am Antriebsgerät anzuordnen und über elektrische Leitungen, die Zählimpulse an eine entfernt liegende Überwachungs- und Steuerstation zu übertragen. Das Steuerventil kann hierbei,wie oben beschrieben,hydraulisch vorgesteuert sein, wobei die hydraulische Vorsteuereinheit gleichfalls am Antriebsgerät angeordnet sein kann. Es ist aber auch möglich, die hydraulische Vorsteuereinheit in Entfernung von dem Antriebsgerät bzw. der Überwachungs- und Steuerstation anzuordnen.

Wie im vorstehenden angegeben, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Überwachungssystem sämtliche Betriebszustände einer Hydraulikanlage überwachen, wobei sich wesentliche Betriebszustände, wie die Lage der gesteuerten Armatur sowie Schäden jeweils nach ihrer Art und Größe zur Anzeige bringen lassen.

Es ist auch möglich, Vorsteuerungen mit dem erfindungsgemäßen Überwachungssystem durchzuführen, beispielsweise für die Betätigung des Antriebes eine bestimmte Impulszahl vorzugeben, bei deren Erreichen der Antrieb stillgesetzt wird. In diesem Fall werden beispielsweise die Vorsteuerventile in Abhängigkeit vor Gleichstand von Soll- und Istimpulsen geschaltet und damit das Steuerventil entsprechend betätigt.

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Claims

A η s ρ r ü c hi;» .

Überwachungssystem für hydraulisch betriebene Armaturen mit in einer Arbeitsleitung zwischen einem Steuerventil und einem Antriebsgerät angeordnetem Volumenzähler, der mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Größe und Richtung des den Volumenzähler durchfließenden Flüssigkeitsstroms versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsgerät über zwei Arbeitsleitungen mit dem Steuerventil verbunden ist, daß in der Ruhestellung beide Arbeitsleitungen unter Druck stehen, daß in jeder der beiden Arbeitsleitungen zwischen Steuerventil und Antriebsgerät ein Volumenzähler vorgesehen ist, mit dem der ölstrom in diskreten Teilmengen meßbar ist und der mit Mitteln versehen ist, mit denen für jede Teilmenge ein elektrischer Impuls erzeugbar ist, und daß Mittel vorgesehen sind, mit denen die Impulse unter Berücksichtigung der Durchflußrichtung rechnerisch verarbeitbar sind.

Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Frequenzfilter für die Impulse vorgesehen sind, deren Ansprechen als Kriterien für die Betriebszustände des Hydrauliksystems zur Anzeige gebracht werden.

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