DE4320383C2

DE4320383C2 - Device for measuring the actual gas prestressing pressure in a hydropneumatic accumulator

Info

Publication number: DE4320383C2
Application number: DE19934320383
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl Ing Weber; Joachim Dipl Ing Morsch; Karl-Heinz Dipl Ing Leichner
Original assignee: Hydac Technology GmbH
Current assignee: Hydac Technology GmbH
Priority date: 1993-06-19
Filing date: 1993-06-19
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2013-06-20
Also published as: DE4320383A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Ist-Gasvorspannungs druckes eines in einem hydropneumatischen Speicher aufnehmbaren Gases gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.The invention relates to a device for measuring the actual gas bias pressure of a gas that can be taken up in a hydropneumatic accumulator according to the features of the preamble of claim 1.

Bei hydropneumatischen Speichern ist es notwendig, die Gasvorspannung, die zum bestimmungsgemäßen Betrieb eines derartigen Speichers erforderlich ist, in gewissen zeitlichen Abständen zu kontrollieren, da in der Regel mit Gas verlusten in Abhängigkeit von der Betriebsweise des Speichers zu rechnen ist. Hierzu ist es bisher notwendig gewesen, die entsprechende Hydraulikanlage auf der sog. Ölseite vollständig drucklos zu machen, jedenfalls zumindest den Teil der Anlage, die den Hydrospeicher betraf, um dann in diesem drucklosen Zustand den Gasvorspannungsdruck des in dem Hydrospeicher befindlichen Gases, meist in Form von Stickstoffgas, zu überprüfen und gegebenenfalls nachzufüllen. Dieser Vorgang ist zeitintensiv und die Hydrospeicheranlage ist im Zeitraum der dahingehenden Überprüfung nicht betriebsbereit.With hydropneumatic accumulators it is necessary to adjust the gas preload is necessary for the intended operation of such a memory, to be checked at certain intervals, as a rule with gas losses depending on the mode of operation of the memory can be expected. So far it has been necessary to use the corresponding hydraulic system to make it completely depressurized on the so-called oil side, at least that Part of the system that affected the hydraulic accumulator, then in this unpressurized State the gas prestressing pressure in the hydraulic accumulator Gases, usually in the form of nitrogen gas, and if necessary refill. This process is time consuming and the hydraulic accumulator is not operational during the period of the relevant review.

In der EP 0 447 791 A2 ist zum Einhalten eines vorgebbaren Druck-Sollwertes bei hydropneumatischen Speichern bereits vorgeschlagen worden, bei einem hierfür vorgesehenen Meßvorgang zeitweise eine das Gas austauschende Verbindung zwischen dem Speicher und einer nur einen Bruchteil des Spei chervolumens aufweisenden Meßkammer herzustellen, die über eine Druck meßeinrichtung verfügt. Ist der in der Meßkammer ermittelte Druck-Istwert bei der bekannten Vorrichtung kleiner oder größer als der Druck-Sollwert, wird über eine mit der Meßkammer identische Dosierkammer das Befüllen bzw. Entleeren mit einer vorgebbaren Dosiermenge durchgeführt, wobei die gasfüh rende Verbindung mittels der Absperreinrichtung taktweise jeweils freigegeben oder versperrt wird. Es hat sich gezeigt, daß diese bekannte Vorrichtung nicht zufriedenstellend arbeitet und insbesondere zu Meßfehlern führt. Ferner ist diese Lösung sowohl im Betrieb als auch in der Herstellung sowie Überwa chung aufwendig und mithin teuer.In EP 0 447 791 A2 is to maintain a predetermined pressure setpoint have already been proposed for hydropneumatic accumulators, at one the measurement process provided for this purpose temporarily exchanges the gas Connection between the store and a fraction of the memory To manufacture chervolumens measuring chamber, which has a pressure measuring device. Is the actual pressure value determined in the measuring chamber at the known device is smaller or larger than the pressure setpoint filling or filling via a metering chamber identical to the measuring chamber Emptying carried out with a predeterminable dosing amount, the gas flow rende connection by means of the shut-off device cyclically released or is blocked. It has been shown that this known device is not works satisfactorily and leads in particular to measurement errors. Further is this solution in operation as well as in production and monitoring complex and therefore expensive.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen des Ist-Gasvorspannungsdruckes bei einem hydropneumatischen Speicher zu schaffen, so daß mit geringem Kosten- und Überwachungsaufwand sich genaue Meßergebnisse erreichen lassen. Diese Aufgabe löst eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1.Starting from this prior art, the object of the invention based on a device for measuring the actual gas bias pressure at to create a hydropneumatic accumulator so that at low cost and monitoring effort can be achieved accurate measurement results. These The object is achieved by a device having the features of claim 1.

Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 die einen Bruchteil des Speichervolumens aufweisende Kammer Teil einer Aufsetzvor richtung ist, die gasseitig an den Speicher anschließbar ist, und daß die Ab sperreinrichtung aus einem 3/2-Wegeventil gebildet ist, das ein Absperrteil mit drei Anschlüssen aufweist, die in der Sperrstellung die Kammer mit der Umge bung verbinden und die in der Offenstellung die Kammer gasseitig an den Speicher anschließen, läßt sich der Ist-Gasvorspannungsdruck mit konstruktiv einfachen Mitteln mit nur einem einzigen Meßvorgang sicher und genau erfas sen und mithin eine Aussage über den Betriebszustand des Speichers treffen. Die Messung ist genau und läßt sich in einem beliebigen stationären Betriebs zustand des Speichers vornehmen und die im wesentlichen einteilig ausgebil dete Aufsetzvorrichtung läßt sich platzsparend auf den Speicher aufsetzen. The fact that according to the characterizing part of claim 1 Chamber having a fraction of the storage volume is part of an attachment direction is that the gas side can be connected to the memory, and that the Ab locking device is formed from a 3/2-way valve that a shut-off part with has three connections, the chamber with the reverse in the locked position Connect the exercise and in the open position the chamber on the gas side Connect the storage tank, the actual gas preload pressure can be constructively included simple means safely and accurately recorded with just a single measurement sen and therefore make a statement about the operating state of the memory. The measurement is accurate and can be done in any stationary operation Make the state of the memory and the training essentially in one piece The placement device can be placed on the memory to save space.

Vorzugsweise wird hierbei der Ist-Gasvorspannungsdruck nach folgender For mel ermittelt:In this case, the actual gas prestressing pressure is preferably determined according to the following For mel determined:

wobei
V₀ = Gasvolumen des Speichers,
V_A = Kammervolumen,
px = Gasdruck bei abgesperrter Verbindung und
py = Gasdruck bei geöffneter Verbindung zur Kammer ist.in which
V₀ = gas volume of the storage,
V _A = chamber volume,
px = gas pressure when connection is closed and
py = gas pressure when the connection to the chamber is open.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das 3/2-Wegeventil aus einem Magnetventil gebildet oder weist einen Absperr hahn mit Küken auf, das mit den Anschlüssen versehen das Absperrteil der Absperreinrichtung bildet.In a preferred embodiment of the device according to the invention the 3/2-way valve is formed from a solenoid valve or has a shut-off valve cock with chick, the connections provided the shut-off part of the Shut-off device forms.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist für den Meßvorgang das Gas im Speicher auf ein vorgebbares Volumen bringbar, für das der Druck-Sollwert bekannt ist. Hierdurch läßt sich das mit der Vorrichtung durchzuführende Meßverfahren weiter vereinfachen. Sofern der hydropneumatische Speicher eine Speicherblase aufweist, wird bei entspannter Speicherblase, also bei fluidseitig im wesentlichen entleertem Speicher, die Messung vorgenommen, da für diesen Betriebszustand der Soll druck dem Solldruck vor der ersten Inbetriebnahme des Speichers entspricht, der herstellerseitig vorgegeben und mithin bekannt ist. In a further preferred embodiment of the invention Device is for the measurement process, the gas in the memory to a predetermined Can bring volume for which the pressure setpoint is known. This allows further simplify the measuring method to be carried out with the device. If the hydropneumatic accumulator has a storage bladder, at relaxed storage bladder, i.e. when the fluid side is essentially empty Memory, the measurement made because the target for this operating state pressure corresponds to the set pressure before the storage tank is started up for the first time, which is specified by the manufacturer and is therefore known.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zum Entspannen des Inhalts der Kammer eine druckausglei chende Verbindung zwischen dieser Kammer und der Umgebung über die Absperreinrichtung herstellbar. Durch dieses anschließende Entspannen und damit Drucklosmachen der Kammer wird diese für einen neuen Meßvorgang vorbereitet.In a further preferred embodiment of the invention Device is pressure balanced to relax the contents of the chamber appropriate connection between this chamber and the environment via the Shut-off device can be produced. Through this subsequent relaxation and thus depressurizing the chamber for a new measuring process prepared.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist bei einem Ist-Gasvorspannungsdruck, der kleiner oder größer gleich einem Soll-Gasvorspannungsdruck ist, der Speicher mit einer vorgebba ren Gasmenge über eine Dosiervorrichtung befüll- bzw. entleerbar. Da der Speicher über seine vorgesehene Betriebsdauer hinweg in der Regel an Gas verliert, wird die Dosiervorrichtung in Form einer Nachfüllvorrichtung für das Gas ausgebildet sein. Sollte jedoch ein unbeabsichtigtes Überfüllen mit Gas vorliegen oder sollte der Speicher für einen anderen Verwendungszweck eine geringere Gasvorspannung benötigen, kann die Dosiervorrichtung auch dazu dienen, überschüssiges Gas nach der Vornahme einer Messung entsprechend abzulassen.In a particularly preferred embodiment of the invention Device is at an actual gas bias pressure that is less or greater is equal to a target gas bias pressure, the memory with a predefined Ren gas quantity can be filled or emptied via a metering device. Since the Storage usually in gas over its intended operating time loses, the metering device is in the form of a refill for Be formed gas. However, should accidental overfilling with gas or should the memory be used for another purpose? need less gas bias, the metering device can also do so serve excess gas after taking a measurement accordingly let down.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der einzigen Figur näher erläutert. In the following, the device according to the invention is illustrated by the only one Figure explained in more detail.

Ein als Ganzes mit 10 bezeichneter hydropneumatischer Spei cher, beispielsweise in Form eines Membran- oder Blasenspei chers, weist einen Gasventilkörper 12 auf. Über diesen Gasven tilkörper 12 läßt sich der Speicher 10 mit einem Arbeitsgas, beispielsweise in Form von Stickstoff, befüllen. Dahingehende Speicheranordnungen sind in der Fachwelt hinreichend bekannt, so daß der Speicher 10 aus Vereinfachungsgründen nur teilweise im Hinblick auf seine Gasseite in der Figur dargestellt ist.A designated as a whole with 10 hydropneumatic SpeI cher, for example in the form of a membrane or Blasenspei chers, has a gas valve body 12 . About this Gasven valve body 12 , the memory 10 can be filled with a working gas, for example in the form of nitrogen. Such storage arrangements are well known in the technical field, so that for reasons of simplification the storage 10 is only partially shown in the figure with regard to its gas side.

Der Gasventilkörper weist ein Außengewinde auf, auf das eine als Ganzes mit 14 bezeichnete Aufsetzvorrichtung aufschraubbar ist. Die Aufsetzvorrichtung 14 ist im wesentlichen als Vier kantblock ausgebildet und beinhaltet an ihrem freien Ende eine kugelförmige Kammer 16. Entlang der Längsachse der Aufsetzvor richtung 14 verläuft in derselben eine geradlinige Verbindung in Form eines Kanals 18, der endseitig in die Kammer 16 sowie in das Innere des Gasventilkörpers 12 und mithin in das Innere des Speichers 10 mündet.The gas valve body has an external thread onto which a mounting device, designated as a whole by 14 , can be screwed. The placement device 14 is essentially designed as a four-sided block and includes a spherical chamber 16 at its free end. Along the longitudinal axis of the Aufsetzvor direction 14 runs in the same a straight connection in the form of a channel 18 , which ends in the chamber 16 and into the interior of the gas valve body 12 and thus opens into the interior of the memory 10 .

Dem Gasventilkörper 12 zugewandt mündet in den Kanal 18 eine druckführende Querverbindung 20, die sich zur Außenseite der Aufsetzvorrichtung 14 hin im Durchmesser erweitert und mit einem Gewinde versehen ist, über das sich ein Druckwertaufneh mer 22 mit der Aufsetzvorrichtung 14 verbinden läßt. Gasdruck messende Druckwertaufnehmer sind hinreichend bekannt, so daß im einzelnen hierauf nicht näher eingegangen wird. Der Druck wertaufnehmer 22 kann an eine Rechnereinheit (nicht darge stellt) angeschlossen sein, die mit einer entsprechenden Software versehen eine automatische Umrechnung und mithin eine automatische Überwachung des Betriebszustandes des Speichers 10 erlaubt. Über eine entsprechende Anzeigeeinrichtung (nicht dargestellt) läßt sich dann unmittelbar der Ist-Gasvorspan nungsdruck po_ist ablesen und darüber hinaus ist mit der Rechnereinheit eine zyklische Fernüberwachung des Speichers möglich.The gas valve body 12 opens into the channel 18, a pressure-carrying cross-connection 20 , which extends to the outside of the mounting device 14 out in diameter and is provided with a thread, via which a Druckwerttaufneh mer 22 can be connected to the mounting device 14 . Pressure transducers measuring gas pressure are well known, so that they are not dealt with in detail. The pressure transducer 22 can be connected to a computer unit (not shown) which, provided with the appropriate software, permits automatic conversion and thus automatic monitoring of the operating state of the memory 10 . Via an appropriate display device (not shown), the actual gas prestressing pressure po _{can then be} read off and, in addition, cyclical remote monitoring of the memory is possible with the computer unit.

Zwischen der Kammer 16 und dem Anschluß 20 des Druckwertauf nehmers 22 ist in den Kanal 18 innerhalb der Aufsetzvorrich tung ein Absperrhahn 24 geschaltet, der in bekannter Weise über einen Hebel (nicht dargestellt) oder über eine elektrisch ansteuerbare Betätigungsvorrichtung (nicht dargestellt) betä tigbar ist. Der Absperrhahn 24 weist ein Küken 26 auf, das das Absperrteil der Absperreinrichtung bildet und das mit drei T-förmig zueinander angeordneten Anschlüssen 28 versehen ist. Bei Betätigen des Absperrhahnes 24, also beim Drehen des Kükens 26, aus der in der Figur dargestellten Stellung entge gen dem Uhrzeigersinn, mündet der in der Figur dargestellte obere Anschluß 28 in einen Seitenkanal 30, der ins Freie mündet.Between the chamber 16 and the terminal 20 of the pressure transducer 22 , a shut-off valve 24 is connected in the channel 18 within the Aufsetzvorrich device, which can be actuated in a known manner via a lever (not shown) or via an electrically controllable actuating device (not shown) . The shut-off valve 24 has a plug 26 which forms the shut-off part of the shut-off device and which is provided with three connections 28 arranged in a T-shape with respect to one another. When the shut-off valve 24 is actuated, that is to say when the plug 26 is rotated, counterclockwise from the position shown in the figure, the upper connection 28 shown in the figure opens into a side channel 30 which opens into the open.

Bei der in der Figur dargestellten Stellung des Absperrhahnes 24 mit Küken 26 ist die Absperreinrichtung in ihrer Offenstel lung dargestellt, bei der die Kammer 16 gasseitig an den Speicher 10 angeschlossen ist. In der Sperrstellung (nicht dargestellt) , bei der das Küken 26 entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht wird, ist eine druckführende Verbindung zwischen der Kammer 16 und der Umgebung über den Seitenkanal 30 herge stellt. Anstelle des Absperrhahnes 24 könnte auch ein elek trisch betätigbares Magnetventil (nicht dargestellt) , bei spielsweise in Form eines 3/2-Wege-Ventiles, treten.In the position of the shut-off valve 24 with plug 26 shown in the figure, the shut-off device is shown in its open position, in which the chamber 16 is connected on the gas side to the accumulator 10 . In the locked position (not shown), in which the plug 26 is rotated counterclockwise, a pressure-carrying connection between the chamber 16 and the environment is provided via the side channel 30 . Instead of the shut-off valve 24 could also an elec trically actuated solenoid valve (not shown), for example in the form of a 3/2-way valve, occur.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zunächst der Absperr hahn 24 in seine Sperrstellung gebracht und mittels des vor der Absperreinrichtung angeordneten Druckwertaufnehmers 22 der Gasdruck px im Speicher gemessen. In einem weiteren Schritt wird die Absperreinrichtung in ihre Offenstellung gebracht, wobei der Absperrhahn 24 eine Stellung gemäß der Figur ein nimmt. Die Kammer 16 ist dann zugeschaltet und es kommt zu einem Druckabfall im System (Speicher 10, Aufsetzvorrichtung 14), wobei die damit einhergehende Druckänderung py in einem erneuten Meßschritt durch den Druckwertaufnehmer 22 festge stellt wird. Aus dem derart erhaltenen Druckwertepaar px und py wird dann der Ist-Gasvorspannungsdruck po_ist ermittelt, vorzugsweise mit der angesprochenen Rechnereinheit, nach der folgenden Formel:In the device according to the invention, the shut-off valve 24 is first brought into its locked position and the gas pressure px in the memory is measured by means of the pressure transducer 22 arranged in front of the shut-off device. In a further step, the shut-off device is brought into its open position, the shut-off valve 24 taking a position according to the figure. The chamber 16 is then switched on and there is a pressure drop in the system (memory 10 , mounting device 14 ), the associated pressure change py being established in a renewed measuring step by the pressure sensor 22 . The actual gas preload pressure po _{ist is then} determined from the pressure value pair px and py obtained in this way, preferably with the computer unit mentioned, according to the following formula:

Wie das folgende Rechenbeispiel belegt, läßt sich dann aus dem gegebenen Speichergasvolumen V₀ sowie dem gegebenen Kammervo lumen V_A und den erhaltenen Meßdruckwerten px und py der Ist-Gasvorspannungsdruck po_ist erfassen:As the following calculation example shows, the actual gas prestressing pressure po _ist can then be determined from the given storage gas volume V₀ and the given chamber volume V _A and the measurement pressure values px and py obtained:

po_ist = 180 bar.po _is = 180 bar.

Ist nun der derart ermittelte Ist-Gasvorspannungsdruck po_ist kleiner oder größer gleich dem Soll-Gasvorspannungsdruck po_soll für diesen Speicher 10, ist der Speicher mit der entsprechenden Gasmenge zu befüllen bzw. zu entleeren. Hierbei besteht eine Möglichkeit darin, die Aufsetzvorrichtung 14 zu entfernen und dann auf konventionelle Art und Weise den Spei cher 10 zu befüllen oder zu entleeren. Vorteilhafter ist es jedoch, die Aufsetzvorrichtung 14 auf dem Speicher 10 zu belassen und über eine Dosiervorrichtung (nicht dargestellt) und über einen weiteren Seitenkanal 32 der Aufsetzvorrichtung 14, der in der Höhe der Querverbindung 20 in den Kanal 18 mündet und der entsprechend verschließbar ist, das Nachfüllen bzw. Entleeren vorzunehmen.If the actual gas prestressing pressure po _ist determined in this way _is less than or greater than the target gas prestressing pressure po _soll for this store 10 , the store is to be filled or emptied with the corresponding amount of gas. Here, one possibility is to remove the placement device 14 and then to fill or empty the memory 10 in a conventional manner. However, it is more advantageous to leave the mounting device 14 on the storage device 10 and via a metering device (not shown) and via a further side channel 32 of the mounting device 14 , which opens into the channel 18 at the level of the cross connection 20 and which can be closed accordingly, refilling or emptying.

Ist ein Meßvorgang abgeschlossen, wird anschließend die Kammer 16 entspannt, mithin also drucklos gemacht, indem eine druck führende Verbindung mittels der Absperreinrichtung über den Absperrhahn 24 zwischen dem Seitenkanal 30 und der Kammer 16 hergestellt wird. Anstelle einer kugelförmigen Ausbildung der Kammer 16 ist auch eine andere Ausgestaltung in der Art eines nach außen hin abgeschlossenen Hohlraumes möglich.When a measuring process is completed, the chamber 16 is then relaxed, and therefore depressurized, by establishing a pressure-carrying connection between the side channel 30 and the chamber 16 by means of the shut-off device via the shut-off valve 24 . Instead of a spherical configuration of the chamber 16 , another configuration in the form of a cavity which is closed off from the outside is also possible.

Claims

1. Device for measuring the actual gas prestressing pressure (po _ist ) of a gas which can be received in a hydropneumatic accumulator ( 10 ), in which a gas-carrying connection ( 18 ) between the accumulator ( 10 ) and a chamber ( 16 ) having a fraction of the accumulator volume is posed; which can be shut off by a shut-off device (24), by means of which is arranged between the memory (10) and the shut-off device (24) Druckwertaufnehmers (22) at abgesperrter connection of the gas pressure (px) in the memory (10) and to open the connection (18 ) the associated pressure change (py) can be measured and the actual gas prestressing pressure (po _ist ) can be determined from the pair of pressure values (px, py) thus obtained, characterized in that the chamber ( 16 ) is part of a mounting device ( 14 ) , which can be connected on the gas side to the accumulator ( 10 ), and that the shut-off device ( 24 ) is formed from a 3/2-way valve which has a shut-off part with three connections ( 28 ) which, in the locked position, the chamber ( 16 ) Connect the environment and connect the chamber ( 16 ) on the gas side to the accumulator ( 10 ) in the open position.

2. Device according to claim 1, characterized in that the actual gas prestressing pressure (po _ist ) can be determined using the following formula: in which
V₀ = gas volume of the storage,
V _A = chamber volume,
px = gas pressure when connection is closed and
py = gas pressure when the connection to the chamber is open.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the 3/2-way valve is formed from a solenoid valve or has a shut-off valve with a plug ( 26 ) which, with the connections ( 28 ), forms the shut-off part.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that for the measuring process, the gas in the memory ( 10 ) can be brought to a predetermined volume for which the pressure setpoint (po _soll ) is known.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that a pressure-equalizing de connection ( 30 ) between the chamber ( 16 ) and the environment via the shut-off device ( 24 ) can be produced to relax the contents of the chamber ( 16 ).

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that at an actual gas bias pressure (po _ist ) that is less than or greater than a target gas bias pressure (po _soll ), the memory ( 10 ) with a predetermined amount of gas a dosing device can be filled or emptied.