DE102011114858A1

DE102011114858A1 - Verfahren zur Erfassung von fluiden Strömungen in Leitungssystemen

Info

Publication number: DE102011114858A1
Application number: DE201110114858
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-04
Filing date: 2011-10-04
Publication date: 2013-04-04
Also published as: WO2013050439A1; EP2764329A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von fluiden Strömungen in Leitungssystemen unter Verwendung einer in den Strömungsweg einbringbaren verstellbaren Blende zur Veränderung des Strömungsquerschnitts innerhalb des Leitungssystems, wobei die Blende elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist. Erfindungsgemäß wird während des Schließvorgangs der Blende die zur Blendenbetätigung notwendige Steuergröße laufend ermittelt. Aus dem zeitlichen Verlauf der Steuergröße werden dann die Volumenstrom- und Druckverhältnisse des jeweiligen Mediums im Leitungssystem indirekt abgeleitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von fluiden Strömungen in Leitungssystemen unter Verwendung einer in den Strömungsweg einbringbaren verstellbaren Blende zur Veränderung des Strömungsquerschnitts innerhalb des Leitungssystems, wobei die Blende elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist, gemäß Patentanspruch 1.
Aus der DE 199 42 185 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Leckage- oder Nutzvolumen- oder -massenströmen vorbekannt, mit denen versorgungsseitig Leckage- oder Nutzvolumen in technischen Anlagen ohne Kenntnis des angeschlossenen Systemvolumens ermittelbar sind und als Messwert zur Verfügung gestellt werden können. Dies wird dadurch erreicht, dass in der Messanordnung über eine Referenzleckage ein bekannter Referenzleckagestrom erzeugt wird, der durch Verrechnung mit den zugehörigen Druckabfallzeiten im System zum tatsächlichen Leckagevolumenstrom führt. Ohne eine derartige Referenzleckage kann jedoch keine verwertbare Aussage hinsichtlich des messtechnisch erfassten Volumenstroms getroffen werden.
Bei der Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Durchflusses eines Messmediums durch eine Rohrleitung gemäß DE 10 2007 037 394 A1 wird von einer Messvorrichtung ausgegangen, die einen Wirkdruck bzw. einen Differenzdruck des Messmediums an einer Verengung des Querschnitts der Rohrleitung bzw. des Messrohrs bestimmt oder überwacht. Hierfür ist eine Regel- und Auswerteeinheit notwendig, wobei mindestens zwei Temperatursensoren in einem dem Messmedium zugewandten Bereich der Rohrleitung angeordnet und in thermischem Kontakt mit dem durch die Rohrleitung bzw. das Messrohr strömenden Medium sind. Mindestens ein erster Temperatursensor ist beheizbar ausgestaltet, wobei mindestens ein zweiter Temperatursensor Informationen über die aktuelle Temperatur des Messmediums bereitstellt. Die Regel-Auswerteeinheit ermittelt anhand der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperatursensoren und/oder anhand der dem ersten Temperatursensor zugeführten Heizleistung und/oder anhand des Wirkdrucks bzw. anhand des Differenzdrucks den Durchfluss des Messmediums durch die Rohrleitung. Bei einer derartigen Vorrichtung ist zum Erhalt ausreichender Messgenauigkeiten sowohl die exakte Temperaturerfassung als auch das Beheizen eines der Sensoren erforderlich, wobei über den Abkühlvorgang bedingt durch das strömende Medium indirekt auf den Volumenstrom geschlussfolgert werden kann.
Gemäß DE 10 2004 016 378 A1 gehört eine Anordnung zur aktiven Überwachung von Rohrleitungen sowie ein zugehöriges Verfahren zum Stand der Technik, bei dem bevorzugt am oder hinter dem Übergabepunkt zwischen Versorgungseinrichtung und Verbraucheranschluss laufend oder in vorgegebenen Zyklen überprüft wird, ob über einen vorbestimmbaren Zeitraum ein permanenter oder nahezu gleichbleibender Verbrauch vorliegt, wobei in diesem Fall auf einen abnormalen Zustand, beispielsweise ein Leck, geschlussfolgert wird und eine Alarmauslösung erfolgt. Anordnungsseitig ist am oder hinter dem Übergabepunkt zwischen Versorgungseinrichtung und Verbraucheranschluss eine Reihenschaltung aus einem ersten Drucksensor, einem elektrisch oder hydraulisch betätigbaren Ventil und einem zweiten Drucksensor vorgesehen, wobei eine Steuerelektronik mit den Drucksensoren und der Ventilbetätigungseinrichtung verbunden ist, um bei erkanntem Druckabfall pro Zeiteinheit nach gesteuerter Ventilabsperrung ein Fehlersignal bereitzustellen.
Bei dem Strömungssensor für fluide Medium nach DE 10 2008 062 521 A1 ist es erforderlich, von einem Bewegungskörper auszugehen, der in einem entsprechenden Gehäuse gelagert ist, wobei der Bewegungskörper in das fluide Medium mindestens teilweise hineinragt oder mit dem Medium in Kontakt kommt. Der Bewegungskörper ist gegen eine Rückstellkraft strömungsabhängig in seiner Lage relativ zu einem gegenüberliegend angeordneten Sensorelement veränderbar. Das Sensorelement besteht bevorzugt aus einer berührunglos arbeitenden Positionserfassungseinrichtung, wobei das Gehäuse einen Einlass- und einen Auslasskanal für das fluide Medium aufweist. Mit Veränderung des Volumenstroms erfolgt eine Lageveränderung des Bewegungskörpers relativ zum Sensorelement, wobei aus dieser Lageveränderung auf die Strömungsverhältnisse geschlossen wird. Auch bei dieser Anordnung zur Erfassung von fluiden Strömungen muss ein zusätzlicher Sensor eingesetzt werden, was zu höheren Kosten führt.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Vorrichtung sowie eine zugehörige Anordnung zur Erfassung von fluiden Strömungen in Leitungssystemen unter Verwendung einer in den Strömungsweg einbringbaren verstellbaren Blende zur Veränderung des Strömungsquerschnitts innerhalb des Leitungssystems anzugeben, wobei die Blende elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist und wobei weiterhin auf die Anordnung zusätzlicher Sensoren verzichtet werden soll.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch ein Verfahren gemäß der Lehre des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Es wird demnach von einem Verfahren zur Erfassung von fluiden Strömungen in Leitungssystemen unter Verwendung einer in den Strömungsweg einbringbaren verstellbaren Blende zur Veränderung des Strömungsquerschnitts innerhalb des Leitungssystems ausgegangen, wobei die Blende elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist.
Erfindungsgemäß wird während des Schließvorgangs der Blende die zur Blendenbetätigung notwendige Steuergröße laufend ermittelt und aus dem zeitlichen Verlauf der Steuergröße die Volumenstrom- und Druckverhältnisse des jeweiligen Mediums im Leitungssystem indirekt abgeleitet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Blende elektromagnetisch betätigt und es erfolgt eine Erfassung des Stroms als Steuergröße, wobei über die ermittelten Unstetigkeitsstellen des elektrischen Stromflusses auf die Strömung des Mediums geschlossen wird.
Die Blende kann als Kolben eines steuerbaren Ventils ausgebildet sein, wobei in diesem Fall die zur Betätigung des Kolbens beim Schließvorgang notwendigen Kräfte und deren zeitlicher Verlauf bestimmt werden. Der Kraftwert kann diesbezüglich indirekt aus der Bestromung einer Spule abgeleitet werden, die zur elektromagnetischen Kolbenbetätigung vorgesehen ist.
Wenn der Kolben oder die Blende hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden, kann als Steuergröße auf die Betätigungsdrücke zurückgegriffen werden.
Ausgestaltend kann ergänzend zur Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Steuergröße beim Schließen der Blende auch der Öffnungsvorgang der Blende bzw. des Kolbens einbezogen werden.
Der Schließ- und/oder Öffnungsvorgang der Blende wird in vorgebbaren Abständen oder kontinuierlich wiederholt durchgeführt und es wird eine entsprechende Steuergrößenermittlung vorgenommen, wobei der zeitliche Verlauf der Steuergröße eines vorangegangenen Schließ- bzw. Öffnungszyklus mit demjenigen eines aktuellen Schließ- bzw. Öffnungszyklus verglichen wird, um hieraus Strömungsveränderungen oder Leckagen im Leitungssystem zu erkennen.
Ein weiterer Gedanke der Erfindung besteht darin, an sich bekannte Steuer-, Regel- oder Absperrventile einzusetzen, welche derart ausgebildet sind, dass Rückwirkungen einer Fluidströmung auf das jeweilige Absperrorgang, z. B. einen Absperrkolben des Ventils, unmittelbar oder mittelbar festgestellt werden können.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Bei einer Ausführungsform gemäß Ausführungsbeispiel wird von einem in das Leitungssystem eingebrachten Vorsteuerventil ausgegangen, welches einen Ventilkolben aufweist, der elektromagnetisch zum Schließen oder Öffnen des Ventils betätigbar ist.
Eine Auswerteeinheit ist in der Lage, die Steuergröße zur Betätigung des Ventils, d. h. dem elektrischen Strom, über den Zeitverlauf den jeweiligen Schließ- und Öffnungsvorgang zu bestimmen.
Wird ein Schließvorgang ausgelöst und liegt eine Volumenströmung im entsprechenden Leitungssystem vor, folgt aus der Strömung des fluiden Mediums eine Bewegungsbehinderung bezüglich des Ventilkolbens, welche über die taufende Strommessung mit Hilfe der Auswerteeinheit festgestellt werden kann.
Wird beispielsweise der Kolben durch Volumenströmung entgegen der Kolbenschließrichtung bewegt, wird die Steigung der Stromstärke bei Spannungswiederkehr kurzzeitig negativ. Der Zeitpunkt der negativen Steigung nach Spannungswiederkehr korreliert mit den Druckverhältnissen am Ventil, wobei die Druckverhältnisse wiederum mit dem Volumenströmung korrelieren, so dass eine Durchflussdetektion bzw. Durchflussmessung und eine Leckagedetektion im Leitungssystem realisierbar sind.
Gemäß Ausführungsbeispiel können also fluide Strömungen ohne Einsatz zusätzlicher, in den Strömungsweg einzubringender Sensoren erfasst werden. Mit Hilfe der vorgeschlagenen Lehre kann durch Auswertung des Verhaltens von üblichen Stell-, Regel- und Absperrventilen das Vorhandensein von Druckdifferenzen ermittelt, auf Strömungen geschlossen und ebenfalls eine Funktions- oder Fehleranalyse eingesetzter Ventile durchgeführt werden.
Im Unterschied zum Stand der Technik liegt kein von der Strömung bzw. von den Druckverhältnissen bewegter Körper vor, dessen Lage bzw. Lageveränderungen strömungsabhängig sensiert werden. Vielmehr erfolgt ein aktives Bewegen eines Körpers, insbesondere einer Blende oder eines Kolbens eines ohnehin im Leitungssystem erforderlichen Ventils sowie eine Bestimmung des zeitlichen Verlaufs der Steuergröße, die für den Schließvorgang der Blende und/oder des Kolbens maßgeblich ist, wobei aus dem zeitlichen Verlauf der Steuergröße die Volumenstrom- und Druckverhältnisse des jeweiligen Mediums im Leitungssystem indirekt ableitbar sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19942185 A1 [0002]
DE 102007037394 A1 [0003]
DE 102004016378 A1 [0004]
DE 102008062521 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Erfassung von fluiden Strömungen in Leitungssystemen unter Verwendung einer in den Strömungsweg einbringbaren verstellbaren Blende zur Veränderung des Strömungsquerschnitts innerhalb des Leitungssystems, wobei die Blende elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schließvorgangs der Blende die zur Blendenbetätigung notwendige Steuergröße laufend ermittelt und aus dem zeitlichen Verlauf der Steuergröße die Volumenstrom- und Druckverhältnisse im jeweiligen Medium im Leitungssystem indirekt abgeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende elektromagnetisch betätigt wird und eine Erfassung des Stroms als Steuergröße erfolgt, wobei über ermittelte Unstetigkeitsstellen des elektrischen Stromflusses auf die Strömung des fluiden Mediums geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende als Kolben eines steuerbaren Ventils ausgebildet ist und die zur Betätigung des Kolbens beim Schließvorgang notwendigen Kräfte und deren zeitlicher Verlauf bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ergänzend zur Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Steuergröße beim Schließen der Blende der Öffnungsvorgang einbezogen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließ- und/oder Öffnungsvorgang der Blende in vorgebbaren Abständen wiederholt durchgeführt und eine entsprechende Steuergrößenermittlung vorgenommen wird, wobei der zeitliche Verlauf der Steuergröße eines vorangegangenen Schließ- bzw. Öffnungszyklus mit demjenigen eines aktuellen Schließ- bzw. Öffnungszyklus verglichen wird, um Strömungsveränderungen oder Leckagen im Leitungssystem zu erkennen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an sich bekannte Steuer-, Regel- oder Absperrventile eingesetzt werden, welche derart ausgebildet sind, dass Rückwirkungen einer Fluidströmung auf das jeweilige Absperrorgan des Ventils unmittelbar oder mittelbar festgestellt werden können.