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    • 专利摘要:
    Eine Steuer- oder Regeleinrichtung für eine Durchflussarmatur, insbesondere für ein wärmetechnisches System, enthält eine Speichereinrichtung, in der die Leckrate oder der Leckfluss der Durchflussarmatur abgespeichert ist. Dieser Speicherwert kann zur reinen Überwachung der Durchflussarmatur dienen sowie bedarfsweise auch zur vorausschauenden Steuerung des Systems, insbesondere bei extremer Schwachlast, herangezogen werden.
    公开号:DE102004022453A1
    申请号:DE200410022453
    申请日:2004-05-06
    公开日:2005-12-01
    发明作者:
    申请人:Baelz Helmut GmbH；HELMUT BALZ GmbH；
    IPC主号:F15B19-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Steuer- oder Regeleinrichtung für eine Durchflussarmatur,wie beispielsweise ein Ventil sowie ein Verfahren zur Steuerungoder Regelung einer Anlage, die wenigstens eine Durchflussarmaturenthält.
    [0002] Durchflussarmaturenwerden in der Regel zur Regulierung eines Fluidstroms in relativweit geöffnetem Zustandbetrieben. Lastfälle,bei denen die Durchflussarmatur nur ganz geringfügig offen ist, werden möglichst vermieden,weil sich Durchflüssennahe Nulllast in der Regel nicht sehr genau einstellen lassen. EingebräuchlicherLastfall ist jedoch wiederum der Nulllastfall, bei dem das Ventilganz geschlossen ist und bei idealer Betrachtung den Fluidstromganz absperrt. Die entgegen der idealen Betrachtung auftretendenLeckflüssesind entsprechend der Leckrate des Ventils in der Regel relativgering. So werden sie bei der Auslegung von Anlagen meist vernachlässigt.
    [0003] InsbesondereVentile mit sehr großemNenndurchflusswert (KVS-Wert) lassen aberhäufigselbst in geschlossenem Zustand erhebliche Leckflüsse zu.Bei Anlagen oder Systemen, die Wärmeträgermedienführen, kannes dadurch bei geschlossenen Ventilen durchaus zu nennenswertenFlüssendes Wärmeträgermediums kommen.
    [0004] Davonausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Steuer- oder Regeleinrichtungso zu gestalten, dass die Berücksichtigungder Leckflüssebei geschlossenen Ventilen möglichwird.
    [0005] DieseAufgabe wird durch die Steuer- oder Regeleinrichtung nach Anspruch1 gelöst: Dieerfindungsgemäße Steuer-oder Regeleinrichtung weist eine Speichereinrichtung auf, in dereine der Durchflussarmatur zugeordnete Leckrate oder ein zu erwartenderLeckfluss abgespeichert ist. Diese Leckrate kann von der Steuer-oder Regeleinrichtung währenddes Betriebs der Anlage berücksichtigtwerden. Beispielsweise kann bei einer wärmetechnischen Einrichtungdie abgespeicherte Leckrate dazu dienen, den Wärmeeintrag in das wärmetechnischeSystem bei geschlossener Durchflussarmatur zu berücksichtigen.Beispielsweise könnendamit in der Näheder Nulllast liegende Lasten abgedeckt werden. Außerdem kanndie Steuer- oderRegeleinrichtung berücksichtigen,dass der Wärmeträgereintragoder der sonstige Fluideintrag in das nachgeordnete System nichtunter den durch die Leckrate bestimmten Leckfluss sinken kann.
    [0006] Außerdem istes möglich,den Leckfluss anzuzeigen. Des Weiteren ist es möglich, den tatsächlichen Leckflussmit einem maximalen Leckfluss zu vergleichen oder aus dem tatsächlichenLeckfluss eine normierte Leckrate zu bestimmen, um diese mit einemMaximalwert zu vergleichen. Bei Überschreitungdes Maximalwerts könnenentsprechend kennzeichnende Signale erzeugt werden. Diese können beispielsweiseAlarmsignale sein oder Signale, die einen Ventilverschleiß anzeigenund zur Wartung auffordern oder die Anlage abschalten. Damit wirddie vorbeugende Instandhaltung ermöglicht. Beispielsweise können Ventilebei erhöhter Leckrateals zunehmend verschlissen erkannt werden, obwohl sie noch innerhalbder geforderten Toleranz funktionieren. Andererseits können schonlange im Gebrauch befindliche Ventile weiter benutzt werden, wenn ihreLeckrate auch nach langem Betrieb sehr gering ist. Die entsprechendenin der intelligenten Unterzentrale ermittelten Leckraten oder Leckströme können aneine zentrale Leitwarte gemeldet werden, so dass dem Bediener oderBetreiber die Informationen überdie Leckraten der Ventile dort zur Verfügung stehen. Damit wird eineangepasste Instandhaltung ermöglicht.Regelarmaturen müssennicht mehr rein vorsorglich nach Ablauf einer Frist aus dem Verkehrgezogen, still gelegt, ausgebaut oder verschrottet werden, sondernlediglich bei echtem Verschleiß.
    [0007] DesWeiteren ist es möglich,Verschleißcharakteristikazu erfassen. Beispielsweise verschleißen Ventile an bestimmten Einbauortentypischerweise schneller als an ande ren. Damit ist eine Planungder zukünftigenInstandhaltung und auch der zukünftigen,für denBetrieb der Anlage erforderlichen Kosten möglich. Beispielsweise können dieLeckraten der einzelnen, im System vorhandenen Ventile von der Leitwartevon Zeit zu Zeit erfasst und in einer Datenbank gesammelt werden.Stellt sich dabei ein Ventil als über ein bestimmtes Toleranzmaß hinausverschlissen dar, kann dies signalisiert werden, woraufhin das Ventilausgewechselt werden kann. Fürdie Lebenserwartung des nachfolgend einzubauenden typengleichenVentils wird dann in erster Näherungdie tatsächlicherreichte Lebensdauer des soeben ausgewechselten Ventils eingesetzt.Somit könnennach einigen ersten Wartungszyklen zukünftige Wartungskosten mit hoherPräzisionprognostiziert werden.
    [0008] DieBestimmung des Leckflusses kann durch Temperatursensoren und/oderDrucksensoren und/oder andere Sensoren erfolgen, die Veränderungenvon physikalischen Größen, wieFluidnebels, Leitfähigkeit, Feuchteoder dergleichen messen. Beispielsweise wird stromabwärts desVentils die Temperatur und/oder der Druck des strömenden Mediumsgemessen. Aus dem vorhandenen Druck und/oder der vorhandenen Temperaturkann unter Berücksichtigungder Eigenschaften des angeschlossenen Systems auf den Leckflussgeschlossen werden.
    [0009] Esist außerdemmöglich,den Leckfluss bei der Steuerung des Systems dahingehend zu berücksichtigen,dass bei Abruf zeitlich schwankender geringer Leistungen das Ventiletwas weniger geöffnetwird als eigentlich zur Befriedigung der Leistungsanforderung erforderlich.Dabei wird die Steuerung so geführt,dass die Summe aus den sich durch den Leckfluss ergebenden Überschussleistungenund den durch die etwas zu geringe Ventilöffnung verursachte Minderleistung imWesentlichen Null ist. Auf diese Weise kann der Leckfluss bewusstund gezielt zur Leistungsversorgung bei extremem Schwachlastbetriebgenutzt werden.
    [0010] WeitereEinzelheiten vorteilhafter Ausführungsformender Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung oder der Beschreibungoder aus Ansprüchen.
    [0011] Inder Zeichnung sind Ausführungsbeispieleder Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
    [0012] 1 eineHeizeinrichtung und deren Regel- und Steuereinrichtung als Prinzipbild,
    [0013] 2 einHeizsystem mit abgewandelter Steuer- oder Regeleinrichtung als Prinzipbild,
    [0014] 3 denzeitlichen Verlauf einer Leistungsanforderung und der von dem Ventilbestimmte Massenfluss als Diagramm und
    [0015] 4 einHeizsystem mit an eine Zentrale angeschlossenen Steuer- oder Regeleinrichtungenals Prinzipbild.
    [0016] In 1 istals Beispiel fürein wärmetechnischesSystem 1 ein übereine Heizschlange 2 zu beheizendes Gefäß 3 veranschaulicht.Die Heizschlange 2 ist beispielsweise mit Dampf oder, wieim dargestellten Beispiel bevorzugt, mit Heißwasser beheizt. Zur Versorgungdient eine Vorlaufleitung 01. Ausgekühltes Heißwasser wird über eineRücklaufleitung 02 abgeführt. Inder Rücklaufleitung 02 istein Ventil 4 angeordnet, das ein einfaches Durchgangsventiloder, wie dargestellt, ein Wegeventil sein kann. Dem Ventil 4 istein Stellantrieb 5 zugeordnet, der von einer Steuer- und Regeleinrichtung 6 betätigt wird.Dem Ventil 4 und/oder dem Stellantrieb 5 ist außerdem einPositionsgeber 7, der z.B. als Endlagenschalter ausgebildetsein kann, zugeordnet. Der Positionsgeber 7 ist dazu eingerichtet,ein Signal abzugeben, wenn das Ventil 4 geschlossen ist.Der Positionsgeber ist an die Steuer- und Regeleinrichtung 6 angeschlossen,die somit die Schließstellungdes Ventils 4 erfasst. Außerdem ist die Steuer- undRegeleinrichtung 6 an einen Temperatursensor 8 angeschlossen.Beispielsweise kann dieser die Temperatur des Gefäßes 3 überwachen.
    [0017] DieSteuer- und Regeleinrichtung 6 dient beispielsweise dazu,die Temperatur in dem Gefäß 3 aufeinem Wert zu halten, der mit einem Vorgabewert übereinstimmt. Der Vorgabewertwird beispielsweise von einem Vorgabeblock 9 geliefert.Der Vorgabewert kann zeitlich konstant oder auch eine Funktion derZeit sein. Er wird an einem Vergleicherblock 11 mit demvon dem Temperaturgeber 8 gelieferten Signal verglichen.Die entstehende Signaldifferenz wird einem Regelverstärker 12 zugeleitet,der den Stellantrieb 5 des Ventils 4 entsprechendbetätigt.
    [0018] Darüber hinausweist die Steuer- und Regeleinrichtung 6 einen Speicherblock 14 auf,in dem die maximale Leckrate des Ventils 4 oder auch dieaktuelle Leckrate desselben abgespeichert ist. Der Speicherblock 14 istvorzugsweise Teil eines Blocks 15, der als Eingangssignaleeinerseits ein die Schließstellungdes Ventils 4 kennzeichnendes Signal und andererseits dasTemperatursignal des Temperaturgebers 8 erhält. Ausdem sich nach dem Schließendes Ventils 4 ergebenden Zeitverlauf für die mit dem Temperaturgeber 8 erfasste Temperaturkann der Block 15 den Leckfluss des Ventils 4 bestimmen.Kühlt derBehälter 3 beispielsweise nacheiner E-Funktion ab, ist die Halbwertszeit der E-Funktion ein Maß für den Leckfluss.Dieser kann in dem Speicherblock 14 abgespeichert werden.Er kann außerdeman eine Anzeigeeinrichtung 16, beispielsweise einem Display,angezeigt werden. Des Weiteren kann ein Komparatorblock 17 vorgesehensein der dazu dient, die von dem Block 15 bestimmte Leckratemit einer z.B. übereine Eingabeeinrichtung 18 vorzugebenden Leckrate zu vergleichen.Der Block 15 kann dazu eingerichtet sein, den gemessenenLeckfluss in eine auf bestimmte Normverhältnisse bezogene Leckrate umzurechnen.Dies kann beispielsweise unter Kenntnis der im System herrschendenDrückesowie des Dichte des fließendenMediums erfolgen. Überschreitetdie tatsächliche Leckratedie von der Eingabeeinrichtung 18 vorgegebene maximaleLeckrate kann an einem entsprechenden Signalausgang 19 einSignal abgegeben werden, das die Anlage stillsetzt oder zur Wartungauffordert. Zur Umrechnung des Leckflusses in die Leckrate kannfolgende Beziehung genutzt werden:
    [0019] Dabeiist mN der maximale Durchfluss des Ventilsfür Gaseund Dämpfein vollständigoffenem Zustand. KVS ist ein für das Ventilangegebener Durchflusswert. Y(1-p2/p1) ist eine Expansionsberichtigungsfunktion.Diese ist etwa gleich 0,5 fürp2/p1 ≤ 0,5. Ausgehendvon diesem Punkt nähertsie sich als Gerade dem Wert 1 fürden Bereich des Verhältnissesp2/p1 zwischen 0,5 und 1.
    [0020] Beträgt die Leckratebeispielsweise 0,1 % wird zunächstmit der oben angegebenen Formel der maximale Durchfluss des weitoffenen Ventils berechnet. Dieser Wert multipliziert mit der Leckrateergibt dann den Leckstrom. Umgekehrt kann die Leckrate auf dieseWeise aus dem gemessenen Leckstrom berechnet werden.
    [0021] 2 veranschaulichteine abgewandelte Ausführungsformdes wärmetechnischenSystems. Es wird unter Zugrundelegung gleicher Bezugszeichen aufdie vorige Beschreibung verwiesen. Abweichend von der vorigen Beschreibungsind vor und hinter dem Ventil 4 zwei Druckfühler 21, 22 für die Drücke p1, p2 angeordnet. Damitkönnendie fürdie Berechnung des Durchflusses erforderlichen Drücke gemessenwerden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll und zweckmäßig, wenndie Drückein dem wärmetechnischenSystem 1 zeitlichen Veränderungenunterliegen.
    [0022] Diedurch den Block 15 bestimmte Leckrate bzw. der bestimmtetatsächlicheLeckfluss könnendes Weiteren dazu heran gezogen werden, die Regelstrategie des Regelkreisesbei extremer Schwachlast zu verbessern. Dies wird nachfolgend mitVerweis auf 3 erläutert: In dem Zeitdiagrammgemäß 3 istin einer ersten gestrichelten Kurve I eine zeitlich schwankendeWärmeanforderungwiedergegeben. Diese geht zeitweilig auf 0, wobei der Wert 0 durchdas Ventil 4 nicht realisierbar ist. Der Leckfluss, derbei einem KV-Wert von beispielsweise 350 m3/hdurchaus einige Hundert Liter pro Stunde betragen kann, ist auchbei hochwertigen Ventilen nicht zu vermeiden. Er führt zu einemGrundwärmeeintragin das System und zwar auch dann, wenn gemäß der Kurve I keine Wärmeabnahmevorhanden ist. Die Steuer- und Regeleinrichtung 6 kanndem Rechnung tragen, indem sie, wie beispielsweise zu dem Zeitpunkt t1,bei fallendem Wärmebedarfdas Ventil bereits ganz schließt,obwohl noch ein Wärmebedarfvorhanden ist, der den durch den Leckfluss abzudeckenden Wärmebedarf überschreitet.In einer nachfolgenden Heizphase, die beispielsweise bei t2 beginntund bei der der aktuelle Wärmebedarfden Wärmefluss übersteigt,der mit dem Leckfluss einhergeht, hält die Steuereinrichtung dasVentil geschlossen. Erst wenn die Diskrepanz zwischen aktuellemWärmebedarfund Leckfluss zu groß ist,wie es beispielsweise zum Zeitpunkt t3 der Fall ist, wird das Ventil 4 etwasgeöffnet.Bei Schwachlastbetrieb kann die Öffnungjedoch hinter der von der Kurve I vorgegebenen Bedarf zurück bleibenund das Ventil kann gemäß der KurveII zu einem frühenZeitpunkt t4 bereits wieder geschlossen werden, zu dem der geringeWärmebedarfgemäß KurveI wieder zu fallen beginnt. Die Steuer- und Regeleinrichtung ziehtsomit den durch den ständigenLeckfluss verursachten Grundwärmeeintragin das System in Betracht und zwar nicht nur retrospektiv sonderngewissermaßenvoraus schauend.
    [0023] In 4 istein wärmetechnischesSystem 1 veranschaulicht, das mehrere Steuer- und Regeleinrichtungen 6a, 6b, 6c enthält. Wegender Funktion und des Aufbaus der Steuer- und Regeleinrichtungen 6a, 6b, 6c wirdauf die vorstehende Beschreibung der Steuer- und Regeleinrichtung 6 gemäß den 1 bis 3 verwiesen.Die Steuer- und Regeleinrichtungen 6a bis 6c können jededer vorstehend beschriebenen Konfigurationen aufweisen. Insoweitwird unter Zugrundelegung gleicher Bezugszeichen auf die vorigeBeschreibung verwiesen. Den Bezugszeichen ist in 4 lediglichzur Unterscheidung ein Buchstabenindex beigegeben. Unter Weglassungdesselben gilt die allgemeine Beschreibung zu den 1 und 2.Anstelle der Strahlpumpe 2 können Regelventile 2a, 2b, 2c vorgesehenwerden. Die Temperaturgeber 8a, 8b, 8c können ineiner von dem Ventil 2a bis 2c geregelten odergesteuerten Leitung liegen.
    [0024] DieSteuer- und Regeleinrichtungen 6a bis 6c weisenjeweils einen Ausgang 21a, 21b, 21c auf, über dender Inhalt des Speicherblocks 14 fortwährend, von Zeit zu Zeit, periodischoder auf Abruf als Analogsignal oder Digitalsignal an eine zentraleLeitwarte 22 übermitteltwird. Die Übermittlungkann auch durch Überschreiteneines Leckfluss- oderLeckratengrenzwerts ausgelöstwerden, wenn dieser von der Steuer- und Regeleinrichtung 6a bis 6c überwachtwird. In der zentralen Leitwarte 22 können Historien der an den Ventilen 2a bis 2c auftretendenLeckraten abgespeichert werden, um nicht nur die aktuelle Leckrateparat zu haben sondern darüberhinaus Trends zu bestimmen. Auf diese Weise lassen sich auch Verschleißschwerpunktein einem wärmetechnischenSystem 1 ohne Weiteres bestimmen. Die Leitwarte 22 kanndurch einen Prozessrechner, einen Leitrechner oder einen PC gebildetsein. Sie enthältentsprechende Mittel in Form von Verarbeitungsmitteln, Speichermittelnund Programmen, die die Daten verarbeiten, die die Leckraten oder Leckflüsse derVentile 2a bis 2c kennzeichnen. Weiter sind Mittelvorgesehen, um entsprechende Logfiles anzulegen und die gewünschtenTrends oder Kenngrößen zu ermitteln.
    [0025] EineSteuer- oder Regeleinrichtung füreine Durchflussarmatur, insbesondere für ein wärmetechnisches System, enthält eineSpeichereinrichtung, in der die Leckrate oder der Leckfluss derDurchflussarmatur abgespeichert ist. Dieser Speicherwert kann zurreinen Überwachungder Durchflussarmatur dienen, sowie bedarfsweise auch zur vorausschauenden Steuerung des Systems, insbesondere bei extremer Schwachlast, herangezogen werden.
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] Steuer- oder Regeleinrichtung (6) für eine Durchflussarmatur,insbesondere fürein Ventil (4), mit einer Erfassungseinrichtung (7),die dazu dient, wenigstens die Schließposition der Durchflussarmatur(4) zu erfassen, mit einer Speichereinrichtung (14),in der eine der Durchflussarmatur (4) zugeordnete Leckrateoder ein Leckfluss abgespeichert ist, um von der Steuer- oder Regeleinrichtung(6) währenddes Betriebs berücksichtigtzu werden.
    [2] Steuer- oder Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass sie eine Leckflussbestimmungseinrichtung (15)zur Bestimmung des tatsächlichenLeckflusses beinhaltet.
    [3] Steuer- oder Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung mit einerAnzeigeeinrichtung (16) verbunden ist oder eine Anzeigeeinrichtungaufweist, die den tatsächlichenLeckfluss anzeigt.
    [4] Steuer- oder Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinrichtung mit wenigstenseinem Temperatursensor (8) verbunden ist, um aus dem gemessenenTemperaturwert auf den Leckfluss zu schließen.
    [5] Steuer- oder Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurchgekennzeichnet, dass der Temperatursensor (8) stromabwärts derDurchflussarmatur (4) angeordnet ist.
    [6] Steuer- oder Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinrichtung (6)mit wenigstens einem Drucksensor (21, 22) verbundenist, um aus dem gemessenen Druckwert auf den Leckfluss zu schließen.
    [7] Steuer- oder Regeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurchgekennzeichnet, dass der Drucksensor (21, 22)stromabwärtsder Durchflussarmatur (4) angeordnet ist.
    [8] Steuer- oder Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass die Steuer- uns Regeleinrichtung (6)mit zwei Drucksensoren (21, 22) verbunden ist,die vor und nach der Durchflussarmatur (4) angeordnet sindund dass die Steuer- und Regeleinrichtung (6) aus den gemessenenDruckwerten und einer vorgegebenen Leckrate einen maximalen Leckflussbestimmt.
    [9] Steuer- oder Regeleinrichtung nach Anspruch 2 und8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und regeleinrichtungden tatsächlichenLeckfluss mit dem maximalen Leckfluss vergleicht.
    [10] Steuer- oder Regeleinrichtung nach Anspruch 9, dadurchgekennzeichnet, dass die Steuer- und regeleinrichtung ein Signalabgibt, wenn der tatsächlicheLeckfluss den maximalen Leckfluss erreicht oder überschreitet.
    [11] Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Anlagemit einer Durchflussarmatur (4), die mit einer Erfassungseinrichtung(7) verbunden ist, die dazu dient, wenigstens die Schließpositionder Durchflussarmatur (4) zu erfassen, wobei eine Speichereinrichtung(14) vorgesehen ist, in der eine der Durchflussarmatur(4) zugeordnete Leckrate abgespeichert ist, um von derSteuer- oder Regeleinrichtung(6) währenddes Betriebs berücksichtigtzu werden, wobei bei dem Verfahren anhand der gespeicherten Leckrateund gemessener Parameter der in Schließposition zu erwartende Leckdurchflussermittelt und bei der Regelung oder Steuerung der Durchflussarmaturberücksichtigtwird.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-12-01| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-07-19| 8364| No opposition during term of opposition|
    2014-12-02| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    2015-02-26| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20141202 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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