DE102023100282A1 - Method for checking the properties of a pumped medium of a centrifugal pump, in particular for dry running detection - Google Patents
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Abstract
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Eigenschaften eines Fördermediums einer Kreiselpumpe, insbesondere zur Trockenlauferkennung, unter Verwendung einer drehzahlgeregelten Kreiselpumpe, wobei für die Überprüfung die Soll-Drehzahl der Kreiselpumpe kurzzeitig variiert, insbesondere erhöht wird, und ein das Drehmoment der Pumpe charakterisierender Motorparameter bestimmt und unter Berücksichtigung eines Referenzwertes ausgewertet wird, um eine Eigenschaft des Fördermediums oder einen Trockenlauf zu bestimmen.This invention relates to a method for checking the properties of a pumped medium of a centrifugal pump, in particular for dry running detection, using a speed-controlled centrifugal pump, wherein for the check the target speed of the centrifugal pump is briefly varied, in particular increased, and a motor parameter characterizing the torque of the pump is determined and evaluated taking into account a reference value in order to determine a property of the pumped medium or dry running.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Eigenschaften eines Fördermediums einer Kreiselpumpe, insbesondere zur Trockenlauferkennung.The invention relates to a method for checking the properties of a pumped medium of a centrifugal pump, in particular for dry running detection.
Kreiselpumpen dienen zur Förderung unterschiedlicher Fördermedien. Für den ordnungsgemäßen und insbesondere energieeffizienten Betrieb einer Kreiselpumpe können Informationen bezüglich des Fördermediums von Bedeutung sein. Insbesondere können Änderungen der charakteristischen Eigenschaften des Fördermediums, beispielsweise eine Temperaturänderung sowie eine Änderung der Dichte, von Bedeutung für die effiziente Pumpensteuerung bzw. Pumpenregelung sein, sodass ein berechtigtes Interesse an einem geeigneten Verfahren zur Bestimmung dieser charakteristischen Parameter des Fördermediums während des Pumpenbetriebes besteht.Centrifugal pumps are used to pump different types of fluid. Information about the fluid can be important for the proper and, in particular, energy-efficient operation of a centrifugal pump. In particular, changes in the characteristic properties of the fluid, such as a change in temperature or a change in density, can be important for efficient pump control or pump regulation, so there is a legitimate interest in a suitable method for determining these characteristic parameters of the fluid during pump operation.
Ein weiterer wichtiger Punkt für den Pumpenbetrieb bei nasslaufenden Kreiselpumpen ist eine Trockenlauferkennung, denn das zu fördernde Medium dient regelmäßig zur Schmierung der rotierenden Maschinenteile des Pumpenaggregates oder zur Kühlung der Pumpe, weshalb ein Trockenlauf während des Pumpenbetriebs zu einem erhöhten Verschleiß oder gar zu einer thermischen Überbelastung der Pumpe führen kann. Ein Trockenlauf der Pumpe ist auch ein Indiz für leergelaufene Rohre der Hydraulikanlage, was zu Schäden an der Anlage führen kann. Aus diesem Grund ist eine Trockenlauferkennung auch bei nicht nasslaufenden Pumpen wichtig. Zur Vermeidung etwaiger Folgeschäden, sei es an der Pumpe selbst oder der Hydraulikanlage, ist es daher wünschenswert, einen solchen Zustand frühzeitig und zuverlässig, insbesondere betriebspunktunabhängig zu erkennen.Another important point for pump operation with wet-running centrifugal pumps is dry-run detection, because the medium to be pumped is regularly used to lubricate the rotating machine parts of the pump unit or to cool the pump, which is why dry running during pump operation can lead to increased wear or even thermal overload of the pump. Dry running of the pump is also an indication that the pipes in the hydraulic system have run dry, which can lead to damage to the system. For this reason, dry-run detection is also important for pumps that do not run wet. To avoid any subsequent damage, whether to the pump itself or the hydraulic system, it is therefore desirable to detect such a condition early and reliably, especially regardless of the operating point.
Sind die Leitungen in einer hydraulischen Anlage nicht ausreichend mit der Flüssigkeit, das heißt dem Fördermedium befüllt, so sinkt das am Laufrad wirkende Drehmoment im Vergleich zu einer befüllten Rohrleitung. Dieser Umstand lässt sich ausnutzen, um einen Trockenlauf zuverlässig zu erkennen. Hierfür wird im Labor das Drehmoment bei geschlossenem Ventil aber befüllter Leitung für unterschiedliche Drehzahlen aufgezeichnet und die gemessene Drehzahl bzw. das Drehmomentwertepaar als Tabelle in der Pumpe hinterlegt. Der Betrieb bei geschlossenem Ventil und dadurch resultierendem Null-Förderstrom entspricht dem „worst-case“ Szenario mit geringstmöglichem Drehmoment bei gefüllten Rohrleitungen. Die hinterlegten Drehmomentwerte sind die niedrigsten, die bei befüllter Rohrleitung auftreten können. Sobald das Drehmoment im laufenden Betrieb niedriger ist als das in der Tabelle hinterlegte Referenzmoment, wird auf einen Trockenlauf geschlossen und die Pumpe kann eine entsprechende Meldung ausgeben.If the lines in a hydraulic system are not sufficiently filled with the liquid, i.e. the pumped medium, the torque acting on the impeller decreases compared to a filled pipeline. This circumstance can be exploited to reliably detect dry running. To do this, the torque is recorded in the laboratory with the valve closed but the line filled for different speeds and the measured speed or the pair of torque values is stored in a table in the pump. Operation with the valve closed and the resulting zero flow rate corresponds to the "worst-case" scenario with the lowest possible torque with filled pipelines. The stored torque values are the lowest that can occur with a filled pipeline. As soon as the torque during operation is lower than the reference torque stored in the table, dry running is concluded and the pump can issue a corresponding message.
Dieses Verfahren funktioniert für mittlere und hohe Drehzahlen zuverlässig, bei kleinen Drehzahlen sind jedoch die Drehmomentunterschiede zwischen befüllter Anlage mit geschlossenem Ventil und unbefüllter Anlage sehr gering, sodass eine zuverlässige Unterscheidung in einem solchen Betriebspunkt schwierig ist.This method works reliably for medium and high speeds, but at low speeds the torque differences between the filled system with closed valve and the unfilled system are very small, making a reliable distinction difficult at such an operating point.
Vor diesem Hintergrund ist auch eine Optimierung des aufgezeigten Verfahrens dahingehend sinnvoll, dass eine Trockenlauferkennung zuverlässig für jeden Betriebspunkt möglich ist.Against this background, it also makes sense to optimize the procedure shown so that dry-run detection is reliably possible for every operating point.
Gelöst werden die aufzeigten Probleme durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The problems identified are solved by a method according to the features of claim 1. Advantageous embodiments of the method are the subject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Soll-Drehzahl für die drehzahlgeregelte Kreiselpumpe für den Prozess zur Überprüfung bzw. Erkennung eines Trockenlaufs kurzzeitig zu variieren. Besonders bevorzugt wird die Soll-Drehzahl für einen kurzen Zeitpunkt erhöht. Bei geänderter Drehzahl wird dann eine das Drehmoment der Pumpe charakterisierende Motorgröße bestimmt und unter Berücksichtigung wenigstens eines Referenzwertes ausgewertet. Basierend auf dem Ergebnis der Auswertung kann dann eine Aussage über eine eingetretene Änderung der charakteristischen Eigenschaften des Fördermediums getätigt werden und/oder das Vorliegen eines Trockenlaufs erkannt werden.According to the invention, it is proposed to briefly vary the target speed for the speed-controlled centrifugal pump for the process of checking or detecting dry running. The target speed is particularly preferably increased for a short period of time. When the speed changes, a motor variable characterizing the torque of the pump is then determined and evaluated taking into account at least one reference value. Based on the result of the evaluation, a statement can then be made about a change in the characteristic properties of the pumped medium and/or the presence of dry running can be detected.
Eine charakteristische Eigenschaft, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden kann, ist beispielsweise die Dichte und/oder Temperatur des Fördermediums bzw. eine Änderung der Dichte und/oder der Temperatur des Fördermediums gegenüber einem initialen Wert. Da die Dichte des Fördermediums bzw. auch dessen Temperatur die Viskosität der Flüssigkeit und somit das erforderliche Drehmoment der Pumpe beeinflussen, kann durch eine erfasste Drehmomentänderung bei einer spezifischen Drehzahl damit eine Aussage über eine Abweichung bzw. Änderung der Konsistenz des Fördermediums getroffen werden. Dies gilt gleichermaßen für den Fall, dass saugseitig ein Druckabfall bzw. ein Trockenlauf vorliegt, sodass das entsprechend aufzubringende Drehmoment durch den Motor der Pumpe reduziert ist.A characteristic property that can be determined using the method according to the invention is, for example, the density and/or temperature of the conveying medium or a change in the density and/or temperature of the conveying medium compared to an initial value. Since the density of the conveying medium or its temperature influences the viscosity of the liquid and thus the required torque of the pump, a detected torque change at a specific speed can be used to make a statement about a deviation or change in the consistency of the conveying medium. This also applies if there is a pressure drop or dry running on the suction side, so that the corresponding torque to be applied by the pump motor is reduced.
Als zu erfassender Motorparameter kann beispielsweise das bestehende Drehmoment des Elektromotors bestimmt werden. Denkbar ist hier eine unmittelbare Erfassung des Drehmomentes per Drehmomentgeber oder alternativ die Ableitung des Drehmomentes aus anderen Motorparametern. Das Drehmoment kann auch geschätzt werden, insbesondere unter Verwendung eines Motormodells. Vorstellbar ist es ebenso, dass die elektrische Leistungsaufnahme des Motors und/oder der aufgenommene Motorstrom bestimmt bzw. geschätzt werden. Da die elektrische Leistungsaufnahme bzw. der Motorstrom, insbesondere die das Motordrehmoment bildende Stromkomponente, unmittelbaren Einfluss auf das resultierende Drehmoment haben bzw. proportional zu diesem sind, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch durch Auswertung dieser Betriebsparameter ausgeführt werden.The existing torque of the electric motor can be determined as an engine parameter to be recorded. It is conceivable that the torque can be recorded directly using a torque sensor or alternatively that the torque can be derived from other engine parameters. Torque can also be estimated, in particular using a motor model. It is also conceivable that the electrical power consumption of the motor and/or the motor current consumed are determined or estimated. Since the electrical power consumption or the motor current, in particular the current component forming the motor torque, have a direct influence on the resulting torque or are proportional to it, the method according to the invention can also be carried out by evaluating these operating parameters.
Wie bereits eingangs aufgezeigt wurde, funktioniert eine Trockenlauferkennung bei mittleren sowie höheren Drehzahlen zuverlässig, lediglich bei geringeren Drehzahlen ist die Variation des Drehmomentes oftmals zu gering, sodass keine verlässliche Aussage möglich ist. Vor diesem Hintergrund ist es zielführend, das vorgeschlagene Verfahren nur dann auszuführen, wenn die Kreiselpumpe aktuell mit einer zu niedrigen Drehzahl betrieben wird. Nur für diesen Fall ist es notwendig, die Soll-Drehzahl künstlich zu variieren bzw. anzuheben, um eine zuverlässige Trockenlauferkennung bzw. Überprüfung der Eigenschaften des Fördermediums ausführen zu können. Die Ausführung des Verfahren kann daher unter die Bedingung gestellt sein, dass die aktuell eingestellte Soll-Drehzahl kleiner als ein definierbarer Schwellwert ist.As already shown at the beginning, dry-running detection works reliably at medium and higher speeds, only at lower speeds the variation in torque is often too small, so that no reliable statement is possible. Against this background, it is expedient to only carry out the proposed method if the centrifugal pump is currently operating at too low a speed. Only in this case is it necessary to artificially vary or increase the target speed in order to be able to carry out reliable dry-running detection or to check the properties of the pumped medium. The execution of the method can therefore be subject to the condition that the currently set target speed is lower than a definable threshold value.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Drehzahlvariation kann sich im einfachsten Fall in einer kurzzeitigen Erhöhung der Soll-Drehzahl erschöpfen, wobei der Motorparameter für die aktuell erhöhte Drehzahl bestimmt und gegen einen der erhöhten Soll-Drehzahl zugeordneten Referenzwert verglichen wird. Für die vorgelagerte Ermittlung des zugeordneten Referenzwertes wird bspw. vorab im Labor oder unter realen Betriebsbedingungen der Betriebsparameter, bspw. das Drehmoment bei geschlossenem Ventil aber befüllter Leitung für unterschiedliche Drehzahlen aufgezeichnet und die gemessene Drehzahl bzw. das Drehmomentwertepaar als Tabelle in der Pumpe hinterlegt. Die hinterlegten Referenzwerte sind die niedrigsten, die bei befüllter Rohrleitung auftreten können. Sobald der Betriebsparameter, bspw. das Drehmoment im laufenden Betrieb niedriger ist als der in der Tabelle hinterlegte Referenzwert, wird auf einen Trockenlauf geschlossen und die Pumpe kann eine entsprechende Meldung ausgeben.In the simplest case, the speed variation proposed according to the invention can be limited to a short-term increase in the target speed, whereby the motor parameter for the currently increased speed is determined and compared with a reference value assigned to the increased target speed. To determine the assigned reference value in advance, the operating parameter, e.g. the torque with a closed valve but a filled line, is recorded for different speeds in advance in the laboratory or under real operating conditions, and the measured speed or the pair of torque values is stored as a table in the pump. The stored reference values are the lowest that can occur when the pipeline is filled. As soon as the operating parameter, e.g. the torque during operation, is lower than the reference value stored in the table, dry running is assumed and the pump can issue a corresponding message.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Drehzahlerhöhung die Soll-Drehzahl auf die maximale Drehzahl setzt bzw. auf einen Wert zwischen 50 - 90% der maximalen Drehzahl, bevorzugt auf einen Wert zwischen 65 - 85% der maximalen Drehzahl.It is particularly preferred if the speed increase sets the target speed to the maximum speed or to a value between 50 - 90% of the maximum speed, preferably to a value between 65 - 85% of the maximum speed.
Abhängig vom Anwendungsfall der Pumpe kann jedoch die vorbeschriebene Drehzahlerhöhung nicht zugelassen sein. Alternativ wird daher vorgeschlagen, die aktuelle Soll-Drehzahl mit einem zeitvariablen Signal zu überlagern, sodass es in der Folge zu einer definierten zeitlichen Änderung bzw. Schwankung der Soll-Drehzahl über einen bestimmten Zeitraum kommt, jedoch bevorzugt nur mit begrenzter betragsmäßiger Erhöhung der Drehzahl. Die dynamische Änderung der Soll-Drehzahl bewirkt zwangsläufig eine dynamische Änderung des auszuwertenden Motorparameters. Für die weitere Auswertung wird insbesondere ein korrelierender Zusammenhang zwischen dem Zeitverlauf der Soll-Drehzahl und dem Zeitverlauf des Motorbetriebsparameters untersucht. Auf Grundlage der Korrelation kann auf eine physikalische Eigenschaft des Fördermediums, insbesondere auf eine Änderung dieser Eigenschaft geschlossen und/oder das Vorliegen eines Trockenlaufs erkannt werden. Da der Systemdruck am Saugstutzen sowie die Eigenschaften des Fördermediums die Massenträgheit des Pumpenaggregats beeinflussen, kann durch Auswertung der Zeitverläufe zwischen der Sollvorgabe der Drehzahl sowie des sich reaktiv einstellenden Drehmomentes bzw. des erfassten Motorparameters auf die vorliegende Masseträgheit geschlossen werden und darauf basierend eine Eigenschaft des Fördermediums bzw. ein etwaiger Trockenlauf erkannt werden.Depending on the application of the pump, however, the speed increase described above may not be permitted. As an alternative, it is therefore proposed to superimpose a time-variable signal on the current target speed, resulting in a defined temporal change or fluctuation in the target speed over a certain period of time, but preferably only with a limited increase in the speed. The dynamic change in the target speed inevitably causes a dynamic change in the motor parameter to be evaluated. For further evaluation, a correlating relationship between the time course of the target speed and the time course of the motor operating parameter is examined in particular. On the basis of the correlation, a conclusion can be drawn about a physical property of the pumped medium, in particular a change in this property, and/or the presence of dry running can be detected. Since the system pressure at the suction port and the properties of the pumped medium influence the mass inertia of the pump unit, the existing mass inertia can be determined by evaluating the time curves between the target speed and the reactively adjusted torque or the recorded motor parameter and, based on this, a property of the pumped medium or any dry running can be detected.
Bevorzugt ist es beispielsweise, wenn die Soll-Drehzahl mit einem periodischen Signal überlagert wird, sodass es im Beobachtungszeitraum zu einem periodischen Verlauf der Soll-Drehzahl kommt. Denkbar ist jedoch die Überlagerung mit einem alternativen zeitvarianten Signal.It is preferred, for example, if the target speed is superimposed with a periodic signal so that the target speed has a periodic course during the observation period. However, superimposition with an alternative time-variant signal is conceivable.
Aufgrund der Massenträgheit kommt es üblicherweise zu einer zeitlichen Verzögerung des Drehmomentverlaufs bzw. des Motorparameters gegenüber dem Zeitverlauf der Soll-Drehzahl. Vor diesem Hintergrund ist die Auswertung des Phasenversatzes zwischen dem Zeitverlauf der Soll-Drehzahl und dem Zeitverlauf des erfassten Motorparameters sinnvoll. Nimmt die Viskosität des Fördermediums zu, vergrößert sich der Phasenversatz, kommt es hingegen zu einer Abnahme der Viskosität, so reduziert sich zwangsläufig auch der Phasenversatz. Bei einem Trockenlaufszenario ist der Phasenversatz aufgrund des fehlenden Fördermediums im Bereich des Laufrades minimal. Due to the mass inertia, there is usually a time delay in the torque curve or the motor parameter compared to the time curve of the target speed. Against this background, it is useful to evaluate the phase shift between the time curve of the target speed and the time curve of the recorded motor parameter. If the viscosity of the pumped medium increases, the phase shift increases; if, however, the viscosity decreases, the phase shift inevitably also decreases. In a dry-running scenario, the phase shift is minimal due to the lack of pumped medium in the area of the impeller.
Alternativ oder ergänzend dazu kann auch der Amplitudenwert des Motorparameters, insbesondere des Drehmomentes, während der aufgrund der Überlagerung schwankenden Soll-Drehzahl bestimmt und ausgewertet werden. Bei höherer Massenträgheit steigt die Drehmomentamplitude bzw. die Amplitude des Motorparameters betragsmäßig an. Sinnvollerweise erfolgt ein Vergleich des ermittelten Amplitudenwertes mit einem Referenzwert bzw. es wird das Amplitudenverhältnis zu einer Referenzamplitude bestimmt.Alternatively or in addition to this, the amplitude value of the motor parameter, in particular the torque, can be determined and evaluated during the target speed fluctuating due to the superposition. With higher mass inertia, the torque amplitude or the amplitude of the motor parameter increases in magnitude. It makes sense to compare the determined amplitude value with a reference value or the amplitude ratio to a reference amplitude is determined.
Für die Erfassung von Änderungen der physikalischen Eigenschaften des Fördermediums bzw. zur Erkennung eines Trockenlaufs kann es daher vorgesehen sein, entsprechende Referenzwerte für den Phasenversatz bzw. das Amplitudenverhältnis oder die Amplitude selbst vorzuhalten, wobei bei einer Änderung des aktuell ermittelten Phasenversatzes und/oder des Amplitudenverhältnisses gegenüber dem Referenzwert auf eine Änderung des Fördermediums und ggf. auf einen Trockenlauf geschlossen werden kann.In order to record changes in the physical properties of the conveying medium or to detect dry running, it can therefore be provided to provide corresponding reference values for the phase offset or the amplitude ratio or the amplitude itself, whereby a change in the currently determined phase offset and/or the amplitude ratio compared to the reference value can be used to conclude that there has been a change in the conveying medium and, if necessary, that the medium is running dry.
Die ein oder mehreren Referenzwerte für die Verfahrensausführung können beispielsweise während einer Trainingsfahrt der Pumpe, insbesondere bei Inbetriebnahme oder zu regelmäßigen Zeitpunkten, während des Pumpenbetriebs gewonnen werden. Denkbar ist es auch, die Referenzwerte durch jeweils vorrangehende Messungen zu bestimmen und kontinuierlich zu aktualisieren.The one or more reference values for the process execution can be obtained, for example, during a training run of the pump, in particular during commissioning or at regular times during pump operation. It is also conceivable to determine the reference values by means of preceding measurements and to update them continuously.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung ebenfalls eine Kreiselpumpe, insbesondere eine Heizungsumwälzpumpe, mit einer integralen oder externen Steuerung/Regelung, die konfiguriert ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Demzufolge ergeben sich für die erfindungsgemäße Kreiselpumpe dieselben Vorteile und Eigenschaften, wie sie bereits anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführlich dargelegt wurden. Auf eine wiederholende Beschreibung wird aus diesem Grund verzichtet.In addition to the method according to the invention, the present invention also relates to a centrifugal pump, in particular a heating circulation pump, with an integral or external control/regulation that is configured to carry out the method according to the invention. As a result, the centrifugal pump according to the invention has the same advantages and properties as have already been explained in detail with reference to the method according to the invention. For this reason, a repeated description is omitted.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgend anhand der mittels der Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben werden. Es zeigen:
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1 : eine Diagrammdarstellung des Drehmomentes eines Pumpenantriebsaggregates gegenüber der Drehzahl für unterschiedliche Pumpenzustände, -
2 : eine exemplarische Darstellung des zeitlichen Drehmomentverlaufs nach Überlagerung mit einem periodischen Signal für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und -
3 : eine exemplarische Gegenüberstellung der mit einem periodischen Signal überlagerten Soll-Drehzahl sowie des resultierenden Drehmomentverlaufs über der Zeit.
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1 : a diagram showing the torque of a pump drive unit versus the speed for different pump conditions, -
2 : an exemplary representation of the temporal torque curve after superposition with a periodic signal for the execution of the method according to the invention, and -
3 : an exemplary comparison of the target speed superimposed with a periodic signal and the resulting torque curve over time.
Insgesamt ist erkennbar, dass mit zunehmender Drehzahl die Abweichung zwischen de Drehmoment PDry bei Trockenlauf und dem Drehmoment PQ0 bei ordnungsgemäß befüllter Pumpe größer wird, das beschriebene Verfahren funktioniert bei mittleren und hohen Drehzahlen daher sehr genau. Insbesondere im Bereich geringer Drehzahlen, bspw. bei der mit dem Bezugszeichen 1 markierten Drehzahl, sind die Drehmomentunterschiede bzw. Unterschiede in der Leistungsaufnahme zwischen befüllter Anlage mit geschlossenem Ventil und unbefüllter Anlage sehr gering bzw. teilweise kaum existent. Eine zuverlässige Unterscheidung, ob tatsächlich Trockenlauf vorliegt oder ob nur das Ventil geschlossen ist, ist in diesem Drehzahlbereich schwierig.Overall, it is clear that as the speed increases, the deviation between the torque P Dry when running dry and the torque P Q0 when the pump is properly filled increases. The method described therefore works very precisely at medium and high speeds. Particularly in the low speed range, for example at the speed marked with reference number 1, the torque differences or differences in power consumption between the filled system with a closed valve and the unfilled system are very small or in some cases almost non-existent. It is difficult to reliably distinguish whether dry running is actually occurring or whether the valve is just closed in this speed range.
Zur Lösung des vorgenannten Problems wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Soll-Drehzahl der drehzahlgeregelten Kreiselpumpe kurzfristig zu erhöhen, bspw. auf den in der
Da bei bestimmten Prozessen möglicherweise bereits eine temporäre Drehzahlerhöhung im oben vorgeschlagenen Umfang nicht erlaubt sein kann, kann das Verfahren alternativ eine Anregung der Soll-Drehzahl mit einem periodischen Signal vorsehen, was nicht nur eine Trockenlauferkennung ermöglicht, sondern wodurch auch Informationen zum geförderten Medium gewonnen werden können.Since a temporary increase in speed to the extent suggested above may not be permitted in certain processes, the method can alternatively provide for an excitation of the target speed with a periodic signal, which not only enables dry running detection, but also allows information on the pumped medium to be obtained.
Es wird vorgeschlagen, im Rahmen einer Parameteridentifikation die aktuelle Soll-Drehzahl mit einem periodischen Signal zu beaufschlagen, um dann die Phasenverschiebung zwischen dem Soll-Drehzahlverlauf und dem sich einstellenden (gemessenen oder geschätzten) Drehmomentverlauf zu betrachten. Alternativ kann auch die Amplitude des gemessenen oder geschätzten Drehmomentverlaufs betrachtet werden.It is proposed to apply a periodic signal to the current target speed as part of a parameter identification in order to then observe the phase shift between the target speed curve and the resulting (measured or estimated) torque curve. Alternatively, the ampli tude of the measured or estimated torque curve.
Bei der drehzahlgeregelten Kreiselpumpe stehen die aktuelle Ist-Drehzahl und das Ist-Drehmoment als Schätzwerte von der Motor-Regelung zur Verfügung. Die Phasenverschiebung bzw. die Amplitude des Drehmoments sind abhängig von der Trägheit der bewegten Maschinenteile, bspw.: Laufrad, Welle, etc. (bekannt) sowie das Fördermedium (zu bestimmen). Das Verfahren kann in zwei Schritte unterteilt werden.In the case of the speed-controlled centrifugal pump, the current actual speed and the actual torque are available as estimated values from the motor control. The phase shift or the amplitude of the torque depend on the inertia of the moving machine parts, e.g. impeller, shaft, etc. (known) and the pumped medium (to be determined). The process can be divided into two steps.
Schritt 1: Erfassen der Phasenverschiebungen bzw. Drehmomentamplitude im Normalzustand. Der Schritt 1 erfolgt im Labor. Hierbei werden bei definiertem Referenzmedium und bei Referenztemperatur unterschiedliche Betriebspunkte angefahren (diverse Drehzahl/Drehmoment-Kombinationen) und die Soll-Drehzahl von einem höherfrequenten Signal überlagert (bspw. 10 Hz). Für jeden dieser Betriebspunkte wird die Phasenverschiebung zwischen dem Verlauf der Soll-Drehzahl und dem Drehmomentverlauf oder alternativ die Drehmomentamplitude aufgezeichnet. Das dadurch entstehende Kennfeld wird in der Pumpe hinterlegt.Step 1: Recording the phase shifts or torque amplitude in the normal state. Step 1 takes place in the laboratory. Different operating points are approached with a defined reference medium and at a reference temperature (various speed/torque combinations) and the target speed is superimposed by a higher frequency signal (e.g. 10 Hz). For each of these operating points, the phase shift between the target speed curve and the torque curve or alternatively the torque amplitude is recorded. The resulting characteristic map is stored in the pump.
Schritt 2: Erkennen unterschiedlicher Parameter im FeldStep 2: Identifying different parameters in the field
Während die Pumpe läuft, wird in regelmäßigen Abständen oder einmalig auf Anfrage die Soll-Drehzahl mit dem gleichen höherfrequenten Signal wie zuvor im Labor überlagert und die Phasenverschiebung zwischen dem Soll-Drehzahlverlauf und dem gemessenen/geschätzten Drehmomentverlauf bzw. alternativ die Drehmomentamplitude des Drehmomentverlaufs aufgezeichnet. Sollte die Phasenverschiebung bzw. die Drehmomentamplitude deutlich niedriger sein als der im Labor aufgezeichnete Referenzwert für die Phasenverschiebung, so kann dies als Hinweis auf das Vorliegen eines Trockenlaufs gewertet werden. Ferner kann die Phasenverschiebung Aufschluss auf eine von der Referenz abweichende Dichte ober Temperatur des Mediums bzw. ein falsches Mischungsverhältnis geben.While the pump is running, the target speed is superimposed at regular intervals or once on request with the same higher frequency signal as previously in the laboratory and the phase shift between the target speed curve and the measured/estimated torque curve or alternatively the torque amplitude of the torque curve is recorded. If the phase shift or the torque amplitude is significantly lower than the reference value for the phase shift recorded in the laboratory, this can be interpreted as an indication of dry running. The phase shift can also provide information about a density or temperature of the medium that deviates from the reference or an incorrect mixing ratio.
Exemplarisch zeigt
Der Mittelwert der Drehmomentverläufe 30 ist identisch. Das bedeutet, die Informationen der Massenträgheit wäre bei statischer Soll-Drehzahl (ohne Beaufschlagung eines periodischen Signals) nicht erkennbar.The mean value of the torque curves 30 is identical. This means that the information on the mass inertia would not be recognizable at a static target speed (without the application of a periodic signal).
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