CN101802413B - 用于监测能量转换装置的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于检测如泵机组、压缩机等能量转换装置的方法。所述能量转换装置由多个功能相互关联的功能单元组成。其中，以一定的时间间隔自动采集和/或计算至少一个功能单元的与性能相关的参数，并相互比较这些参数，或者与由这些参数导出的值和/或与给定的值进行比较。根据该比较产生相应的信号，通过该信号可以给出功能单元或整个装置的效率下降的情况。

Description

用于监测能量转换装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于监测能量转换装置的方法，所述能量转换装置由多个在功能上相互关联的功能单元组成。在本发明的意义下，这种能量转换装置可以是例如电驱动离心泵机组、电驱动压缩机和为此而配备的设备等等。它们由多个功能上相互关联的功能单元组成，例如电动机和离心泵、电动机和挤压泵或者内燃机和发电机。目前，这种能量转换装置几乎应用于所有的技术领域，而且还应用于家庭领域。

背景技术

尽管人们在资源日益紧缺的状况下始终努力建造以尽可能高的效率长时间工作的机械、设备或其他的能量转换装置，但在实际中却常常出现这样的问题，即开始时的高效率降低，而装置仍在继续运行，尽管它们早已不再具有所希望的效率。在例如供热循环泵或冰箱中可以观察到这些现象。通常只有当损坏非常明显或装置完全不能正常服务时，才会进行更换。

但是在许多这样的情况下，提前更换这些装置或者至少替换或修复已经损坏的或无法良好工作的功能单元是有经济意义的。

尽管在DE-A-102007009301中已知一种用于现有技术中的泵的这样的方法，其中，在泵运行期间借助调节器由转速和事先以列表的形式存储的值来确定流量值，并将其与流量阈值进行比较，但在那里所描述的监测用于确定危险的运行状态，而不是用于监测效率。

EP-A-1564411公开了一种现有技术中的方法，用于监测泵的正常运行。

发明内容

在此背景下，根据本发明的解决方案提出了一种改进的用于监测能量转换装置的方法，所述能量转换装置由多个功能上相互关联的功能单元组成，该方法特别是不仅能够采集错误状态而且还能够采集效率的降低。此外还提出一种用于实施本发明的方法的能量转换装置。

在本发明的方法中，以一定的时间间隔自动采集和/或计算至少一个功能单元的与性能相关的参数，并将它们相互比较，或与由所测定的参数导出的值和/或与给定的值比较，并根据该比较产生相应的信号。然后根据该信号可以确定装置是否仍在以所期望的功效在工作；或者，一个或多个功能单元所产生的效率是否不足或者以已经降低的效率在工作，并由此确定所述装置是否需要维修或更换，以及以一定的时间间隔自动采集和/或计算至少两个功能上相互关联的功能单元的与性能相关的参数，其中，一个功能单元的与性能相关的输出参数或由该输出参数导出的参数构成在功能上位于该功能单元下游的功能单元的与性能相关的输入参数。

此外，本发明还提出了相应于本发明方法的具有电动机和由其驱动的离心泵的离心泵机组、具有电动机和由其驱动的挤压泵的压缩机机组、具有电动机、由该电动机驱动的挤压泵、蒸发器和冷凝器的冷却机组以及具有燃烧器和至少一个可由其加热的水循环的供热设备。

根据本发明的方法的基本思想在于，以一定的时间间隔至少就一个功能单元的效率来进行监测，并借助信号来报告监测结果或自动进行评估。在此，以最简单的形式在时间间隔内自动采集功能单元的与性能相关的参数，并与给定值、与先前测定的值或由其导出的值进行比较。因此，例如可以通过将紧接在装置开始运行后测定的该装置的一个功能单元的与性能相关的参数与给定值进行比较，来确定是否确实达到了生产设计性能。然后，可以其它优选较大的时间间隔通过比较确定至少一个与性能相关的参数，以确定功能单元的效率是否恶化以及恶化到何种程度。在此，根据本发明，具有优点的是，不仅可以监测一个功能单元，而且还可以适宜地以预先规定的方式整体监测主要决定装置的效率的所有功能单元。通过监测性能特征以及相应的信号处理，能量转换装置，即特别是机组、机器或设备能够自学习地测定和显示它的独特的性能特性、由此得出的运行特性和预期寿命等等。

在本发明的意义下，与性能相关的参数是与功能单元的性能特性有着某种关联的参数。因此，例如在不连续工作的机组的情况下，如冰箱的压缩机，开机-关机过程的时间变化也可以是在本发明意义下的与性能相关的参数。

以下的描述和附图给出了根据本发明方法的优选实施方式以及按照根据本发明的方法工作的装置。

根据本发明的优选扩展，以一定的时间间隔自动采集和/或计算至少两个，优选全部功能上相互关联的功能单元的与性能相关的参数，在此一个功能单元的与性能相关的输出参数或由此导出的参数形成在功能上位于该功能单元下游的功能单元的与性能相关的输入参数。

通过这种关联，可以在计算时使用数学模型，并在仅有相对较少的待测量参数的基础上有效地确保上述监测任务。

如果功能单元始终在相同的运行点工作，则可以相对简单地对装置或至少对装置的单独的功能单元进行根据本发明的效率监测，因为通常一个测量值就足够确定各单元的常规的或者下降的性能/效率。但是，如果监测能量转化装置则是比较复杂的，例如供热循环泵。这种机组通常由功能单元电动机和离心泵组成，其中，离心泵不断地改变它的运行点（Betriebspunkt），因为供热设备的管网电阻会由于外界的影响而变化。为了在这里有一个可比照的与性能相关的参数，可以相宜地使用在电动机和泵之间的接口上根据电动-机械电机模型以及基于机械-液压泵模型所得到的参数，以便利用这种方法确定泵机组的性能水平。还可以通过以下方式来确定泵机组的性能水平：确定泵的两个液压值，通常是输送量和扬程，并通过相应的模型计算使之与由电动机给出的机械功率等效。

特别具有优点的是，在这种运行点不断地变换，并由此假设在随着时间的推移而间隔进行的测量中，所有的预设都在不同的运行点之后再次达到的装置中，在短暂的时间间隔内进行多次测量，并根据这样测定的运行点来确定在功能单元之间的接口上的与性能相关的面曲线（Flaechenverlaeufe）或多维面曲线，并与先前确定的进行比较。在此，优选使用Kálmán-滤波器来对这些计算出的表面进行近似，因而可以利用相对较少的测量来足够精确地确定各确定性能的面。这样，就可以将在特定的运行点中的这种在较长的时间间隔内确定的面之间的间隔或在面之间张开的体积作为效率变化（典型的是效率下降）的度量。

优选在装置正常运行期间，也就是在泵机组进行常规的输送运行期间执行根据本发明的方法，其中，根据设备类型，采集近乎同时的运行点以确定面曲线的时间间隔可以位于例如以分钟为单位的范围中，而在此之后进行的比较测量的时间间隔则可以位于以天、星期或月为单位的范围中。例如，在供热循环泵中的间隔可以相对较长，而在压缩机、尤其是在冰箱中较短的间隔是适宜的，因为利用这种监测方法，不仅可以检测到效率下降，还可以检测到装置可能的可预料到的故障。

因此，测定用于比较的与性能相关的参数的时间间隔不仅依赖于机器类型，还依赖于使用目的。但是这种比较适宜地在先前采集的参数或给定值的基础上进行，在此后一种方法的优点在于，在投入运行时就已经能够检测出损坏的功能。

如果首先采集确定电动机输入功率的电动机的电气参数和至少一个确定泵的液压运行点的参数并存储，为了过后的比较测量而长时间地等待，直到重新达到该先前采集的液压运行点，此时采集确定电动机输入功率的电动机的参数并与该首先存储的参数进行比较，则按照本发明的方法可以小得多的测量技术和运算上的开销来实现。这样就可以进行直接比较，而无需测定运行点的偏差并由此确定上面提到的面曲线。

替代地，如果对所采集到的参数基于数学的电动机模型和/或数学液压泵模型进行变换，也就是换算为不依赖于运行点的参数，然后与所存储的参数比较，或者反之，从而也能够不依赖于运行点来比较确定性能的参数，则还可以在设备的任意运行点采集过后用于比较测量的参数。

优选在预定时间结束之后才应用根据本发明的方法，在此，该预定时间至少等于机组的启动时间，尤其是泵机组的启动时间。这是有意义的，以便于调整机组的机械部件，克服可能的支架中的启动阻力，并可以在启动时间之后首先达到近乎静止的运行状态，这种状态构成确定设备正常性能特性的基础，由此在以后仅需检测与这种状态的偏差。

在这里特别有利的是，在预定时间结束之后，即典型的是启动时间结束后，自动采集至少一个运行特征，并在考虑可能的所测定的效率变化的情况下确定预期的能量损耗并通过合适的方式显示。利用该方法可以在启动时间之后自动测定，机组在功率/效率方面是否满足给定的值，或者此外可以预料到哪一个由于效率下降而会改变能量损耗。

根据基于本发明的方法的有利的改进方案，对于比较测量而言不要求达到相同的运行点。更确切地说，可以借助多个运行点确定与功能单元的性能相关的具有多维模型特征的面曲线并将其存储，然后以时间间隔重新确定这样的面曲线并存储，并与先前确定的面曲线进行比较，这样，可以将在预定运行点或运行区域内的面曲线的间隔或在面曲线之间张开的体积用作效率变化的度量。这种分析尤其具有优点，因为该分析可以在连续的运行中进行而无需干扰机器的运行行为。尤其在例如作为供热循环泵使用的离心泵机组中，这种方法的优点在于能够在通常不断变化的运行点上进行。为了根据运行点确定面曲线，优选使用Kálmán-滤波器。这种迭代法使得只利用相对较少数量的测得的运行点就能够足够准确地确定面曲线，以检测在此提到的偏差并量化地确定。

原则上可以利用根据本发明的方法监测任意的由多个功能上相互关联的功能单元组成的能量转换装置。在离心泵机组、压缩机、供热设备、冰箱和冷冻箱等设备中使用该方法尤其有利，这些设备通常可以运行几年或几十年而没有明显的效率损失或故障。因此，根据本发明的监测方法不仅适用于探测和报告运行恶化，还适用于探测和报告效率下降，这使得机组或至少机组的一个功能部件的提前更换显出经济上的意义，而且特别有利的是，例如在冷冻箱或冷柜中，可以报告所预期的机组故障，以便于及时地留意进行替换。在停机会带来经济后果的大型机械中，为了及时地事先报告即将发生的故障，也可以适宜地使用根据本发明的方法。此外可以理解的是，要适当地预设相应的特征值，这些特征值是在实验室试验中事先测定的，因此能够根据机器的效率变化或性能变化曲线至少粗略地确定故障时间。

优选还在现代化机组中本身已有的数字电子控制及调节电子电路中以软件程序的形式来实现根据本发明的方法。在泵机组和压缩机中，这种电子控制及调节电子电路不仅可以设置在机组本身中，还可以设置在机组的接线盒或接线箱中。

优选在具有电动机和由其驱动的离心泵的离心泵机组中，将根据本发明的方法应用到设置在此处用于监测机组的至少一个功能单元的性能特性的装置中。在具有电动机和由其驱动的挤压泵的压缩机机组中，也可以设置这种按照根据本发明的方法工作的装置，用于监测性能特性，尤其用于效率的采集和监测。在具有电动机、由电动机驱动的挤压泵、蒸发器和冷凝器的冷却机组中可以配备用于监测性能特性的装置，所述装置按照根据本发明的方法工作，在此，对性能特性的监测不仅包括电动机和挤压泵，还有利地包括蒸发器和冷凝器。

尤其是在冰箱中，可以通过监测装置安装之后压缩机的运行时间来确定效率的降低。这例如可以通过确定压缩机在24小时内的运行时间，然后例如在6个月之后，与那时所取得的24小时内的运行时间比较来实现。以最简单的方式假设，在周围环境和用户行为不变的基础上，增加的启动时间受设备效率损失的限制。更准确地结论则通过分析压缩机运行时间的时间变化得出。

以类似的方法可以在供热设备中设置用于监测燃烧器和至少一个可由其加热的水循环的性能特性的装置，以这种方式例如可以采集初级热交换器的燃烧残余和由此带来的效率损失。因此，在这里还可以通过安装相应的信号灯来对所需要的清洁服务给出指示，这种指示可以依需求来确定。

所述装置可以相宜地设计为，在机组或设备开始运行后的预定的时间之后自动开始采集和存储用于监测性能特性的相关参数，特别是用于性能测定及监测的相关参数，并在测量时间间隔内再次采集这些参数，然后与之前存储的参数和/或原来存储的参数进行比较并显示可能的不允许的较高的偏差。因此，根据本发明的改进方案，优选所述装置具有测量值存储器，其中至少存储测量开始时采集的参数或由此导出的参数。

相宜地利用根据本发明的方法有可能监测机器的全部。但是仅监测机器的一个功能单元也是足够的。如果机器具有一个通常明显会由于磨损或其他方面的原因而先于所有其他功能单元失灵的功能单元，则这是特别有意义的。

尤其具有优点的是，对能量转换装置（即机器、机组或设备）的多个或优选全部的功能单元进行采集，以在效率降低的情况下能够有针对性地将其与一个或多个功能单元相对应，从而有针对性地只修复或更换该一个或多个功能单元。这尤其对于大型机器具有经济意义。

附图说明

下面即将根据附图中所示的实施例对本发明做出说明。附图中示出了：

图1使用图解示出了利用性能面工作的根据本发明的监测方法的基本原理，

图2a借助离心泵机组示出了如图1所示的监测方法，

图2b示出了另一种用于离心泵的监测方法，

图2c示出了用于离心泵的监测方法的另一种变形，

图3借助压缩机示出了监测方法，

图4借助冷藏设备示出了监测方法，和

图5借助供热设备示出了监测方法。

具体实施方式

如图1举例所示，示出了用于大量机器、设备和机组的由功能单元1和2组成的能量转换装置。在所示出的实施例中，功能单元1和2彼此独立地被监测。在此，首先根据一个或多个变量采集一次由功能单元1接受的功率P₁并存储，如图1中附图标记3所示。变量由和构成，因此以附图标记3示出的面在输入端相当于功能单元1的能量平衡。相应地在输出端产生也与变量相对应的功率P₂。该面以附图标记4示出。功能单元1和2是例如通过轴而在功能上相互关联的，因此图示4和图示5相同，在此图示5根据变量即根据变量和相应于在功能单元2输入端上的能量平衡定义功率P₂。在功能单元2的输出端产生与相关的功率P₃，如图示6所示。

在所述方法的开始确定图示3到6中用阴影表示的面。这可以在工厂中实现，或者也可以在一定时间之后在运行中才进行。这可以作为初始化过程实现或者也可以在运行期间进行。在每种情况下都在时刻t₁进行，如果采集多个运行点，t₁也可以表示时间范围。

然后在时刻t₂以同样的方式在功能单元1的输入端、功能单元1的输出端、功能单元2的输入端和功能单元2的输出端建立能量平衡。相应的图示标记为3′、4′、5′和6′。，通过比较在时刻t₂（同样也可以是时间范围）所确定的参数或面和在时刻t₁所测定及存储的参数或面，可以采集各功能单元1、2的效率下降，在此，确定在预定的运行点的在3和3′、4和4′、5和5′以及6和6′中阴影面之间的间隔，或者确定在这些面之间张开的体积，并且在超过预定的值时产生信号，使得用户可以察觉在机器中发生了效率下降，这种效率下降适宜地显示出：或更换，或维修，或立即更换，或立即维修。在这里，可以通过将值进行分级来产生不同的信号，例如，第一警告信号指出效率降低超过了一定的值；第二警告信号指出需要进行更换或维修的效率降低。由于功能单元1和2彼此相互监测，因此还可以确定，哪一个功能单元对效率减少负有全部责任或部分责任。

在具体应用中所能看到的例如在图2a、图2b和图2c中示出。在这里示出的、为耗电器7供电的装置由电动机1a和泵2a组成。电机1a接收的电功率以P₁给出。电机1a在转速为ω_r时将该电功率转换为转矩T_e。位于电动机1a输出端的机械功率P₂与在泵2a输入端的机械功率P₂相同，该机械功率P₂在泵内被转换为液压功率P₃，液压功率P₃由泵在抽吸侧和受压侧之间产生的压差Δp和通过泵的流量q来确定。为了完整地监测图2a中由电动机1a和泵2a组成的装置，确定每一个接口处的面是适宜的，该面包括在每一个可能的运行点中的各功能单元的功率，具体地说，在同一功能单元的输入端和输出端的功率。

因此下面给出了形式化的关系式：

变量：

q：通过泵的流量（m³/h）

Δp：泵产生的压差（bar）

ω_r：泵运行时轴的转速（U/sec）

Te：轴的扭矩（Nm）

V：电源电压（V）

I：电源电流（I）

电源电压V和电源电流I之间的角度（U）

ω_e：电源频率[转/秒（U/sec）

P₁：电动机的输入电功率（W）

P₂：电动机轴的机械功率（W）。功率P₂与电动机的转差率（Schlupf）s成正比，即P₂∝s。

P₃：泵的液压功率（W）

η_m：电动机效率：

η_p：泵效率。

这些变量之间的关系如下：

$s=\frac{{\mathrm{\ω}}_e-{\mathrm{\ω}}_r}{{\mathrm{\ω}}_e}$

P₁＝VIcos(φ)

P₂＝ω_rT_e

P₃＝kqΔp

${\mathrm{\η}}_m=\frac{P_2}{P_1}$

${\mathrm{\η}}_p=\frac{P_3}{P_2}.$

因此，根据图示8在所有的运行点定义电动机功率的面的数学描述由下面的公式给出：

$P_1({\mathrm{\ω}}_e,s)=v_s\·[{\mathrm{IR}}_s+J{\mathrm{\ω}}_e(L_{\mathrm{ls}}+L_m)-J{\mathrm{\ω}}_e{L}_m{(\frac{R_r}{s}+J{\mathrm{\ω}}_e(L_{\mathrm{lr}}+L_m))}^{-1}{J{\mathrm{\ω}}_e{L}_m]}^{-1}{v}_s$

(公式8)

其中，前提是，电源电压由向量 $\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{sd}}\\ v_{\mathrm{sq}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{K}_1{\mathrm{\ω}}_e+K_0\\ 0\end{array}\right]$ 给出。R_s（定子电阻）、L_is（定子的感应损失）、L_m（磁感应）、L_ir（转子的感应损失）、R_r（转子电阻）和J（矩阵 $\left[\begin{array}{cc}0& -1\\ 1& 0\end{array}\right]$ ）是电动机的常数。

根据图示9，泵2a输入端的功率可以公知地通过泵方程式描述为:

P₂＝(q,ω_r)＝-a_p2q²ω_r+a_p2qω_r ²+a_p0ω_r ³+Bω_r ²   （9）

其中，常数a_T2、a_T1、a_T0和B是泵常数。

根据图示10，泵2a输出端的功率可以通过下列方程式描述：

P₃＝(q,ω_r)＝-a_p2q³+a_p2qω_r ²+a_p0qω_r ²+p_offsetq   （10）

此方程式中的常数为a_p2、a_p1、a_p0和p_offset。

借助图2a中的图示8、9、10示出的三维面在时刻t₁被采集并存储，这些面分别描述位于功能单元1a和2a之前、之中和之后的接口处的性能。采集通常在正常运行期间的一个短时间段内进行，该时间段与监测间隔（从T₁到t₂的时间）相比小到可以忽略不计，由此在较长的时间段后，即到达时刻t₂，采集过程将重复进行，从而得到根据图示8′、9′、10′的面。在此在时刻t₁和t₂将面8和8′、9和9′以及10和10′相互比较。如果这些面相互一致，则机组没有改变地工作。而当在一个运行点中这些面中有两个面彼此相间隔时，则这些功能单元中有一个功能单元的性能特征发生了变化，通常是恶化。因此如果例如确定出根据图示10和10′的面之间存在间隔，而其余的面相一致，则由此可以判断，虽然电动机1a以未降低的效率工作，但是在泵2a中则出现了效率改变的过程。相反，从根据图示9和9′的面的变化可以推断出泵的性能特性不变，而电动机的效率变化。

在如图2a所示的监测中，在每个功能单元1a和2a的前面和后面进行性能监测。但这可以根据应用取消。也不必强制性地确定表示输入功率或输出功率的多维的和具有模型特征的面曲线（如由图图示8、9、和10所定义的），而是可以如根据图2b中的实施例所说明的那样，例如，根据图2a中的图示10，在功率P₃的位置替代地确定液压功率特性，即由泵2a施加的、与运行转速ω_r和流量q有关的压差。在时刻t₁对该压差进行采集和存储。在图示10a中举出的多维面以及图示10a’中在时刻t₂举出的面通过下面的公式定义：

Δp(q,ω_r)＝-a_p2q²+a_p2q¹ω_r+a_p0ω_r ²+p_offset。      （10a）

在图2c中示出了对这种由功能单元1a和2a组成的泵机组进行监测的另一种可能性。如图示11所示，在此处采集根据图示8a的与ω_e和Q有关的功率P₁，并在t₁与t₂之间的时间间隔内与根据图解8a′的相应功率进行比较。在此处还根据Δp和ω_r确定功率P₂，如图示9a和9a′所示。最后，在如图2c所示的监测方案中，直接监测电动机的效率η_m以及泵的效率η_p，如图示11a和11b以及11a′和11b′所示。这些区别仅说明，如在此借助由功能单元电动机1a和泵2a组成的离心泵机组所说明的，对整个装置或装置的功能单元的性能特性的监测有多种可能性。

电动机的效率η_m是P₂和P₁的商并与电源频率ω_e和电动机的转差率s有关。在图2c的图示11a中，利用直方图中的面来描述在每个运行点的电动机的效率。在图示9a中示出了与Δp和q有关的功率P₂。由此得出与泵转速（ω_r）和供应量q有关的泵的效率η_p，在图示11b中示出的面对此做了说明。在图示8a中，同样以面的形式示出了与电源频率和泵的流量有关的电动机1a的功率P₁。与图1类似，借助面8a、9a、11a和11b示出的功率或效率在时刻t₁被测定并被存储，而在时刻t₂确定相应的比较面，在此，将图示11a和11a′以及11b和11b′中的面的间隔作为效率变化的度量。例如，就一个运行点来说，如果泵2a的效率在时间t1到t2的运行期间由于轴承损坏而下降，那么在图示11a和11a′中的面相互交错地存在；而在图示11b和11b′中的面则相互之间将具有明显的间隔。替代该间隔，还可以定义体积。

如图3示例性所示，利用根据本发明的方法可以监测压缩机。压缩机具有电动机形式的功能单元1b和由其驱动的、挤压泵形式的功能单元2b，该挤压泵用于供应用户7b。在这里，同样在时刻t₁测定根据图示12的表示电动机功率的面以及根据图示13的表示表泵功率的面并进行存储，并在一时间间隔后，例如到达时刻t₂，根据到达时刻t₂时的当前值测定相应的根据图示12′和13′的面，并与已存储的面进行比较，在此，这里也把根据图示12和12′以及13和13′的面的间隔和在面之间所撑开的体积作为效率恶化的度量。计算上的关系如下：

p_in：压缩机的输入压力（bar）

p_out：压缩机的输出压力（bar）

T_in：压缩机的输入温度（°K）

T_out：压缩机的输出温度（°K）

ω_r：压缩机驱动轴的转速（U/sec）

P₁：电动机接收的电功率（W）

P₂：驱动轴上的功率（W）。功率P₂与电动机的转差率s成正比，即P₂∝s。

此外，下面的数学关系式成立：

P₂＝ω_rT_e

$\frac{n-1}{n}=\frac{\ln \left(T_{\mathrm{out}}\right)-\ln \left(T_{\mathrm{in}}\right)}{\ln \left(p_{\mathrm{out}}\right)-\ln \left(p_{\mathrm{in}}\right)}.$

因此在一个绝热的压缩周期中，功率P₂由下面的公式得出：

$P_2=k_0{\mathrm{\ω}}_r{p}_{\mathrm{in}}\ln \left(\frac{p_{\mathrm{out}}}{p_{\mathrm{in}}}\right)+k_1{{\mathrm{\ω}}_r}^2+k_2{{\mathrm{\ω}}_r}^3---\left(13\right)$

其中k＝ΔV/(2π)。

如果在压缩机循环中绝热过程没有结束，则功率P₂由下面的公式得出：

$P_2=k_0{\mathrm{\ω}}_r{p}_{\mathrm{in}}({\left(\frac{p_{\mathrm{out}}}{p_{\mathrm{in}}}\right)}^{\frac{n-1}{n}}-1)+k_1{{\mathrm{\ω}}_r}^2+k_2{{\mathrm{\ω}}_r}^3$

其中，k＝ΔVn/(n-1)/(2π)，其中，n为不等于1的常数并描述在压缩期间的热通量。如果绝热过程在常温下结束，n同样可以被设为常数。表达式n/(n-1)由下面的公式得出：

T_out＝T_in(P_out/P_in)^(n-1)/n

这意味着，这个表达式可以借助温度T_in、T_out以及压力P_out、P_in如下确定：

$\frac{n-1}{n}=\frac{\ln \left(T_{\mathrm{out}}\right)-\ln \left(T_{\mathrm{in}}\right)}{\ln \left(p_{\mathrm{out}}\right)-\ln \left(p_{\mathrm{in}}\right)}.$

可以利用与上述方程式（8）所说明的类似的方法监测电动机功率P₁。

图4示出了用于冰箱的根据本发明的方法，冰箱由电动机1c和挤压泵2c组成，在挤压泵2c的出口处设置蒸发器3c，蒸发器3c通过节流阀4c与冷凝器5c连接，而冷凝器5c的出口则与泵2c的入口管道连接。冷藏室标记为7c。

在此系统中给出下列变量：

T_l：蒸发器3c出口处的温度

T_h：冷凝器5c入口处的温度

T_box：冷藏室7c内的温度

T_amb：环境温度

Q₁：冷却功率

Q₂：发送到环境中的功率

W：泵2c给出的功率

ω_r：电动机轴的速度（U/sec）

T_e：转矩（Nm）

P₂：电动机给出的机械功率

这些变量具有下述数学关系：

P₂＝ω_rT_e

$T_{\mathrm{eq}}=\frac{T_h-T_l}{T_l}\·(T_{\mathrm{amb}}-T_{\mathrm{box}}).$

根据图示14的描述电动机1c功率的面与根据图3中的图示12或根据图2a中的图示8所描述的面相应。对于定义功率P₂和P₃的面给出下列关系式：

$P_2=R_{\mathrm{th}}\·\frac{T_h-T_l}{T_l}\·(T_{\mathrm{amb}}-T_{\mathrm{box}})+K_{\mathrm{\ω}}\·{\mathrm{\ω}}^3---\left(15\right)$

$P_3=R_{\mathrm{th}}\·\frac{T_h-T_l}{T_l}\·\left(T_{\mathrm{amb}-T_{\mathrm{box}}}\right).---\left(17\right)$

在这里，方程式15描述了压缩机入口处的功率P₂，而方程式17描述了压缩机出口处的功率。特别是图示17表明，为确定位于功能单元接口处的功率而要确定的面可以是两维或多维的。根据图示17的面是两维的，也就是一条线。此处所描述的其他的面则全部是三维的。还可以理解为，根据待监测的机器的类型及其背后的数学物理关系，这些面在需要时也可以超过三维。

此处也可以用类似的方法进行监测，其中，根据图示14、15和17在时刻t₁确定在功能单元接口处的功率所给出的面，以及在时间间隔后在时刻t₂时再次确定（由此得到根据图示14′、15′和17′的面），以便通过确定这些面的间隔或在这些面之间所撑开的体积来确定功能单元1c和2c中的哪一个的效率下降以及下降到了何种程度。

最后，如图5所示，根据本发明的监测方法可用于供热设备的初级循环。供热设备具有燃烧器20，用于在燃烧室21中加热管道22中的水。由燃烧器20加热的水被引导进入供热设备的初级循环中，并在散热后到达热交换器23，从燃烧室21分离出的废气在热交换器23中将热量发送到水中。废气则通过出口24排放到露天。这个系统中的变量有：

q：通过管道22流动的水的容积流量

废气质量

T_w，out：从管道22流出的水的温度

T_w，in：进入管道22的水的温度

T_g，out：在排放口的废气的温度

T_g，in：燃烧温度

T_amb：环境温度

P₁：通过燃料在系统中获得的功率

P₂：通过水从系统中带走的功率。

这里给出下列关系式：

P₂＝ρ_wqC_pw(T_w，out-T_w，in)

其中，ρ_w是水的密度，C_pw是水的特有的热容量。在此要计算的面如下给出，并在时刻t₁利用图示16示出，在时刻t₂时利用图示16′示出：

$P_2=\stackrel{\‾}{P}-{\stackrel{\‾}{\stackrel{\·}{m}}}_g{C}_{\mathrm{pg}}{T}_{w,\mathrm{in}}-{\stackrel{\‾}{\stackrel{\·}{m}}}_g{C}_{\mathrm{pg}}({\stackrel{\‾}{T}}_{g,\mathrm{in}}-T_{w,\mathrm{out}})e^{\frac{\mathrm{UA}}{{\stackrel{\‾}{\stackrel{\·}{m}}}_g{C}_{\mathrm{pg}}}-\frac{\mathrm{UA}}{q{\mathrm{\ρ}}_w{C}_{\mathrm{pg}}}}+{\stackrel{\‾}{\stackrel{\·}{m}}}_g{C}_{\mathrm{pg}}{\stackrel{\‾}{T}}_{\mathrm{amb}}---\left(16\right)$

其中，C_pg和C_pw是废气的特有的热容量，U是热传输系数，A是燃烧器20和管道22之间的热传输面积。在此，通过废气排出的功率和废气的质量流设为常数，同样还有环境温度如果需要，还可以用较简单的方法通过测量来测定这些参数。

如上述实施例所述，根据本发明的方法可以用于各种不同的装置，如机组、机器和设备，通过这种方法可以有利地不断地测定多维的面，这些面分别定义了在每个任意的运行点，在功能单元相互之间的接口处的功率，如果将这些在不同时刻的面（如t₁和t₂）相互比较，则因此获得了用于功能单元的功率特性以及用于对整个装置进行相应地评估的准确度量。需要说明的是，时刻t₁和t₂在这里仅仅是举例，用于帮助理解，适宜的是在时刻t₁所测定的值始终被存储，以便能够与后来所测定的值进行比较，但是这并不排除也存储中间值以便于必要时还可以采集变化的速度。还可以在相应的分析装置中对这些参数进行分析。就这一方面而言，特别可以参考专利文献EP 1 564 411A1，其中详细描述了可比较的分析。

在此要指出，在以上所述的实施例中，为了确定功能单元接口处的功率平衡，始终在使用两维或多维的面，因为这能够使得分析实际上不再依赖于相应的运行点。在基本不变的运行点的情况下，这种分析也可以简化地进行，其中，将在时间间隔内的各参数相互比较，通过比较可以间接或直接推导出效率。优选在运行期间确定在此提到的两维或多维的面，其中，利用合适的迭代法尝试在尽可能少的不同的运行点获得面的高精度。特别可以使用Kálmán滤波器实现这一目的，如在前面所述。但是也可以使用其他合适的迭代法。还可以考虑，例如在泵机组中，有针对性地进入特定的运行点，以便以尽可能高的精度采集表示功率平衡的面，或者通过有针对性地进入所限定的运行点而可以放弃对面的测定。

Claims (16)

1.一种用于监测带有电动机的循环泵机组的方法，所述循环泵机组由多个功能上相互关联的功能单元组成，其中，以一定的时间间隔自动采集和/或计算至少一个功能单元的与性能相关的参数，并将它们相互比较，或与由所确定的参数导出的值和/或与给定的值比较，并根据该比较产生相应的信号，其特征在于，以一定的时间间隔自动采集和/或计算至少两个功能上相互关联的功能单元的与性能相关的参数，其中，一个功能单元的与性能相关的输出参数或由该输出参数导出的参数构成在功能上位于该功能单元下游的功能单元的与性能相关的输入参数，以及在运行中，将至少一个电动机的与性能相关的参数和泵的至少一个液压参数或泵的至少两个液压参数在该时间间隔内相互比较，或者利用其中的数学关系进行比较，或者与给定值进行比较，并根据该比较产生标示所述泵机组的运行状态的信号，以优化运行和/或监测能量消耗或泵机组的效率，并根据所述运行状态信号标示的效率下降显示出：更换，或维修，或立即更换，或立即维修相关功能模块的信息。

2.如权利要求1所述的方法，其中，借助所述与性能相关的参数形成比较参数或比较功能，这些比较参数或比较功能适用于不依赖于运行点的性能比较。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述泵机组是电机驱动的离心泵机组。

4.如权利要求1所述的方法，其中，实施常规的输送运行。

5.如权利要求1所述的方法，以一定的时间间隔重复该方法，其中，在先前采集的参数或给定值的基础上执行该方法。

6.如权利要求1所述的方法，其中，首先采集确定电动机输入功率的电动机的电气参数和至少一个确定泵的液压运行点的参数并存储，以及其中，在以时间间隔达到先前采集的相应液压运行点时采集确定电动机输入功率的电动机的电气参数，并与该首先存储的参数进行比较，据此产生相应的信号。

7.如权利要求1所述的方法，其中，首先采集确定电动机输入功率的电动机的电气参数和确定所述泵的液压运行点的参数并存储，以及其中，在一时间间隔之后再次采集这些参数，其中，对所采集的参数在数学电动机模型和/或数学液压泵模型的基础上进行转换，然后与存储的参数相比较或者反之，并据此产生相应的信号。

8.如权利要求1所述的方法，其中，在预定的时间结束之后才进行对电动机和/或泵的确定性能的参数的采集，所述预定的时间至少等于所述泵机组的启动时间。

9.如权利要求8所述的方法，其中，在所述预定时间结束之后，在监测阶段期间自动采集至少一个运行特征，并在考虑必要时测定的效率变化的情况下确定预期的能量损耗。

10.如权利要求1所述的方法，其中，借助多个运行点确定与功能单元的性能相关的、具有多维模型特征的面曲线并进行存储，并以时间间隔重新确定这样的面曲线并与先前确定的面曲线进行比较。

11.如权利要求10所述的方法，其中，将在预定的运行点上的所述面曲线的间隔或在面之间张开的体积用作所述效率变化的度量。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述效率变化是效率下降。

13.如权利要求11所述的方法，其中，为了借助所述运行点确定所述面曲线，使用Kalman-滤波器。

14.一种带有电动机的循环泵机组，所述循环泵机组由多个功能上相互关联的功能单元组成，其特征在于，设置用于监测泵机组的至少一个功能单元的性能特性的装置，该装置按照如权利要求1至13中任一项所述的方法工作。

15.如权利要求14所述的循环泵机组，其特征在于，所述循环泵机组在预定的时间之后，在所述循环泵机组开始运行后，自动开始采集和存储用于确定效率相关的参数。

16.如权利要求15所述的循环泵机组，其特征在于，所述循环泵机组具有测量值存储器，在其中至少存储在测量开始时所采集的参数或由此导出的参数。