DE10063953A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Schneckenpumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Exzenterschneckenpumpen hinsichtlich der von Rotor, Stator, Gelenk/en, Lagerung, Pumpenein- und -auslaß erfaßbaren Meßdaten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Schneckenpumpe.

Aus der DE 196 49 766 ist ein Verfahren zum temperaturabhängigen Betreiben von Schneckenpumpen bekannt, bei dem die Temperatur des geförderten Mediums im Einlaßbereich der Pumpe und in der Pumpe selbst gemessen wird. Der Temperaturunterschied zwischen diesen beiden gemessenen Temperaturwerten wird mit vorgegebenen Toleranzwerten verglichen und zur Regelung der Pumpe herangezogen. Bei diesem Verfahren steht in erster Linie der Schutz des Stators und des Rotors gegen unzulässig hohe Temperaturen im Vordergrund, die z. B. beim Trockenlauf der Pumpe auftreten könnten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, wodurch die Pumpe, insbesondere der Rotor, der Stator, das oder die Gelenke und die Lagerung während des Betriebes auf ihren Zustand hin überwacht werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art durch die Merkmale der Ansprüche 1-5, in Bezug auf die Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 6, gelöst.

Die Erfindung geht davon aus, daß es beim Einsatz von Schneckenpumpen möglich wäre, durch die ständige Überwachung einzelner Betriebsparameter, die sich auf die Mediumstemperaturen, Lagerung, die Gelenke, den Stator und den Rotor beziehen, eine Optimierung der Pumpenbetriebsweise zu erreichen. Dabei kann auf wechselnde Betriebstemperaturen und nicht zu kontrollierende Gegendrücke unmittelbar reagiert werden. Der routinemäßige Austausch von Verschleißteilen wie Rotor und Stator erübrigt sich, nachdem auf den tatsächlichen Bedarfsfall abgestellt werden kann. Diese Art Fremdüberwachung betrifft insbesondere den Einsatz der Pumpen im Off- und Onshorebereich, sowie in Bereichen mit aufwendiger Zugänglichkeit der Pumpen für Wartungszwecke.

Entsprechend eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes werden im Bereich der Lagerung die Temperatur und/oder die auftretenden Schwingungen gemessen. Die dabei gemessenen Istwerte werden verglichen mit vorgegebenen Sollwerten. Aus den daraus resultierenden Meßwertunterschieden können Rückschlüsse auf den Zustand der Lagerung oder die momentane Betriebsweise der Pumpe gezogen werden. Durch die Abtastung der Temperatur im Lagerbereich sind auch Rückschlüsse auf den Verschleißzustand des Gelenks möglich.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensgestaltung wird der Zustand der oder des Gelenkes durch Abtastung der im Bereich der Gelenke und/oder Lagerung auftretenden Temperatur und/oder Schwingungen überwacht, wobei beim Auftreten von Änderungen der Temperatur- und/oder Schwingungswerte, die sich aus dem Vergleich der gemessenen Istwerte zu vorgegebenen Sollwerten ergeben, automatisch Zustandsmeldungen erfolgen und/oder Regelungsmaßnahmen eingeleitet werden.

In einer weiteren vorteilhaften Verfahrensgestaltung der Erfindung wird der Zustand des Rotors und/oder des Stators durch Abtastung der im Rotor-Statorbereich auftretenden Temperatur und/oder der Temperatur des Mediums und/oder durch Auswertung der im Ein- oder Auslaßbereich der Pumpe auftretenden Drücke und/oder durch Verschleißmessung am Rotor überwacht. Änderungen die sich aus dieser aktuellen Messung im Vergleich mit vorgegebenen Sollwerten ergeben, führen automatisch zu Zustandsmeldungen und/oder Regelungsmaßnahmen.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensgestaltung werden die gemessenen Temperatur- und/oder Schwingungs- und/oder Druck- und/oder Wanddicken- und/oder Verschleißwerte einer Datenverarbeitung zugeleitet und von dieser durch Fernübertragung dem Pumpenbetreiber und/oder dem Pumpenhersteller für Wartungszwecke und/oder für Betriebseinstellungen zugeführt.

In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Betreiben einer Schneckenpumpe ist die Schneckenpumpe im Bereich der Lagerung mit mindestens einem Temperaturfühler und/oder im Bereich der Gelenke oder des Gelenks mit mindestens einem Temperaturfühler und/oder im Pumpenein- oder Pumpenauslaßbereich mit Druckmeßumformern versehen. Im Bereich der Lagerung und im Gelenkbereich können Schwingungssensoren angebracht sein.

Alle von den Temperaturfühlern, den Druckmeßumformern, Schwingungssensoren und den Verschleißanzeigen gesendeten Signale werden beispielsweise einer Datenverarbeitung zugeführt, der diese per Datenübertragung dem Pumpenbetreiber und/oder dem Pumpenhersteller und/oder einem Dienstleistungsunternehmen für Überwachungszwecke übermittelt.

Durch entsprechende Softwareprogramme können die einzelnen Meßwerte miteinander korreliert für die Bewertung des Zustandes bzw. der Betriebsweise der Pumpe verwendet werden. Hierbei ist an die Regelung der Pumpendrehzahl und gegebenenfalls an die Regelung der Zufuhr des zu fördernden Mediums gedacht. Zusätzlich kann dem Betreiber oder dem Wartungsdienst oder dem Hersteller signalisiert werden, daß eine Wartung notwendig ist, welche Pumpenteile auszutauschen sind oder daß akute Ausfallgefahr besteht. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind erkennbar aus der Beschreibung und den Fig. 1 und 2.

Es zeigt:

Fig. 1 Eine schematische Darstellung der Pumpe mit der Anordnung der Überwachungseinrichtungen

Fig. 2 Schematische Darstellung der Vernetzung mehrerer Pumpen

Die in Fig. 1 dargestellte Exzenterschneckenpumpe 12 weist am Pumpeneinlaß 14 einen Druckmeßumformer 16 und einen Temperaturfühler 18 auf. Im Bereich des Stators 20 und des darin nicht dargestellten rotierenden Rotors befindet sich ein Temperaturfühler 22 und eine Meßeinrichtung 24 zum Messen des Verschleißes am Stator 20, der aus einem elastischen Polymer besteht. Am Pumpenauslaß 25 sitzt zur Ermittlung des Drucks den die Exzenterschneckenpumpe 12 erzeugt und der als Gegendruck gemessen wird ein Druckmeßumformer 26.

Der mit zunehmender Betriebsdauer hervorgerufene Verschleiß der Gelenke, die zwischen der Antriebs- und der Gelenkwelle sitzen, wird durch die Auswertung der gemessenen Schwingungs- und Temperaturwerte festgestellt. Dazu sind in diesem Bereich des Gelenks oder in oder an den Gelenken selbst ein Temperaturfühler 28 und ein Schwingungssensor 30 angeordnet. Auch der Bereich der Lagerung der Antriebswelle, wird hinsichtlich Temperatur und auftretender Schwingungen bzw. Schwingungswertunterschiede überwacht, weshalb in diesem Bereich, wie auch in den anderen Meßbereichen, ein Temperaturfühler 32 zum Beispiel der Type PT 100 zum Einsatz kommt. Zusätzlich überwacht ein Schwingungssensor 34 die von der Lagerung verursachten Schwingungen.

Die Steuerung der Pumpe kann nach mehreren Methoden erfolgen, wobei die von jedem Meßelement erfaßten Meßwerte für sich allein maßgebend sind oder mehrere aktuell gemessene kombiniert oder aber auch aktuell gemessene und empirisch ermittelte Meßwerte miteinander verglichen werden. Damit läßt sich die Pumpe produktbezogen und verschleißabhängig betreiben.

Die vom Druckmeßumformer 16 und dem Temperatursensor 22 oder einem Durchflußmeßgerät, z. B. nach dem Coriolis-Prinzip erhaltenen Werte, geben somit für sich selbst oder beim Vergleich mit empirischen oder in Vorversuchen ermittelten Werten Hinweise auf den Verschleißzustand von Rotor und Stator. In Abhängigkeit von diesem ermittelten Druckwert oder den daraus sich ergebenden Gradienten erfolgt daraufhin eine über eine Steuerung ausgelöste Reaktion. Diese Reaktion kann z. B. bei nur geringfügiger Druckreduzierung eine automatische Erhöhung der Pumpendrehzahl bedeuten. Bei größeren Meßwertabweichungen wird dem Betreiber oder dem über ein Datennetz mittels eines Datenloggers 26 verbundenen Hersteller oder Wartungsunternehmen die Wartung bzw. der Austausch der entsprechenden Pumpenteile signalisiert. Zur Verschleißüberwachung des Stators besitzt dieser entweder einvulkanisierte Verschleißmarken oder Näherungsindikatoren.

Hinweis auf den Zustand des Gelenkes und auf eine damit abzuleitende Wartung bzw. einen Austausch ergibt die Auswertung bzw. der Vergleich der erhaltenen Meßwerte von der Abtastung der Mediumstemperatur von der Zulaufleitung und der Abtastung der Gelenktemperatur im antriebsseitigen Gelenk, wobei die Werte eines Betriebsstundenzählers zusätzlich Einfluß nehmen können. Hierbei ist der Temperaturfühler mittels Gewindemuffe in die Zulaufleitung eingeschraubt. Die Gelenktemperatur erfaßt der Temperaturfühler im Gelenk, der über eine Bohrung in der Antriebswelle mit dem Kontrollstand 38 verbunden ist.

Zusätzlich zur Temperaturauswertung oder deren Gradienten kann der Wert des Gegendrucks oder dessen Gradient im Pumpenauslaß berücksichtigt werden, um den Gelenkverschleiß durch Regelung der Drehzahl zu reduzieren, damit eine Verlängerung der Standzeit des Gelenks bzw. der akut drohende sofortige Ausfall der Pumpe vermieden wird.

Weitere Möglichkeiten den Zustand des Gelenks zu überwachen ergeben sich aus dem Einsatz einer berührungslos arbeitenden Drehmomentmeßnabe durch Lichtmengenmessung zwischen dem Antrieb 40 und dem Gelenk. Je nachdem, welchen Drehmomentunterschied die Meßnabe zwischen dem zugeführten und dem abgegebenen Drehmoment am Gelenk feststellt, kann der Betrieb der Pumpe reguliert werden.

Auch eine Abtastung bzw. Erfassung der vom Gelenk erzeugten Schwingungen und der durch Verschleiß entstehenden Meßwertänderungen oder deren Gradienten ergibt die Voraussetzung für eine direkte Reaktionsmöglichkeit auf den Pumpenbetrieb oder eine Korrelierung mit anderen Betriebsparametern, wie Temperatur, Pumpendrehzahl oder Drehmoment. Die von der Rotation des Gelenks herbeigeführten Schwingungen sind entweder über Beschleunigungsmeßaufnehmer oder über Schwingungsmessung nach dem Laser-Doppler-Verfahren darstellbar.

Eine weitere Möglichkeit der Überwachung des Betriebs einer Exzenterschneckenpumpe liegt im Erfassen der vom Lager der Pumpenantriebswelle abgreifbaren Meßdaten, die für sich allein oder in Kombination mit weiteren Pumpenparametern Verwendung finden. Hierzu zählen der Pumpendruck am Pumpenauslaß 25, die Erfassung der Drehzahl durch Drehzahlgeber an Kupplung oder dem antrieb oder der Mediumstemperatur durch Temperaturfühler 18 im Pumpengehäuse.

Die Lagerdaten beziehen sich auch auf die Lagertemperatur, die direkt über den Temperaturfühler 32 abgetastet werden kann oder durch Erfassung der vom Lager abgreifbaren Schwingungswerte über Beschleunigungsmeßaufnehmer bzw. Schallmessung oder Schwingungsmessung, entsprechend den Meßeinrichtungen wie sie z. B. bei der Gelenküberwachung zum Einsatz kommen.

Die Fig. 2 zeigt eine Überwachung einer beispielsweise aus 4 Pumpen bestehenden Anlage. Obwohl hier nur ein Teil der erfaßbaren Pumpen-Betriebsparameter, wie der Druck am Pumpenauslaß und die Temperatur im Einlaßbereich und im Rotor-/Statorbereich, erfaßt und zur Steuerung genützt werden, wird die Komplexität der Anlage ersichtlich. Die von den Exzenterschneckenpumpen abgegebenen Zustandsinformationen gelangen zu ihren Kontrollständen, die gleichzeitig eine Steuereinrichtung aufweisen. Diese Steuereinrichtungen regeln die Pumpenparameter, wie z. B. die Drehzahl des Antriebs und geben errechnete oder direkt abgegriffene Werte an einen Datenlogger 26 weiter. Dieser Datenlogger liefert die Daten über ein Modem 32 in ein externes oder internes Datennetz, wodurch sowohl vor Ort als auch weltweit eine Überwachung des Pumpenbetriebes stattfinden kann. Bei Bedarf kann eine Instandsetzung bzw. Wartung veranlaßt werden.

Wird anstatt des Datenloggers ein Computer mit einem entsprechenden Wartungs- bzw. Steuerungsprogramm eingesetzt, so kann der Pumpenbetrieb sowohl vor Ort als auch über das Internet geschehen. Das bedeutet, daß nicht nur aufgrund entsprechender Signale eine Regulierung vor Ort eingeleitet wird, sondern daß auch über Fernsteuerung in den Pumpenbetrieb eingegriffen werden kann.

Claims (7)

1. Verfahren zum Betreiben einer Schneckenpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand der Lagerung durch Abtastung der im Bereich der Lagerung auftretenden Temperatur und/oder der im Bereich der Lagerung auftretenden Schwingungen überwacht wird, wobei beim Auftreten von Änderungen der Temperatur- und/oder Schwingungswerte, die sich aus dem Vergleich der gemessenen Istwerte zu vorgegebenen Sollwerten ergeben, automatisch Zustandsmeldungen erfolgen und/oder Regelungsmaßnahmen eingeleitet werden.

2. Verfahren zum Betreiben einer Schneckenpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand der oder des Gelenkes durch Abtastung der im Bereich der Gelenke und/oder Lagerung auftretenden Temperatur und/oder Schwingungen überwacht wird, wobei beim Auftreten von Änderungen der Temperatur- oder Schwingungswerte, die sich aus dem Vergleich der gemessenen Istwerte zu vorgegebenen Sollwerten ergeben, automatisch Zustandsmeldungen erfolgen und/oder Regelungsmaßnahmen eingeleitet werden.

3. Verfahren zum Betreiben einer Schneckenpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand des Rotors und/oder Stators durch Abtastung der im Rotor-Statorbereich auftretenden Temperatur und/oder der Temperatur des Mediums und/oder durch Auswertung der im Ein- und/oder Auslaßbereich der Pumpe auftretenden Drücke überwacht wird, wobei beim Auftreten von Änderungen der Temperatur- und/oder der Druckwerte, die sich aus dem Vergleich der gemessenen Istwerte zu vorgegebenen Sollwerten ergeben, automatisch Zustandsmeldungen erfolgen und/oder Regelungsmaßnahmen eingeleitet werden.

4. Verfahren zum Betreiben einer Schneckenpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand des Stators durch Verschleißmessung überwacht wird, wobei beim Auftreten von Änderungen, die sich aus dem Vergleich der gemessenen Istwerte zu vorgegebenen Sollwerten ergeben, automatisch Zustandsmeldungen erfolgen und/oder Regelungsmaßnahmen eingeleitet werden.

5. Verfahren zum Betreiben einer Schneckenpumpe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Temperatur- und/oder Schwingungs- und/oder Druck- und/oder Wanddicken- und/oder Verschleißwerte einer Datenverarbeitung zugeleitet und/oder von dieser durch Fernübertragung dem Pumpenbetreiber und/oder dem Pumpenhersteller oder einem Dienstleistungsunternehmen für Wartungszwecke und/oder Betriebseinstellungen zugeführt werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenpumpe im Bereich der Lagerung Temperaturfühler und/oder im Bereich der oder des Gelenks/Gelenke Temperaturfühler und/oder im Pumpenein- oder -auslaßbereich Druckmeßumformer und/oder Temperaturfühler und/oder im Bereich des Stators eine Verschleißanzeige und/oder im Bereich der Lagerung Schwingungsmesser aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenpumpe im Bereich des oder der Gelenke Schwingungsmesser aufweist.