DE102004028643B3

DE102004028643B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von Pumpenanlagen

Info

Publication number: DE102004028643B3
Application number: DE200410028643
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Merkle (FH)
Original assignee: Schmalenberger & Co KG GmbH
Current assignee: Schmalenberger & Co KG GmbH
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2024-06-16

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Pumpenanlagen mit mindestens einer Pumpe, wobei von der mindestens einen Pumpe Zustandsgrößen erfasst und per Funk an einen zentralen Auswerterechner übertragen und von diesem ausgewertet werden.

Description

Bei Pumpenanlagen oder auch bei Einzelpumpen, von denen eine hohe Betriebssicherheit vor allem im Dauerbetrieb gefordert wird, ist es wichtig, dass Störungen frühzeitig erkannt und behoben werden. Eine Früherkennung kritischer Betriebszustände sowie eine Reparatur bzw. ein Austausch von Pumpen vor dem Eintritt eines Schadensfalls reduziert den Produktionsausfall beim Anwender und die dadurch verursachten Kosten. Insbesondere bei Pumpenanlagen zur Kühlmittelumwälzung und in Lackieranlagen ist eine solche Überwachungsmöglichkeit von Pumpen von besonderer Wichtigkeit, da jeder Pumpenausfall zu Stillstandszeiten der Produktion führt.

Aus der Entgegenhaltung EP 1 184 570 A2 ist ein System für die Ferndiagnose des Abnutzungszustands von Ventilen eines Kompressors bekannt, wobei jeder Zylinder wenigstens einen piezoelektrischen Sensor aufweist, der die Vibrationen der Ventile in ein elektrisches Signal umwandelt. Das Signal wird digitalisiert und dann an eine entfernt gelegene Diagnoseeinrichtung übermittelt. Es ist vorgesehen, dass ein Signal ausgegeben wird, wenn das Signal eine Amplitude aufweist, die einen vorgegebenen Wert überschreitet. Außerdem ist es bekannt, die Signalwerte über einen bestimmten Zeitraum zu beob achten und somit Abweichungen der Funktionsweise eines Ventils gegenüber anderen Ventilen festzustellen.

Aus der Entgegenhaltung DE 195 12 153 A1 ist eine Vorrichtung zum Detektieren von Verschleiß einer Pumpe bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen Gehäuseabfluss, der mit dem Pumpengehäuse verbunden ist, einen Strömungssensor zum Erzeugen von Signalen, die die Gehäuseabflussströmung anzeigen, einen Prozessor zum Bestimmen, ob der Pumpenverschleiß ein vorbestimmtes Niveau überschritten hat, und zum Anzeigen eines Fehlers, wenn der Pumpenverschleiß ein vorbestimmtes Niveau übersteigt.

Aus der Entgegenhaltung DE 199 27 961 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen von Zustandsparametern einer Axialkolbenmaschine aus einem Körperschallsignal bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Überwachung von Pumpenanlagen zu schaffen, die eine zustandsorientierte Pumpenüberwachung zur Schadensvermeidung und eine Dokumentation von Betriebsdaten erlaubt.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12.

Mit diesem Verfahren ist eine Fernüberwachung auch von sehr komplexen Pumpenanlagen von einer zentralen Stelle aus möglich. Es können beispielsweise 20 oder mehr Pumpen gleichzeitig per Funk überwacht werden.

Als charakteristische Zustandsgröße kann dabei vorzugsweise mindestens die Körperschallschwingung der mindestens einen Pumpe erfasst werden. Die Körperschallschwingung einer Pumpe verändert sich charakteristisch in Abhängigkeit verschiedener Betriebszustände wie Normalbetrieb, Trockenlauf, Kavitation oder Betrieb bei geschlossenem Schieber auf der Druckseite.

Weitere wichtige Kenngrößen sind die Gehäusetemperatur und/oder die Drehzahl der Pumpen, die daher vorzugsweise ebenfalls als Zustandsgrößen erfasst werden.

Mittels des Auswerterechners kann ein Vergleich der übermittelten Zustandsgrößen mit vorgebbaren Grenzwerten für die Zustandsgrößen durchgeführt und dadurch ein Verlassen eines Sollwertbereichs für die Zustandsgrößen erkannt werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn bei komplexen Pumpenanlagen mit mehreren Pumpen die Zustandsgrößen jeder Pumpe gesondert gekennzeichnet werden, sodass im Auswerterechner gleich festgestellt werden kann, welche der überwachten Pumpen möglicherweise eine Störung aufweist oder von welchen Pumpen Teile von Verschleiß bedroht sind.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Zustandsgrößen vor der Übertragung digitalisiert werden. Dies erhöht die Sicherheit bei der Übertragung der Daten.

Die Grenzwerte für die Zustandsgrößen der mindestens einen Pumpe werden unter realen Einsatzbedingungen der Pumpen ermittelt. Dazu werden zur Ermittlung der Grenzwerte für die Zustandsgrößen Messungen der Zustandsgrößen für jede Pumpe in unterschiedlichen Betriebszuständen wie Normalbetrieb, Trockenlauf, Lauf bei geschlossener Druckseite und Lauf bei Kavitation durchgeführt. Bei komplexen Pum penanlagen mit mehreren Pumpen werden diese Messungen nach Einbau der Pumpen in die Gesamtanlage durchgeführt. Dadurch können auch Wechselwirkungen der Pumpen untereinander bei den Messungen erfasst werden. Somit ist eine optimale Bestimmung der Grenzwerte für die jeweilige Einsatzsituation der Pumpenanlage gewährleistet.

Aus den Messungen der Zustandsgrößen in den unterschiedlichen Betriebszuständen kann anschließend der Auswerterechner für jede Störungsart eine Kombination von Grenzwerten und/oder Grenzwertkurven ermitteln und für den Vergleich mit den übertragenen Zustandsgrößen abspeichern. Dadurch ist ein sicheres Erkennen jeder möglichen Störungsart sichergestellt.

Die ermittelten Daten können auch abgespeichert werden, wobei Daten aus der Vergangenheit um die aktuellen Daten ergänzt und gemeinsam analysiert werden. Dadurch ist auch eine Trendanalyse möglich. Eine Gruppe von Störungen kündigt sich nämlich durch Verändern bestimmter Größen vorher an. Durch rechtzeitige Wartung der Pumpen kann daher der Eintritt eines Schadensfalls vermieden werden.

Zur Erfassung der Zustandsgrößen kann beispielsweise am Gehäuse der mindestens einen Pumpe zur Erfassung der Körperschallschwingungen mindestens ein Körperschallsensor eingesetzt werden. Zur Temperaturmessung können Thermoelemente verwendet werden, die vorzugsweise im Bereich von Gleitringdichtungen und/oder Kugellagern angeordnet werden können, da sich diese bei Verschleiß besonders stark erwärmen. Zur Erfassung der Pumpendrehzahl kann beispielsweise ein elektronischer, induktiv arbeitender Drehzahlaufnehmer eingesetzt werden.

Der zentrale Auswerterechner kann ausschließlich zur Analyse und zum Speichern der übertragenen Zustandsgrößen eingesetzt werden. Besondere Vorteile bieten sich jedoch, wenn bei Verlassen des Sollwertbereichs einer Zustandsgröße ein optisches und/oder akustisches Signal ausgelöst wird, das die bereits vorhandene oder drohende Störung ankündigt.

Weitere Vorteile bieten sich, wenn der zentrale Auswerterechner über ein Modem fernüberwacht wird. Damit ist es dem Wartungsdienst der Pumpenanlagen möglich, mehrere Pumpenanlagen gleichzeitig zu überwachen und gegebenenfalls sogar eine Fernwartung durchzuführen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens weist mindestens einen Messaufnehmer zur Erfassung einer Zustandsgröße mindestens einer Pumpe, einen Sender und einen Empfänger zur Funkübertragung der Zustandsgrößen und einen mit dem Empfänger verbundenen zentralen Auswerterechner für die Zustandsgrößen auf. Der Sender kann dabei eine Telemetrie-Sendestation und der Empfänger eine Telemetrie-Empfangsstation sein. Dem Sender kann vorzugsweise ein Analog/Digital-Wandler für die Messaufnehmersignale vorgeschaltet sein, um die digitale Übertragung der Daten zu ermöglichen. Weiterhin weist die Vorrichtung mindestens einen Körperschallsensor und/oder mindestens ein Thermoelement und/oder mindestens einen Drehzahlmesser für jede zu überwachende Pumpe auf. Ferner können optische und/oder akustische Alarmeinrichtungen vorgesehen sein. Der Auswerterechner kann mit einem Modem zur Fernüberwachung ausgestattet sein.

Als einige Beispiele der Erfassung und Auswertung der Betriebszustände bzw. Störfälle von Pumpen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sei erwähnt, dass sich die Körper schallschwingung bei geschlossener Druckseite gegenüber dem Normalbetrieb erhöht. Eine weitere Erhöhung der Körperschallschwingung tritt bei Kavitation und im Trockenlauf auf. Ist die Ansaugseite der Pumpe geschlossen, so erhöht sich neben der Schwingung auch die Drehzahl. Bei einem erhöhten Luftanteil im Medium erhöht sich die Drehzahl, während der Wert für die Körperschallschwingung der Pumpe abfällt. Bei Kavitation ist neben der Körperschallschwingung auch die Drehzahl stark erhöht. Durch eine Korrelation der Messergebnisse verschiedener Zustandsgrößen der Pumpe lässt sich somit sehr sicher der aktuelle Störungsfall/Betriebszustand der Pumpe analysieren.

Claims

Verfahren zur Überwachung von Pumpenanlagen mit mindestens einer Pumpe, bei dem von der mindestens einen Pumpe Zustandsgrößen erfasst und per Funk an einen zentralen Auswerterechner übertragen und von diesem ausgewertet werden, wobei mittels des Auswerterechners ein Vergleich der übermittelten Zustandsgrößen mit vorgebbaren Grenzwerten für die Zustandsgrößen durchgeführt und dadurch ein Verlassen eines Sollwertbereichs für die Zustandsgrößen erkannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Grenzwerte für die Zustandsgrößen Messungen der Zustandsgrößen für jede Pumpe in unterschiedlichen Betriebszuständen wie Normalbetrieb, Trockenlauf, Lauf bei geschlossener Druckseite und Lauf bei Kavitation durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Zustandsgröße mindestens die Körperschallschwingung der mindestens einen Pumpe erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusetemperatur und/oder die Drehzahl der mindestens einen Pumpe als Zustandsgrößen erfasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Pumpenanlagen mit mehreren Pumpen die Zustandsgrößen jeder Pumpe gesondert gekennzeichnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgrößen vor der Übertragung digitalisiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerterechner für jede Störungsart aus den Messungen der Zustandsgrößen in unterschiedlichen Betriebszuständen eine Kombination von Grenzwerten und/oder Grenzwertkurven ermittelt und für den Vergleich mit den übertragenen Zustandsgrößen abspeichert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse der mindestens einen Pumpe zur Erfassung der Körperschallschwingungen mindestens ein Körperschallsensor eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Temperaturmessung Thermoelemente, die vorzugsweise im Bereich von Gleitringdichtungen und/oder Kugellagern angeordnet werden, eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Pumpendrehzahl ein elektronischer Drehzahlaufnehmer eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verlassen des Sollwertbereichs einer Zustandsgröße ein optisches und/oder akustisches Signal ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Auswerterechner über ein Modem fernüberwacht wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit mindestens einem Messaufnehmer zur Erfassung einer Zustandsgröße mindestens einer Pumpe, einem Sender und einem Empfänger zur Funkübertragung der Zustandsgrößen und einem mit dem Empfänger verbundenen zentralen Auswerterechner für die Zustandsgrößen, dadurch gekennzeichnet dass sie mindestens einen Körperschallsensor, mindestens ein Thermoelement und/oder einen Drehzahlmesser für jede Pumpe aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender eine Telemetrie-Sendestation und der Empfänger eine Telemetrie-Empfangsstation ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen dem Sender vorgeschalteten Analog/Dialog-Wandler für die Messaufnehmersignale aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im oder am Auswerterechner ein Modem zur Fernüberwachung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie optische und/oder akustische Alarmeinrichtungen aufweist.