DE102005019063B3

DE102005019063B3 - Verfahren zum Betreiben einer Exzenterschneckenpumpe

Info

Publication number: DE102005019063B3
Application number: DE200510019063
Authority: DE
Inventors: Reinhard Denk; Günter FISCHBACH; Hisham Kamal; Franz Kneidl; Johann Kreidl; Thomas Ribbe; geb. Schott Tanja Donislreiter; Helmuth Weber
Original assignee: Netzsch Pumpen and Systeme GmbH
Current assignee: RIBBE, THOMAS, DE; THOMAS RIBBE, DE
Priority date: 2005-04-23
Filing date: 2005-04-23
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2025-04-24

Abstract

Es gibt bereits Verfahren zum Betreiben von Exzenterschneckenpumpen. Beispielsweise wird hier jeder Stelle der Pumpe, an der sich ein Fehlverhalten durch überhöhte Geräusch- oder Temperaturentwicklung einstellt, ein entsprechendes Erfassungselement in Form von Schwingungssensoren beigestellt. DOLLAR A Gemäß der Erfindung wird dieser Aufwand an der Pumpe vermieden. Mit nur einem Sensor, der das Schwingungsverhalten der Pumpe abgreift, wird die Pumpe betrieben. Dazu wird vorab das Schadensfrequenzbild für alle Schadenzustände simuliert und gespeichert und während des Pumpenbetriebs mit dem Gesamtschwingungsbild, das der einzige Sensor abgreift, verglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Exzenterschneckenpumpe.

Aus der DE 100 63 953 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem im Bereich der Lagerung und der Gelenke Schwingungen erfaßt werden. Dazu ist in diesem Bereich, je nachdem, wie viele Pumpenteile überwacht werden, für jedes Teil ein eigenes Überwachungselement vorgesehen. Anhand der ermittelten Schwingungsdaten läßt sich durch das entsprechende Programm Verschleiß feststellen und reagieren bzw. agieren. Da an einer Pumpe jedoch aus der Ermittlung von Temperaturbildern zusätzliche Rückschlüsse z.B. auf Trockenlauf herleitbar sind und durch die Überwachung von Drücken der Verschleißzustand von Rotor und Stator überwacht werden kann, werden hier an mehreren Stellen der Pumpe Überwachungselemente, wie Beschleunigungsmeßaufnehmer, Temperaturfühler usw., zum Einsatz gebracht.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, die Überwachung einer Pumpe zu vereinfachen und den Aufwand für das Anbringen von Sensoren und die Auswertung der gewonnenen Meßdaten zu verringern.

Gelöst wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Weitere Gestaltungen gehen aus den Merkmalen der Unteransprüche hervor. Entsprechend der Lösung der Aufgabe wird die Pumpe mit nur einem einzigen Schwingungssensor versehen. Danach werden sämtliche kritischen Verfahrensmomente erzeugt oder simuliert und die dabei generierten Schwingungen bzw. Frequenzspektren als Schadensfrequenzbild gespeichert. Mit dieser Verfahrensmethode ist für jeden denkbaren Pumpenbetriebszustand das entsprechende Frequenzspektrum erzeugbar. Es läßt sich also bei entsprechend systematischer Vorarbeit über die Auswertung von Frequenzspektren beginnender Trockenlauf, Verschleiß, Kavitation, Überdruck, Überhitzung feststellen. Typischerweise unterscheiden sich die Frequenzspektren grundsätzlich in Amplitudenform und Amplitudenabstand bzw. Frequenz. Überlagern sich Schwingungen, kommt es zu Schwebungen. Bestimmte Schwebungen lassen so möglicherweise schneller auf bestimmte Schadens- oder Verschließerscheinungen schließen als die Auswertung einzelner Schwingungsformen. Insbesondere bei Trockenlauf ist die Schwingungsform mit ihrer abnehmenden Amplitudenhöhe charakteristisch.

Die schwingungsabhängige Überwachung des Pumpenbetriebes mit nur einem Schwingungssensor hat also nicht nur den Vorteil des geringen elektrischen elektronischen Aufwands, sondern erlaubt aus den ermittelten Schwingungsdaten auch sehr viele detailliertere Erkenntnisse, wenn z.B. die zwei Gelenke einer Kuppelstangenverbindung zwischen Rotor und Antriebswelle unterschiedlich verschlissen sind. Hierbei kommt es zu Frequenzüberlagerungen, die dieses spezielle Schadensbild darstellen.

Da das Frequenzspektrum eines bestimmten Betriebszustandes nicht vollkommen konstant ist und zeitlich etwas schwankt, führt man über gewisse Zeitabstände Messungen durch, um das typische Frequenzmuster von zufällig erzeugten Mustern zu unterscheiden. Der Vergleich der Messungen nach unterschiedlichen Zeitkonstanten ergab, daß die Messung mit einer Zeitkonstante, also über einen Zeitraum von 20 sec ein repräsentatives Frequenzmuster für ein bestimmtes Schadensbild oder eine bestimmte Schadensstufe ergibt.

Da es in der täglichen Praxis kaum möglich ist, sämtliche Störfaktoren zu analysieren und dann direkt zu reagieren, werden sämtliche Störungen sowohl als Einzelfaktor aber auch, und das ist enorm wichtig, in ihren Wechselwirkungen zueinander berücksichtigt. Es ist somit aus dieser Wechselwirkungsbeurteilung heraus möglich, automatisch auf Einzelfaktoren Einfluß zu nehmen, wenn Kavitation, Überdruck, Überhitzung oder Trockenlauf prognostiziert werden.

Anhand der Erstellung von Diagrammen für Kavitation, Trockenlauf und Überdruck kann sofort erkannt werden, wenn sich ein abnormaler Zustand einstellt. Aus diesem Diagramm geht hervor, welcher Schwingungswert sich bei der Pumpe bei Normalbetrieb oder im Neuzustand einstellt. Aus der aktuellen Messung läßt sich nun entweder aus der Form (Hüllkurve) der Schwingungskurve oder der Höhe der Amplitude ableiten, welcher Störfaktor auftritt und welche Belastungsstufe herrscht.

Einzelheiten der Schwingungsanalyse gehen aus den nachfolgend genannten Beispielen hervor:
Es zeigt:
1 Versuchsaufbau einer Exzenterschneckenpumpe mit Schwingungssensor und Computer
2 Längsschnitt einer Exzenterschneckenpumpe
3 Diagramm für Meßfolgen mit 20 sec Zeitkonstante
4 Diagramm über Pumpenschwingungsverhalten bei unterschiedlichen Drücken
5 Diagramm über Kavitation, Trockenlauf 2 bar
6 Diagramm über Kavitation, Trockenlauf
7 Diagramm Langzeitverschleiß
8 Balkendiagramm
Figurenbeschreibung
Der Versuchsaufbau gemäß 1 zeigt eine Exzenterschneckenpumpe 10. Der Pumpeneinlaß 12 und der Pumpenauslaß 14 münden in das selbe Gefäß 16. Sowohl im Pumpeneinlaß als auch im Pumpenauslaß sind Druckmanometer 18, 20 und Schieber 22, 24 eingesetzt. Anhand dieser Schieber lassen sich unterschiedliche Betriebssituationen simulieren, wobei insbesondere Überdruck, Kavitation oder Trockenlauf erzeugt werden. Die dabei auftretenden Schwingungen nimmt der Sensor 26 auf und liefert die analog abgegriffenen Werte in digitaler Form an einen Rechner in einem Laptop 27 weiter.
Wie 2 zu entnehmen ist, sitzt der Sensor 26 am Statoreingang. An dieser Stelle befindet sich der Sensor 26 zentral zwischen dem Stator 28 und dem Pumpengehäuse 30, das die Kuppelstange 32 mit den beiden Gelenken 34, 36 aufnimmt. Das Gelenk 36 steht über die Antriebswelle 38 mit dem Antrieb 40 in Verbindung. Durch die zentrale Anordnung des Sensors 26 erfaßt dieser die von den Pumpenteilen und in den Pumpenteilen erzeugten Schwingungen in einer ausgewogenen Intensität.
Die durch Überdruck, Kavitation oder Trockenlauf auftretenden Pumpengeräusche erzeugen ein vom Sensor abgreifbares Schwingungssignal, das in jeweils typische Frequenzmuster umgesetzt wird.
Um einen bestimmten Betriebszustand, der Einfluß auf den Pumpenbetrieb ausübt, zu bestimmen, wird hierzu ein typisches Frequenzspektrum, das auch als Schadensfrequenzbild bezeichnet werden kann, erzeugt. Aufgrund ständiger mehr oder weniger großer Änderungen greift man ein Frequenzspektrum heraus, das aus Einzelmessungen über eine Zeit von 10 bis 30 sec vorzugsweise 20 sec gebildet wurde.
In 3 wird anhand der unterschiedlichen Frequenzkurven deutlich, welche Differenz allein bei einer Messung mit einer Zeitkonstante von 20 sec auftritt. Wählt man die Zeitkonstante jedoch zu klein, so ergibt sich daraus ein überempfindliches Regelverhalten, da zufällige Schwankungen das Meßergebnis zu stark beeinflussen können.
Das Gesamt- oder Hüllkurvenfrequenzspektrum, auch Gesamtschwingungsbild genannt, steigt, wie aus 4 ersichtlich, mit zunehmendem Förderdruck, was die 3 Druck-Kurven mit 2, 4 und 8 bar darstellen. Daraus ergibt sich, welche Lautstärke bzw. welches Schwingungssignal entsteht, wenn der Pumpendruck von 2 auf 8 bar gesteigert wird. Dieses Ansteigen der Lautstärke bzw. des Schwingungssignals löst bei festgesetzten Schwellwerten optische oder akustische oder elektrische Signale aus, die als Warn- oder Steuersignal verwendet werden können.
Ein typischer Frequenzverlauf (Frequenzspektrum) wird in 5 dargestellt. Wie bei allen anderen Diagrammen ist jeweils nur der Zeitpunkt des Schadensfalles dargestellt, der sich in der Höhe der Amplitude wiederspiegelt. Der Amplitudenwert ist hier als Beschleunigung in mg (g = Erdbeschleunigung) über eine Zeitkonstante in Hz aufgetragen. Im Diagramm sind insgesamt Meßwerte für den Normalbetrieb der Pumpe bei 2 bar Gegendruck und für den Trockenlauf dargestellt. Dabei zeigt die unterste Kurve den normalen Betriebszustand bei 2 bar und die obere Kurve mit dem höchsten Amplitudenwert die Beschleunigung bei Trockenlauf.
6 verdeutlicht durch die Streckung des Diagramms den Verlauf der einzelnen Kurven. Signale aufgrund der Kurvenverläufe sind abhängig von den Schwellwertgrenzen die gewählt werden. Für das Auslösen des akustischen oder optischen Alarms reicht die Festlegung der Schwellwertgrenze. Für die Bestimmung, welcher Umstand den Alarm ausgelöst hat, muß ein Vergleich des Frequenzspektrums durch den Rechner durchgeführt werden. Der Vergleich der Amplitudenhöhe läßt hier erkennen, daß die große Amplitude durch Trockenlauf entstanden ist. Die niedrigere Amplitude stammt von Kavitation. Der niedrigste Kurvenverlauf zeigt das Schwingungsverhalten der Pumpe bei Normalbetrieb mit 2 bar Förderdruck, wobei der etwas höhere Wert, der noch ohne nennenswerten Ausschlag ist, den Pumpenbetrieb bei 6 bar wiedergibt.
Daß die Überwachung des Pumpenverhaltens auch anhand eines Diagramms mit Balkendarstellung möglich ist, zeigt 8. Der erste Balken zeigt das Schwingungsverhalten bei erhöhtem Druck, der zweite Balken bei Kavitation und der dritte Balken bei Trockenlauf. Balken 4 und 5 sind nicht belegt. Der karierte Teil im Balken 1 würde auf erhöhten Druck schließen lassen. Ist im Balken 1 und 2 ein karierter Teil, so bedeutet dies, daß Kavitation auftritt. Weisen alle 3 Balken einen karierten Teil auf, so bedeutet dies, daß die Pumpe trocken läuft, was im vorliegenden Beispiel der Fall ist.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Exzenterschneckenpumpe zur Überwachung unterschiedlicher Betriebszustände, wobei an der Exzenterschneckenpumpe Vorversuche für bestimmte negative Betriebszustände durchgeführt werden, deren daraus resultierendes spezifisches Schadensfrequenzbild gespeichert und während der Betriebsphase mit einem Gesamtschwingungsbild verglichen wird, das an nur einer Stelle der Exzenterschneckenpumpe abgenommen wird.
Verfahren zum Betreiben einer Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schadensfrequenzbilder über Bereiche von 10 bis 30 sec erstellt werden.
Verfahren zum Betreiben einer Exzenterschneckenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vorab Schadensfrequenzbilder für das Auftreten von Überdruck gebildet werden.
Verfahren zum Betreiben einer Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß vorab Schadensfrequenzbilder für das Auftreten von Kavitation gebildet werden.
Verfahren zum Betreiben einer Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß vorab Schadensfrequenzbilder beim Auftreten von Trockenlauf gebildet werden.
Verfahren zum Betreiben einer Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß vorab Schadensfrequenzbilder beim Auftreten von Lager- und/oder Gelenkschäden gebildet werden.
Verfahren zum Betreiben einer Exzenterschneckenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß beim Vergleich der aktuellen Schadensfrequenzen mit dem Gesamtschwingungsbild je nach Schadensbild durch die unterschiedliche Amplitudenhöhe kleine, mittlere oder höhere Beschädigungsstufen oder Verfahrenszustände erkannt werden.