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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft neue Verfahren zur Früherkennung
von Ventilschäden in oszillierenden Verdrängerpumpen.
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Außerdem
betrifft die vorliegende Erfindung neue oszillierende Verdrängerpumpen
mit integrierten Sensoren für die nicht invasive Druckmessung
und nicht invasive Messung des Körperschalls.
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Nicht
zuletzt betrifft die vorliegende Erfindung die neuartige Verwendung
der neuen oszillierenden Verdrängerpumpen für
die neuen Verfahren zur Früherkennung von Ventilschäden.
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Stand der Technik
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Oszillierende
Verdrängerpumpen übertragen Energie auf Flüssigkeiten
durch einen im Pumpenarbeitsraum hin- und hergehenden (oszillierenden)
Verdränger. Die oszillierende Bewegung des Verdrängers (starrer
Kolben, elastische Membran oder Faltenbalg) bewirkt eine periodische
Vergrößerung und Verkleinerung des Arbeitsraumes,
dessen Abgrenzung gegenüber Druck- und Saugleitung durch
Ventile, insbesondere selbsttätige Ventile, erfolgt.
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Ein
wesentliches Kennzeichen oszillierender Verdrängerpumpen
besteht in der prinzipbedingten Trennung von Druck- und Saugleitung
durch wenigstens ein geschlossenes Ventil. Im Gegensatz zu rotierenden Verdrängerpumpen
und Kreiselpumpen treten praktisch keine Leckageströme
auf, solange die Ventile dicht sind.
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Die
leistungsseitige Abgrenzung des Pumpenarbeitsraums erfolgt nahezu
ausschließlich durch selbsttätige Ventile. Um
zu gewährleisten, dass die Ventile ohne deutliche Verzögerung
schließen und öffnen, ist eine sorgfältige
Auslegung aller Komponenten wie die Geometrie von Schließkörper
und Sitz, Befederung, Werkstoffe usw., unabdingbar. Typische Probleme
infolge mangelhafter Ventile sind Überdruckspitzen beim Öffnen der
Druckventile, Unterdruckspitzen beim Öffnen der Saugventile,
hohe Geräuschemission und vor allem schneller Verschleiß.
Die Ventilauslegung und Ventilschäden haben daher großen
Einfluss auf die Zuverlässigkeit und den Wirkungsgrad der
Pumpen.
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Bekanntermaßen
sind die Saug- und Druckventile einem ständigen Verschleiß unterworfen,
der sich negativ auf die Förderleistung und die Dosiergenauigkeit
auswirkt. In der Praxis wird daher versucht, dieses Problem dadurch
zu vermeiden, dass man aus der Erfahrung heraus die Ventile rechtzeitig
austauscht. Trotzdem lässt es sich nicht vermeiden, dass
Ventile – häufig ohne Vorwarnung – vorzeitig
ausfallen. Dies verursacht aufgrund der dann notwendigen sofortigen
Betriebsunterbrechung unerwünschte wirtschaftliche und technische
Folgeschäden.
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Die
Betreiber von oszillierenden Verdrängerpumpen sind daher
bestrebt, Ventilschäden schon im Anfangsstadium, d. h.
möglichst früh, zu erkennen, um rechtzeitig geeignete
Maßnahmen ergreifen zu können, lange bevor es
zu einer schweren Schädigung, die zu einem Pumpenstillstand
mit langen Ausfallzeiten führt, kommen kann. Häufig
scheitert dies aber daran, dass die bislang bekannten Verfahren
zur Früherkennung eine niedrige Empfindlichkeit aufweisen,
die nicht ausreicht, Ventilschäden im Frühstadium,
wenn die Förderstromverluste noch gering sind, zu erkennen.
Oder aber sie erfordern eine aufwändige Sensorik zur Erfassung zahlreicher
unterschiedlicher Daten, die in aufwändiger Weise ausgewertet
werden müssen.
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Bekanntermaßen
führt ein undichtes Druckventil zu einem schnellen Druckanstieg
in der Kompressionsphase und zu einem langsameren Druckabbau in
der Dekompressionsphase. Im Falle eines defekten Saugventils sind
die Verhältnisse gerade umgekehrt: Infolge der Leckageströmung
in die Saugleitung wird mehr Kolbenweg zur Kompression benötigt;
das Entspannen auf das Niveau des Saugdrucks ist schneller abgeschlossen.
Die betreffenden Schäden lassen sich anhand von Indikatordiagrammen
für den Druckverlauf detektieren. Außerdem führen
diese Schäden zu einer verstärkten Emission von
Körperschall beim Öffnen und Schließen
der Ventile.
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Grundsätzlich
können Druckverlauf und Körperschall für
die Erkennung von Ventilschäden genutzt werden.
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Die
folgenden Literaturstellen geben einen Überblick über
die bisher bekannten Methoden zur Störungsfrüherkennung
an oszillierenden Verdrängerpumpen:
- – Falko
Haus, Methoden zur Störungsfrüherkennung an oszillierenden
Verdrängerpumpen, Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 8, Mess-,
Steuerungs- und Regelungstechnik, Nr. 1109, Berichte aus dem Institut
für Automatisierungstechnik der TU Darmstadt, VDI Verlag
GmbH, Düsseldorf, 2006, und
- – Ulrich Klapp, Überwachung und Fehlerdiagnose
an oszillierenden Verdrängerpumpen, Dissertation, 2004, Schriftenreihe
des Lehrstuhls für Prozessmaschinen und Anlagentechnik,
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg,
Shaker Verlag, Aachen, 2005.
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Die
Anlagenzustandsüberwachung durch tiefendiagnostische Auswertung
von Körperschallsignalen unter Verwendung der embedded
PC-Technologie ist von R. Schmidt, E. Schlücker
und O. Schade, Lehrstuhl für Prozessmaschinen und Anlagentechnik,
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg,
in dem Vortrag "Anlagenzustandsüberwachung durch
tiefendiagnostische Auswertung von Körperschallsignalen" anlässlich
der Processnet in Aachen im Oktober 2007 beschrieben worden.
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In
seiner Dissertation beschreibt Ulrich Klapp bereits, dass der von
einer Pumpe emittierte Körperschall anhand des statistischen
Zusammenhangs zwischen Druck- und Schallsignal mithilfe des Pearson'schen
Korrelationskoeffizienten bewertet werden kann. Dieser Korrelationskoeffizient
ist dimensionslos und kann Werte zwischen –1 und +1 einnehmen.
Während Korrelationskoeffizienten von –1 und +1
auf einen vollständig negativ oder positiv linearen Zusammenhang
der beiden Signale hindeuten, bedeutet ein Wert von 0 oder nahe
0, dass die Zeitverläufe von Körperschall und
Druck unabhängig voneinander sind, weil das Schwingungsgeschehen
vom Schließen der Ventile dominiert wird: Während
das Saugventil bei niedrigem Druck schließt, spricht das
Druckventil bei Förderdruck an. Folglich besteht kein Zusammenhang
zwischen Schwingungsintensität und Druckniveau. Somit ermöglicht
die Bildung des Korrelationskoeffizienten eine Bewertung des Schallsignals
der Pumpe, ohne dass Referenzenwerte für den ungestörten
Zustand bekannt sein müssen. Allerdings wird dieses Konzept
nur anhand einer Simplexpumpe mit einem Zylinder getestet.
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Verfahren
zur Störungsfrüherkennung an oszillierenden Verdrängerpumpen
durch Überwachung der Pulsation des Förderstroms
beziehungsweise des Drucks an der Druckseite werden in dem deutschen
Patent
DE 196 25 947
C1 beschrieben.
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Verfahren
zur Überwachung und zur automatischen Störungsfrüherkennung
von Ventilen durch Messung des Körperschalls oder Betriebsgeräuschs
und deren Vergleich mit einem vom Betriebsgeräusch der Pumpe
mit intakten Ventilen gebildeten Referenzsignalpegel gehen aus dem
deutschen Patent
DE 103 22 220 2004.10.07
hervor.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde, neue Verfahren
zur Früherkennung von Ventilschäden in oszillierenden
Verdrängerpumpen mit drei oder mehr Zylindern zu finden,
die die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr länger
aufweisen, sondern die es gestatten, mit messtechnisch geringem
Aufwand, d. h. ohne aufwändige Sensorik, und mit einem
geringen Aufwand bei der Auswertung rasch, zuverlässig
und mit hoher Empfindlichkeit Ventilschäden bereits im
Anfangsstadium, wenn die Förderstromverluste noch gering
sind, zu detektieren. Dadurch soll es möglich werden, rechtzeitig
Gegenmaßnahmen zu ergreifen, lange bevor es zu einer schweren
Schädigung, die zu einem Pumpenstillstand mit langen Ausfallzeiten
führt, kommen kann.
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Außerdem
sollen die neuen Verfahren es in einfacher Weise gestatten zu bestimmen,
welche Ventile (Druckventile oder Saugventile) Schäden
aufweisen und in welchen Zylindern sie lokalisiert sind.
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Des
Weiteren lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, neue oszillierende
Verdrängerpumpen bereitzustellen, die sich besonders gut
zur Verwendung in den neuen Verfahren eignen.
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Erfindungsgemäße
Lösung
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Demgemäß wurde
das neue Verfahren zur Früherkennung eines Ventilschadens
in einer oszillierenden Verdrängerpumpe mit drei oder mehr
Zylindern, jeweils umfassend einen angetriebenen Verdränger,
ein Zylindergehäuse, einen Arbeitsraum, ein Saugventil,
ein Druckventil und einen Zylinderkopf, durch signalbasierte Auswertung
gemessener Druck- und Körperschallsignale gefunden, das
die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- (1)
Druckmessung an jedem Zylinder mittels Dehnungsmessstreifen DMS,
- (2) Digitalisierung der gemessenen DMS-Signale durch Approximation
durch eine Rechteckfunktion zum Auffinden der steigenden und fallenden
Flanken des Druckverlaufs für jeden Zylinder,
- (3) Bestimmung des Verlaufs des Körperschalls während
des Saughubs und während des Druckhubs an jedem Zylinderkopf
durch Messung der Schwingungsbeschleunigung und Berechnung der Effektivwerte
aeff,
- (4) Berechnung des Korrelationskoeffizienten ra,p zwischen
dem Anstieg der Schwingungsbeschleunigung des Körperschalls
und dem digitalisierten Druckverlauf für jeden Kolben durch
Kovarianzanalyse, wobei ein positiver Korrelationskoeffizient ra,p, der einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt,
einen Defekt am Saugventil und ein negativer Korrelationskoeffizient
ra,p, der den vorgegebenen Schwellenwert
unterschreitet, einen Defekt am Druckventil anzeigt, und
- (5) automatische Auslösung eines Alarms bei Überschreitung
oder Unterschreitung des vorgegebenen Schwellenwerts für
den Korrelationskoeffizienten ra,p.
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Außerdem
wurde das neue Verfahren zur Früherkennung multipler Ventilschäden
in einer oszillierenden Verdrängerpumpe mit drei oder mehr
Zylindern mit einem gemeinsamen Pumpenkopf, wobei die Zylinder jeweils
einen angetriebenen Verdränger, ein Zylindergehäuse,
einen Arbeitsraum, ein Saugventil und ein Druckventil umfassen,
durch signalbasierte Auswertung gemessener Druck- und Körperschallsignale
gefunden, das die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- (1) Druckmessung an jedem Zylinder mittels Dehnungsmessstreifen
DMS,
- (2) Digitalisierung des anhand der gemessenen DMS-Signale ermittelten
Druckverlaufs durch Approximation durch eine Rechteckfunktion zum
Auffinden der steigenden und fallenden Flanken des Druckverlaufs für
jeden Zylinder,
- (3) Bestimmung des Verlaufs des Körperschalls während
des Saughubs und während des Druckhubs an einer Stelle
des Pumpenkopfs, an der der Verlauf des Körperschalls die
größte Sensitivität bei gleichzeitig geringstem
Rauschen aufweist, durch Messung der Schwingungsbeschleunigung und
Berechnung der Effektivwerte aeff im Schadenszustand
der Pumpe,
- (4) Berechnung zweier fiktiver Schwingungsbeschleunigungssignale
für jeden Zylinder aus der gemessenen Schwingungsbeschleunigung
im Schadenszustand der Pumpe derart, dass zu Zwecken des Saugventiltests
einmal während des Saughubs und zu Zwecken des Druckventiltests
einmal während des Druckhubs der gemessene Verlauf durch
einen Ersatzwert ersetzt wird,
- (5) Berechnung des Korrelationskoeffizienten ra,p zwischen
den berechneten fiktiven Schwingungsbeschleunigungssignalen und
dem digitalisierten Druckverlauf im Schadenszustand der Pumpe durch
Kovarianzanalyse, wobei ein positiver Korrelationskoeffizient ra,p beim Saugventiltest, der einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt,
einen Defekt an mindestens einem Saugventil und ein negativer Korrelationskoeffizient
ra,p beim Druckventiltest, der einen vorgegebenen
Schwellenwert unterschreitet, einen Defekt an mindestens einem Druckventil
anzeigt,
- (6) Zuordnung eines Ventilschadens zu einem Zylinder durch Vergleich
der Effektivwerte aeff des Körperschalls
im Schadenszustand während eines Hubs eines Verdrängers
mit den Effektivwerten aeff an den Flanken
des digitalisierten Druckverlaufs im Schadenszustand, wobei eine
Zuordnung zu einem Zylinder gegeben ist, wenn sich der Effektivwert
aeff genau mit den Flanken eines Verdrängerhubs ändert,
sowie
- (7) automatische Auslösung eines Alarms bei Überschreitung
und/oder Unterschreitung vorgegebener Schwellenwerte für
den Korrelationskoeffizienten ra,p.
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In
Folgenden werden die neuen Verfahren zusammenfassend als »erfindungsgemäße
Verfahren« bezeichnet.
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Des
Weiteren wurden die neuen oszillierenden Verdrängerpumpen
mit drei oder mehr Zylindern, jeweils umfassend einen angetriebenen
Verdränger, ein Zylindergehäuse, einen Arbeitsraum,
ein Saugventil, ein Druckventil und einen Zylinderkopf, gefunden,
worin an jedem Zylinder an einer Wand zum Arbeitsraum ein Dehnungsmessstreifen
DMS zur nicht invasiven Druckmessung und ein Sensor zur nicht invasiven
Messung des Körperschalls mit den erforderlichen elektrischen
Anschlussstellen für Stromzuleitungen und Signalableitungen
integriert sind.
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Nicht
zuletzt wurden die neuen oszillierenden Verdrängerpumpen
mit drei oder mehr Zylindern mit einem gemeinsamen Pumpenkopf, wobei
die Zylinder jeweils einen angetriebenen Verdränger, ein
Zylindergehäuse, einen Arbeitsraum, ein Saugventil, ein
Druckventil und einen Zylinderkopf umfassen, gefunden, worin an
jedem Zylinder an einer Wand zum Arbeitsraum ein Dehnungsmessstreifen
DMS zur nicht invasiven Druckmessung und an einer Stelle des Pumpenkopfs,
an der der Verlauf des Körperschalls die größte
Sensitivität bei gleichzeitig geringstem Rauschen aufweist,
zusätzlich noch ein Sensor zur nicht invasiven Messung
des Körperschalls mit den erforderlichen elektrischen Anschlussstellen
integriert sind.
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Im
Folgenden werden die neuen oszillierenden Verdrängerpumpen
zusammenfassend als »erfindungsgemäße
Verdrängerpumpen« bezeichnet.
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Ferner
wurde die Verwendung der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen
in den erfindungsgemäßen Verfahren gefunden, was
im Folgenden als »erfindungsgemäße Verwendung« bezeichnet
wird.
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Vorteile der Erfindung
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Im
Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend
und für den Fachmann nicht vorhersehbar, dass die Aufgabe,
die der vorliegenden Erfindung zugrunde lag, mithilfe der erfindungsgemäßen
Verfahren, der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen
und der erfindungsgemäßen Verwendung gelöst
werden konnte.
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Insbesondere
war es überraschend, dass die erfindungsgemäßen
Verfahren, die erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen
und die erfindungsgemäße Verwendung es ermöglichten,
mit messtechnisch geringem Aufwand, d. h. ohne aufwändige
Sensorik, und mit einem geringen Aufwand bei der Auswertung rasch,
zuverlässig und mit hoher Empfindlichkeit Ventilschäden
bereits im Anfangsstadium, wenn die Förderstromverluste noch
gering waren, zu detektieren. Dadurch war es möglich geworden,
rechtzeitig Gegenmaßnahmen zu ergreifen, lange bevor es
zu einer schweren Schädigung, die zu einem Pumpenstillstand
mit langen Ausfallzeiten führt, kommen konnte.
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Besonders überraschte,
dass es die erfindungsgemäßen Verfahren gestatteten,
in einfacher Weise ohne Sensoren an jedem Ventil zu bestimmen, welche
Ventile (Druckventile oder Saugventile) Schäden aufwiesen
und in welchen Zylindern sie lokalisiert waren.
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Des
Weiteren war es überraschend, dass die erfindungsgemäßen
Verdrängerpumpen ohne großen zusätzlichen
Aufwand hergestellt werden konnten, sehr robust und von langer Gebrauchsdauer
waren und aufgrund ihrer hervorragenden Überwachungsmöglichkeiten
besonders lange bei konstant hohen Förderleistungen betrieben
werden konnten.
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Insgesamt
konnten oszillierende Verdrängerpumpen und insbesondere
die erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen
mithilfe der erfindungsgemäßen Verfahren auch
aus der Ferne, beispielsweise über das Internet oder über
Computer-Standleitungen, hervorragend überwacht werden.
Deshalb konnte auch eine große Anzahl von oszillierenden
Verdrängerpumpen an unterschiedlichen Standorten zentral überwacht
werden, was ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung ist.
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Darüber
hinaus ergaben sich überraschenderweise noch weitere besondere
Vorteile:
- – Die erfindungsgemäßen
Verfahren benötigten kein Triggersignal mehr, weswegen
bei den erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen
auf Trigger oder Inkrementalgeber verzichtet werden konnte, was
ihre Herstellung vereinfachte.
- – Bei den erfindungsgemäßen Verfahren
mussten die Sensoren nicht mehr kalibriert werden, da die erfindungsgemäßen
Verfahren auf normalisierten Signaländerungen basierten.
- – Die Sensoren konnten zu Zwecken der erfindungsgemäßen
Verfahren an den oszillierenden Verdrängerpumpen innerhalb
bestimmter Grenzen dort angebracht werden, wo das Anbringen den
geringsten Aufwand mit sich brachte. Dies erleichterte auch die
Herstellung der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen, was
technisch und wirtschaftlich von Vorteil war.
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Ausführliche Beschreibung
der Erfindung
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Die
erfindungsgemäßen Verfahren dienen der Früherkennung
von Ventilschäden in oszillierenden Verdrängerpumpen.
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Die
oszillierenden Verdrängerpumpen weisen drei oder mehr,
vorzugsweise drei bis fünf und insbesondere drei Zylinder
auf.
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Jeder
Zylinder umfasst einen angetriebenen Verdränger. Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Verdränger um einen Tauchkolben,
eine mechanisch angelenkte Membran oder eine hydraulisch angelenkte Membran,
insbesondere um einen Tauchkolben. Demgemäß ist
die oszillierenden Verdrängerpumpe eine Tauchkolbenpumpe,
eine Membranpumpe mit mechanisch angelenkter Membran oder eine hydraulisch
angelenkte Membranpumpe oder Kolben-Membranpumpe, insbesondere eine
Tauchkolbenpumpe.
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Der
Antrieb für den Verdränger kann ein Geradschubkurbelantrieb,
ein Federnockentriebwerk mit phasenanschnittsgesteuerter Hubverstellung
oder ein magnetischer Linearantrieb sein. Vorzugsweise wird ein
Geradschubkurbelantrieb verwendet.
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Außerdem
umfasst der Zylinder ein Zylindergehäuse, einen Arbeitsraum,
ein Saugventil, ein Druckventil und einen Zylinderkopf.
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Die
Zylinder der oszillierenden Verdrängerpumpen, insbesondere
der erfindungsgemäßen oszillierenden Verdrängerpumpen,
können auch einen gemeinsamen Pumpenkopf haben.
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Das
Saugventil und das Druckventil sind vorzugsweise selbsttätig.
Bevorzugt werden belastete Kugelventile, Plattenventile, Pilzventile
oder Kegelventile verwendet.
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Zur
Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren
können die oszillierenden Verdrängerpumpen, insbesondere
die erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen,
noch mit einem üblichen und bekannten Trigger oder Inkrementalgeber
ausgestattet sein, mit dessen Hilfe bei Bedarf die Drehzahl der
Pumpe bestimmt werden kann. Es ist aber ein ganz besonderer Vorteil
der erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen
oszillierenden Verdrängerpumpen, dass kein Trigger benötigt
wird.
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Die
oszillierenden Verdrängerpumpen, insbesondere die erfindungsgemäßen
oszillierenden Verdrängerpumpen, können vielseitig
verwendet werden. Insbesondere können sie als Dosierpumpen,
beispielsweise zur genauen Dosierung von Fluiden im Labor, als Industriepumpen
beispielsweise in Chemieanlagen, Prozessanlagen und in der Raffinerietechnik,
oder als Spülpumpen beispielsweise für die Horizontal-
und Tiefbohrtechnik in der Ölindustrie, Bauindustrie oder
Geothermie eingesetzt werden. Dabei können die geförderten Volumenströme
bis zu mehreren 100 m3/h bei Arbeitsdrücken
bis mehrere 1.000 bar betragen.
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Das
erste erfindungsgemäße Verfahren ist besonders
gut geeignet für die Früherkennung eines Ventilschadens
in einer oszillierenden Verdrängerpumpe, insbesondere in
einer erfindungsgemäßen oszillierenden Verdrängerpumpe,
worin jeder Zylinder einen eigenen Zylinderkopf aufweist. Das erfindungsgemäße
Verfahren beruht auf der signalbasierten Auswertung gemessener Druck-
und Körperschallsignale.
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Dabei
wird der Druck im Arbeitsraum jedes Zylinders mittels Dehnungsmessstreifen
DMS, die an der Wand zum Arbeitsraum, z. B. am Umfang der Kolbenbuchsen
angebracht sind, gemessen. Es ist ein weiterer besonderer Vorteil
der erfindungsgemäßen Verfahren, dass alle üblichen
und bekannten Typen von Dehnungsmessstreifen DMS verwendet werden
können.
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Vorzugsweise
erfolgt die Druckmessung piezoelektrisch mithilfe von Halbleiter-DMS.
Das resultierende DMS-Signal muss nicht kalibriert sein, sondern
es reicht die Angabe des Drucks in Volt aus, weil es alleine auf
die Druckänderung beim Öffnen und Schließen
der Ventile im Saug- und Druckhub ankommt.
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Zur
Auswertung der gemessenen DMS-Signale wird der Druckverlauf digitalisiert,
d. h., der gemessene Druckverlauf wird durch eine Rechteckfunktion
approximiert, um die steigenden und fallenden Flanken des Druckverlaufs
für jeden Zylinder zu finden. Die Zeitpunkte oder die Kurbelwinkel
der Flanken entsprechen dann den jeweiligen Endpunkten der Saug-
und Druckhübe.
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Vorzugsweise
wird zur Bestimmung des Druckverlaufs der maximale oder minimale,
während der gesamten Aufzeichnung gemessene Druck ermittelt
und ihre Differenz in 100 gleiche Intervalle geteilt. Anschließend
wird die relative Häufigkeit, mit der die einzelnen Datenpunkte
in eines der 100 Intervalle fallen, ermittelt. Das absolute Maximum
in dem so ermittelten Histogramm oberhalb des 50-sten Intervalls
wird als mittlerer Druck des Druckhubs betrachtet, und das absolute
Maximum unterhalb des 50-sten Intervalls wird als mittlerer Druck
des Saughubs angesehen.
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Zu
Zwecken der vorteilhaften Auswertung des Körperschalls
wird bei der Approximation an den unteren und oberen Totpunkten
der Verdränger vorzugsweise jeweils ein Fenster von bevorzugt ±5%
des Hubs ausgeblendet. Dies bedeutet, dass der Druckverlauf zunächst
digitalisiert wird und dann die steigenden und fallenden Flanken
ermittelt werden. Um die ermittelten Flanken herum wird dann das
auszublende Fenster gelegt. Die Teilhübe der einzelnen
Kolben am Anfang und am Ende der Messung werden jeweils komplett
ignoriert, d. h., die Auswertung beginnt grundsätzlich
mit der ersten Flanke im digitalen Druckverlauf und endet an der
letzten Flanke. Dieses Verfahren lässt sich leicht automatisieren.
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Der
Verlauf des Körperschalls während des Saughubs
und während des Druckhubs wird an jedem Zylinder durch
die Messung der Schwingungsbeschleunigung in Volt und die Berechnung
der Effektivwerte a
eff ermittelt. Bekanntermaßen
kann der Effektivwert a
eff mithilfe der
Gleichung (1) berechnet oder mithilfe der Gleichung (2) angenähert
berechnet werden:
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Vorzugsweise
werden die Effektivwerte aeff mithilfe der
Gleichung (1) berechnet, wobei das Integral vorzugsweise nach dem
Sehnen-Trapezverfahren berechnet wird
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Zur
Messung des Körperschalls können die üblichen
und bekannten Sensoren verwendet werden.
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Vorzugsweise
wird die Schwingungsbeschleunigung mithilfe üblicher und
bekannter piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer als Sensoren
gemessen, da sie eine bessere Dynamik im Vergleich zu Weg- und Schnellesensoren
aufweisen.
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Für
die Speicherung und Auswertung der gemessenen Signale können
alle üblichen und bekannten Datenverarbeitungsanlagen verwendet
werden, sofern sie eine ausreichende Rechen- und Speicherkapazität haben.
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Vorzugsweise
wird ein embedded PC verwendet, wie er von R. Schmidt, E.
Schlücker und O. Schade, Lehrstuhl für Prozessmaschinen
und Anlagentechnik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg,
in "Anlagenzustandsüberwachung durch tiefendiagnostische
Auswertung von Körperschallsignalen", Vortrag
gehalten bei Processnet, Aachen, Oktober 2007, beschrieben
wird.
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Im
nächsten Verfahrenschritt wird der Korrelationskoeffizient
r
a,p zwischen dem Anstieg der Schwingungsbeschleunigung
des Körperschalls und dem digitalisierten Druckverlauf
für jeden Zylinder durch Kovarianzanalyse berechnet. Bekanntermaßen
kann hierzu Gleichung (3) verwendet werden:
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Der
Korrelationskoeffizient ra,p ist die auf
+1 normierte Kovarianz der beiden Signale Druck und Körperschall.
Ein Wert des Korrelationskoeffizienten nahe von +1 oder –1
deutet auf einen hohen positiven beziehungsweise negativen linearen
Zusammenhang der beiden Signale hin, während ein Wert von
0 anzeigt, dass die Zeitverläufe von Körperschall
und Druck unabhängig voneinander sind oder zumindest nichtlinear
korrelieren.
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Physikalisch
wird dabei ausgenutzt, dass bei einem geschädigten Saugventil
während des Druckhubs Fluid aus dem Arbeitsraum auf die
Saugseite zurück gedrückt wird, das dann beim
Durchströmen der schmalen Schadstelle zu kavitieren beginnt.
Die bei der Kavitation entstehenden Geräusche bewirken
ein Ansteigen der Schwingungsbeschleunigung des Körperschalls
während des Druckhubs und damit eine bessere Korrelation
des Körperschalls mit dem Druckverlauf als im fehlerfreien
Zustand.
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Schäden
an Druckventilen können nach dem gleichen Prinzip erkannt
werden. Hier ist dann allerdings das Zurückströmen
des Fluids von der Druckseite in den Arbeitsraum für die
vermehrte Geräuschentstehung verantwortlich.
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Demnach
deutet ein positiver Korrelationskoeffizient ra,p auf
einen Defekt am Saugventil hin, während ein negativer Korrelationskoeffizient
ra,p auf eine Druckventilleckage hindeutet.
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Die
Berechnung des Korrelationskoeffizienten ra,p lässt
sich ebenfalls leicht automatisieren.
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Vorzugsweise
werden die gemessenen Körperschallsignale und der Druckverlauf
kontinuierlich oder in Intervallen gemessen und in Datenverarbeitungsanlagen
automatisch ausgewertet, und die resultierenden Korrelationskoeffizienten
ra,p werden auf Dauer oder eine gewisse
Zeit lang gespeichert. Gegebenenfalls können die gemessenen
Signale mit Referenzsignalen verglichen werden.
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Die
Speicherung und Auswertung muss nicht vor Ort geschehen, sondern
die gemessenen Signale können über das Internet
oder über Computer-Standleitungen an eine zentrale Datenverarbeitungsanlage übermittelt
werden, wo ihre Auswertung und Speicherung stattfinden.
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Ergibt
die Auswertung, dass der Korrelationskoeffizient ra,p einen
vorgegebenen Schwellenwert für dem Korrelationskoeffizienten
ra,p überschreitet oder unterschreitet,
wird automatisch ein Alarm ausgelöst. Dabei kann es sich
um einen akustischen und/oder optischen Alarm handeln. Dieser Alarm
kann vor Ort an der schadhaften Pumpe und/oder in einer zentralen
Schaltstelle ausgelöst werden. In schweren Fällen
kann mit oder ohne einen vorhergehenden Alarm auch eine Notabschaltung
ausgelöst werden.
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Der
Fachmann kann den jeweils geeigneten Schwellenwert aufgrund seines
allgemeinen Fachwissens und seiner Erfahrung oder anhand einiger
weniger orientierender Versuche festlegen.
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Das
zweite erfindungsgemäße Verfahren dient der Früherkennung
und Lokalisierung multipler Ventilschäden in einer oszillierenden
Verdrängerpumpe, die die vorstehend beschriebenen Bestandteile
umfasst, deren Zylinder indes einen gemeinsamen Pumpenkopf aufweisen,
durch signalbasierte Auswertung gemessener Druck- und Körperschallsignale.
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Wie
bei dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt
bei dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren die
Druckmessung an jedem Zylinder mittels Dehnungsmessstreifen DMS,
wie vorstehend beschrieben.
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Ebenso
wird die Digitalisierung des anhand der gemessenen DMS-Signale ermittelten
Druckverlaufs, wie vorstehend bei dem ersten erfindungsgemäßen
Verfahren beschrieben, durchgeführt.
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Im
Unterschied zu dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren
muss aber die Fensterung nur für einen Zylinder beziehungsweise
Verdränger durchgeführt werden, wonach die Fenster
für jeden Zylinder durch Verschieben um jeweils 120° berechnet
werden können.
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Für
das zweite erfindungsgemäße Verfahren ist es wesentlich,
dass der Verlauf des Körperschalls während des
Saughubs und während des Druckhubs nur noch an einer Stelle
des Pumpenkopfs, an der der Verlauf des Körperschalls die
größte Sensitivität bei gleichzeitig
geringstem Rauschen aufweist, durch Messung der Schwingungsbeschleunigung
und Berechnung der Effektivwerte aeff im
Schadenszustand der Pumpe bestimmt wird.
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Die
Stelle des Pumpenkopfs, an der der Verlauf des Körperschalls
die größte Sensitivität bei gleichzeitig
geringstem Rauschen aufweist, kann der Fachmann aufgrund seines
allgemeinen Fachwissens gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einiger
weniger orientierender Versuche ermitteln. Vorzugsweise liegt diese Stelle
im Bereich des mittigen Zylinderkopfs.
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Außerdem
ist es wesentlich, dass für jeden Zylinder zwei fiktive
Schwingungsbeschleunigungssignale aus der gemessenen Schwingungsbeschleunigung
im Schadenszustand der Pumpe berechnet werden. Dies geschieht derart,
dass zu Zwecken des Saugventiltests einmal während des
Saughubs und zu Zwecken des Druckventiltests einmal während
des Druckhubs der gemessene Verlauf durch einen Ersatzwert ersetzt
wird.
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Der
Fachmann kann den Ersatzwert aufgrund seines allgemeinen Fachwissens
und seiner Erfahrung und/oder anhand einiger weniger orientierender
Versuche festlegen.
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Vorzugsweise
wird als Ersatzwert der Effektivwert aeff im
Gutzustand der oszillierenden Verdrängerpumpe verwendet,
der automatisch bei der ersten Inbetriebnahme ermittelt und in einer
Datenverarbeitungsanlage, insbesondere einem embedded PC, abgespeichert
werden kann. Geeignet ist jedoch auch jeder andere von Null verschiedene
positive Zahlenwert. Vorzugsweise ist dieser Zahlenwert nicht wesentlich
größer als der Effektivwert aeff im
Gutzustand. Die Größe der gewählten Zahl
bestimmt nämlich die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen
Verfahrens, wobei größere Werte die Empfindlichkeit
verringern.
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Die
Berechnung der beiden fiktiven Schwingungsbeschleunigungssignale
lässt sich leicht automatisieren.
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Durch
Kovarianzanalyse wird der Korrelationskoeffizient ra,p zwischen
den berechneten fiktiven Schwingungsbeschleunigungssignalen und
dem digitalisierten Druckverlauf im Schadenszustand der Pumpe berechnet.
Vorzugsweise wird hierzu Gleichung (3) herangezogen.
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Dabei
zeigt ein positiver Korrelationskoeffizient ra,p beim
Saugventiltest, der einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt,
einen Defekt an mindestens einem Saugventil an. Ein negativer Korrelationskoeffizient
ra,p beim Druckventiltest, der einen vorgegebenen
Schwellenwert unterschreitet, zeigt dagegen einen Defekt an mindestens
einem Druckventil an.
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Der
in dieser Weise ermittelte Ventilschaden oder die in dieser Weise
ermittelten Ventilschäden wird oder werden einem Zylinder
zugeordnet, indem man die Effektivwerte aeff des
Körperschalls im Schadenszustand während eines
Hubs eines Verdrängers mit den Effektivwerten aeff an den Flanken des digitalisierten Druckverlaufs
im Schadenszustand vergleicht. Eine Zuordnung zu einem Zylinder
ist gegeben, wenn sich der Effektivwert aeff genau
mit den Flanken eines Verdrängerhubs ändert.
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Sowohl
die Berechnung des Korrelationskoeffizienten ra,p als
auch die Zuordnung des Ventilschadens oder der Ventilschäden
zu einem Zylinder lassen sich leicht automatisieren.
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Vorzugsweise
werden dabei die gemessenen Körperschallsignale und der
Druckverlauf kontinuierlich oder in Intervallen gemessen und unter
Berücksichtigung der fiktiven Schwingungsbeschleunigungssignale
in Datenverarbeitungsanlagen automatisch ausgewertet, und die resultierenden
Korrelationskoeffizienten ra,p werden auf
Dauer oder eine gewisse Zeit lang gespeichert. Gegebenenfalls können
die gemessenen Signale mit Referenzsignalen verglichen werden.
-
Die
Speicherung und Auswertung muss nicht vor Ort geschehen, sondern
die gemessenen Signale können über das Internet
oder über Computer-Standleitungen an eine zentrale Datenverarbeitungsanlage übermittelt
werden, wo ihre Auswertung und Speicherung stattfinden.
-
Ergibt
die Auswertung, dass der Korrelationskoeffizient ra,p einen
vorgegebenen Schwellenwert für den Korrelationskoeffizienten
ra,p überschreitet oder unterschreitet,
wird automatisch ein Alarm ausgelöst. Dabei kann es sich
um einen akustischen und/oder optischen Alarm handeln. Dieser Alarm
kann vor Ort an der schadhaften Pumpe und/oder in einer zentralen
Schaltstelle ausgelöst werden. In schweren Fällen
kann mit oder ohne einen vorhergehenden Alarm auch eine Notabschaltung
ausgelöst werden.
-
Der
Fachmann kann den jeweils geeigneten Schwellenwert aufgrund seines
allgemeinen Fachwissens und seiner Erfahrung oder anhand einiger
weniger orientierender Versuche festlegen.
-
Erfindungsgemäß ist
es von Vorteil, wenn die vorstehend beschriebenen Sensoren bereits
in die oszillierenden Verdrängerpumpen integriert sind. ”Integriert” bedeutet,
dass die Sensoren in die erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen
an den erforderlichen Stellen eingebaut sind, so dass die erfindungsgemäßen
Verdrängerpumpen mit den Sensoren an die Kunden ausgeliefert
werden. Dabei sind die Sensoren so eingebaut, dass sie sich bei
Langzeitbetrieb nicht lockern oder beschädigt werden, indes
bei Bedarf leicht ausgewechselt werden können. Geeignete
Befestigungsvorrichtungen sind üblich und bekannt.
-
Dabei
erweist es sich als ein wesentlicher Vorteil, dass die Sensoren
an den Stellen integriert werden können, an denen sie mit
dem geringsten Aufwand angebracht werden können.
-
Die
Sensoren der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen
sind mit den erforderlichen elektrischen Anschlussstellen für
Stromzuleitungen und Signalableitungen ausgerüstet, so
dass sie sehr leicht mit Peripheriegeräten wie embedded
PCs und anderen Datenverarbeitungsanlagen verbunden werden können.
-
Dadurch
lassen sich die erfindungsgemäßen Verdrängerpumpen
hervorragend für die erfindungsgemäßen
Verfahren verwenden. Sie lassen sich ohne großen zusätzlichen
Aufwand herstellen. Sie sind robust und von langer Gebrauchsdauer.
Wegen ihrer hervorragenden Überwachungsmöglichkeiten
können sie problemlos besonders lange bei konstant hohen
Förderleistungen betrieben werden. Schaltstellen an den
Ventilen können bereits sehr früh detektiert werden,
so dass geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden können, ohne
dass es zu einem langen Ausfall der erfindungsgemäßen
Verdrängerpumpen kommt.
-
Ausführungsbeispiele
-
Versuchsanordnung
-
Für
die Ausführungsbeispiele wurde eine Hochdrucktauchkolbenpumpe
mit drei Zylindern und einem gemeinsamen Pumpenkopf (Triplexpumpe)
der Serie HPP 550-4 mit einer maximalen Förderleistung
von 660 l/min und einem maximalen Betriebsdruck von 1.500 bar der
Firma Schäfer & Urbach,
Ratingen, Deutschland, verwendet.
-
Der
Druckverlauf in jedem Zylinder wurde jeweils mithilfe von einem
an dem betreffenden Zylinder angebrachten Halbleiter-Dehnungsmessstreifen
DMS in Volt gemessen.
-
Bei
den Versuchen 1 bis 3 (vgl. Tabelle 1) zum Betriebsverhalten im
Normalzustand wurde der Verlauf des Körperschalls mithilfe
eines piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmers als Körperschallsensor
in Volt an jedem Zylinderkopf gemessen.
-
Bei
den weiteren Versuchen 4 bis 14 (vgl. Tabellen 2 und 3) wurde der
Verlauf des Körperschalls nur noch mithilfe eines piezoelektrischen
Beschleunigungsaufnehmers als Körperschallsensor in Volt
am mittigen Zylinderkopf gemessen.
-
Der
von der Saugleitung her gesehen erste Zylinder wird im Folgenden
als Zylinder I bezeichnet. Der mittige Zylinder wird als Zylinder
II und der Zylinder, an dem die Druckleitung angeschlossen war,
als Zylinder III bezeichnet.
-
Die
Messwerte wurden mit einem speziell für die Untersuchungen
konfigurierten LABVIEW-Programm mit einer Abtastrate von 50 kHz
pro Messstelle jeweils für eine Sekunde pro Versuchslauf
aufgezeichnet und in Textdateien abgespeichert. Die Körperschallsignale
wurden zusätzlich mit 31 kHz Tiefpass gefiltert. Alle anderen
Signale wurden ungefiltert aufgezeichnet.
-
Betriebsverhalten der Hochdrucktauchkolbenpumpe
im Normalzustand
-
Es
wurde zunächst das Betriebsverhalten der Hochdrucktauchkolbenpumpe
im Normalzustand bestimmt. Die gewonnenen Daten dienten als Referenz
für die weiteren Untersuchungen. Die Tabelle 1 gibt einen Überblick über
die Versuchsbedingungen. Tabelle 1: Das Betriebsverhalten im Normalzustand – Versuchsbedingungen
Versuch
Nr. | Drucka)/bar | Drehzahlb)/1/Minute |
1 | 100 | 100 |
2 | 100 | 250 |
3 | 100 | 500 |
- a) mittlerer Druck, gemessen
druckseitig an einer Drossel;
- b) an der Prozessleitstelle des Versuchsstands eingestellte
Drehzahl;
-
Es
ergab sich folgende Signalcharakteristik.
-
Die
DMS-Signale der drei Zylinder zeigten den erwarteten Druckverlauf
im Arbeitsraum. Somit konnten die DMS-Signale zur Approximation
des Arbeitsraumdrucks verwendet werden. Der qualitative Verlauf
der Körperschallsignale zeigte an jeder Messstelle die
typischen Peaks beim Öffnen und Schließen der
Ventile. Darüber hinaus waren keine Auffälligkeiten
vorhanden. Der Förderdruck zeigte keinen nennenswerten
Einfluss auf den qualitativen Verlauf des Körperschalls.
Alle drei Körperschallsensoren lieferten den gleichen Informationsgehalt.
Jedoch zeigte der Körperschallverlauf am Zylinderkopf des
Zylinders II (mittiger Zylinderkopf) die größte
Sensitivität bei gleichzeitig geringstem Rauschen.
-
Der
Einfluss des Betriebszustands auf den Körperschall wurde
ebenfalls untersucht. Dazu wurden die Effektivwerte aeff der
Körperschallsignale betrachtet. Dabei wurden die Peaks
der Ventilöffnungs- und -Schließvorgänge
ausgeblendet. Eine getrennte Auswertung des Körperschalls
für Druck- und Saughub war bei der vorliegenden Hochdrucktauchkolbenpumpe
nicht möglich, da sich zu jeder Zeit mindestens ein Kolben
im Druckhub und ein Kolben im Saughub befanden. Die Messungen zeigten
einen relativ schwachen Einfluss des Förderdrucks auf den
Körperschall, der jedoch bei höheren Drehzahlen
stärker und dann auch eindeutig steigend war. Bei niedriger
Drehzahl war hingegen die Abhängigkeit des Körperschalls
vom Druck nicht eindeutig. Allerdings war die Änderung
des Körperschalls bei Druckvariation so gering, dass sie
vernachlässigt werden konnte. Die Drehzahl hatte einen
sehr starken und ebenfalls steigenden Einfluss auf den Körperschall,
was auf die höhere Geschwindigkeit bei größerer
Drehzahl und damit auf eine größere kinetische
Energie aller schallverursachenden Effekte zurückzuführen
war. Alle drei Körperschallmessstellen zeigten den gleichen
Trend, jedoch lieferte die Messstelle am mittigen Zylinderkopf das
Signal mit der größten Intensität, so
dass im Folgenden nur noch diese verwendet wurde.
-
Experimentelle Untersuchung
einer Druckventilschädigung
-
Es
wurde ein manuell geschädigtes Druckventil in den Zylinder
I eingebaut. Die Tabelle 2 gibt einen Überblick über
die angewandten Versuchsbedingungen sowie über die durch
Kovarianzanalyse auf der Basis der gemessenen Körperschallsignale
und der gemessenen Druckverläufe berechneten Korrelationskoeffizienten
r
a,p. Tabelle 2: Untersuchung einer Druckventilschädigung – Versuchsbedingungen
Versuch
Nr. | Drucka)/bar | Drehzahlb)/1/min | ra,p c) |
4 | 20 | 100 | –0,1 |
5 | 20 | 500 | –0,165 |
6 | 50 | 100 | –0,46 |
7 | 50 | 500 | –0,04 |
8 | 100 | 100 | –0,66 |
9 | 100 | 500 | –0,07 |
10 | 500 | 500 | –0,11 |
Vergleich: | | | |
Leerlauf | 0 | 500 | –0,04 |
- a) mittlerer Druck, gemessen
druckseitig an einer Drossel;
- b) an der Prozessleitstelle des Versuchsstands eingestellte
Drehzahl;
- c) Korrelationskoeffizient
-
Durch
den Einbau des schadhaften Druckventils resultierte qualitativ ein
stark überhöhter Körperschallverlauf
während des Saughubs, der charakteristisch für
einen Schaden am Druckventil ist.
-
Die
Korrelationskoeffizienten ra,p waren erwartungsgemäß negativ,
was auf den Druckventilschaden hindeutete. Die Ergebnisse zeigten
außerdem, dass bei niedrigen Drehzahlen schon bei einem
relativ kleinen Druck von 20 bar der Betrag des Korrelationskoeffizienten
ra,p um einen Faktor von mehr als 10 zunahm.
Dies reichte aus, um den Korrelationskoeffizienten ra,p als
ein sicheres Kriterium zur Erkennung des Ventilschadens zu akzeptieren.
Bei den Versuchen mit höheren Drehzahlen war die Korrelation
allerdings nicht mehr so gut, indes war auch bei hoher Drehzahl
und gleichzeitig höheren Drücken ab 100 bar aufwärts
die Zunahme des Betrags des Korrelationskoeffizienten ra,p ausreichend,
um als Kriterium für einen Ventilschadens verwendet zu
werden. Insgesamt ergab sich, dass je nach Drehzahl unterschiedliche
Schwellenwerte für die Erkennung eines Ventilschadens zu
verwenden waren, während der Einfluss des Drucks vernachlässigt
werden konnte.
-
Experimentelle Untersuchung
multipler Ventilschäden
-
Zur
Untersuchung multipler Ventilschäden wurden in den Zylinder
1 ein geschädigtes Saugventil und ein geschädigtes
Druckventil eingebaut (Versuche Nr. 11 bis 13, vgl. Tabelle 3).
In einem weiteren Versuch wurden ein geschädigtes Druckventil
in den Zylinder I und ein geschädigtes Saugventil in den
Zylinder II eingebaut (Versuch Nr. 14, vgl. Tabelle 3).
-
Die
Tabelle 3 gibt einen Überblick über die angewandten
Versuchsbedingungen. Tabelle 3: Untersuchung multipler Ventilschäden – Versuchsbedingungen
Versuch
Nr. | Drucka)/bar | Drehzahlb)/1/Minute |
11 | 100 | 100 |
12 | 300 | 100 |
13 | 500 | 500 |
14 | 100 | 100 |
- a) mittlerer Druck, gemessen
druckseitig an einer Drossel;
- b) an der Prozessleitstelle des Versuchsstands eingestellte
Drehzahl;
-
Die
Korrelation von Körperschall und Druckverlauf war bei multiplen
Ventilschäden nicht mehr gegeben. Dies lag daran, dass
ein einzelner Saugventilschaden eine hohe Schwingungsbeschleunigung
des Körperschalls im Druckhub und eine niedrigere Schwingungsbeschleunigung
im Saughub bewirkte. Bei einem Druckventilschaden waren die Verhältnisse
entsprechend umgekehrt. D. h., Schall und Arbeitsraumdruck korrelierten
nicht. Bei einem multiplen Ventilschaden, wie z. B. bei einem gleichzeitigen
Defekt am Saug- und Druckventil oder gleichzeitigen Ventilschäden
in verschiedenen Zylindern, war die Schwingungsbeschleunigung des
Körperschalls je nach Konstellation sowohl während
eines Teils oder während des gesamten Saug- und Druckhubs
hoch. Das vorstehend beschriebene Verfahren konnte daher hier nicht
mehr angewandt werden.
-
Deshalb
wurde für jeden Zylinder das Körperschallsignal
einmal während des Saughubs und einmal während
des Druckhubs durch ein fiktives Beschleunigungssignal ersetzt.
Als Ersatzwert wurde der zuvor gemessene und abgespeicherte Effektivwert
aeff im Gutzustand der Pumpe gewählt.
Anschließend wurde damit der Korrelationskoeffizient ra,p nach Gleichung (3) berechnet. Dadurch
ist die Korrelation von Körperschall und Arbeitsraumdruck
wieder gegeben.
-
Die
erhaltenen Ergebnisse waren wie folgt zu interpretieren:
- – Ein Saugventilschaden lag dann vor,
wenn der Saugventiltest für mindestens einen Zylinder eine
positive Korrelation anzeigte, die einen vorgegebenen Schwellenwert überschritt.
Negative Korrelationen im Saugventiltest waren daher auf jeden Fall
ein Indiz für ein unbeschädigtes Saugventil.
- – Ein Druckventilschaden lag dann vor, wenn der Druckventiltest
für mindestens einen Zylinder eine negative Korrelation
anzeigte, die einen vorgegebenen Schwellenwert unterschritt. Positive
Korrelationen im Druckventiltest waren daher auf jeden Fall ein
Indiz für ein unbeschädigtes Druckventil.
- – Die Zuordnung eines Ventilschadens zu einem Zylinder
erfolgte durch den Vergleich der Effektivwerte aeff des
Körperschalls im Schadenszustand während eines
Hubs eines Kolbens mit den Effektivwerten aeff an den
Flanken des digitalisierten Druckverlaufs im Schadenszustand. Eine
Zuordnung zu einem bestimmten Zylinder war gegeben wenn sich der
Effektivwert aeff genau mit den Flanken
eines Kolbenhubs änderte.
-
Die
Tabelle 4 gibt einen Überblick über die berechneten
Korrelationskoeffizienten r
a,p für
den Betrieb der Hochdrucktauchkolbenpumpe sowohl im Gutzustand (Versuche
Nr. 1 bis 3; vgl. Tabelle 1) als auch im geschädigten Zustand
(Versuche Nr. 11 bis 14; vgl. Tabelle 3). Tabelle 4: Korrelationskoeffizienten r
a,p bei Betrieb im Gutzustand (Versuche Nr.
1 bis 3) und im geschädigten Zustand (Versuche Nr. 11 bis
14)
Versuch
Nr. | Saugventiltest
Zylinder Nr.: | Druckventiltest
Zylinder Nr.: |
| I | II | III | I | II | III |
1 | –0,1* | –0,14* | –0,11* | 0,14* | 0,12* | 0,35* |
2 | –0,59* | –0,2* | –0,38* | 0,05* | 0,2* | –0,01* |
3 | –0,76* | –0,05* | –0,22* | –0,14** | 0,16* | 0,0* |
11 | 0,61*** | 0,62** | 0,56** | –0,64*** | –0,47** | –0,49** |
12 | 0,55*** | 0,61** | 0,53** | –0,63*** | –0,43** | –0,47** |
13 | 0,62*** | 0,64** | 0,58** | –0,63*** | –0,46** | –0,47** |
14 | 0,14** | 0,55*** | 0,48** | –0,63*** | –0,34** | –0,34** |
- *Gutzustand;
- **noch indifferent;
- ***Alarmzustand!
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19625947
C1 [0014]
- - DE 10322220 [0015]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Falko Haus,
Methoden zur Störungsfrüherkennung an oszillierenden
Verdrängerpumpen, Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 8, Mess-,
Steuerungs- und Regelungstechnik, Nr. 1109, Berichte aus dem Institut
für Automatisierungstechnik der TU Darmstadt, VDI Verlag
GmbH, Düsseldorf, 2006 [0011]
- - Ulrich Klapp, Überwachung und Fehlerdiagnose an oszillierenden
Verdrängerpumpen, Dissertation, 2004, Schriftenreihe des
Lehrstuhls für Prozessmaschinen und Anlagentechnik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg,
Shaker Verlag, Aachen, 2005 [0011]
- - R. Schmidt, E. Schlücker und O. Schade, Lehrstuhl
für Prozessmaschinen und Anlagentechnik, Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg, in dem Vortrag ”Anlagenzustandsüberwachung
durch tiefendiagnostische Auswertung von Körperschallsignalen” anlässlich
der Processnet in Aachen im Oktober 2007 [0012]
- - R. Schmidt, E. Schlücker und O. Schade, Lehrstuhl
für Prozessmaschinen und Anlagentechnik, Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg, in ”Anlagenzustandsüberwachung
durch tiefendiagnostische Auswertung von Körperschallsignalen”,
Vortrag gehalten bei Processnet, Aachen, Oktober 2007 [0052]