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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur sicherheitsgerichteten Überwachung einer von einem Elektromotor angetriebenen Kreiselpumpe zur Vermeidung einer Zündquellenbildung im ATEX-Bereich sowie ein Kreiselpumpensystem zum Betrieb im ATEX-Bereich.
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Eine Kreiselpumpe ist eine Strömungsmaschine, wobei mittels eines rotierenden Laufrades ein Fördermedium, in der Regel eine Flüssigkeit, bewegt wird. Das durch eine Zugangsleitung (Rohrleitung) eintretend Fördermedium wird dabei von dem rotierenden Laufrad mitgerissen, d. h. radial beschleunigt. Das beschleunigte Fördermedium tritt anschließend über eine Abflussleitung aus der Kreiselpumpe aus. Der Antrieb der Kreiselpumpe erfolgt in der Regel durch einen Elektromotor. In Kreiselpumpen werden üblicherweise Gleitringdichtungen zur Abdichtung der rotierenden Welle gegenüber dem Kreiselpumpengehäuse verwendet. Ebenso sind aber auch Pumpen mit einer Magnetkupplung bekannt, welche keine Gleitringdichtung benötigen. Das flüssige Fördermedium übernimmt in Kreiselpumpen insbesondere die Funktion der Kühlung der Gleitringdichtungen und/oder der Lager. Es ist daher für den Betrieb von Kreiselpumpen stets eine ausreichende Menge flüssigen Fördermediums erforderlich. Hierdurch kann eine Überhitzung der Gleitringdichtungen und/oder der Lager und evtl. anderer Kreiselpumpenbauteile und damit eine Schädigung der Kreiselpumpe vermeiden werden.
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Wird die Kreiselpumpe unzureichend mit flüssigem Fördermedium versorgt, spricht man von einem sogenannten Trockenlauf. Dieser kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass versehentlich saugseitige Armaturen geschlossen werden oder der Flüssigkeitsvorratsbehälter leer gelaufen ist. Trockenlauf führt schnell zur Überhitzung der Pumpenbauteile. Im ATEX-Bereich (ATmosphère Explosible) ist insbesondere eine Zündquellenbildung durch im ATEX-Bereich verwendete Geräte zu vermeiden. Wird beispielsweise eine Kreiselpumpe innerhalb eines ATEX-Bereichs eingesetzt, so ist zu vermeiden, dass durch die Kreiselpumpe eine Gefährdung als Zündquelle hervorgeht. Ein Trockenlauf einer Pumpe kann beispielsweise zu einer Funkenbildung führen, was im explosiven Umfeld (ATEX-Berech) zu einer Gefährdung von Mensch und/oder Maschine führen würde. Im ATEX-Bereich eingesetzte Geräte müssen daher erhöhte Sicherheitsmaßnahmen aufweisen, so dass es zu keiner Gefährdung kommen kann.
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Aus der
WO 2009/006927 A1 ist eine Kreiselpumpe bekannt, welche einen Trockenlauf der Kreiselpumpe durch Messen der Wirkleistung oder des Laststroms des Motors der Kreiselpumpe erkennt. Die in diesem Dokument beschriebene Kreiselpumpe ist jedoch lediglich für das normale Betriebsumfeld einer Kreiselpumpe ausgelegt und genügt nicht den Anforderungen hinsichtlich des Einsatzes im ATEX-Bereich. Innerhalb des ATEX-Bereichs müssen die eingesetzten Geräte ein erhöhten Schutz/Sicherheitsstandard aufweisen, so dass eine Zündquellenbildung durch die Kreiselpumpe vermieden werden kann.
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Aus internem Stand der Technik ist bekannt, dass Kreiselpumpen im ATEX-Bereich einen zusätzlichen Sensor, einen sogenannten Flüssigkeitsgrenzschalter, auch als Liquiphant bekannt, an einer definierten Stelle in der Kreiselpumpe eingebaut oder dezentral mit der Kreiselpumpe gekoppelt haben. Wird dieser Liquiphant richtig zur Kreiselpumpe angeordnet, so meldet dieser Flüssigkeitsgrenzschalter das ausreichende Vorhandensein von Flüssigkeit in der Kreiselpumpe. Die Auswertung dieser Information wird im Weiteren zur Vermeidung von Trockenlauf verwertet. Der zusätzliche Sensor bedeutet jedoch einen erhöhten kostenseitigen Aufwand sowie zusätzliche Aufwendungen hinsichtlich der Fertigung, der Projektierung im Prozessleitsystem und der Überwachung der Kreiselpumpe. Durch den Einsatz des Liquifant weist die Leitung, welche das Fördermedium zur Kreiselpumpe lenkt, eine zusätzliche Öffnung auf. Durch diese zusätzliche Öffnung kann letztendlich eine Gefahrenstelle entstehen (z. B. sofern diese Öffnung undicht wird). Ebenso liegt ein erschwerter Reinigungs- und Wartungsaufwand der Kreiselpumpe mit einem Liquifant vor, da eine zusätzliche Komponente innerhalb der Leitung verbaut ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kreiselpumpensystem für den ATEX-Bereich bereitzustellen, ohne einen Flüssigkeitssensor für eine Kreiselpumpe zu verwenden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1; d. h. durch ein Verfahren zur sicherheitsgerichteten Überwachung einer von einem Elektromotor angetriebenen Kreiselpumpe zur Verwendung im ATEX-Bereich mit folgenden Schritten:
- a) Ermitteln der Wirkleistung des Elektromotors der Kreiselpumpe,
- b) Zuführen des ermittelten Wirkleistungswertes aus a) oder eines daraus abgeleiteten Wirkleistungswertes zu einer Verarbeitungseinheit,
- c) Vergleichen des Wirkleistungswertes aus b) mit einem Wirkleistungsreferenzwert, der eine ausreichende Menge flüssigen Fördermediums in der Kreiselpumpe repräsentiert, durch die Verarbeitungseinheit,
- d) Ermitteln einer Temperatur mindestens einer Komponente der Kreiselpumpe durch mindestens einen Temperatursensor,
- e) Zuführen des ermittelten Temperaturwertes aus d) oder eines daraus abgeleiteten Temperaturwertes zu der Verarbeitungseinheit,
- f) Vergleichen des Temperaturwertes aus e) mit einem Temperaturreferenzwert, der eine zulässige Temperatur der Komponente repräsentiert, durch die Verarbeitungseinheit,
- g) im Fall, dass die Abweichung des Wirkleistungswertes aus b) in Bezug zu dem Wirkleistungsreferenzwert einen festgelegten Wirkleistungsschwellwert unterschreitet oder die Abweichung des Temperaturwertes aus e) in Bezug zu dem Temperaturreferenzwert einen festgelegten Temperaturschwellwert überschreitet, ausgeben eines Warnsignals durch die Verarbeitungseinheit;
sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 5, d. h. durch ein Kreiselpumpensystem zum Betrieb im ATEX-Bereich mit mindestens einem Temperatursensor, einer Verarbeitungseinheit und einer Kreiselpumpe, welche einen Elektromotor umfasst, wobei die Verarbeitungseinheit eine Wirkleistung des Elektromotors der Kreiselpumpe ermitteln kann, wobei der mindestens eine Temperatursensor eine Temperatur mindestens einer Komponente der Kreiselpumpe ermitteln und an die Verarbeitungseinheit senden kann, und wobei die Verarbeitungseinheit, sofern die Abweichung der ermittelten Wirkleistung oder eines daraus abgeleiteten Wirkleistungswertes in Bezug zu einem Wirkleistungsreferenzwert einen festgelegten Wirkleistungsschwellwert unterschreitet oder die Abweichung der ermittelten Temperatur oder eines daraus abgeleiteten Temperaturwertes in Bezug zu einem Temperaturreferenzwert einen festgelegten Temperaturschwellwert überschreitet, ein Warnsignal ausgeben kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 4, 6 und 7 angegeben.
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Dadurch, dass das Kreiselpumpensystem sowohl die Wirkleistung als auch die Temperatur der Kreiselpumpe überwacht, können letztendlich die Anforderungen hinsichtlich des Einsatzes der Kreiselpumpe im ATEX-Bereich erfüllt werden. Durch die parallele Überwachung mittels der Temperatur und der Wirkleistung können alle gefahrenkritischen Komponenten der Kreiselpumpe zuverlässig überwacht werden, so dass ein sicherer Betrieb der Kreiselpumpe im ATEX-Bereich gewährleistet werden kann. Dadurch, dass kein Liquifant eingesetzt wird, können ferner die Nachteile des Liquifant vermieden werden.
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Der Wirkleistungsreferenzwert, der eine ausreichende Menge flüssigen Fördermediums in der Kreiselpumpe repräsentiert sowie der Temperaturreferenzwert, der eine zulässige Temperatur innerhalb der Kreiselpumpe repräsentiert, ist vorzugsweise von einem Endanwender/Installateur einstellbar. Hierbei handelt es sich vorzugsweise jeweils um einen Referenzwert, welcher noch einen für den Betrieb der Kreiselpumpe zulässigen Wert darstellt. Bei einer starken Überschreitung des Temperaturreferenzwertes oder einer starken Unterschreitung des Wirkleistungsreferenzwertes ist die Wahrscheinlichkeit stark erhöht, dass es zu einer Zündquellenbildung durch die Kreiselpumpe kommt, so dass hierdurch eine Gefährdung für das Umfeld entstehen kann. Wird einer der Referenzwerte überschritten bzw. unterschritte, so wird durch die Verarbeitungseinheit ein Warnsignal ausgegeben, so dass insbesondere eine Gefährdung durch die Kreiselpumpe vermieden werden kann.
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Kommt es beispielsweise zu einem Trockenlauf der Kreiselpumpe, so sinkt die ermittelte Wirkleistung derart ab, dass frühzeitig durch einen Vergleich des ermittelten Wirkleistungswertes mit dem Wirkleistungsreferenzwert ein anstehender Trockenlauf der Kreiselpumpe erkannt werden kann. Durch beispielsweise ein Abschalten der Kreiselpumpe kann somit eine Funkenbildung unterbunden werden. Die Erkennung von Trockenlauf kann auf diese Weise innerhalb einigen hundert Millisekunden erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Überwachung bereits während des Anlaufs der Pumpe, so dass bereits innerhalb dieser kritischen Phase der Kreiselpumpe eine Gefährdung durch die Pumpe ausgeschlossen werden kann. Mittels der Temperaturüberwachung kann ein thermisches Überhitzen einer Komponente der Pumpe, wie beispielsweise eines Lagers, überwacht werden. Ein thermisch erhitztes Lager wird unter Umständen nicht durch das Überwachen des Wirkleistungswertes erkannt, so dass durch eine bloße Wirkleistungsüberwachung ein ungenügender Schutz im ATEX-Bereich vorliegt. Durch eine gezielte parallele Temperaturüberwachung kann hingegen eine herannahende mechanische Beschädigung (z. B. ein Lagerschaden) frühzeitig erkannt werden. Durch die parallel durchgeführte Temperaturüberwachung kann letztendlich ein ausreichender Schutz für den ATEX-Bereich gewährleistet werden. Überschreitet der ermittelte Temperaturwert einen Temperaturreferenzwert, so kann ein Warnsignal seitens der Verarbeitungseinheit der Pumpe ausgegeben werden, so dass vorzugsweise Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.
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Erst durch die erfindungsgemäße Kombination der Wirkleistungs- und Temperaturüberwachung der Kreiselpumpe kann ein ausreichender Schutz für den ATEX-Bereich erzielt werden, so dass die Anforderungen an eine Kreiselpumpe hinsichtlich eines Betriebs im ATEX-Bereichs erfüllt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird durch das Warnsignal der Elektromotor gedrosselt oder abgeschaltet.
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Auf diese Weise werden nach einer Erkennung eines anstehenden Trockenlaufs oder einer anstehenden Überhitzung bereits die Maßnahmen eingeleitet, welche eine Zündquellenbildung durch die Kreiselpumpe verhindern.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird durch den mindestens einen Temperatursensor die Temperatur eines Lagers der Kreiselpumpe, einer Gleitringdichtung der Kreiselpumpe und/oder einer Kupplung der Kreiselpumpe gemessen.
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Die mindestens eine Komponente der Kreiselpumpe ist folglich das Lager, die Gleitringdichtung und/oder die Kupplung. Das Messen der Temperatur der Komponente oder der Komponenten kann durch einen Temperatursensor aber auch durch mehrere Temperatursensoren erfolgen. Der Temperatursensor bzw. die Temperatursensoren sind mit der Verarbeitungseinheit verbunden und übermitteln der Verarbeitungseinheit jeweils einen ermittelten Temperaturwerte oder einen aus dem ermittelten Temperaturwert abgeleiteten Temperaturwert der zu überwachenden Komponente der Kreiselpumpe (z. B. Lager, Motor, Kupplung, Gleitringdichtung). Dieser Temperaturwert wird seitens der Verarbeitungseinheit mit einer Temperaturreferenz verglichen. Der Temperaturreferenzwert spiegelt hierbei jeweils eine zulässige Temperatur der durch den jeweiligen Temperatursensor überwachten Komponente der Kreiselpumpe wieder. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn hierbei mindestens ein Lager der Kreiselpumpe, die Gleitringdichtung der Kreiselpumpe und/oder die Kupplung der Kreiselpumpe überwacht werden. Durch die gezielte Temperaturüberwachung sowie der parallel ausgeführten Wirkleistungsüberwachung kann eine Zündquellenbildung durch die Kreiselpumpe vermieden werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgen das Ermitteln der Wirkleistung und das Zuführen des ermittelten Wirkleistungswertes aus a) oder eines daraus abgeleiteten Wirkleistungswertes durch ein Motorschutzgerät der Kreiselpumpe.
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Das Kreiselpumpenssystem umfasst somit ein Motorschutzgerät für die Kreiselpumpe. Dieses Motorschutzgerät ist dazu ausgebildet, die Wirkleistung des Elektromotors zu ermitteln. Der ermittelte Wirkleistungswert wird letztendlich durch die Verarbeitungseinheit und insbesondere direkt durch das Motorschutzgerät mit dem Wirkleistungsreferenzwert, der eine ausreichende Menge flüssigen Fördermediums in der Kreiselpumpe repräsentiert, verglichen. Liegt eine Unterschreitung vor, so wird ein Warnsignal durch die Verarbeitungseinheit und insbesondere direkt durch das Motorschutzgerät ausgegeben, so dass erforderliche Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden können. Die Verarbeitungseinheit umfasst hierbei vorzugsweise das Motorschutzgerät und eine Temperaturverarbeitungseinheit, welche den Vergleich des ermittelten Temperaturwertes mit dem Temperaturreferenzwert durchführt. Durch das Verwenden des Motorschutzgerätes der Kreiselpumpe kann eine notwendige Komponente des Kreiselpumpensystems verwendet werden, so dass ein zusätzlicher Installationsaufwand vermieden werden kann.
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Im Folgenden werden die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.
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Die FIG zeigt eine schematische Darstellung eines Kreiselpumpensystems.
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Die FIG zeigt eine schematische Darstellung eines Kreiselpumpensystems. Das Kreiselpumpensystem umfasst eine Kreiselpumpe 1, einen Elektromotor 2, eine Verarbeitungseinheit 6, einen Temperatursensor 7 und ein rotierendes Laufrad 3. Die Kreiselpumpe 1 umfasst hierbei insbesondere das rotierende Laufrad 3 und den Elektromotor 2. Ferner kann die Kreiselpumpe 1 wie abgebildet die Verarbeitungseinheit 6 sowie den Temperatursensor 7 umfassen. Es ist aber ebenso denkbar, dass die Verarbeitungseinheit 6 und/oder der Temperatursensor 7 dezentral zur Kreiselpumpe 1 angeordnet sind. Die Kreiselpumpe 1 weist ferner zwei Öffnungen auf, wobei die erste Öffnung mit einer Zugangsleitung 4 und die zweite Öffnung mit einer Abflussleitung 5 verbunden ist. Die erste Öffnung ist mit der zweiten Öffnung über eine Leitung 8 innerhalb der Kreiselpumpe 1 verbunden. Das rotierende Laufrad 3 ist mit der Leitung 8 derart verbunden, dass mittels des rotierenden Laufrades 3 ein Fördermedium, in der Regel eine Flüssigkeit, über die Leitung 8 bewegt wird. Hierbei ist der Ansaugstutzen vorzugsweise im Zentrum des Laufrades 3 angeordnet. Das durch die Zugangsleitung 4 (Rohrleitung) eintretendes Fördermedium wird dabei von dem rotierenden Laufrad 3 mitgerissen, d. h. radial beschleunigt. Das beschleunigte Fördermedium tritt anschließend über die Abflussleitung 5 aus der Kreiselpumpe 1 aus. Der Antrieb der Kreiselpumpe 1 erfolgt durch den Elektromotor 2. Der Temperatursensor 7 ermittelt hierbei fortlaufend die Temperatur einer Komponente der Kreiselpumpe, insbesondere des Lagers des Elektromotors 2. Dieser ermittelte Temperaturwert wird der Verarbeitungseinheit 6 übermittelt. Die Verarbeitungseinheit 6 vergleicht daraufhin den ermittelten Temperaturwert mit einem Temperaturreferenzwert, welcher eine zulässige Temperatur der analysierten Komponente, in diesem Fall des Lagers, repräsentiert. Übersteigt die Abweichung der ermittelten Temperatur in Bezug zu dem Temperaturreferenzwert einen festgelegten Temperaturschwellwert, so wird ein Warnsignal durch die Verarbeitungseinheit 6 ausgegeben. Eine mechanische Beschädigung der überwachten Komponente, in diesem Fall des Lagers, kann hierdurch vermieden werden. Sofern mehrere Komponenten der Kreiselpumpe 1 hinsichtlich ihres Temperaturverhaltens überwacht werden können mehrere Temperatursensoren 7 eingesetzt werden. Die ermittelten Temperaturen werden jeweils mit einem zugehörigen Temperaturreferenzwert verglichen, so dass bei Überschreitung eines Schwellwertes ein Warnsignal ausgegeben werden kann.
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Parallel zu der kontinuierlichen Überwachung der Temperatur erfolgt eine kontinuierliche Überwachung der Wirkleistung des Elektromotors 2. Hierbei wird die Wirkleistung vorzugsweise durch ein Motorschützgerät der Kreiselpumpe 1 überwacht. Dieses Motorschützgerät ist der Verarbeitungseinheit 6 zuzuordnen. Sofern eine Abweichung des durch das Motorschutzgerät ermittelten Wirkleistungswertes des Elektromotors 2 einen in Bezug zu einem Wirkleistungsreferenzwert festgelegten Wirkleistungsschwellwert unterschreitet, wird ebenso ein Warnsignals durch die Verarbeitungseinheit 6 ausgegeben.
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Stellt die Verarbeitungseinheit 6 fest, dass der ermittelte Wirkleistungswert bzw. Temperaturwert in Bezug zu dem Wirkleistungsreferenzwert bzw. Temperaturreferenzwert in unzulässiger Weise abweicht, d. h. den jeweils festgelegten Schwellwerte unterschreitet bzw. überschreitet, wird diese Abweichung als Indiz eines Trockenlaufs bzw. eines anstehenden Defekts interpretiert. Die Verarbeitungseinheit 6 wird in diesem Fall, den Elektromotor 2 drosseln oder gar ganz abschalten, um eine Überhitzung der Kreiselpumpe 1 zu vermeiden. Das Warnsignal leitet somit entsprechende Maßnahmen ein, so dass eine Gefährdung durch die Kreiselpumpe 1 im ATEX-Bereich vermieden werden kann. Ferner erfolgt durch das Warnsignal vorzugsweise eine derartige Signalausgabe, dass ein Endanwender diesen Zustand erkennen kann, z. B. optisch oder akustisch.
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Durch eine derartige parallele Überwachung der Kreiselpumpe 1 kann eine Gefährdung der Kreiselpumpe 1, insbesondere hinsichtlich einer Zündquellenbildung, ausreichend überwacht werden, so dass die Kreiselpumpe 1 für den ATEX-Bereich eingesetzt werden kann.
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Von der Erfindung mit umfasst sein soll auch eine Abweichung des Wirkleistungswertes oder Temperaturwertes in Bezug zu dem Wirkleistungs- oder Temperaturreferenzwert, wobei nach vorheriger Invertierung der auszuwertenden elektrischen Signale der festgelegte Schwellwert über- statt unterschritten wird und die Verarbeitungseinheit 6 diesen Zustand als Trockenlauf bzw. Defekt interpretiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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