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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Eigendiagnose des hydraulischen und/oder mechanischen Zustandes einer Kreiselpumpe, insbesondere Umwälzpumpe.
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Heutige energiesparsame Kreiselpumpen sind mit Frequenzumrichter und Drehzahlregelung ausgestattet, um die Drehzahl und damit die Pumpenleistung bedarfsgerecht einzustellen. Für die Regelung bzw. Bestimmung der erforderlichen Soll-Drehzahl benötigt die Pumpensteuerung Kenntnis über den aktuellen Betriebspunkt (Förderstrom Q und Förderhöhe H) der Pumpe. Zur Einsparung von Herstellungskosten werden moderne Kreiselpumpen allerdings ohne dedizierte Durchflusssensoren und/oder Drucksensor gefertigt. Stattdessen muss die Pumpensteuerung mittels eines Betriebspunktmoduls den aktuellen Betriebspunkt anhand der verrichteten mechanischen Leistung der Pumpe und der gefahrenen Drehzahl abschätzen. Beide Eingangsdaten ergeben sich durch ein mathematisches Modell des Motors, das redundant zur Pumpe auf dem Prozessor der Pumpensteuerung mitläuft.
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Die Qualität des Schätzungsergebnisses des Betriebspunktmoduls hängt unter anderem von den im Pumpenspeicher hinterlegten Referenzwerten bzw. Parametern ab, welche an einer baugleichen Referenzpumpe ermittelt und in der Pumpensteuerung hinterlegt werden. Da bei der Serienfertigung üblicherweise nur stichprobenartig Referenzwerte für ausgewählte Exemplare erzeugt werden, können diese aufgrund von Fertigungstoleranzen für gewisse Pumpenexemplare zu ungenau sein. In solch einem Fall ist eine nachträgliche Optimierung dieser Referenzwerte bei der Erstinbetriebnahme als auch im Folgebetrieb wünschenswert. Ferner können auch Verschleißerscheinungen zu fehlerhaften Ergebnissen führen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Pumpensteuerung durch eine Art Selbstdiagnosefunktion zu erweitern, die Fehler in der Betriebspunktschätzung auffinden kann und in Folge dessen Verschleißerscheinungen frühzeitig erkennen oder eine nachfolgende Parameteroptimierung vornehmen kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Es wird also ein Verfahren zur Diagnose des mechanischen und/oder hydraulischen Zustandes einer Kreiselpumpe vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vornehmlich für Umwälzpumpen konzipiert, der Kernaspekt der Erfindung lässt sich jedoch ohne Einschränkungen auf Kreiselpumpen im offenen Hydraulikkreislauf anwenden. Der Einfachheit halber wird nachfolgend stets von einer Umwälzpumpe gesprochen, wobei die gemachten Ausführungen ebenso für Kreiselpumpen im offenen Kreislauf gelten.
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Das Verfahren ist für eine Kreiselpumpe, insbesondere Umwälzpumpe bestimmt, die eine Pumpensteuerung mit einem implementierten Motormodell zur Bestimmung der mechanischen Pumpenleistung und der gefahrenen Pumpendrehzahl vorsieht. Ferner umfasst die Pumpensteuerung ein Betriebspunktmodul zur Schätzung des Betriebspunktes der Pumpe auf Basis der Pumpendrehzahl und der mechanischen Pumpenleistung. Das Betriebspunktmodul ist üblicherweise in der Software der Pumpensteuerung umgesetzt.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zur Diagnose des mechanischen und/oder hydraulischen Pumpenzustands mittels des Motormodells für eine definierte Pumpendrehzahl die mechanische Pumpenleistung zu bestimmen und diese gegen eine geschätzte mechanische Pumpenleistung zu vergleichen, die durch eine invers ausgeführte Betriebspunktschätzung des Betriebspunktmoduls auf Grundlage der definierten Pumpendrehzahl bestimmt wird.
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Im Endeffekt wird hierbei das konventionelle Motormodell der Pumpensteuerung eingesetzt, das im laufenden Pumpenbetrieb auf Grundlage der gefahrenen Ist-Drehzahl die mechanische Pumpenleistung ermittelt und ausgibt. Ferner wird das vorgesehene Betriebspunktmodul zur Schätzung des Betriebspunkts, d.h. zur Schätzung der vorliegenden Fördermenge bzw. Förderhöhe, zweckentfremdet eingesetzt, um ausgehend von einer definierten Drehzahl eine durch das Betriebspunktmodul geschätzte mechanische Pumpenleistung zu ermitteln. Durch Vergleich mit der ausgegebenen mechanischen Pumpenleistung des Motormodells, die der realen Pumpenleistung entspricht, kann die Genauigkeit des Betriebspunktmoduls zur Schätzung des Betriebspunkts evaluiert werden.
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Bei Erstinbetriebnahme und richtiger Konfiguration der im Schätzungsmodul verwendeten Parameter bzw. Referenzwerte sollte die geschätzte mechanische Pumpenleistung der durch das Motormodell bestimmten mechanischen Pumpenleistung entsprechen. Kommt es hier stattdessen zu Abweichungen, kann die Pumpensteuerung demzufolge auf einen Fehlerfall innerhalb der Kreiselpumpe bzw. Umwälzpumpe schließen.
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Gemäß bevorzugter Ausführung wird dem Betriebspunktmodul zur Bestimmung der geschätzten mechanischen Leistung eine für die definierte Pumpendrehzahl zu erwartende Fördermenge und/oder Förderhöhe zugeführt. Die zu erwartende Fördermenge und/oder Förderhöhe wird vorzugsweise unter Ausnutzung der Affinitätsgesetze ermittelt. Insbesondere wird hierbei auf die Aussage des Affinitätsgesetzes zurückgegriffen, wonach sich der Förderstrom proportional zu einer Drehzahlerhöhung verhält. Demgegenüber nimmt die Förderhöhe quadratisch zur Drehzahländerung zu. Unter Ausnutzung dieser Gesetzmäßigkeiten kann für die definierte Drehzahl, die gegenüber einer vorherigen Drehzahl eine bestimmte Drehzahländerung darstellt, davon ausgegangen werden, dass sich für diese auch der Förderstrom bzw. die Förderhöhe entsprechend gegenüber dem für den vorherigen Drehzahlwert geschätzten Förderstrom bzw. Förderhöhe ändert.
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Mittels des Vergleichs wird vorzugsweise ein Differenzbetrag zwischen den Leistungswerten bestimmt. Im fehlerfreien Fall beträgt der Differenzbetrag null bzw. nahezu null. Bei Abweichungen kann die Pumpe stattdessen auf einen Fehlerfall schließen.
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Neben der bloßen Fehlererkennung ist eine verwertbare Spezifizierung der konkreten Fehlerart bzw. der Fehlerursache wünschenswert. Für diesen Fall kann vorgesehen sein, dass das Verfahren bei einem Fehlverhalten für eine Reihe abweichender definierter Drehzahlwerte wiederholt ausgeführt wird. Nachfolgend kann eine Auswertung der entsprechenden Vergleichsergebnisse bzw. der erhaltenen Differenzwerte zwischen den Leistungswerten erfolgen, um beispielsweise anhand mathematischer Zusammenhänge zwischen den einzelnen Differenzwerten und den zugeordneten Drehzahlwerten die Fehlerart genauer spezifizieren zu können. Hierbei kann angenommen werden, dass die mechanische Verlustleistung quadratisch von der Drehzahl abhängt. Wird ein solcher mathematischer Zusammenhang zwischen den Differenzwerten und Drehzahlwerten erkannt, kann ein mechanischer Verschleißanteil als maßgebliche Ursache für das Fehlerverhalten detektiert werden. Andere mathematische Zusammenhänge können beispielsweise auf hydraulische Fehler hinweisen, unter anderem beispielsweise auf eine Verkalkung des Spaltrohrs des Pumpenantriebes.
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Das verwendete Betriebspunktmodul zur Schätzung des Betriebspunkts basiert üblicherweise ebenfalls auf den Affinitätsgesetzen. Für die Anwendbarkeit dieser Gesetzmäßigkeiten ist es jedoch zwingend notwendig, den Anteil der mechanischen Pumpenleistung, der die mechanische Verlustleistung charakterisiert, vorab herauszurechnen, da dieser Anteil nicht den benannten Gesetzmäßigkeiten unterliegt. Hierzu wird üblicherweise ein entsprechender Leistungskorrekturwert verwendet, der vor der Betriebspunktschätzung auf die zugeführte mechanische Pumpenleistung aufgerechnet wird, insbesondere von dieser subtrahiert wird. Demzufolge ist für die Qualität der Betriebspunktschätzung die Richtigkeit und Genauigkeit dieses Korrekturwertes von hoher Bedeutung, d.h. wie genau der Korrekturwert die tatsächliche mechanische Verlustleistung innerhalb der Pumpe widerspiegelt. Je genauer dieser Parameter bestimmt wird, desto genauer ist letztendlich die Betriebspunktschätzung.
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Genau dieser Parameter kann nachfolgend jedoch auch dafür eingesetzt werden, um nach dem Auftreten eines Fehlerfalls die Fehlerart weiter spezifizieren zu können. Hierbei wird der Leistungskorrekturwert während der wiederholten Verfahrensausführung für unterschiedliche definierte Drehzahlwerte systematisch variiert. Insbesondere wird mittels der systematischen Variation des Leistungskorrekturwertes versucht, einen neuen einheitlichen Korrekturwert aufzufinden, der für sämtliche definierte Drehzahlen einen Differenzbetrag gleich bzw. nahe null ergibt. Ist dies der Fall und kann davon ausgegangen werden, dass der bei der Erstinbetriebnahme der Pumpe eingesetzte Leistungskorrekturwert nicht fehlerhaft war, so kann die nun ermittelte notwendige Änderung des Leistungskorrekturwertes ein Indiz für den mechanischen Verschleiß innerhalb der Pumpe darstellen. Eine Anpassung des Leistungskorrekturwertes, insbesondere einer Werterhöhung ist ein deutliches Indiz für den zunehmenden Verschleiß innerhalb der Pumpe. Die betragsmäßige Werterhöhung ist zudem ein Maßstab für den Fortschritt des mechanischen Verschleißes.
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Lässt sich demgegenüber kein passender Leistungskorrekturwert bestimmen, ist eine mechanische Ursache unwahrscheinlicher und es kann als Hinweis auf einen hydraulischen Fehler interpretiert werden. Oftmals führt eine Verkalkung des Spaltrohrs des Antriebsmotors der Pumpe zu einem solchen nicht mechanisch begründeten Fehlverhalten.
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Es ist vorstellbar, dass das Verfahren während der Erstinbetriebnahme der Kreiselpumpe bzw. Umwälzpumpe oder alternativ zu einem späteren Zeitpunkt im laufenden Pumpenbetrieb zur Ausführung kommt. Bei der Erstinbetriebnahme der Pumpe kann das erfindungsgemäße Verfahren dazu eingesetzt werden, etwaige Parameter für die Betriebspunktschätzung zu optimieren, so beispielsweise den zuvor genannten Leistungskorrekturwert. Für die Optimierung der Betriebspunktschätzung durch Korrektur des Leistungskorrekturwertes kann beispielsweise ein iteratives Optimierungsverfahren zum Einsatz kommen. Alternativ oder ergänzend kann beispielsweise auch ein zeitvarianter erweiterter Kalman Filter zur permanenten Anpassung des Leistungskorrekturwertes gemäß quadratischer Optimierung zur Anwendung kommen.
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Bei der Verfahrensausführung im laufenden Betrieb kann mittels des Verfahrens stattdessen auf einen mechanischen oder hydraulischen Fehler der Pumpe geschlossen werden und dies dem Nutzer visuell und/oder akustisch zur Anzeige gebracht werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn dem Nutzer eine Warnung kurz vor einem möglichen Pumpendefekt bzw. Pumpenausfall zur Anzeige gebracht wird. Auch ist es vorstellbar, dass die Pumpe permanent ihren Zustand dem Anwender mitteilt und ihn kurz vor einem Ausfall warnt.
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Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung zudem eine Kreiselpumpe, insbesondere Umwälzpumpe, mit einem drehzahlvariablen Pumpenantrieb sowie einer Pumpensteuerung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Demzufolge zeichnet sich die Kreiselpumpe, insbesondere Umwälzpumpe durch dieselben Vorteile und Eigenschaften aus, wie sie bereits vorstehend anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgezeigt wurden. Auf eine wiederholende Beschreibung wird aus diesem Grund verzichtet.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen nachfolgend anhand eines in den
- Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels aufgezeigt werden. Es zeigen:
- 1: zwei exemplarische Diagrammdarstellungen für mögliche Pumpenkennlinien;
- 2: eine weitere Diagrammdarstellung mit unterschiedlichen Leistungskennlinien;
- 3: eine Blockdarstellung zur Darstellung des Betriebspunktmoduls zur Betriebspunktschätzung;
- 4: eine schematische Blockdarstellung zur Verdeutlichung der einzelnen Schritte für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 5: eine Diagrammdarstellung zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen Drehzahl und der mechanischen Verlustleistung und
- 6: die Diagrammdarstellungen der 1 zur Verdeutlichung der Ermittlung der passenden Förderhöhe in Abhängigkeit der mechanischen Pumpenleistung.
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Die erfindungsgemäße Kreiselpumpe in Form einer Umwälzpumpe ist mit einem Frequenzumrichter und einer Drehzahlregelung ausgestattet. Damit die Pumpensteuerung die Drehzahl bedarfsgerecht einstellen kann, benötigt sie das Wissen über den aktuellen Betriebspunkt (Förderstrom Q und Förderhöhe H). Diese Werte werden mittels eines in Software realisierten Betriebspunktmoduls geschätzt, d.h. der aktuelle Betriebspunkt wird anhand der mechanischen Leistung und der Drehzahl geschätzt. Beide Daten liefert ein mathematisches Modell des Motors, welches redundant zur Pumpe auf dem Prozessor mitläuft.
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Die Betriebspunktschätzung erfolgt anhand der Affinitätsgesetze unter Berücksichtigung hinterlegter Kennlinien sowie eines Korrekturwertes für die mechanischen Leistungsverluste der Pumpe. Die Affinitätsgesetze sind in der Literatur allgemein bekannt und besagen, dass sich Leistung, Förderstrom und Förderhöhe bei einer Änderung der Drehzahl wie folgt verhalten:
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Des Weiteren werden in der Pumpensteuerung die Zusammenhänge von mechanischer Leistung und Förderstrom sowie Förderhöhe und Förderstrom bei Nenndrehzahl in Form von Kennlinien hinterlegt. Das Diagramm a) zeigt für die Nenndrehzahl nN den Zusammenhang zwischen Förderstrom und mechanischer Leistung Pmech , die vom Motor abgegeben wird. Das Diagramm b) zeigt den Zusammenhang zwischen Förderhöhe und Förderstrom bei Nenndrehzahl nN .
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Die mechanische Leistung Pmech entspricht der Summe aus hydraulischer Leistung Phydr , hydraulischer Verlustleistung Phydr,loss sowie der mechanischen Verlustleistung Pmech,loss . 2 stellt die einzelnen Leistungskurven in Abhängigkeit des Förderstromes dar.
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Es ist bekannt, dass die hydraulische Pumpenleistung
Phydr , sowie die hydraulische Verlustleistung
Phydr,loss der Pumpe ausreichend genau den Affinitätsgesetzen folgen. Die mechanische Verlustleistung
Pmech,loss der Pumpe hingegen folgt diesen Gesetzen nicht, kann aber als förderstromunabhängig und annähernd proportional zum Quadrat der Drehzahl angenommen werden. Vergleiche hierzu die Diagrammdarstellung der
5, die die Pumpendrehzahl der mechanischen Verlustleistung gegenüber stellt. Gezeigt sind zum einen die reale Messkurve einer untersuchten Umwälzpumpe sowie die entsprechende quadratischer Interpolation. Mathematisch lässt sich der Zusammenhang wie folgt beschreiben:
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Die mechanischen Verluste sind zwar relativ gering, allerdings müssen sie vor der Anwendung der Affinitätsgesetze heraus gerechnet werden, denn der geringe Anteil würde durch die dritte Potenz (Gl. 3) das Ergebnis signifikant verfälschen. Um dies zu verhindern, wird der Zusammenhang zwischen Drehzahl n und mechanischen Verlusten Pmech,loss in der Pumpe hinterlegt.
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Die 3 zeigt den vollständigen Ablauf einer Betriebspunktschätzung durch das pumpeninterne Betriebspunktmodul. Die Eingangsgrößen sind die von der Motoregelung bereitgestellten Werte für die Drehzahl nist und die mechanische Leistung Pmech . Im Bereich a) der 3 werden die mechanischen Verluste Pmech,loss durch den Korrekturwert Pkorr von der Motorleistung Pmech abgezogen und dadurch eine Anwendung der Affinitätsgesetze ermöglicht.
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Im Bereich b) wird die Leistung anhand der Affinitätsgesetze auf die normierte Leistung PN , die bei einer Erhöhung der Drehzahl auf Nenndrehzahl nN vorliegen würde, transformiert. Mit dieser normierten Leistung PN kann anhand der hinterlegten P/Q-Kennlinie (1a) der normierte Förderstrom Qnorm abgeleitet werden, der sich bei normierter Leistung PN und Nenndrehzahl nN einstellen würde.
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Qnorm wird im Bereich c) mittels Affinitätsgesetzen auf die aktuell vorliegende Drehzahl nist rücktransformiert. Auf diese Weise erhält man den geschätzten Förderstrom Qest . Äquivalent zu den Bereichen b) und c) wird in den Bereichen d) und e) die geschätzte Förderhöhe Hest bestimmt. Dieser Vorgang wird nochmals anschaulich in 6 anhand der gegenübergestellten Diagramme der 1 wiedergegeben. Zunächst ( 6a)) wird anhand des Diagramms der 1a) der für die normierte Leistung PN passende normierte Förderstrom QN bestimmt. Im nächsten Schritt wird für den normierten Förderstrom QN aus dem Diagramm 1b) die normierte Förderhöhe HN ausgelesen. Falls in der Pumpe ein Drucksensor vorhanden ist, können die geschätzte und die gemessene Förderhöhe durch Multisensor Datenfusion zusammengeführt und dadurch die Betriebspunktschätzung verbessert werden.
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Mit dem Verfahren der Betriebspunktschätzung lassen sich aus der mechanischen Leistung Pmech und der Drehzahl nist der Förderstrom Qest und die Förderhöhe Hest bestimmen. Allerdings funktioniert dies nur unter der Annahme, dass die hinterlegten Kennlinien sowie die hinterlegten Leistungskorrekturwerte Pkorr exakt stimmen. In der Praxis hingegen sind Abweichungen zwischen hinterlegten Daten und realem Pumpenverhalten möglich. Dies kann folgende Ursachen haben:
- - Aufgrund von mechanischem Verschleiß sowie Spaltrohrverkalkung verändert sich das Reibverhalten mit der Zeit. Dies führt dazu, dass die Leistungskorrekturwerte Pkorr nicht mehr stimmen.
- - Aufgrund von Ablagerungen in der Pumpe sowie durch Spaltaufweitung verändert sich das hydraulische Verhalten der Pumpe. Dies führt dazu, dass die hinterlegten Q/H- und Q/P-Kennlinie nicht mehr stimmen.
- - Aufgrund von Toleranzen sind die Leistungskorrekturwerte sowie die hinterlegten Kennlinien von Pumpe zu Pumpe unterschiedlich. Da nur eine Pumpe vermessen und die Daten in allen Pumpen dieser Baureihe hinterlegt sind, stimmen die hinterlegten Daten nur bedingt.
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Aufgrund der genannten Einschränkungen sind Abweichungen von bis zu 15 % bei der Betriebspunktschätzung möglich. Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren, mit dem Abweichungen zwischen realem Pumpenverhalten und hinterlegten Leistungskorrekturwerten Pkorr bzw. des Faktors α im geschlossenen Wasserkreislauf detektiert werden können. Dieses Verfahren basiert darauf, dass die Pumpe während des Betriebs kurzzeitig ihre Drehzahl verändert. Die sich daraus ergebenden Änderungen des Betriebspunkts können mittels Affinität aus dem vorherigen Betriebspunkt berechnet sowie aus der mechanischen Leistung Pmech des Motors geschätzt werden. Durch Vergleich der beiden ermittelten Betriebspunkte lässt sich auf die Qualität der in der Pumpe hinterlegten Leistungskorrekturwerte Pkorr bzw. des Faktors α schließen.
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Diese Bewertung ist nur gültig, wenn die Anlagenkennlinie während der Drehzahländerung konstant bleibt. Im Heizkreis bedeutet dies, die Thermostatventile dürfen sich nicht anpassen. Da die Drehzahländerung sehr schnell und nur für einen sehr kurzen Zeitraum erfolgt, wird davon ausgegangen, dass diese Voraussetzung erfüllt ist.
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Das Verfahren gliedert sich in vier Schritte und wird anhand 4 erläutert. Zunächst wird Schritt 1 (Ausgangssituation) betrachtet. Die Pumpe befindet sich noch im Regelbetrieb; die Betriebsart „Ermittlung des Abnutzungszustands“ ist noch nicht eingeschaltet. Der Motor bekommt eine Solldrehzahl n0 . Es wird davon ausgegangen, dass Soll- und Ist-Drehzahl identisch sind. Die Betriebspunktschätzung ermittelt die aktuell vorliegende Förderhöhe (Hest,0 ) sowie den Förderstrom (Qest,0 ).
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Wenn die Pumpe in die Betriebsart „Ermittlung des Abnutzungszustands“ schaltet, dann werden die aktuell vorliegenden Werte für n0 , Qest,o und Hest,0 gespeichert. Fortan wird Schritt 2 (Vorbereitung Drehzahlvariation) betrachtet. Die Pumpe wird jetzt prüfen, was passieren würde, wenn sich die aktuelle Drehzahl n0 um den Wert k ändern würde, ohne die Drehzahl tatsächlich zu ändern. Aufgrund der Affinitätsgesetze (Gl. 1 und GI. 2) wird erwartet, dass sich in diesem Fall der sich einstellende Förderstrom Qexp um den Faktor k ändert (Qexp = k·Qest,0). Entsprechend würde sich die Förderhöhe um den Faktor k2 ändern (Hexp = k2·Hest,0).
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Mit einer inversen Betriebspunktschätzung berechnet die Pumpe daraus die erwartete mechanische Leistung Pexp . Der Wert der erwarteten Leistung Pexp wird gespeichert. Im nächsten Schritt (Schritt 3: Drehzahl variieren) wird die Pumpe die aktuelle Drehzahl no tatsächlich um den Wert k erhöhen und aus dem Motormodell eine aktuell vorliegende mechanische Leistung (Pmech,1 ) erhalten. Dieser Leistungswert wird gespeichert. Im Schritt 4 erfolgt die Auswertung. Es wurden zwei Leistungswerte Pmech, 1 , Pexp ermittelt, die zum gleichen Betriebspunkt gehören. Pexp wurde mittels Affinitätsgesetzen aus einem anderen Betriebspunkt berechnet. Pmech,1 wurde aus dem tatsächlichen zugehörigen Betriebspunkt bestimmt. Wenn die in der Pumpe hinterlegten Leistungskorrekturwerte Pkorr bzw. α exakt stimmen, dann ist die Differenz zwischen beiden Leistungswerten (Pmech,1 und Pexp ) gleich null (Perror = 0). Ist Perror ungleich null, so ist die hinterlegte Leistungskorrektur fehlerhaft. Dies liegt entweder daran, dass sich aufgrund von mechanischem Verschleiß die Reibverhältnisse verändert haben oder ein nicht mechanischer Einfluss gegeben ist, beispielsweise dass sich aufgrund von Verkalkung das Spaltrohr zugesetzt hat.
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Um diese beiden Einflüsse separieren zu können, werden die beschriebenen Schritte eins bis vier mehrfach unter Verwendung unterschiedlicher k-Werte durchgeführt.
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Mit dem Wissen, dass die mechanische Verlustleistung quadratisch von der Drehzahl n abhängt, kann der mechanische Verschleißanteil eindeutig separiert werden, indem der Leistungskorrekturwert α (Gl. 4) systematisch variiert wird. Sollte es dadurch gelingen, den Fehler Perror für alle k-Werte gegen null zu bringen, dann sind die Abweichungen auf mechanische Reibung zurückzuführen. Andernfalls lässt sich der Fehler Perror auf nichtmechanische Einflüsse (wie bspw. eine Verkalkung des Spaltrohrs) zurückführen. Diese nichtmechanischen Einflüsse werden anderen mathematischen Zusammenhängen folgen, die ebenfalls durch Variation des Verstärkungsfaktors k bestimmbar sind. Der exakte Zusammenhang zwischen Verlusten aufgrund von Verkalkung des Spaltrohrs und Drehzahl muss im Experiment bestimmt werden.
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Durch die Erfindung sind zusammenfassend die folgenden Anwendungsszenarien denkbar. Es handelt sich hierbei jedoch nicht um eine abschließende Aufzählung.
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Health-Monitoring / Conditioning-Monitoring
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Mit dem vorgestellten Verfahren ist die Pumpe in der Lage, ihren eigenen Zustand zu erfassen. Sie kann den Fehler ihrer hinterlegten Daten sowohl nach der Inbetriebnahme als auch während der Lebensdauer ermitteln. Der Fehler während der Erstinbetriebnahme ist auf Fertigungstoleranzen zurückzuführen. Eine Veränderung über die Lebensdauer deutet auf Verschleiß und hydraulische Abnutzung hin. Die Pumpe könnte permanent ihren Zustand dem Anwender mitteilen und ihn kurz vor einem Ausfall warnen.
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Verbesserung der Betriebspunktschätzung
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Die Pumpe kennt den Fehler ihrer hinterlegten Daten und kann bedingt zwischen hydraulischen Einflüssen und mechanischem Verschleiß unterscheiden. Auf diese Weise kann sie durch Anpassen der hinterlegten Daten ihre eigene Betriebspunktschätzung optimieren. Dies kann durch iteratives Parameter Tuning erfolgen. Alternativ kann mit einem zeitvarianten extended Kalman-Filter ein permanentes Parametertuning gemäß einer quadratischen Optimierung erfolgen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich sehr genau auf Fehler der hinterlegten Leistungskorrekturwerte schließen. Allerdings können Abweichungen der hinterlegten P/Q- und H/Q-Kennlinie (in sensorlosen Systemen) nicht detektiert werden. Aus diversen Versuchen ist jedoch bekannt, dass die dominantesten Abnutzungserscheinungen auf die Verkalkung des Spaltrohrs und in etwas geringerem Ausmaß auf mechanischen Verschleiß zurückzuführen sind. Somit kann dieses Verfahren zumindest einen relevanten Anteil der Abnutzung erkennen und entsprechend die Betriebspunktschätzung teilweise verbessern.
