DE19738844A1

DE19738844A1 - Verfahren zur kontinuierlichen elektronischen Überwachung aller Funktionen innerhalb der Dosierpumpe

Info

Publication number: DE19738844A1
Application number: DE19738844A
Authority: DE
Inventors: Ulf Dr Brunke
Original assignee: DOSIER und PROZESTECHNIK SALZW
Current assignee: DOSIER und PROZESTECHNIK SALZW
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 1999-04-22

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen elektro nischen Überwachung aller Funktionen innerhalb der Dosierpumpe gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6.

Dosierpumpen dienen der gezielten kontrollierten Zugabe von Flüssigkeiten in andere Prozeßströme. Im Normalfall werden bei Kolbenpumpen reproduzierbare Genauigkeiten von 0.5-1.0% erreicht. Dabei wird immer vorausgesetzt, daß die Dosierpumpe einwandfrei arbeitet. Dosierungenauigkeiten z. B. im Falle von mangelhaft arbeitenden Ventilen auf Saug- und/oder Druckseite sind fatal und führen im einfachen Fall zu Überdosierungen, die teuer sind und die Umwelt belasten. Im Falle von Minderdosierung führen sie zu Fehlproduktionen und -chargen, die nicht nur teuer sind, sondern mit hohen Kosten auch entsorgt werden müssen.

Derzeit können diese mangelhaften Betriebszustände in der Regel nur durch zusätzliche Installationen wie Durchflußmesser, die außerhalb der Dosierpumpe angeordnet sind, ermittelt werden. Dadurch wird aber nicht angezeigt, welche Funktion in der Dosierpumpe mangelhaft ist, so daß bei einer Reparatur der Pumpe alle Funktionen aufwendig überprüft werden müssen. Dies ist insbe sondere bei Installationen auf weitverstreuten Ölfeldern oder Bohrplattformen sehr aufwendig.

Insbesondere für Membran-Dosierpumpen ergeben sich folgende weitere Schwierigkeiten
Im Falle der direktangelenkten Membrandosierpumpen können bei Druckschwankungen im Dosiersystem von nur 1 bar die dosierten Fördermengen um 5-10% variieren. Derzeit gibt es keine konti nuierliche interne Anzeige dieser Abweichungen.

Gasblasen - diese entstehen auch beim Leerlaufen der Vorratstanks - füh ren zu Kavitationen. Diese können insbesondere bei hydrau lisch angelenkten Membranpumpen, die bei höheren Drücken ab ca. 6 bar und Durchsätzen ab 200 l/h und bei höheren Anforderungen an Genauigkeit und Zuverlässigkeit eingesetzt werden, die Membran zerbersten lassen. In der Regel gibt es keine sofortige kontinu ierliche Indikation zum Schutz der Membran. Derzeit wird nur mit einer üblichen Membranbruchanzeige der erfolgte Bruch angezeigt.

Summarisch gesehen gibt es daher nach dem bisherigen Stand der Technik kein Verfahren zur kontinuierlichen elektronischen Über wachung aller Funktionen innerhalb der Dosierpumpe, um die Dosier genauigkeit zu kontrollieren, die Fehler zu identifizieren und anzuzeigen und insbesondere bei Membranpumpen die Membran vor dem Bersten durch Kavitation zu schützen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der gattungsmäßigen Art zu schaffen, das eine präzise, wirkungsvolle, reproduzierbare aber dennoch einfache Überwachung aller Funktionen der Dosierpumpe insbesondere für hydraulisch angelenkte Membran dosierpumpen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird in diesem Verfahren der gattungsgemäßen Art durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der entsprechenden Unteransprüche.

Erfindungsgemäß werden für die kontinuierliche elektronische Über wachung drei Sensoren - ein Druckaufnehmer im Förderbereich des Pumpenkopfes, ein Impulsgeber am Getriebe, der den Hubbeginn sig nalisiert und ein Hublängengeber - an der Dosierpumpe installiert. Damit wird zeitlich der Druckverlauf über den Kolbenhub - Indika tordiagramm genannt - aufgenommen, an eine elektronische Meß werterfassung weitergeleitet und in einer elektronischen Recheneinheit aufbereitet und analysiert. Der Kurvenverlauf dieses Indikatordiagramms charakterisiert den aktuellen Betriebszustand der Dosierpumpe.

Der Idealfall ist in ABB. 1 dargestellt. Sofort bei Beginn der Aus lenkung des Kolbens wird der Förderdruck erreicht und die durch den Kolben verdrängte Flüssigkeit wird über das geöffnete Druck ventil - das Saugventil ist geschlossen siehe Fig. 1 - sofort in die Förderleitung gedrückt. Es sind keine Toträume und Leckage verluste am Saugventil vorhanden. Damit ergibt sich ein theore tischer Wirkungsgrad von 100%.

ABB. 2 zeigt den realistischen Normalfall, daß nach einer geringen Zeit erst der Förderdruck und damit die Förderung erzielt wird.

Dieser Anstieg ist ein Charakteristikum für die Effektivität der Dosierung. - je steiler der Anstieg desto besser. Nach dem Über schwingen erfolgt ein realtiv konstanter Verlauf, dessen Länge ebenfalls ein Maß für die dosierte Menge ist.

Zum Ende des Förderzyklusses an der hinteren Totlage des Kolbens fällt der Druck wieder ab. Dieser Abfall ist ebenfalls ein Maß für die Qualität der Dosierung.

Durch die mathematische Verknüpfung der drei Faktoren

- Anstiegskoeffizient des Drucks
- Dauer oder Länge des Druckverlaufes bei Förderdruck
- Abfall des Drucks

wird die tatsächliche Menge ermittelt und angezeigt.

Ein Vergleich mit gespeicherten und in einem Modem hinterlegten mangelhaften Betriebszuständen z. B.

- defektes Saugventil
- defektes Druckventil
- Gasblasen im Zulauf
- Leerlaufendes Vorratsgefäß (abnehmender Produktzulauf
- defekte Hydraulikventile

gibt im Falle einer Störung die detaillierte Ursache an.

Als Beispiel dient die ABB. 3, die das Indikatordiagramm "Leerlaufen eines Vorratstanks" und damit die Abnahme des Zulaufes und damit auch der dosierten Menge über mehrere Kolben hübe darstellt. Da der Verlauf des Indikatordiagramms nur für diesen mangelhaften Betriebszustand charakteristisch ist und nicht mit den andere o.a. verwechselbar, ist eine eindeutige Zuordnung des hinterlegten Indikatordiagrammes mit den jeweils aktuellen mangelhaften Betriebszuständen möglich

Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft anhand der schematischen Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 ein Verfahren zur kontinuierlichen elektronischen Überwachung aller Funktionen innerhalb der Dosierpumpe.

Fig. 1 zeigt eine Dosierpumpe, deren Kolben 1 ein Hydraulik-Me dium über Hydraulikkanäle 6 in den Hydraulikbereich 7 fördert. Die Membran 2 - im Falle einer Membranbruchsicherung existiert eine zweite Membran - wird dadurch ausgelenkt und erzeugt einen Druck in dem Bereich der Kammer des Fördermediums 8. Dadurch wird über die Druckventile das Medium in die Druckleitung 9 gefördert.

Durch die Sensorik

- Drucksensor 10 zeigt den Druckverlauf an
- Hublängengeber 11 zeigt die Hublänge an
- Impulsgeber 12 zeigt die Nullpositionen und Totlagen an

wird das Indikatordiagramm ermittelt.

Durch den Impulsgeber 12 wird zu Beginn der Förderung (der Kolben befindet sich in der hinteren Totpunktlage) die Meßwerterfas sung 14 initiiert und es werden während des Kolbenverlaufes über den vollen Druck- und Saughub mindestens 200 Werte in konstanten Zeitintervallen aufgenommen.

Die Werte werden an die elektronische Auswerteeinheit 14 weiterge geben und dort wird das Indikatordiagramm ermittelt. Dies Indika tordiagramm wird wie folgt analysiert siehe Fig. 2

- Anstieg des Drucks über der Zeit (Differenzenquotient
- Länge der oberen Geraden 1
- Abfall des Drucks über der Zeit (Differenzenquotient).

Außerdem wird die aktuelle Hubfrequenz ermittelt.

Die Anzeige 15 gibt den aktuellen Durchsatz, Wirkungsgrad, Druck und Hubfrequenz an.

Weiterhin wird der Verlauf des Indikatordiagramms mit den in der Auswerteeinheit 14 hinterlegten mangelhaften Betriebszuständen verglichen und gegebenenfalls wird der Fehler angezeigt und alarmiert.

Bezugszeichenliste

1

Kolben

2

Membran(e)

3

Saugventil

4

Druckventil

5

Getriebe

6

Hydraulikkanäle

8

Förderkammer

9

Druckleitung

10

Drucksensor

11

Hublängengeber

12

Impulsgeber

13

Meßwerterfassung

14

Auswerteinheit

15

Anzeigeeinheit

Claims

1. Verfahren zur kontinuierlichen elektronischen Überwachung aller Funktionen innerhalb der Dosierpumpe, in dem min destens eine Druckmessung im Förderbereich der Dosier pumpe angebracht ist dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Impulsgeber (12) am Getriebe installiert ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Hublängengeber (11) am Getriebe installiert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalausgänge von Druckmesser (10), Impulsge ber (12) und Hublängengeber (11) in einer Meßwert erfassung (14) zusammengefaßt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der nachgeschalteten Auswerteeinheit (15) ein Indikatordiagramm kontinuierlich erstellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteeinheit (15) anhand charakteristi scher Daten des Indikatordiagramms wie Druckanstieg und -Abfall sowie der oberen Kantenlänge des Diagramms der Durchsatz und Wirkungsgrad der Dosierpumpe ermittelt und in einer Anzeigeeinheit (16) dargestellt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteeinheit (15) anhand der hinterlegten charakteristische Verläufe des Indikatordiagramms mangel hafte Betriebszustände diagnostiziert, in einer Angezei geeinheit (16) dargestellt und alarmiert werden.