DE19848726A1 - Sicherungseinrichtung zur Vermeidung von Kavitation in Pumpen, insbesondere Feuerlöschkreiselpumpen - Google Patents

Abstract

Es wird eine Sicherungseinrichtung zur Vermeidung von Kavitation in Pumpen (11), insbesondere Feuerlöschkreiselpumpen, vorgeschlagen. Ein am oder im Pumpengehäuse anbringbarer Schallsensor (10) ist mit einer die erfaßten Kavitationsgeräusche aufarbeitenden Auswerteschaltung (12-16) verbunden, wobei beim Auftreten einer bestimmten Kavitation durch die Auswerteschaltung (12-16) eine Schalteinrichtung (17) ausgelöst wird, durch die eine Warneinrichtung (18, 19) einschaltbar und/oder ein die Kavitation vermindernder oder beendender Eingriff in eine Steuer- oder Regeleinrichtung (20) für die Pumpe (11) auslösbar ist. Hierdurch kann das Auftreten von Kavitation auf einfache und kostengünstige Weise erkannt und gegebenenfalls automatisch verhindert werden, so daß die Folgeerscheinungen, wie starke Laufgeräusche, schlechter Wirkungsgrad, Material-Verschleiß und mechanische Beschädigungen, wirksam verhindert werden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherungsseinrichtung zur Vermeidung von Kavitation in Pumpen, insbesondere Feuer­ löschkreiselpumpen.

Unter Kavitation versteht man eine Störungserscheinung, die in Flüssigkeiten, z. B. an umlaufenden Teilen von Wasserturbinen, Pumpen, Schiffsschrauben und dgl., dann auftritt, wenn der Druck in der turbulent bewegten Flüs­ sigkeit infolge zu großer Geschwindigkeiten an einigen Stellen auf den Verdampfungsdruck sinkt. Es bilden sich Dampfbläschen, die in Gebieten höherer Drücke zusammen­ stürzen. Die auftretenden Schläge führen mit der Zeit zu schwammartigen Anfressungen am Werkstoff, beispielsweise des Pumpengehäuses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherungs­ einrichtung zu schaffen, die den Betreiber einer Pumpe sofort beim Auftreten von Kavitation warnt oder automa­ tisch die Kavitation verringernde Maßnahmen einleitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfassung der Kavitation erfolgt in vorteilhafter Weise durch einen einfachen und kostengünstigen Schall­ sensor, der am oder im Pumpengehäuse angebracht wird, ohne daß ein direkter Kontakt mit dem zu pumpenden Medium er­ forderlich wäre. Durch die Auswerteschaltung werden die Kavitationsgeräusche aufbereitet, und ab einem bestimmten Maß an Auftreten der Kavitation wird die Schalteinrichtung ausgelöst, durch die dann die Warneinrichtung einge­ schaltet wird oder ein Eingriff in die Steuer- oder Regel­ einrichtung für die Pumpe erfolgt. Im ersten Fall kann dann der Betreiber selbst entsprechende Maßnahmen ein­ leiten, um die Kavitation zu verringern bzw. zu verhindern, und im zweiten Falle wird dies in vorteilhafter Weise automatisch durchgeführt. Insgesamt können durch eine sehr einfache und kostengünstige Sicherungseinrichtung die Kavitation und die dadurch entstehenden Schäden wirksam verhindert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Sicherungseinrichtung möglich.

Um im wesentlichen nur die für die Auswertung maßgeblichen Kavitationsgeräusche zu erfassen, enthält die Auswerte­ schaltung in vorteilhafter Weise eine Filtereinrichtung, insbesondere ein Bandfilter. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, nur Kavitationsgeräusche oberhalb eines vorgebbaren Geräuschpegels durchzulassen, so daß das darunterliegende Grundrauschen außer Betracht bleibt. Die hierzu verwendete Pegeldurchlaßeinrichtung ist zweck­ mäßigerweise als Vergleicher ausgebildet.

Weiterhin hat es sich für die Auswertung als vorteilhaft erwiesen, wenn einzelne Signale in dem betreffenden Fre­ quenzbereich und Amplitudenbereich nicht schon zur Aus­ lösung führen. Um dies zu verhindern, besitzt die Aus­ werteschaltung einen Integrator mit nachgeschaltetem Ver­ stärker, der vorzugsweise als Schmitt-Trigger ausgebildet ist.

Als Schalteinrichtung eignet sich insbesondere ein Relais oder eine andere, ein potentialfreies Ausgangssignal ab­ gebende Schalteinrichtung.

Die Warneinrichtung ist zweckmäßigerweise als optische und/oder akustische Warneinrichtung ausgebildet. Beim Aus­ lösen dieser Warneinrichtung kann der Betreiber dann ge­ eignete Maßnahmen ergreifen, um die Pumpe in einen Be­ triebszustand zurückzuführen, in dem keine Kavitation mehr auftritt, was er dadurch erkennt, daß die Warneinrichtung wieder abschaltet.

In vorteilhafter Weise kann die Kavitation auch voll­ automatisch unterdrückt werden, insbesondere dadurch, daß der durch die Schalteinrichtung auslösbare Eingriff in die Steuer- oder Regeleinrichtung als den Pumpendruck ab­ senkendes oder die Pumpendrehzahl verringerndes oder den Fluß des Mediums durch die Pumpe reduzierendes Steuer­ signal ausgebildet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels.

Bei dem in der einzigen Figur dargestellten Ausführungs­ beispiel ist ein Schallsensor 10 am Pumpengehäuse einer Pumpe 11 angebracht, beispielsweise einer Feuerlösch­ kreiselpumpe. Der Schallsensor 10 kann selbstverständlich auch in einer Vertiefung oder Ausnehmung des Pumpenge­ häuses oder innerhalb des Pumpengehäuses angebracht sein, wobei ein direkter Kontakt zu dem zu pumpenden Medium, beispielsweise Wasser, nicht erforderlich ist. Wesentlich ist dabei lediglich, daß die bei Auftreten von Kavitation erzeugten Kavitationsgeräusche gut vom Schallsensor 10 erfaßt werden.

Die vom Schallsensor 10 erfaßten Schallsignale werden in einem nachgeschalteten Vorverstärker 12 und in einem diesem nachgeschalteten Bandpaßfilter 13 gefiltert. Dieses Bandpaßfilter 13 ist so ausgelegt, daß typische Kavita­ tionsgeräusche durchgelassen und höhere und niedrigere Frequenzen ausgefiltert werden.

Dem Bandpaßfilter 13 ist ein Vergleicher 14 nachge­ schaltet, der nur Signale durchläßt, die über einem ein­ stellbaren Rauschpegel liegen, so daß dieser als Pegel­ durchlaßeinrichtung eingesetzte Vergleicher praktisch eine Durchlaßsperre für das Grundrauschen darstellt.

Dem Vergleicher 14 sind ein Integrator 15 und ein weiterer Verstärker 16 nachgeschaltet. Durch den Integrator 15 wird gewährleistet, daß einzelne Signale, bei denen es sich um Störsignale handeln könnte, unberücksichtigt bleiben, und nur dann, wenn Signale in dem für Kavitation typischen Frequenzbereich gehäuft auftreten, wird auf das Einsetzen von Kavitation geschlossen. Der Verstärker 16 ist dabei beispielsweise als Schmitt-Trigger ausgebildet, so daß die integrierten Signale nur ab einer bestimmten Schwelle ein Ausgangssignal an diesem Verstärker 16 erzeugen, durch das ein nachgeschaltetes Relais 17 betätigt wird.

Das Relais 17 stellt somit durch seinen oder seine Relais­ kontakte ein potentialfreies Ausgangssignal zur Verfügung, wenn in der beschriebenen Weise das Auftreten von Kavita­ tion erkannt wird. Durch dieses Relais 17 werden dann als optische Warneinrichtung eine Warnlampe 18 sowie eine aku­ stische Warneinrichtung 19 eingeschaltet, die beispiels­ weise ein Lautsprecher oder ein sonstiger Signalgenerator sein können. Es ist selbstverständlich auch möglich, nur eine Warnlampe 18 oder nur eine akustische Warneinrichtung 19 vorzusehen, wobei alternativ oder zusätzlich noch eine elektronische Speichereinrichtung oder eine andere Auf­ zeichnungseinrichtung vorgesehen sein kann, um z. B. ein späteres Auswerten von Kavitationserscheinungen zu ermög­ lichen.

Durch das Relais 17 wird weiterhin ein Steuersignal an einem Eingang einer Steuer- oder Regeleinrichtung 20 für den Pumpenbetrieb der Pumpe 11 erzeugt. Eine solche Steuer- oder Regeleinrichtung 20 regelt oder steuert üb­ licherweise den Pumpendruck oder die Pumpendrehzahl. Durch das beim Auftreten von Kavitation erzeugte Steuersignal wird bewirkt, daß die Pumpe 11 automatisch durch die Steuer- und Regeleinrichtung 20 in ihrem Betriebsverhalten so geändert wird, daß keine Kavitation mehr auftritt. Beispielsweise werden der Druck und/oder die Drehzahl ab­ gesenkt. Es ist auch prinzipiell möglich, den Durchfluß des zu pumpenden Mediums zu drosseln.

Wenn - wie dargestellt und beschrieben - ein Eingriff auf eine Steuer- oder Regeleinrichtung 20 erfolgt und dadurch das Auftreten von Kavitation automatisch gesteuert ver­ hindert wird, so ist an sich eine optische und/oder akustische Warneinrichtung nicht erforderlich. Bei einfacheren Aus­ führungen kann jedoch eine solche automatische Einrichtung nicht vorgesehen sein, so daß die Betätigung einer opti­ schen oder akustischen Warneinrichtung die Bedienperson auf das Auftreten von Kavitation aufmerksam macht, so daß manuell der Betriebszustand der Pumpe verändert wird, damit diese den kritischen Betriebsbereich verläßt.

Die Reihenfolge der Baugruppen 12 bis 16 kann prinzipiell auch von der Reihenfolge gemäß dem beschriebenen Aus­ führungsbeispiel abweichen.

Claims (11)

1. Sicherungsseinrichtung zur Vermeidung von Kavitation in Pumpen, insbesondere Feuerlöschkreisel­ pumpen, mit einem am oder im Pumpengehäuse anbringbaren Schallsensor (10), der mit einer die erfaßten Kavitations­ geräusche aufarbeitenden Auswerteschaltung (12-16) ver­ bunden ist, und mit einer beim Auftreten einer bestimmten Kavitation durch die Auswerteschaltung (12-16) auslös­ baren Schalteinrichtung (17), durch die eine Warneinrich­ tung (18, 19) einschaltbar und/oder ein die Kavitation vermindernder oder beendender Eingriff in eine Steuer- oder Regeleinrichtung (20) für die Pumpe (11) auslösbar ist.

2. Sicherungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (12-16) eine Filtereinrichtung (13), insbesondere ein nur die typischen Kavitationsfrequenzen durchlassendes Bandfilter, aufweist.

3. Sicherungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (12-16) eine Kavitionsgeräusche nur oberhalb eines vorgebbaren Geräuschpegels durchlassende Pegeldurchlaßeinrichtung (14) besitzt.

4. Sicherungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Pegeldurchlaßeinrichtung (14) als Vergleicher ausgebildet ist.

5. Sicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte­ schaltung (12-16) einen Integrator (15) mit nachge­ schaltetem Verstärker (16) besitzt.

6. Sicherungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verstärker (16) als Schmitt-Trigger ausgebildet ist.

7. Sicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrich­ tung (17) zur Abgabe von potentialfreien Ausgangssignalen ausgebildet ist.

8. Sicherungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (17) als Relais ausgebildet ist.

9. Sicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Warneinrichtung (18, 19) als optische und/oder akustische Warneinrichtung ausgebildet ist.

10. Sicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Schalteinrichtung (17) auslösbare Eingriff in die Steuer- oder Regeleinrichtung (20) als den Pumpendruck absenkendes oder die Pumpendrehzahl verringerndes oder den Fluß des Mediums durch die Pumpe (11) reduzierendes Steuersignal ausgebildet ist.

11. Sicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speicher- und/oder Aufzeichnungseinrichtung für Kavitationsgeräusche vorgesehen ist, wobei die Erfassung ständig oder nur ab einem vorgebbaren Pegel erfolgt.