DE202005008989U1 - Eccentric screw pump has rotationally driven rotor mounted in stator which has at least one sensor by which compressions and/or movements of stator or elastic material of stator are measured in course of rotation of rotor - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Exzenterschneckenpumpe mit einem (Exzenterschnecken-) Stator und einem in dem Stator gelagerten, rotierend angetriebenen und schraubenförmig gewundenen (Exzenterschnecken-) Rotor, wobei der Stator zumindest bereichsweise aus einem elastischen Material, z.B. einem Elastomer besteht. – Bei derartigen Exzenterschneckenpumpen ist der Rotor regelmäßig über zumindest eine Kupplungsstange, welche auch als Gelenkwelle bezeichnet wird, mit dem Antrieb bzw. der Antriebswelle verbunden. Ferner weist das Pumpengehäuse regelmäßig eine Einfüllöffnung bzw. einen Einfülltrichter auf. Im Bereich der Kupplungsstange kann zusätzlich eine Förderschnecke vorgesehen sein. Elastomer meint im Rahmen der Erfindung insbesondere einen (Synthese-) Kautschuk oder eine Kautschukmischung. Es werden im Übrigen auch Verbundwerkstoffe aus einem Elastomer und einem anderen Material, z.B. Metall, umfasst. Bei dem Kautschuk oder den Kautschuken kann es sich z.B. um einen R-Kautschuk handeln, z.B. einen Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR). Ferner kann es sich um einen M-Kautschuk handeln, z.B. Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) oder Propylen-Tetra-Fluor-Ethylen-Kautschuk (FPM) handeln. Außerdem kommen auch Q-Kautschuke und folglich Silikon-Kautschuke in Frage. Der Stator bzw. das elastische Material sind üblicherweise von einem Statormantel umgeben bzw. in einen Statormantel integriert, welcher z. B. aus Metall gefertigt ist.The Invention relates to an eccentric screw pump with a (eccentric screw) Stator and mounted in the stator, driven in rotation and helical wound (eccentric screw) rotor, wherein the stator at least partially made of an elastic material, e.g. an elastomer. - In such Progressing cavity pumps, the rotor is regularly on at least one coupling rod, which is also referred to as a propeller shaft, with the drive or connected to the drive shaft. Furthermore, the pump housing has a regular Filling opening or a hopper on. In the area of the coupling rod can additionally a screw conveyor be provided. Elastomer means in the context of the invention in particular a (synthetic) rubber or a rubber mixture. It will Furthermore also composites of an elastomer and another material, e.g. Metal, includes. In the rubber or rubbers may it is e.g. to be an R rubber, e.g. a nitrile butadiene rubber (NBR). Further, it may be an M rubber, e.g. EPDM rubber (EPDM) or propylene-tetra-fluoro ethylene rubber (FPM) act. Besides, come Also Q rubbers and thus silicone rubbers in question. Of the Stator or the elastic material are usually of a stator jacket surrounded or integrated into a stator jacket, which z. B. off Metal is made.
Aus der Praxis sind Exzenterschneckenpumpen der eingangs beschriebenen Art in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Dabei unterliegen die elastomeren Statoren im Zuge des Betriebes einem Verschleiß, so dass in regelmäßigen Abständen Wartungsarbeiten oder auch ein Pumpenaustausch erforderlich sind. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, den Verschleiß während des Betriebes durch Ermittlung geeigneter Parameter zu überwachen. So besteht die Möglichkeit, den Durchfluss bzw. die Fördermenge zu registrieren und diese Werte mit den jeweiligen Drehzahlen des Rotors zu vergleichen. In ähnlicher Weise kann auch der Gegendruck der Pumpe im Vergleich zur Drehzahl ermittelt werden. Bei den insoweit bekannten Methoden erfolgt gleichsam eine indirekte Ermittlung des Verschleißzustandes. Nachteilig ist insbesondere, dass auf Messungen bzw. Messsignale des jeweiligen Anlagenbetreibers zugegriffen werden muss. – Hier setzt die Erfindung ein.Out In practice, eccentric screw pumps are those described above Kind in different embodiments known. The elastomeric stators are subject to in the course of Operating a wear, so that periodically maintenance work or a pump replacement are required. In this context it is known to wear during the Monitor operation by determining suitable parameters. So there is the possibility the flow or the flow rate to register and these values with the respective speeds of the Rotor to compare. In similar Way can also the back pressure of the pump compared to the speed be determined. In the case of the known methods, so to speak an indirect determination of the state of wear. The disadvantage is in particular, that on measurements or measurement signals of the respective Plant operator must be accessed. - This is where the invention sets one.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Exzenterschneckenpumpe der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die auf einfache und funktionsgerechte Weise eine zuverlässige Überwachung der Funktionsfähigkeit und insbesondere des Verschleißes des Stators ermöglicht.Of the Invention is based on the object, a progressing cavity pump to create the type described above, based on simple and functional Way a reliable monitoring the functionality and in particular wear of the stator allows.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Exzenterschneckenpumpe, dass dem Stator zumindest ein Messaufnehmer zugeordnet ist, mit welchem Kompressionen (bzw. Expansionen) und/oder Bewegungen des Stators bzw. des elastischen Materials im Zuge der Rotation des Rotors messbar sind. Bewegungen des Stators bzw. elastischen Materials meint insbesondere Bewegungen von Statorbereichen, welche durch Kompressionen bzw. Expansionen hervorgerufen werden. Bei dem Messaufnehmer kann es sich z. B. um einen Druckaufnehmer oder Kraftaufnehmer handeln, welcher bei Kompressionen des Stators ein von dem Druck bzw. der Kraft abhängiges Ausgangssignal erzeugt. Der Messaufnehmer kann auch als Wegaufnehmer ausgebildet sein, welcher bei Kompressionen des Stators und damit verbundenen Bewegungen von Statorbereichen ein von einer Wegänderung (z. B. Dickenänderung) abhängiges Ausgangssignal erzeugt. Die Messaufnehmer können z.B. als Dehnungsmessstreifen-Aufnehmer (DMS), als induktive Aufnehmer, als kapazitative Aufnehmer, als optische Aufnehmer und/oder als piezoelektrische Aufnehmer ausgebildet sein. In die jeweiligen Messwertaufnehmer können entsprechende elektronische Schaltungen, z.B. eine Brückenschaltung, integriert sein, so dass der Messaufnehmer ein Ausgangssignal, z.B. eine Spannung, erzeugt, welche nach einer vorgegebenen Kennlinie von dem zu ermittelnden Druck bzw. Weg abhängt. Der Messaufnehmer kann dabei zumindest bereichsweise in das elastische Material des Stators integriert sein. Ferner schlägt die Erfindung vor, dass der Messaufnehmer mit einer Mess- und/oder Auswerteeinheit verbunden ist, welche das Messsignal in Abhängigkeit von der Zeit registriert. Diese Mess- und/oder Auswerteeinheit kann in den Sensor bzw. die Pumpe oder auch in eine entsprechende Pumpensteuerung integriert sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Mess- und/oder Auswerteinheit von einem separaten Rechner gebildet wird. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn mit der Mess- und/oder Auswerteeinheit zur Ermittlung des Verschleißzustandes des Stators das ermittelte (zeitabhängige) Messsignal mit gespeicherten Referenzsignalen verglichen wird.to solution this task is taught by the invention in a generic eccentric screw pump, that the stator is associated with at least one sensor, with which compressions (or expansions) and / or movements of the stator or the elastic material in the course of the rotation of the rotor measurable are. Movements of the stator or elastic material means in particular Movements of Statorbereichen which by compression or Expansions are caused. It can be with the sensor z. B. act to a pressure transducer or force transducer, which in compressions of the stator one of the pressure or the Force dependent Output signal generated. The sensor can also act as a transducer be formed, which in compressions of the stator and thus associated movements of Statorbereichen a of a path change (z. B. thickness change) dependent Output signal generated. The sensors may e.g. as a strain gauge transducer (DMS), as inductive transducers, as capacitive transducers, as optical transducers and / or be designed as a piezoelectric transducer. In the respective transducers can corresponding electronic circuits, e.g. a bridge circuit, be integrated, so that the sensor an output signal, e.g. a Voltage, generated according to a given characteristic of depends on the pressure or path to be determined. The sensor can at least partially in the elastic material of the stator be integrated. Further suggests the invention that the sensor with a measuring and / or Evaluation unit is connected, which the measurement signal in dependence registered by the time. This measuring and / or evaluation unit can be in the sensor or the pump or integrated into a corresponding pump control be. But there is also the possibility that the measuring and / or evaluation unit of a separate computer is formed. It is particularly advantageous if with the Measuring and / or evaluation unit for determining the state of wear of the stator, the determined (time-dependent) measurement signal with stored Reference signals is compared.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass auf besonders einfache und zuverlässige Weise eine Überwachung des Verschleißzustandes des Stators einer Exzenterschneckenpumpe möglich ist, wenn in den elastischen Stator ein Kompressionen registrierender Messsensor integriert ist. Dabei hat die Erfindung erkannt, dass der von dem elastomeren Stator im Zuge der Rotation des Rotors erzeugte Gegendruck von dem Verschleißzustand des Stators abhängt. Denn mit zunehmendem Materialabtrag im Bereich des Stators sinkt auch der von dem Rotor im Zuge der Rotation auf den elastomeren Stator übertragene Druck bzw. die Kompression. Wird nun zu einem bestimmten Zeitpunkt z. B. mit einem Druckaufnehmer ein Drucksignal ermittelt und registriert und dabei festgestellt, dass das Drucksignal bzw. die entsprechend ermittelte Spannung wesentlich geringer ist als die zuvor gespeicherten Referenzsignale, so ist dieses ein zuverlässiges Indiz für einen entsprechenden Verschleiß des Stators. Aufgrund des periodischen Betriebs des Rotors handelt es sich bei dem in Abhängigkeit von der Zeit registrierten Messsignal um ein periodisches Signal. Während sich die Periode bzw. Frequenz dieses Signals bei vorgegebener Rotorfrequenz mit zunehmenden Verschleiß in der Regel nicht ändert, so nimmt die Amplitude des periodischen Signals mit zunehmendem Verschleiß ab, da der auf den Drucksensor wirkende Druck oder der von dem Wegaufnehmer registrierte Weg entsprechend abnimmt. Besonders vorteilhaft ist dabei die Tatsache, dass die Ermittlung des Messsignals und gegebenenfalls ein Vergleich mit einer zuvor durchgeführten und gespeicherten Referenzmessung vollständig ausreichen, um zuverlässige Informationen über den Verschleißzustand des Stators zu gewinnen. Es ist nicht erforderlich, auf "externe" Messwerte bzw. Daten des Anlagenbetreibers, wie z.B. die Durchflussmenge oder dergleichen zurückzugreifen.The invention is based on the recognition that a monitoring of the state of wear of the stator of an eccentric screw pump is possible in a particularly simple and reliable manner, when a compression registering measuring sensor is integrated into the elastic stator. In this case, the invention has recognized that the back pressure generated by the elastomeric stator during the rotation of the rotor depends on the state of wear of the stator. Because with increasing material removal in the region of the stator and the pressure transmitted by the rotor in the course of the rotation on the elastomeric stator or the compression decreases. Is now at a certain time z. B. with a print user detected and registered a pressure signal and found that the pressure signal or the correspondingly determined voltage is much lower than the previously stored reference signals, so this is a reliable indication of a corresponding wear of the stator. Due to the periodic operation of the rotor, the measurement signal registered as a function of time is a periodic signal. While the period or frequency of this signal usually does not change with increasing rotor frequency with increasing wear, the amplitude of the periodic signal decreases with increasing wear, since the pressure acting on the pressure sensor or the path registered by the displacement sensor correspondingly decreases. Particularly advantageous is the fact that the determination of the measurement signal and possibly a comparison with a previously performed and stored reference measurement are completely sufficient to gain reliable information about the state of wear of the stator. It is not necessary to use "external" measured values or data of the system operator, such as the flow rate or the like.
Im Übrigen besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, mit der Auswerteeinheit ebenfalls die Anzahl der Umdrehungen des Rotors zu zählen und/oder die Drehzahl bzw. die Frequenz des Rotors zu ermitteln. Denn das Ausgangssignal des Messsensors ändert sich periodisch mit der periodischen Bewegung des Rotors, so dass der erfindungsgemäße Messsensor zugleich eine Überwachung der Betriebsdauer und auch der Betriebsgeschwindigkeit bzw. -drehzahl ermöglicht. Auf in diesem Zusammenhang sonst übliche Sensoren im Bereich des Antriebs kann folglich verzichtet werden.Otherwise exists within the scope of the invention, the possibility with the evaluation also the number of revolutions of the Counting rotor and / or to determine the speed or the frequency of the rotor. Because the output signal of the measuring sensor changes periodically with the periodic movement of the rotor, so that the measuring sensor according to the invention at the same time a surveillance the operating time and also the operating speed or speed allows. On in this context otherwise usual sensors in the area the drive can therefore be dispensed with.
Nach besonders bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist die Mess- und Auswerteeinheit mit einer Datenübertragungseinheit verbunden oder ist eine solche Datenübertragungseinheit in die Mess- und/oder Auswerteeinheit integriert, wobei mit der Datenübertragungseinheit die ermittelten Drucksignale und/oder die jeweiligen Ergebnisse der Auswertung an eine Überwachungseinheit übermittelt werden. Im Rahmen der Erfindung besteht folglich die Möglichkeit einer zentralisierten Überwachung bzw. einer Fernüberwachung einer oder mehrerer Exzenterschneckenpumpen. Die Datenübertragungseinheit kann z.B. mit einem lokalen Netzwerk in einem Gebäude verbunden sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Datenübertragungseinheit die entsprechenden Messwerte über z.B. Telekommunikationsleitungen oder dergleichen im Sinne einer Datenfernübertragung überträgt. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, den Verschleißzustand bzw. den Betriebszustand einer Vielzahl von Exzenterschneckenpumpen zentral zu überwachen und dann zu gegebener Zeit entsprechende Maßnahmen zu ergreifen. Im Übrigen besteht auch die Möglichkeit, dass die Mess- und/oder Auswerteeinheit bei Über- bzw. Unterschreiten eines bestimmten Grenzwertes ein Warnsignal erzeugt.To Particularly preferred development of the invention is the measurement and evaluation connected to a data transmission unit or is such a data transmission unit integrated into the measuring and / or evaluation unit, wherein with the data transmission unit the determined pressure signals and / or the respective results the evaluation transmitted to a monitoring unit become. In the context of the invention is therefore possible centralized monitoring or a remote monitoring one or more eccentric screw pumps. The data transmission unit can e.g. connected to a local network in a building be. But there is also the possibility that the data transmission unit the corresponding measured values over e.g. Telecommunication lines or the like within the meaning of Remote data transmission transmits. On this way there is a possibility the state of wear or the operating state of a plurality of eccentric screw pumps centrally monitored and then take appropriate action in due course. Otherwise exists also the possibility that the measuring and / or evaluation unit when exceeding or falling below a certain limit value generates a warning signal.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist der elastomere Werkstoff des Stators in an sich bekannter Weise zumindest bereichsweise von einem (starren) Statormantel (z.B. aus Metall) umgeben. Dabei schlägt die Erfindung vor, dass der Messsensor, z. B. Drucksensor an dem Statormantel als Widerlager unmittelbar oder mittelbar abgestützt sein kann. Der Messaufnehmer ist bei dieser Ausführung folglich an dem Statormantel befestigt bzw. relativ zu dem Statormantel fixiert, so dass gewährleistet ist, dass Druckänderungen in dem elastomeren Statormaterial auch vollständig auf den Druckaufnehmer übertragen werden, d.h. der Druckaufnehmer kann im Zuge der Kompression des Stators nicht ausweichen. In diesem Zusammenhang besteht die Möglichkeit, dass der Druckaufnehmer im Wesentlichen vollständig in den Stator integriert ist und (ausschließlich) die Anschlussleitungen und/oder eine Anschlussbuchse des Druckaufnehmers aus dem Stator herausgeführt sind. In fertigungstechnischer Hinsicht besteht dabei die Möglichkeit, dass der Druckaufnehmer im Zuge der Fertigung mit dem Elastomer vergossen wird bzw. in den elastomeren Stator eingeformt wird. In abgewandelter Ausführungsform besteht aber auch die Möglichkeit, dass ein Sensor, z. B. als DMS ausgebildeter Drucksensor, vollständig in den elastischen Statormantel integriert ist, ohne dabei an dem Statormantel abgestützt zu sein.To Another proposal of the invention is the elastomeric material of the stator in a conventional manner at least partially from a (rigid) stator jacket (e.g., metal) surrounded. In this case, the invention proposes before that the measuring sensor, z. B. pressure sensor on the stator jacket can be supported directly or indirectly as an abutment. The sensor is in this embodiment consequently attached to the stator shell or fixed relative to the stator shell, so that ensures is that pressure changes in the elastomeric stator material also completely transferred to the pressure transducer are, i. The pressure transducer may be in the course of compression of the Do not dodge Stators. In this context, there is the possibility that the pressure transducer is substantially completely integrated in the stator is and (exclusively) the connection lines and / or a connection socket of the pressure sensor led out of the stator are. In terms of manufacturing technology, there is the possibility of that the pressure transducer in the course of production with the elastomer is cast or formed in the elastomeric stator. In modified embodiment but it is also possible that a sensor, z. B. trained as a DMS pressure sensor, completely in the elastic stator jacket is integrated, without affecting the stator jacket supported to be.
In abgewandelter Ausführungsform der Erfindung ist an das elastische Material des Stators zumindest ein Bewegungselement, z. B. einen Bolzen, Stift oder dergleichen angeschlossen, wobei Bewegungen dieses Bewegungselementes im Zuge der Rotatio n des Rotors mit dem Messaufnehmer erfasst wird. Insofern kann z. B. ein Messstift fest an den Elastomer angeschlossen sein und durch den Statormantel (z. B. eine Öffnung) herausgeführt sein, so dass sich der Messstift im Zuge der Bewegung des Stators relativ zu dem Statormantel bewegen kann. Die damit verbundenen Wegänderungen dieses Stiftes können dann mit einem entsprechenden Sensor, z. B. einem optischen Sensor registriert werden. Auch bei dieser Ausführungsform erzeugt der Messaufnehmer im Zuge der Rotation des Rotors ein periodisches Ausgangssignal, das entsprechend registriert und ausgewertet werden kann. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, mit einem Wegaufnehmer zu arbeiten und dabei auf z. B. den Stift zu verzichten. Der Wegaufnehmer kann dann (z. B. durch eine Ausnehmung im Statormantel hindurch) Bewegungen des elastischen Materials registrieren. Folglich besteht auch die Möglichkeit, mit einem Messaufnehmer zu arbeiten, der nicht in das Statormaterial integriert ist, sondern vollständig außerhalb des elastischen Materials bzw. des Stators angeordnet ist.In a modified embodiment of the invention, at least one moving element, for. B. a bolt, pin or the like connected, wherein movements of this moving element in the course of the rotation of the rotor n rotor is detected with the sensor. In this respect, z. For example, a measuring pin may be fixedly connected to the elastomer and led out through the stator jacket (eg an opening) so that the measuring pin can move relative to the stator jacket in the course of the movement of the stator. The associated path changes of this pin can then with a corresponding sensor, eg. B. registered an optical sensor. Also in this embodiment, the sensor generates a periodic output signal in the course of the rotation of the rotor, which can be correspondingly registered and evaluated. Basically, it is also possible to work with a transducer and thereby z. B. to dispense the pen. The displacement transducer can then register movements of the elastic material (eg through a recess in the stator jacket). Consequently, it is also possible to work with a sensor that is not in the stator material is integrated, but is disposed completely outside the elastic material or the stator.
Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist der Messaufnehmer in einem Bereich mit minimaler Innenweite des Stators angeordnet. Dieses gilt sowohl für Statoren mit variabler bzw. ungleichmäßiger Wandstärke als auch mit gleichmäßiger Wandstärke über die Statorlänge. Bei Statoren mit variabler Wandstärke ist der elastomere Stator außenseitig regelmäßig zylindrisch ausgebildet und innenseitig mit einer Innenschnecke bzw. einem Schneckengang mit variabler Innenweite versehen. Damit ergeben sich in den verschiedenen Bereichen des elastomeren Stators Bereiche mit unterschiedlicher Dicke bzw. Wandstärke, wobei Bereiche mit maximaler Wandstärke dort auftreten, wo die Innenweite minimal ist. Der oder die Drucksensoren sind dabei vorzugsweise in solchen Bereichen maximaler Wandstärke angeordnet. Dabei ist gewährleistet, dass der Druckaufnehmer optimal in den elastomeren Werkstoff integriert werden kann und zugleich ausreichend Elastomermaterial zur Erzeugung des entsprechenden Gegendruckes vorhanden ist. Außerdem wird in diesem Bereich der größte Gegendruck vom Rotor erzeugt. Dieses gilt bei Statoren mit gleichmäßiger Wandstärke in entsprechender Weise, denn auch dort wird in den Bereichen mit minimaler Innenweite der maximale Gegendruck vom Rotor erzeugt. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, den oder die Messaufnehmer in anderen Bereichen des Stators anzuordnen.To preferred embodiment In the invention, the sensor is in a minimum range Inner width of the stator arranged. This applies to both stators with variable or uneven wall thickness as even with uniform wall thickness over the Stator length. For stators with variable wall thickness, the elastomeric stator is outside regular cylindrical formed and inside with an internal screw or a flight provided with variable inside width. This results in the different Areas of the elastomeric stator areas with different Thickness or wall thickness, where areas of maximum wall thickness occur where the Inner width is minimal. The one or more pressure sensors are preferably arranged in such areas of maximum wall thickness. This ensures that the pressure transducer is optimally integrated in the elastomeric material can be and at the same time sufficient elastomeric material for production the corresponding back pressure is present. In addition, will the biggest backpressure in this area generated by the rotor. This applies to stators with uniform wall thickness in appropriate Way, because even there will be in areas with minimal interior space the maximum back pressure generated by the rotor. Basically exists but also the possibility to arrange the sensor or sensors in other areas of the stator.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigenin the The invention will be described below with reference to a purely exemplary embodiment drawing closer explained. Show it
In
den Fig. ist eine Exzenterschneckenpumpe
Der
Stator
Während des
Betriebs der Exzenterschneckenpumpe
Die
Ermittelung der Signale bzw. die Auswertung und Analyse können dabei
unmittelbar vor Ort an der Exzenterschneckenpumpe
Im Übrigen ist
in
Bei
der abgewandelten Ausführungsform nach
Während die
Schließlich zeigt
Claims (12)
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