DE3882511T2

DE3882511T2 - Überwachung des Wirkungsgrades von Flüssigkeitspumpen.

Info

Publication number: DE3882511T2
Application number: DE88309425T
Authority: DE
Inventors: Brian Gilchrist Murray
Original assignee: SCOTTISH ENTERPRISE GLASGOW
Current assignee: Development Engineering International Ltd
Priority date: 1987-10-10
Filing date: 1988-10-07
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2008-10-08
Also published as: EP0325024A2; EP0325024A3; ATE91786T1; GB8723840D0; DE3882511D1; EP0325024B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung des Wirkungsgrades von Flüssigkeitspumpen durch eine Messung von Temperaturunterschieden.
In vielen Betrieben ist der Energiepreis von Arbeitspumpen von beträchtlicher Bedeutung. Darum ist, wenn Pumpen ihre Betriebsstellung so aufrechterhalten oder regeln können, daß der Pumpenwirkungsgrad kontinuierlich maximiert wird, ein beträchtlicher finanzieller Vorteil erzielbar. Außerdem gibt eine laufende Überwachung des Pumpenwirkungsgrades frühzeitig Hinweise auf eine mögliche Verschlechterung aufgrund von Erosion oder Verschleiß und unterstützt so eine rechtzeitige und wirtschaftliche Wartung.
Es wurde eine thermometrische Überwachung des Pumpenwirkungsgrades vorgeschlagen, die auf der Grundlage beruht, daß der Temperaturanstieg über der Pumpe ein Maß für den Arbeitsverlust in der Pumpe ist, während der Druck- oder Gefälleanstieg über der Pumpe die Nutzarbeit mißt. Ein derartiger Vorschlag wird von A Whillier, Mining Research Laboratory, Chamber of Mines of South Africa, Johannesburg ("SITE TESTING OF PUMPS" IME London 1972, Seiten 209 bis 217), beschrieben, der auf die Notwendigkeit einer mehreren Zentimeter dicken Wärmeisolierung über mit Rohrleitungsoberflächen in Verbindung stehenden Thermoelementen aufmerksam machte. Die Werte des Temperaturanstieges sind jedoch klein und Temperaturmessungen sind bisher durch Mängel in der Wärmeisolierung der Thermoelemente von der Umgebung beeinträchtigt worden, welche die Rohrleitungen, auf denen diese angeordnet sind, unmittelbar umgibt. Die üblichen Mittel zur genauen Abtastung der Temperatur einer Flüssigkeit in einer Rohrleitung erfordern die Verwendung eines Thermometerschachtes, welcher es dem Temperaturfühler gestattet, in die Flüssigkeit hineinzuragen. Das Anbringen von Thermometerschächten kann, insbesondere an arbeitenden Anlagen, sowohl aufwendig als auch beschwerlich sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Überwachung des Wirkungsgrades einer Flüssigkeitspumpe zur Verfügung gestellt, welches die Schritte des Befestigens von Temperaturabtastmitteln in engem Wärmekontakt mit einer äußeren Oberfläche von Ansaug- bzw. Auslaufrohrleitungen der Pumpe umfaßt, Anbringen einer Wärmeisolierung über jedem Abtastmittel, und Nutzung eines elektrischen Ausgangs der Abtastmittel als ein Maß für den Temperaturanstieg über der Pumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierung über jedem Abtastmittel eine Membram aufweist, welche eine Tasche mit stillstehender Luft um die Abtastmittel einschließt.
Durch die Verwendung von Thermoelementanschlüssen mit Oberflächenkontakt werden die Nachteile von Thermometerschächten vermieden. Thermoelemente mit Anschlüssen, deren Temperaturkoeffizienten bis auf ein Tausendstel Grad Celsius angeglichen sind, werden durch die Verwendung von Drahtelementen aus derselben jeweiligen Legierungscharge bereitgestellt. Die Wärmeübergangszahl zwischen einer strömenden Flüssigkeit und einer Rohrwandinnenoberfläche ist in der Größenordnung von tausendmal größer als die zwischen der Rohrwandaußenoberfläche und der Umgebungsluft. Folglich liegen die Temperaturen an den Rohrwandinnen- und -außenoberflächen sehr dicht an der Flüssigkeitstemperatur; und die Nähe der Außenoberflächentemperatur zur Flüssigkeitstemperatur wird durch Bereitstellen einer verbesserten Wärmeisolierung an der Außenoberfläche außerordentlich gesteigert.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1 eine schematische Darstellung ist und die Anordnung einer erfindungsgemäßen Punipenwirkungsgrad- Überwachungsvorrichtung zeigt; und
Fig. 2 ein Gesamtverdrahtungsschema der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ist.
In den Zeichnungen hat die Flüssigkeitspumpe 10 Ansaug- und Auslaufrohrleitungen 11 bzw. 12, die Metallrohre sind. Der Wirkungsgrad der Pumpe 10 kann thermometrisch bestinunt werden, indem die gemessenen Temperatur und Druckvariablen in die folgende Formel eingesetzt werden:
Wobei:
E ist der Wirkungsgrad
r ist die Dichte der gepumpten Flüssigkeit
Cp ist die spezifische Wärmekapazität der gepumpten Flüssigkeit
Dt ist der gemessene Temperaturanstieg
Dp ist der gemessene Druckhöhenanstieg.
Messen des Druckhöhen- oder Druckanstieges über der Pumpe 10 ist nicht Sache der vorliegenden Erfindung. Die Erfindung befaßt sich jedoch mit der Messung des äußerst geringen Temperaturanstieges über der Pumpe 10. Zu diesem Zweck ist ein Thermoelement mit an gegenüberliegenden Seiten der Pumpe angeordneten ersten und zweiten Anschlüssen 13, 14 (allgemein mit "kalten" und "heißen" Anschlüssen bezeichnet) ausgeführt. Jeder Thermoelementanschluß ist im engen Wärmekontakt mit der zugeordneten Leitung oder Rohr 11 oder 12. Demgemäß ist jeder Thermoelementanschluß an die gereinigte Rohroberfläche mittels eines Haftmittels mit niedriger Viskosität wie beispielsweise ein Alcyl-Cyano-Acrylat (allgemein als Sekundenkleber bekannt) geklebt. Die elektrischen Leiter- oder Drahtelemente der Anschlüsse 13, 14 sind zu einem Anschlußkasten 15 geführt, der wiederum mit einem Spannungsmeßgerät 16 verbunden ist.
Eine Wärmeisolierung ist über jedem Thermoelementanschluß 13, 14 vorgesehen. So ist um jeden Anschluß eine luftdichte Tasche 17 mit stillstehender Luft mittels einer becherförmigen Membram 18 aus nachgiebigem Material, wie z. B. ein Silikongummi, errichtet. Der Umfang bzw. die Kante von jeder Membram 18 ist mittels eines Kiebemittels an die Rohrwand angefügt. Jede Anschluß-/Membrananordnung ist weiterhin von einer Schutzkastenabdeckung 19 eingeschlossen, welche praktischerweise in der richtigen Lage auf dem Rohr 11 oder 12 festgeschnürt werden kann. Jede Kastenabdeckung 19 trägt eine elektrische Anschlußeinrichtung 20, um ein geeignetes Mittel zur Herstellung von elektrischen Verbindung zwischen den Anschlüssen 13, 14 und dem Anschlußkasten 15 bereitzustellen.
Die Vorrichtung ist ausgelegt, um Temperaturdifferenzen bis hinunter zu einem Milligrad (0,001 Cº) zu messen. Um die geeignete Auflösung zu erzielen, müssen die Temperaturkoeffizienten der Thermoelementanschlüsse 13, 14 bis in den Bereich eines Tausendstel Grad Celsius genau angeglichen sein. Eine derartige genaue Anpassung wird erzielt, indem dafür gesorgt wird, daß die in dem Aufbau der Thermoelemente verwendeten Drahtelemente aus derselben jeweiligen Legierungscharge sind. Ein geeignetes Thermoelement ist Kupfer/Konstantan, wie in Fig. 2 gezeigt. Das ganze Konstantandrahtmaterial ist aus derselben Legierungscharge; und das ganze Kupfermaterial (zumindestens zwischen dem Anschlußkasten 15 und den Thermoelementanschlüssen 13, 14) ist ebenfalls aus derselben Legierungs- oder Schmelzcharge. Wie es ebenfalls in Fig. 2 gezeigt ist, werden die Kupferelemente der Thermoelemente in Verbindung mit der Meßgeräteausrüstung 16 verwendet, so weitere verschiedene Metallverbindungen vermeidend, da Kupfer praktisch allgemein bei der Herstellung von elektrischen Ausrüstungsteilen verwendet wird. Um weiterhin elektrische Störspannungen zu reduzieren, können sowohl der Anschlußkasten 15 als auch die Meßgeräteausrüstung 16 in Wärmeisolierungsmaterial eingepackt werden, wie es durch die Bezugszeichen 21 und 22 angedeutet ist.
Es ist beabsichtigt, daß eine wie oben beschriebene Thermoelementanordnung fest für einen einzelnen Pumpeneinbau vorgesehen ist, und die Meßgeräteausrüstung 16 für eine ggf. notwendige Überwachungsfunktion angeschlossen wird wie es erforderlich ist. Es ist offensichtlich, daß die Vorrichtung verhältnismäßig billig und einfach anzubringen ist.
In einer inherhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegenden Abänderung der oben beschriebenen Vorrichtung kann ein Paar Thermoelemente, jedes wie oben beschrieben, im "Tandem" verwendet werden, beispielsweise in Fällen, in denen der Druckanstieg über der Pumpe kleiner als 10 Bar ist. Eine derartige Tandemanordnung ist in Fig. 1 durch die gestrichelten Linien 23 dargestellt.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung des Wirkungsgrades von Flüssigkeitspumpen (10), umfässend die Schritte des Befestigens von Temperatur-Abtast-Mitteln (13, 14) in engem Wärmekontakt mit den äußeren Oberflächen von Ansaug- bzw. Auslaufrohrleitungen (11, 12) der Pumpe (10), Ausrüsten mit Wärmeisolierung (17, 18, 19) über jedem Abtastmittel, und Nutzung des elektrischen Ausgangs der Abtastmittel als ein Maß für den Temperaturanstieg über der Pumpe (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierung über jedem Abtastmittel (13,14) eine Membran (18) aufweist, welche eine Tasche mit stillstehender Luft (17) um die Abtastmittel (13, 14) herum einschließt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (18) eine becherförmige Membran aus einem nachgiebigen Material ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nachgiebige Material ein Silikongummi ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfäng der Membran (18) an die jeweiligen Rohrleitungen (11, 12) mittels Klebemittel angefügt ist, so daß die Tasche (17) innerhalb der Membran (18) luftdicht ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichent, daß die Temperatur-Abtast-Mittel Thermoelementanschlüsse (13, 14) enthalten, und die miteinander korrespondierenden Drahtelemente der Thermoelemente aus derselben Legierungscharge sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Draht des Thermoelementes aus Kupfer besteht und für den Anschluß an ein Spannungsmeßgerät (16) genutzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelementanschlüsse (13,14) auf den Rohrleitungen (11, 12) mittels eines Haftmittels sicher befestigt sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Haftmittel vor dem Abbinden eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität ist, um eine optimale Dichtheit des thermalen Kontaktes zwischen Anschluß und Rohrleitungsoberfläche zu erzielen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Haftmittel ein Alcyl-Cyano-Acrylat ist.