DE4005503A1 - Wahrnehmungs- und messvorrichtung zum fortlaufenden bestimmen der hohlraumbildung in dynamischen pumpen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine einfache und mit niedrigen Kosten verbundene Wahrnehmungs- und Meßvorrichtung zum fortlaufenden Bestimmen der Hohlraumbildung in dynamischen Pumpen, die es nicht nur ermöglicht, die Hohlraumbildung wirksam und direkt und daher zuverlässig wahrzunehmen, sobald anfängliche Gasblasen (beginnende Hohlraumbildung) auftreten, sondern die es auch erlaubt, diese Erscheinung genau und fortlaufend zu messen, so daß ihre Änderung mit der Zeit bestimmt werden kann.

Es ist bekannt, daß bei einer fortschreitenden Abnahme des Saugdruckes in einer dynamischen Pumpe, während alle anderen Parameter konstant gehalten werden, eine Entwicklung von Gasblasen beobachtet wird, die am Anfang an den Vorderkanten der Flügel auftreten (beginnende Hohlraumbildung). Diese Erscheinung beeinflußt nicht nur die Leistung der Pumpe in erheblichem Maße, sondern hat auch einen negativen Einfluß auf die Pumpenlebensdauer, da das Implodieren der Gasblasen eine Korrosion und Erosion der Pumpenflügel zur Folge hat. Wenn der Druck weiter verringert wird, nimmt die Erzeugung der Gasblasen beträchtlich zu (volle Hohlraumbildung) und fällt die Pumpenleistung erheblich ab. Aus dem Obigen ist ersichtlich, daß die Leistung und Lebensdauer einer dynami­ schen Pumpe von der Hohlraumbildung negativ beeinflußt werden, so daß es vorteilhaft wäre, diese Erscheinung wahr­ nehmen zu können, sobald sie auftritt.

Es sind verschiedene Einrichtungen bereits bekannt, die dazu dienen, die Hohl­ raumbildung in dynamischen Pumpen wahrzunehmen, wobei diese Einrichtungen im wesentlichen in zwei Gruppen unterteilt werden können, von denen die erste nur in denjenigen Laboratorien benutzt wird, die speziell zum Studium dieser Erscheinung dienen und Stroboskoplampen verwendet, die mit der Drehgeschwindigkeit der Pumpenflügel synchronisiert sind, so daß eine optische Überprüfung der Pumpenflügel, und somit eine Bestimmung möglich sind, wann Gasblasen auf­ zutreten beginnen. Ein derartiges optisches System hat jedoch eine Reihe von Nachteilen, die eine Folge der Notwen­ digkeit erheblicher Abwandlungen auf der Ansaugseite der Pumpen und dem Erfordernis sind, daß fortlaufend eine Be­ dienungsperson vorhanden sein muß, um die Hohlraumbildung zu beobachten.

Die Wahrnehmungseinrichtungen der zweiten Gruppe werden in­ dustriell dort benutzt, wo eine Pumpe überwacht werden muß, um zu verhindern, daß sie unter Verhältnissen mit Hohlraum­ bildung arbeitet, und werden von einer indirekten Wahrneh­ mung dieser Erscheinung insoferne Gebrauch, als sekundäre Effekte der Hohlraumbildung, wie beispielsweise Geräusche, Schwingungen, Druckimpulse usw., über geeignete Sensoren erfaßt werden. Diese Einrichtungen haben gleichfalls Nach­ teile, im wesentlichen aufgrund der Tatsache, daß die in­ direkte Wahrnehmung der Hohlraumbildung sehr schwierig und problematisch ist, da die wahrgenommenen sekundären Effekte auch von anderen Quellen, unabhängig von der Hohlraumbil­ dung, hervorgerufen werden können. Darüber hinaus ist es sehr problematisch, wenn nicht gar unmöglich, diese Er­ scheinung bei der Anfangsstärke der Hohlraumbildung zu be­ stimmen, da sekundäre Effekte, wie beispielsweise Geräusche und Schwingungen, nur dann auftreten, wenn die Hohlraum­ bildung fortgeschritten ist. Die von den Sensoren erzeugten Signale müssen darüber hinaus über erheblich komplizierte und daher mit hohen Kosten verbundene Einrichtungen und Ge­ räte analysiert werden.

Ein weiterer Nachteil derartiger Einrichtungen besteht schließlich darin, daß der Schwellenwert, über dem diese Er­ scheinung auftritt, beträchtlich, je nach Art der Pumpe und der Form der Anlage variiert.

Durch die Erfindung sollen diese Mängel dadurch beseitigt werden, daß eine Wahrnehmungs- und Meßvorrichtung zum Be­ stimmen der Hohlraumbildung in dynamischen Pumpen geschaf­ fen wird, die durch eine direkte Wahrnehmung dieser Erschei­ nung, nicht durch andere äußere Faktoren zusätzlich zu die­ ser Erscheinung selbst, beeinflußt wird und die es gleich­ falls erlaubt, diese Erscheinung ab der Bildung der An­ fangsgasblasen, d.h. der beginnenden Hohlraumbildung, wahr­ zunehmen, wobei es weiterhin nicht mehr erforderlich sein soll, daß fortlaufend eine Bedienungsperson vorhanden ist oder komplizierte und mit hohen Kosten verbundene Geräte verwandt werden müssen, und bei der durch eine fortlaufende Analyse dieser Erscheinung eine vollständige Information bezüglich ihres Fortschrittes mit der Zeit erhalten werden kann.

Das wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß die von den sich drehenden Flügeln einer dynamischen Pumpe reflektierte Lichtmenge von einer großen Anzahl von Faktoren abhängt, je­ doch in allen Fällen eine bezeichnende Änderung erfährt, wenn eine Hohlraumbildung auftritt. Aus Versuchsergebnissen ergibt sich tatsächlich, daß bei der frühen Bildung von Anfangsgasblasen an der Vorderkante der Flügel, d.h. bei einer beginnenden Hohlraumbildung, eine beträchtliche Än­ derung im reflektierten Licht gegenüber dem Zustand erhal­ ten wird, in dem keine Blasen vorhanden sind, wobei diese Änderung bereits zur Wahrnehmung durch einen Sensor aus­ reicht und proportional zum Maß der Hohlraumbildung zunimmt.

Es ist daher nur notwendig, einen Sensor in der Nähe der Saugdüse anzuordnen, die zu den Flügeln der ersten Stufe der dynamischen Pumpe führt, wobei dieser Sensor aus einem Lichtsensor und einem Lichtempfänger besteht, die schräg unter einem derartigen Winkel zueinander angeordnet sind, daß sie genau auf der Vorderkante der Flügel zentriert sind und somit die Hohlraumbildung von ihrem Beginn an wahrnehmen können. In dieser Weise erregt das von den ro­ tierenden Flügeln ausgesandte Licht den optischen Sensor, der ein elektrisches Signal erzeugt, das proportional zu der auftreffenden Strahlung ist. Wenn die Hohlraumbildung beginnt, erfährt die auf den optischen Sensor fallende Strahlung eine Lichtänderung, die in eine entsprechende Änderung im elektrischen Signal umgewandelt wird, dessen Wert nach einer geeigneten Verstärkung durch eine übliche Einrichtung dazu benutzt werden kann, ein Alarmsignal zu erzeugen, das das Auftreten der Hohlraumbildung anzeigt. Eine fortlaufende Messung des elektrischen Signals vom Sensor, das proportional zu dieser Erscheinung ist, erlaubt es weiterhin, eine vollständige Information bezüglich des Fortschrittes dieser Erscheinung mit der Zeit zu erhalten.

Die erfindungsgemäße Wahrnehmungs- und Meßvorrichtung zum fortlaufenden Bestimmen der Hohlraumbildung in dynamischen Pumpen, die eine Reihe von rotierenden Flügeln und eine Saugdüse umfassen, ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer optischen Sonde besteht, die in der Nähe der Saugdüse der Pumpe angeordnet ist, wobei die Sonde einen Lichtsender und einen optischen Sensor umfaßt, die schräg unter einem Winkel zueinander so angeordnet sind, daß sie vollständig auf der Vorderkante der Flügel zentriert sind.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die optische Sonde, die den Lichtsender und den optischen Sensor umfaßt, in einem vollständig dicht abgeschlossenen Stahlrohr aufgenommen, das an seinem aktiven Ende mit einem durchlässigen Fenster versehen ist, wobei das Rohr in ein geeignetes Loch eingesetzt ist, das in der Pumpensaugdüse vorgesehen und darin so befestigt ist, daß es nicht in das eingesaugte Fluid vorsteht, um den Fluidstrom am Pumpen­ einlaß nicht zu stören.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein be­ sonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. An diesem Ausführungsbeispiel können technische und konstruktive Abwandlungen vorgenommen werden. Beispiels­ weise kann der Sensor dazu benutzt werden, die Hohlraumbil­ dung an einem bestimmten Pumpenflügel zu analysieren, wobei es bei bekannter Pumpendrehzahl zu diesem Zweck nur not­ wendig ist, daß der Lichtsender Lichtimpulse aussendet, die mit der Drehzahl oder der Drehgeschwindigkeit synchronisiert sind.

Die einzige Figur zeigt eine teilweise Teilansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wahrnehmungs- und Meßvorrichtung bei einer Zentrifugal­ pumpe.

In der Zeichnung ist ein Pumpenflügelrad 1 dargestellt, das mit Flügeln 2, 3, 4, 5 versehen ist, wobei die Flügelrad­ welle 6 in Richtung des Pfeiles 7 gedreht wird. Ein Diffu­ sor oder Verteilerkanal 8 ist im Pumpengehäuse 9 vorgesehen. Wie es in der Zeichnung dargestellt ist, ist weiterhin eine Flügelradsaugdüse 10 angeordnet. In der Düse 10 ist ein Loch 11 vorgesehen, in dem ein vollständig dicht abgeschlos­ senes Stahlrohr 12 befestigt ist, das mit einem durchlässigen Fenster 13 versehen ist, durch das eine optische Sonde be­ trieben wird, die im Rohr 12 aufgenommen ist und über ein Verbindungskabel 14 mit Energie versorgt wird, das auch dazu dient, das von der Sonde erzeugte elektrische Signal ab­ zuführen. Das Rohr 12 ist im Loch 11 so befestigt, daß es nicht in die Saugdüse 10 vorsteht, um keine Hindernisse, und daher Störungen im anzusaugenden Fluid zu erzeugen.

Die optische Sonde besteht aus einem Lichtsender 15, der so angeordnet ist, daß sein Lichtstrahl 16 auf der Vorder­ kante 5′ der Flügel 2 bis 5 des Flügelrades 1 konvergiert, und einem optischen Sender 17, der ein elektrisches Signal erzeugt, das proportional zu der Stärke des von den Flügeln reflektierten Lichtstrahles 18 ist, wobei der Sensor und der Sender schräg unter einem derartigen Winkel zueinander angeordnet sind, daß sie im gleichen Flügelbereich zen­ triert sind.

Claims (2)

1. Wahrnehmungs- und Meßvorrichtung zum fortlaufenden Bestimmen der Hohlraumbildung in dynamischen Pumpen, die eine Reihe von Flügeln und eine Saugdüse umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer optischen Sonde besteht, die in der Nähe der Saugdüse (10) der Pumpe angeordnet ist, wobei die Sonde einen Lichtsender (15) und einen optischen Sensor (17) umfaßt, die schräg unter einem derartigen Winkel zueinander angeordnet sind, daß sie genau auf der Vorder­ kante der Flügel zentriert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Sonde, die den Lichtsender (15) und den optischen Sensor (17) umfaßt, in einem vollständig dicht verschlossenen Stahlrohr (12) aufgenommen ist, das an seinem aktiven Ende mit einem durchlässigen Fenster (13) versehen ist, wobei das Rohr (12) in ein geeignetes Loch (11) in der Pumpensaugdüse (10) eingesetzt und darin so befestigt ist, daß es nicht in das angesaugte Fluid vor­ steht.