DE69017717T2

DE69017717T2 - Kalibrierung von pumpenleistungsmessgeräten.

Info

Publication number: DE69017717T2
Application number: DE69017717T
Authority: DE
Inventors: Maurice Yates
Original assignee: ADVANCED ENERGY MONITOR SYST
Current assignee: ADVANCED ENERGY MONITOR SYST
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1995-11-16
Anticipated expiration: 2010-12-29
Also published as: DE69017717D1; GB2239949A; ZA9010243B; AU6971891A; GB2239949B; ATE119624T1; EP0507808B1; EP0507808A1; GB8929281D0; CA2072586A1; WO1991010065A2; WO1991010065A3

Description

Die EP-A-0159152 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung und zum Schutz von hydraulischen Maschinen, um das bevorstehende Versagen von Pumpen abzuschätzen, so daß die Pumpe zur routinemäßigen Wartung aus dem Betrieb genommen werden kann, ehe durch ein katastrophales Versagen verursachte langwierige und teure Reparaturarbeiten ausgeführt werden müssen. Das Verfahren überwacht den Wirkungsgrad der Pumpe und basiert auf der Poirsons'schen Gleichung, die über 70 Jahre alt ist. In der Tat ist es jetzt allgemein üblich, mit Hilfe der unten aufgeführten Gleichung den Wirkungsgrad einer Pumpe per se zu messen:
Wirkungsgrad = 1/a + Cp.dT/g.dH
wobei a der isothermische Faktor der Flüssigkeit, Cp die spezifische Wärme der Flüssigkeit, dT die Temperaturerhöhung in der gesamten Pumpe, dH die Temperaturdifferenz in der gesamten Pumpe und g die durch die Schwerkraft verursachte Beschleunigung ist.
Man sieht also, daß der Wirkungsgrad einer hydraulischen Pumpe von der Art, wie sie in der Wasser- oder Ölindustrie eingesetzt wird, durch Verwendung eines die Temperaturdifferenz und den Druck in der gesamten Pumpe bestimmenden Gerätes gemessen werden kann, wobei die entsprechenden Werte in die oben aufgeführte Gleichung eingesetzt werden. In der Tat fertigt und vertreibt der Anmelder ein thermodynamisches Wirkungsgradmeßgerät, bei dem Temperatur- und Drucksonden auf beiden Seiten der zu beurteilenden pumpe eingesetzt werden, wobei das Meßgerät Wirkungsgradwerte bewertet und bereitstellt.
Obwohl jedoch in jeder Weise versucht wird sicherzustellen, daß die Wirkungsgradwerte genau sind, besteht eines der mit einem solchen Meßgerät verbundenen Probleme darin, daß der Unsicherheitsfaktor des Wirkungsgradwertes nicht gemessen werden kann. Außerdem kann die Unsicherheit je nach der bei der Pumpe eingesetzten Druckhöhe variieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Beurteilung der Unsicherheit bei solchen Wirkungsgradmessungen bereitzustellen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung der Unsicherheit bei den von dem Meßgerät gemessenen Wirkungsgradwerten einer Pumpe geschaffen, das sich wie folgt zusammensetzt:
Bereitstellung von Mitteln zur Änderung der Durchflußgeschwindigkeit einer fließenden Flüssigkeit, wobei von den genannten Mitteln angenommen wird, daß sie sich im wesentlichen in dem Zustand eines Null-Wirkungsgrades befinden;
Überwachung desdruck- und Temperaturdifferentials in den genannten Mitteln, mit Hilfe dessen das Meßgerät einen Meßwertfür den tatsächlichen Wirkungsgrad bestimmt; Bestimmung eines Unsicherheitswertes für den Meßwert des tatsächlichen Wirkungsgrads aufgrund eines theoretischen Wirkungsgrads, der sich im wesentlichen auf 1/2a beläuft, wobei es sich bei a um den isothermischen Faktor einer Flüssigkeit handelt.
Durch Einsetzen des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich eine einfache und praktische Prüfung zur Beurteilung der Genauigkeit des Meßgerätes entwickeln, welches zur Überwachung des Wirkungsgrads einer Pumpe verwendet wird. Es wird erkennbar sein, daß das Verfahren am Arbeitsplatz eingesetzt werden kann, oder das Meßgerät kann zu einem Prüfort überführt werden.
Erfindungsgemäß werden die Mittel zur Änderung der Durchflußgeschwindigkeit einer fließenden Flüssigkeit vorzugsweise von einem Drosselventil gebildet. Hierdurch kann die Durchflußgeschwindigkeit einer zum Beispiel in einem Rohr zwischen zwei Kammern fließenden Flüssigkeit auf einfache und praktische Weise geändert werden. Außerdem kann der theoretische Wirkungsgrad automatisch bestimmt werden, wodurch sich eine schnelle und einfache Bestimmung der Unsicherheit von Meßwerten ergibt. Als Folge hiervon kann das Meßgerät einfach und schnell kalibriert werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Prüfung des Pumpenwirkungsgradmeßgeräts bereitgestellt, wobei die Vorrichtung Mittel zu Verbindungszwecken und zur Änderung der Durchflußgeschwindigkeit einer zwischen einer Quelle und einem Abfluß fließenden Flüssigkeit aufweist, wobei von den Mitteln angenommen werden kann, daß sie sich im wesentlichen in dem Zustand eines Nullwirkungsgrades befinden, sowie Örtlichenkeiten an der Quelle und dem Abfluß zur Aufnahme von Temperaturund Druckfühlern, wobei im Gebrauch ein zu prüfendes Meßgerät mit den Fühlern verbunden ist zur Bestimmung der tatsächlichen Wirkungsgradwerte, und ein Unsicherheitswert für den bestimmten Wert des tatsächlichen Wirkungsgrads wird aufgrund eines theoretischen Wirkungsgrads bewertet, der sich im wesentlichen auf 1/2a beläuft, wobei a der isothermische Faktor der Flüssigkeit ist.
Auf diese Weise wird eine Vorrichtung bereitgestellt, bei der die Fühler des zu prüfenden Meßgerätes verbunden werden können, so daß das Meßgerät Wirkungsgradwerte der fließenden Flüssigkeit bestimmt, während der theoretische Wirkungsgradwert mit Hilfe der Formel 1/2a berechnet wird. Es handelt sich hierbei um ein sehr einfaches und praktisches Verfahren, um die Genauigkeit des zu prüfungen Meßgeräts zu untersuchen, und indem man die Vorrichtung bei einer Reihe von Druckwerten für die fließende Flüssigkeit einsetzt, kann das Meßgerät kalibriert werden. Es ist erkennbar, daß die Prüfung am Einsatzplatz des Meßgeräts durchgeführt werden kann, oder das Meßgerät an einem anderen Prüfort eingesetzt werden.
Die beiden Örtlichkeiten weisen vorzugsweise entsprechende Kammern auf, die mit einer Flüssigkeitsquelle mit bekannter Druckhöhe bzw. mit einem Flüssigkeitsabfluß verbunden sind. Die Vorrichtung weist Vorzugweise Steuermittel auf, die mit dem zu prüfunden Meßgerät verbunden sind und weiterhin so verbunden sind, daß sie Daten über Flüssigkeitsdruckhöhe und Flüssigkeitstemperatur aufnehmen und automatisch theoretische Wirkungsgradwerte berechnen können im Vergleich zu überwachten Druckwerten für die fließende Flüssigkeit. Vorzugsweise werden Mittel zur Änderung der Druckhöhe der Flüssigkeitsquelle bereitgestellt. Die beiden Kammern werden vorzugsweise durch ein Drosselventil in einem Rohr miteinander verbunden.
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 2 zeigt die Unsicherheit des von dem Meßgerät gemessenen Wirkungsgratwertes in Abhängigkeit von der Druckhöhe.
In Figure 1 ist eine Prüfanordnung zur Überprüfung der Unsicherheit eines Pumpenwirkungsgradmeßgerätes in einer wärmeisolierten Umgebung 1 aufgestellt, so daß die Prüfanordnung im wesentlichen bei konstanter Temperatur arbeitet. Die Anordnung weist eine Flüssigkeiteinlaßkammer 2 und eine Flüssigkeitabflußkammer 3 auf, die durch ein Rohr 11 mit einem Drosselventil 4 miteinander verbunden sind. Die Kammer 2 weist Örtlichkeiten zur Aufnahme des Eingangsdruck-Meßwandlers 5 und des Eingangstemperatur-Meßwandlers 6 des zu prüfenden Meßgeräts und die Kammer 3 Örtlichkeiten zur Aufnahme des Ausgangdruck-Meßwandlers 7 und des Ausgangstemperatur-Meßwandlers 8 auf. Die Eingangs- und Ausgangsmeßwandler sind in bekannter Weise mit der Steuereinheit 9 eines zu prüfenden bekannten Pumpenwirkungsgradmeßgerätes verbunden.
Eine Flüssigkeit mit einer bekannten Temperatur und Druckhöhe fließ durch einen Einlaß 10 in die Kammer 2, durch das Rohr 11 und das Ventil 4 in die Kammer 3 und aus dieser heraus durch einen Abfluß 12. Typische Werte wären 1 Liter pro Sekunde und eine Druckhöhe bis zu 100 m. Während die Flüssigkeit in Bewegung ist, wird der tatsächliche Wirkungsgradwert durch das Meßgerät aufgrund des thermodynamischen Prinzips gemessen. Die Unsicherheit des tatsächlichen Wirkungsgradwertes wird wie folgt bestimmt:
a - dT.Cp/g.dH
Das als Drosselkalorimeter arbeitende Ventil 4 kann als Turbine mit Null-Wirkungsgrad, d.h. ohne Arbeitsleistung, angesehen werden. In einem Zustand des Null-Wirkungsgrads ist daher
a - dT.Cp/g.dH = 0
Daher
dt = a.g.dH/Cp. ...1)
Wenn ein thermodynamisches Wirkungsgradmeßgerät während des Pumpvorgangs mittels des Ventils 4 angeschlossen wird, wie oben beschrieben, bestimmt das Meßgerät den Pumpenwirkungsgrad Ep aufgrund der Gleichung
Pumpenwirkungsgrad = 1/a + Cp.dT/g.dH ...2)
Indem man die o.a. Gleichung 1) in die Gleichung 2) einsetzt, erhält man den theoretischen Wirkungsgrad ETH
ETH = 1/2 a
Die Unsicherheit des gemessenen Pumpenwirkungsgrads, in Prozent ausgedrückt, beläuft sich daher äuf
Ep - ETH/ETH = Ep - 1/2 a/1/2 a . 100
Daher
Unsicherheit = 100.(2a.Ep-1) 3)
Alternativ können die Gleichungen wie folgt betrachtet werden:
ETH- Ep/ETH = 1 - Ep/ETH = 100 (1-2a.Ep)
Wenn beispielsweise bei einem Wassertest bei 10 Cº, bei dem a einen Wert von 0,9779 aufweist, der tatsächliche Wirkungsgradwert Ep gemessen wird und sich auf 0.5 beläuft, beträgt die Unsicherheit gemäß Gleichung 3) 2,21%. Figur 2 zeigt eine Kurve des Unsicherheitsprozentsatzes in Abhängigkeit von der Druckhöhe bei einem bekannten Pumpenwirkungsgradmeßgerät für Wasser.
Man sieht daher, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren eine sehr einfache und leichtauszuführende Möglichkeit bieten, die Unsicherheit eines thermodynamischen Wirkungsgradmeßgerätes zu prüfen, aufgrund derer das Meßgerät so kalibriert werden kann, daß es genaue Werte liefert.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Unsicherheit bei den von einem Meßgerät gemessenen Wirkungsgradwerten einer Pumpe, das sich wie folgt zusammensetzt:

Bereitstellung von Mitteln (4) zur Änderung der Durchflußgeschwindigkeit einer fließenden Flüssigkeit, wobei von den genannten Mitteln (4) angenommen werden kann, daß sie sich im wesentlichen in dem Zustand eines Null-Wirkungsgrades befinden;

Überwachung des Druck- und Temperaturdifferentials in den genannten Mitteln (4), mit Hilfe dessen das Meßgerät (9) einen Meßwert für den tatsächlichen Wirkungsgrad bestimmt;

Bestimmung eines Unsicherheitswertes für den Meßwert des tatsächlichen Wirkungsgrads aufgrund eines theoretischen Wirkungsgrads, der sich im wesentlichen auf 1/2a beläuft, wobei es sich bei a um den isothermischen Faktor einer Flüssigkeit handelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Änderung der Durchflußgeschwindigkeit einer fließenden Flüssigkeit von einem Drosselventil gebildet werden.

3. Vorrichtung zur Prüfung des Pumpenwirkungsgradmeßgeräts (9), wobei die Vorrichtung Mittel (4) zu Verbindungszwecken und zur Änderung der Durchflußgeschwindigkeit einer zwischen einer Quelle (2) und einem Abfluß (3) fließenden Flüssigkeit aufweist, wobei von den Mitteln (4) angenommen werden kann, daß sie sich im wesentlichen in dem Zustand eines Nullwirkungsgrades befinden, sowie Örtlichkeiten an der Quelle (2) und dem Abfluß (3) zur Aufnahme von Temperatur- und Druckfühlern (6, 8 und 5, 7), wobei im Gebrauch ein zu prüfendes Meßgerät (9) mit den Fühlern (5, 6, 7 und 8) verbunden ist zur Bestimmung der tatsächlichen Wirkungsgradwerte, und ein Unsicherheitswert für den bestimmten Wert des tatsächlichen Wirkungsgrads wird aufgrund eines theortischen Wirkungsgrads bewertet, der sich im wesentlichen auf 1/2a beläuft, wobei a der isothermische Faktor der Flüssigkeit ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Örtlichkeiten entsprechende Kammern (2 und 3) aufweisen, die jeweils mit der Quelle (10) einer Flüssigkeit bekannter Druckhöhe und mit einem Flüssigkeitsabfluß (12) verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Steuermittel aufweist, die mit dem zu prüfenden Meßgerät (9) verbunden sind und weiterhin so verbunden sind, daß sie Daten über Flüssigkeitsdruckhöhe und Flüssigkeitstemperatur aufnehmen und automatisch theoretische Wirkungsgradwerte berechnen können im Vergleich zu überwachten Druckwerten für die fließende Flüssigkeit.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin Mittel zur Änderung der Druckhöhe der Flüssigkeitquelle aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Umgebung mit Wärmeisolierung versehen ist.