EP1180600B1

EP1180600B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Fördermenge einer Kreiselpumpe

Info

Publication number: EP1180600B1
Application number: EP01117988A
Authority: EP
Inventors: Jürgen Gröschel
Original assignee: KSB AG
Current assignee: KSB AG
Priority date: 2000-08-16
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2021-07-25
Also published as: DE10039917A1; DK1180600T3; EP1180600A2; PT1180600E; ES2342819T3; DE50115457D1; CY1110707T1; ATE466194T1; EP1180600A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung der durch ein Laufrad erbrachten Fördermenge einer in ein Fördersystem integrierten Kreiselpumpe, wobei innerhalb des Fördersystems vorgenommene Druckmessungen durch eine Auswertelogik jeweils entsprechenden, in einer Ursprungsmessung festgestellten Fördermengen zugeordnet werden.
Diese Art der Fördermengenermittlung ist grundsätzlich aus der US 4 821 580 bekannt. Bei der dort gelehrten Einrichtung werden Messungen des Druckes in dem Bereich vor der Saugleitung einer Kreiselpumpe und in deren Druckleitung vorgenommen. In einem Rechner werden die erfaßten Drücke gespeichert und gegebenenfalls zusammen mit anderen Eingaben für die Feststellung bestimmter Daten, beispielsweise der Fördermenge, ausgewertet. Die hier angewandte Art der Messung ist vergleichbar mit einer Ermittlung der Pumpenkennlinie auf einem Prüfstand. Nachteilig der Umstand, daß der Einfluß des Pumpengehäuses in die Messung mit einfließt und sich dadurch eine instabile oder flache Kennlinie ergibt. Diese führt wegen fehlender Eindeutigkeit zu Ungenauigkeiten in der Fördermengenbestimmung.
Eine andere Art der Fördermengenermittlung ist aus der US 5 129 264 bekannt. Dort wird eine Differenzdruckmessung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Druckstutzens der Kreiselpumpe vorgenommen. Genutzt wird hier der Umstand, daß sich der Druck des fließenden Mediums mit dem Querschnitt des Strömungsweges verändert, wobei die gemessenen Drücke einen Rückschluß auf die jeweilige Fördermenge zulassen. Somit wird der ermittelte Wert zusammen mit einer Strömungskonstanten in einer Auswertelogik zur Bestimmung der aktuellen Durchflußmenge herangezogen. Die in der US 5 129 264 konkret gelehrte Ausführung bedarf aber auch noch eines gewissen Aufwandes, da der Druckstutzen zur Anbringung einer Vielzahl von Meßstellen durchbohrt werden muß. Weil aber die Strecke zwischen den Meßpunkten relativ kurz ist und die Querschnittsänderungen klein sind, ergeben sich große Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der Fördermenge.
Aus der EP 0 641 997 B1 ist eine vergleichbare Einrichtung bekannt, bei der allerdings der notwendige Aufwand dadurch verringert wurde, daß lediglich zwei Druckmeßstellen notwendig sind, die bei Verwendung eines Spiralgehäuses vorteilhafterweise an dessen Sporn anzuordnen sind. Allerdings hat auch diese Ausführung den Nachteil, daß der Einfluß des Pumpengehäuses in die Messung einfließt, so daß bei einem instabilen oder flachen Verlauf der Pumpenkennlinie die jeweilige Fördermenge nicht eindeutig oder nur ungenau zu ermitteln ist.
Die Druckschrift EP 0 774 583 , die als nächstliegender Stand der Technik angesehen wird, offenbart die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine dieses Verfahren nutzende Vorrichtung zu schaffen, die bei Erfüllung der grundsätzlichen Voraussetzung eines geringen Aufwandes eine auch bei instabilen oder flachen Pumpenkennlinien genaue Ermittlung der Fördermenge erbringen.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zur Bestimmung der Fördermenge der von Einflüssen des Pumpengehäuses und etwaiger Leiteinrichtungen nicht beeinträchtigte Druckaufbau des Laufrades herangezogen wird.
Die erfindungsgemäße Lösung nutzt den Umstand, daß das Laufrad im Vergleich zu einem Pumpengehäuse oder einer Leiteinrichtung nur geringe Verluste verursacht. Es kommt also nicht zu einer die Messung beeinträchtigenden Ausbildung einer instabil verlaufenden Kennlinie.
Es empfiehlt sich, den Druckaufbau des Laufrades an einem auf der Pumpendruckseite in der Nähe des Laufradaustrittes und vor dem Eintritt in strömungsleitende Elemente gelegenen Meßpunkt zu erfassen. Zweckmäßigerweise wird ein solcher Meßpunkt im druckseitigen Radseitenraum der Kreiselpumpe angeordnet.
Bei konstantem saugseitigen Anlagendruck, wie er z.B. in einem geschlossenen Kreislauf gegeben ist, genügt es, wenn in einer Ursprungsmessung die sich bei verschiedenen Fördermengen einstellenden Drücke am Laufrad gemessen und einer Auswerteeinrichtung zur Verfügung gestellt werden. Der Einfluß der Strömungsgeschwindigkeit kann hierbei vernachlässigt werden.
In einer offenen Anlage, also beispielsweise in einem System zur Entleerung eines Tanks, verändert sich der saugseitige Anlagendruck mit der Entnahme. Daher muß bei einer Bestimmung der Fördermenge dieser Druck jeweils berücksichtigt werden. Dies kann mit Hilfe bekannter Anlagendaten oder mittels eines auf der Pumpensaugseite angeordneten Drucksensors geschehen.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem geschlossenen Kreislauf geeignete Vorrichtung kann mit Hilfe eines im druckseitigen Radseitenraum der Kreiselpumpe angeordneten Drucksensors, welcher mit einer Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Fördermenge verbunden ist, verwirklicht werden.
Bei einer offenen Anlage sollten jeweils ein auf der Pumpensaugseite und im druckseitigen Radseitenraum angeordneter Drucksensor mit der Auswerteeinrichtung verbunden sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet zuverlässig und mit guter Genauigkeit, da der im druckseitigen Radseitenraum gemessene statische Druck annähernd eine stetig fallende Gerade über den gesamten Fördermengenverlauf ergibt. Es ist somit ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem gemessenen Druck und der Fördermenge gegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren bedarf nur eines vergleichsweise geringen Aufwandes für die Bestimmung der Fördermenge. Dennoch zeichnet es sich gegenüber den bekannten Verfahren durch eine höhere Genauigkeit aus. Dies gilt sowohl gegenüber der aufwendigen Differenzdruckmessung in sich ändernden Querschnitten als auch gegenüber den anderen geschilderten Verfahren, da sich durch eine Eliminierung von Hauptverluststrecken kein instabiler Verlauf der Kennlinie ergibt.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig.1: einen Meridianschnitt durch eine Kreiselpumpe und durch Teile einer Anlage, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren benutzt wird;
Fig. 2: die Kennlinien zweier Kreiselpumpen und die zugehörigen Druckverläufe der jeweiligen Laufräder.

Das Gehäuse 1 der in der Fig. 1 dargestellten Kreiselpumpe besitzt einen Einlaß 2 und einen Auslaß 3. Ein auf einer Welle 4 befestigtes Laufrad 5 ist in dem Gehäuse 1 angeordnet.
Im druckseitigen Radseitenraum 6 des Gehäuses 1 ist ein Drucksensor 7 vorgesehen, der über eine Leitung 8 mit einem Auswertegerät 9 verbunden ist. Ein weiterer - gestrichelt dargestellter - Drucksensor 10 ist vor dem Einlaß 2 des Gehäuses 1 angeordnet. Über eine - ebenfalls gestrichelt dargestellte - Leitung 11 ist der Drucksensor 10 mit dem Auswertegerät 9 verbunden. Der Drucksensor 10 ist in einer Rohrleitung 12 angeordnet, welche zu einem - hier nicht dargestellten - Tank führt. Es handelt sich hier also um ein offenes System.
Während des Laufs der Kreiselpumpe wird die in dem Tank befindliche Flüssigkeit über den Auslaß 3 zu einer - nicht dargestellten - Mündung gefördert. Da der abnehmende Flüssigkeitsspiegel im Tank zu einer entsprechenden fortgesetzten Druckabsenkung vor dem Einlaß 2 der Kreiselpumpe führt, muß die durch das Laufrad 5 verursachte Druckerhöhung durch eine Differenzdruckbildung der Werte der Sensoren 7 und 10 ermittelt werden. Eine den verschiedenen Fördermengen zuzuordnende Druckerhöhung des Laufrades 5 wird in einer Ursprungsmessung ermittelt und in dem Auswertegerät 9 gespeichert. Die gespeicherten Informationen werden bei der Bestimmung der Fördermenge herangezogen.
In einem geschlossenen Kreislauf kann auf die laufende Feststellung des vor dem Einlauf der Kreiselpumpe herrschenden Druckes verzichtet werden, da dieser sich während des Betriebes nur unwesentlich verändert. Hier genügt es, den Druck einmal zu bestimmen, um ihn dann dem Auswertegerät dauerhaft zur Verfügung zu stellen.
Aus der Fig. 2 ist der Zusammenhang zwischen der Fördermenge und dem Druckaufbau der Pumpe und des Laufrades zu ersehen. Den Kennlinien der Fig. 2 liegen Kreiselpumpen mit einem Laufrad zweier unterschiedlicher Abdrehdurchmesser zugrunde. So beziehen sich die Kennlinien 13 und 14 auf das erste Laufrad und die Kennlinien 15 und 16 auf das zweite Laufrad.
Die Kennlinien 13 und 15 sind Pumpenkennlinien, welche durch eine Differenzdruckmessung zwischen Saug- und Druckstutzen der Kreiselpumpen ermittelt wurden. Die Kennlinien 13 und 15 weisen einen instabilen Verlauf auf und sind daher für die Ermittlung der Fördermenge ungeeignet.
Die Kennlinien 14 und 16 sind Laufradkennlinien, welche durch einen Druckaufnehmer 7 ermittelt wurden. Ihr Verlauf ist eindeutig stabil. Daher sind diese Kennlinien für eine genaue Ermittlung der Fördermenge geeignet.

Claims

Verfahren zur Ermittlung der durch ein Laufrad erbrachten Fördermenge einer in ein Fördersystem integrierten Kreiselpumpe, wobei innerhalb des Fördersystems vorgenommene Druckmessungen durch eine Auswertelogik jeweils entsprechenden, in einer Ursprungsmessung festgestellten Fördermengen zugeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Fördermenge der von Einflüssen des Pumpengehäuses (1) und etwaiger Leiteinrichtungen nicht beeinträchtigte Druckaufbau des Laufrades (5) an einem vor dem Eintritt in strömungsleitende Elemente gelegenen Meßpunkt (7) herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufbau des Laufrades (5) an einem auf der Pumpendruckseite in der Nähe des Laufradaustrittes gelegenen Meßpunkt (7) erfaßt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufbau des Laufrades (5) an einem im druckseitigen Radseitenraum (6) der Kreiselpumpe gelegenen Meßpunkt (7) erfaßt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Durchführung bei einer Anlage mit konstantem saugseitigen Anlagendruck, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ursprungsmessung die sich bei verschiedenen Fördermengen einstellenden Drücke am Laufrad (5) gemessen und einer Auswerteeinrichtung (9) zur Verfügung gestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Durchführung bei einer Anlage mit veränderlichem saugseitigen Anlagendruck, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ursprungsmessung die sich bei verschiedenen Fördermengen einstellenden Drücke am Laufrad (5) gemessen werden und einer Auswerteeinrichtung (9) zur Verfügung gestellt werden, während der saugseitige Anlagendruck aus den Anlagedaten entnommen oder mittels eines Sensors (10) gemessen wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen im druckseitigen Radseitenraum (6) der Kreiselpumpe angeordneten Drucksensor (7), welcher mit einer Auswerteeinrichtung (9) zur Bestimmung der Fördermenge verbunden ist.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5, gekennzeichnet durch jeweils einen auf der Saugseite und im druckseitigen Radseitenraum (6) der Kreiselpumpe angeordneten Drucksensor (10, 7), welche mit einer Auswerteeinrichtung (9) zur Bestimmung der Fördermenge verbunden sind.