EP1564411B1 - Procédé de détection des erreurs de fonctionnement d'une unité de pompage - Google Patents

Claims (16)

1. Procédé pour la détermination d'erreurs dans le fonctionnement d'un groupe moto-pompe, selon lequel au moins deux grandeurs électriques du moteur, fixant la puissance électrique du moteur, et au moins une grandeur hydraulique variable de la pompe ainsi qu'au moins une grandeur supplémentaire, mécanique ou hydraulique, fixant la puissance de la pompe, sont détectées et, d'une part, les deux grandeurs électriques du moteur, fixant la puissance électrique du moteur, sont combinées mathématiquement, en vue de l'obtention d'au moins une valeur de comparaison, et, d'autre part, la au moins une grandeur hydraulique variable de la pompe ainsi que la au moins une grandeur supplémentaire, mécanique ou hydraulique, fixant la puissance de la pompe, sont combinées mathématiquement en vue de l'obtention d'au moins une valeur de comparaison, étant précisé que pour la combinaison mathématique, on emploie un modèle mathématique de moteur électrique (1) en liaison avec un modèle mathématique de pompe/moteur mécanique-hydraulique (3) et qu'à partir des résultats des combinaisons mathématiques, il est déterminé, par comparaison avec des valeurs pré-établies, si une erreur est présente ou non.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension appliquée au moteur et le courant alimentant le moteur, sont détectés comme étant les grandeurs électriques fixant la puissance électrique du moteur.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsque la présence d'une erreur est déterminée, il est encore déterminé de quelle erreur il s'agit.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grandeur hydraulique détectée est la pression développée par la pompe.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grandeur hydraulique détectée est le débit de refoulement de la pompe.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grandeur hydraulique détectée est la pression différentielle entre l'aspiration et le refoulement de la pompe.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le modèle de moteur électrique (1) est formé par les équations suivantes $${\mathit{Lʹ}}_s=\frac{{\mathit{di}}_{\mathit{sd}}}{\mathit{dt}}=-{\mathit{Rʹ}}_s{i}_{\mathit{sd}}+\frac{L_m}{L_r}\left({\mathit{Rʹ}}_r{\mathit{\psi }}_{\mathit{rd}}+z_p\omega {\mathit{\psi }}_{\mathit{rd}}\right)+v_{\mathit{sd}}$$

   

   $${\mathit{Lʹ}}_s=\frac{{\mathit{di}}_{\mathit{sq}}}{\mathit{dt}}=-{\mathit{Rʹ}}_s{i}_{\mathit{sq}}+\frac{L_m}{L_r}\left({\mathit{Rʹ}}_r{\mathit{\psi }}_{\mathit{rq}}-z_p\omega {\mathit{\psi }}_{\mathit{rd}}\right)+v_{\mathit{sq}}$$

   

   $$\frac{{\mathit{d}\mathrm{\psi }}_{\mathit{rd}}}{\mathit{dt}}=-{\mathit{Rʹ}}_r{\mathit{\psi }}_{\mathit{rd}}-z_p\omega {\mathit{\psi }}_{\mathit{rq}}+{\mathit{Rʹ}}_r{L}_m{\mathit{i}}_{\mathit{sd}}$$

   

   $$\frac{{\mathit{d}\mathrm{\psi }}_{\mathit{rq}}}{\mathit{dt}}=-{\mathit{Rʹ}}_r{\mathrm{\psi }}_{\mathit{rq}}+z_p\omega {\mathrm{\psi }}_{\mathit{rd}}+{\mathit{Rʹ}}_r{L}_m{\mathit{i}}_{\mathit{sq}}$$

   

   $$T_e=z_p\frac{3}{2}\frac{L_m}{L_r}\left({\mathrm{\psi }}_{\mathit{rd}}{\mathit{i}}_{\mathit{sq}}-{\mathrm{\psi }}_{\mathit{rq}}{\mathit{i}}_{\mathit{sd}}\right)$$

   

   
   ou $$V_s=Z_s\left(s\right)I_s$$

   

   $$\mathit{\omega }\mathit{=}{\mathit{\omega }}_{\mathit{s}}\mathit{-}\mathit{s}{\mathit{\omega }}_{\mathit{s}}$$

   

   $$I_r=\frac{V_s}{Z_r\left(s\right)}$$

   

   $${\mathit{T}}_e=\frac{3R_r{I}_r^2}{s}$$

   

   
   ou $$L_s\frac{{\mathit{di}}_{\mathit{sd}}}{\mathit{dt}}=-{\mathit{R}}_s{\mathit{i}}_{\mathit{sd}}+z_p{\mathit{\omega }L}_s{\mathrm{\psi }}_{\mathit{rq}}+v_{\mathit{sd}}$$

   

   $$L_s\frac{{\mathit{di}}_{\mathit{sq}}}{\mathit{dt}}=-{\mathit{R}}_s{\mathit{i}}_{\mathit{sq}}-z_p{\mathit{\omega }L}_s{\mathrm{\psi }}_{\mathit{rd}}+v_{\mathit{sq}}$$

   

   $$\frac{{\mathit{d}\mathrm{\psi }}_{\mathit{rd}}}{\mathit{dt}}=-z_p\omega {\mathit{\psi }}_{\mathit{rq}}$$

   

   $$\frac{{\mathit{d}\mathrm{\psi }}_{\mathit{rq}}}{\mathit{dt}}=-z_p\omega {\mathit{\psi }}_{\mathit{rd}}$$

   

   $$T_e=z_p\frac{3}{2}\left({\mathit{\psi }}_{\mathit{rd}}{\mathit{i}}_{\mathit{sq}}-{\mathit{\psi }}_{\mathit{rq}}{\mathit{i}}_{\mathit{sd}}\right)$$

   

   
   dans lesquelles

   i_sd est le courant du moteur dans la direction d

   i_sq est le courant du moteur dans la direction q

   ψ_rd est le flux magnétique du rotor dans la direction d

   ψ_rq est le flux magnétique du rotor dans la direction q

   T_e est le couple du moteur

   ν_sd est la tension d'alimentation du moteur dans la direction d

   ν_sq est la tension d'alimentation du moteur dans la direction q

   ω est la vitesse angulaire du rotor et de la roue à aubes

   R'_s est la résistance équivalente de l'enroulement du stator

   R'_r est la résistance équivalente de l'enroulement du rotor

   L_m est la résistance de couplage inductive entre l'enroulement du stator et l'enroulement du rotor

   L'_s est la résistance équivalente inductive de l'enroulement du stator

   L_r est la résistance inductive de l'enroulement du rotor

   z_p est le nombre de paires de pôles

   I_s est le courant de phase

   V_s est la tension de phase

   ω_s est la fréquence de la tension d'alimentation

   ω est la vitesse de rotation réelle du rotor et de la roue à aubes

   s est le glissement du moteur

   Z_s(s) est l'impédance du stator

   Z_r(s) est l'impédance du rotor

   R_r est la résistance équivalente de l'enroulement du rotor

   R_s est la résistance équivalente de l'enroulement du stator

   L_s est la résistance inductive de l'enroulement du stator,

   d et q étant deux direction perpendiculaires l'une à l'autre perpendiculairement à l'arbre du moteur,

   et en ce que le modèle de pompe/moteur mécanique-hydraulique est formé par une équation $$\mathit{J}\frac{\mathit{d\omega }}{\mathit{dt}}\mathit{=}{\mathit{T}}_{\mathit{e}}\mathit{-}\mathit{B\omega }\mathit{-}{\mathit{T}}_{\mathit{P}}$$

   

   et au moins l'une des équations $$H_p=-a_{h2}{Q}^2+a_{h1}\mathit{Q\omega }+a_{h0}{\omega }^2$$

   

   $$T_p=-a_{t2}{Q}^2+a_{t1}\mathit{Q\omega }+a_{t0}{\omega }^2$$

   

   dans lesquelles

   $\frac{\mathit{d\omega }}{\mathit{dt}}$

   

   st la dérivée dans le temps de la vitesse angulaire du rotor

   T_p est le couple de rotation de la pompe

   J est le moment d'inertie du rotor, de la roue à aubes et du liquide transporté pris dans la roue à aubes

   B est la constante de frottement

   Q est le débit de refoulement de la pompe

   H_p est la pression différentielle engendrée par la pompe

   a_h2, a_h1, a_h0 sont les paramètres qui dépeignent la relation entre la vitesse de rotation de la roue à aubes, le débit de refoulement et la pression différentielle et

   a_t2, a_t1, a_t0 sont les paramètres qui dépeignent la relation entre la vitesse de rotation de la roue à aubes, le débit de refoulement et le moment d'inertie.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que dans les équations (16) et (17), les grandeurs a_h0-a_h2 et a_t0-a_t2 sont établies, ainsi que dans l'équation (15), les grandeurs B et J, en ce qu'à partir du modèle du moteur électrique (1) conforme aux équations (1) - (5) ou (6) - (9) ou (10) - (14), un couple de moteur (T_e) est déterminé et la vitesse de rotation est soit calculée, d'après les équations (1) - (5) ou (6) - (9) ou (10) - (14), soit mesurée, après quoi, à l'aide des équations (16) et/ou (17), une relation entre la pression et le débit de refoulement, d'une part, et/ou entre la puissance/le couple et le débit de refoulement, d'autre part, est déterminée, après quoi, de préférence à l'aide de l'équation (15), il est vérifié si les grandeurs calculées à l'aide du modèle de moteur (1) coïncident ou non avec les grandeurs calculées à l'aide du modèle de pompe (3) après application des grandeurs hydrauliques mesurées, une erreur étant enregistrée en cas d'absence de coïncidence.
9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une bande de tolérance est établie par variance d'au moins l'une des grandeurs a_h0-a_h2 et a_t0-a_t2 et B et J.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour la détermination de la nature de l'erreur, en plus des deux grandeurs électriques deux grandeurs hydrauliques sont déterminées, de préférence par mesure, et les valeurs déterminées sont portées dans les équations selon la revendication 8, de telle manière que plusieurs grandeurs d'erreur (r₁ - r₄) en résultent, étant précisé qu'à partir de la combinaison des grandeurs d'erreur, la nature de l'erreur est déterminée sur la base de combinaisons de valeurs limites pré-établies.
11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour la détermination de la nature de l'erreur, en plus des deux grandeurs électriques deux grandeurs hydrauliques sont déterminées, de préférence par mesure, et les valeurs déterminées ou des valeurs dérivées de celles-ci sont comparées à des valeurs pré-établies, les valeurs pré-établies définissant chacune une surface, étant précisé qu'il est déterminé si les grandeurs déterminées ou les grandeurs dérivées de celles-ci sont situées ou non sur l'une de ces surfaces (r*₁ - r*₄), et que sur la base de la combinaison des grandeurs d'erreur, la nature de l'erreur est déterminée à partir de combinaisons pré-établies de valeurs limites.
12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la détermination de la nature de l'erreur s'effectue à partir du tableau suivant Nature de l'erreur Grandeur d'erreur r₁, r₁* r₂, r₂* r₃, r₃* r₄, r₄* Surface de comparaison Frottement accru à cause de défauts mécaniques 1 0 1 1 Transport réduit/Pression insuffisante 0 1 1 1 Défaut dans la zone d'aspiration/débit de refoulement insuffisant 1 1 0 1 Arrêt du transport 1 1 1 1
13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de la détermination d'une erreur, le groupe moto-pompe est excité dans le sens d'une vitesse de rotation modifiée, pour à partir des résultats de mesure ou se présentant alors, spécifier avec plus de précision l'erreur déterminée.
14. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le modèle de pompe/moteur mécanique-hydraulique (3) englobe au moins des éléments du système hydraulique (4) alimenté par la pompe, de telle manière que des erreurs du système hydraulique (4) puissent également être déterminées.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le système hydraulique (4) est défini par l'équation $$K_J\frac{\mathit{dQ}}{\mathit{dt}}=H_p-\left({\mathit{p}}_{\mathit{out}}\mathit{+}{\mathit{\rho gz}}_{\mathit{out}}\mathit{-}{\mathit{p}}_{\mathit{in}}\mathit{-}{\mathit{\rho gz}}_{\mathit{in}}\right)\left(K_v+K_l\right)Q^2$$

    

    dans laquelle

    K_J est la constante qui dépeint l'inertie de la colonne de liquide dans la tuyauterie

    K_V la constante qui dépeint la perte de pression, fonction du débit, dans la vanne, et

    K_L est la constante qui dépeint la perte de pression, fonction du débit, dans la tuyauterie

    H_p la pression différentielle de la pompe

    P_out la pression à l'extrémité, côté consommateur, de l'installation

    P_in la pression d'alimentation

    Z_out le niveau de pression statique à l'extrémité, côté consommateur, de l'installation

    Z_in le niveau de pression statique à l'entrée de la pompe

    p la densité du fluide transporté

    g la constante gravitationnelle.
16. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les grandeurs r₁ - r₄ sont définies par les équations $$\{\begin{array}{ll}J\frac{d{\hat{\mathit{\omega }}}_1}{\mathit{dt}}& =-B{\hat{\omega }}_1-\left(-a_{t2}{Q}^2+a_{t1}\mathit{Q\omega }+a_{t0}{\omega }^2\right)+T_e+k_e\left(\omega -{\hat{\omega }}_1\right)\\ r_1& =q_1(\omega -{\hat{\omega }}_1)\end{array}$$

    

    $$\{r_2=q_2(-a_{h2}{Q}^2+a_{h1}\mathit{Q\omega }+a_{h0}{\omega }^2-H_p)$$

    

    $$\{\begin{array}{ll}\mathit{Qʹ}& =\frac{a_{h1}\omega +\sqrt{a_{h1}^2{\omega }^2-4a_{h2}\left(H_p+a_{h0}{\omega }^2\right)}}{2a_{h2}}\\ J\frac{d{\hat{\mathit{\omega }}}_3}{\mathit{dt}}& =-B{\hat{\omega }}_3-\left(-a_{t2}{\mathit{Qʹ}}^2+a_{t1}\mathit{Qʹ\omega }+a_{t0}{\mathrm{\omega }}^2\right)+T_e+k_3\left(\mathrm{\omega }\mathrm{-}{\hat{\mathrm{\omega }}}_{\mathrm{3}}\right)\\ r_3& =q_3(\mathrm{\omega }\mathrm{-}{\hat{\mathrm{\omega }}}_{\mathrm{3}})\end{array}$$

    

    $$\{\begin{array}{ll}\mathit{\omega ʹ}& =\frac{-a_{h1}{H}_p+\sqrt{a_{h1}^2{H_p}^2-4a_{h2}\left(H_p+a_{h0}{Q}^2\right)}}{2a_{h2}}\\ J\frac{d{\hat{\mathit{\omega }}}_4}{\mathit{dt}}& =-B{\hat{\omega }}_4-\left(-a_{t2}{Q}^2+a_{t1}\mathit{Q\omega ʹ}+a_{t0}{\mathrm{\omega ʹ}}^2\right)+T_6+k_4\left(\mathrm{\omega ʹ}-{\hat{\omega }}_4\right)\\ r_4& =q_4(\mathrm{\omega ʹ}-{\hat{\omega }}_4)\end{array}$$

    

    dans lesquelles

    k₁, k₃, k₄ sont des constantes

    q₁, q₂, q₃, q₄ sont des constantes

    Q' est le débit de refoulement calculé, sur la base de la vitesse de rotation instantanée et de la pression mesurée,

    TM₁ est la vitesse de rotation calculée du rotor sur la base des équations mécanqiues-hydrauliques (15) et (17)

    TM₃ est la vitesse de rotation calculée du rotor sur la base des équations (15), (16) et (17)

    TM₄ est la vitesse de rotation calculée du rotor sur la base des équations (15), (16) et (17)

    ω' est la vitesse de rotation calculée du rotor sur la base de la pression de refoulement mesurée et du débit de refoulement mesuré

    r₁ - r₄ sont des grandeurs d'erreur et

    r₁ * - r₄ * sont des surfaces fixées par trois variables, qui représentent un fonctionnement exempt d'erreurs de la pompe.

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