EP2500579A1 - Detection of cavitation and gas entrainment in an electric rotary pump - Google Patents

Detection of cavitation and gas entrainment in an electric rotary pump Download PDF

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EP2500579A1
EP2500579A1 EP11158738A EP11158738A EP2500579A1 EP 2500579 A1 EP2500579 A1 EP 2500579A1 EP 11158738 A EP11158738 A EP 11158738A EP 11158738 A EP11158738 A EP 11158738A EP 2500579 A1 EP2500579 A1 EP 2500579A1
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EP
European Patent Office
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monitoring module
pump
cavitation
values
centrifugal pump
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11158738A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Helmut Henzler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP2500579A1 publication Critical patent/EP2500579A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0088Testing machines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/02Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions
    • F04D15/0209Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions responsive to a condition of the working fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D15/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
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    • F04D15/0209Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions responsive to a condition of the working fluid
    • F04D15/0218Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions responsive to a condition of the working fluid the condition being a liquid level or a lack of liquid supply
    • F04D15/0236Lack of liquid level being detected by analysing the parameters of the electric drive, e.g. current or power consumption
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/669Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for liquid pumps

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring a centrifugal pump driven by an electric motor, in which the power consumption or the load current of the electric motor is determined and values derived therefrom are fed to a pump monitoring module according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to an arrangement with a pump monitoring module according to FIG the preamble of claim 9 for carrying out such a method.
  • a centrifugal pump is a turbomachine, wherein by means of a rotating impeller, a fluid, usually a liquid, is moved. Incoming medium entering through an access line is entrained by the rotating impeller, d. H. accelerated. The accelerated fluid then exits via a drain line from the centrifugal pump.
  • the drive of the centrifugal pump is usually carried out by an electric motor.
  • a method for preventing dry running in a centrifugal pump is known. This occurs when the centrifugal pump is insufficiently supplied with liquid pumped medium. Dry running of a centrifugal pump can occur, for example, if valves on the intake side are inadvertently connected or if a liquid reservoir in front of the access line has run empty. Since dry running can quickly lead to overheating of the pump components, in particular of mechanical seals, a method for detecting and avoiding dry running in a centrifugal pump is described there.
  • centrifugal pumps In the operation of centrifugal pumps, however, may still other disorders occur, which, if they are longer, to a Damage to the pump can lead or optimal driving style of a process in which the centrifugal pump is used, are detrimental. Examples include an entrainment of gas or cavitation in a funded liquid medium. Cavitation can even cause a material removal on the impeller of the centrifugal pump after a longer exposure time. When a gas Mit assume the flow rate of the pump decreases.
  • the invention is therefore based on the object to find a technical solution that allows monitoring of a driven by an electric motor centrifugal pump on co-promotion of gas or cavitation in a subsidized liquid medium.
  • the invention is based on the finding that the gas bubbles imploding during cavitation as well as the gas bubbles compressed in the co-transport of gas cause impact torques on the blades of the impeller, which are detectable in the drive as torque pulses. Since the power consumption or the load current of the electric motor is decisive for the formation of torque, their values can advantageously be determined and evaluated for the purpose of detecting such pulses. Since values of the power consumption or of the load current usually exist in motor control systems in any case, this has the advantage that no additional sensors are required for monitoring the centrifugal pump.
  • the reliability of the diagnostic statement is further improved by the threshold value used for comparison being adapted to the specific model.
  • the threshold value used for comparison being adapted to the specific model.
  • a more accurate classification of the cause of the fault is also made, ie, it is distinguished between the cause of the fault entrainment of gas and the cause of the fault cavitation.
  • spectral amplitude values in a second predetermined frequency band which is separated from the first frequency band of the first indicator variable, are calculated as a second indicator variable in the frequency domain. If the second indicator size deviates greatly from the first indicator size, this indicates a presence of gas in the pumped liquid medium, otherwise cavitation is likely to cause the disturbance.
  • Due to the hydraulic conditions on the impeller of the centrifugal pump namely expressing entrainment of gas and cavitation different in frequency range. Cavitation caused by torque pulses are relatively broadband in the frequency range, while by entrainment of gas signal components are rather narrow band around the rotational frequency of the motor current around increased.
  • This finding can be used in a further advantageous embodiment to increase the reliability of the diagnosis statement by means of a statistical evaluation of the signal components in a plurality of comparatively narrow frequency bands. If the standard deviation of the signal components exceeds a third predetermined threshold value, entrainment of gas in the liquid medium is indicated, otherwise the presence of cavitation.
  • Another possibility for evaluating the signal components is an envelope method in which an amplitude curve described by a polynomial is applied via the amplitudes of the individual spectral lines in the frequency domain, the polynomial parameters of which are used as indicator quantities.
  • a control system of a process plant, in which the centrifugal pump is used can also be supplemented by a way to assess the condition of the centrifugal pump, which is important for improving plant operation, for example in the sense of preventive maintenance to avoid unnecessary plant downtime.
  • the pump monitoring module uses the first indicator size to grading a determined cavitation into different levels of cavitation intensity. With a larger indicator size, a stronger cavitation level is assigned. Operating times of the centrifugal pump are weighted with the respectively determined for these stages of cavitation and estimated the remaining life of the centrifugal pump based on the occurred during their previous operation total load.
  • a widely used type of drive for centrifugal pumps is the asynchronous motor with squirrel cage rotor. Since the stator current is decisive for the torque generation of the motor, it is possible to detect disturbances, in particular due to increased amplitude values of the spectral lines, which are close to the rotational frequency of the stator current. In the case of the frequent case of an asynchronous motor, such determination of the first frequency range is therefore particularly well suited for being adjacent to the rotational frequency of the load current, which is referred to here as the stator current, but does not include the rotational frequency itself. This frequency range can additionally be mirrored around the rotational frequency, so that it consists of two bands, which are arranged in mirror image to the rotational frequency exists.
  • the method is preferably implemented in software or in a combination of software / hardware, so that the invention also relates to a computer program with computer-executable program code instructions for implementing the method.
  • the invention also relates to a computer program product, in particular a data carrier or a storage medium, with a computer program executable by a computer.
  • a computer program is preferably part of the process control system or is kept in a memory of the process control system or can be loaded into this memory, so that during operation of the process control system it automatically performs the pump monitoring according to the method.
  • a pump monitoring module PÜB has an evaluation unit AE, a memory SP connected to the evaluation unit AE and an input / output unit EA likewise connected to the evaluation unit AE.
  • the pump monitoring module PÜB is connected to a motor module MBS.
  • the pump monitoring module PÜB and the motor module MBS are part of a process control system PLS, for example a SIMATIC PCS7.
  • An engine control unit MSTG is connected to the engine block MBS, the evaluation unit AE of the pump monitoring module PÜB and to an electric motor M.
  • the electric motor M drives a centrifugal pump P.
  • the centrifugal pump P is supplied with liquid conveying medium via a supply line ZL and pumps out the pumped medium via a drain line AL. Data traffic between the mentioned components is indicated by arrows.
  • the power consumption of the electric motor M from the engine control unit MSTG continuously with high sampling rate, z. B. 400 kHz, and passed in the form of a temporal sequence of digital values to the evaluation unit AE of the pump monitoring module PÜB.
  • the digital values of the current consumption which represent the power consumption or the load current of the electric motor M, are subjected to a fast Fourier transformation (FFT) in order to determine signal components of the digital values in different frequency ranges.
  • FFT fast Fourier transformation
  • predetermined threshold values are still required, which are stored in the memory SP.
  • the respective diagnosis result is indicated by a signal by means of the input / output unit EA.
  • FIG. 2 Based FIG. 2 the sequence of the method for monitoring a centrifugal pump driven by an electric motor is explained in more detail below.
  • the first indicator variable K1 is obtained, which is significant for distinguishing between normal operation and interference-prone operation by gas promotion or cavitation.
  • the first indicator quantity K1 is calculated on the basis of the signal components in a frequency range composed of the subregions between 40.2 and 48 Hz and between 52 and 59.8 Hz.
  • the distinction between normal operation and faulty operation is made in a subsequent step S3, in which the first indicator variable K1 is compared with a first threshold SW1 associated therewith.
  • the first threshold SW1 is on-hand previously predetermined calculations of the first indicator size K1 in normal operation, for example, by multiplying the mean value of the indicator variable K1 calculated from several measurements by a factor of 1.3.
  • the indicator variable K1 is predetermined in such a way that it lies a small distance above the highest value of the first indicator variable K1 determined in normal operation. Since the first threshold value is determined on the same centrifugal pump on which the diagnosis is carried out later, it is thus adapted to the specific model and manufacturing variations advantageously have no influence on the reliability of the diagnostic statement.
  • step S4 is entered. This transition is in FIG. 2 marked by a "J" at the transitional arrow. If, on the other hand, the first indicator size K1 is not greater than the first threshold value SW1, then, according to an arrow marked "N", a step S5 is entered in which a signal indicates that the pump is in normal operation and there is no disturbance that would be caused by Gasmit programme or cavitation.
  • a second indicator quantity K2 is calculated in step S4, which results as the sum of the signal components in the frequency ranges 32.2 to 40 Hz and 60 to 67.8 Hz.
  • the formula used for this differs from the above calculation formula for K1 only in terms of the summation limits.
  • a subsequent step S6 it is checked whether the difference between the first indicator size K1 and the second indicator size K2 is smaller than a second predetermined threshold value SW2. If this is the case, a transitional arrow labeled "J" is used to proceed to a step S7 in which, depending on the size of the first indicator variable K1, a cavitation in FIG one of three different strength levels is displayed.
  • step S8 a signal causes a disturbance due to entrainment of gas is displayed in the conveyed liquid medium. Due to the hydraulic conditions on the impeller of the centrifugal pump, namely, a entrainment of gas and a cavitation in the spectral components in the frequency range expressed differently. In cavitation, the spectral signal components decrease with increasing distance to the rotational frequency of the stator current of an asynchronous motor weaker than mitzhouördertem gas. Therefore, the above calculated difference of the two indicator sizes K1 and K2 in the case of entrainment of gas is greater than in the case of cavitation. In the manner described, it is thus easy to make a distinction between the two causes of the fault.
  • 2 described embodiment is still called a procedure in which an envelope is placed over the spectral signal components in a predetermined frequency range and by a polynomial is approximated.
  • the polynomial parameters can then be used as indicator quantities.
  • a pump monitoring module can be embodied within the engine module or within the engine control unit. It is also not essential to the invention in which component the evaluation of the power consumption or the load current or the determination of the various threshold values takes place.
  • the evaluation unit or the memory may also be arranged outside the pump monitoring module, in which case the evaluation unit or memory must of course be connected to the pump monitoring module.
  • Engine control units in which often the functions of a motor starter, a soft starter and / or an engine management system are realized, have their own arithmetic unit and can realize the evaluation described above in addition to the actual control task and pass the calculated indicator sizes to a control system.
  • the engine block for the invention is not mandatory, but usually available in process control systems.

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Abstract

The power or load current of the electromotor (M) is determined, and the derived values are fed to a pump control module (PUB). A first indicator signal is determined from the values formed in a first predetermined frequency range, by the pump control module, and is compared with a first predetermined threshold value. A signal for displaying the information about cavitation formed in the liquid medium used in the centrifugal pump (P) is output, when the first indicator size exceeds the first predetermined threshold value. Independent claims are included for the following: (1) computer program comprising computer-executable program code instructions for implementing monitoring method of electromotor propelled centrifugal pump; (2) computer program product for monitoring electromotor propelled centrifugal pump; and (3) electromotor propelled centrifugal pump assembly.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer von einem Elektromotor angetriebenen Kreiselpumpe, bei welchem die Leistungsaufnahme oder der Laststrom des Elektromotors ermittelt wird und daraus abgeleitete Werte einem Pumpenüberwachungsbaustein zugeführt werden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung mit einem Pumpenüberwachungsbaustein gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.The invention relates to a method for monitoring a centrifugal pump driven by an electric motor, in which the power consumption or the load current of the electric motor is determined and values derived therefrom are fed to a pump monitoring module according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to an arrangement with a pump monitoring module according to FIG the preamble of claim 9 for carrying out such a method.

Eine Kreiselpumpe ist eine Strömungsmaschine, wobei mittels eines rotierenden Laufrades ein Fördermedium, in der Regel eine Flüssigkeit, bewegt wird. Durch eine Zugangsleitung eintretendes Fördermedium wird dabei von dem rotierenden Laufrad mitgerissen, d. h. beschleunigt. Das beschleunigte Fördermedium tritt anschließend über eine Abflussleitung aus der Kreiselpumpe aus. Der Antrieb der Kreiselpumpe erfolgt in der Regel durch einen Elektromotor.A centrifugal pump is a turbomachine, wherein by means of a rotating impeller, a fluid, usually a liquid, is moved. Incoming medium entering through an access line is entrained by the rotating impeller, d. H. accelerated. The accelerated fluid then exits via a drain line from the centrifugal pump. The drive of the centrifugal pump is usually carried out by an electric motor.

Aus der WO 2009/006927 A1 ist ein Verfahren zur Vermeidung von Trockenlauf bei einer Kreiselpumpe bekannt. Dieser liegt vor, wenn die Kreiselpumpe unzureichend mit flüssigem Fördermedium versorgt wird. Trockenlauf einer Kreiselpumpe kann beispielsweise auftreten, wenn saugseitig versehentlich Armaturen angeschlossen werden oder wenn ein Flüssigkeitsvorratsbehälter vor der Zugangsleitung leer gelaufen ist. Da Trockenlauf schnell zur Überhitzung der Pumpenbauteile, insbesondere von Gleitringdichtungen, führen kann, wird dort ein Verfahren zur Erkennung und Vermeidung von Trockenlauf in einer Kreiselpumpe beschrieben.From the WO 2009/006927 A1 a method for preventing dry running in a centrifugal pump is known. This occurs when the centrifugal pump is insufficiently supplied with liquid pumped medium. Dry running of a centrifugal pump can occur, for example, if valves on the intake side are inadvertently connected or if a liquid reservoir in front of the access line has run empty. Since dry running can quickly lead to overheating of the pump components, in particular of mechanical seals, a method for detecting and avoiding dry running in a centrifugal pump is described there.

Im Betrieb von Kreiselpumpen können jedoch noch weitere Störungen auftreten, die, wenn sie länger anstehen, zu einer Schädigung der Pumpe führen können oder einer optimalen Fahrweise eines Prozesses, in welchem die Kreiselpumpe Verwendung findet, abträglich sind. Beispiele hierfür sind eine Mitführung von Gas oder Kavitation in einem geförderten flüssigen Medium. Kavitation kann bei längerer Einwirkzeit sogar einen Materialabtrag am Laufrad der Kreiselpumpe verursachen. Bei einer Gasmitförderung sinkt die Förderleistung der Pumpe.In the operation of centrifugal pumps, however, may still other disorders occur, which, if they are longer, to a Damage to the pump can lead or optimal driving style of a process in which the centrifugal pump is used, are detrimental. Examples include an entrainment of gas or cavitation in a funded liquid medium. Cavitation can even cause a material removal on the impeller of the centrifugal pump after a longer exposure time. When a gas Mitförderung the flow rate of the pump decreases.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine technische Lösung zu finden, welche eine Überwachung einer von einem Elektromotor angetriebenen Kreiselpumpe auf Mitförderung von Gas oder auf Auftreten von Kavitation in einem geförderten flüssigen Medium ermöglicht.The invention is therefore based on the object to find a technical solution that allows monitoring of a driven by an electric motor centrifugal pump on co-promotion of gas or cavitation in a subsidized liquid medium.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Verfahren der eingangs genannten Art die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, in Anspruch 7 ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Computerprogramm, in Anspruch 8 ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und in Anspruch 9 eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anordnung beschrieben.To solve this problem, the new method of the type mentioned in the features specified in claim 1. Advantageous developments of the invention are described in the dependent claims, in claim 7 a computer program suitable for carrying out the method, in claim 8 a corresponding computer program product, and in claim 9 an arrangement suitable for carrying out the method.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die bei Kavitation implodierenden Gasblasen sowie die bei Mitförderung von Gas komprimierten Gasblasen Stoßmomente auf die Schaufeln des Laufrades verursachen, welche im Antrieb als Drehmomentimpulse detektierbar sind. Da die Leistungsaufnahme oder der Laststrom des Elektromotors für die Drehmomentbildung ausschlaggebend ist, können deren Werte vorteilhaft zur Erkennung derartiger Impulse ermittelt und ausgewertet werden. Da Werte der Leistungsaufnahme oder des Laststroms meist in Motoransteuerungen ohnehin vorliegen, hat dies den Vorteil, dass zur Überwachung der Kreiselpumpe keine zusätzliche Sensorik erforderlich ist. Bei einer Betrachtung der Leistungsaufnahme oder des Laststroms im Frequenzbereich sind derartige Drehmomentimpulse, die vergleichsweise breitbandig wirken, als erhöhte Amplitudenwerte der Spektrallinien, insbesondere in der Nähe der Drehfrequenz bei mit Drehstrom betriebenen Elektromotoren, erkennbar. Berechnet man also im Frequenzbereich spektrale Amplitudenwerte der Leistungsaufnahme oder des Laststroms, so erhält man Werte einer Indikatorgröße, die im Normalbetrieb und im Störbetrieb der Kreiselpumpe voneinander abweichen und somit für die Unterscheidung der verschiedenen Betriebsarten signifikant sind. Die Unterscheidung kann daher durch einfachen Vergleich der Signalanteile in einem vorbestimmten Frequenzbereich mit einem vorbestimmten Schwellwert getroffen werden.The invention is based on the finding that the gas bubbles imploding during cavitation as well as the gas bubbles compressed in the co-transport of gas cause impact torques on the blades of the impeller, which are detectable in the drive as torque pulses. Since the power consumption or the load current of the electric motor is decisive for the formation of torque, their values can advantageously be determined and evaluated for the purpose of detecting such pulses. Since values of the power consumption or of the load current usually exist in motor control systems in any case, this has the advantage that no additional sensors are required for monitoring the centrifugal pump. When considering the power consumption or the load current in the frequency domain, such torque pulses, which have a comparatively broadband effect, are, in particular, elevated amplitude values of the spectral lines in the vicinity of the rotational frequency in three-phase electric motors, recognizable. Calculating so in the frequency domain spectral amplitude values of power consumption or load current, we obtain values of an indicator size, which differ from each other in normal operation and interference mode of the centrifugal pump and thus are significant for the differentiation of the different modes. The distinction can therefore be made by simply comparing the signal components in a predetermined frequency range with a predetermined threshold.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Zuverlässigkeit der Diagnoseaussage weiter verbessert, indem der zum Vergleich herangezogene Schwellwert exemplarspezifisch angepasst wird. Im Normalbetrieb der jeweiligen Kreiselpumpe werden Werte der ersten Indikatorgröße ermittelt und der erste Schwellwert so gelegt, dass die im Normalbetrieb ermittelten Werte in einem gewissen Abstand unterhalb des ersten Schwellwerts liegen. Da somit der erste Schwellwert nur in einem Störfall, d. h. wenn eine Mitführung von Gas oder eine Kavitation im geförderten flüssigen Medium vorliegt, überschritten wird, ist somit eine zuverlässige Diagnoseaussage möglich.In an advantageous embodiment of the invention, the reliability of the diagnostic statement is further improved by the threshold value used for comparison being adapted to the specific model. During normal operation of the respective centrifugal pump, values of the first indicator variable are determined, and the first threshold value is set so that the values determined in normal operation lie at a certain distance below the first threshold value. Thus, since the first threshold only in an accident, d. H. If an entrainment of gas or cavitation in the pumped liquid medium is exceeded, thus a reliable diagnosis is possible.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zudem eine genauere Klassifizierung der Störungsursache vorgenommen, d. h., es wird zwischen der Störungsursache Mitführung von Gas und der Störungsursache Kavitation unterschieden. Dazu werden als eine zweite Indikatorgröße im Frequenzbereich spektrale Amplitudenwerte in einem zweiten vorbestimmten Frequenzband, welches von dem ersten Frequenzband der ersten Indikatorgröße getrennt ist, berechnet. Wenn die zweite Indikatorgröße stark von der ersten Indikatorgröße abweicht, deutet dies auf ein Vorhandensein von Gas im geförderten flüssigen Medium hin, andernfalls ist Kavitation mit großer Wahrscheinlichkeit die Ursache der Störung. Aufgrund der hydraulischen Verhältnisse am Laufrad der Kreiselpumpe äußern sich nämlich Mitführung von Gas und Kavitation im Frequenzbereich unterschiedlich. Durch Kavitation bewirkte Drehmomentimpulse sind im Frequenzbereich vergleichsweise breitbandig, während durch Mitführung von Gas Signalanteile eher schmalbandig um die Drehfrequenz des Motorstroms herum erhöht werden.In a particularly advantageous embodiment of the invention, a more accurate classification of the cause of the fault is also made, ie, it is distinguished between the cause of the fault entrainment of gas and the cause of the fault cavitation. For this purpose, spectral amplitude values in a second predetermined frequency band, which is separated from the first frequency band of the first indicator variable, are calculated as a second indicator variable in the frequency domain. If the second indicator size deviates greatly from the first indicator size, this indicates a presence of gas in the pumped liquid medium, otherwise cavitation is likely to cause the disturbance. Due to the hydraulic conditions on the impeller of the centrifugal pump namely expressing entrainment of gas and cavitation different in frequency range. Cavitation caused by torque pulses are relatively broadband in the frequency range, while by entrainment of gas signal components are rather narrow band around the rotational frequency of the motor current around increased.

Diese Erkenntnis kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung zur Steigerung der Zuverlässigkeit der Diagnoseaussage mittels einer statistischen Auswertung der Signalanteile in einer Vielzahl von vergleichsweise schmalen Frequenzbändern genutzt werden. Überschreitet die Standardabweichung der Signalanteile einen dritten vorbestimmten Schwellwert, so wird eine Mitführung von Gas im flüssigen Medium angezeigt, andernfalls das Vorliegen von Kavitation. Als weitere Möglichkeit der Auswertung der Signalanteile kommt eine Hüllkurvenmethode in Frage, bei welcher über die Amplituden der einzelnen Spektrallinien im Frequenzbereich eine durch ein Polynom beschriebene Hüllkurve gelegt wird, deren Polynomparameter als Indikatorgrößen herangezogen werden.This finding can be used in a further advantageous embodiment to increase the reliability of the diagnosis statement by means of a statistical evaluation of the signal components in a plurality of comparatively narrow frequency bands. If the standard deviation of the signal components exceeds a third predetermined threshold value, entrainment of gas in the liquid medium is indicated, otherwise the presence of cavitation. Another possibility for evaluating the signal components is an envelope method in which an amplitude curve described by a polynomial is applied via the amplitudes of the individual spectral lines in the frequency domain, the polynomial parameters of which are used as indicator quantities.

Ein Leitsystem einer prozesstechnischen Anlage, in welcher die Kreiselpumpe eingesetzt wird, kann zudem um eine Möglichkeit zur Beurteilung des Zustands der Kreiselpumpe ergänzt werden, die zur Verbesserung des Anlagenbetriebs beispielsweise im Sinne einer vorbeugenden Wartung zur Vermeidung unnötiger Anlagenstillstände von Bedeutung ist. Dazu nimmt der Pumpenüberwachungsbaustein anhand der ersten Indikatorgröße eine Abstufung einer festgestellten Kavitation in verschiedene Stufen der Kavitationsstärke vor. Bei einer größeren Indikatorgröße wird eine stärkere Kavitationsstufe zugeordnet. Betriebszeiten der Kreiselpumpe werden mit den jeweils für diese ermittelten Stufen der Kavitation gewichtet und die Restlebensdauer der Kreiselpumpe anhand der während ihres bisherigen Betriebs aufgetretenen Gesamtbelastung abgeschätzt.A control system of a process plant, in which the centrifugal pump is used, can also be supplemented by a way to assess the condition of the centrifugal pump, which is important for improving plant operation, for example in the sense of preventive maintenance to avoid unnecessary plant downtime. For this purpose, the pump monitoring module uses the first indicator size to grading a determined cavitation into different levels of cavitation intensity. With a larger indicator size, a stronger cavitation level is assigned. Operating times of the centrifugal pump are weighted with the respectively determined for these stages of cavitation and estimated the remaining life of the centrifugal pump based on the occurred during their previous operation total load.

Eine weit verbreitete Antriebsart für Kreiselpumpen ist der Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer. Da für die Drehmomentbildung des Motors der Ständerstrom ausschlaggebend ist, erkennt man Störungen insbesondere an erhöhten Amplitudenwerten der Spektrallinien, die sich in der Nähe der Drehfrequenz des Ständerstroms befinden. Besonders gut geeignet ist folglich bei dem häufigen Fall eines Asynchronmotors eine derartige Festlegung des ersten Frequenzbereichs, dass dieser zur Drehfrequenz des Laststroms, der hier als Ständerstrom bezeichnet wird, benachbart ist, die Drehfrequenz selbst jedoch nicht einschließt. Dieser Frequenzbereich kann zusätzlich um die Drehfrequenz gespiegelt sein, so dass er aus zwei Bändern, die spiegelbildlich zur Drehfrequenz angeordnet sind, besteht.A widely used type of drive for centrifugal pumps is the asynchronous motor with squirrel cage rotor. Since the stator current is decisive for the torque generation of the motor, it is possible to detect disturbances, in particular due to increased amplitude values of the spectral lines, which are close to the rotational frequency of the stator current. In the case of the frequent case of an asynchronous motor, such determination of the first frequency range is therefore particularly well suited for being adjacent to the rotational frequency of the load current, which is referred to here as the stator current, but does not include the rotational frequency itself. This frequency range can additionally be mirrored around the rotational frequency, so that it consists of two bands, which are arranged in mirror image to the rotational frequency exists.

Das Verfahren ist bevorzugt in Software- oder in einer Kombination Soft-/Hardware implementiert, so dass die Erfindung auch ein Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen zur Implementierung des Verfahrens betrifft. In diesem Zusammenhang betrifft die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt, insbesondere einen Datenträger oder ein Speichermedium, mit einem durch einen Computer ausführbaren derartigen Computerprogramm. Ein solches Computerprogramm ist bevorzugt Bestandteil des Prozessleitsystems oder wird in einem Speicher des Prozessleitsystems vorgehalten oder ist in diesen Speicher ladbar, so dass beim Betrieb des Prozessleitsystems dieses die Pumpenüberwachung nach dem Verfahren automatisch ausführt.The method is preferably implemented in software or in a combination of software / hardware, so that the invention also relates to a computer program with computer-executable program code instructions for implementing the method. In this context, the invention also relates to a computer program product, in particular a data carrier or a storage medium, with a computer program executable by a computer. Such a computer program is preferably part of the process control system or is kept in a memory of the process control system or can be loaded into this memory, so that during operation of the process control system it automatically performs the pump monitoring according to the method.

Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.With reference to the drawings, in which an embodiment of the invention is shown, the invention and refinements and advantages are explained in more detail below.

Es zeigen:

Figur 1
ein Blockschaltbild eines Teils einer technischen Anlage mit einer Kreiselpumpe und
Figur 2
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Überwachung einer Kreiselpumpe.
Show it:
FIG. 1
a block diagram of a part of a technical system with a centrifugal pump and
FIG. 2
a flowchart of a method for monitoring a centrifugal pump.

Gemäß Figur 1 verfügt ein Pumpenüberwachungsbaustein PÜB über eine Auswerteeinheit AE, einen mit der Auswerteeinheit AE verbundenen Speicher SP und eine ebenfalls mit der Auswerteeinheit AE verbundene Eingabe-/Ausgabeeinheit EA. Der Pumpenüberwachungsbaustein PÜB ist mit einem Motorbaustein MBS verbunden. Der Pumpenüberwachungsbaustein PÜB und der Motorbaustein MBS sind Teil eines Prozessleitsystems PLS, beispielsweise einer SIMATIC PCS7. Ein Motorsteuergerät MSTG ist mit dem Motorbaustein MBS, der Auswerteeinheit AE des Pumpenüberwachungsbausteins PÜB und mit einem Elektromotor M verbunden. Der Elektromotor M treibt eine Kreiselpumpe P an. Die Kreiselpumpe P wird mit flüssigem Fördermedium über eine Zuführleitung ZL versorgt und pumpt das Fördermedium über eine Abflussleitung AL heraus. Datenverkehr zwischen den genannten Komponenten ist durch Pfeile verdeutlicht.According to FIG. 1 a pump monitoring module PÜB has an evaluation unit AE, a memory SP connected to the evaluation unit AE and an input / output unit EA likewise connected to the evaluation unit AE. The pump monitoring module PÜB is connected to a motor module MBS. The pump monitoring module PÜB and the motor module MBS are part of a process control system PLS, for example a SIMATIC PCS7. An engine control unit MSTG is connected to the engine block MBS, the evaluation unit AE of the pump monitoring module PÜB and to an electric motor M. The electric motor M drives a centrifugal pump P. The centrifugal pump P is supplied with liquid conveying medium via a supply line ZL and pumps out the pumped medium via a drain line AL. Data traffic between the mentioned components is indicated by arrows.

Im Betrieb der Kreiselpumpe P wird die Stromaufnahme des Elektromotors M von dem Motorsteuergerät MSTG kontinuierlich mit hoher Abtastrate, z. B. 400 kHz, erfasst und in Form einer zeitlichen Folge von Digitalwerten an die Auswerteeinheit AE des Pumpenüberwachungsbausteins PÜB weitergegeben. In der Auswerteeinheit AE des Pumpenüberwachungsbausteins PÜB werden die Digitalwerte der Stromaufnahme, welche die Leistungsaufnahme oder den Laststrom des Elektromotors M repräsentieren, einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) unterzogen, um Signalanteile der Digitalwerte in verschiedenen Frequenzbereichen zu ermitteln. Zur Detektion einer Störung und deren Klassifizierung anhand der Signalanteile werden weiterhin vorbestimmte Schwellwerte benötigt, die in dem Speicher SP hinterlegt sind. Das jeweilige Diagnoseergebnis wird durch ein Signal mittels der Eingabe-/Ausgabeeinheit EA angezeigt.During operation of the centrifugal pump P, the power consumption of the electric motor M from the engine control unit MSTG continuously with high sampling rate, z. B. 400 kHz, and passed in the form of a temporal sequence of digital values to the evaluation unit AE of the pump monitoring module PÜB. In the evaluation unit AE of the pump monitoring module PÜB, the digital values of the current consumption, which represent the power consumption or the load current of the electric motor M, are subjected to a fast Fourier transformation (FFT) in order to determine signal components of the digital values in different frequency ranges. For the detection of a disturbance and its classification on the basis of the signal components, predetermined threshold values are still required, which are stored in the memory SP. The respective diagnosis result is indicated by a signal by means of the input / output unit EA.

Anhand Figur 2 wird im Folgenden der Ablauf des Verfahrens zur Überwachung einer von einem Elektromotor angetriebenen Kreiselpumpe näher erläutert.Based FIG. 2 the sequence of the method for monitoring a centrifugal pump driven by an electric motor is explained in more detail below.

Nach Start des Verfahrens mit einem Schritt S1 wird in einem Schritt S2 eine erste Indikatorgröße K1 berechnet gemäß der Formel K 1 = 1 40 fi = 40 , 2 Hz 48 Hz A fi 2 + 1 40 fi = 52 Hz 59 , 8 Hz A fi 2 ,

Figure imgb0001
mit

  • K1 - erste Indikatorgröße,
  • Afi - Amplitude der Spektrallinie bei der Frequenz fi mit einer Frequenzauflösung von in diesem Beispiel 0,2 Hz.
After the method has been started with a step S1, a first indicator variable K1 is calculated according to the formula in a step S2 K 1 = 1 40 Σ fi = 40 . 2 Hz 48 Hz A fi 2 + 1 40 Σ fi = 52 Hz 59 . 8th Hz A fi 2 .
Figure imgb0001
With
  • K1 - first indicator size,
  • A fi - amplitude of the spectral line at the frequency fi with a frequency resolution of 0.2 Hz in this example.

Bei dieser Betrachtung wird von einem Asynchronantriebsmotor mit Kurzschlussläufer für die Pumpe ausgegangen, d. h. einem Antrieb mit nahezu konstanter Drehzahl und einer Drehfrequenz des Ständerstroms von 50 Hz. Durch die bei der Kavitation implodierenden Gasblasen sowie die bei der Gasmitförderung komprimierten Gasblasen entstehen Stoßmomente auf die Schaufeln des Flügelrades der Pumpe. Da für die Drehmomentbildung des Motors der Ständerstrom ausschlaggebend ist, sind bei derartigen Störungen in den Spektrallinien erhöhte Signalanteile, insbesondere in der Nähe der Drehfrequenz 50 Hz, erkennbar. Bildet man aus den Signalanteilen in einem Frequenzbereich, der zusätzlich um die Drehfrequenz 50 Hz gespiegelt ist, den Effektivwert, so erhält man die erste Indikatorgröße K1, die für die Unterscheidung zwischen Normalbetrieb und störungsbehaftetem Betrieb durch Gasmitförderung oder Kavitation signifikant ist. In dem dargestellten Beispiel wird die erste Indikatorgröße K1 anhand der Signalanteile in einem Frequenzbereich, der sich aus den Teilbereichen zwischen 40,2 und 48 Hz sowie zwischen 52 und 59,8 Hz zusammensetzt, berechnet. Die Unterscheidung zwischen Normalbetrieb und störungsbehaftetem Betrieb wird in einem anschließenden Schritt S3 getroffen, in welchem die erste Indikatorgröße K1 mit einem dieser zugeordneten ersten Schwellwert SW1 verglichen wird. Der erste Schwellwert SW1 ist an-hand früherer Berechnungen der ersten Indikatorgröße K1 im Normalbetrieb vorbestimmt, beispielsweise indem der aus mehreren Messungen berechnete Mittelwert der Indikatorgröße K1 mit einem Faktor 1,3 multipliziert wurde.In this consideration, it is assumed that an asynchronous drive motor with squirrel cage rotor for the pump, ie a drive with almost constant speed and a rotation frequency of the stator current of 50 Hz. Due to the cavitating gas bubbles in the cavitation and compressed in Gasmitförderung gas bubbles shock moments on the blades of the Impeller of the pump. Since the stator current is decisive for the torque formation of the motor, in the event of such disturbances in the spectral lines, increased signal components, in particular in the vicinity of the rotational frequency of 50 Hz, can be detected. If the rms value is formed from the signal components in a frequency range which is additionally mirrored by the rotational frequency 50 Hz, the first indicator variable K1 is obtained, which is significant for distinguishing between normal operation and interference-prone operation by gas promotion or cavitation. In the example shown, the first indicator quantity K1 is calculated on the basis of the signal components in a frequency range composed of the subregions between 40.2 and 48 Hz and between 52 and 59.8 Hz. The distinction between normal operation and faulty operation is made in a subsequent step S3, in which the first indicator variable K1 is compared with a first threshold SW1 associated therewith. The first threshold SW1 is on-hand previously predetermined calculations of the first indicator size K1 in normal operation, for example, by multiplying the mean value of the indicator variable K1 calculated from several measurements by a factor of 1.3.

In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird die Indikatorgröße K1 derart vorbestimmt, dass sie um einen geringen Abstand oberhalb des höchsten, im Normalbetrieb ermittelten Werts der ersten Indikatorgröße K1 liegt. Da der erste Schwellwert an derselben Kreiselpumpe ermittelt wird, an welcher später die Diagnose durchgeführt wird, ist dieser somit exemplarspezifisch angepasst und Fertigungsstreuungen haben in vorteilhafter Weise keinen Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Diagnoseaussage.In an alternative exemplary embodiment, the indicator variable K1 is predetermined in such a way that it lies a small distance above the highest value of the first indicator variable K1 determined in normal operation. Since the first threshold value is determined on the same centrifugal pump on which the diagnosis is carried out later, it is thus adapted to the specific model and manufacturing variations advantageously have no influence on the reliability of the diagnostic statement.

Wird im Schritt S3 gemäß Figur 2 festgestellt, dass die erste Indikatorgröße größer als der erste Schwellwert SW1 ist, so wird zu einem nächsten Schritt S4 übergegangen. Dieser Übergang ist in Figur 2 durch ein "J" am Übergangspfeil markiert. Ist dagegen die erste Indikatorgröße K1 nicht größer als der erste Schwellwert SW1, so wird entsprechend einem Pfeil, der durch ein "N" markiert ist, zu einem Schritt S5 übergegangen, in welchem durch ein Signal angezeigt wird, dass sich die Pumpe im Normalbetrieb befindet und keine Störung vorliegt, die durch Gasmitförderung oder Kavitation verursacht wäre.Is in accordance with step S3 FIG. 2 If it is determined that the first indicator size is greater than the first threshold value SW1, then a next step S4 is entered. This transition is in FIG. 2 marked by a "J" at the transitional arrow. If, on the other hand, the first indicator size K1 is not greater than the first threshold value SW1, then, according to an arrow marked "N", a step S5 is entered in which a signal indicates that the pump is in normal operation and there is no disturbance that would be caused by Gasmitförderung or cavitation.

Bei einem detektierten Störfall wird im Schritt S4 eine zweite Indikatorgröße K2 berechnet, die sich als die Summe der Signalanteile in den Frequenzbereichen 32,2 bis 40 Hz und 60 bis 67,8 Hz ergibt. Die dazu angewandte Formel unterscheidet sich von der obigen Berechnungsformel für K1 lediglich hinsichtlich der Summationsgrenzen. In einem darauf folgenden Schritt S6 wird überprüft, ob die Differenz zwischen der ersten Indikatorgröße K1 und der zweiten Indikatorgröße K2 kleiner als ein zweiter vorbestimmter Schwellwert SW2 ist. Trifft dies zu, so wird entsprechend einem mit "J" markierten Übergangspfeil zu einem Schritt S7 übergegangen, in welchem je nach Größe der ersten Indikatorgröße K1 eine Kavitation in einer von drei verschiedenen Stärkestufen angezeigt wird. Ist dagegen die Differenz zwischen der ersten Indikatorgröße K1 und der zweiten Indikatorgröße K2 größer als der zweite Schwellwert SW2, so erfolgt der Übergang entsprechend einem mit "N" markierten Pfeil zu einem Schritt S8, in welchem durch ein Signal eine Störung aufgrund einer Mitführung von Gas in dem geförderten flüssigen Medium angezeigt wird. Aufgrund der hydraulischen Verhältnisse am Laufrad der Kreiselpumpe äußern sich nämlich eine Mitführung von Gas und eine Kavitation in den spektralen Anteilen im Frequenzbereich unterschiedlich. Bei einer Kavitation nehmen die spektralen Signalanteile mit zunehmendem Abstand zur Drehfrequenz des Ständerstroms eines Asynchronmotors schwächer ab als bei mitgefördertem Gas. Daher ist die oben berechnete Differenz der beiden Indikatorgrößen K1 und K2 im Falle einer Mitführung von Gas größer als im Falle einer Kavitation. Auf die beschriebene Weise kann somit einfach eine Unterscheidung zwischen den beiden Störungsursachen vorgenommen werden.If a fault is detected, a second indicator quantity K2 is calculated in step S4, which results as the sum of the signal components in the frequency ranges 32.2 to 40 Hz and 60 to 67.8 Hz. The formula used for this differs from the above calculation formula for K1 only in terms of the summation limits. In a subsequent step S6, it is checked whether the difference between the first indicator size K1 and the second indicator size K2 is smaller than a second predetermined threshold value SW2. If this is the case, a transitional arrow labeled "J" is used to proceed to a step S7 in which, depending on the size of the first indicator variable K1, a cavitation in FIG one of three different strength levels is displayed. If, on the other hand, the difference between the first indicator quantity K1 and the second indicator size K2 is greater than the second threshold value SW2, the transition corresponding to an arrow marked "N" takes place to a step S8, in which a signal causes a disturbance due to entrainment of gas is displayed in the conveyed liquid medium. Due to the hydraulic conditions on the impeller of the centrifugal pump, namely, a entrainment of gas and a cavitation in the spectral components in the frequency range expressed differently. In cavitation, the spectral signal components decrease with increasing distance to the rotational frequency of the stator current of an asynchronous motor weaker than mitführördertem gas. Therefore, the above calculated difference of the two indicator sizes K1 and K2 in the case of entrainment of gas is greater than in the case of cavitation. In the manner described, it is thus easy to make a distinction between the two causes of the fault.

Da als weiteres Unterscheidungsmerkmal von Gasmitförderung und Kavitation die Streuung der Amplituden der spektralen Signalanteile bei der Gasmitförderung deutlich höher ist als im Kavitationsfall, ist alternativ zur oben beschriebenen Vorgehensweise eine Unterscheidung zwischen den beiden Störungsursachen möglich, bei welcher die Standardabweichung der Amplituden verschiedener spektraler Signalanteile über einen größeren Frequenzbereich als eine dritte Indikatorgröße K3 berechnet wird. Bei praktischen Versuchen hat sich nämlich gezeigt, dass die Standardabweichung bei einer Gasmitförderung etwa um den Faktor 1,5 höher ist als diejenige bei Kavitation. Daher erlaubt auch diese Unterscheidungsmethode eine vergleichsweise zuverlässige Diagnoseaussage, wenn die dritte Indikatorgröße K3 mit einem dritten Schwellwert verglichen wird, der in geeigneter Weise vorbestimmt ist. Als weitere Alternative zu dem anhand Figur 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel sei noch eine Vorgehensweise genannt, bei welcher eine Hüllkurve über die spektralen Signalanteile in einem vorbestimmten Frequenzbereich gelegt und durch ein Polynom angenähert wird. Zur Unterscheidung der verschiedenen Störungsursachen können dann die Polynomparameter als Indikatorgrößen herangezogen werden.As a further distinguishing feature of Gasmitförderung and cavitation, the scattering of the amplitudes of the spectral signal components in the Gasmitförderung is significantly higher than in the cavitation case, a distinction between the two causes of failure is possible as an alternative to the procedure described above, in which the standard deviation of the amplitudes of different spectral signal components over a larger frequency range than a third indicator size K3 is calculated. In practical experiments, it has been shown that the standard deviation for a gas co-promotion is about 1.5 times higher than that for cavitation. Therefore, this distinguishing method also allows a comparatively reliable diagnosis if the third indicator quantity K3 is compared with a third threshold, which is suitably predetermined. As another alternative to that FIG. 2 described embodiment is still called a procedure in which an envelope is placed over the spectral signal components in a predetermined frequency range and by a polynomial is approximated. In order to distinguish between the different causes of the disturbance, the polynomial parameters can then be used as indicator quantities.

Nachdem eine Kavitation bei der Überwachung der Kreiselpumpe detektiert wurde, wird diese mit Hilfe von weiteren Grenzwerten in die drei Klassen "schwache Kavitation", "mittelstarke Kavitation" und "starke Kavitation" eingeteilt. Unter Berücksichtigung der Betriebszeit der Kreiselpumpe werden jeweils die Pumpenlaufzeiten bei schwacher Kavitation, bei mittelstarker Kavitation sowie bei starker Kavitation berechnet, welche im Leitsystem zur vorbeugenden Wartung berücksichtigt werden, um unnötige Stillstandszeiten aufgrund eines unerwarteten Ausfalls der Kreiselpumpe weitgehend vermeiden zu können.After a cavitation has been detected during the monitoring of the centrifugal pump, it is divided into the three classes "weak cavitation", "medium strong cavitation" and "strong cavitation" with the help of further limit values. Taking into account the operating time of the centrifugal pump, the pump running times are calculated in each case at low cavitation, moderate cavitation and strong cavitation, which are taken into account in the preventive maintenance control system to avoid unnecessary downtime due to an unexpected failure of the centrifugal pump.

Dem Fachmann ist bekannt, dass ein Pumpenüberwachungsbaustein abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel innerhalb des Motorbausteins oder innerhalb des Motorsteuergeräts ausgeführt sein kann. Auch ist es nicht erfindungswesentlich, in welcher Komponente die Auswertung der Leistungsaufnahme oder des Laststroms oder die Bestimmung der verschiedenen Schwellwerte stattfindet. Insbesondere kann die Auswerteeinheit oder der Speicher auch außerhalb des Pumpenüberwachungsbausteins angeordnet sein, wobei dann Auswerteeinheit oder Speicher selbstverständlich mit dem Pumpenüberwachungsbaustein verbunden sein müssen. Motorsteuergeräte, in welchen oft die Funktionen eines Motorstarters, eines Sanftstarters und/oder eines Motormanagementsystems realisiert sind, verfügen über eine eigene Recheneinheit und können die oben beschriebene Auswertung neben der eigentlichen Steuerungsaufgabe realisieren und die berechneten Indikatorgrößen an ein Leitsystem weitergeben. Weiterhin ist der Motorbaustein für die Erfindung nicht zwingend erforderlich, aber üblicherweise in Prozessleitsystemen vorhanden.It is known to the person skilled in the art that a pump monitoring module, unlike the embodiment shown, can be embodied within the engine module or within the engine control unit. It is also not essential to the invention in which component the evaluation of the power consumption or the load current or the determination of the various threshold values takes place. In particular, the evaluation unit or the memory may also be arranged outside the pump monitoring module, in which case the evaluation unit or memory must of course be connected to the pump monitoring module. Engine control units, in which often the functions of a motor starter, a soft starter and / or an engine management system are realized, have their own arithmetic unit and can realize the evaluation described above in addition to the actual control task and pass the calculated indicator sizes to a control system. Furthermore, the engine block for the invention is not mandatory, but usually available in process control systems.

Claims (9)

Verfahren zur Überwachung einer von einem Elektromotor (M) angetriebenen Kreiselpumpe (P), a) bei welchem die Leistungsaufnahme oder der Laststrom des Elektromotors ermittelt wird, b) bei welchem ermittelte Werte aus a) oder daraus abgeleitete Werte einem Pumpenüberwachungsbaustein (PÜB) zugeführt werden,
dadurch gekennzeichnet,
c) dass der Pumpenüberwachungsbaustein als eine erste Indikatorgröße die Signalanteile der Werte aus a) in einem ersten vorbestimmten Frequenzbereich ermittelt und mit einem ersten vorbestimmten Schwellwert vergleicht und d) dass der Pumpenüberwachungsbaustein ein Signal zur Anzeige einer Mitförderung von Gas oder von Kavitation in einem durch die Kreiselpumpe geförderten flüssigen Medium ausgibt, wenn die erste Indikatorgröße den ersten vorbestimmten Schwellwert übersteigt.
Method for monitoring a centrifugal pump (P) driven by an electric motor (M), a) in which the power consumption or the load current of the electric motor is determined, b) in which determined values from a) or values derived therefrom are fed to a pump monitoring module (PÜB),
characterized,
c) that the pump monitoring module determines, as a first indicator variable, the signal components of the values from a) in a first predetermined frequency range and compares it with a first predetermined threshold value, and d) that the pump monitoring module outputs a signal for indicating a co-promotion of gas or cavitation in a funded by the centrifugal pump liquid medium when the first indicator size exceeds the first predetermined threshold.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, e) dass zur Vorbestimmung des ersten Schwellwerts Werte der ersten Indikatorgröße im Normalbetrieb der Kreiselpumpe (P) ermittelt werden und f) dass der erste Schwellwert in Abhängigkeit der Werte aus e) vorbestimmt wird. Method according to claim 1, characterized in that e) that for the determination of the first threshold values of the first indicator size in normal operation of the centrifugal pump (P) are determined, and f) that the first threshold value is predetermined as a function of the values from e). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, g) dass der Pumpenüberwachungsbaustein (PÜB) als eine zweite Indikatorgröße die Signalanteile der Werte aus a) in einem zweiten vorbestimmten Frequenzbereich ermittelt, welcher vom ersten Frequenzbereich getrennt ist, und h) dass der Pumpenüberwachungsbaustein ein Signal zur Anzeige einer Mitführung von Gas in dem flüssigen Medium ausgibt, wenn die Abweichung der zweiten Indikatorgröße von der ersten Indikatorgröße einen zweiten Schwellwert übersteigt, und dass der Pumpenüberwachungsbaustein andernfalls ein Signal zur Anzeige von Kavitation ausgibt. Method according to claim 1 or 2, characterized g) that the pump monitoring module (PÜB) determines, as a second indicator variable, the signal components of the values from a) in a second predetermined frequency range, which is separated from the first frequency range, and h) that the pump monitoring module outputs a signal for indicating a entrainment of gas in the liquid medium, when the deviation of the second indicator size from the first indicator size exceeds a second threshold, and that the pump monitoring module otherwise, a signal indicating cavitation is output. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, i) dass der Pumpenüberwachungsbaustein (PÜB) die Signalanteile der Werte aus a) in einer Vielzahl von weiteren vorbestimmten Frequenzbereichen ermittelt, welche voneinander und vom ersten Frequenzbereich getrennt sind, j) dass der Pumpenüberwachungsbaustein als eine dritte Indikatorgröße die Standardabweichung der Signalanteile aus i) berechnet und mit einem dritten vorbestimmten Schwellwert vergleicht und k) dass der Pumpenüberwachungsbaustein ein Signal zur Anzeige einer Mitführung von Gas in dem flüssigen Medium ausgibt, wenn die Standardabweichung den dritten Schwellwert übersteigt, und dass der Pumpenüberwachungsbaustein andernfalls ein Signal zur Anzeige von Kavitation ausgibt. Method according to claim 1 or 2, characterized i) the pump monitoring module (PÜB) determines the signal components of the values from a) in a multiplicity of further predetermined frequency ranges, which are separated from one another and from the first frequency range, j) that the pump monitoring module calculates the standard deviation of the signal components from i) as a third indicator variable and compares it with a third predetermined threshold value and k) that the pump monitoring module outputs a signal indicating an entrainment of gas in the liquid medium when the standard deviation exceeds the third threshold, and that the pump monitoring module otherwise outputs a signal indicative of cavitation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 1) dass der Pumpenüberwachungsbaustein (PÜB) anhand der ersten Indikatorgröße eine Abstufung einer festgestellten Kavitation vornimmt derart, dass bei größerer erster Indikatorgröße eine stärkere Stufe der Kavitation bestimmt wird, und m) dass der Pumpenüberwachungsbaustein die Restlebensdauer der Kreiselpumpe in Abhängigkeit ihrer mit den jeweiligen Kavitationsstufen gewichteten Betriebszeiten abschätzt. Method according to one of the preceding claims, characterized 1) that the pump monitoring module (PÜB) on the basis of the first indicator size gradation of a detected cavitation makes such that at larger first indicator size a stronger level of cavitation is determined, and m) that the pump monitoring module estimates the remaining service life of the centrifugal pump as a function of its operating times weighted with the respective cavitation levels. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (M) ein Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer ist und dass der erste vorbestimmte Frequenzbereich zur Drehfrequenz des Laststroms benachbart ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electric motor (M) is an asynchronous motor with squirrel cage rotor and that the first predetermined frequency range is adjacent to the rotational frequency of the load current. Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen zur Implementierung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.Computer program with computer executable program code instructions for implementing the method according to one of claims 1 to 6, when the computer program is executed on a computer. Computerprogrammprodukt, insbesondere Datenträger oder Speichermedium, mit einem durch einen Computer ausführbaren Computerprogramm gemäß Anspruch 7.Computer program product, in particular data carrier or storage medium, having a computer-executable computer program according to claim 7. Anordnung umfassend einen Pumpenüberwachungsbaustein (PÜB), welcher mit einem eine Kreiselpumpe (P) antreibenden Elektromotor (M) über ein Motorsteuerungsgerät (MSTG) zur Überwachung der von dem Elektromotor (M) angetriebenen Kreiselpumpe (P) verbunden ist, n) wobei der Pumpenüberwachungsbaustein dazu ausgebildet ist, Werte der Leistungsaufnahme oder des Laststroms des Elektromotors oder daraus abgeleitete Werte auszuwerten, dadurch gekennzeichnet, o) dass der Pumpenüberwachungsbaustein weiterhin dazu ausgebildet ist, als eine erste Indikatorgröße die Signalanteile der Werte aus n) in einem ersten vorbestimmten Frequenzbereich zu ermitteln, mit einem ersten vorbestimmten Schwellwert zu vergleichen und ein Signal zur Anzeige einer Mitförderung von Gas oder von Kavitation in einem durch die Kreiselpumpe geförderten flüssigen Medium auszugeben, wenn die erste Indikatorgröße den ersten vorbestimmten Schwellwert übersteigt. Arrangement comprising a pump monitoring module (PÜB) which is connected to an electric motor (M) driving a centrifugal pump (P) via an engine control unit (MSTG) for monitoring the centrifugal pump (P) driven by the electric motor (M), n) wherein the pump monitoring module is designed to evaluate values of the power consumption or the load current of the electric motor or values derived therefrom, characterized o) that the pump monitoring module is further adapted to determine the signal components of the values from n) in a first predetermined frequency range as a first indicator variable, to compare with a first predetermined threshold value and a signal for indicating a co-promotion of gas or cavitation in one output by the centrifugal pump conveyed liquid medium when the first indicator size exceeds the first predetermined threshold.
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