EP2638288A1 - Method and system for identifying damage to piston membrane pumps containing working fluids - Google Patents

Method and system for identifying damage to piston membrane pumps containing working fluids

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Publication number
EP2638288A1
EP2638288A1 EP11772958.2A EP11772958A EP2638288A1 EP 2638288 A1 EP2638288 A1 EP 2638288A1 EP 11772958 A EP11772958 A EP 11772958A EP 2638288 A1 EP2638288 A1 EP 2638288A1
Authority
EP
European Patent Office
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piston
pressure
working fluid
diaphragm pump
actual values
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11772958.2A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Heinrichs
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Mhwirth GmbH
Original Assignee
Aker Wirth GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Aker Wirth GmbH filed Critical Aker Wirth GmbH
Publication of EP2638288A1 publication Critical patent/EP2638288A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/06—Pumps having fluid drive
    • F04B43/067—Pumps having fluid drive the fluid being actuated directly by a piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B15/00—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04B15/02—Pumps adapted to handle specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts the fluids being viscous or non-homogeneous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B45/00—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids
    • F04B45/04—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B45/053—Pumps having fluid drive
    • F04B45/0533—Pumps having fluid drive the fluid being actuated directly by a piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B51/00—Testing machines, pumps, or pumping installations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B2205/00—Fluid parameters
    • F04B2205/06—Pressure in a (hydraulic) circuit

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting damage to working fluids comprising piston diaphragm pumps.
  • Piston diaphragm pumps serve to convey liquids or gases. Their functional principle is similar to the piston pump, but the promotional medium is separated by a membrane from the drive. By this separation membrane thus the drive is shielded from harmful influences of the pumped medium. Also, the fluid is separated from harmful influences of the drive.
  • a piston diaphragm pump the oscillating motion of the piston is transmitted to the diaphragm via a working medium.
  • the working fluid water with a water-soluble mineral additive or in particular a hydraulic oil can be used.
  • the volume which is filled with the working fluid is also referred to as "oil reservoir.” Due to the constant volume of the oil reservoir between piston and diaphragm, the movement of the piston directly causes a deflection of the diaphragm and thus causes suction and pressure pulses.
  • the method and system of the invention are suitable for such piston diaphragm pumps of any size and any purpose.
  • the invention relates to piston diaphragm pumps, which are called for the promotion of sludge, also thick material, provided in earthworks.
  • Such piston diaphragm pumps are designed for continuous use and must work reliably over long periods, up to years, as trouble-free as replacement of a defective piston diaphragm pump due to their size regularly m it is associated with a considerable amount of work and time.
  • diaphragm damage can have particularly serious consequences for these piston diaphragm pumps. For one thing occurs when a membrane damage, the working fluid in the diaphragm chamber and mixes with the subsidized sludge, which requires complex cleaning measures. On the other hand, sludge overflows into the oil reservoir, thereby contaminating the entire pump and damaging the drive piston.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a method and a system for detecting damage to working fluids comprising piston diaphragm pumps, which can already detect damage before they assume a level that requires immediate shutdown of the piston diaphragm pump or even a Membrane damage occurs to an extent that leads to a mixing of working fluid and the medium to be pumped, especially the sludge.
  • the pressure of the working fluid is measured during operation as a function of time and compared with a desired value curve.
  • a signal for example an optical and / or acoustic warning signal is triggered.
  • an incipient wear of, for example, a crosshead bearing of the piston diaphragm pump shows a characteristically different change in the course of the value than an incipient wear of a connecting rod bearing.
  • An imminent membrane rupture leads to a characteristic deviation of the actual value of the pressure curve again before a membrane failure occurs to an extent which results in a mixing of the working fluid with the fluid to be pumped.
  • the desired value course of the pressure of the working fluid is preferably taken during the operation of a new or at least undamaged piston diaphragm pump for a time, which encompasses at least a plurality of suction and pump cycles.
  • an optimum setpoint curve can then be calculated and stored in the data memory.
  • the detected during operation of the piston-diaphragm pump actual pressure values during a suction or pressure cycle are then compared with the desired course of the suction cycle or the pressure cycle.
  • upper and lower envelopes can be determined, between which the time course of the actual values during operation of the piston diaphragm pump is expected.
  • the print data is preferably recorded at a frequency of about 1 to 8, more preferably about 4 kHz.
  • the print data are preferably digitized with a 16-bit resolution.
  • the inventive system for detecting damage to a piston diaphragm pump with a working fluid during operation by an above method according to the invention comprises a pressure sensor for detecting the pressure of the working fluid during operation of the piston-diaphragm pump.
  • the pressure sensor is connected to a data processing device which receives discrete actual values of the pressure at a predetermined readout frequency and stores them as a function of time in an actual value data memory.
  • the system according to the invention comprises a nominal value data memory in which the time profile of pressure data of an undamaged piston diaphragm pump is stored.
  • a data processing device which comprises a calculation routine which adapts to the desired values an upper and a lower envelope whose distance from each other can be predetermined, and checks whether the actual values lie between the two envelopes and in the case of exceeding a certain number or Rate of deviating actual values generates an alarm signal.
  • the data processing device is designed such that the readout frequency is between 1 and 8, preferably 4 kHz.
  • the pressure sensor preferably has a measuring range of approximately minus 5 to plus 400 bar. Basically, the pressure sensors used must have measuring ranges so that the expected pressure of the working fluid during operation is within the measuring range. In the event that it is a multi-piston diaphragm pump, a separate pressure sensor is preferably provided for each working volume.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a piston-diaphragm pump, which is provided for the promotion of sludge.
  • Fig. 2 shows the detail II in Figure 1 in an enlarged view.
  • Fig. 3 shows the pressure of the working fluid as a function of time in a two
  • Fig. 4 shows the pressure curve as a function of time at an announcing
  • FIG. 7 is an enlarged detail view of the pressure curve in the middle suction cycle in FIG. 6;
  • Fig. 8 shows the pressure curve at a Pleuellager sea
  • Fig. 9 shows the pressure curve in the second suction cycle of FIG. 8 in an enlarged
  • Fig. 1 The designated in Fig. 1 as a whole with 100 piston diaphragm pump is - not visible in the drawing - designed as a three-piston diaphragm pump.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through the m ⁇ ltleren pump part. The two other pump parts are designed accordingly.
  • the illustrated piston diaphragm pump 100 is provided for pumping sludge. It comprises a motor-driven crankshaft 1, on the central crank pin 2, a connecting rod 3 by means of a connecting rod bearing 4, which is designed as a roller bearing, is mounted. At the other end of the connecting rod 4, a crosshead 5 is mounted on a likewise designed as a roller bearing crosshead bearing 6.
  • the crosshead 5 comprises sliding shoes 7, which serve its linear bearing on the Gleitlagerwanditch 8.
  • a piston rod 9 is attached at one end.
  • the other end of the piston rod 9 carries a piston 1 0, which operates in a cylinder 1 1.
  • Fig. 1 the bottom dead center is shown.
  • the cylinder 1 1 opens into a working fluid volume 12, which is filled with a working fluid, usually a hydraulic oil.
  • a working fluid usually a hydraulic oil.
  • the working fluid not shown in the drawing - also called oil template - fills the working volume up to a diaphragm 13, which is arranged in a diaphragm chamber 14.
  • the diaphragm chamber 14 includes an inlet 15 shown in the drawing below, to which an inlet check valve 16 is flanged. It is designed so that it opens in the direction of the arrow P1 in the case of a flow of the sludge to be conveyed.
  • the diaphragm chamber 14 On the opposite side of the inlet 15, the diaphragm chamber 14 comprises an outlet 17, to which an outlet check valve is flanged. It also opens with a flow of the sludge to be conveyed in the direction of the arrow P2.
  • a rotational actuation of the crankshaft 1 causes the working fluid in the working fluid volume 12 to move back and forth and the diaphragm is thus deflected alternately according to FIGS. 1 and 2 to the right or to the left.
  • a deflection to the left leads to a closing of the outlet
  • the pumping phase is referred to as "suction stroke.”
  • the subsequent displacement of the piston according to FIGS. 1 and 2 to the right leads to a closing of the inlet check valve 16 and a Delivery of a volume corresponding volume of 18 to sludge on the now open outlet check valve 1 8 with displacement of the membrane of FIG. 1 and 2 to the right.
  • a pressure sensor 20 is arranged on a pipe bend 19 forming part of the working fluid volume 12. It communicates with the working fluid volume 12 and is designed in such a way that it allows the pressure of the working fluid to be recorded as accurately as possible in a 4 kHz sampling rate.
  • the pressure sensor is connected to a data processing device 21. At the 4 kHz sampling frequency, this records actual values of the pressure and stores them as a function of time in a data memory.
  • the data processing device 21 comprises a nominal value data memory in which the time profile of pressure data of an undamaged piston diaphragm pump is stored.
  • the data processing device is provided with an arithmetic routine which adapts to the nominal values an upper and a lower envelope whose distance from one another can be predetermined, and checks whether the actual values lie between the two envelopes. In the case of exceeding a certain number or a certain rate of deviating actual values, the data processing device generates a signal at a signal output 22.
  • FIG. 3 pressure data recorded on such a piston diaphragm pump has a profile shown in FIG. 3. It can be clearly seen that the pressure data during a suction cycle - shown below - and during a pressure cycle - shown above - oscillate around a mean value in a characteristic manner.
  • FIG. 4 shows how the characteristic pressure variation changes upon the announcement of a membrane damage. At the end of the suction cycle shown in Fig. 4 right is clearly a plateau-shaped minimum recognizable. It was already apparent before a complete crack, resulting in mixing of working fluid and sludge, occurred. The detection of the pressure profile shown in Fig. 4 can therefore be used to shut down the piston diaphragm pump before major damage.
  • the pressure curve in the case of a completely cracked membrane is shown in FIG. 5 for clarity.
  • FIGS. 6 and 7 and FIGS. 8 and 9 show, other types of damage also characteristically change the pressure curve of the working fluid, for example in a suction cycle.
  • 6 and 8 show larger, high-frequency pressure fluctuations at the beginning of a Saugtakts, which indicate damage to the crosshead bearing.
  • the high-frequency fluctuations of the pressure which are shown in FIGS. 8 and 9 at the end of the suction cycle over a relatively long period, signal damage to the connecting rod bearing.

Abstract

In a method and a system for identifying damage to piston membrane pumps containing working fluids, the pressure of the working fluid is measured during operation in relation to the time and compared with a desired value profile, and a signal is triggered if a predetermined deviation is exceeded.

Description

Verfahren und System zum Erkennen von Schäden an Arbeitsflüssigkeiten umfassenden Kolben-Membranpumpen  Method and system for detecting damage to working fluids comprising piston diaphragm pumps
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Schäden an Arbeitsflüssigkeiten umfassenden Kolben-Membranpumpen. The invention relates to a method for detecting damage to working fluids comprising piston diaphragm pumps.
Kolben-Membranpumpen dienen der Förderung von Flüssigkeiten oder Gasen. Ihr Funktionsprinzip ähnelt der Kolbenpumpe, wobei jedoch das fördernde Medium durch eine Membran vom Antrieb getrennt ist. Durch diese Trennmembran ist somit der Antrieb von schädlichen Einflüssen des Fördermediums abgeschirmt. Auch ist das Fördermedium von schädlichen Einflüssen des Antriebs getrennt. Bei einer Kolben-Membranpumpe wird die oszillierende Bewegung des Kolbens über ein Arbeitsmedium auf die Membran übertragen. Als Arbeitsflüssigkeit kann Wasser mit einem wasserlöslichen Mineralzusatz oder insbesondere ein Hydrau- liköl verwendet werden. Dementsprechend wird das Volumen, welches mit der Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist, auch„Olvorlage" bezeichnet. Durch das konstante Vo- lumen der Olvorlage zwischen Kolben und Membran bewirkt die Bewegung des Kolbens direkt einen Ausschlag der Membran und ruft somit Saug- und Druckimpulse hervor. Grundsätzlich sind das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System für derartige Kolben-Membranpumpen jedweder Größe und jedweden Verwendungszwecks geeignet. Insbesondere bezieht sich die Erfindung jedoch auf Kolben-Membranpumpen, die zur Förderung von Schlamm, auch Dickstoff genannt, bei Erdarbeiten vorgesehen sind. Derartige Kolben-Membranpumpen sind für den Dauereinsatz konzipiert und müssen zuverlässig über lange Zeiträume, bis hin zu Jahren, möglichst störungsfrei arbeiten, da ein Austausch einer defekten Kolben-Membranpumpe aufgrund deren Größe regelmäßig m it einem erheblichen Arbeits- und Zeitaufwand verbunden ist. Piston diaphragm pumps serve to convey liquids or gases. Their functional principle is similar to the piston pump, but the promotional medium is separated by a membrane from the drive. By this separation membrane thus the drive is shielded from harmful influences of the pumped medium. Also, the fluid is separated from harmful influences of the drive. In a piston diaphragm pump, the oscillating motion of the piston is transmitted to the diaphragm via a working medium. As the working fluid, water with a water-soluble mineral additive or in particular a hydraulic oil can be used. Accordingly, the volume which is filled with the working fluid is also referred to as "oil reservoir." Due to the constant volume of the oil reservoir between piston and diaphragm, the movement of the piston directly causes a deflection of the diaphragm and thus causes suction and pressure pulses. Basically, the method and system of the invention are suitable for such piston diaphragm pumps of any size and any purpose. In particular, however, the invention relates to piston diaphragm pumps, which are called for the promotion of sludge, also thick material, provided in earthworks. Such piston diaphragm pumps are designed for continuous use and must work reliably over long periods, up to years, as trouble-free as replacement of a defective piston diaphragm pump due to their size regularly m it is associated with a considerable amount of work and time.
Darüber hinaus können bei diesen Kolben-Membranpumpen Membranschäden besonders schwerwiegende Folgen haben. Denn zum einen tritt bei einem Membranschaden die Arbeitsflüssigkeit in die Membrankammer ein und vermischt sich mit dem geförderten Schlamm, was aufwendige Reinigungsmaßnahmen erfordert. Andererseits tritt Schlamm in die Ölvorlage über, wodurch die gesamte Pumpe verunreinigt und der Antriebskolben beschädigt werden kann. In addition, diaphragm damage can have particularly serious consequences for these piston diaphragm pumps. For one thing occurs when a membrane damage, the working fluid in the diaphragm chamber and mixes with the subsidized sludge, which requires complex cleaning measures. On the other hand, sludge overflows into the oil reservoir, thereby contaminating the entire pump and damaging the drive piston.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zum Erkennen von Schäden an Arbeitsflüssigkeiten umfassenden Kolben- Membranpumpen zu schaffen, welches Schäden bereits erkennen lässt, bevor diese ein Ausmaß annehmen, welches eine sofortige Stillsetzung der Kolben- Membranpumpe erfordert oder gar ein Membranschaden in einem Umfang auftritt, der zu einer Vermischung von Arbeitsflüssigkeit und dem zu fördernden Medium, insbesondere dem Schlamm führt. The invention is therefore an object of the invention to provide a method and a system for detecting damage to working fluids comprising piston diaphragm pumps, which can already detect damage before they assume a level that requires immediate shutdown of the piston diaphragm pump or even a Membrane damage occurs to an extent that leads to a mixing of working fluid and the medium to be pumped, especially the sludge.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Verfahren und durch das in Anspruch 7 wiedergegebene System gelöst. This object is achieved by the method set out in claim 1 and by the system represented in claim 7.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird während des Betriebs der Druck der Arbeitsflüssigkeit in Abhängigkeit der Zeit gemessen und mit einem Sollwertverlauf verglichen. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Abweichung wird ein Signal, beispielsweise ein optisches und/oder akustisches Warnsignal ausgelöst. Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass sich das Auftreten von Schäden in einer signifikanten Veränderung des Druckverlaufs der Arbeitsflüssigkeit ankündigt. Insbesondere verändert sich der im Falle einer unbeschädigten Kolben-Membranpumpe in einer charakteristischen Weise um einen Mittelwert schwankende Druck der Arbeitsflüssigkeit während eines Saug- oder Drucktaktes bei der Ankündigung eines Schadens signifikant. Erstaunlicherweise hat sich gezeigt, dass der Verlauf der signifikanten Änderung sogar Rückschlüsse auf die Art des sich abzeichnenden Schadens zulässt. So zeigt ein beginnender Verschleiß beispielsweise eines Kreuzkopf-Lagers der Kolben-Membranpumpe eine charakteristisch andere Änderung des Wertverlaufs als ein beginnender Verschleiß eines Pleuellagers. Ein drohender Membranriss führt zu einer wiederum charakteristisch abweichenden Veränderung des Istwerts des Druckverlaufs, und zwar bevor ein Membranversagen in einem Ausmaß stattfindet, welches eine Vermischung der Arbeitsflüssigkeit mit der zu pumpenden Flüssigkeit führt. In the method according to the invention, the pressure of the working fluid is measured during operation as a function of time and compared with a desired value curve. When a predetermined deviation is exceeded, a signal, for example an optical and / or acoustic warning signal is triggered. The invention is based on the surprising finding that the occurrence of damage announces itself in a significant change in the pressure curve of the working fluid. In particular, in the case of an undamaged piston-diaphragm pump, the pressure of the working fluid fluctuates about a mean value in a characteristic manner during a suction or pressure cycle during the announcement of a damage significantly. Surprisingly, it has been shown that the course of the significant change even allows conclusions about the nature of the emerging damage. Thus, an incipient wear of, for example, a crosshead bearing of the piston diaphragm pump shows a characteristically different change in the course of the value than an incipient wear of a connecting rod bearing. An imminent membrane rupture leads to a characteristic deviation of the actual value of the pressure curve again before a membrane failure occurs to an extent which results in a mixing of the working fluid with the fluid to be pumped.
Der Sollwertverlauf des Drucks der Arbeitsflüssigkeit wird vorzugsweise beim Betrieb einer neuen oder zumindest unbeschädigten Kolben-Membranpumpe für eine Zeit aufgenommen, die zumindest eine Mehrzahl von Saug- und Pumptakten um- fasst. Durch Mittelwertsbildung kann dann ein optimaler Sollwertverlauf berechnet und im Datenspeicher abgespeichert werden. Die während des Betriebs der Kolben-Membranpumpe erfassten Ist-Druckwerte während eines Saug- oder Drucktaktes werden dann mit dem Sollverlauf des Saug-Taktes bzw. des Druck-Taktes verglichen. Basierend auf den aufgenommenen und gegebenenfalls durch Überlagerung ge- mittelten Sollwertdaten können obere und untere Hüllkurven ermittelt werden, zwischen denen der zeitl iche Verlauf der Istwerte beim Betrieb der Kolben- Membranpumpe erwartet werden. Versuche haben gezeigt, dass sich ein Schaden ankündigt, wenn eine empirisch zu bestimmende Mindestzahl von Istwerten pro Zeiteinheit außerhalb des Bereichs zwischen den Hüllkurven liegt. The desired value course of the pressure of the working fluid is preferably taken during the operation of a new or at least undamaged piston diaphragm pump for a time, which encompasses at least a plurality of suction and pump cycles. By averaging an optimum setpoint curve can then be calculated and stored in the data memory. The detected during operation of the piston-diaphragm pump actual pressure values during a suction or pressure cycle are then compared with the desired course of the suction cycle or the pressure cycle. Based on the setpoint data, which may have been averaged by superposition, upper and lower envelopes can be determined, between which the time course of the actual values during operation of the piston diaphragm pump is expected. Experiments have shown that damage announces itself when an empirically determinable minimum number of actual values per time unit lies outside the range between the envelopes.
Die Druckdaten werden vorzugsweise mit einer Frequenz von etwa 1 bis 8, besonders bevorzugt etwa 4 kHz aufgenommen. Versuche haben gezeigt, dass eine derartige Abtastrate einerseits zu einer für eine zuverlässige Erfassung von sich anbahnenden Schäden ausreichenden Zeitauflösung führt, ohne dass andererseits zur Speicherung der Daten auch über einen längeren Zeitraum und in der Größenordnung von einem Jahr ein allzu großes und damit aufwendiges Speichermedium benötigt wird. The print data is preferably recorded at a frequency of about 1 to 8, more preferably about 4 kHz. Experiments have shown that such a sampling rate on the one hand to one for a reliable detection of itself On the other hand, for the storage of data over a longer period of time and in the order of one year, an excessively large and therefore expensive storage medium is required.
Zur Speicherung werden die Druckdaten vorzugsweise mit einer 16 bit-Auflösung digitalisiert. For storage, the print data are preferably digitized with a 16-bit resolution.
Das erfindungsgemäße System zum Erkennen von Schäden an einer Kolben- Membranpumpe mit einer Arbeitsflüssigkeit im laufenden Betrieb nach einem obigen Verfahren umfasst erfindungsgemäß einen Drucksensor zur Erfassung des Drucks der Arbeitsflüssigkeit während des Betriebs der Kolben-Membranpumpe. The inventive system for detecting damage to a piston diaphragm pump with a working fluid during operation by an above method according to the invention comprises a pressure sensor for detecting the pressure of the working fluid during operation of the piston-diaphragm pump.
Der Drucksensor ist an eine Datenverarbeitungseinrichtung angeschlossen, die mit einer vorgegebenen Auslesefrequenz diskrete Istwerte des Drucks aufnimmt und als Funktion der Zeit in einem Istwert-Datenspeicher abspeichert. The pressure sensor is connected to a data processing device which receives discrete actual values of the pressure at a predetermined readout frequency and stores them as a function of time in an actual value data memory.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße System einen Sollwert-Datenspeicher, in welchem der zeitliche Verlauf von Druckdaten einer unbeschädigten Kolben- Membranpumpe abgespeichert ist. Darüber hinaus ist eine Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehen, die eine Rechenroutine umfasst, die an die Sollwerte eine obere und eine untere Hüllkurve anpasst, deren Abstand zueinander vorgebbar ist, und überprüft, ob die Istwerte zwischen den beiden Hüllkurven liegen und im Falle des Überschreitens einer bestimmten Anzahl oder Rate von abweichenden Istwerten ein Alarmsignal erzeugt. Furthermore, the system according to the invention comprises a nominal value data memory in which the time profile of pressure data of an undamaged piston diaphragm pump is stored. In addition, a data processing device is provided, which comprises a calculation routine which adapts to the desired values an upper and a lower envelope whose distance from each other can be predetermined, and checks whether the actual values lie between the two envelopes and in the case of exceeding a certain number or Rate of deviating actual values generates an alarm signal.
Die Datenverarbeitungseinrichtung ist derart konzipiert, dass die Auslesefrequenz zwischen 1 und 8, vorzugsweise 4 kHz beträgt. Handelt es sich bei der Kolben-Membranpumpe um eine solche zur Förderung von Schlamm, so weist der Drucksensor vorzugsweise einen Messbereich von etwa minus 5 bis plus 400 bar auf. Grundsätzlich gilt, dass die verwendeten Drucksensoren Messbereiche aufweisen müssen, dass der im Betrieb zu erwartende Druck der Arbeitsflüssigkeit innerhalb des Messbereichs liegt. Für den Fall, dass es sich um eine Mehrfach-Kolben-Membranpumpe handelt, ist vorzugsweise für jedes Arbeitsvolumen ein separater Drucksensor vorgesehen. The data processing device is designed such that the readout frequency is between 1 and 8, preferably 4 kHz. If the piston diaphragm pump is one for conveying sludge, the pressure sensor preferably has a measuring range of approximately minus 5 to plus 400 bar. Basically, the pressure sensors used must have measuring ranges so that the expected pressure of the working fluid during operation is within the measuring range. In the event that it is a multi-piston diaphragm pump, a separate pressure sensor is preferably provided for each working volume.
Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert werden. Es zeigen: The invention will now be explained with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kolben-Membranpumpe, die zur Förderung von Schlamm vorgesehen ist; 1 shows a longitudinal section through a piston-diaphragm pump, which is provided for the promotion of sludge.
Fig. 2 den Ausschnitt II in Fig. 1 in einer vergrößerten Darstellung; Fig. 2 shows the detail II in Figure 1 in an enlarged view.
Fig. 3 den Druck der Arbeitsflüssigkeit als Funktion der Zeit in einem zwei Fig. 3 shows the pressure of the working fluid as a function of time in a two
Druck- und zwei Saugtakte umfassenden Zeitintervall bei unbeschädigter Kolben-Membranpumpe;  Pressure and two suction cycles comprehensive time interval with undamaged piston diaphragm pump;
Fig. 4 den Druckverlauf in Abhängigkeit der Zeit bei einem sich ankündigenden Fig. 4 shows the pressure curve as a function of time at an announcing
Membranschaden;  Membrane damage;
Fig. 5 den Druckverlauf bei einem Saugtakt beim Membranriss; 5 shows the pressure curve during a suction stroke during membrane rupture;
Fig. 6 den Druckverlauf bei einem Kreuzkopf-Lagerschaden; 6 shows the pressure curve in the case of a crosshead bearing damage;
Fig. 7 eine vergrößerte Einzeldarstellung des Druckverlaufs im mittleren Saugtakt in Fig. 6; FIG. 7 is an enlarged detail view of the pressure curve in the middle suction cycle in FIG. 6; FIG.
Fig. 8 den Druckverlauf bei einem Pleuellagerschaden sowie Fig. 8 shows the pressure curve at a Pleuellagerschaden and
Fig. 9 den Druckverlauf im zweiten Saugtakt gemäß Fig. 8 in einer vergrößerten Fig. 9 shows the pressure curve in the second suction cycle of FIG. 8 in an enlarged
Einzeldarstellung.  Individual representation.
Die in Fig. 1 als Ganzes mit 100 bezeichnete Kolben-Membranpumpe ist - in der Zeichnung nicht erkennbar - als Drei-Kolben-Membranpumpe ausgebildet. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den m ittleren Pumpenteil. Die beiden weiteren Pumpenteile sind entsprechend ausgebildet. The designated in Fig. 1 as a whole with 100 piston diaphragm pump is - not visible in the drawing - designed as a three-piston diaphragm pump. Fig. 1 shows a longitudinal section through the mьltleren pump part. The two other pump parts are designed accordingly.
Die dargestellte Kolben-Membranpumpe 100 ist zum Pumpen von Schlamm vor- gesehen. Sie umfasst eine motorisch angetriebene Kurbelwelle 1 , auf deren mittleren Kurbelzapfen 2 ein Pleuel 3 mit Hilfe eines Pleuellagers 4, welches als Rollenlager ausgebildet ist, gelagert ist. An dem anderen Ende des Pleuels 4 ist ein Kreuzkopf 5 über ein ebenfalls als Rollenlager ausgebildetes Kreuzkopflager 6 gelagert. Der Kreuzkopf 5 umfasst Gleitschuhe 7, welche seiner linearen Lagerung an den Gleitlagerwandungen 8 dienen. The illustrated piston diaphragm pump 100 is provided for pumping sludge. It comprises a motor-driven crankshaft 1, on the central crank pin 2, a connecting rod 3 by means of a connecting rod bearing 4, which is designed as a roller bearing, is mounted. At the other end of the connecting rod 4, a crosshead 5 is mounted on a likewise designed as a roller bearing crosshead bearing 6. The crosshead 5 comprises sliding shoes 7, which serve its linear bearing on the Gleitlagerwandungen 8.
An dem Kreuzkopf ist eine Kolbenstange 9 einenends befestigt. Das andere Ende der Kolbenstange 9 trägt einen Kolben 1 0, der in einem Zylinder 1 1 arbeitet. In Fig. 1 ist der untere Totpunkt dargestellt. At the crosshead a piston rod 9 is attached at one end. The other end of the piston rod 9 carries a piston 1 0, which operates in a cylinder 1 1. In Fig. 1, the bottom dead center is shown.
Der Zylinder 1 1 mündet in ein Arbeitsflüssigkeitsvolumen 12, welches mit einer Arbeitsflüssigkeit, meist einem Hydrauliköl, gefüllt ist. Die in der Zeichnung nicht dargestellte Arbeitsflüssigkeit - auch Ölvorlage genannt - füllt das Arbeitsvolumen bis zu einer Membran 13, die in einer Membrankammer 14 angeordnet ist. The cylinder 1 1 opens into a working fluid volume 12, which is filled with a working fluid, usually a hydraulic oil. The working fluid, not shown in the drawing - also called oil template - fills the working volume up to a diaphragm 13, which is arranged in a diaphragm chamber 14.
Die Membrankammer 14 umfasst einen in der Zeichnung unten dargestellten Einlass 15, an den ein Einlass-Rückschlagventil 16 angeflanscht ist. Es ist derart konzipiert, dass es bei einer Strömung des zu fördernden Schlamms in Richtung des Pfeils P1 öffnet. The diaphragm chamber 14 includes an inlet 15 shown in the drawing below, to which an inlet check valve 16 is flanged. It is designed so that it opens in the direction of the arrow P1 in the case of a flow of the sludge to be conveyed.
Auf der dem Einlass 15 gegenüberliegenden Seite umfasst die Membrankammer 14 einen Auslass 17, an den ein Auslass-Rückschlagventil angeflanscht ist. Es öffnet ebenfalls bei einer Strömung des zu fördernden Schlamms in Richtung des Pfeils P2. On the opposite side of the inlet 15, the diaphragm chamber 14 comprises an outlet 17, to which an outlet check valve is flanged. It also opens with a flow of the sludge to be conveyed in the direction of the arrow P2.
Eine Drehbetätigung der Kurbelwelle 1 führt dazu, dass die Arbeitsflüssigkeit in dem Arbeitsflüssigkeitsvolumen 12 hin und her bewegt und die Membran damit abwechselnd gemäß Fig. 1 und 2 nach rechts oder nach links ausgelenkt wird. Eine Auslenkung nach links führt zu einem Schließen des Auslass- Rückschlagventils und zu einem Ansaugen von Schlamm durch das geöffnete Ein- lass-Rückschlagventil 16. Diese Pumpphase ist als „Saugtakt" bezeichnet. Die anschließende Verlagerung des Kolbens gemäß Fig. 1 und 2 nach rechts führt zu einem Schließen des Einlass-Rückschlagventils 16 und einer Abgabe eines dem Hubraum entsprechenden Volumens 18 an Schlamm über das nun geöffnete Aus- lass-Rückschlagventil 1 8 unter Verlagerung der Membran gemäß Fig. 1 und 2 nach rechts. A rotational actuation of the crankshaft 1 causes the working fluid in the working fluid volume 12 to move back and forth and the diaphragm is thus deflected alternately according to FIGS. 1 and 2 to the right or to the left. A deflection to the left leads to a closing of the outlet The pumping phase is referred to as "suction stroke." The subsequent displacement of the piston according to FIGS. 1 and 2 to the right leads to a closing of the inlet check valve 16 and a Delivery of a volume corresponding volume of 18 to sludge on the now open outlet check valve 1 8 with displacement of the membrane of FIG. 1 and 2 to the right.
Wie insbesondere in Fig. 2 erkennbar ist, ist an einem einen Teil des Arbeitsflüs- sigkeitsvolumens 12 bildenden Rohrkrümmer 19 ein Drucksensor 20 angeordnet. Er kommuniziert mit dem Arbeitsflüssigkeitsvolumen 12 und ist derart konzipiert, dass m it ihm der Druck der Arbeitsflüssigkeit möglichst exakt in einer 4 kHz Abtastrate erfasst werden kann. Wie in Fig. 2 lediglich schematisch dargestellt wurde, ist der Drucksensor mit einer Datenverarbe itungsei nrichtu ng 21 verbunden . D iese n i m mt in der 4 kHz- Abtastfrequenz Istwerte des Drucks auf und speichert sie als Funktion in der Zeit in einem Datenspeicher ab. Ferner umfasst die Datenverarbeitungseinrichtung 21 einen Sollwert-Datenspeicher, in welchem der zeitliche Verlauf von Druckdaten einer unbeschädigten Kolben-Membranpumpe abgespeichert ist. As can be seen in particular in FIG. 2, a pressure sensor 20 is arranged on a pipe bend 19 forming part of the working fluid volume 12. It communicates with the working fluid volume 12 and is designed in such a way that it allows the pressure of the working fluid to be recorded as accurately as possible in a 4 kHz sampling rate. As shown only schematically in FIG. 2, the pressure sensor is connected to a data processing device 21. At the 4 kHz sampling frequency, this records actual values of the pressure and stores them as a function of time in a data memory. Furthermore, the data processing device 21 comprises a nominal value data memory in which the time profile of pressure data of an undamaged piston diaphragm pump is stored.
Schließlich ist die Datenverarbeitungseinrichtung mit einer Rechenroutine versehen, die an die Sollwerte eine obere und eine untere Hüllkurve anpasst, deren Abstand zueinander vorgebbar ist, und überprüft, ob die Istwerte zwischen den bei- den Hüllkurven liegen. Im Falle des Überschreitens einer bestimmten Anzahl oder einer bestimmten Rate von abweichenden Istwerten erzeugt die Datenverarbeitungseinrichtung ein Signal an einem Signalausgang 22. Finally, the data processing device is provided with an arithmetic routine which adapts to the nominal values an upper and a lower envelope whose distance from one another can be predetermined, and checks whether the actual values lie between the two envelopes. In the case of exceeding a certain number or a certain rate of deviating actual values, the data processing device generates a signal at a signal output 22.
An einer derartigen Kolben-Membranpumpe aufgenommene Druckdaten weisen beispielsweise einen in Fig. 3 dargestellten Verlauf auf. Erkennbar ist deutlich, dass die Druckdaten während eines Saugtaktes - unten dargestellt - und während eines Drucktaktes - oben dargestellt - in einer charakteristischen Weise um einen Mittelwert oszillieren. In Fig. 3 ist der zeitliche Verlauf des Druckes bei einer unbeschädigten Membranpumpe wiedergegeben. In Fig. 4 ist dargestellt, wie sich der charakteristische Druckverlauf bei der Ankündigung eines Membranschadens ändert. Am Ende des in Fig. 4 rechts dargestellten Saugtaktes ist deutlich ein plateauförmiges Minimum erkennbar. Es war be- reits erkennbar, bevor ein vollständiger Riss, der ein Vermischen von Arbeitsflüssigkeit und Schlamm zur Folge hat, auftrat. Die Erfassung des in Fig. 4 dargestellten Druckverlaufs kann daher verwendet werden, um die Kolben-Membranpumpe stillsetzen zu können, bevor größere Schäden entstehen. Der Druckverlauf bei einer vollständig gerissenen Membran ist zur Verdeutlichung in Fig. 5 dargestellt. For example, pressure data recorded on such a piston diaphragm pump has a profile shown in FIG. 3. It can be clearly seen that the pressure data during a suction cycle - shown below - and during a pressure cycle - shown above - oscillate around a mean value in a characteristic manner. In Fig. 3 the time course of the pressure is reproduced at an undamaged diaphragm pump. FIG. 4 shows how the characteristic pressure variation changes upon the announcement of a membrane damage. At the end of the suction cycle shown in Fig. 4 right is clearly a plateau-shaped minimum recognizable. It was already apparent before a complete crack, resulting in mixing of working fluid and sludge, occurred. The detection of the pressure profile shown in Fig. 4 can therefore be used to shut down the piston diaphragm pump before major damage. The pressure curve in the case of a completely cracked membrane is shown in FIG. 5 for clarity.
Wie die Fig. 6 und 7 sowie Fig. 8 und 9 zeigen, verändern auch andere Schäden den Druckverlauf der Arbeitsflüssigkeit beispielsweise in einem Saugtakt charakte- ristisch. Fig. 6 und 8 zeigen größere, hochfrequente Druckschwankungen zu Beginn eines Saugtakts, die auf einen Schaden des Kreuzkopflagers hindeuten. Die über einen längeren Zeitraum hochfrequenten, zum Ende des Saugtakts hin größeren Schwankungen des Drucks, die in Fig. 8 und 9 dargestellt sind, signalisieren hingegen einen Schaden des Pleuellagers. As FIGS. 6 and 7 and FIGS. 8 and 9 show, other types of damage also characteristically change the pressure curve of the working fluid, for example in a suction cycle. 6 and 8 show larger, high-frequency pressure fluctuations at the beginning of a Saugtakts, which indicate damage to the crosshead bearing. On the other hand, the high-frequency fluctuations of the pressure, which are shown in FIGS. 8 and 9 at the end of the suction cycle over a relatively long period, signal damage to the connecting rod bearing.
Durch Vergleich der während des Betriebs ermittelten Druck-Istwerte der Arbeitsflüssigkeit mit empirisch ermittelten, in der Datenverarbeitungseinrichtung 21 abgespeicherten, für bestimmte Schäden charakteristischen Druckverläufe lassen sich diese mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens feststellen, bevor es zu Totalausfällen der Kolben-Membranpumpe kommt. Auch Folgeschäden lassen sich daher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen System wirksam vermeiden. Bezugszeichenliste: By comparing the determined during operation pressure-actual values of the working fluid with empirically determined, stored in the data processing device 21, characteristic of certain damage pressure curves can be determined using the inventive method before it comes to total failure of the piston diaphragm pump. Also consequential damage can therefore be effectively avoided with the method and system of the invention. LIST OF REFERENCE NUMBERS
100 Kolben-Membranpumpe 100 piston diaphragm pump
1 Kurbelwelle  1 crankshaft
2 Kurbelzapfen  2 crankpins
3 Pleuel  3 connecting rods
4 Pleuellager  4 connecting rod bearings
5 Kreuzkopf  5 crosshead
6 Kreuzkopflager  6 crosshead bearings
7 Gleitschuhe  7 sliding shoes
8 Gleitlagerwandung  8 sliding bearing wall
9 Kolbenstange  9 piston rod
10 Kolben  10 pistons
1 1 Zylinder  1 1 cylinder
12 Arbeitsflüssigkeitsvolumen 12 working fluid volume
13 Membran 13 membrane
14 Membrankammer  14 membrane chamber
15 Einlass  15 inlet
16 Einlass-Rückschlagventil 16 inlet check valve
17 Auslass 17 outlet
18 Auslass-Rückschlagventil 18 outlet check valve
19 Rohrkrümmer 19 pipe elbows
20 Drucksensor  20 pressure sensor
21 Datenverarbeitungseinrichtung 21 Data processing device
22 Signalausgang 22 signal output

Claims

Patentansprüche: claims:
Verfahren zum Erkennen von Schäden an Arbeitsflüssigkeiten umfassenden Kolben-Membranpumpen (100), Method for detecting damage to working fluids comprising piston diaphragm pumps (100),
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass während des Betriebs der Druck der Arbeitsflüssigkeit in Abhängigkeit der Zeit gemessen und mit einem Sollwertverlauf verglichen wird und dass bei Überschreiten einer vorgegebenen Abweichung ein Signal ausgelöst wird.  during operation, the pressure of the working fluid is measured as a function of time and compared with a desired value course, and a signal is triggered when a predetermined deviation is exceeded.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwertverlauf beim Betrieb einer unbeschädigten Kolben-Membranpumpe aufgenommen und in einem Datenspeicher abgespeichert wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf den aufgenommenen Sollwertdaten obere und untere Hüllkurven ermittelt werden, zwischen denen der zeitliche Verlauf der Istwerte beim Betrieb der Kolben-Membranpumpe (100) erwartert werden, und dass das Signal erzeugt wird, wenn eine Mindestzahl von Istwerten pro Zeiteinheit außerhalb des Be- reichs zwischen den Hüllkurven liegt. A method according to claim 1, characterized in that the desired value course is recorded during operation of an undamaged piston diaphragm pump and stored in a data memory. 3. The method according to claim 2, characterized in that based on the recorded setpoint data upper and lower envelopes are determined, between which the time course of the actual values during operation of the piston-diaphragm pump (100) are expected, and that the signal is generated, if a minimum number of actual values per unit of time is outside the range between the envelopes.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zeitlichen Verlauf der Abweichungen zwischen Soll- und Istwerten auf die Art des Schadens geschlossen wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that is closed on the nature of the damage from the time course of the deviations between the setpoint and actual values.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdaten mit einer etwa 1 bis 8, vorzugsweise etwa 4 kHz-Rate aufgenommen werden. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdaten vorzugsweise mit einer 16 bit-Auflösung digitalisiert werden. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the printing data are recorded at an approximately 1 to 8, preferably about 4 kHz rate. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the print data are preferably digitized with a 16-bit resolution.
7. System zum Erkennen von Schäden an einer Kolben-Membranpumpe (100), die eine Arbeitsflüssigkeit umfasst, im laufenden Betrieb nach einem Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das System einen Drucksensor (20) zur Erfassung des Drucks der Arbeitsflüssigkeit während des Betriebs der Kolben-Membranpumpe (100) umfasst, welcher an eine Datenverarbeitungseinrichtung (21 ) angeschlossen ist, die mit einer vorgegebenen Auslesefrequenz Istwerte des Drucks aufnimmt und als Funktion der Zeit in einem Istwert-Datenspeicher abspeichert, 7. A system for detecting damage to a piston diaphragm pump (100) comprising a working fluid, during operation according to a method according to claims 1 to 6, characterized in that the system comprises a pressure sensor (20) for detecting the pressure of the Working fluid during operation of the piston-diaphragm pump (100), which is connected to a data processing device (21), which receives actual values of the pressure with a predetermined readout frequency and stores as a function of time in an actual value data memory,
dass ein Sollwert-Datenspeicher vorgesehen ist, in welchem der zeitliche Verlauf von Druckdaten einer unbeschädigten Kolben-Membranpumpe abgespeichert ist, und  that a nominal value data memory is provided, in which the time profile of pressure data of an undamaged piston diaphragm pump is stored, and
dass die Datenverarbeitungseinrichtung eine Rechenroutine umfasst, die an die Sollwerte eine obere und eine untere Hüllkurve anpasst, deren Abstand zueinander vorgebbar ist, und überprüft, ob die Istwerte zwischen den beiden Hüllkurven liegen und im Falle des Überschreitens einer bestimmten Anzahl oder einer bestimmten Rate von abweichenden Istwerten ein Alarmsignal erzeugt.  in that the data processing device comprises an arithmetic routine which adapts to the nominal values an upper and a lower envelope whose distance from each other can be predetermined, and checks whether the actual values lie between the two envelopes and in the case of exceeding a certain number or a certain rate of deviating ones Actual values an alarm signal generated.
8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslesefrequenz zwischen 1 und 8, vorzugsweise 4 kHz, beträgt. 8. System according to claim 6, characterized in that the read-out frequency between 1 and 8, preferably 4 kHz.
9. System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor einen Messbereich von etwa minus 5 bis plus 400 bar aufweist. 9. System according to claim 7 or 8, characterized in that the pressure sensor has a measuring range of about minus 5 to plus 400 bar.
10. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9 für eine Mehrzahl von Arbeitsflüs- sigkeitsvolumina (12) umfassende Mehrkammer-Kolbenmembranpumpen (100), dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Arbeitsflüssigkeitsvolumen (12) ein separater Drucksensor (20) vorgesehen ist. 10. System according to one of claims 7 to 9 for a plurality of Arbeitsflüs- sigkeitsvolumina (12) comprising multi-chamber piston diaphragm pumps (100), characterized in that for each working fluid volume (12), a separate pressure sensor (20) is provided.
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