ES2827448T3

ES2827448T3 - Sistema y método para monitorización y control de cavitación en bombas de desplazamiento positivo

Info

Publication number: ES2827448T3
Application number: ES12872798T
Authority: ES
Inventors: Dan Yin
Original assignee: Circor Pumps North America LLC
Current assignee: Circor Pumps North America LLC
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2021-05-21
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: CN104321529B; EP2831418A2; JP2015520819A; EP2831418A4; WO2013147761A2; WO2013147761A3; JP5999739B2; EP2831418B1; CN104321529A

Abstract

Un sistema (1) para monitorizar y controlar una bomba (2) de desplazamiento positivo, que comprende: una pluralidad de sensores de presión montados en la bomba de desplazamiento positivo, comprendiendo la pluralidad de sensores de presión (4, 6, 8) al menos primer (4), segundo (6) y tercer (8) sensores de presión, en donde el primer sensor de presión (4) está separado del segundo sensor de presión (6) por una primera distancia (Li) y el primer sensor de presión (4) está separado del tercer sensor de presión (6) por una segunda distancia (L); y un controlador (28) para recibir señales de entrada (Ps, Pi, Pd) de la pluralidad de sensores de presión (4, 6, 8), y para procesar dichas señales de entrada (Ps, Pi, Pd) para obtener un índice de gravedad de la cavitación, comprendiendo el índice de gravedad de la cavitación una relación de la diferencia entre una presión entre etapas medida de la bomba (2) y una presión de aspiración medida de la bomba (2) y la diferencia entre una presión de descarga medida de la bomba (2) y una presión de aspiración medida de la bomba (2); estando el controlador (28) caracterizado por que está configurado además para ajustar una velocidad de funcionamiento de la bomba (2) en base a una comparación del índice de gravedad de la cavitación con un nivel de gravedad basado en la aplicación predefinido y un nivel de gravedad de la cavitación objetivo, siendo establecido el nivel de gravedad basado en la aplicación por un usuario y estando basado el nivel de gravedad de la cavitación objetivo en una relación entre la primera distancia (Li) y la segunda distancia (L).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método para monitorización y control de cavitación en bombas de desplazamiento positivo

Campo de la divulgación

La divulgación está relacionada de manera general con el campo de los sistemas de monitorización para maquinaria y, más particularmente, con un sistema y método mejorados para monitorizar cavitación de bombas y para controlar el funcionamiento de bombas en base a dicha monitorización.

Antecedentes de la divulgación

El estado de la maquinaria rotativa se determina a menudo utilizando técnicas de inspección visual realizadas por operadores experimentados. Los modos de fallo, tales como agrietamiento, fugas, corrosión, etc., a menudo se pueden detectar mediante inspección visual antes de que sea probable el fallo. El uso de dicha monitorización manual del estado permite programar el mantenimiento, o adoptar otras acciones, para evitar las consecuencias del fallo antes de que éste se produzca. La intervención en las primeras etapas del deterioro suele ser mucho más rentable que la realización de reparaciones después del fallo. Las publicaciones de patente de EE.UU. US 5601 414 A, que muestra una lógica de control para detectar condiciones de presión anormales mediante un dispositivo de detección de presión y para modificar el funcionamiento de la bomba en base a ello, US 6663349 B1, que muestra un sistema de control de bombas que hace uso de un sistema de cavitación de un componente de detección de cavitación, US 2002/123856 A1, que muestra un sistema de monitorización de cavitación con una funcionalidad de alerta al usuario y WO 2009/024769 A2, que muestra un sistema para mejorar la eficiencia de una bomba controlando el funcionamiento de la bomba, proporcionan información útil para comprender la invención.

Una desventaja de la monitorización manual es que, típicamente, sólo se realiza de manera periódica. Por lo tanto, si surge un estado adverso entre inspecciones, se puede producir un fallo de la maquinaria. Sería deseable automatizar el proceso de monitorización del estado para proporcionar un sistema sencillo y fácil de utilizar que proporcione una monitorización constante de uno o más estados de la maquinaria. Un sistema de este tipo tiene el potencial de mejorar el funcionamiento, reducir el tiempo de inactividad y aumentar la eficiencia energética.

Compendio de la divulgación

Se describe un sistema para monitorizar y controlar una bomba de desplazamiento positivo de acuerdo con la reivindicación 1.

Se describe un método para monitorizar y controlar una bomba de desplazamiento positivo de acuerdo con la reivindicación 10.

Breve descripción de los dibujos

A modo de ejemplo, se describirá ahora una realización específica del dispositivo descrito, con referencia a los dibujos adjuntos:

La Figura 1 es una vista isométrica de una bomba ejemplar que incluye una pluralidad de sensores de monitorización de estado montados en ella;

La Figura 2 es una vista en sección transversal de la bomba de la Figura 1, tomada a lo largo de la línea 2-2 de la Figura 1, que ilustra la posición de la pluralidad de sensores montados en relación con el orificio del rotor de potencia de la bomba;

La Figura 3 es un esquema del sistema descrito;

La Figura 4 es una vista en sección transversal de una bomba de engranajes de desplazamiento positivo ejemplar;

La Figura 5 es un esquema del sistema de la Figura 3 ampliado para incluir monitorización y control remotos; y

La Figura 6 es un flujo lógico ejemplar que ilustra un método ejemplar para utilizar el sistema descrito.

Descripción detallada

En las bombas de tornillo de desplazamiento positivo, la presión se desarrolla desde el puerto de entrada o de aspiración de la bomba hasta el puerto de salida o de descarga en incrementos de etapa a etapa. Cada etapa se define como un cierre de rosca móvil o volumen aislado conformado por el engrane de los rotores de la bomba entre los extremos de entrada y salida de la bomba. La presión se desarrolla a lo largo de los cierres de rosca móvil a medida que el líquido avanza a través de la bomba. El número de cierres suele ser proporcional al nivel deseado de presión de salida suministrada, es decir, cuanto mayor es la presión, mayor es el número de cierres necesarios. Los cierres permiten que la bomba desarrolle un gradiente de presión interno de incrementos de presión progresivamente crecientes. Si se aplica correctamente, se puede utilizar una bomba de tornillo axial rotativo para bombear una amplia gama de fluidos, desde líquidos de alta viscosidad hasta combustibles relativamente ligeros o emulsiones de agua/aceite.

Cuando existe en disolución dentro de la bomba gas arrastrado o disuelto, se puede perturbar la progresión normal del desarrollo del gradiente de presión, lo que afecta negativamente al rendimiento de la bomba. Si resultan arrastradas grandes cantidades de gas en el líquido bombeado, el proceso de bombeo interno puede volverse inestable y se puede perder el gradiente de presión interno. La bomba también puede vibrar excesivamente, provocando ruido y desgaste excesivo.

Este estado es sinónimo de un fenómeno conocido como "cavitación". La cavitación suele aparecer cuando la presión de un fluido cae por debajo de su presión de vapor, lo que permite que escape gas del fluido. Cuando la bomba ejerce presión creciente sobre un líquido gaseoso, se producen presiones de etapa inestables, lo que lleva al colapso de las burbujas de gas en la etapa de suministro de la bomba.

La detección tradicional de la cavitación se ha realizado mediante la determinación de ruido audible, caudal reducido y/o aumento de la vibración de la bomba. Como se puede apreciar, para cuando se puedan detectar estas circunstancias, es posible que se hayan producido cambios significativos en las operaciones de la bomba. Como resultado de ello, puede ser demasiado tarde para proteger la bomba de daños internos. Por ejemplo, en casos en que la bomba es incapaz de desarrollar un gradiente de presión normal desde la aspiración hasta la descarga, la presión total desarrollada se puede producir en el último cierre o cerca del mismo. Esto puede alterar el soporte hidrodinámico normal de los rotores locos, lo que puede provocar contacto de metal con metal con el consiguiente daño a la bomba.

La aplicación con conocimiento y unos valores nominales conservadores son una protección tradicional contra estas condiciones. Sin embargo, al bombear líquidos con características impredecibles o contenido de gas incontrolado, como ocurre a menudo, se requiere una monitorización frecuente de las operaciones de la bomba con mano de obra auxiliar y otros costes para mantener el funcionamiento normal. Se ha encontrado que los medios tradicionales de detección de cavitación y de otras inestabilidades operativas son particularmente inadecuados cuando se espera que la bomba proporcione un servicio fiable durante mucho tiempo en una instalación remota desatendida, y bajo condiciones ambientales extremas.

Haciendo referencia ahora a los dibujos, las Figuras 1 y 2 muestran un sistema 1 inteligente de monitorización de cavitación montado en una bomba 2 ejemplar, que en esta realización es una bomba de tornillo. El sistema 1 incluye una pluralidad de sensores de presión montados en puntos apropiados a lo largo de toda la bomba 2. Estos sensores incluyen un transductor de presión de aspiración 4, un transductor de presión entre etapas 6 y un transductor de presión de descarga 8. Los sensores de presión de aspiración y de descarga 4, 8 están separados por una distancia "L" mientras que los sensores de presión de aspiración y entre etapas 4, 6 están separados por una distancia "Li'.

Como se describirá con mayor detalle más adelante, el sensor de presión de aspiración 4 puede proporcionar una señal representativa de la presión de aspiración "Ps" al sistema 1, el sensor de presión entre etapas puede proporcionar una señal representativa de una presión entre etapas "Pi" al sistema 1, y el sensor de presión de descarga puede proporcionar una señal representativa de la presión de descarga "Pd" al sistema 1. El sistema 1, a su vez, puede emplear estas señales para determinar si existe o no un estado de cavitación indeseable en la bomba 2.

La Figura 3 muestra el sistema 1 que incluye un controlador 28 acoplado a los sensores de presión 4, 6, 8 por medio de un enlace de comunicaciones 30. De esta manera, los sensores 4, 6, 8 pueden enviar al controlador 28 señales representativas de las condiciones de presión en múltiples puntos dentro de la bomba 2, como se señaló anteriormente. El controlador 28 puede tener un procesador 32 que ejecute instrucciones para determinar, a partir de las señales recibidas, si los uno o más estados de funcionamiento de la bomba 2 están o no dentro de límites normales o deseados. Una memoria no volátil 34 puede estar asociada con el procesador 32 para almacenar instrucciones de programa y/o para almacenar datos recibidos de los sensores. Una pantalla 36 puede estar acoplada al controlador 28 para proporcionar una visualización local y/o remota de información relacionada con el estado de la bomba 2. Un dispositivo de entrada 38, como por ejemplo un teclado, puede estar acoplado al controlador 28 para permitir que un usuario pueda interactuar con el sistema 1.

El enlace de comunicaciones 30 se ilustra como una conexión por cables. Sin embargo, se apreciará que el enlace de comunicaciones 30 puede ser cualquiera de una variedad de conexiones inalámbricas o por cables. Por ejemplo, el enlace de comunicación 30 puede ser un enlace Wi-Fi, un enlace por Bluetooth, PSTN (Red Telefónica Pública Conmutada), una red móvil como, por ejemplo, una red GSM (Sistema Global para Comunicaciones Móviles) para comunicación por SMS y paquetes de voz, una red de Servicio General De Radio Por Paquetes (GPRS) para la comunicación por paquetes de datos y por voz, o una red de datos por cables como, por ejemplo, Ethernet/Internet para TCP/IP, comunicación VOIP, etc.

Las comunicaciones hacia y desde el controlador pueden ser por medio de un servidor integrado que permita el acceso remoto al controlador 28 a través de Internet. Además, los datos y/o las alarmas se pueden transferir a través de uno o más de correo electrónico, Internet, Ethernet, RS-232/422/485, CANopen, DeviceNet, Profitbus, radio RF, línea telefónica terrestre, red móvil y redes satelitales.

Como se señaló anteriormente, los sensores acoplados a la bomba 2 se pueden utilizar para medir una gran variedad de características operativas de la bomba. Estos sensores pueden proporcionar al controlador 28 señales representativas de esas características, y el controlador 28 puede procesar las señales y presentar salidas a un usuario. Además, o de forma alternativa, la información proporcionada se puede almacenar de forma local y/o remota. Esta información se puede utilizar para monitorizar y analizar las características operativas de la bomba a lo largo del tiempo.

Por ejemplo, los sensores de presión de aspiración, entre etapas, y de descarga 4, 6, 8 pueden proporcionar señales al controlador 28 que el controlador puede utilizar para determinar si existe un estado de cavitación no deseable en una o más puntos dentro de la bomba 2. En funcionamiento normal, si una bomba de desplazamiento positivo no experimenta cavitación, o no tiene una cantidad excesiva de burbujas de gas pasando a través de ella, la presión de descarga Pd, la presión entre etapas Pi y la presión de aspiración Ps indicarán un cierto gradiente de presión deseado en cualquier momento dado. Sin embargo, si la bomba experimenta una cavitación no deseada, no se podrá mantener el gradiente de presión deseado. En particular, la presión entre etapas Pi puede disminuir. Además, si a través de la bomba pasa una cantidad excesiva de burbujas de gas, la presión entre etapas Pi no sólo disminuirá, también fluctuará.

Si la ubicación del sensor de presión entre etapas 6 se encuentra a una distancia L de la ubicación del sensor de presión de aspiración 4 ( ^{v é a s e la} Figura 2), y la distancia entre el sensor de presión de aspiración 4 y el sensor de presión de descarga 8 es L, entonces, en condiciones normales de funcionamiento, existe la siguiente relación:

donde, como se señaló anteriormente, Pi es la presión entre etapas; Ps es la presión de aspiración; Pd es la presión de descarga, y R es un índice que indica un nivel de gravedad de la cavitación en la bomba 2.

Mientras que la Figura 2 muestra las ubicaciones relativas de los sensores 4, 6, 8 en relación con una bomba de tornillo de 2 desplazamiento positivo ejemplar, la Figura 4 muestra dónde pueden estar situados los sensores de presión de aspiración, de presión entre etapas y de presión de descarga 4, 6, 8 en una bomba de engranajes 2A de desplazamiento positivo ejemplar. En la realización de la bomba de engranajes 2A, el sensor de presión entre etapas 6 puede estar ubicado de nuevo a una distancia L ⁱ de la ubicación del sensor de presión de aspiración 4, mientras que la distancia entre el sensor de presión de aspiración 4 y el sensor de presión de descarga 8 puede ser L. El índice R descrito anteriormente aplica de nuevo como un índice que indica un nivel de gravedad de la cavitación en la bomba 2A. Se pueden utilizar disposiciones similares en otras bombas de desplazamiento positivo, como por ejemplo bombas de cavidad progresiva (es decir, bombas de paletas rotativas, bombas de engranajes internos, bombas de engranajes externos, bombas de tornillo con reducción, de paletas).

Una vez que se han determinado las ubicaciones de los componentes de medición de presión, se determina también un nivel de gravedad de la cavitación objetivo R^t , utilizando la siguiente relación:

Se apreciará que si el sensor de presión entre etapas 6 está situado a medio camino entre el sensor de presión de aspiración 4 y el sensor de presión de descarga 8, entonces R^t será 0,5 o 50%. En este caso, cuando el sistema está en funcionamiento, se puede determinar un nivel de gravedad real de la cavitación R ^a mediante:

Si se supone que la presión de aspiración P ^s es 0, o si la presión de aspiración P ^s es mucho menor que la presión entre etapas P ⁱ y que la presión de descarga P ^d , (es decir, el 5% de la presión de descarga o menos), entonces el nivel de gravedad real de la cavitación R ^a se puede simplificar a:

Este índice simplificado sólo utiliza dos componentes de medida de presión, uno para medir la presión de descarga (Pd), y el otro se utiliza para medir la presión entre etapas (Pi).

Como se señaló anteriormente, cuando una bomba 2 cavita, o pasan burbujas de gas a través de la bomba, el gradiente de presión entre la aspiración y la descarga ya no se puede mantener, y la presión entre etapas Pi siempre disminuirá. Por lo tanto, se observará un nivel de gravedad real de la cavitación Ra decreciente donde el estado de cavitación continúa deteriorándose. El sistema 1 descrito permite a un usuario introducir un nivel de gravedad de la cavitación basado en la aplicación Ru, que sea menor que el nivel objetivo del sistema R^t. El nivel de gravedad real de la cavitación Ra se compara a continuación con el nivel de gravedad de la cavitación basado en la aplicación Ru y, si se determina que Ra es menor que el nivel Ru definido, el sistema identifica que el nivel de cavitación está a un nivel inaceptable para la aplicación. Cuanto menor sea el valor Ru, más grave será la cavitación que se permite que experimente una bomba. En algunas realizaciones, Ru se puede seleccionar para que sea un valor que corresponda a un nivel de cavitación que no implique ruidos y/o vibraciones evidentes.

El sistema 1 obtiene las señales de presión de los sensores 4, 6, 8 y las convierte en valores digitales para cálculos posteriores. A continuación, se puede calcular el índice de gravedad real de la cavitación del sistema Ra de acuerdo con la fórmula (3) o (4). En algunas realizaciones, se pueden obtener múltiples muestras para un ciclo de muestreo dado para obtener una lectura media para asegurarse de que el valor sea estable y esté sustancialmente libre de los efectos de la fluctuación de presión provocada por los dientes de los engranajes o las crestas de los tornillos. El valor Ra se puede comparar a continuación con el nivel objetivo R^t así como con el nivel de gravedad de la cavitación introducido por el usuario Ru.

En algunas realizaciones, la velocidad de la bomba 2 se puede ajustar automáticamente en base a esta comparación. De esta manera, la velocidad de la bomba 2 se puede incrementar o reducir automáticamente en base al nivel de gravedad real calculado Ra. Por ejemplo, si Ra es igual al, o está dentro de un rango predeterminado del, nivel de gravedad basado en la aplicación del usuario Ru, entonces se puede mantener un estado de funcionamiento actual de la bomba. En algunas realizaciones, este rango puede ser de aproximadamente el 5%. Esto se debe a que incluso si el nivel de gravedad indica que la bomba 2 está cavitando, el usuario ha determinado que el nivel de cavitación es aceptable para la aplicación particular.

Sin embargo, si se determina que Ra es mayor que el nivel basado en la aplicación del usuario Ru, la velocidad de la bomba 2 se puede incrementar hasta que Ra es igual al, o está dentro de un rango predeterminado del, nivel basado en la aplicación del usuario Ru. De forma alternativa, si Ra es menor que el nivel basado en la aplicación del usuario Ru, la velocidad de la bomba se puede reducir hasta que Ra es igual al, o está dentro de un rango predeterminado del, nivel basado en la aplicación del usuario Ru. En algunas realizaciones, este rango puede ser de aproximadamente el 5%.

El usuario también puede elegir cambiar la velocidad de la bomba o detener la bomba 2 en base a Ru, R^t y al valor calculado para Ra. Por ejemplo, el usuario puede configurar el sistema 1 para que la bomba se detenga siempre que Ra sea menor que el nivel basado en la aplicación Ru. También se pueden utilizar otros niveles de parada predeterminados.

En algunas realizaciones, se puede definir un límite inferior absoluto del nivel de gravedad de la cavitación R^l para evitar que la bomba sufra daños por cavitación. De esta manera, se puede definir R^l para que corresponda a un nivel de cavitación en el que el ruido y/o la vibración pueden provocar daños en la bomba. Por lo tanto, el nivel de gravedad basado en la aplicación Ru estará típicamente entre R^l y R^t. De esta manera, siempre que el nivel de gravedad real Ra calculado esté por debajo de R^l, se detendrá la bomba para evitar daños mayores.

El sistema 1 puede almacenar una pluralidad de niveles valores históricos del nivel real Ra en la memoria 34. Se puede calcular una desviación estándar R^std de estos niveles históricos para determinar si los cambios en los niveles históricos superan una cierta cantidad R^b. Este valor R^b se puede utilizar como indicador de que están pasando burbujas de gas a través de la bomba 2. El valor de R^b puede ser ajustable por el usuario en base a la aplicación particular. En uso, si una desviación estándar R^std calculada supera el valor predeterminado para R^b, el usuario puede elegir entre una variedad de acciones, aumentar la velocidad de la bomba, reducir la velocidad de la bomba, o detener la bomba.

Ra y otra información del sistema también se pueden enviar para uso externo, controles y/o para tomar otras decisiones. En algunas realizaciones, esta información se puede utilizar para incrementar o reducir el caudal de la bomba, o para solicitar a un usuario que modifique Ra u otro parámetro del sistema. Estos datos también se pueden utilizar a efectos de cálculo de tendencias operativas y de mantenimiento a largo plazo, que se pueden utilizar para predecir y/u optimizar los programas de mantenimiento. Los datos también se pueden utilizar para identificar cambios en las características del fluido o cambios en el proceso que pueden estar provocando que la bomba cavite.

La Figura 5 muestra una realización del sistema 1 que facilita el acceso remoto de los parámetros medidos y/o calculados. Como se muestra, el sistema 1 incluye la bomba 2 con una pluralidad de sensores acoplados a un controlador 28 a través de una pluralidad de enlaces de comunicaciones individuales 30. El controlador 28 incluye una pantalla local 36 y un teclado 38. En la realización ilustrada, la pantalla y el teclado están combinados en un formato de pantalla táctil, que puede incluir una o más teclas "hard", así como una o más teclas "soft". El controlador 28 de esta realización está acoplado a un módem 40 que permite que un ordenador remoto 42 acceda al controlador 28. El ordenador remoto 42 se puede utilizar para visualizar información idéntica a la visualizada localmente en el controlador 28. El módem 40 puede habilitar al controlador 28 para publicar correo electrónico, mensajes de texto, y señales de buscapersonas para alertar a un usuario acerca del estado de la bomba 2 que está siendo monitorizada. En algunas realizaciones, uno o más aspectos del funcionamiento de la bomba 2 también se pueden controlar por medio del ordenador remoto 42.

La Figura 6 ilustra un flujo lógico ejemplar que describe un método para monitorizar cavitación en una bomba 2 de desplazamiento positivo y para controlar el funcionamiento de la bomba en base a dicha monitorización. El método comienza en el paso 100. En el paso 110, se obtienen una pluralidad de muestras de presión de descarga, y se determina un valor de presión de descarga media Pd. El número de muestras, o frecuencia de muestreo, se puede determinar en base al número de dientes (o al número de crestas de tornillo) (T) de los uno más tornillos o engranajes de la bomba, y a una velocidad de funcionamiento real (V) (rpm) de la bomba. En algunas realizaciones, la frecuencia de muestreo se selecciona para que sea mayor que la frecuencia de los pulsos provocados por los dientes (o crestas de los tornillos) que pasan, que en una realización se calcula según la fórmula: T * V/60 (Hz). En el paso 120, se obtienen una pluralidad de muestras de presión entre etapas, y se determina un valor medio de presión entre etapas Pi. En el paso 130, se obtienen una pluralidad de muestras de presión de aspiración, y se determina un valor medio de presión de aspiración Ps. En el paso 140, se determina un nivel de gravedad real de la cavitación R ^a . En una realización, se determina R ^a según la fórmula (3) o (4). En el paso 150, se determina un nivel de gravedad de la cavitación objetivo R^t. En una realización, R^t se determina según la fórmula (2). En el paso 160, valores almacenados de un nivel de gravedad de la cavitación de la aplicación R ^u y de un límite inferior de gravedad de la cavitación R^l se leen de la memoria. En una realización, R ^u y R^l son introducidos por un usuario dependiendo de una aplicación particular de la bomba. En el paso 170, se realiza una determinación de si el control está o no habilitado. Cuando el control está habilitado, siempre que el nivel de gravedad real de la cavitación R ^a cae por debajo del nivel de gravedad de la cavitación basado en la aplicación R ^u , el sistema cambiará la velocidad de la bomba, y determinará a continuación si el estado de cavitación mejora (es decir, si R ^a se eleva por encima Ru). A menudo, la velocidad de la bomba se reducirá para mejorar el funcionamiento de la bomba. Cuando el control no está habilitado, el sistema simplemente generará alarmas cuando el nivel de gravedad real de la cavitación R ^a cae por debajo del nivel de gravedad de la cavitación basado en la aplicación R ^u. Si el control no está habilitado, entonces en el paso 180, los valores muestreados y calculados de los pasos 110-150 se almacenan en memoria y se envían a través de puertos de comunicación a efectos de notificación de alarma. A continuación, el método vuelve al paso 110. Si se determina que el control está habilitado, entonces en el paso 190, se realiza una determinación de si R ^a es menor que R^l. Si R ^a es menor que R^l, entonces en el paso 200 se detiene la bomba 2. A continuación, el método pasa al paso 180, donde los valores muestreados y calculados de los pasos 110-150 se almacenan en memoria y se envían a través de puertos de comunicación. A continuación, el método vuelve al paso 110. Sin embargo, si en el paso 190 se determina que R ^a no es menor que R^l, entonces en el paso 210 se realiza una determinación de si R ^a es menor que R ^u. Si R ^a es menor que R ^u , entonces en el paso 220 se reduce la velocidad de funcionamiento de la bomba. La tasa de reducción de velocidad puede ser predeterminada y/o ajustable por el usuario, y en la siguiente iteración del bucle de control, el sistema repetirá la evaluación. En el paso 230, el valor de R ^a se almacena en memoria, y se leen de la memoria un número "N" de valores de R ^a almacenados más recientemente. En una realización, el número "N" se determina según la fórmula: T * V/60, donde "T" es el número de dientes o crestas del tornillo de la bomba, y "V" es la velocidad de funcionamiento de la bomba en RPM. En el paso 240, se calcula una desviación estándar de los valores leídos de R ^a para determinar R^std. En el paso 250, se lee de la memoria un valor almacenado del nivel estándar de burbujas y gas R^b . En una realización, el valor de R^b es introducido por un usuario dependiendo de una aplicación particular de la bomba. En el paso 260, se realiza una determinación de si R^std es o no mayor que R^b. Si se determina que R^std no es mayor que R^b, entonces el método pasa al paso 180, donde los valores muestreados y calculados de los pasos 110-150 y 230-250 se almacenan en la memoria y se envían también a través de puertos de comunicación. A continuación, el método vuelve al paso 110. Sin embargo, si en el paso 260 se determina que R^std no es mayor que R^b, entonces en el paso 270 se determina que están pasando burbujas de aire o gas a través de la bomba, y se ajusta automáticamente una característica operativa de la bomba. La característica operativa puede incluir cambiar la velocidad de la bomba o detener la bomba. El método pasa entonces al paso 180, donde los valores muestreados y calculados de los pasos 110-150 y 230-250 se almacenan en memoria y se envían también a través de puertos de comunicación. A continuación, el método vuelve al paso 110. Si, en el paso 210, se determina que Ra no es menor que ^{R u} , entonces en el paso 280, se incrementa la velocidad de funcionamiento de la bomba. A continuación, el método pasa al paso 230 de la manera descrita anteriormente.

Algunas realizaciones del dispositivo descrito se pueden implementar, por ejemplo, utilizando un medio de almacenamiento, un medio legible por un ordenador o un artículo de fabricación que puede almacenar una instrucción o un conjunto de instrucciones que, si son ejecutadas por una máquina, pueden hacer que la máquina realice un método y/u operaciones de acuerdo con realizaciones de la divulgación. Una máquina de este tipo puede incluir, por ejemplo, cualquier plataforma de procesamiento, plataforma informática, dispositivo informático, dispositivo de procesamiento, sistema informático, sistema de procesamiento, ordenador, procesador o similar adecuado, y se puede implementar utilizando cualquier combinación adecuada de hardware y/o software. El medio o artículo legible por un ordenador puede incluir, por ejemplo, cualquier tipo adecuado de unidad de memoria, dispositivo de memoria, artículo de memoria, medio de memoria, dispositivo de almacenamiento, artículo de almacenamiento, medio de almacenamiento y/o unidad de almacenamiento, por ejemplo, memoria (incluyendo memoria no-transitoria), medios extraíbles o no extraíbles, medios borrables o no borrables, medios grabables o regrabables, medios digitales o analógicos, disco duro, disquete, Disco Compacto De Memoria De Sólo Lectura (CD-ROM), Disco Compacto Grabable (CD-R), Disco Compacto Regrabable (CD-RW), disco óptico, medios magnéticos, medios magneto-ópticos, tarjetas o discos de memoria extraíbles, diversos tipos de Disco Versátil Digital (DVD), una cinta, un casete, o similares. Las instrucciones pueden incluir cualquier tipo de código adecuado, como código fuente, código compilado, código interpretado, código ejecutable, código estático, código dinámico, código encriptado y similares, implementado utilizando cualquier lenguaje de programación adecuado de alto nivel, de bajo nivel, orientado a objetos, visual, compilado y/o interpretado.

Basándose en la información anterior, los expertos en la técnica entenderán fácilmente que la presente invención es susceptible de amplia utilidad y aplicación.

Por consiguiente, aunque la presente invención se ha descrito en este documento en detalle en relación con su realización preferida, se debe entender que esta descripción es sólo ilustrativa y ejemplar de la presente invención y se realiza simplemente con el propósito de proporcionar una descripción completa y habilitante de la invención. No se pretende que la descripción anterior se interprete como que limita la presente invención o como que excluye cualquier otra realización, adaptación, variación, modificación o disposición equivalente; estando la presente invención limitada únicamente por las reivindicaciones adjuntas a la misma. Aunque en el presente documento se emplean términos específicos, se utilizan únicamente en un sentido genérico y descriptivo y no con fines de limitación.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (1) para monitorizar y controlar una bomba (2) de desplazamiento positivo, que comprende:

una pluralidad de sensores de presión montados en la bomba de desplazamiento positivo, comprendiendo la pluralidad de sensores de presión (4, 6, 8) al menos primer (4), segundo (6) y tercer (8) sensores de presión, en donde el primer sensor de presión (4) está separado del segundo sensor de presión (6) por una primera distancia (Li) y el primer sensor de presión (4) está separado del tercer sensor de presión (6) por una segunda distancia (L); y

un controlador (28) para recibir señales de entrada (Ps, Pi, Pd) de la pluralidad de sensores de presión (4, 6, 8), y para procesar dichas señales de entrada (Ps, Pi, Pd) para obtener un índice de gravedad de la cavitación, comprendiendo el índice de gravedad de la cavitación una relación de la diferencia entre una presión entre etapas medida de la bomba (2) y una presión de aspiración medida de la bomba (2) y la diferencia entre una presión de descarga medida de la bomba (2) y una presión de aspiración medida de la bomba (2);

estando el controlador (28) caracterizado por que está configurado además para ajustar una velocidad de funcionamiento de la bomba (2) en base a una comparación del índice de gravedad de la cavitación con un nivel de gravedad basado en la aplicación predefinido y un nivel de gravedad de la cavitación objetivo, siendo establecido el nivel de gravedad basado en la aplicación por un usuario y estando basado el nivel de gravedad de la cavitación objetivo en una relación entre la primera distancia (Li) y la segunda distancia (L).

2. El sistema (1) de la reivindicación 1, en el cual, cuando el índice de gravedad de la cavitación está dentro de un rango predeterminado del nivel de gravedad basado en la aplicación, se mantiene una velocidad de funcionamiento actual de la bomba (2).

3. El sistema (1) de la reivindicación 1, en el cual, cuando el índice de gravedad de la cavitación es mayor que el nivel de gravedad basado en la aplicación, se incrementa una velocidad de la bomba (2) hasta que el índice de gravedad de la cavitación está dentro de un rango predeterminado del nivel de gravedad basado en la aplicación.

4. El sistema (1) de la reivindicación 1, en el cual, cuando el índice de gravedad de la cavitación es menor que el nivel de gravedad basado en la aplicación, se reduce una velocidad de la bomba (2) hasta que el índice de gravedad de la cavitación está dentro de un rango predeterminado del nivel de gravedad basado en la aplicación.

5. El sistema (1) de la reivindicación 1, en el cual, cuando el índice de gravedad de la cavitación es menor que un límite del nivel de gravedad basado en la aplicación, la bomba se detiene.

6. El sistema (1) de la reivindicación 1, en el cual el índice de gravedad de la cavitación Ra se obtiene según la fórmula:

donde Pi es la presión entre etapas medida de la bomba, Ps es la presión de aspiración medida de la bomba, y Pd es la presión de descarga medida de la bomba.

7. El sistema (1) de la reivindicación 1, estando el controlador (28) configurado además para almacenar una pluralidad de valores discretos del índice de gravedad de la cavitación a lo largo del tiempo, y para obtener una desviación estándar de la pluralidad de valores discretos para determinar si un cambio en la pluralidad de valores discretos supera un límite predeterminado.

8. El sistema (1) de la reivindicación 7, en el cual, cuando el cambio en la pluralidad de valores discretos supera el límite predeterminado, el controlador (28) está configurado para proporcionar una indicación al usuario de que hay burbujas de gas presentes en la cavidad de la bomba.

9. El sistema (1) de la reivindicación 8, en el cual, en respuesta a la indicación, el controlador (28) está configurado para recibir una entrada de usuario para cambiar un estado de funcionamiento de la bomba (2).

10. Un método para monitorizar y controlar una bomba de desplazamiento positivo (2), que comprende:

obtener una pluralidad de señales (Ps, Pi, Pd) representativas de presiones en una pluralidad de puntos en la bomba (2) de desplazamiento positivo;

procesar la pluralidad de señales (Ps, Pi, Pd) para obtener un índice de gravedad de la cavitación, comprendiendo el índice de gravedad de la cavitación una relación de la diferencia entre una presión entre etapas medida de la bomba (2) y una presión de aspiración medida de la bomba (2) y la diferencia entre una presión de descarga medida de la bomba (2) y una presión de aspiración medida de la bomba (2); y que está caracterizado por que

el ajuste de la velocidad de funcionamiento de la bomba (2) de desplazamiento positivo se basa en una comparación del índice de gravedad de la cavitación con un nivel de gravedad basado en la aplicación predefinido y con un nivel de gravedad de la cavitación objetivo, siendo establecido el nivel de gravedad basado en la aplicación por un usuario y estando basado el nivel de gravedad de la cavitación objetivo en una relación de distancias entre la pluralidad de puntos.

11. El método de la reivindicación 10, que comprende además mantener una velocidad de funcionamiento actual de la bomba (2) cuando el índice de gravedad de la cavitación está dentro de un rango predeterminado del nivel de gravedad basado en la aplicación.

12. El método de la reivindicación 10, en el cual, cuando el índice de gravedad de la cavitación es mayor que el nivel de gravedad basado en la aplicación, el método comprende incrementar la velocidad de la bomba (2) hasta que el índice de gravedad de la cavitación esté dentro de un rango predeterminado del nivel de gravedad basado en la aplicación.

13. El método de la reivindicación 10, en el cual, cuando el índice de gravedad de la cavitación es menor que el nivel de gravedad basado en la aplicación, el método comprende reducir la velocidad de la bomba (2) hasta que el índice de gravedad de la cavitación esté dentro de un rango predeterminado del nivel de gravedad basado en la aplicación.

14. El método de la reivindicación 10, en el cual, cuando el índice de gravedad de la cavitación es menor que un límite de gravedad basado en la aplicación, el método comprende detener la bomba (2).