FR2981706A1 - Procede et systeme de diagnostic energetique d'une installation de transfert de fluide - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé et un système de diagnostic énergétique de la consommation d'une installation de transfert de fluides et la mesure des économies d'énergie réalisées par la mise en place d'un variateur de vitesse. La présente invention permet également de détecter une dégradation du rendement théorique de l'installation.

Description

- 1 - Procédé et système de diagnostic énergétique d'une installation de transfert de fluide La présente invention concerne le domaine du diagnostic énergétique et la mesure des économies d'énergie réalisées. La présente invention concerne plus particulièrement un procédé et un système de diagnostic énergétique de la consommation d'une installation de transfert de fluides et la mesure des économies d'énergie réalisées par la mise en place d'un variateur de vitesse. La présente invention permet également de détecter une dégradation du rendement de la machine de transfert de fluides.

Aujourd'hui, dans les pays industrialisés, 70% de l'énergie électrique industrielle est consommée par les moteurs électriques. Environ 63% de cette énergie est utilisée pour la circulation et la compression de fluides et environ 20% est utilisée dans des systèmes de pompage de fluides. De nombreuses installations de transfert de fluides fonctionnent à débit variable alors que les machines qui les alimentent (pompes, ventilateurs, compresseurs) sont entraînées par des moteurs électriques qui tournent à vitesse constante. La régulation du débit est assurée par des systèmes mécaniques, hydrauliques ou électromagnétiques qui dissipent une grande partie de l'énergie mécanique excédentaire fournie par le moteur, ce qui se traduit par un gaspillage d'énergie électrique. Dans le cas où la demande en débit dans le procédé est variable et/ou dans le cas où l'installation de transfert de fluide a été surdimensionnée, il est possible de faire des économies d'énergie en installant des variateurs de vitesse.

Lorsqu'on réduit le débit par des systèmes mécaniques, hydrauliques ou électromagnétiques, la puissance absorbée chute très peu. Par exemple, pour un ventilateur avec ventelle de sortie, si l'on a besoin de réduire son débit de 20 °/0, sa puissance consommée ne baissera que de 5 % environ. Alors qu'avec le même ventilateur, équipé d'un variateur électronique de vitesse, la puissance consommée peut tomber de presque 50 %. - 2 - Une telle solution est cependant relativement rarement mise en oeuvre car l'installation d'un variateur de vitesse représente un surcoût important et le coût du cycle de vie de l'installation, notamment de l'énergie, est rarement pris en compte. De plus, le coût d'installation d'un variateur est facile à établir alors que l'économie d'énergie qu'il peut apporter est difficile à quantifier. Dans ce contexte, il est intéressant de proposer une solution permettant de quantifier l'économie d'énergie réalisable par la mise en place d'un variateur électronique de vitesse. Il est connu dans l'art antérieur, comme par exemple, par la demande de brevet CN 101 339 644, un dispositif de calcul d'une économie d'énergie effectuée par utilisation d'un onduleur sur un moteur électrique. Ce calcul de l'économie d'énergie est réalisé en comparant la consommation d'énergie du moteur avec des valeurs de référence calculées pour un moteur électrique fonctionnant sans onduleur. Cependant, ce dispositif est spécifique à un moteur électrique, et ne permet pas d'effectuer un diagnostic en amont de la pose de l'onduleur. La demande de brevet européenne EP 1 072 795 Al et le brevet américain US 6,678,620 B1 enseignent des systèmes de diagnostic destinés à des mécanismes à fluide capables de calculer l'économie d'énergie réalisée par l'installation d'un variateur de vitesse. Cependant, ces systèmes nécessitent de connaitre les caractéristiques du mécanisme et de la machine. De plus, ce diagnostic, en prenant en compte les données techniques fournies par le constructeur, ne tient pas compte du vieillissement de l'installation qui fait évoluer ces paramètres.

La présente invention a pour but de pallier au moins certains inconvénients de l'art antérieur en proposant notamment un procédé de diagnostic énergétique de la consommation d'une installation de transfert de fluide permettant de déterminer l'opportunité d'installer un variateur et/ou l'opportunité d'effectuer une intervention technique suite à la dégradation du rendement de la machine de transfert de fluides. - 3 - Ce but est atteint par un procédé de diagnostic énergétique de la consommation d'une installation de transfert de fluide comportant un réseau, au moins un moyen de transfert de fluides actionné par un moteur électrique et au moins un système de régulation de débit, le diagnostic comprenant: - une étape de mesure simultanée et d'enregistrement, dans une mémoire d'un système de traitement, du signal représentatif de la consommation électrique et du signal représentatif du débit de l'installation de transfert de fluide de façon à générer un modèle mathématique de courbe de consommation de l'installation, - une étape de mesure et d'enregistrement, dans une mémoire, à différents instants ou en continu pendant au moins un cycle typique de fonctionnement de l'installation de transfert de fluide, du signal représentatif de la consommation électrique de cette installation, le système de régulation de débit fonctionnant selon les besoins du cycle typique, de façon à déterminer le profil représentatif de consommation d'énergie de l'installation, - et une étape de calcul de l'énergie que consommerait l'installation équipée d'un variateur de vitesse et de détermination de la différence avec l'énergie consommée par l'installation avec le mode de régulation existant, afin de calculer le potentiel d'économie d'énergie réalisable par la pose d'un variateur de vitesse. Selon une autre particularité, les différentes mesures du procédé de diagnostic sont réalisées sans travaux spécifiques par l'adjonction d'un moyen de mesure de la puissance consommée et d'un moyen de mesure de débit sans nécessiter l'arrêt de l'installation de transfert de fluide.

Selon une autre particularité, le modèle de courbe de consommation de l'installation de transfert de fluide, du procédé de diagnostic est obtenu en utilisant la méthode des moindres carrés et une fonction polynomiale de 4'è" degré de type y=a.x4+b.x3+c.x2+d.x+e pour exprimer respectivement la puissance consommée en fonction du débit avec y = P, puissance - 4 - consommée, x = Q, débit de l'installation ou pour exprimer le débit en fonction de la puissance consommée avec y = Q, débit de l'installation et x = P, puissance consommée et a, b, c, d, e les coefficients du polynôme obtenus par exemple par la méthode des moindres carrés.

Selon une autre particularité, l'étape de calcul de l'énergie que consommerait l'installation équipée d'un variateur de vitesse utilise des modèles mathématiques et des algorithmes mettant en oeuvre ces modèles tenant compte de la variation des rendements de la machine de transfert de fluides, du moteur et du variateur en fonction de la vitesse de rotation, du taux de charge du moteur, de la fréquence du courant alimentant la machine. Selon une autre particularité, dans le cas d'une pompe, le procédé de diagnostic prend en compte l'influence de la hauteur statique du réseau. Selon une autre particularité, les algorithmes du procédé de diagnostic tiennent également compte de la densité du liquide, de sa nature (newtoniens, de Bingham, non-newtoniens), de sa viscosité, de la présence de gaz, de particules solides en suspension si le fluide présente de telles caractéristiques. Selon une autre particularité, un des algorithmes, du procédé de diagnostic, met en oeuvre la relation suivante : 13 p*g*(H'at +Hi)*Qi ,= qmoteur *K moteur * '/ *KK pompe * 7/VEV KVEV Où : P, correspond à la puissance absorbée instantanée (W) p, à la densité du liquide (kg/m3) g, à l'accélération de la pesanteur terrestre (9,81 m/s2) Q, au débit refoulé instantané (m3/s) Hstat, à la hauteur statique du système (m) HL aux pertes de charge du système (m) - 5 - Ilmoteur, npompe, nvev : aux rendements nominaux pour respectivement le moteur, la pompe, le variateur électronique de vitesse. Kmoteur, Kpompe, Kvev aux coefficients de correction pour l'évolution du rendement du moteur, de la pompe et du variateur en fonction respectivement du taux de charge du moteur, de la vitesse de rotation et la hauteur statique et de la fréquence du courant. Un autre objet de l'invention est de fournir un système permettant d'établir un diagnostic énergétique de la consommation d'une installation de transfert de fluide.

Ce but est atteint par un système de diagnostic énergétique de la consommation d'une installation de transfert de fluide comportant au moins un système de régulation de débit, le système comprenant un moyen de mesure de la consommation électrique de l'installation, un moyen de mesure du débit de l'installation, une unité de traitement et une zone mémoire intégrée ou non dans un des éléments du système, les moyens de mesure étant aptes à, simultanément, afficher et/ou à faire des acquisitions des signaux représentatifs de la consommation électrique et du débit de l'installation de transfert de fluide et éventuellement enregistrer les valeurs correspondantes dans une zone mémoire du système, l'unité de traitement étant apte à lire, dans la zone mémoire du système, les valeurs représentatives du débit et de la consommation électrique correspondante de l'installation de transfert de fluide et à déterminer la fonction représentative de la consommation de l'installation de transfert de fluide en fonction du débit, et/ou la fonction représentative du débit en fonction de la consommation d'énergie et à calculer le potentiel d'économie d'énergie réalisable par l'utilisation d'un variateur de vitesse en déterminant la différence entre la valeur de l'énergie consommée avec le mode de régulation sans variateur fournie par la lecture de la mémoire et - 6 - l'énergie calculée, consommée par l'installation équipée d'un variateur de vitesse dans les mêmes conditions de fonctionnement. Selon une autre particularité, le système de diagnostic se caractérise par le fait que les différents calculs sont réalisés à l'aide d'au moins un 5 algorithme stocké dans une zone mémoire du système. Selon une autre particularité, le procédé de diagnostic d'une installation de transfert de fluide permet de détecter une dégradation du rendement théorique de l'installation par comparaison des valeurs obtenues à partir des relations représentatives de la courbe de consommation réelle de 10 l'installation avec les valeurs obtenues à partir des relations représentatives de la courbe de consommation théorique du constructeur. Un autre but de l'invention est de proposer une utilisation du procédé pour la mesure des économies d'énergie réalisées dans une installation de transfert de fluide. 15 Ce but est atteint par une utilisation d'un procédé de diagnostic l'économie d'énergie réalisée par la mise en place d'un variateur de vitesse sur une installation de transfert de fluides caractérisée en ce qu'il comprend : - une étape de mesure simultanée et d'enregistrement, dans une mémoire d'un système de traitement, du signal représentatif de la 20 consommation électrique et du signal représentatif du débit de l'installation de transfert de fluide de façon à générer un modèle mathématique de courbe de consommation d'énergie de la machine de transferts de fluides équipée d'un variateur de vitesse - une étape de mesure et d'enregistrement dans une mémoire, à 25 différents instants ou en continu et pendant une période donnée, du signal représentatif de la consommation électrique et/ou du signal représentatif de la fréquence du courant et/ou du signal représentatif du débit de l'installation de transfert de fluide équipée d'un variateur de vitesse, - 7 - - et une étape de calcul de l'énergie que consommerait l'installation avec le mode de régulation existant avant d'être équipée d'un variateur de vitesse afin de calculer l'économie d'énergie réalisée par la pose du variateur de vitesse.

D'autre part, la courbe de consommation d'énergie de l'installation équipée d'un variateur de vitesse est modélisée à partir de mesures de consommation d'énergie une fois le variateur de vitesse installé. Selon une autre particularité, le procédé de diagnostic des économies d'énergies réalisée est effectué dans un terminal associé à une installation de transfert de fluide équipée d'un variateur de vitesse, le terminal comprenant un moyen de mesure de la consommation électrique, un appareil électronique, au moins une zone mémoire intégrée ou non à un des éléments du terminal et un moyen de communication, l'appareil électronique étant apte à faire, à différents instants, une acquisition de la valeur du signal représentatif de l'énergie consommée par l'installation, via un moyen de mesure de consommation, et/ou de la valeur du signal représentatif du débit de l'installation, si un moyen de mesure du débit est installé sur l'installation, et/ou de la fréquence du courant et à les enregistrer dans une mémoire. Selon une autre particularité, l'appareil électronique est apte à transmettre, à un serveur, via le moyen de communication, les données de consommation énergétique et/ou de débit et/ou de la fréquence du courant enregistrées sur une période de temps déterminée, pour qu'un moyen de traitement, de ce serveur, comprenant au moins une unité arithmétique calcule l'économie d'énergie réalisée pendant cette période de temps.

Selon une autre particularité, la comparaison des valeurs du débit de l'installation de transfert de fluide ou des valeurs de la fréquence du courant fourni par le variateur de vitesse, avec la valeur de l'énergie consommée au moment de et après l'installation du variateur de vitesse, permet de détecter la dégradation du rendement de l'installation dans le temps. - 8 - D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - La figure 1 représente un exemple de réalisation d'un système de diagnostic suivant l'invention. - La figure 2 représente, la courbe représentative d'un exemple de modélisation de la puissance consommée d'une installation par une fonction polynomiale du 4è" degré. - La figure 3 représente un exemple de représentation graphique d'une courbe de variation de rendement d'un moteur. - La figure 4 représente un exemple de représentation graphique de courbes représentatives de consommation d'énergie en fonction du débit instantané. - La figure 5 est une représentation schématique d'un terminal client en communication avec un serveur. Dans une installation de transfert de fluides classique, comme par exemple et de façon non limitative, une installation de pompage etfou de ventilation, le moteur électrique (2), entraînant le moyen de transfert de fluide (3), est directement alimenté par le secteur (1) et tourne à sa vitesse nominale. La variation de débit est obtenue par rajout d'un système de régulation de débit : un dispositif de restriction du débit ou de recirculation, par exemple une vanne de laminage ou un by-pass pour une pompe, des registres ou des vantelles pour un ventilateur. La présente invention propose un procédé et un système de diagnostic de la consommation d'énergie d'une installation de transfert de fluides. La figure 1 représente un exemple de réalisation d'un tel système de diagnostic. - 9 - Dans certain mode de réalisation, le système de diagnostic comprend des moyens de mesure du débit (6) et de la consommation électrique (5) de l'installation de transfert de fluide, une unité de traitement (7) et au moins une zone mémoire intégrée ou non dans un ou plusieurs système de traitement du système de diagnostic. Dans certain mode de réalisation, le moyen de mesure de la consommation électrique (5) de la machine de transfert de fluides est apte à afficher et/ou à faire des acquisitions à différents instants ou en continu du signal représentatif de l'énergie consommée par l'installation de transfert de fluide. Ce moyen de mesure (5) peut, par exemple et de façon non limitative, être un wattmètre, un ampèremètre ou tout autre moyen de mesure de la puissance ou du courant consommé. Le moyen de mesure (5) pourra par exemple être doté d'une mémoire interne et capable d'enregistrer ses mesures dans cette mémoire. Les mesures affichées par les moyens de mesure de la consommation d'énergie pourront aussi être simplement relevées, notées et reportées dans une unité de traitement. Dans certain mode de réalisation, le moyen de mesure du débit (6) de l'installation de transfert de fluide est apte à afficher et/ou faire des acquisitions à différents instants ou en continu du signal représentatif du débit de l'installation. Ce moyen, comme par exemple un débitmètre, pourra être doté d'une mémoire interne permettant de stocker le résultat des mesures réalisées. Les mesures affichées par les moyens de mesure du débit pourront aussi être simplement relevées, notées et reportées dans une unité de traitement.

Dans certain mode de réalisation, l'unité de traitement (7) selon l'invention, possède une zone mémoire dans laquelle sont au moins stockés les programmes et les algorithmes nécessaire au calcul du diagnostic énergétique de la consommation de l'installation de transfert de fluide. En référence à la figure 1, le procédé de diagnostic, de la présente invention va à présent être présenté à travers l'exemple nullement limitatif - 10 - d'une pompe (3) dont le débit est limité par une vanne (4) de laminage. Le procédé comprend trois étapes principales. La première étape consiste à caractériser le réseau et les pompes (3) de l'installation. Pour cela, la consommation d'énergie du groupe moteur- pompe (2, 3) et le débit de l'installation sont mesurés simultanément pour différentes ouvertures du système de régulation de débit (4). Une première mesure de la consommation électrique est réalisée avec toutes les vannes (4) de l'installation ouvertes. Cette mesure correspond au cas où le débit de l'installation est au maximum. Le moyen de mesure de la consommation (5), comme par exemple et de façon nullement restrictive, un wattmètre, réalise une acquisition du signal représentatif de la consommation électrique du groupe moteur-pompe (2, 3) et le moyen de mesure du débit (6) réalise une acquisition du signal représentatif du débit de l'installation au même instant. Ces valeurs sont, par exemple, stockées dans une zone mémoire intégrée ou non dans le moyen de mesure (5) ou simplement relevées, notées et reportées dans une unité de traitement, comme par exemple, un ordinateur. Une autre acquisition simultanée de la valeur de la consommation d'énergie et de la valeur du débit est faite avec toutes les vannes (4) fermées. Ces valeurs seront enregistrées dans une zone mémoire ou simplement relevées, notées et reportées dans une unité de traitement et correspondront au cas où le débit est nul. De la même manière, d'autres mesures sont réalisées pour des positions intermédiaires des vannes (4). Ces résultats sont stockés dans une zone mémoire du système ou simplement relevées, notées et reportées dans une unité de traitement. Dans certains modes de réalisation de l'invention, ces mesures de puissance et de débit sont non-intrusives et ne nécessitent pas de travaux spécifiques. Pour cela, le moyen de mesure de la consommation électrique (5) peut utiliser, par exemple et de façon non limitative, une pince ampèremétrique, un wattmètre ou tout autre moyen équivalent et le moyen de mesure du débit (6) peut être, par exemple, un débitmètre à ultrason. Dans certain mode de réalisation, l'installation de transfert de fluide est déjà équipée d'un débitmètre et la mesure du débit peut être lu directement, relevée, notée et enregistrée.

Après un nombre déterminé de mesures de puissance consommée et de débit correspondant réalisées et enregistrées, l'unité de traitement (7) génère un modèle mathématique de la courbe de consommation de la machine de transfert de fluides. Pour cela, l'unité de traitement (7) lit, dans la zone mémoire du système de diagnostic, les valeurs de puissance consommée et de débit correspondant et, grâce à un logiciel utilisant, par exemple, la méthode des moindres carrés, génère un modèle mathématique de la courbe de la consommation de l'installation en fonction du débit par une fonction polynomiale du quatrième degré de type y = a.x4 + b.x3 + c.x2 +d.x +e avec y = P, puissance consommée, x = Q, débit de l'installation et a, b, c, d, e des coefficients générés, par exemple, par la méthode des moindres carrés. De la même manière, le débit Q, peut être exprimé en fonction de la puissance P, avec le même type d'équation polynomiale du 4'è" degré. La fonction polynomiale est de type Q,=mP,4+nP,3+oP,2+rP,+s où m, n, o, r et s sont des coefficients générés, par exemple, par la méthode des moindres carrés. Un exemple de représentation graphique d'une telle fonction polynomiale du 4ième degré est représenté à la figure 2. La consommation réelle d'énergie de la pompe (3) seule, en fonction du débit est ensuite calculée et un modèle mathématique de sa courbe représentative est généré. Cette courbe est établie à l'aide de la consommation du groupe moteur-pompe (2, 3) en tenant compte de l'évolution du rendement nominal du moteur (2) en fonction du taux de charge de ce dernier. Les valeurs de la puissance consommée de la pompe seule ainsi calculées sont comparées avec les valeurs de puissance théoriques fournies 30 par le constructeur de la pompe. Cette comparaison permet de détecter une - 12 - éventuelle dégradation du rendement et la nécessité d'effectuer des opérations de maintenance pour le restaurer. Un ratio de dégradation (8) peut également être défini en calculant le rapport de la puissance consommée théorique de la pompe (P, pompe théorique) sur la puissance consommée réelle (P ,- pompe réelle) mesurée pour chaque valeur de débit exprimée par la relation ci-après. 81 =Pi pompe réelle / Pi pompe théorique La courbe représentative de la hauteur réelle de la pompe en fonction du débit peut être établie à partir des données du constructeur en prenant en 10 compte le ratio de dégradation précédemment calculé pour chaque point de la courbe théorique. La hauteur réelle peut être donnée par la relation : Hi réelle = Hi théorique (Pi pompe réelle / Pi pompe théorique) Où Hi réelle et Hi théorique représentent respectivement les hauteurs réelle 15 et théorique de la pompe (3). Après avoir établi la courbe représentative de la hauteur réelle de la pompe (3) en fonction du débit, le point de fonctionnement au débit maximum peut être calculé et la hauteur H correspondante définie. Sachant que ce point de fonctionnement correspond à l'intersection 20 entre les courbes de la pompe et celle du réseau, un premier point de la courbe du réseau, correspondant au débit maximum peut être défini. Il est connu que la courbe du réseau est une fonction carrée et que la hauteur du réseau pour un débit nul est égale à la hauteur statique du réseau. La courbe du réseau en fonction du débit peut donc être établie. 25 Si l'installation de transfert de fluide dispose de moyens de mesure de la hauteur ou de la pression, la courbe réelle de hauteur/pression peut être établie et comparée avec la courbe générée par la méthode ci-dessus dans l'objectif d'apporter plus de précision dans le diagnostic. - 13 - Au cas où, pour des raisons liées au procédé, ou pour toutes autres raisons, il est impossible de fermer toutes les vannes pour obtenir une consommation d'énergie à débit nul ou d'ouvrir toutes les vannes pour permettre d'obtenir un débit maximal, le débit maximal du réseau peut être déterminé de la manière suivante. On établit d'abord le coefficient de dégradation du rendement. Ensuite, un débit maximal hypothétique peut être défini, par exemple, en analysant le taux d'ouverture d'une vanne par rapport auquel on peut extrapoler un débit à ouverture maximale. La valeur de ce débit maximal hypothétique peut être corrigée ultérieurement si les valeurs mesurées pendant le fonctionnement de l'installation le dépassent ou si une possibilité d'effectuer de mesures à débit nul et débit maximal se présente. La courbe représentative de la consommation d'énergie, en fonction du débit, du système avec régulation par vanne établie précédemment permet de calculer le débit Q, en fonction de la consommation d'énergie.

En partant de ce débit Q,, la puissance hydraulique nécessaire instantanée P, est calculée selon la relation suivante : Pi = p.g. (Hstat + où la valeur de (Hstat + Elj) est donnée par la courbe représentative de la hauteur statique du réseau et les pertes de charge en fonction du débit 20 pour le même débit instantané Q. Un tel calcul n'est pas précis, notamment à cause de l'évolution des rendements de la pompe, du moteur et du variateur, respectivement fonction du débit Q, et de la hauteur statique du système ; du taux de charge du moteur et de la fréquence du courant alimentant le moteur. De façon à tenir 25 compte de cette évolution, la relation précédente est modifiée et devient : Pi= p*g*(H'at +Hi)*Qt //moteur K moteur * '/ *KK pompe * r/VEV KVEV Où : 13, correspond à la puissance absorbée instantanée (W) - 14 - p, à la densité du liquide (kg/m3) g, à l'accélération de la pesanteur terrestre (9,81 m/s2) Q, au débit refoulé instantané (m3/s) Hstat, aux pertes statiques du système (m) H, aux pertes de charge du système (m) rl moteur, npompe, nvev : aux rendements nominaux pour respectivement le moteur, la pompe, le Variateur Electronique de Vitesse. Kmoteur, Kpompe, Kvev aux coefficients de correction pour l'évolution du rendement du moteur, de la pompe et du variateur en fonction respectivement du taux de charge moteur, de la vitesse de rotation et de la hauteur statique du réseau et de la fréquence du courant. Les corrections du rendement de la pompe (3) sont particulièrement intéressantes dans le cas d'une pompe (3) utilisée dans un réseau avec hauteur statique. En effet, dans un réseau sans hauteur statique le rendement de la pompe (3) évolue sur une courbe dite d'iso-rendement passant par le point de fonctionnement. Le rendement de la pompe (3) peut être considéré constant le long de cette courbe pour une grande partie de la plage de fonctionnement. Dans le cas d'un réseau avec hauteur statique, le rendement relatif de la pompe Kpompe dépendra du rapport entre la hauteur statique et la hauteur manométrique totale au point Qmax : (Hstat/[Hstat+Hj]). En fonction de ce rapport, différentes courbes de rendement relatif modélisées sont utilisées pour corriger le rendement de la pompe en fonction du débit relatif Q;/Qmax. Les coefficients de correction du rendement du moteur Kmoteur, sont définis en utilisant des courbes de variation du rendement en fonction du taux de charge du moteur. La forme de ces courbes est essentiellement fonction de la puissance et du nombre de pôles du moteur. Elles sont - 15 - modélisées dans le logiciel de calcul, un exemple de représentation graphique d'une telle courbe est donné figure 3. Le taux de charge moteur (2) est défini comme le ratio de la puissance instantanée sur la puissance nominale du moteur (P;/Pnom), la puissance s instantanée P, calculée à l'aide du ratio (Q,/Qmax)3*PQmax avec PQmax étant la consommation d'énergie au débit maximal de l'installation Qmax- Le rendement du variateur électronique de vitesse (8) évolue en fonction de la fréquence (et donc de la vitesse de rotation ou du débit) sur des courbes semblables à celles de l'évolution du rendement du moteur en 10 fonction du taux de charge, mais ne baisse pas aussi drastiquement. Le coefficient de correction du rendement du variateur Kvev est calculé pour tout point de fonctionnement Q, et le rendement global du variateur (8) corrigé. Ainsi, les courbes représentatives de consommation d'énergie en fonction du débit instantané Q, peuvent être établies. Un exemple de 15 représentation graphique de ces courbes est donné, figure 4, où la courbe A, en pointillés, représente le cas d'un système de pompage avec vanne de laminage (4) et la courbe B, en trait plein, le cas d'un système de pompage avec variateur de vitesse (8). La deuxième étape consiste à établir le profil typique de 20 consommation énergétique de l'installation. Il s'agit de mesurer la puissance consommée par l'installation pendant un ou plusieurs cycles d'utilisation représentatifs. Pour cela, un moyen de mesure (5) de la puissance consommée par la machine de transfert de fluides et un enregistreur, interne ou externe au moyen de mesure, sont installés sur ladite installation. 25 Suivant un mode de réalisation préférentiel, l'installation du système de mesure (5) ne nécessite pas de travaux spécifique et se fait de façon nonintrusive et sans interruption du procédé. La mesure du signal représentatif de la puissance consommée pourra, par exemple être réalisée par l'intermédiaire d'un wattmètre ou d'une pince ampérométrique. - 16 - Le moyen de mesure (5) va réaliser des acquisitions du signal représentatif de la consommation par le groupe moteur-machine de transfert de fluides (2,3) à différents instants ou en continu, pendant au moins un cycle représentatif de fonctionnement. De façon préférentielle, ces acquisitions seront réalisées pendant plusieurs cycles typiques afin d'obtenir un profil représentatif. Après chaque acquisition, les valeurs du signal mesuré sont stockées dans la zone mémoire de l'enregistreur. Suivant un mode de réalisation le moyen de mesure (5) de la puissance consommée possède un port entrée/sortie et est reliée à l'unité de traitement (7). Cette dernière peut enregistrer le signal représentatif de la puissance consommée fourni par le moyen de mesure (5), dans sa mémoire interne ou sur une zone mémoire du système de diagnostic. La dernière étape consiste à calculer le potentiel d'économie d'énergie réalisable sur l'installation en commandant le moteur (2) de la machine de transfert de fluides avec un variateur de vitesse (7). Pour cela, l'unité de traitement (7) va comparer la consommation d'énergie de la machine de transfert de fluide, par exemple une pompe (3), dont le débit est régulé par exemple par une vanne (4) de laminage avec la consommation théorique de la même installation si elle était dotée d'un variateur de vitesse (8).

A partir de l'énergie consommée par la machine de transfert de fluide, l'unité de traitement (7) va calculer, grâce à un algorithme, la demande de débit correspondant pour chaque point dans le temps pendant le cycle d'utilisation. Si la courbe représentative du débit dans le temps est connue, par exemple grâce à des mesures par l'intermédiaire d'un capteur de débit, ces valeurs peuvent être directement utilisées sans avoir à les déduire de la courbe du débit en fonction de la puissance consommée dans le temps. A partir de cette demande de débit dans le temps, calculée ou mesurée, et de la courbe représentative de la consommation théorique - 17 - d'énergie en fonction du débit de l'installation équipée d'un variateur de vitesse (8), l'unité de traitement (7) peut calculer la puissance consommée par l'installation dans le temps si elle était dotée d'un variateur de vitesse (8). Les fonctions de la consommation d'énergie de l'installation régulée par vanne et celle de la même installation régulée par variateur de vitesse en fonction du débit étant connues, l'unité de traitement (7) peut calculer l'économie d'énergie réalisable par l'installation du variateur de vitesse (8) pendant le cycle d'utilisation. Pour calculer cette économie potentielle d'énergie, un algorithme, par exemple stocké dans la mémoire interne de l'unité de traitement, va intégrer la différence de ces deux courbes sur une période de temps correspondant au cycle d'utilisation représentatif mesuré. Le détail des calculs a été décrit à travers un exemple nullement limitatif d'une pompe. La même méthode, avec des adaptations mineures à la portée de l'homme du métier, est utilisable pour tout autre dispositif de transfert de fluides, comme par exemple et de façon non restrictive, des systèmes de ventilation. Ces modifications concernent notamment les méthodes de mesure de débit d'air ou autres gaz et l'utilisation de la pression des gaz plutôt qu'une hauteur en mètres, comme c'est le cas dans les systèmes de pompage. Les autres aspects du procédé restent identiques, les lois de la similitude s'appliquant également aux systèmes de ventilation, les courbes du réseau et du ventilateur étant similaires à celles d'un système de pompage. Un autre aspect légèrement différent est que, de manière générale, dans les systèmes de ventilation on ignore des facteurs comme la hauteur statique. La formule de la consommation d'énergie est représentée par la formule simplifiée Pi = Ap * Vi Où : Pi correspond à la puissance absorbée instantanée (en W) Èp à la différence de pression (Pa) Vi au débit volumique instantané (m3/s) - 18 - Des corrections pour la variation du rendement du ventilateur, du moteur et du variateur de vitesse doivent être appliquées comme dans le cas d'une pompe. Un autre but de la demande est de calculer l'économie d'énergie réellement réalisée suite au remplacement du moyen de régulation (4) précédemment utilisé par l'installation d'un variateur de vitesse (8) pour commander l'ensemble moteur-pompe (2, 3) de l'installation de transfert de fluide. Pour cela la consommation d'énergie de l'installation équipée de 10 variateur va être enregistrée et les données transmises à un serveur pour calculer cette économie d'énergie. La figure 5 est une représentation schématique d'un terminal client (11) comprenant une installation de transfert de fluide dans laquelle un variateur de vitesse (8) est installé, en communication avec un serveur (12). 15 Dans l'installation de transfert de fluide, le groupe moteur-pompe (2, 3) n'est plus alimenté directement par le secteur (1) mais est couplé à un variateur de vitesse (8) qui permet de faire varier la vitesse de rotation du moteur (2) en modifiant la fréquence du courant d'alimentation électrique du groupe moteur-pompe (2, 3) ou, de manière générale, du groupe moteur- 20 machine de transfert de fluides. Ce variateur de vitesse (8) permet d'ajuster la vitesse de rotation du moteur (2) du dispositif de transfert de fluide en fonction du débit souhaité. Un appareil électronique (9), comme par exemple, un automate, est également mis en place, de façon permanente, dans installation de transfert 25 de fluide. Cet appareil électronique (9) possède une mémoire, intégrée ou non à l'appareil, dans laquelle sont enregistrés des logiciels pour, par exemple et de façon non limitative, récupérer des données, comme par exemple, la consommation électrique et/ou la fréquence du courant et/ou le débit de l'installation et/ou pour transmettre des données, via un protocole de 30 communication, par exemple à un serveur (12) par l'intermédiaire du GSM, - 19 - GPRS, internet, radio ou tout autre moyen de communication. L'appareil électronique (9) est relié à un moyen de communication (10) intégré ou non à l'appareil. Dans certains modes de réalisation, l'appareil électronique (9) permet de programmer le variateur électronique de vitesse (8). L'installation de transfert de fluide comporte également un moyen de mesure (5) de l'énergie consommée par l'ensemble moteur, pompe et variateur de vitesse (2, 3, 8). Ce moyen de mesure (5), comme par exemple un wattmètre, est relié électriquement à l'appareil électronique (9), par exemple par l'intermédiaire d'un port entrée/sortie, de façon à ce que ce dernier puisse faire des acquisitions de mesure. Dans certains modes de réalisation, le moyen de mesure (5) de la puissance consommée est intégré dans le variateur de vitesse. Pendant le fonctionnement de l'installation de transfert de fluide, l'appareil électronique (9) fait des acquisitions du signal représentatif de l'énergie consommée par l'installation, à différents instants, via le moyen de mesure (5) de consommation et les enregistre dans une mémoire intégrée ou non à l'appareil électronique (9). Ces acquisitions permettent d'obtenir le profil de consommation de l'installation de transfert de fluide au cours du temps. De façon périodique ou permanente, l'appareil électronique (9) transmet au serveur les données et/ou les fichiers contenant les valeurs de consommation électrique de la machine dans le temps (12). Le serveur comprend une unité de traitement (7) comportant une unité arithmétique reliée à un moyen de communication (10) intégré ou non à cette dernière et une base de données (13) également intégrée ou non à l'unité de traitement (7). Ce serveur (12) a pour but de calculer les économies d'énergies réalisées par le client grâce à la mise en place d'un variateur de vitesse (8) dans l'installation de transfert de fluide. Pour cela, un logiciel spécialement conçu pour calculer, pour le même profil de consommation, l'énergie qui aurait été consommée par l'installation de transfert de fluide - 20 - équipé du moyen de régulation (4) utilisé avant la mise en place du variateur (8) est, par exemple, stocké dans une zone mémoire de l'unité de traitement (7). Les informations récoltées pendant la caractérisation de l'installation de transfert de fluide au cours de la phase de diagnostic, telles que la hauteur statique, les courbes des pompes, les rendements de la pompe (3), du moteur (2), du variateur (8), sur la nature, la densité et la viscosité du liquide, la teneur en gaz et particules solide, etc. sont enregistrées dans la base de données (13) du serveur (12).

La courbe de consommation d'énergie de la machine en fonction du débit avec régulation par vanne (4), modélisée pendant le diagnostic est aussi sauvegardée dans la base de données (13) du serveur (12). Après l'installation du variateur (8), la consommation de l'ensemble pompe-moteur-variateur (2, 3, 8) a été également mesurée pour plusieurs points de fonctionnement en fonction du débit. La courbe représentative de cette consommation à été modélisée et sauvegardée dans la base de données (13). Ainsi, la courbe théorique de consommation d'énergie avec variateur définie pendant la phase de diagnostic est remplacée par cette courbe réelle ce qui rend le calcul des économies réalisées incontestable.

Lorsque le serveur (12) reçoit les fichiers contenant les valeurs de consommation d'énergie de l'installation, l'unité de traitement (7) calcule, pour chaque donnée chronologique de la consommation d'énergie, le débit instantané correspondant. L'unité de traitement (7) calcule ensuite, pour ce même débit, la consommation d'énergie qui aurait été réalisée avec le mode de régulation (4) avant l'installation du variateur (8). Le débit, la vitesse de rotation de la machine et la fréquence du courant d'alimentation du moteur étant directement proportionnelles, les informations sur la variation, dans le temps, du débit par exemple mesuré grâce à un capteur de débit et/ou de la fréquence du courant, donnée par le - 21 - variateur peuvent aussi être enregistrées et transmises au serveur (12) et utilisées pour calculer la consommation d'énergie avec vanne de régulation et avec variateur. Les deux consommations, avec variateur et avec la régulation avant son installation sont comparées et l'économie d'énergie réalisée par la mise en place du variateur de vitesse (8) peut être calculée, par exemple, par la différence entre ces deux consommations sur le cycle mesuré. Par ailleurs, la mesure simultanée du signal représentatif de la consommation d'énergie et du signal représentatif du débit de l'installation de transfert de fluide ou de la fréquence du courant fourni par le variateur de vitesse peut permettre de suivre la dégradation du rendement de la machine dans le temps. En effet, à l'installation du variateur de vitesse, une valeur donnée de débit ou de fréquence correspond à une consommation d'énergie donnée. Si cette consommation devient plus importante pour la même valeur de débit ou de fréquence, cela signifie que le rendement de la machine s'est dégradé. Dans le cas où la régulation de débit se fait par recirculation (bypass), la première étape consiste à déterminer le débit maximal du système soit au refoulement de la pompe avant la recirculation soit comme la somme du débit allant dans le système et le débit recirculé ce qui permet d'établir la courbe du réseau. Il faut ensuite déterminer la variation des besoins en débit du système en mesurant et en enregistrant soit le débit allant dans le système, soit le débit recirculé. Les besoins ainsi déterminés sont utilisés pour calculer la consommation d'énergie avec un variateur de vitesse dans le temps. Les économies d'énergie sont calculées comme la différence de la consommation avec le mode de régulation existant et la consommation calculée avec variateur. Si la valeur de la consommation d'énergie avec une régulation par recirculation ne devait pas être de 100%, elle peut être mesurée en simultané avec le débit traversant la pompe (ou éventuellement définie - 22 - comme la somme du débit allant dans le système et le débit recirculé) et la courbe modélisée. Cette courbe est utilisée pour la comparaison avec la consommation d'énergie avec variateur de vitesse. Le profil de la demande en début dans le cas de régulation par recirculation peut être déterminé en enregistrant les valeurs du signal représentatif du débit en provenance du moyen de mesure du débit. Dans le cas où l'installation de transfert de fluides ne possède pas de moyens de régulation du débit et il n'y a donc pas de variation du débit, si les besoins en débit de cette installation sont variables, ils peuvent être déterminés grâce à la variation d'un autre paramètre, comme par exemple la température, une quantité de fluide ou tout autre paramètre représentatif de la variation de débit. Ces variations peuvent être utilisées pour calculer le potentiel d'économies d'énergie de l'installation. La présente demande décrit diverses caractéristiques techniques et avantages en référence aux figures et/ou à divers modes de réalisation. L'homme de métier comprendra que les caractéristiques techniques d'un mode de réalisation donné peuvent en fait être combinées avec des caractéristiques d'un autre mode de réalisation à moins que l'inverse ne soit explicitement mentionné ou qu'il ne soit évident que ces caractéristiques sont incompatibles. De plus, les caractéristiques techniques décrites dans un mode de réalisation donné peuvent être isolées des autres caractéristiques de ce mode à moins que l'inverse ne soit explicitement mentionné. Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes, et l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de diagnostic énergétique de la consommation d'une installation de transfert de fluide comprenant un réseau, au moins un moyen 5 de transfert de fluides actionné par un moteur électrique et au moins un système de régulation de débit caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape de mesure simultanée et d'enregistrement, dans une mémoire d'un système de traitement, du signal représentatif de la consommation électrique et du signal représentatif du débit de l'installation io de transfert de fluide de façon à générer un modèle mathématique de courbe de consommation de l'installation, - une étape de mesure et d'enregistrement, dans une mémoire à différents instants ou en continu et pendant au moins un cycle de fonctionnement représentatif de l'installation de transfert de fluide, du signal 15 représentatif de la consommation électrique et/ou du signal représentatif du débit de l'installation de transfert de fluide, le système de régulation fonctionnant selon les besoins du cycle typique, de façon à déterminer le profil type de consommation de l'installation de transfert de fluide, - et une étape de calcul de l'énergie que consommerait l'installation 20 équipée d'un variateur de vitesse et de détermination de la différence avec l'énergie consommée par l'installation avec le mode de régulation existant, afin de calculer le potentiel d'économie d'énergie, réalisable par la pose d'un variateur de vitesse.
2. 2. Procédé de diagnostic suivant la revendication 1 caractérisé en ce 25 que la mise en oeuvre des étapes du procédé est réalisée par l'adjonction, sans travaux spécifiques et sans nécessiter l'arrêt de l'installation de transfert de fluide, d'un moyen de mesure de la puissance consommée et d'un capteur de débit.- 24 -
3. 3. Procédé de diagnostic suivant une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le modèle de courbe de consommation de l'installation de transfert de fluide est obtenu par l'unité de traitement en utilisant un logiciel appliquant la méthode des moindres carrés et une fonction s polynomiale de 41ème degré de type y=a.x4+b.x3+c.x2+d.x+e enregistrés dans une mémoire du système de diagnostic, pour exprimer respectivement la puissance consommée en fonction du débit avec y = Pi puissance consommée, x = QI débit de l'installation ou pour exprimer le débit en fonction de la puissance consommée avec y = Cti débit de l'installation et x = 10 Pi puissance consommée et a, b, c, d, e les coefficients du polynôme obtenus par exemple par la méthode des moindres carrés.
4. 4. Système de diagnostic énergétique de la consommation d'une installation de transfert de fluide comprenant au moins un système de régulation de débit caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de mesure de 15 la consommation électrique de l'installation, un moyen de mesure du débit de l'installation, une unité de traitement et une zone mémoire intégrée ou non dans un des éléments du système, les moyens de mesure étant aptes à simultanément afficher et/ou faire des acquisitions des signaux représentatifs de la consommation électrique et 20 du débit de l'installation de transfert de fluide et d'enregistrer les valeurs correspondantes dans une zone mémoire du système, l'unité de traitement étant apte à lire, dans la zone mémoire du système, les valeurs représentatives du débit et de la consommation électrique correspondante de l'installation de transfert de fluide et à 25 déterminer la fonction représentative de la consommation de l'installation de transfert de fluide en fonction du débit, et/ou la fonction représentative du débit en fonction de la consommation d'énergie et à calculer le potentiel d'économie d'énergie réalisable par l'utilisation d'un variateur de vitesse sur le moteur de la machine la machine de transfert de fluide en déterminant la 30 différence entre la valeur de l'énergie consommée avec le mode de- 25 - régulation sans variateur fournie par la lecture de la mémoire et l'énergie calculée, consommée par l'installation équipée d'un variateur de vitesse dans les mêmes conditions de fonctionnement.
5. 5. Système de diagnostic suivant la revendication précédente s caractérisée en ce que les différents calculs sont réalisés à l'aide d'au moins un algorithme stocké dans une zone mémoire du système.
6. 6. Utilisation de la méthode de diagnostic selon une des revendications 1 à 3 dans une installation de transfert de fluide caractérisée en ce qu'elle permet de détecter une dégradation du rendement théorique de 10 l'installation par comparaison des valeurs obtenues à partir des relations représentatives de la courbe de consommation réelle de l'installation de transfert de fluides avec les valeurs obtenues à partir des relations représentatives de la courbe de consommation théorique du constructeur.
7. 7. Procédé de diagnostic suivant une des revendications 1 à 3 15 caractérisée en ce que l'étape de calcul de l'énergie que consommerait l'installation équipée d'un variateur de vitesse utilise des modèles mathématiques et des algorithmes mettant en oeuvre ces modèles tenant compte de la variation des rendements de la machine de transfert de fluide, du moteur et du variateur en fonction de la vitesse de rotation, du taux de 20 charge du moteur, de la fréquence du courant alimentant le moteur.
8. 8. Procédé de diagnostic suivant la revendication 7 caractérisée en ce que, dans le cas d'une pompe, l'influence de la hauteur statique du réseau, est également prise en compte.
9. 9. Procédé de diagnostic suivant l'une des revendications 7 ou 8 25 caractérisée en ce que les algorithmes tiennent également compte de la densité du liquide, de sa nature (newtoniens, de Bingham, non-newtoniens), de sa viscosité, de la présence de gaz, de particules solides en suspension si le fluide présente de telles caractéristiques.- 26 -
10. 10. Procédé de diagnostic suivant les revendications 7 ou 8 caractérisée en ce qu'un des algorithmes met en oeuvre la relation suivante Pi- p *g * (Hst moteur* K moteur * ripompe *K pompe * riVEV * KVEV +Hj) Oû : Pi correspond à la puissance absorbée instantanée (W) p, à la densité du liquide (kg/m3) g, à l'accélération de la pesanteur (9,81 m/s 2) Qi au débit refoulé instantané (m3/ ) Hstat, à la hauteur statique du système (m) Hi aux pertes de charge du système (m) 10 nmoteur, flpompe, Aveu : aux rendements nominaux pour respectivement le moteur, la pompe, le Variateur Electronique de Vitesse. Kmoteur, Kpompe, Kvev aux coefficients de correction pour l'évolution du rendement du moteur, de la pompe et du variateur en fonction respectivement du taux de charge du moteur, de la vitesse de rotation et de 15 la hauteur statique du réseau et de la fréquence du courant.
11. 11. Procédé de diagnostic de l'économie d'énergie réalisée par la mise en place d'un variateur de vitesse sur une installation de transfert de fluides caractérisée en ce qu'il comprend : - une étape de mesure simultanée et d'enregistrement, dans une 20 mémoire d'un système de traitement, du signal représentatif de la consommation électrique et du signal représentatif du débit de l'installation de transfert de fluide de façon à générer un modèle mathématique de courbe de consommation d'énergie de la machine de transferts de fluides équipée d'un variateur de vitesse-27- - une étape de mesure et d'enregistrement, dans une mémoire à différents instants ou en continu et pendant une période donnée, du signal représentatif de la consommation électrique et/ou du signal représentatif de la fréquence du courant du courant fourni par le variateur de vitesse et/ou du signal représentatif du débit de l'installation de transfert de fluide équipée d'un variateur de vitesse, - et une étape de calcul de l'énergie que consommerait l'installation avec le mode de régulation existant avant d'être équipée d'un variateur de vitesse afin de calculer l'économie d'énergie réalisée par la pose du variateur io de vitesse.
12. 12. Système de diagnostic des économies d'énergie réalisées selon une des revendications 1 à 3 et 11 dans un terminal comprenant une installation de transfert de fluide équipée d'un variateur de vitesse caractérisée en ce que le terminal comprend un moyen de mesure de la 15 consommation électrique, un appareil électronique, au moins une zone mémoire intégrée ou non à un des éléments du terminal et un moyen de communication, l'appareil électronique étant apte à faire, à différents intervalles ou en continu, une acquisition du signal représentatif de l'énergie consommée par l'installation, via un moyen de mesure de consommation 20 et/ou du signal représentatif du débit de l'installation, lorsqu'un moyen de mesure du débit est installé sur l'installation, et/ou de la fréquence fourni par le variateur de vitesse et à enregistrer ces valeurs dans une mémoire.
13. 13. Utilisation de la méthode de diagnostic selon la revendication précédente caractérisée en ce que l'appareil électronique est apte à 25 transmettre, à un serveur, via le moyen de communication, les données de consommation énergétique et/ou de débit et/ou de la fréquence d'alimentation du moteur enregistrées sur une période de temps, pour qu'un moyen de traitement, de ce serveur, comprenant au moins une unité arithmétique calcule l'économie d'énergie réalisée pendant cette période de 30 temps.- 28 -
14. 14. Utilisation de la méthode de diagnostic selon une des revendications 1 à 3 et 11 à 13 dans une installation de transfert de fluide caractérisée en ce que la comparaison des valeurs du débit de l'installation de transfert de fluide ou des valeurs de la fréquence du courant fourni par le variateur de vitesse, avec la valeur de l'énergie consommée au moment de et après l'installation du variateur de vitesse, permet de détecter la dégradation du rendement de l'installation dans le temps.